بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق جهت جبران اثر ارتعاشاتی که از ناهمواری های جاده به بدنه خودرو وارد می شود و موجب کاهش آسایش سرنشینان خودرو می شود، یک ساختار سیستم تعلیق مبتنی بر کنترل کننده با استفاده از سیستم استنتاج فازی طراحی و پیشنهاد شده است و جهت بررسی عملکرد روش پیشنهادی مدل یک چهارم خودرو با دو درجه آزادی در محیط Simulink نرم افزار متلب شبیه سازی شده است، ورودی این سیستم اغتشاش جاده و خروجی های آن سه پارامتر شتاب بدنه ،جابجایی بدنه و جابجایی چرخ ها است.
جهت جبران اثر اغتشاش جاده به طور همزمان سیستم های تعلیق فعال، غیرفعال و روش پیشنهادی بر مدل یک چهارم خودرو اعمال شده است و عملکرد روش پیشنهادی با سیستم های تعلیق فعال و غیرفعال رایج مقایسه شده است که نتایج نشان می دهد که روش پیشنهادی از عملکرد قابل قبولی برخوردار است
-1 مقدمه
یکی از عواملی که سبب کاهش آسایش سرنشینان یک خودرو در حال حرکت میباشد، ارتعاشات مکانیکی ناشی از ناهمواریهای سطح جاده است، این ناصافی ها و ارتعاشات بر چرخ خودرو نیرو وارد می کنند و طبق قانون نیوتن این نیرو موجب یک شتاب عمودی شده و در نتیجه چرخ به صورت عمودی بر سطح جاده بالا و پایین می رود. سیستم تعلیق خودرو به عنوان یک پل مابین قسمت ساکن خودرو و جاده می باشدکه دو وظیفه اساسی دارد، یکی جدا کردن بدنه خودرو و سرنشین از ارتعاشات خارجی ناشی از ناهمواری های جاده و وظیفه اساسی دیگر افزایش ارتباط مابین چرخ و جاده می باشد که با افزایش سطح اصطکاک باعث ایجاد یک هدایت پایدار می باشد.
این وظایف به وسیله اجزای انعطاف پذیر مانند فنر و عضو میراکننده - کمک فنر - انجام می پذیرد. فنرها اجزای انعطاف پذیری هستند که وزن بدنه و چارچوب و همچنین بار اضافی خودرو را تحمل میکند و ارتفاع ان را در حین حرکت ثابت نگه میدارد. همچنین با نوسان کردن از انتقال ارتعاشات شدید حاصل از برخورد با موانع به بدنه و چارچوب به طور نسبی جلوگیری میکند. بهترین فنرها به سرعت ارتعاشات به وجود آمده توسط جاده را جذب میکنند و به آرامی به حالت نرمال برمیگردند.
فنرهایی که خیلی نرم و انعطاف پذیر هستند نوسانات بیشتری را برای قسمت فوقانی خودرو باعث میشوند، در صورتی که فنرهای سخت اجازه ارتعاش زیاد را به اجزای خودرو نمیدهند، همچنین از کمک فنر برای میرا کردن نوسان فنرها بعد از برخورد با ناهمواریها در جاده استفاده می شود، به طوری که اگر از کمک فنر استفاده نشود، اتومبیل بعد از برخورد با ناهمواری ها به دفعات و با دامنه نسبتا زیاد نوسان می کند و این برای سرنشینان خوشایند نیست.
از دیدگاه ارتعاشی سیستم تعلیق به سه دسته غیر فعال، نیمه فعال و فعال دسته بندی می شوند. تعلیق های غیر فعال شامل تعدادی فنر و کمک فنر می باشند که دارای مشخص های فنریت یا میراکنندگی بوده و حرکاتی مستقل از زمان دارند، به عبارتی اجزای غیرفعال تنها می توانند بخشی از انرژی را در قسمتی از سیکل کاری سیستم تعلیق جذب - فنرها - و یا در قسمتی دیگر تلف نمایند - کمک فنرها - .
