بخشی از مقاله
خلاصه
هدف سیستم تعلیق خودرو، رانندگی راحت و بالا بردن قابلیت کنترل خودرو میباشد. رانندگی بهتر، بواسطه کاهش شتاب بدنه و کاهش جابجایی بدنه و چرخها به هنگام رویارویی تصادفی خودرو با ناهمواریهای جاده، منجر میشود. در این پژوهش، سیستم تعلیق فعال یک چهارم خودرو، مدلسازی و سپس با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری بهینه میگردد. تابع هدف مورد نظر در فرآیند بهینه سازی به صورت مجموع وزن دار شده ی شتاب جرم فنربندی شده ̈ - - ، و جابجایی نسبی بین جرم فنربندی شده و تایر - - در نظر گرفته شده است. مقایسه نتایج بدست آمده از روش پیشنهادی در این مقاله با دیگر کارهای انجام شده، برتری روش مذکور را نشان میدهد.
.1 مقدمه
اگر همه جادهها کاملا هموار بودند، و هیچ پستی و بلندی و نیز خمیدگی نداشتند، اصلا نیازی به سیستم تعلیق نبود. وظیفه سیستم تعلیق مصون نگاه داشتن سرنشینان از ضربات انتقالی به چرخها در حین حرکت در جادهها میباشد. به این ترتیب، سیستم تعلیق اتاق و سرنشینان آن را از چرخهای جلو و عقب ایزوله کرده و سرنشینان را از حرکتهای شدید به بالا و پایین که میتواند در جادههای ناهموار رخ دهد، حفظ میکند. اجزای اصلی سیستم تعلیق، فنرها و کمک فنرها هستند.
سیستمهای تعلیق مورد استفاده در خودروها به سه گروه سیستم تعلیق غیر فعال، نیمه فعال و فعال تقسیم بندی شدهاند. سیستم تعلیق غیر فعال شامل فنر و میراکننده-ای است که هر دو دارای ضرایب ثابتی هستند .[1] سیستمهای تعلیق غیر فعال به طور کلی شامل دو قسمت ذخیرهکننده فنر و میراکننده انرژی میباشند. مزیت اصلی این سیستمها آسانی تولید و قیمت پایین آنها است. اما برای رسیدن به یک عملکرد مطلوب از نظر راحتی سفر و فرمانپذیری خودرو سیستمهای جدیدی ارائه شدهاند.
سیستمهای تعلیق نیمه فعال نیز حاصل این پیشرفتها میباشد. اگرچه این سیستمها نیز به نوبه خود دارای ضعف-هایی از جمله هزینه نسبتا بالا و جزییات زیاد میباشد که همه گیر کردن آنها را با مشکل مواجه ساخته است، اما با لحاظ برتریها نسبت به سیستمهای فعال در مقایسه بالا، تولید دارند و در خودروهای امروزی بسیار مورد توجه میباشند. قوت سیستمهای نیمه فعال را میتوان در کنترل جداگانه حالتهای تشدید دانست.
برخلاف سیستمهای تعلیق غیر فعال که دارای ضرایب سختی و میرایی ثابت هستند، سیستمهای تعلیق فعال به صورت کنترل شده قادر به تغییر پارامترهای سیستم تعلیق به گونهای هستند که اهداف سیستم تعلیق در هر لحظه مدنظر قرار میگیرد. سیستمهای فعال با استفاده از یک عملگر هیدرولیکی، درلحظات مناسب، انرژی سیستم تعلیق را افزایش و یا کاهش میدهد. اطلاعات مورد نیاز توسط سنسورها از نقاط مشخص مرتعش بدنه و سیستم تعلیق خودرو جمعآوری شده و به کنترلر سیستم تعلیق ارسال میشود. آنگاه کنترلر با توجه به استراتژی طراحی شده، نیروی عملگر هیدرولیکی را مشخص می-کند .[2] اهداف طراحی و کنترل سیستم تعلیق به طور کلی عبارتاند از:
.1 ایجاد راحتی سفر مناسب برای سرنشینان
.2 حفظ تماس مناسب تایرها با جادهها
.3 کنترل جابجایی تعلیق .[2]
.2 مدل سازی ریاضی
1-2 سیستم تعلیق غیر فعال یک چهارم خودرو
همانطور که گفته شد سیستمهای تعلیق به سه قسمت تقسیم میشوند: سیستم تعلیق غیر فعال، سیستم تعلیق نیمه فعال و سیستم تعلیق فعال؛ در این قسمت معادلات و پارامترهای مربوط به مدلهای فعال و غیر فعال یک چهارم خودرو - دو درجه آزادی - ارائه شده است. سیستم تعلیق غیر فعال خودرو با دو درجه آزادی، در شکل 1 نشان داده شده است. این مدل از یک جرم فنربندی شده متصل به یک جرم فنربندی نشده، تشکیل شده است. اگرچه سیستم تعلیق خودرو کاملا دو درجه آزادی، حرکتی خطی ندارد، اما جهت عمودی در معادلات حرکت در نظر گرفته شده است. رایجترین مدل مورد استفاده در تحقیق و پژوهش برای طراحی، سیستم تعلیق غیر فعال میباشد. همچنین این فرض که شکل تایر در هنگام تماس با سطح جاده ثابت باقی بماند، لحاظ شده است.
شکل -1 سیستم تعلیق غیر فعال با دو درجه آزادی
پارامترهای ، ، ، و به ترتیب جرم تایر، جرم فنربندی شده، ضریب سفتی تایر، ضریب سفتی فنر و ضریب میرایی برای سیستم تعلیق بیان میشوند. بر طبق قانون دوم نیوتن، معادلات دیفرانسیل خطی حرکت، توسط دست انداز سینوسی - double-bump - تحریک شده است که در شکل - 1 - نمایش داده شده است.
2-2 سیستم تعلیق فعال یک چهارم خودرو
شکل زیر سیستم تعلیق فعال یک چهارم خودرو را نشان میدهد. این مدل از یک سیستم تعلیق غیر فعال و یک کنترلر PID ترکیب شده است. پارامترهای ، و همان پارامترهای ثابت مدل غیر فعال میباشند که مقادیر آنها در بخش قبل بیان شد. کنترل کننده PID مقدار خطا را به عنوان تفاوت بین متغیر فرایند اندازه-گیری شده و ورودی مطلوب محاسبه میکند. هدف کنترلر این است که با سازگار کردن فرایند کنترل ورودیها، میزان خطا را به حداقل برساند.
سیگنال کنترل مجموع این سه ترم میباشد: ترم تناسبی - - که متناسب با خطا است، ترم مشتقی - - که متناسب با مشتق خطا است و ترم انتگرالی - - که متناسب با انتگرال خطا میباشد. در بخش بعدی مدل فعال یک چهارم خودرو باید بهینه شود تا به عملکرد بهینهی سیستم تعلیق دست یابیم. برای این بهینهسازی: -10959< <-8966، 352< <431، 143< <175، 9476< <11582 و 1780< <2175، پنج متغیر طراحی میباشند که به صورت بهینه براساس بهینهسازی چند هدفه دو تابع هدف مختلف، در بخش سوم یافت شدهاند.
