Master's Thesis

Adaptive control of magnetorheological dampers

Final Thesis 11.44 MB

Author of thesis: Ing. Jiří Míša

Acad. year: 2019/2020

Supervisor: Ing. Lubor Zháňal, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Petr Porteš, Ph.D.

Abstract:

The topic of this master´s thesis is the design of adaptive damping algorithm for the prototype magnetorheological dampers, which are used for Formula Student vehicle. The prime output is the development and optimization of the control algorithm which included usage of the MBS software and real data from race track. Temperature compensation to supress the effect of dynamic viscosity of magnetorheological fluid due to the increase in operating temperature and testing of the vertical dynamic of the car on 4 - post test rig was realized as well. The main goal was to obtain better control of the car in transient situations and increase usability of tires via changes in damping based on actual conditions and status of the vehicle.

Keywords:

Formula Student, suspension, MBS software, adaptive damping, magnetorheological damper, roll, pitch, heave.

Date of defence

21.07.2020

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Otázky k obhajobě: - V práci je poměrně velká část textu věnována modelu vozidla s měřenou torzní tuhostí a torzním tlumením rámu. Na obr. 98 je zobrazen model vozidla doplněný o torzní prvek. O chování vozidla však bude rozhodovat spojení setrvačných hmot s jednotlivými částmi rámů. Můžete v tomto směru doplnit informaci o modelu vozidla? - Pro stanovení požadované referenční plochy pod křivkou tlumení autor využívá vztahy (25) až (28). Na základě čeho předpokládá lineární vztah mezi tuhostí pružiny a optimální hodnotou plochy pod křivkou? Otázky: - Palivový systém formule student. Zodpovězeno - Praktické využitie adaptívneho riadenia magnetoreologických tlmičov. Zodpovězeno - Model pneumatiky v MBS Zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Mechanical Engineering (M2I-P)

Field of study

Automotive and Material Handling Engineering (M-ADI)

Composition of Committee

doc. Ing. Petr Porteš, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Kaplan, CSc. (místopředseda)
Ing. Zdeněk Novosad (člen)
Ing. Marek Slovák (člen)
Ing. Karel Štěpánek (člen)
Ing. Radim Dundálek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Lubor Zháňal, Ph.D.

Závěrečná diplomová práce se zabývá adaptivním řízením magnetoreologických tlumičů s cíleným využitím pro vůz Formule Student. Práce je členěna na logicky navazující kapitoly jdoucí od obsáhlé rešeršní části přes popis principů MR tlumičů, měření a simulaci dynamiky vozidla až po návrh a optimalizování řídicích algoritmů. Svým výrazně nadprůměrným rozsahem, hloubkou a kvalitou tato práce reflektuje zaujetí a pečlivost autora. Výrazně kladně je třeba hodnotit také jeho samostatnost a schopnost nejen pojmout, ale i rozpracovat a vylepšit dílčí rady vedoucího. Vytknout by se dalo, že pro vysvětlení některých popisovaných jevů na této úrovni detailnosti nejsou v práci uvedeny všechny předpoklady a souvislosti, které však zřejmě pramení z dlouhodobých zkušeností získaných během projektu Formule Student. Většina textu je však formulována velmi srozumitelně a působí jako promyšlený celek. Po formální stránce nejsou přítomny žádné velké chyby a jazyková i grafická úroveň jsou taktéž zcela adekvátní. Celkově se tak jedná o vynikající práci s velkým potenciálem praktického využití a dalšího rozvoje.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A
Display more

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Petr Porteš, Ph.D.

Tématem diplomové práce Bc. Jiřího Míši byl návrh řízení adaptivního tlumení magnetoreologických (MR) tlumičů pro vůz kategorie Formule Student.
Diplomant ve své práci provedl konstrukční úpravy původního prototypového MR tlumiče s ohledem na změnu konceptu uložení tlumičů v jednotce odpružení. Zdokonalil izolaci elektroinstalace tlumiče, provedl úpravy snižující Coulombovo tření v tlumiči a odstranil obtokové kanálky kolem pístu tlumiče.
Dále s využitím laboratorního měření na „4 post rigu“ odladil hodnotu operačního proudu do tlumiče pro dosažení minimálního rozptylu dynamické síly v kontaktu kola s vozovkou.
S ohledem na vliv teploty tlumiče na jeho provozní vlastnosti navrhl algoritmus kompenzace degradace tlumící síly vlivem navýšení provozní teploty MR kapaliny a umístil do těla tlumičů snímače teploty.
Cílem regulace tlumičů bylo zejména ovlivnit chování vozidla při vjezdu do zatáčky a při výjezdu zatáčky. Za tímto účelem diplomant provedl podrobné analýzy chování vozidla pomocí simulačních výpočtů s využitím MBS modelu celého vozidla sestaveného v softwaru MSC Adams. Získané poznatky využil pro návrh řízení MR tlumičů z hlediska boční a podélné dynamiky. Dále provedl korekci algoritmů řízení tlumičů na základě měřených signálů, které měl k dispozici z jízd vozu z loňské sezóny. Na závěr navrhl elektroniku řízení včetně elektroinstalace.
Z výše uvedeného vyplývá komplexnost návrhu a ohromný rozsah prací, který byl vykonán a jenž výrazným způsobem převýšil požadavky zadání.
Práce je logicky členěná, jednotlivá rozhodnutí jsou pečlivě argumentována, jednotlivé kroky vedou k naplnění cílů diplomové práce a výsledky jsou v celé řadě inovativní.

