22536

بهبود ديناميك خودرو با طراحي كنترل‌كننده مود لغزشي در سيستم تعليق هندسه متغير فعال سري

كارشناسي ارشد

طراحس يسيتم ديناميك خودرو

1397

1399/06/31

دكتر مسعود مسيح طهراني

خودرو

همواره بهره‌مندي از جاده‌ چسبي بالا در كنار بهره‌مندي از راحتي سرنشين موردتوجه اكثر خودروسازان و مصرف‌كنندگان مي‌باشد. با توجه به بازه فركانسي متفاوت ارضاي اين دو هدف، امكان مهيا نمودن همزمان هر دو هدف چالشي جدي براي پژوهشگران بوده است. سيستم تعليق هندسه متغير با بهره‌مندي از مزاياي تعليق فعال و مصرف انرژي بسيار پايين به علت تغييرات زوايا و موقعيت اجزاي تعليق، گزينه مناسب براي جايگزيني تعليق‌هاي موجود مي‌باشد. در اين پايان‌نامه از يك سيستم تعليق هندسه متغير فعال از نوع تك لينك سري در يك خودروي سواري Ferrari F430 و همچنين از يك كنترل‌كننده مود لغزشي ساده و چندبعدي تطبيقي براي بهبود هرچه بيشتر پارامترهاي ديناميك خودرو اعم از جاده چسبي، راحتي سرنشين و همچنين پايداري جانبي خودرو استفاده شده است. اين كنترل‌كننده براي اولين بار در سيستم تعليق هندسه متغير فعال سري پياده‌سازي شده است. ازجمله دلايل انتخاب آن علاوه بر ارزان‌قيمت بودن و سادگي محاسبات، قابليت پياده‌سازي در سيستم‌هاي غيرخطي و مقاوم بودن در برابر اغتشاشات و عدم قطعيت‌هاي سيستم مي‌باشد. بدين منظور پس از معرفي و بررسي تاريخچه سيستم يادشده، زمينه تحقيقاتي و چالش‌هاي روز آن مورد تحليل قرارگرفته است. سپس براي مطالعه اثرات سيستم تعليق يادشده از كنترل‌كننده‌هاي متداول مطالعات پيشين مانند كنترل‌كننده‌هاي PID ساده و تطبيقي فازي و LQR استفاده شده است. ضعف عمده اين كنترل‌كننده‌ها پيچيدگي بالا، ضعف در برابر عدم قطعيت‌ها و بهبود عملكرد پايين بوده است. براي جبران نقص مذكور از كنترل‌كننده مود لغزشي تطبيقي ساده و چندبعدي براي مطالعه مدل تمام خودرو در مانورهاي مختلف رانندگي طولي و عرضي در يك ناهمواري نامتقارن استفاده شده است. در اين مطالعه از شتاب‌هاي زاويه‌اي تاب و غلت خودرو به همراه شتاب عمودي مركز جرم خودرو به‌عنوان ورودي كنترل‌كننده مود لغزشي چندبعدي استفاده شده است. همچنين از تكنيك فازي‌سازي به‌منظور حذف نوسانات اضافي پاسخ خودرويي بهره گرفته شده است. خروجي نتايج حاصل از كنترل‌كننده مود لغزشي فازي چندبعدي نشان از بهبود 22 تا 55 درصدي مشخصه‌هاي ديناميك خودرو نسبت به حالت غيرفعال تعليق و حدود 10 تا 21 درصدي نسبت به كنترل‌كننده‌هاي متداول داشته است. تحليل اين نتايج كه در فصل 4 ارائه شده‌اند، نشان از بهبود قابل ملاحظه شتاب‌هاي زاويه‌اي تاب و غلت خودرو به ترتيب در حدود 40% و 30% نسبت به حالت غيرفعال تعليق دارد. اين كاهش ميزان شتاب، سبب ايجاد پايداري جانبي و جلوگيري از واژگوني خودرو مي‌گردد. همچنين به‌منظور تأمين راحتي سرنشين، شتاب عمودي مركز جرم خودرو در حدود 25% و شتاب‌هاي عمودي جرم فنربندي شده در حدود 40% در كنترل‌كننده پيشنهادي نسبت به حالت غيرفعال كاهش‌يافته‌اند. همچنين ميزان فشردگي تاير خودرو در طول رانندگي در مانورهاي باد جانبي، تغيير مسير رانندگي و حركت مسير مستقيم، نشان از بهبود 30% بين تعليق غيرفعال و هندسه متغير فعال سري را مي‌دهد. در مطالعه صورت گرفته ديناميك ايروديناميك در نظر گرفته نشده است و همچنين فرض شده كه تاير خودرو در تماس دائم با سطح جاده قرار داشته و سرعت زاويه‌اي لينك‌هاي گردنده سيستم تعليق باهم برابر مي‌باشند.

1399/07/22

Improvement of vehicle dynamics by designing a sliding mode controller for a series active variable-geometry suspension

9/21/2020 12:00:00 AM

The benefit of most road-holding with the benefit of tide comfort is always considered by most car manufacturers and consumers. Due to the different frequency range of satisfying these two goals, the possibility of providing both goals at the same time has been a serious challenge for researchers. Variable geometry suspension system with the advantages of active suspension and very low energy consumption due to changes in angles and position of suspension components, is a good option to replace existing suspensions. This dissertation uses a single-link active variable-geometry suspension system in a Ferrari F430 passenger car, as well as a simple, multi-dimensional adaptive sliding mode controller to further improve vehicle dynamics, including glued road, passenger comfort and lateral stability. The car is used. This controller is implemented for the first time in the series active variable geometry suspension. Among the reasons for choosing it, in addition to cheapness and simplicity of calculations, is the ability to implement in nonlinear systems and resistance to perturbations and system uncertainties. For this purpose, after introducing and reviewing the history of the mentioned system, the research field and its current challenges have been analyzed. Then, to study the effects of the mentioned suspension system, common controllers of previous studies such as simple and adaptive fuzzy PID controllers and LQR have been used. The main weakness of these controllers has been high complexity, weakness against uncertainties and low performance improvement. To compensate for this defect, a simple and multidimensional adaptive sliding mode controller has been used to study the model of the whole vehicle in different maneuvers of longitudinal and transverse driving in an asymmetric unevenness. In this study, the angular accelerations of the vehicle swing and roll along with the vertical acceleration of the vehicle mass center were used as the control input of the multidimensional sliding mode. Fuzzy technique has also been used to eliminate additional fluctuations in the vehicle response. The output of the results of the multidimensional fuzzy slip mode controller showed a 22 to 55% improvement in the vehicle's dynamic characteristics compared to the inactive suspension mode and a 10 to 21% improvement over conventional controllers. The analysis of these results, presented in Chapter 4, shows a significant improvement in the vehicle acceleration and rolling angle accelerations of about 40% and 30%, respectively, compared to the inactive suspension mode. This reduction in acceleration creates lateral stability and prevents the car from overturning. Also, to ensure occupant comfort, the vertical acceleration of the vehicle mass center is reduced by about 25% and the vertical acceleration of the suspended mass by about 40% in the proposed controller relative to the inactive mode. Also, the amount of compression of the car tire during driving in lateral wind maneuvers, changing the driving direction and moving the straight path, shows a 30% improvement between the passive suspension and the geometry of the active variable series. The study did not consider aerodynamic dynamics, and also assumed that the car tire was in constant contact with the road surface and that the angular velocities of the rotating links of the suspension were equal.