HU225356B1 - A semi-active damper - Google Patents

Description

A jelen találmány tárgya félaktív lengéscsillapító, általánosságban olyan lengéscsillapító-szabályozás, amely a lengéscsillapító inverz modelljét is magában foglaló közvetlen szabályozókört tartalmaz,

A jelen bejelentés FR-9408337 számú szabadalmi bejelentéséből már ismert olyan megoldás, amely az erő követésének elvét alkalmazza, egy nyitott szabályozási körrel rendelkező inverz modell révén. A fenti szabályozás által vezérelt félaktív lengéscsillapítónál a szabályozószerkezet közvetlen vezérlőkört foglal magában, amely tartalmazza a lengéscsillapító inverz modelljét. A lengéscsillapító inverz modellje meghatározza a nyomásoldali és az expanzióoldali fojtószelep vezérléséhez szükséges névleges vezérlőáram értékét (i_th), mégpedig a lengéscsillapító két véghelyzete közötti relatív sebesség (y) mért értéke, valamint referenciaerő (F_c) alapján.

A fenti megoldás erő-visszacsatoló kör révén a vezérlőáram névleges értékéhez (i_th) arányos korrekciós tényezőt (5y) vesz figyelembe, mégpedig úgy, hogy figyelembe veszi a referenciaerő (F_c) és a lengéscsillapító által ténylegesen kifejtett erő (F) mért értéke közötti erőhibát (eF). A lengéscsillapító inverz modellje a következő kifejezésekkel határozható meg:

- K₁₃ és K₂₃ - a működtetőegység méretétől, a munkaközeg fizikai tulajdonságaitól, valamint a szelepek átömlési mennyiségétől függő pozitív állandók;

- y - a lengéscsillapító két véghelyzete közötti relatív sebesség mért értéke;

- F_c - referenciaerő.

A lengéscsillapítónak a fenti inverz modellje előfeltételezi, hogy az alkalmazott munkaközeg összenyomhatatlan. Elöljáróban megjegyezzük, hogy ez nincs feltétlenül így.

A jelen találmánnyal célunk olyan tökéletesített megoldás létrehozása félaktív lengéscsillapító által kifejtett erő folyamatos vezérléséhez, amely lehetővé teszi, hogy a munkaközeg bizonyos mértékű összenyomhatósága is figyelembe vehető legyen, és ez se befolyásolja hátrányosan a rendszert.

A kitűzött feladatot a jelen találmány szerint olyan félaktív lengéscsillapítóval oldottuk meg, amelynek nyomóoldali visszacsapó szelepe és expanzióoldali visszacsapó szelepe van, és szabályozókapcsolással van vezérlő kapcsolatban. Ennek a szabályozókapcsolásnak közvetlen szabályozóköre van, ez a lengéscsillapító inverz modelljét foglalja magában, amely fizikai értékeken alapulva a lengéscsillapító nyomóoldali szabályozott fojtószelepe és az expanzióoldali fojtószelepe - vagy e két funkciót ellátó egyetlen kombinált szelep - villamos áramának névleges értékét a lengéscsillapító két vége közötti relatív sebesség mért értéke és a referenciaerő alapján határozza meg. Lényege, hogy az inverz modell magában foglal:

a) az aktív szabályozott fojtószelep ΔΡ_ν nyomásveszteségét meghatározó első egységet;

b) az aktív szabályozott fojtószelep névleges i_th vezérlőáramát kiszámító második egységet;

c) a relatív y sebesség korrekciós 5y tényezőjét kiszámító harmadik egységet; és

d) a y sebesség mért értékének és a sebesség korrekciós öy tényezőjének az összegét egyenértékű y_e sebesség meghatározásához kiszámító összegző áramkört, amely a névleges i_tfl vezérlőáramot az aktív fojtószelep ΔΡ_ν nyomásvesztesége és az egyenértékű y_e sebesség figyelembevételével számítja ki.

Célszerű az olyan kivitel, amelynél a nyitott nyomóoldali visszacsapó szelep és az expanzióoldali visszacsapó szelep nyomásveszteségét kiszámító negyedik egysége is van.

Előnyösen a nyitott fojtószelep nyomásveszteségét kiszámító negyedik egység kimeneti jeleit olyan karakterisztikamátrixból interpoláljuk, amelynek mátrixelemei a negyedik egység bemeneti sebességértékeinek és vezérlőáram-értékeinek függvényében vannak meghatározva.

Célszerűen az aktív szabályozott fojtószelep nyomásveszteségét meghatározó egység a lengéscsillapító nyomás alatti kamrája és akkumulátora között elrendezett aktív vezérelt fojtószelep által létrehozandó nyomásveszteség becsült értékét meghatározó kialakítású. Az aktív szabályozott fojtószelep nyomásveszteségét meghatározó első egység kimeneti nyomásesésének értéke az egység két bemeneti értékének, nevezetesen az F_c referenciaerő és ΔΡ_ει_ nyomásesés értékének függvényében, az alábbi egyenletekből van számítva:

AP_v=[Fc-APcl S₂]/S₁; (fojtószelep nyomásmentes; ilyenkor a lengéscsillapító expanzióban van), illetve

AP_v=[-F_c-AP_CL S₁]/S₂; (a fojtószelep nyomás alatti állapotában; ilyenkor a lengéscsillapító kompresszió alatt van), ahol

- S·) - a dugattyú nyomott felülete a dugattyúrúd felőli oldalon,

- S₂ - a dugattyú nyomott felülete a rúdmentes oldalon,

- F_c - a referenciaerő,

- AP_CL - a nyitott visszacsapó szelep nyomásvesztesége.

A lengéscsillapító két véghelyzete közötti relatív y sebesség mért értéke használható a sebességkorrekciós tényező meghatározásához, ez pedig az egyenértékű sebesség meghatározásához, az alábbiak szerint:

5y=e(y) r(y) ^1, ahol: dt

- 5y=sebességkorrekciós tényező,

- ε(Ϋ)=—1, ha y >0 (expanziónál), és

- ε(γ)=1, ha y <0 (kompressziónál),

- r(y) - sebességfüggvény,

HU 225 356 Β1

- ΔΡ_ν - nyomásveszteség az első egység kimenetén, _ dAPv _ _{g n}y_0má_sves2t_eség (ΔΡ_ν) idő (t) szerinti dt deriváltja.