Po formální stránce bych diplomové práci vytknul:
-    Drobné „překlepy“, např. na str. 25 jednotky tuhostí ve vztazích (5) a (6) by měly být N/m nikoliv N/mm nebo záměna termínu „naklonění“ a správnějšího termínu „naklopení“ na str. 82, správný index u R2 na str. 65, …
-    Autor v práci často používá titulek obrázku pro skupinu grafů. To pak vede ke složitému odkazování na jednotlivé (dílčí) grafy. Použití písmen pro označení samotných grafů (ve skupině) by značně zpřehlednilo práci.
-    U některých obrázků chybí legenda nebo jiný způsob označení křivek v grafu (např. obr. 77, 79, 80).   
-    Kapitoly 8.2, 8.4.4, 8.4.5 obsahují jen obrázek bez textu, což není vhodné, jelikož není jasné, co chtěl autor sdělit.
-    Na str. 112 je uveden proces plachtění, není jasné, co tím autor měl na mysli.
-    Na obr. 156 na druhých grafech od z hora jsou stejné titulky jako na prvních grafech.
V práci student dochází k teoretickým závěrům, z nichž některé jsou minimálně nepřesně formulovány. Jedná se především o následující závěry:
-    Na str. 82 uvádí: „Je tedy nutné mít na paměti, že tlumiče nám neovlivňují chování vozu pouze v transientních situacích, ale rovněž i ustálený stav zatáčení, kdy je vozidlo v apexu zatáčky.“ Je nutné rozlišovat mezi tím, kdy je vozidlo v ustáleném stavu a kdy je v apexu. Může se stát, že zvětšením tlumení se přechodový stav prodlouží natolik, že není dosaženo rovnovážného stavu ani v apexu.
-    Str. 84: „Výsledkem tedy je, že pokud docílíme vyšší klopné tuhosti na zadní nápravě při nájezdu pomocí navýšení tlumící síly tlumiče klopení, vozidlo dokáže vlivem vyššího pozitivního momentu stáčení, získat větší úhel stáčení a je schopno během nájezdu i v ustáleném stavu dosáhnout větší hodnoty bočního zrychlení.“ To platí, pokud se vozidlo nepohybuje na svém limitu (v tomto případě limitu zadní nápravy). Nutné je rozlišovat mezi podlimitními a limitními stavy.
-    Tab. 11 platí jen za předpokladu konstantní rychlosti, což by mělo být v textu zmíněno jako předpoklad. Asi by bylo vhodnější porovnávat stáčivý účinek s rovnovážným stavem (ay = rychlost stáčení x rychlost), čímž by se vzala do úvahy i změna rychlosti. Zejména pokud je regulace zaměřena na vjezd do zatáčky, kdy vozidlo zpomaluje a výjezd ze zatáčky, kdy vozidlo zrychluje.
-    Obr. 174: Není jasné, jak vznikla závislost poloměru zatáčení na natočení vozidla. V textu se uvádí, že vychází ze simulace. Při jaké rychlosti? Pokud není vozidlo ve všech jízdních režimech absolutně vždy neutrální, pak takto pevná závislost (nezahrnující vliv bočního zrychlení na směrové úchylky náprav) musí nutně vést k velkým rozdílům mezi natočením volantu dle obr. 174 a skutečným natočením. 
Vzhledem k tomu, že během brzdění regulace tlumičů výrazně ovlivňuje jízdní výšku a ta pak velikost aerodynamických sil, bylo by minimálně zajímavé vynést i časové závislosti aerodynamických sil a jejich změny porovnat s dynamickými změnami vertikálních sil v kontaktech kola s vozovkou.
Nedomnívám se, že by výše uvedené podněty měly ovlivnit dosažené výsledky diplomové práce, představující první stádium vývoje řízení MR tlumičů. V dalších stádiích by však mohly mít vliv na směr dalšího vývoje.
Jak již bylo výše konstatováno, diplomant splnil zadání na velmi vysoké úrovni, a proto diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. V práci je poměrně velká část textu věnována modelu vozidla s měřenou torzní tuhostí a torzním tlumením rámu. Na obr. 98 je zobrazen model vozidla doplněný o torzní prvek. O chování vozidla však bude rozhodovat spojení setrvačných hmot s jednotlivými částmi rámů. Můžete v tomto směru doplnit informaci o modelu vozidla?
  2. Pro stanovení požadované referenční plochy pod křivkou tlumení autor využívá vztahy (25) až (28). Na základě čeho předpokládá lineární vztah mezi tuhostí pružiny a optimální hodnotou plochy pod křivkou?
Display more

Grade proposed by reviewer: A