dr inż. Andrzej Dębowski

Publikacje

Tylko dzieląc się wiedzą przyczynisz się do rozwoju nauki.

Wstęp

Zamieszczając tu treści opublikowanych artykułów zależy mi na ułatwieniu dostępu nie tylko do nich, ale także nawiązaniu kontaktu z osobami zainteresowanymi tą tematyką lub zupełnie odmienną.

ORCID 0000-0003-1446-4415
researchgate.net/profile/Andrzej_Debowski


    Publikacje w 2019 roku


    W opracowaniu
    Dębowski A., Żardecki D.: Modelling of torsional vibrations in a motorcycle steering system.
  • Torsional vibrations of steering systems are significant problems for the active safety of motorcycles. These vibrations may occur even with slight disturbances of the steady state motion, and their causes result from the improper mechanical parameters and characteristics of the steering system affecting the dynamic properties of the vehicle. In many cases, full elimination of torsional vibrations requires the use of special dampers acting as mechatronic systems. They enable appropriate action of the steering systems in a wide range of changes of dynamic characteristics resulting from changes of operating parameters (load, speed, etc.). Identifying the causes of vibrations and finally the proper synthesis of the active damper requires research studies using mathematical modelling and computer simulation. Due to the complex nature of motorcycle dynamics, which prompts the creation of complex forms of the mathematical model, and at the same time the obvious paradigm of the relative simplicity of the model used in mechatronic systems, the synthesis of such a model requires a special approach. The paper presents a method of model synthesis including determination of nonlinear equations of motion in an extreme "expanded" version, then their linearisation, Laplace transformation and determination of the transfer functions, frequency analysis based on Bode plots, reduction of the transfer functions and finally calculation of state equations allowing a synthesis of the active damper algorithm.

