Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Application of modelling and simulation to evaluate the theta method used in diagnostics of automotive shock absorbers

Lozia Zbigniew

Archiwum Motoryzacji

|

2022

|

Vol. 96, nr 2

5--30

EN

The dynamic properties of the car's suspension largely depend on the damping that results from the state of the shock absorbers. Their technical condition is essential for vehicle occupants’ comfort and traffic safety. It changes with the time and intensity of use of the vehicle. Therefore, adequate methods of non-destructive (diagnostic) testing of suspension damping have been sought for many years. The on-vehicle tests are particularly useful thanks to their low cost and short test duration time. The newest method is the ‘theta’ method which is the subject of the presented article. Notation ‘theta’ usually means relative damping (damping ratio) in the vibrating system. The paper asses four variants of the method. Two versions come from modal analysis and are also known as the ‘peak-picking method’ or ‘half-power method’. Two other versions are described in cited patent documentations. Three linear ‘quarter car' models with their description in the frequency domain were used to assess mentioned variants of the ‘theta’ method. Calculations were made for two typical datasets corresponding to the front and rear suspension system of a medium-class motor car. This provided grounds for general qualitative and (within a limited scope) quantitative assessment of the usefulness of individual variants of the method under analysis and for comparisons between them. The paper is to help in choosing the variant of the ‘theta’ method that would most likely find the application and that might be recommended to manufacturers and would-be purchasers of diagnostic suspension testers. The author has also highlighted the importance of possible further research.

2

Assessment of the usability of the EUSAMA and the phase angle method in examining the condition of shock absorbers installed in a vehicle

Lozia Zbigniew

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport

|

2021

|

z. 132

61--79

EN

The article is a continuation of the author's earlier considerations concerning the methods of testing shock absorbers installed in the vehicle. The work concerns the analysis of the usability of two methods: the EUSAMA method and the phase angle method. The first one examines the minimum ratio of the force in contact between the wheel and the vibration-in-ducing plate (on which the wheel of the tested suspension rests) and the static value of this force. The second one uses the minimum of the phase shift angle between the excitation (vertical movement of the said plate) and the force in contact between the tire and this plate for diagnosis. Two linear quarter-car models and their description in the frequency domain were used to evaluate two analyzed methods. For both evaluated methods, the monotonicity of the dependence of the diagnostic parameter on the diagnosed one (damping in suspension) is visible; in the case of the phase angle method it is close to linear. The correction of the results related to the inertia of the vibration-inducing plate was considered. The calculations were made for two typical data sets: for the front and rear suspension of a middle-class passenger car. They allow a general qualitative and (to a limited extent) quantitative assessment of the usefulness of the analyzed methods. For the EUSAMA method, the test result has a noticeable effect of the inertia of the vibration-inducing plate. This confirms the legitimacy of correcting the force measured in the diagnostic stand. Values without correction are more optimistic. For cars with a low weight or a lightly loaded road axle (especially the rear axle) of heavier vehicles, low values of the diagnostic parameter are obtained, suggesting a bad condition of the shock absorbers, which is not confirmed by their examination in the state removed from the vehicle. In the second assessed method, there are clear differences between the values of the phase angle obtained based on testing the force in the wheel-plate contact and those obtained for the analysis of the force measured in the test stand. Therefore, the correction for the value of the station plate inertia force is significant. Values without correction are more pessimistic, although it is not justified in the condition of the tested vehicle. The works cited in the article describe several practical drawbacks of the phase angle assessment method. The author points to the importance of further research, much more laborious, with the use of nonlinear models and the necessary experimental verification of the obtained simulation results.