همچنین یک سستم تعلیق فعال توانایی ذخیره، تولید و میرایش انرزی را دارا بوده و می تواند مشخصات خود را بر حسب شرایط عملکرد خودرو تغییر دهد، در این سیستم هنگامی که یکی از چرخ ها روی همواری قرار می گیرد، شتاب و بار عمودی چرخ توسط حسگره اندازه گیری می شود و مقادیر به سیستم کنترلی فرستاده می شود و سپس در آنجا سرعت و جابجایی مورد نیاز چرخ محاسبه می شودو دستورات کنترلی به عملگرها فرستاده می شود و عملگر هیدرولیکی نیرو لازم را بدنه خودرو اعمال می کند تا از نوسانات خودرو جلوگیری کند.
سیستم های تعلیق نیمه فعال بر پایه تغییر ویژگی های لرزه گیر بر حسب شرایط حرکتی خودرو برای کارکرد مطلوب سواری و فرمان پذیری خود رو می باشد. با توجه سخت افزارهای مورد استفاده در این سیستم ساده تر و کم هزینه تر بوده و توان مصرفی آنها نسبت به سیستم تعلیق فعال به مراتب پایین تر می باشد، کاربرد این سیستم در خودرو ها رایج تر می باشد.
سیستم تعلیق نیمه فعال از تعدادی حسگر برای اندازه گیری میزان جابجایی و شتاب عمودی خوردرو در اثر ناهمواری های جاده و تعدای فنر و لرزه گیر - دمپر - تشکیل شده شده است. یکی از رایج ترین دمپرهای که در سیستم نیمه فعال بکار می رود از نوع دمپرهای مغناطیسی است که این نوع لرزه گیر بر پایه تغییر ویسکوزیته سیال مورد استفاده در آن برای تغییر پارامترهای لرزه گیر عمل می کند.
سیال بکار رفته در این لرزه گیر دارای ویژگی لزجت وابسته به میدان مغناطیسی است با پیچیدن سیم فلزی دور میله پیستون لرزه گیر و عبور جریان الکتریکی از این سیم پیچ می توان میدان مغناطیسی در محفظه به وجود آورد و با تغییر جریان الکتریکی، میدان مغناطیسی و در نتیجه لزجت سیال را تغییر داد. مقدار جریان الکترسیسته سیم پیچ بوسیله واحد کنترل الکتریکی بر مبنای پارامترهای اندازه گیری شده بوسیله سنسورها محاسبه می شود
روابط ریاضی مدل یک چهارم خودرو با دو درجه آزادی
در شکل - 1 - مدل یک چهارم خودرو با دو درجه آزادی نشان داده شده است، در مدل یک چهارم خودرو هر چرخ خودرو به شکل مستقل و بدون وابستگی به سایر چرخ ها در نظر گرفته می شود، همچنین در این مدل خاصیت فنریت و میراکنندگی لاستیک در نظر گرفته و به صورت یک فنر و یک دمپر مدلسازی می شود
شکل -1 سیستم تعلیق فعال در مدل یک چهارم خودرو
در شکل - - 1 بدنه خودرو توسط یک جسم قابل ارتجاعms و تجهیزات تعلیق بوسیله یک دمپر و فنر به ترتیب با ضرایبks و bs مدل می شوند، همچنین چرخ خودرو با استفاده از یک جرم غیر قابل ارتجاع mu و یک فنر و دمپر با ضرایب kt و bt به ترتیب مدل می شود، البته با توجه به اینکه در عمل ضریب میرایی لاستیک بسیار ناچیز است، می توان از خاصیت میراکنندگی لاستیک - - bt صرف نظر نمود. میزان جابجایی بدنه و چرخ خودرو در راستای عمودی به ترتیب zs و zu می باشد. ورودی اغتشاشی جاده zr و نیروی عملگر هیدرولیکی u می باشد. با استفاده از قوانین نیوتن معادلات حاکم بر سیستم به صورت رابطه - 1 - و - 2 - می باشد.
در رابطه - 1 - و - 2 - سرعت جابجایی و شتاب عمودی بدنه به ترتیب با ̇ و ̈ نشان داده شده است و همچنین سرعت جابجایی و شتاب عمودی چرخ به ترتیب با ̇ و ̈ نشان داده شده است. برای بیان فضای حالت سیستم ، باید سیستم نشان داده شده در شکل 1 را به صورت رابطه 3 بیان نمود.