    Dębowski A.: Analiza możliwości ograniczenia drgań skrętnych w układzie kierowniczym motocykla, rozprawa doktorska, 2019.
    Geneza tematu
  • drgania, motocykl, wibracje, tłumik drgań, shimmy, wobble
  • motorcycle, steering damper, wobble, shimmy, vibrations
  • "Drgania skrętne w układzie kierowniczym i inne osobliwości dynamiczne występujące w ruchu motocykla stanowią istotny problem w zakresie bezpieczeństwa motocyklistów. Przekonał się o tym autor tej rozprawy, który w 2014 roku doświadczył wypadku prowadząc motocykl Yamaha YZF R6 z 2006 r.
    Do wypadku doszło w słoneczny dzień na suchej nawierzchni na drodze ekspresowej S8. Jadąc drogą Poznańską w kierunku Warszawy, autor chciał zjechać na drogę S8 w kierunku Bemowa. Wjeżdżając na wiadukt łagodnym łukiem i pochylając motocykl, za wcześnie podjął decyzję o wyprostowaniu go, w wyniku czego siła odśrodkowa wyniosła go na równoległy pas jezdni, po którym poruszał się autobus. Kierowca autobusu gwałtownie skręcił w lewo, na skutek czego doszło tylko do zderzenia bocznego pojazdów. Zaburzenie ruchu powstałe na skutek zderzenia spowodowało na tyle silne oddziaływanie, że przeciwdziałanie jemu było niemożliwe. To z kolei wywołało silny obrót kierownicy i gwałtowną zmianę kierunku jazdy, a w konsekwencji utratę kontroli nad pojazdem i wywrócenie go. Motocykl sunął jeszcze kilkadziesiąt metrów, a tuż za nim jego kierowca. Dzięki temu, że autor ubrany był w pełny skórzany kombinezon oraz odpowiednie buty, rękawice i kask, całe zdarzenie skończyło się zaledwie stłuczeniami. Można przypuszczać, że jeśli w układzie znalazłby się odpowiedni tłumik drgań skrętnych, to zaburzenie takie mogłoby nie spowodować na tyle istotnej zmiany kąta skrętu, a przez to i utraty panowania nad pojazdem.
    Przykład ten doskonale pokazuje, jak niewiele trzeba, aby doszło do wypadku motocyklisty oraz że zazwyczaj kończy się on upadkiem, który może być groźny w skutkach. Podobne doświadczenia, a nierzadko nawet znacznie poważniejsze opisywane są przez innych motocyklistów. Na stronie internetowej autora [149] przedstawione są wybrane z Internetu niebezpieczne w skutkach zachowania motocykli dla szeregu szczególnych odnotowywanych w literaturze przypadków drgań.
    Rosnąca liczba motocyklistów jako uczestników ruchu drogowego powoduje, że stanowią oni także coraz liczniejszą grupę osób biorących udział w wypadkach drogowych [153]. Motocykliści na świecie stanowią 23% uczestników całego ruchu drogowego [100], a zderzenia z samochodami osobowymi zaliczane są do grupy powszechnych wypadków drogowych [108]. Warto również zwrócić uwagę na to, że liczba wypadków zarówno samochodów, jak i motocykli stanowi 1‰ liczby zarejestrowanych samochodów oraz motocykli, chociaż przeciętny czas użytkowania motocykla w ciągu roku jest znacznie krótszy niż samochodu. Bazując na danych zamieszczonych w raporcie Policji z 2017 r. [65], można stwierdzić, że motocykle stanowią w Polsce 4,8% wśród zarejestrowanych pojazdów silnikowych. Natomiast motocykliści biorą udział w 6,8% wypadków z czego 9,7% z nich stanowią wypadki ze skutkiem śmiertelnym. Nadal do najczęstszych przyczyn wypadków należy niedostosowanie prędkości jazdy do warunków panujących na drodze (54%). Niestety ze względu na sposób realizacji zestawień statystycznych prowadzonych przez Komendę Główną Policji nie jest możliwe stwierdzenie, jaka liczba wypadków wynikała z typowych przyczyn (niedostosowanie prędkości do warunków, nieprawidłowe wyprzedzanie, niezachowanie bezpiecznej odległości, nieudzielanie pierwszeństwa przejazdu), a jaka mogła być poprzedzona zaistnieniem osobliwych procesów dynamicznych (w tym drgań) prowadzących do utraty panowania nad pojazdem. Choć w latach 2007-2016 ogólna liczba wypadków drogowych zmalała o ponad 30%, to liczba wypadków z udziałem motocykli utrzymuje się wciąż na tym samym poziomie – około jednego tysiąca rocznie [8].
    Tematyką bezpieczeństwa zajmują się różne ośrodki badawcze na świecie, w tym producenci motocykli. Prace koncentrują się na zwiększeniu bezpieczeństwa zarówno bezpieczeństwa biernego, jak i czynnego.
    W motocyklu nie ma możliwości umieszczenia wszystkich systemów bezpieczeństwa biernego, które są stosowane w samochodach (pasy, poduszki gazowe itd.). Zauważmy też, że ważnym aspektem jest odmienne zachowanie kierowcy w fazie pozderzeniowej, niż ma to miejsce w samochodzie. Zazwyczaj motocyklista oddziela się od pojazdu już w pierwszych chwilach wypadku drogowego, dlatego systemy nie spełniałyby swojej funkcji. Ochrona bierna wiąże się przede wszystkim z ubiorem kierowcy, jednak przepisy regulują wyłącznie posiadanie hełmu ochronnego. Motocykliści niechętnie zaopatrują się w specjalne kombinezony ze względu na ich stosunkowo wysoką cenę oraz komfort jazdy i użytkowania. Dlatego niezwykle ważnym jest rozwijanie systemów bezpieczeństwa czynnego. Przykładem takiego systemu może być CBS/LBS stanowiący odpowiednik samochodowego układu ABS. Aktualnie jest to jedyny system wprowadzony w 2017 r. jako rozwiązanie obowiązkowe w nowo rejestrowanych motocyklach. Natomiast niezależnie od regulacji prawnych wprowadza się np. ASC (odpowiednik układu ESP). W coraz większej liczbie produkowanych motocykli można stwierdzić występowanie tłumików drgań skrętnych bazujących na układach mechatronicznych.
    Odnosząc się do informacji, jakie można pozyskać ze źródeł internetowych, okazuje się, że mimo rozwoju konstrukcji motocykli oraz stosowania coraz lepszych materiałów konstrukcyjnych procesy dynamiczne w motocyklach wciąż stanowią problem eksploatacyjny i badawczo-konstrukcyjny. Potwierdzają to zarówno treści zamieszczane na forach internetowych, jak i filmy dokumentujące takie zdarzenia. Informacje na temat drgań wskazują także, że stosunkowo bezpiecznymi są motocykle charakteryzujące się znacznym pochyleniem układu kierowniczego, a to pozwala przypuszczać, że odpowiednia geometria układu kierowniczego wpływa korzystnie na tłumienie drgań.
    Zaburzenia ruchu ustalonego powodujące drgania nie są rzadkością. Do ich zaistnienia niejednokrotnie przyczyniają się sami kierujący motocyklem. Bywa, też że kierowca traci panowanie nad pojazdem w wyniku oddziaływań nierówności nawierzchni generujących silnie impulsy na koło i wywołujące silne drgania. Mogą powstawać też długotrwałe, choć niewielkie drgania, które przyczyniają się do zmniejszenia bezpieczeństwa, co może wynikać z chwilowych zaburzeń percepcji oraz negatywnego samopoczucia w wyniku ich oddziaływania. Warto dodać, że w wielu przypadkach obserwowane drgania są błędnie nazywane przez użytkowników motocykli (zwykle jako drgania shimmy).
    Już na podstawie wstępnej analizy problemu można wysnuć wnioski, iż kluczem do zagadnienia dynamiki ruchu (a w szczególności drgań) są problemy dotyczące konstrukcji motocykla. Panaceum na rozwiązanie tych problemów jest poprawa konstrukcji motocykla oraz wprowadzenie dodatkowych opartych na mechatronice układów (w tym zwłaszcza tłumików drgań), które mają wspomóc motocyklistę w bezpiecznym prowadzeniu pojazdu. Zainteresowania autora z obszaru dynamiki ruchu pojazdów skłoniły go do podjęcia głębszych studiów na temat możliwości ograniczenia drgań skrętnych w układzie kierowniczym motocykla."

