بخشی از مقاله
چکیده
سیستم تعلیق به عنوان یکی از تاثیرگذارترین اجزای خودرو در به منظور افزایش پایداری خودرو و راحتی سرنشین می باشد. معمولاً سیستم تعلیق بر اساس نوع کاربری خودرو و مشخصات نسبتا ثابتی طراحی میشود. بدیهی است که با فاصله گرفتن از نقاط طراحی و با اعمال ورودیهای مختلف عملکرد آن از حالت مطلوب خارج میشود. تعلیقهای نیمه فعال با تغییر خواص خود این امکان را بوجود میآورند تا با اعمال یک کنترل مناسب، نقاط طراحی شناوری بوجود آورند و سیستم تعلیق همواره در شرایط مطلوب عملکردی باشد.
این تحقیق به تاثیر استفاده از دمپر مگنتورئولوژیکال، که به اختصار دمپر امآر1 نامیده میشود، بر عملکرد سیستم تعلیق خودرو در کاهش ارتعاشات پرداخته است. این دمپر به عنوان المانی در سیستم محسوب می شود که امکان کنترل سیستم به صورت نیمه فعال را فراهم میسازد. آزمایش ها بصورت واقعی با طراحی کنترلر اسکایهوک در نرم افزار متلب بر روی خودرو انجام گرفته است. برای طراحی کنترلر و شبیهسازی تک ایستگاه از یک مدل یک چهارم خودرو با دو درجه آزادی استفاده شده و با بکار گیری کنترلر اسکایهوک و مقایسه آنها با حالت بدون کنترل شده نشان داده شده که خوشسواری خودرو به میزان قابل توجهی بهبود یافته است.
.1 مقدمه
از سالها پیش مدلسازی و کنترل سیستم تعلیق خودرو با توجه به اهمیت آن موضوع مهمی برای محققین بوده است. سیستمهای تعلیق به کار رفته در خودروها از سه نوع غیرفعال، فعال و نیمهفعال میباشند. اگر چه سیستمهای تعلیق غیرفعال عموماً به عنوان ضربهگیر معروف هستند ولی هیچگاه نیرویی که بر سیستم اعمال می شود را جذب نمیکنند اما انرژی حاصل از حرکت عمودی چرخ و بدنه را تلف میکنند. از عنوان دمپر برای این وسیله به جهت مناسبتر بودن این عنوان با کاربرد آن، استفاده میشود. اولین دمپرها با کاربرد خودرویی در سال 1910 مورد استفاده واقع شدند. در آغاز آنها به شکل اصطکاکی یا دمپرهای کلمبی بودند. در سال 1925 دمپرهای هیدرولیکی گسترش یافتند.
از سال 1980 توجه ویژهای به تکنولوژیهای جدید دمپر فعال صورت گرفت، یک سیستم فعال واقعی قادر خواهد بود نیروی مناسب برای کنترل حرکت جرم مرتعش در طول محدوده ورودیها را تولید کند. از آنجا که این سیستمها نیازمند عملگر نیرو هستند، پیچیده وگران قیمت میباشند. میرایی نیمه فعال راه حل خیلی عملیتر و اقتصادی تر است. به جای کنترل نیروی خروجی توسط دمپر در تمام محدوده ورودی، کنترل نیمه فعال با کاهش و افزایش ضریب موثر دمپر کار می کند و تنها توانایی تولید نیروهای تلف شده - متناسب با سرعت - را دارد.
سیستم تعلیق نیمه فعال سیستمی جهت بهبود همزمان خوش سواری و خوش فرمانی از طریق تغییر ویژگیهای سیستم تعلیق در شرایط مختلف جاده با ورودیهای تحریک متفاوت می باشد. ایده سیستم تعلیق نیمه فعال اولین بار توسط کارنوپ3 درسال 1974 با روش کنترلی اسکایهوک ارائه گردید.
در سال 1998تقیراد4 وهمکارانش[2] از کنترل کننده 5LQRدر کنار تخمینگر برای کنترل سیستم تعلیق استفاده کردند. سیستم تعلیق مورد استفاده آنها مدل نصف خودرو و البته با شش درجه آزادی بود که شامل درجه آزادی سرنشینان نیز میشد. آنها نشان دادند که اگر شتاب وارده بر سرنشینان خودرو در تابع عملکرد وجود داشته باشد کنترل کننده بصورت همزمان میتواند راحتی سرنشین و فرمانپذیری خودرو را حفظ کند. راشد6و همکارانش[3] در سال 2007 عملکرد دو کنترلکننده فازی و هیبریدی7 را بر روی سیستم تعلیق خودرو باهم مقایسه کردند . نتایج آنها نشان میداد که کنترلکننده هیبریدی عملکرد بهتری دارد.