Célszerűen előzetesen a szabályozott fojtószelepek karakterisztikája van meghatározva egy nemlineáris K(i) függvény szerint, amelynek értéke a szelep mért ΔΡν-mért nyomásveszteségéből, valamint a AP_v._mért nyomásveszteségéből és a relatív sebesség (y) mért értékeiből előállított egyenértékű y_e sebességből, és i vezérlőáramból az alábbi összefüggés szerint adódik:

ΛΡ

ΔΗ ,

J / e-mért | J e-mért

A névleges i_ttl vezérlőáram értéke célszerűen εΚ(ί) hibafüggvény megengedett áramértékekre történő minimalizálásával (mini)^van meghatározva, vagyis:

ε K(i_th)=min_j[eK(i)]=min_j

K(/)ΔΡ„ |y_e|y_e , ahol:

- K(i) - mérésekből meghatározott nemlineáris függvény,

- ΔΡ_ν - az elérendő nyomásveszteség, amelyet az egység kimenetén kapunk az aktív szelep nyomásesésének meghatározásához,

- y_e - a számított egyenértékű sebesség az összegező áramkör kimenetén.

A találmány további jellemzője szerint másodlagos erő-visszacsatoló kör révén célszerű a névleges i_th vezérlőáram értékénél kisebb, arányos korrekciós δί tényezőt bevezetni az F_c referenciaerő és a ténylegesen kifejtett F erő mért értéke közötti cF erőhiba figyelembevételéhez. Az F_c referenciaerő értéke az alábbi egyenletből számítható:

F_c=(1-q) C_v y|y|+q Usa; ahol q=min(|y|/V₀,1); ahol

- U_sa - nagy sebességnek megfelelő szabályozóerő,

- V_o - sebesség-küszöbérték,

- C_v-y|y| ^_ négyzetes érték; nulla sebességnél a vezériőáram bizonytalanságának kiküszöbölésére, amelyben C_v a fojtószelepre vonatkozó konstans.

A leírásunkban az erőszabályozási kört „közvetlennek” nevezzük akkor, ha az nem igényli erőérzékelők használatát.

A találmány szerinti félaktív lengéscsillapító fő előnye éppen az, hogy az egyenértékű y_e sebesség alkalmazásával első ízben figyelembe veszi a munkaközeg bizonyos mértékű összenyomhatóságát is.

A találmány szerinti félaktív lengéscsillapító inverz modellje tehát meghatározza a nyomásoldali vezérelt fojtószelep és az expanzióoldali vezérelt fojtószelep (vagy mindkét funkciót egyesítő egyetlen kombinált szelep) vezérléséhez szükséges vezérlőáram névleges i_lh értékét, mégpedig a lengéscsillapító két véghelyzete közötti relatív y sebesség mért értéke és az F_c referenciaerő alapján.

A találmány szerinti félaktív lengéscsillapító vezér5 lésére használt erő lényegesen leegyszerűsíti a rendszert, ugyanis csak a csillapítóerőre van szükségünk a rendszer dinamikájának optimalizálásához, nem pedig a sebességre. így a találmány szerinti folytonos erővezérlésű szerkezet mindig követni képes a referenciáit) erőt, azaz folytonosan végtelen sok összefüggést képest meghatározni az erő és a sebesség között, ellentétben a technika állása szerint vezérelt lengéscsillapítókkal, amelyek vezérlőrendszere ebben a vonatkozásban korlátozott képességű.

A találmány szerinti félaktfv lengéscsillapító vezérlésére szolgáló, folyamatos erővezérlésű szerkezet további előnye, hogy lehetővé teszi szabványos és olcsó hidraulikus elemek alkalmazását.

A találmány szerinti félaktív lengéscsillapító vezér20 lésére szolgáló folytonos erővezérlésű szerkezet lehetővé teszi a javasolt rendszer kielégítő működését szerényebb műszerezettség, akár egyetlen sebességérzékelő esetén is.

Ha például az erőérzékelő meghibásodik, akkor a korrekciós tényező (δί) értéke zérus lesz, viszont a névleges i_th vezérlőáramra gyakorolt fő hatása (ami az F_c referenciaerő értékén és a lengéscsillapítóra ható szabályozóerő mérésén alapul) önmagában is kielégítő működést biztosít.

A találmányt részletesebben a csatolt rajzok alapján ismertetjük. A rajzokon:

az 1. ábra hagyományos félaktív lengéscsillapító elvi kapcsolási vázlata;

a 2. ábra az 1. ábra szerinti lengéscsillapítóhoz való vezérlőszerkezet tömbdiagramja;

a 3. ábra a találmány szerinti folyamatos erővezérlésű félaktív lengéscsillapító elvi kapcsolási vázlata; és a 4. ábra a 3. ábra szerinti lengéscsillapító vezér40 lőszerkezetének tömbdiagramja.

Az 1. ábrán a FR-9408337 számú szabadalmi bejelentés szerinti félaktív vezérelt lengéscsillapító elvi elrendezési vázlata látható (közzétéve FR27 22 265 számon). Ennek hengeres 1 háza van, amelyben 3 du45 gattyúrúddal ellátott 2 dugattyú eltolhatóan van elrendezve, így ez a szerkezeti egység egészében 14 szabályozóegységet képez.

A 2 dugattyú az 1. ábrán látható helyzetében alsó 4 kamrát határol, amelyre „nyomókamra”-ként hivatko50 zunk, valamint a szemben fekvő oldalával felső 5 kamrát határol, amelyre „expanziókamra”-ként is hivatkozunk. Az 1 háznak a 4 és 5 kamrái munkaközegként a jelen esetben folyadékkal, például hidraulikaolajjal vannak megtöltve.

A félaktív lengéscsillapító tartalmaz még egyirányú áramlást engedő 7 visszacsapó szelepet, amelyre „expanzióoldali” visszacsapó szelepként is hivatkozunk, valamint másik egyirányú áramlást biztosító 8 visszacsapó szelepet, amelyre „nyomóoldali” visszacsapó szelepként is hivatkozunk.