PL

Artykuł stanowi kontynuację wcześniejszych rozważań autora dotyczących metod badania amortyzatorów zamontowanych w pojeździe. Praca dotyczy analizy przydatności dwóch z tych metod: EUSAMA i kąta fazowego. Pierwsza bada minimum stosunku siły w kontakcie koła z płytą wymuszającą drgania, (na której spoczywa koło badanego zawieszenia) i wartości statycznej tej siły. Druga wykorzystuje do diagnozy minimum kąta przesunięcia fazowego między wymuszeniem (ruchem pionowym wspomnianej płyty) a siłą w kontakcie opony z tą płytą. Do oceny obu metod zastosowano dwa liniowe modele „ćwiartki samochodu” i ich opis w dziedzinie częstotliwości. Uwzględniono korektę wyników związaną z bezwładnością płyty wymuszającej drgania. Wykonano obliczenia dla dwóch typowych zestawów danych, odpowiadających zawieszeniu przedniemu i tylnemu samochodu osobowego klasy średniej. Pozwalają one na ogólną jakościową i (w ograniczonym zakresie) ilościową ocenę przydatności analizowanych metod. Dla obu ocenianych metod widoczna jest monotoniczność zależności parametru diagnostycznego od diagnozowanego (tłumienia w zawieszeniu); w przypadku metody kąta fazowego jest ona bliska liniowej. Dla metody EUSAMA widoczny jest zauważalny wpływ bezwładności płyty wymuszającej drgania na wynik testu. Potwierdza to zasadność korygowania siły mierzonej w stanowisku diagnostycznym. Wartości bez korekty są bardziej optymistyczne (wyższe), choć nie ma to uzasadnienia w stanie badanego pojazdu. Dla samochodów o małej masie lub mało obciążonej osi jezdnej (zwłaszcza tylnej) cięższych pojazdów osiągane są małe wartości parametru diagnostycznego, sugerujące zły stan amortyzatorów, co nie znajduje potwierdzenia w ich badaniu w stanie wymontowanym z pojazdu. W drugiej ocenianej metodzie widoczne są wyraźne różnice między wartościami kąta fazowego otrzymanymi na podstawie badania siły w kontakcie koło-płyta a tymi, uzyskanymi dla analizy siły mierzonej w stanowisku. Korekta ze względu na wartość siły bezwładności płyty stanowiska ma więc istotne znaczenie, zarówno jakościowe, jak i ilościowe. Wartości bez korekty są bardzie pesymistyczne, choć nie ma to uzasadnienia w stanie badanego pojazdu. W cytowanych w artykule pracach opisano szereg praktycznych wad metody oceny kąta fazowego. Autor wskazuje na istotne znaczenie dalszych badań, znacznie bardziej pracochłonnych, z użyciem modeli nieliniowych oraz na niezbędną weryfikację eksperymentalną otrzymanych wyników badań symulacyjnych.

3

Design of nonlinear electromagnetic energy harvester equipped with mechanical amplifier and spring bumpers

Ostrowski M., Błachowski B., Bocheński M., Piernikarski D., Filipek P., Janicki W.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2020

|

Vol. 68, nr 6

1373--1383

EN

The main drawback of vibration-based energy harvesting is its poor efficiency due to small amplitudes of vibration and low sensitivity at frequencies far from resonant frequency. The performance of electromagnetic energy harvester can be improved by using mechanical enhancements such as mechanical amplifiers or spring bumpers. The mechanical amplifiers increase range of movement and velocity, improving also significantly harvester efficiency for the same level of excitation. As a result of this amplitude of motion is much larger comparing to the size of the electromagnetic coil. This in turn imposes the need for modelling of electromagnetic circuit parameters as the function of the moving magnet displacement. Moreover, high velocities achieved by the moving magnet reveal nonlinear dynamics in the electromagnetic circuit of the energy harvester. Another source of nonlinearity is the collision effect between magnet and spring bumpers. It has been shown that this effect should be carefully considered during design process of the energy harvesting device. The present paper investigates the influence of the above-mentioned nonlinearities on power level generated by the energy harvester. A rigorous model of the electromagnetic circuit, derived with aid of the Hamilton’s principle of the least action, has been proposed. It includes inductance of the electromagnetic coil as the function of the moving magnet position. Additionally, nonlinear behaviour of the overall electromagnetic device has been tested numerically for the case of energy harvester attached to the quarter car model moving on random road profiles. Such a source of excitation provides wide band of excitation frequencies, which occur in variety of real-life applications.

4

Neural network model of vehicle suspension

Popardovský V., Gavora S., Hanulík M.

Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów / Politechnika Warszawska

|

2018

|

z. 3/117

29--33

EN

Vehicle suspension is a complex mechanical system – many interconnected parts, influencing each other. There are some components which mathematical description is complicated. For example, damper itself, has nonlinear characteristic. Therefore, creating of accurate mathematical model of suspension system is a bit difficult work. In this paper we present two ways how to do it – classical and non-classical approach with using artificial intelligence tool (artificial neural network).

PL

Zawieszenie pojazdu to złożony system mechaniczny -wiele wzajemnie połączonych części wpływa na siebie nawzajem. Istnieją pewne elementy, których opis matematyczny jest skomplikowany. Na przykład sam tłumik ma charakter nieliniowy. Dlatego stworzenie dokładnego matematycznego modelu układu zawieszenia jest skomplikowane. W niniejszym artykule przedstawiono dwa sposoby budowy modelu matematycznego - klasyczne i nieklasyczne podejście z wykorzystaniem narzędzia sztucznej inteligencji (sztucznej sieci neuronowej).

5

Wyznaczenie optymalnej wartości współczynnika asymetrii amortyzatora pasywnego zawieszenia samochodu z wykorzystaniem modelu „ćwiartki samochodu”

Lozia Z., Zdanowicz P.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport

|

2017

|

z. 119

249--265

PL

Celem pracy była optymalizacja tłumienia pasywnego zawieszenia samochodu poruszającego się ruchem prostoliniowym ze stałą prędkością po nierównej nawierzchni drogi. Nierówności miały charakter losowy i były opisywane zgodnie z zaleceniami Międzynarodowej Organizacji Standaryzacji ISO, zawartymi w dokumencie ISO/TC 108/253: Reporting vertical road surface irregularities. Generalised vertical road inputs to vehicle. Wykorzystany został silnie nieliniowy model „ćwiartki samochodu” o dwóch stopniach swobody. Uwzględniał rzeczywistą charakterystykę sprężystości zawieszenia i ogumienia, asymetrię amortyzatora, tarcie ślizgowe w zawieszeniu, zjawisko odrywania się kół od nawierzchni drogi oraz właściwości wygładzające ogumienia. Opis wspomnianych własności odpowiadał w jak największym stopniu wynikom otrzymanym w trakcie badań stanowiskowych. Obliczenia wykonano dla trzech dróg w różnym stanie i czterech symulowanych prędkości ruchu pojazdu. Kryteriami optymalizacji były, ze względu na charakter wymuszenia, statystyczne miary drgań pionowych nadwozia („masy resorowanej”) oraz zmian pionowej siły w kontakcie koło-droga. Uwzględniono także ograniczenie ruchu roboczego (zakresu zmian ugięcia) zawieszenia, wynikające ze względów konstrukcyjnych. Oceniono wpływ niepożądanego tarcia ślizgowego w zawieszeniu na wyniki obliczeń i wyznaczono optymalne współczynniki asymetrii charakterystyki tłumienia wiskotycznego w amortyzatorze. Rezultaty wykonanych analiz przedstawiono głownie w postaci graficznej – wykresów.

EN

The purpose of the work was the optimization of damping in the passive suspension system of a motor vehicle moving straight with a constant speed on a road with rough surface of random irregularities, described according to the ISO classification. Strongly nonlinear “quarter-car” 2DoF model was used. Nonlinearities of spring characteristics of the suspension system and pneumatic tyre, shock absorber asymmetry, dry friction in the suspension system, and wheel lift-off were taken into account. The smoothing properties of vehicle tyre were represented in model. The description of all these properties corresponded as much as possible to the results obtained during the experimental tests. The calculations were carried out for three roads of different quality, with simulating four vehicle speeds. Statistical measures of vertical vehicle body vibrations (sprung mass) and of changes in the vertical tyre/road contact force were used as the criteria of system optimization. The design suspension displacement limit was also taken into account. The impact of undesirable dry friction in the suspension system on the calculation results was estimated and optimum asymmetry coefficients of viscous damping characteristic in shock absorber was determined. Results of the analyses were presented mainly in the form of graphics – charts.