ملکشاهی و همکارانش [4] در سال 2012 کنترل کننده مبتنی بر پیشبین را برای سیستم تعلیق غیرخطی نصف خودرو طراحی کردند. آنها با در نظر گرفتن یک ورودی سینوسی عملکرد کنترل کننده را بررسی کردند و با تنظیم ضرایب پاسخ سیستم تعلیق را با حالت ایدهآل مقایسه کردند. همچنین با در نظر گرفتن یکسری نامعینیها، مقاوم بودن کنترل کننده طراحی شده را بررسی کردند.
در سال 2013 دو8 و همکارانش [5] با در نظر گرفتن مدل یک چهارم خودرو با دو درجه آزادی کنترل کننده فازی را به منظور کنترل پارامترهایی همچون جابجایی سیستم تعلیق، شتاب خودرو تنظیم کردند. همچنین برای مدلسازی دمپر در نرم افزار متلب مدل بوک ون را پیاده سازی کردند. آنها با در نظر گرفتن ورودی جاده بصورت موج کسینوسی عملکرد کنترل کننده را بررسی کردند و با تنظیم ضرایب پاسخ سیستم تعلیق را با کنترل کننده اسکایهوک و حالت غیر فعال مقایسه کردند. آنها نشان دادند که شتاب وارده بر سرنشینان خودرو و جابجایی جرم فنربندی شده با کنترل کننده طراحی شده بصورت همزمان میتواند راحتی سرنشین و فرمانپذیری خودرو را حفظ کند.
در اکثر موارد ذکر شده و کارهای مشابه تحقیقات بصورت تئوری بوده و یا در حد آزمایشگاهی می باشد. ولی در پژوهش حاضر آزمون ها بصورت واقعی و بر روی خودرو انجام گرفته است. و در نهایت نشان داده میشود که باکنترلکنندههای طراحی شده شتاب وارده به قسمت جرم فنربندی شده در مقایسه با حالت غیرفعال به مقدار قابل ملاحظهای کاهش یافته و همچنین تماس تایر با جاده افزایش یافته است که این عملکرد موجبات افزایش راحتی سرنشین و پایداری خودرو می شود.
.2 ارزیابی تجربی عملکرد دمپر مغناطیسی بر روی خودرو
در این بخش به نتایج حاصل از آزمون انجام شده برای کنترل ارتعاشات سیستم تعلیق خودرو با طراحی چرخ پنجم مطابق شکل - 1 - که به خودرو متصل شده با استفاده از کنترلکننده اسکایهوک پرداخته شده است.
شکل:1 خودروی تحت آزمون
برای قرار دادن کنترلکننده اسکایهوک درون سیستم نیازمند به داشتن سرعت جرم فنربندی شده و سرعت جرم فنربندی نشده سیستم تعلیق میباشد، که بتواند با توجه روابط حاکم بر کنترلکننده که در بخش شبیهسازی مطرح شد، ولتاژ اعمالی بر روی دمپر امآر را تعیین کند. ورودی جاده بصورت دو نا هموارهای ایجاد شده در روی جاده می باشد، برای آزمون تجربی در حالت عملی فاصله بین دو بامپ9 سطح صاف نبوده و یک ورودی اتفاقی است؟
برای دریافت سیگنال سرعتها از دو عدد شتاب سنج که یکی شتاب سرعت جرم فنربندی شده و دیگری شتاب جرم فنربندی نشده سیستم تعلیق را گزارش می دهند، استفاده شده است. محل قرار گیری شتاب سنجها بر روی چرخ پنجم در شکل - 2 - نشان داده شده است. دادههای شتابسنجها برای استفاده در کنترلکننده میبایست به سرعت تبدیل شوند. بدین منظور در آزمونهای تجربی صورت گرفته از یک تابع تبدیل به فرم رابطه - 1 - استفاده شده است:
تابع تبدیل رابطه - 1 - در فرکانسهای پایین یعنی کمتر از 0/2 هرتز به صورت یک فیلتر بالا گذر و در فرکانسهای بالاتر به صورت یک انتگرالگیر عمل میکند. عملکرد کنترل کننده اسکای هوک بر اساس مقایسه وضعیت و جهت جابجایی دو قسمت بالایی و پایینی سیستم تعلیق است پس سرعتهای بدست آمده از شتاب در صورتیکه که با خطا همراه باشند میتوانند تاثیر بسیار زیادی در کیفیت جوابهای بدست آمده داشته باشند. در این حالت سیگنالهای دریافت شده از شتابسنجها ممکن است، مربوط به عوامل دیگری به غیر از ناهمواریهای جاده باشند. به منظور حذف این احتمال نوسانات کوچک شتاب سنجها نادیده گرفته میشوند. بدین منظور در تحقیق حاضر یک باند عملکردی برای کنترل کننده در نظر گرفته شده است. در این صورت در حالت تجربی عبارت کنترل کننده به صورت رابطه - 2 - اصلاح میشود.