HU 225 356 Β1

Az 1. ábra szerinti lengéscsillapítónak első hidraulikus 9 fojtószelepe van, amelyre „nyomóoldali” fojtószelepként is hivatkozunk, valamint másik hidraulikus 10 fojtószeleppel van ellátva, amelyre „expanzióoldali” fojtószelepként hivatkozunk. A 9 és 10 fojtószelepek villamos vezérlésűek. A félaktív lengéscsillapító ezeken kívül magában foglal nyomástároló 11 akkumulátort, amely a félaktív lengéscsillapító összeszerelése során kismértékben nyomás alá van helyezve.

A 11 akkumulátor olyan hidropneumatikus akkumulátor, amelynek előre meghatározott fix térfogata nyomás alatt álló inertgáz-töltetet, valamint hidraulikaolajat fogad be, és a zárt térben a gáz az olajra nyomást fejt ki. A 11 akkumulátorban a két közeget általában külön nem ábrázolt membrán vagy ballon választja el egymástól. A 11 akkumulátor feladata, hogy felvegye a 3 dugattyúrúd térfogatának megfelelő olaj mennyiségét akkor, amikor a lengéscsillapító 2 dugattyúja teljesen betolt állapotban van, másrészt, hogy a minimálisan szükséges olajnyomást biztosítsa a hidraulikus körben.

Az 1. ábra szerinti félaktív lengéscsillapító működése nem igényel semmiféle egyéb külső hidraulikus erőforrást, például nagynyomású akkumulátort vagy szivattyút. Az expanzióoldali 7 visszacsapó szelep és a vezérelt 10 fojtószelep egymással párhuzamosan vannak összekötve, és ezek az expanziós 5 kamra, valamint a 11 akkumulátor között vannak elhelyezve. A nyomóoldali 8 visszacsapó szelep és a vezérelt 9 fojtószelep egymással ugyancsak párhuzamosan vannak kötve, de ezek a 4 kamra és a 11 akkumulátor közé vannak építve.

Az 1. ábra szerint a félaktív lengéscsillapító a jelen esetben tartalmaz 12 erőérzékelőt és a relatív sebesség érzékelésére való 13 sebességérzékelőt.

A 2. ábra az 1. ábra szerinti félaktív vezérelt lengéscsillapító vezérlőkörének tömbdiagramja, amelyen a használt jelölések jelentése a következő:

- F_c - referenciaerő;

- F - tényleges csillapítóerő;

- F_m - erőérzékelő által mért erő,

- eF - erőhiba (számítva az EF=Fc-Fm összefüggésből),

- y - relatív sebesség a lengéscsillapító két véghelyzete között;

- i - a 9 és 10 fojtószelepek vezérlésére szolgáló vezérlőáram;

- i_th - inverz modell által meghatározott névleges vezérlőáram értéke, amelyet a vezérelt 9 és 10 fojtószelepekre adunk az F_c referenciaerő meghatározásához,

- δί - korrekciós tényező (az i=i_th⁺Si képletben, az eF erőhiba figyelembevétele céljából).

A 2. ábra kapcsolási vázlatán a fentebb már említett 12 erőérzékelőn és a 13 sebességérzékelőn túlmenően szerepel 14 szabályozóegység, 15 inverz modell, 16 erő-visszacsatoló kör, 17 korrektoregység, sebesség-visszacsatoló kör és fő közvetlen szabályozókor, ezekre alább térünk ki részletesebben.

A fenti félaktív lengéscsillapító működését az alábbiakban írjuk le, hivatkozva az 1. és 2. ábrára. A vezérelt félaktív lengéscsillapító hidraulikus működésének két fázisát különböztethetjük meg, nevezetesen az első fázist, amelyet „összenyomódási”, azaz kompressziós fázisnak nevezünk, amelyben a 2 dugattyú az 1 házba betolódik, és amelynek irányát az 1. ábrán a C nyíl jelzi; valamint a második fázist, amelyet „expanziódnak nevezünk, és amelynek irányát az 1. ábrán a D jelű nyíl mutatja, amelyben a 2 dugattyú az 1. ábrán az 1 házban felfelé mozdul el.

Az összenyomási fázis során tehát a 2 dugattyú a C nyíl irányába, azaz az 1. ábrán lefelé mozdul el a házban, ezzel szemben az expanziós fázis során a dugattyú az 1 házban a D nyíl irányába, alulról felfelé halad. Az összenyomódási fázis során a 4 kamrában tárolt folyadék összenyomódik, a 8 visszacsapó szelep ilyenkor lezár, ezáltal arra kényszeríti a folyadékot, hogy csak a vezérelt átömlési keresztmetszetű 9 fojtószelepen keresztül áramoljon. A 7 visszacsapó szelep viszont ilyenkor lehetővé teszi, hogy a 4 kamrában lévő 6 munkaközeg megkerülje a vezérelt 10 fojtószelepet, és szabadon az 5 kamrába jusson. A 9 fojtószelep vezérlése lehetővé teszi a nyomás szabályozását a 4 kamrában, és ily módon a lengéscsillapító összenyomódása során fellépő reakcióerő szabályozását is.

A14 szabályozóegység expanziós fázisában a fenti elemek szerepet cserélnek; az expanzióoldali 10 fojtószelep szabályozza a 6 munkaközeg kiáramlását az 5 kamrából, ezáltal lehetővé teszi az expanziós erő szabályozását, a 7 visszacsapó szelep viszont lezár. A 8 visszacsapó szelep ilyenkor aktív, ezért lehetővé teszi a 6 munkaközeg szabad beáramlását az 5 kamrába.