    Publikacje w 2018 roku


    Żardecki D., Dębowski A.: Methods of Simulation Investigations of Non-linear Vibrations in the Steering System of a Motorcycle, Dynamical Systems in Applications, Łódź, Poland December 11-14 2017, Springer Proceedings in Mathematics & Statistics,
  • Torsional vibrations in motorcycles steering systems are especially evident operated at high dynamic loads and high speeds. Then as a result of mechanical wear, freeplay and friction non-linear dynamical effects are noticeable. The vibrations generated in the motorcycle steering system in the presence of freeplay and friction phenomena have a strong non-linear nature because of stick-slip processes. Due to the threshold character of these nonlinearities and the variability of the model structure, simulation-type investigations of such vibrations are difficult and still require extensive research. For solution these difficult problems, special methods of modeling and special methods of simulation analysis have been applied. The luz(…) and tar(…) projections with their original mathematical apparatus give new facilities for modeling and analysis strong non-linear vibrations. Among other, they can be used for synthesis substitutive formulas expressing time lag phenomena in such systems, they are very useful also when the model of the system is reduced parametrically. Application of Lissajou portraits and Poincare maps seems to be attractive methods not only for visualization of the non-linear vibrations, but also effective methods for analysis these spectacular signals what has been done in a simulation software. The elaborated method of simulation-based analysis of non-linear vibrations is illustrated by examples that deal with parametric sensitivity studies of non-linear dynamical systems with inclusion of freeplay and friction (with stiction) phenomena.







    Publikacje w 2017 roku


    Żardecki D., Dębowski A.: Metoda analizy drgań skrętnych w układzie kierowniczym motocykla na płaszczyźnie fazowej, The Archives of Automotive Engineering (Archiwum Motoryzacji), Vol.72, No. 2, s. 137-154, 2017.
  • W pracy prezentowana jest metoda analizy drgań wykorzystująca odwzorowania przebiegów czasowych na tzw. płaszczyźnie fazowej i dla przypadku drgań swobodnych są to klasyczne portrety fazowe. W przypadku drgań wymuszonych przebiegami sinusoidalnie zmiennymi są to zobrazowania typu figury Lissajous oraz ich stroboskopowe rozwinięcia do tzw. map Poincare. W celu prezentacji proponowanej metody badawczej relacjonowane są analizy drgań swobodnych i wymuszonych dotyczące układu zbliżonego do układu kierowniczego (UK) motocykla modelowanego i symulowanego w środowisku Matlab-Simulink, z uwzględnieniem procesów stick-slip. Wyniki obliczeń obrazują nie tylko istotę metody analizy drgań na płaszczyźnie fazowej, ale także wpływ wybranych parametrów modelu (tu dotyczących luzu i tarcia), a także zakłóceń pomiarowych na wyniki zobrazowań. Prezentowana metoda analizy stanowi alternatywne rozwiązanie względem klasycznych analiz widmowych.