6

H∞ active control of a vehicle suspension system exited by harmonic and random roads

Marzbanrad J., Zahabi N.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2017

|

Vol. 21, nr 1

171--180

EN

This paper proposes a controller based upon H∞ control approach in order to improve the vehicle performance under two different road profiles. In this study, there are two control targets that they are car body travel and suspension deflection. In fact, H∞ controller is responsible for minimizing the infinity norm of two subsystems. The first one is from car body travel to road disturbance and second is from suspension deflection to road disturbance. These two control targets must be improved by a logical control input that is determined by H∞ control approach. In order to improve the performance of the quarter-car, weighting functions are also defined. Disturbance that is the system input is considered as two types of road profiles, harmonic and random. The results show that the H∞ controller is able to improve the quarter-car performance for both roads. In addition, the sensitivity analysis is done to show that the active suspension system is able to work when sprung mass changes as may be occurred when passengers added.

7

Quarter car model to evaluate behaviour under road and body excitation

Niculescu A. I., Jankowski A., Kowalski M., Sireteanu T.

Journal of KONES

|

2017

|

Vol. 24, No. 1

265--273

EN

The paper presents a quarter car model two degrees of freedom (wheel and body), with vertical guiding system, the model being equipped with suspension stroke limiters and with excitation by wheel and/ or by body. The model reproduces elastic and damping characteristics of wheel and of rebound and compression stopper bumpers, the spring elastic characteristic and the shock absorber damping characteristic on rebound and compression, function piston speed. The road profile is generated with simple or summation of harmonic functions, or by reproducing real roads. The forces acting on full vehicle body e.g. aerodynamic and inertial forces are reproduced in the proposed quarter model by vertical forces reduced to the analysed quarter part. Thus, the model can be used for evaluation the vertical and horizontal stability at acceleration, deceleration, pitch and roll, at aerial forces, the body ground clearance and the comfort. The model can evaluate the influence of the damping and elastic characteristics of suspension and wheel, of the static position, of the vehicle load state, of the road profile and of the external forces, to the vehicle behaviour

8

The use of a linear quarter-car model to optimize the damping in a passive automotive suspension system – a follow-on from many authors’ works of the recent 40 years

Lozia Z.

Archiwum Motoryzacji

|

2016

|

Vol. 71, nr 1

39--71

EN

In this study, over 40-year achievements of many foreign and Polish authors in the field of methods of optimizing the characteristics of automotive suspension systems have been used. A method of conducting the optimizing calculations, further developed by the author, has been presented and exemplified by calculations of viscous damping in the passive suspension system of a vehicle moving on an uneven road surface with a random profile. To determine the discomfort and safety hazard measures, a linear quarter-car model of the suspension system and the spectral transmittance analysis method were employed. The results have been shown in the form of a dimensionless objective function, which was taken as a criterion of optimization in respect of ride comfort and safety. The limitation of deflections of the suspension system has been taken into account, too. The graphic form of this function, whose argument is the dimensionless suspension damping coefficient, resembles the pictorial qualitative relationships, shown in many publications by other authors and facilitating the interpretation of final results of the optimization.

PL

W pracy wykorzystano ponad 40-letnie osiągnięcia wielu autorów zagranicznych i polskich w zakresie metod optymalizacji parametrów zawieszenia samochodu. Zaprezentowano, rozwiniętą przez autora, metodykę obliczeń optymalizacyjnych na przykładzie tłumienia wiskotycznego pasywnego zawieszenia pojazdu poruszającego się po nierównej, losowej nawierzchni drogi. Wykorzystano liniowy model zawieszenia ćwiartki samochodu oraz analizę transmitancji widmowych w wyznaczaniu wskaźników dyskomfortu i niebezpieczeństwa. Wyniki zaprezentowano w postaci bezwymiarowej funkcji celu, która stanowiła kryterium optymalizacji ze względu na komfort jazdy i bezpieczeństwo. Uwzględniono także ograniczenie ugięć zawieszenia. Graficzna postać tej funkcji, gdzie zmienną niezależną jest bezwymiarowy współczynnik tłumienia zawieszenia, przypomina poglądowe, jakościowe zależności przytaczane w wielu pracach innych autorów, co ułatwia interpretację wyników końcowych optymalizacji.

