Optimization of 5-rod car suspension for elastokinematic and dynamic characteristics

• Autorzy: Knapczyk J. , Maniowski M.

Warianty tytułu

PL

Optymalizacja elastokinematycznych i dynamicznych charakterystyk 5-wahaczowego zawieszenia kół samochodu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents optimization of 5-rod (5-link) suspension mechanism used in passenger cars for independent guiding of the wheels. Selected stiffness coefficients defined for five clastomeric bushings installed in joints of the suspension rods are considered as design variables. Two models with lumped parameters (i.e. elastokinematic and dynamic) of wheel-suspension-car body system are formulated to describe relationships between the design variables and the performance indexes including car active safety and ride comfort, respectively. The multi-criteria goal function is minimized using a deterministic algorithm. The suspension with optimized bushings rates fulfils desired elastokinematic criteria together with a defined dynamic criterion, describing the so-called rolling comfort. An event of car passing over short road bump is considered as dynamic conditions. The numerical example deals with an actual middle-class passenger car with 5-rod suspension at the front driven axle. Estimation of the models parameters and their verification were carried out on the basis of indoor and outdoor experiments. The proposed optimization procedure can be used to improve the suspension design or development cycle.

PL

W artykule przedstawiono wyniki optymalizacji 5-wahaczowego mechanizmu zawieszenia wykorzystywanego w samochodach osobowych do niezależnego prowadzenia kół. Wybrane współczynniki sztywności, zdefiniowane dla pięciu przegubów elastomerowych instalowanych w wahaczach zawieszenia, są rozpatrywane jako zmienne decyzyjne w optymalizacji. Sformułowano dwa modele o dyskretnych parametrach opisujące właściwości odpowiednio elastokinematyczne i dynamiczne układu koło-zawieszenie-nadwozie. Modele wykorzystano do zapisania związku pomiędzy zmiennymi decyzyjnymi a kryteriami uwzględniającymi wymagania co do komfortu podróży i aktywnego bezpieczeństwa pojazdu. Wielokryterialna funkcja celu jest minimalizowana przy ograniczeniach wykorzystując deterministyczny algorytm. Wyznaczone z optymalizacji podatności przegubów zawieszenie kół przednich spełnia kryterium elastokinematyczne związane z właściwym prowadzeniem koła względem nadwozia przy określonym obciążeniu zewnętrznym. Dodatkowo, wprowadzono kryterium dynamiczne rzutujące na komfort podróży podczas przejazdu samochodu po pojedynczej nierówności typu garb. Przykład numeryczny dotyczy samochodu średniej klasy o przednim napędzie. Estymację parametrów i weryfikację modeli przeprowadzono podczas badań na stanowiskach oraz na drodze.

Słowa kluczowe

EN

car suspension; multi-rod mechanism; multi-link mechanism; elastokinematics; elastomeric bushing; stiffness; multicriteria optimization

PL

zawieszenie samochodu; wielowahaczowy mechanizm zawieszenia; elastokinematyka; przegub elastomerowy; sztywność; optymalizacja wielokryterialna

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. LVII, nr 2
• Strony: 133--147
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Knapczyk J.

autor

Maniowski M.

• Institute of Automobiles and Internal Combustion Engines Mechanical Department Cracow University of Technology, al. J. Pawła II 37, 31-864 Cracow, Poland,

Bibliografia

• [1] Dzierżek S., Knapczyk M., Maniowski M.: Passive damper compression tuning approach innovative solutions. 2nd Advanced Suspension Systems Conf., IQPC, Frankfurt, 2007.
• [2] Gobbi M., Levi F., Mastinu G.: Multi-Objective Robust Design of the Suspension System of Road Vehicles. Vehicle System Dynamics, Supplement 41, p. 537-546, 2004.
• [3] Hiller M., Schnelle K.P.: Dynamical analysis of a five-point wheel suspension. Ingeniurs de l'automobile, Paris 1987.
• [4] Hiller M., Woernle C.: Elasto-Kinematical Analysis of a Five-Point Wheel Suspension. Ingeniurs de l'automobile, Paris 1985.
• [5] Hirahara M.: Study of wheel center trajectory angle on harshness vibration. JSEA Review 23, p.33-39, 2002.
• [6] Kang B.J., at all: Improving the durability of automobile suspension systems by optimizing the elastomeric bushing compliance. Proc. Instn. Mech. Engrs, Part D: J. Automobile Eng, Vol. 222, p. 469-483, 2008.
• [7] Knapczyk J., Maniowski M.: Elastokinematic Modeling and Study of Five-Rod Suspension with Subframe. Mechanism and Machine Theory, vol. 41, p. 1031-1047, 2006.
• [8] Knapczyk J., Maniowski M.: Synthesis of a five-rod suspension for given load-displacement characteristics. Proc. Instn. Mech. Engrs. Part D: J. Automobile Eng. Vol. 220, p. 879-889, 2006.
• [9] Knapczyk J., Maniowski M.: Dimensional synthesis of a five-rod guiding mechanism for car front wheels. The Archive of Mechanical Engineering, Vol. 50, No 1, p. 89-116, 2003.
• [10] Maniowski M.: Analysis of wheel knuckle vibrations caused by brake torque variation. PhD thesis, Cracow University of Technology, Mechanical Department, 2005.
• [11] Matchinsky, W.: Radfuhrungen der Strassenfahrzeuge. Kinematik, Elasto-Kinematik und Konstruktion. Springer, Berlin 1998.
• [12] Pacejka H.,B.: Tyre and Vehicle Dynamics, Butterworth Heinemann, 2005.
• [13] Sharp R.S., Allison D.J.: In-plane Vibrations of Tyres and their Dependence on Wheel Mounting Conditions. Vehicle System Dyn. Suppl. 28, pp. 192-204, 1998.
• [14] Using MATLAB, Version 6. The Math Works Inc. 2000.
• [15] Zach C., et al: On the performance of rheological shock absorber models in full vehicle simulation. Vehicle System Dynamics, Vol.45, s. 981-999. 2007.
• [16] www.delphi.com (Technical Center Cracow, R&D center for hydraulic dampers).