A 9 és 10 fojtószelepek villamosán vannak vezérelve oly módon, hogy mindig a sebességgel ellentétes csillapítóerőt modulálják. A fentiekből következik, hogy a csillapítás mindig disszipációs rendszer marad (megjegyezzük, hogy a „disszipáció” fogalma alatt a járműtechnikában a rendszer belsejében lejátszódó irreverzíbilis folyamat, a jelen esetben a lengéscsillapítónál a mozgási energia hővé alakulási folyamata értendő). A kifejtett erő modulációja lehetővé teszi, hogy az erő (az ábrán nem látható) számítógép által generált F_c referenciaerőhöz viszonyítva szervovezérlésű legyen. Az alapvető probléma a fenti megoldásnál abban van, hogy miként határozzuk meg a 9 és 10 fojtószelepekre adandó / vezérlőáramot, hogy elérjük a kívánt F_c referenciaerőt.

Amennyiben a lengéscsillapító két kamrájának áramlási mennyiségeire vonatkozó egyensúlyi összefüggéseket állandó sebesség mellett elfogadjuk, mind az összenyomási, mind pedig az expanziós fázisokban, akkor egy egyszerű összefüggést vezethetünk le a lengéscsillapító 15 inverz modellje által biztosított névleges i_th vezérlőáram, a pillanatnyi relatív y sebesség és az F csillapítóerő között. Az összenyomási fázisban ezt az összefüggést a következő egyenlet adja:

HU 225 356 Β1 _F=P.

G-i s₂y²+| s,

Cd- Α3ι(ΔΡ₃ι)

SryMPs-PeJS,;

ahol:

- F - a kifejtett csillapítóerő,

- p - munkaközeg, például olaj sűrűsége,

- S·, - a dugattyúnak a dugattyúidtól mentes oldalán fekvő, nyomásnak kitett keresztmetszet-felülete,

- S₂ - a dugattyúnak a dugattyúrúddal rendelkező oldalán fekvő, nyomásnak kitett keresztmetszetfelülete,

- S_t - dugattyúrúd keresztmetszet-felülete,

- y - relatív sebesség a lengéscsillapító két vége között,

- Gj - a vezérlőszelep nyomásnövekedése,

- i - vezérlőáram,

- C_d - expanzióoldali visszacsapó szelep áramlási együtthatója,

- A₃₁ - expanzióoldali visszacsapó szelep áramlási keresztmetszete,

- ΔΡ₃₁ - akkumulátor és kamra közötti nyomásesés szíváskor,

- P₃ - akkumulátoron belüli nyomás,

- P_e - atmoszferikus nyomás.

Ez a lengéscsillapító-modell használható abban az értelemben, hogy meghatározzuk a vezérelt fojtószelepek névleges i_th vezérlőáramát, a F_c referenciaerő és a mért relatív y sebesség függvényeként. Ezek az értékek a lengéscsillapító 15 inverz modelljének használatával nyerhetők.

A csillapítási összefüggésnél alkalmazott egyszerűsítések következtében a 15 inverz modellben bevezethető egy arányos korrekciós 5i tényező a 16 erővisszacsatoló kör révén.

A 12 erőérzékelővel mért F_m erő értékéhez a erő-visszacsatoló kör lehetővé teszi az eF erőhiba jelének generálását az F_c referenciaerő értéke és a mért F_m erő értéke között. Ezt az eF erőhiba jelet a korrektoregységbe adjuk, amely a járulékos korrekciós öi tényezővel korrigálja a 9 és 10 fojtószelepekre adandó i vezérlőáram értékét.

A relatív y sebesség értékét a lengéscsillapító 15 inverz modelljébe a 18 sebesség-visszacsatolókörön keresztül adjuk be, ez magában foglalja a 13 sebességérzékelőt is.

A névleges i_th vezérlőáram értékét a lengéscsillapító 15 inverz modellje állítja elő. A névleges i_th vezérlőáramot a fő közvetlen 19 szabályozókörön keresztül adjuk a vezérelt hidraulikus 9 és 10 fojtószelepekre, hogy az F_c referenciaerőt létrehozzuk. A közvetlen 19 szabályozókor magában foglalja a 15 inverz modellt. A névleges i_th vezérlőáramot az alábbi kifejezésekből határozzuk meg:

összenyomáskor (y <0), ahol i_th=K₂₃ -p=; expanziónál (y >0), és #c| a K₁₃ és K₂₃ pozitív állandók, amelyek a szabályozóegységtől, a hidraulikaolaj fizikai tulajdonságaitól, valamint a vezérelt 9 és 10 fojtószelepek mindenkori átfolyási mennyiségeitől függnek.

Az ilyen félaktív lengéscsillapító kielégítően alkalmazható, például vasúti személykocsik keresztirányú szekunder felfüggesztéséhez.

Az alábbi leírásban a jelen találmány szerinti folytonos erővezérlésű félaktív lengéscsillapítót ismertetjük a 3. és 4. ábra kapcsán. A 3. ábrán a találmány szerinti lengéscsillapító kapcsolási vázlata, a 4. ábrán pedig a találmány szerinti félaktív folytonos erővezérlésű szabályozóegységének példaként! kiviteli alakja látható tömbdiagramban. A 4. ábrán látható megoldás a 2. ábra szerinti hagyományos megoldás továbbfejlesztésének tekinthető, ezért a 2. és 4. ábrán a hasonló elemeket azonos hivatkozási számokkal jelöltük. A 3. és 4. ábrán szereplő példaként! kiviteli alaknál 17 korrektoregységet és 12 erőérzékelőt is feltüntettünk, de ezek nem feltétlenül szükségesek a találmány szerinti megoldáshoz.

Amint fentebb már kifejtettük, a hagyományos lengéscsillapító csillapító- Fv erőt fejt ki az y sebesség függvényében, de anélkül, hogy a külső vezérlésre lehetőséget adna.

Az erővezérelt lengéscsillapítónál a találmány értelmében megfordítjuk ezt az ok-okozati összefüggést, vagyis az y sebesség és az F_c referenciaerő ismeretében határozzuk meg a szabályozóparamétert, azaz a szelepek szabályozására szolgáló névleges i_th vezérlőáram értékét, ami azután lehetővé teszi, hogy a ténylegesen kifejtett F_v erő értékét egyenlővé tegyük az F_o referenciaerő értékével.