    Publikacje w 2013 roku


    Żardecki D., Dębowski A.: Badania procedur obliczeniowych pod kątem zastosowań w symulacji drgań skrętnych w układzie kierowniczym motocykla z uwzględnieniem luzu i tarcia, The Archives of Automotive Engineering (Archiwum Motoryzacji), Vol.64, No. 2, pp. 79-95 (179-195), 2014.
  • Układy z luzem i tarciem, symulacja drgań, badanie wrażliwości, procedury obliczeniowe, procedury numeryczne, Matlab-Simulink
  • Drgania skrętne występujące w układzie kierowniczym stanowią istotny problem dla bezpieczeństwa użytkownika motocykla. Drgania te są szczególnie widoczne w motocyklach eksploatowanych przy dużych obciążeniach dynamicznych. Wówczas to, na skutek zużycia mechanicznego znacząco objawia się wpływ luzu i tarcia. Drgania generowane w układzie kierowniczym motocykla w obecności luzu i tarcia mają osobliwy nieliniowy charakter procesów stick-slip. Z uwagi na progowy charakter nieliniowości związanych z luzem i tarciem oraz zmienność struktury modelu, realizacja symulacji takich układów jest trudna i wymagająca rozległych badań wstępnych. W niniejszej pracy relacjonowane są testy symulacyjne drgań skrętnych występujących w uproszczonym zastępczym modelu układu kierowniczego (wahadło torsyjne). Podany jest model matematyczny układu, w tym także oryginalny sposób generowania wymuszeń zewnętrznych. Przedstawione jest oprogramowanie w środowisku Matlab-Simulink. Badany jest wpływ procedur obliczeniowych na wyniki symulacji, w tym: wpływ sposobu implementacji modelu stick-slip w programie symulacyjnym, wpływ rodzaju zastosowanych algorytmów całkowania równań różniczkowych, a także wpływ zadawanych parametrów numerycznych.

    Publikacje w 2011 roku


    Dębowski A., Żardecki D.: Modelowanie sterowania mechanizmem różnicowym międzyosiowym, Journal od KONES Powertrain and Transport, Vol. 18, No. 1, 2011.
  • Modelowanie ruchu 4WD Matlab Simulink dynamika dystrybucja momentu napędowego
  • traffic modelling 4WD Matlab Simulink dynamics distribution of driving torque
  • W tym artykule przedstawiono model uproszczonego sterowania mechanizmem różnicowym międzyosiowym. Praca ta zawiera pełne opracowanie modelu, w którego skład wchodzą: równania opisujące pojazd, struktura modelu, wartości oraz parametry wykorzystane w trakcie symulacji. Wszystkie wspomniane wyżej części, pozwalają na rozbudowanie już istniejącego modelu, przez co nie jest konieczne tworzenie go od początku. Przedstawiono szczegółowe równania, wg których realizowano model symulacyjny wraz z uproszczonym schematem blokowym obrazującym strukturę modelu. Pełną strukturę modelu zamieszczono w załączniku. Następnie opisano koncepcję uproszczonego układu sterowania rozdziałem momentu, który stanowić będzie dalej podstawę modelu symulacyjnego. Działanie układu przedstawione jest poprzez jego model symulacyjny zrealizowany w programie Matlab Simulink. Model odnosi się do ruchu prostoliniowego, w różnych warunkach drogowych i przy zastosowaniu sterowania mechanizmem różnicowym międzyosiowym. W dalszej części podane są parametry oraz dane użyte w modelu, zaś rozdział piąty zawiera przykładowe przebiegi zmiennych modelu wraz z ich krótkim opisem. Ostatnie dwa punkty stanowią syntetyczne wnioski oraz literatura.

Skontaktuj się ze mną

Jestem otwarty na wszelkie sugestie poprawy treści i zawartości strony.

Kontakt

  • lp.ude.taw@ikswobed.jezrdna
  • tel. stacjonarny: 261-837-732
    Budynek 23, pokój 10
  • Plan terenu WAT
  • Wojskowa Akademia Techniczna im. gen. Jarosława Dąbrowskiego
    Wydział Inżynierii Mechanicznej
    Instytut Pojazdów i Transportu
    Zakład Inżynierii Pojazdów i Transportu
    ul. Gen. Sylwestra Kaliskiego 2
    00-908 Warszawa 49
  • www.wat.edu.pl