9

Skyhook and fuzzy logic controller of a semi active vehicle suspension

Ślaski G., Maciejewski M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Transport

|

2011

|

z. 78

97-111

EN

This paper presents the application of on-off skyhook and fuzzy logic skyhook based controller to control semi-active suspension. Investigations were made with a use of a non-linear quarter car suspension model with characteristics of a real semi-active shock absorber with a bypass valve. The other parameters of the model were estimated on a vehicle equipped with this type of shock absorbers and reduced to a quarter car model parameters. The simulation results of the suspension dynamics were compared with the measurements results of the real suspension dynamics controlled with the same skyhook controller as the model. Authors compared a performance of three models: a passive model, a skyhook strategy controlled model, and a fuzzy logic skyhook based controlled model. The results showed that fuzzy control gives a potential for improvement of suspension operation and much greater opportunities of control strategy construction in a comparison to the classical two state skyhook control strategy.

PL

W artykule przedstawiono przykład zastosowania sterowania dwustanowego (typu „on-off”) skyhook oraz wykorzystania sterownika logiki rozmytej bazującego na idei skyhook do sterowania zawieszeniem półaktywnym samochodu. Badania wykonano z wykorzystaniem nieliniowego modelu zawieszenia ćwiartki samochodu z charakterystyką rzeczywistego amortyzatora półaktywnego z zaworem obejściowym. Pozostałe parametry modelu były wyznaczone dla samochodu wyposażonego w ten typ amortyzatorów i zredukowane do parametrów modelu zawieszenia ćwiartki samochodu. Wyniki symulacji dynamiki zawieszenia porównano z wynikami pomiarów dla rzeczywistego zawieszenia sterowanego tym samym sterownikiem skyhook jak wykorzystany w badanym modelu. Autorzy porównali jakość pracy zawieszeń pasywnego, sterowanego według zasady skyhook oraz sterowanego z użyciem sterownika rozmytego bazującego na zasadzie skyhook. Badania wykonane przez autorów pokazały, że ta metoda daje potencjał do poprawy działania zawieszenia oraz znacznie bardziej szerokie możliwości kształtowania strategii sterowania w porównaniu z klasyczną dwustanową strategią skyhook.

10

Analysis of Car Dynamics with a Hybrid Sky-Hook and Ground-Hook Control Model

Mitura A., Warmiński J.

Machine Dynamics Research

|

2011

|

Vol. 35, No. 2

47-54

EN

This paper presents analysis of dynamic properties of a quarter car model, based on abstract sky-hook and ground-hook dampers. The considered hybrid abstract model has been used in optimisation procedure for different variants of the performance index of the ride safety. Properties of the model with abstract dampers are compared with the reference model with a traditionally placed viscous element.

11

Projekt sterownika logiki rozmytej dla zawieszenia półaktywnego samochodu

Śląski G., Maciejewski M.

Logistyka

|

2010

|

nr 4

CD-CD

PL

W artykule przedstawiono przykład wykorzystania logiki rozmytej do sterowania zawieszeniem półaktywnym samochodu. Badania wykonano z wykorzystaniem nieliniowego modelu zawieszenia ćwiartki samochodu z charakterystyką rzeczywistego amortyzatora półaktywnego z zaworem obejściowym. Pozostałe parametry modelu były wyznaczone dla samochodu wyposażonego w ten typ amortyzatorów i zredukowane do parametrów modelu zawieszenia ćwiartki samochodu. Autorzy porównali jakość pracy zawieszeń pasywnego, sterowanego według zasady skyhook oraz sterowanego z użyciem sterownika rozmytego bazującego na zasadzie skyhook. Badania wykonane przez autorów pokazały, że ta metoda daje potencjał do poprawy działania zawieszenia oraz znacznie bardziej szerokie możliwości kształtowania strategii sterowania w porównaniu z klasyczną dwustanową strategią skyhook.

EN

This paper presents the application of fuzzy logic to control semi-active suspension. Investigations were made with a use of a non-linear quarter car suspension model with characteristics of a real semi-active shock absorber with a bypass valve. The other parameters of the model were estimated on a vehicle equipped with this type of shock absorbers and reduced to a quarter car model parameters. Authors compared a performance of three models: a passive model, a skyhook strategy controlled model, and a fuzzy logic skyhook based controlled model. The results showed that fuzzy control gives a potential for improvement of suspension operation and much greater opportunities of control strategy construction in a comparison to the classical two state skyhook control strategy.