A szerkezet fizikai tulajdonságainak ismeretéből kiindulva, a találmányunkkal lehetővé vált a rendszer olyan modelljének megvalósítása, amelyben egymáshoz rendeljük a relatív y sebességet, az F_c referenciaerőt, valamint a névleges i_th vezérlőáramot, és ezekkel vált lehetővé az inverz modell eredeti továbbfejlesztése.

A találmány értelmében egyenértékű y_e sebességet a relatív y sebességből származtatjuk, ezáltal a vezérlési elvet kiterjesztjük olyan rendszerekre is, amelyek bizonyos mértékben összenyomható munkaközeggel dolgoznak.

Azok a hagyományos szervovezérlési technikák, amelyek erőhibán (eF=F_v-F_c) alapulnak, a jelen alkalmazásmódnál nem lennének hatékonyak, ugyanis azt igénylik, hogy a tényleges kifejtett csillapító- F_v erőt mérjük a főkörben. Ezzel szakítva, a kísérleteink során kifejlesztettünk egy olyan nyitott szabályozókört, amely lehetővé teszi a névleges i_th vezérlőáram közvetlen meghatározását a kívánt F_c referenciaerő és a relatív y

HU 225 356 Β1 sebesség függvényében, de anélkül, hogy ehhez az erőt mérnénk.

Az alábbi leírás a mozgatási sebességhez alkalmazandó korrekcióra vonatkozik, amelyet a nyomásdinamika becslése alapján határozzuk meg, és bevezetjük az „egyenértékű sebesség” fogalmát.

A gyakorlati tapasztalatok szerint a munkaközeg bizonyos mértékű összenyomhatósága idézi elő az F_v=fct(y,i) erő/sebesség karakterisztikát, amely azonban hiszterézist mutat, ennek következtében nem alkalmas arra, hogy az összenyomhatatlan folyadékokra kialakított hagyományos inverz modellhez használjuk azokat.

Az y sebesség értékét tehát olyan egyenértékű (ekvivalens) y_e sebesség alakjában korrigáljuk, hogy az F_v=fct (y_e, i) karakterisztikának egyértelmű meghatározásához jussunk, amely már lehetővé teszi az inverz modell elvének használatát. A munkaközeg bizonyos mértékű összenyomhatóságának ugyanis hatása van a kompressziós és expanziós 4, illetve 5 kamrákban lévő folyadékmennyiségek folytonosságára vonatkozó egyenletekre (mégpedig a nyomás deriváltjával társított összenyomható áramlási mennyiség alakjában).

Az y sebesség értékét tehát olyan tényezővel korrigáljuk, amely arányos a nyomás alatti kamrában uralkodó nyomás derivált értékével, ezzel pedig olyan alakra redukáljuk (ami analóg azzal, amelyet azon feltevés mellett kapnánk, hogy a munkaközeg összenyomhatatlan).

Figyelmen kívül hagyva a 11 akkumulátorban fellépő nyomásváltozásokat, a nyomás alatti kamrában lévő üzemi nyomás értéke lényegében megegyezik a vezérelt fojtószelep aktív nyílásán keresztül elérni kívánt ΔΡ_ν nyomáseséssel. Az egyenértékű y_e sebességet a következő összefüggésből számítjuk:

. . ... ... dAP_v y_e=ysgn(y)r(y)·——.

dt

A fenti egyenletben szereplő sgn(y) előjelfüggvény (signumfüggvény), amely arra a működési állapotra vonatkozik, amikor az r(y) tagot a relatív y sebességnek megfelelően moduláljuk (ahol az utolsó tört a ΔΡ_ν nyomásveszteség idő szerinti deriváltja).

Az alábbiakban a vezérelt fojtószelep működtetési módját ismertetjük. A pozitív érték megfelel annak az elméleti feltételezésnek, amely figyelembe veszi a folyadékok bizonyos mértékű összenyomhatóságát. A negatív érték viszont lehetővé teszi az egyenértékű sebesség alkalmazását, amely arra szolgál, hogy korlátozza azt a sebességértéket, amelynél a vezérelt fojtószelep lezárna (kisebb sebességek esetében), ezáltal ugyanis mindenfajta hidraulikus „blokkolás” elkerülhető.

Az F_c referenciaerő meghatározásához induljuk ki egy optimális vezérlés elvéből származtatott szabályozási összefüggésből, és például a referenciaerő értékét a disszipációs tartományra korlátozzuk.

A 4. ábrán U-val jelöltük a szabályozási erőt, amelyből 21 egység számítja ki az adott esetben megkívánt értékű erőt. Ezt a lengéscsillapító fizikai tulajdonságai szabják meg, annak teljesen összenyomott helyzetében (ilyenkor a vezérelt fojtószelep teljesen nyitva van), illetve a lengéscsillapító teljesen széthúzott helyzetében (ilyenkor a vezérelt fojtószelep minimálisan van nyitva). A félaktív működésmódnak megfelelően az eredő disszipációs szabályozóerőt az alábbiakban „U_sa”-val jelöljük.

Továbbá mivel a rendszer természetes karakterisztikái egy adott szelep nyitásakor négyzetesen változnak a kis referenciasebességeknél (V_o küszöbsebességnél), a következő összefüggést (C_v y |y|) alkalmazzuk, hogy minden bizonytalanságot elkerüljünk a szelepre adandó vezérlőáram vonatkozásában zérus sebességnél (ahol C_v a fojtószelepre vonatkozó konstans):

Fc=(¹-q) ^cv y|yl⁺q U_sa; ahol q=min(|y|/V₀, 1); ahol

- U_sa - eredő disszipációs szabályozóerő,

- V_o - sebesség-küszöbérték,

- C_v ylyI - négyzetes érték, amelyben C_v fojtószelepre vonatkozó konstans.

Ha |y| értéke kisebb, mint a V_o sebesség-küszöbérték, akkor növeljük a passzív csillapítást és a disszipációs szabályozóerőt; ha viszont |y| értéke nagyobb, mint a V_o sebesség-küszöbérték, akkor F_c=q U_sa.

