بخشی از مقاله
چکیده
در یک خودرو، سیستم تعلیق به دلیل اینکه بدنه خودرو بر آن سوار میشود و نیروهای وارده از طرف جاده را به بدنه منتقل میکند، تاثیر بسزایی در راحتی سفر و فرمانپذیری خودرو دارد. در این رابطه سیستم های تعلیق فعال جهت بهبود همزمان راحتی سفر و فرمانپذیری خودرو مطرح شدهاند. هدف اصلی این پایاننامه، بررسی سیستمهای تعلیق و تحلیل اثرات ارتعاشات بر روی آنها و ارائه یک سیستم تعلیق فعال نوین بر پایه کنترلر فازی میباشد .
طراحی کنترل کننده Fuzzy PID برای سیستم تعلیق خودرو در مدل کامل و با هدف دفع اثر اغتشاشات جاده می باشد. در واقع ترکیب کنترل کننده PID با منطق هوشمند فازی نوع 2 به منظور ساخت یک کنترل کننده Fuzzy PID منجر می شود که بتوان به طور همزمان به ویژگی های منحصر بفرد دو کنترل کننده مجزای PID و فازی دسترسی پیدا نمود. به طور خلاصه، کنترل کننده PID باعث بهبود عملکرد ایستا و پویای سیستم کنترلی می شود. کنترل کننده هوشمند فازی نیز باعث غلبه بر عدم قطعیت مدل ریاضی سیستم تحت کنترل شده و یک خاصیت مقاومت را برای سیستم کنترلی به وجود می آورد. نتایج به دست آمده حاکی از موثر بودن کنترلر فازی برای سیستم های تعلیق فعال می باشد .
مقدمه
سیستم تعلیق خودرو عمدتا به منظور ایجاد فاصله و مرز بین بدنهی خودرو و نیز سرنشینانش از ناهمواریهای مسیر طراحی و استفاده میشود. همچنین اینچنین سیستمهایی موجب ارتباط خوب و مناسب بین تایرها و مسیر جاده میشوند. با وجود این که جداسازی لرزشها برای آرامش در خودرو امری ضروری و یک هدف مهم به شمار میآید، اما ماندن و استحکام در مسیر نیز برای جابجایی بهتر خودرو و در نهایت افزایش امنیت، امری اجتنابناپذیر میباشد.
این اهداف به نظر متناقض و مختلف از هم، سردرگمکننده هستند و باید در زمان طراحی سیستم تعلیق خودرو نوعی مصالحه بین آنها برقرار شود. سیستم تعلیق خودرو به دلیل اینکه بدنه خودرو بر آن سوار می شود و نیروهای وارده از طرف جاده را به بدنه منتقل می کند، تاثیر بسزایی در راحتی سفر و فرمانپذیری خودرو دارد.[Reimpell,1996] در این رابطه سیستم های تعلیق فعال جهت بهبود همزمان راحتی سفر و فرمانپذیری خودرو مطرح شده اند.[Sharp,1986] در سیستم های تعلیق فعال، بسته به شرایط عملکردی نیروی مطلوب محاسبه و با استفاده از عملگرهایی جهت کاهش ارتعاشات خودرو اعمال می گردد.
اغلب روش های طراحی کنترلکننده سیستم تعلیق فعال بر پایه استراتژی های کنترل بهینه استوار هستند. در سیستم تعلیق فعال، بازای مقادیر شتاب جرم معلق، بار تایر و جابجایی تعلیق بهینه می شوند. علی رغم بهینه یابی آنها، پارامترهای کنترلر بازای تغییر وضعیت جاده لزوما بهینه باقی نخواهند ماند. بدین منظور، روش کنترل فازی به عنوان روش کنترل جایگزین در مقایسه با کنترل بهینه به وسیله محققان مورد توجه قرار گرفت.
یک نکته مهم در طراحی کنترل فازی سیستم تعلیق فعال، تعیین قواعد کنترل و توابع عضویت می باشد تا سیستم عملکرد رضایت بخشی داشته باشد. قواعد کنترل وتوابع عضویت در ابتدا به وسیله دانش و تجربه طراح ایجاد می شوند لکن برای تنظیم نهایی آنها نیاز به فرآیند بهینه یابی می باشد.
بدین منظور می توان از الگوریتم ژنتیک برای بهینه کردن پارامترهای کنترلر فازی همچون متغیرهای ورودی، توابع عضویت و قواعد کنترلر فازی استفاده نمود.[] T.Hashiyama,1995] کر [ Reimpell, J,1996] یک روش الگوریتم ژنتیک برای طراحی کنترلرهای منطق فازی معرفی کرد [C. L. Karr,1989, C.L .Karr,1992] در سالهای اخیر مطالعاتی در این زمینه صورت گرفته است. در مقاله ی ارائه شده توسط منتظری و همکارانش [Montazeri-GH,2007] برای بهینه سازی کنترلر فازی سیستم تعلیق فعال از ورودی جاده سرعت ثابت استفاده شده است.
همانطور که اشاره گردید شبیه سازی راحتی سفر خودرو به طور معمول بر اساس تحلیل حوزه ی فرکانس با فرض ثابت بودن سرعت خودرو است. اما در شرایط واقعی ترافیک - رانندگی - سرعت خودرو متناوباً تغییر می کند. این تغییرات سرعت روی فرکانس اغتشاشات وارده از طرف جاده به بدن انسان و در نتیجه روی راحتی سفر خودرو تاثیرگذار است. منتظری و همکارانش [Montazeri-GH,2008] نشان داده اند که شرایط رانندگی مختلف روی شاخص راحتی سفر تاثیرگذار است. لکن تاکنون بهینه یابی کنترلر سیستم تعلیق فعال با الگوی رانندگی سرعت متغیر مورد مطالعه قرار نگرفته است.
در [H. Du, N. Zhang,2007] کنترل سیستم تعلیق فعال خودرو به روش مقاوم انجام شده است. در [R. Guclu,2005] از الگوریتم فازی برای کنترل سیستم استفاده شده است. از روش کنترل مود لغزشی در [N. Yagiz,2001]به منظور کنترل مدل کامل خودرو استفاده شده است.
مدل دینامیکی سیستم
سیستم تعلیق فعال برای مدل کامل خودرو می تواند به صورت یک سیستم غیرخطی هفت درجه آزادی که در شکل 1 نشان داده شده است و شامل جایجایی عمودی، پیچش، فراز، حرکت چرخ های جلو و عقب است، تعریف می شود. جرم بدنه خودرو ms و جرم فنربندی نشده بر روی تایرهای جلو و عقب به ترتیب muf و mur می باشد. ممان اینرسی جرم فنربندی شده، I f و Zu1 , Zu 2 , Zu3 , Zu 4 . I r نماینده تحریکات جاده بر روی تایرهای جلو و عقب می باشند. در شکل 1، اندیسfوr به ترتیب به معنی جلو و عقب خودرو می باشد
شکل:1 مدل کامل سیستم تعلیق خودرو
با استفاده از قانون دوم نیوتن و انتخاب مرکز ثقل به عنوان نقطه تعادل استاتیکی، معادلات دینامیکی برای حرکت عمودی و پیچشی خودرو به صورت زیر بدست می آیند