A 3. ábrán tehát a találmány szerinti erővezérlésű félaktív lengéscsillapító hidraulikus körének példakénti kivitele látható. Itt P₁ az expanziós 5 kamrában uralkodó nyomást, P₂ a kompressziós 4 kamrában uralkodó nyomást, P₃ pedig a 11 akkumulátorban uralkodó nyomást jelöli. Továbbá C_Ld hivatkozási jellel a nyomóoldali 8 visszacsapó szelepet és C_Lc-vel az expanzióoldali 7 visszacsapó szelepet jelöltük (az 1. ábrán használt jelölésekkel összhangban).

A 3. ábrán V_c és V_d hivatkozási jelek további kiviteli alakként egy kombinált vezérelt 20 fojtószelep átömlőnyílásait jelölik (például a 4/2-es típusú szelepét), vagy alternatív kivitelként két különálló 2/2-es típusú fojtószelep átömlőnyílásait a vezérelt 9 és 10 fojtószelepeknél.

A találmány szerinti megoldás e kivitelének egyik előnye, hogy egyetlen vezérelt 20 szelepet használunk, amely a két vezérelt, Vd és Vc átömlőnyílással rendelkezik, amelyeket párhuzamosan vezérlünk, amint ez a 3. ábrán látható.

Az expanziós fázisban (vagyis amikor a 2 dugattyú D nyíl irányába mozdul el), a 8 visszacsapó szelep nyit, rövidre zárja a 20 fojtószelep V_c átömlőnyílását, és lehetővé teszi a 4 kamra szabad feltöltését. A 7 visszacsapó szelep eközben zárva van. A 20 fojtószelep aktív V_d átömlőnyílásának átömlési keresztmetszet-felületét vezéreljük, ezáltal szabályozzuk az 1 házban uralkodó nyomásokat, és ezen keresztül a lengéscsillapító 3 dugattyúrúdja által az expanziós fázisban kifejtett F_v erőt. A működésmód az összenyomási fázis során értelemszerűen fordított, amikor is a 2 dugattyú az 1 házban C nyíl irányába mozdul el.

A lengéscsillapító által kifejtett F erő az alábbi összefüggésből számítható:

HU 225 356 Β1

F=(P₁-P₃)S₁-(P₂-P₃)S₂-(P₃-P_e)S„ ahol

F - F_v-F_pneu; ezen belül

F_v-(Pi-P₃) Si-(P₂-P3) S₂, és

Fpneu^-(P₃ ^—Pe)'§t

A fenti összefüggésből az érdeklődésünkre számot tartó erő egyedül a csillapító F_v erő (az összefüggésben szereplő tényezőit fentebb már említettük, viszont az F_pneu erővel itt nem foglalkozunk).

Az alábbiakban egy példán keresztül mutatjuk be (hivatkozva a 3. ábrára), hogy az expanziós fázisban miként végezzük a számításokat.

A nyitott 8 visszacsapó szelepen a nyomásveszteség az y sebesség, valamint a vezérelt fojtószelepre adott (táblázatosán megadott) vezérlőáram függvényeként adható meg, amely valójában egy korrekciós tényező. A vezérlőáram lehetővé teszi, hogy figyelembe vegyük a V_c átömlőnyílás nyitásának hatását a visszacsapó szelepen keresztül áramló munkaközeg mennyiségére, a következő összefüggés szerint:

^APCLd⁼P₃ ^_P2^=GCLd (y- ’th)·

Az aktív vezérelt 20 fojtószelep V_d átömlőnyílásánál a kívánatos nyomásveszteség értékét az F_c-re és AP_Ci_-^re vonatkozó összefüggések alapján számíthatjuk a következőképpen:

áP_v=P₁-P₃=(F_c-áP_clS₂)/S₁.

Ha a ΔΡ_ν nyomásveszteség értékét idő szerint deriváljuk, majd megszorozzuk az y - r(y) taggal, amely a r(y) sebességfüggvény szerint változik, akkor az alábbi képletből egyszerűen meghatározhatjuk az y_e egyenértékű működési sebességet:

A névleges i_th vezérlőáramot már kiszámítottuk a működési határérték alábbi összefüggésből történő meghatározásához:

AP_v=fct (i_th, y_e).

A nyomásesési paramétert már előzőleg a K(i_th) nemlineáris függvény (táblázatos/mátrix) alakjaként határoztuk meg, az alábbiak szerint:

ΔΡν=Κ(ΐ#,)|Ϋ_βΐΎβ·

Az inverz modell elve szerint a névleges i_th vezérlőáram meghatározása az alábbiak szerint történik:

Az alábbi leírásban részletesebben a fő közvetlen 19 szabályozókörrel és a 15 inverz modellel foglalkozunk. A 4. ábrán szaggatott vonallal határoltuk a 15 inverz modell szerkezeti egységeit.

A névleges i_th vezérlőáramot a lengéscsillapító 15 inverz modellje segítségével az F_c referencierő, valamint a 13 sebességérzékelővel mért relatív y sebesség függvényében határozzuk meg. A 15 inverz modell a találmány szerint több egységet foglal magában, nevezetesen a következőket:

- első 15B egységet az aktív vezérelt fojtószelep ΔΡ_ν nyomásveszteségének meghatározására;

- második 15C egységet az aktív vezérelt fojtószelephez alkalmazandó névleges i_th vezérlőáram kiszámítására;

- harmadik 15D egységet az y sebesség korrekciós 5y tényezőjének kiszámítására;

- negyedik 15A egységet, amelynek feladata a nyitott visszacsapó szelep ΔΡ_ει_ nyomásveszteségének kiszámítása;

- összegező 15E áramkört, amelynek feladata a mért y sebesség és a korrekciós 6y tényező összegét az egyenértékű y_e sebesség meghatározásához kiszámítani.

A 15 inverz modell fenti egységeinek áramköreivel a csillapítórendszer fizikai értelmezésén alapulóan meghatározzuk a becsült fizikai paramétereket, nevezetesen:

- a nyitott visszacsapó szelep ΔΡ_οι nyomásveszteségének becsült értékét; az expanziós szakaszban ez a becsült AP_CL nyomásveszteség a 8 visszacsapó szelepre vonatkozó becsült P₃-P₂ értékkel egyenlő; viszont az összenyomás! fázis során ez a becsült AP_CL nyomásveszteség a 7 visszacsapó szelepre vonatkozó becsült Ρ₃-Ρ·ι értékkel egyenlő;

- a nyomás alatti 4 kamra és a 11 akkumulátor között elhelyezkedő aktív vezérelt fojtószelep által elérendő becsült ΔΡ_ν nyomásveszteséget. Az expanzió során ez a becsült ΔΡ_ν nyomásveszteség a 10 fojtószelepnél P-]-P₃ értékű; az összenyomás! fázis során viszont a ΔΡ_ν nyomásveszteség a 9 fojtószelep becsült P₂-P₃ értékével egyenlő; és

- a számított y_e=y+öy egyenértékű sebesség értékét, amely a mért y sebesség és a Sy korrekciós tényező összege.

A lengéscsillapító 15 inverz modelljének egységei az alábbi funkciókat látják el:

A negyedik 15A egység a nyitott visszacsapó szelep AP_cl nyomásveszteségét számítja ki, vagyis expanziónál a 8 visszacsapó szelepen keresztüli, összenyomáskor pedig a 7 visszacsapó szelepen keresztüli veszteségeket.

A15A egység kimenő AP_CL értékét egy karakterisztikamátrixból interpoláljuk, amelynek értékeit táblázatos formában adjuk meg az említett 15A egység bemeneti értékeinek, azaz a relatív y sebesség és az i_th vezérlőáram függvényeként.

Az első 15B egység a nyomás alatti 4 kamra és a 11 akkumulátor között elhelyezkedő aktív vezérelt fojtószelep ΔΡ_ν nyomásveszteségének értékét állítja elő. A 15B egység kimeneti ΔΡ_ν nyomásveszteség értékét az egység két bemenőértékének, azaz az F_c referenciaerő és a AP_cl nyomásveszteség értékeiből a következőképpen számítjuk ki:

AP_v=[F_c-AP_CLS₂]/S₁ (expanziónál; a 10 fojtószelepnél) és

AP_v=[-F_c-AP_CL S₁]/S₂ (összenyomás! fázisban a 9 fojtószelepnél), ahol

- S₁ - a dugattyú nyomott felülete a dugattyúrúd felőli oldalon,

HU 225 356 Β1

- S₂ - a dugattyú nyomott felülete a rúdmentes oldalon,

- ΔΡ_ν - nyomásveszteség a 15B egység kimenetén,

- AP_cl - a nyitott visszacsapó szelep nyomásvesztesége.

A folyadék összenyomhatóságának figyelembevétele végett a mért y sebesség értékét a találmány értelmében korrigáljuk a harmadik 15D egységből kapott öy korrekciós tényezővel, hogy y_e egyenértékű sebességet kapjunk meg a 15E összegező áramkör kimenetén, a következő összefüggésből: y_e=y⁺Sy.

A harmadik 15D egység a sebesség öy korrekciós tényezőjét számítja ki a következő képlet alapján:

5y=e(y) r(y)·^^, ahol dt

- s(y)=-1/ha y >0 (expanziónál), és e(y )= 1, ha y <0 (kompressziónál),

- r(y) - sebességfüggvény,

- ΔΡ_ν - nyomásveszteség az első egység (15B) kimenetén,

--- - a nyomásveszteség (ΔΡ_ν) idő (t) szerinti dt deriváltja.

A második 15C egység feladata, hogy a névleges vezérlő- i_th áramot a 15C egységbe beadott két érték, azaz a ΔΡ_ν nyomásveszteség és az egyenértékű y_e sebességértékek függvényeként kiszámítsa.

A vezérelt 9 és 10 fojtószelepek V_c és V_d átömlőnyílásainak keresztmetszet-felületeit előzetesen nemlineáris K(i) függvény szerint határozzuk meg; ezek értéke a 9 vagy 10 fojtószelep mért AP_v__mért nyomásveszteségéből, valamint - a ΔΡ_ν nyomásesés, az y sebesség és az i vezérlőáram értékeiből számított egyenértékű y_e sebesség mért y_e-mért értékéből az alábbi összefüggés szerint számítható:

e-mért IXe -mért

A második 15C egységben hasznosítjuk ezt az összefüggést, mégpedig az alábbi feltételt kielégítő névleges i_th vezérlőáram K(i_th) függvényének meghatározásához:

ΔΡ, |y_e|y_e’

K(i_th)^: ahol

- K(i) a mérések alapján meghatározott nemlineáris függvény;

- ΔΡ_ν az elérendő nyomásveszteség, amint azt a 15B egység kimeneti értékeként számítottuk; és

- y_e az egyenértékű sebesség, amelyet a 15E összegező áramkör kimenetén kapunk meg.

A fenti paraméter meghatározására szolgáló nemlineáris függvényt minimalizálási problémaként átfogalmaztuk az alábbiak szerint; az i_lh vezérlőáram értékét úgy számítjuk ki, hogy minimalizálja az εΚ(ϊ) hibafüggvényt az elfogadható tartományban:

8K(i_th)=min_i [εΚ(ϊ)]=πιίηί

K(/)Δ^ |ye|y_s ; ahol:

- K(i) - a mérésekből meghatározott nemlineáris függvény,

- ΔΡ_ν - a nyomásveszteség, ami mérhető az aktív fojtószelep nyomásesését meghatározó első 15B egység kimenetén,

- y_e - számított egyenértékű sebesség, amely megjelenik az összegező 15E áramkör kimenetén (lásd 4. ábra).

Claims (10)

15 SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Félaktív lengéscsillapító, amelynek nyomóoldali visszacsapó szelepe (8) és expanzióoldali visszacsapó szelepe (7) van, és szabályozókapcsolással van

20 vezérlőkapcsolatban, amelynek fő közvetlen szabályozóköre (19) van, ez a lengéscsillapító inverz modelljét foglalja magában, amely fizikai értékek alapján a lengéscsillapító nyomóoldali szabályozott fojtószelepe (10) és expanzióoldali fojtószelepe (9), vagy e két

25 funkciót ellátó egyetlen fojtószelep (20) villamos vezérlőáramának névleges értékét (i_th) a lengéscsillapító két vége közötti relatív sebesség (y) mért értéke és referenciaerő (F_c) alapján meghatározó kialakítású, azzal jellemezve, hogy az inverz modell (15) magában

30 foglal:

e) az aktív szabályozott fojtószelep (9, 10) nyomásveszteségét (ΔΡ_ν) meghatározó első egységet (15B);

f) az aktív szabályozott fojtószelep (9, 10) névle35 ges vezérlőáramát (i_th) kiszámító második egységet (15C);

g) a sebesség (y) korrekciós tényezőjét (öy) kiszámító harmadik egységet (15D); és

h) a sebesség (y) mért értékének és a korrekciós

40 tényezőjének (öy) az összegét egyenértékű sebesség (y_e) meghatározásához kiszámító összegző áramkört (15E), amely a névleges vezérlőáramot (i_th) az aktív fojtószelep nyomásvesztesége (ΔΡν) és az egyenértékű sebesség

45 (y_e) révén meghatározó kivitelű.

2. Az 1. igénypont szerinti lengéscsillapító, azzal jellemezve, hogy az inverz modellnek (15) a nyitott visszacsapó szelep (7, 8) nyomásveszteségét (AP_CL) kiszámító negyedik egysége (15A) is van.

50

3. A 2. igénypont szerinti lengéscsillapító, azzal jellemezve, hogy a nyitott visszacsapó szelep nyomásveszteségét (AP_CL) kiszámító negyedik egység (15A) kimeneti jelei olyan mátrixból vannak interpolálva, amelynek elemei az egységnek (15A) a sebesség (y)

55 és a névleges vezérlőáram (i_th) bemeneti jeleinek függvényében vannak meghatározva.

4. Az 1. igénypont szerinti lengéscsillapító, azzal jellemezve, hogy az aktív szabályozott fojtószelep nyomásveszteségét meghatározó egysége (15B) a len60 géscsillapító nyomás alatti kamrája és akkumulátora

HU 225 356 Β1 (11) között elrendezett aktív vezérelt fojtószelep (9, 10) nyomásveszteségének (ΔΡ_ν) értékét meghatározó kialakítású.

5. A 4. igénypont szerinti lengéscsillapító, azzal jellemezve, hogy az aktív szabályozott fojtószelep (9, 10) 5 nyomásveszteségét meghatározó egység (15B) kimeneti nyomásesésének (ΔΡ_ν) értéke az egység (15B) két bemeneti értékének, nevezetesen a referenciaerő (F_c) és a nyitott visszacsapó szelep nyomásesése (AP_Cl) értékeinek függvényében az alábbi összefüggé- 10 sekből van számítva:

AP_v=[F_c-AP_CLS2]/S1; (a 10 fojtószelepnél; a lengéscsillapító expanziójánál), valamint

AP_v=[-F_c-AP_CL-S1]/S2; (a 9 fojtószelepnél; a lengéscsillapító kompressziójánál), ahol 15

- S1 - a dugattyú nyomott felülete a dugattyúrúd felőli oldalon,

- S2 - a dugattyú nyomott felülete a rúdmentes oldalon,

- ΔΡ_ν - nyomásveszteség az egység (15B) kimé- 20 netén,

- aP_cl - a nyitott visszacsapó szelep nyomásvesztesége.

6. Az 1. igénypont szerinti lengéscsillapító, azzal jellemezve, hogy a sebességkorrekciós tényező (5y) a 25 harmadik egység (15D) révén az alábbi kifejezésből van számítva:

Sy=e(y) r(y)-5^, ahol ^dt 30

- s(y)=—1, ha y >0 (expanziónál), és

- s(y)=1, ha y <0 (kompressziónál),

- r(y) - sebességfüggvény,

- ΔΡ_ν - nyomásveszteség az első egység (15B) kimenetén, 35

- - _a nyomásveszteség (ΔΡ_ν) idő szerinti dt deriváltja.

7. Az 1. igénypont szerinti lengéscsillapító, azzal jel- 40 lemezve, hogy a szabályozott fojtószelep (9, 10) karakterisztikája nemlineáris függvény [K(i)j szerint van előzetesen meghatározva, amelynek értéke a fojtószelep (9,

10) mért nyomásveszteségéből (AP_v._mérl), valamint - a nyomásesés (ΔΡ_ν), a sebesség (y) és a vezérlőáram (i) értékeiből számított - egyenértékű sebesség (y_e) mért értékéből (y_e-mért)^az alábbi összefüggés szerint adódik:

|/e- mértl/e- mért

8. A 7. igénypont szerinti lengéscsillapító, azzal jellemezve, hogy a névleges vezérlőáram (i_th) hibafüggvénynek [sK(i)j a megengedett vezérlőáram-értékekre való minimalizálásával van meghatározva, az alábbi összefüggésből:

EK(i_th)=mini[eK(i)]=mini

ΔΡ„ |y_e|y ahol:

- K(i) - a mérésekből meghatározott nemlineáris függvény,

- ΔΡ_ν - a megvalósítandó nyomásveszteség, ami az aktív fojtószelep (9, 10) nyomásesésének megbecsülését végző első egység (15B) kimenetén jelenik meg,

- y_e=számított egyenértékű sebesség, megjelenik az összegező áramkör (15E) kimenetén.

9. Az 1-8. igénypontok bármelyike szerinti lengéscsillapító, azzal jellemezve, hogy szekunder erővisszacsatoló köre (16) van, amely a névleges vezérlőáramhoz (i_th) arányos korrekciós tényezőt (öi) figyelembe vevő, ezáltal a referenciaerő (F_c) és a ténylegesen kifejtett erő (F) mért értéke közötti erőhibát (sF) képező kialakítású.

10. Az 1-9. igénypontok bármelyike szerinti lengéscsillapító, azzal jellemezve, hogy a referenciaerő (F_c) az alábbi összefüggésből van meghatározva:

F_c=(1-q) C_v-y|y|+q-U_sa; ahol q=min(|y|/V₀,1), ahol

- U_sa - nagy sebességnek megfelelő csillapítóerő,

- V_o - sebesség-küszöbérték,

- C_v y|y|- négyzetes érték, amelyben C_v fojtószelepre vonatkozó konstans.