در مقاله حاضر تأثیر ورودی های مختلف جاده ای به شکل پروفایل تصادفی ترکیبی بر نتایج طراحی بهینه سیستم تعلیق فعال و غیرخطی یک چهارم خودرو با دو درجه آزادی بررسی شده است. فرایندهای بهینه یابی در فضای دو تابع هدف با بهره گیری از ترکیب الگوریتم تکامل تفاضلی با ضریب جهش فازی شده، الگوریتم جست وجوی نامغلوب و معیار فاصله ازدحامی (MODE-FM) انجام شده و نتایج به کمک جبهه پارتو نمایش داده شده اند. در این پژوهش از تلفیق راهکارهای کنترل مدلغزشی، اسکای هوک و کنترل تأخیری اینرسی دار برای مدل سازی سیستم تعلیق فعال دارای مؤلفه های غیرخطی و تحت تأثیر اغتشاشات جاده ای استفاده شده است. ضمناً، شتاب عمودی جرم معلق و جابه جایی نسبی جرم معلق و غیرمعلق به عنوان توابع هدف در نظر گرفته شده اند. مقایسه نتایج با تحقیقات انجام شده پیشین نشان دهنده برتری کار حاضر است، درواقع در تست های عملکردی در 75% موارد برتری از آنِ طراحی پیشنهادی این تحقیق است که نشان دهنده عملکرد مناسب طراحی مذکور است.

در این مقاله، با درنظر گرفتن دینامیک غیرخطی عملگر هیدرولیکی برای سیستم تعلیق فعال خودرو ابتدا یک کنترل کننده به روش لیاپانوف طراحی می شود. در این روش، به منظور کاهش شتاب های عمودی سرنشین و افزایش راحتی سفر مربع شتاب عمودی به عنوان تابع لیاپانوف منتخب درنظر گرفته شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که هرچند این کنترل کننده در کاهش شتاب عمودی موفق عمل می کند، ولی هیچ کنترلی روی عوامل موثر بر فرمان پذیری و پایداری خودرو ندارد. ضمن اینکه کنترل کننده طراحی شده از مقاومت خوبی در برابر تغییر پارامترهای سیستم برخوردار نیست. از این رو، در ادامه روش مد لغزشی به عنوان یک روش کنترل غیرخطی مقاوم مورد استفاده قرار گرفته است. در این راستا، سطوح لغزش طوری انتخاب می شوند که سیستم غیرخطی رفتار مدل خطی قلاب آسمانی را که یک رفتار نسبتا مطلوبی دارد، به طور کامل ردیابی نماید. به منظور بهبود رفتار مدل مرجع از نظر راحتی سفر، با درنظر گرفتن محدودیت های فضای کاری سیستم تعلیق و ایجاد مصالحه بین راحتی سفر و فرمان پذیری، یک کنترل کننده بهینه LQR با ماتریس های وزنی قابل تنظیم برای مدل قلاب آسمانی نیز طراحی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که مدل غیرخطی سیستم تعلیق با کنترل کننده مد لغزشی به خوبی می تواند رفتار مدل مرجع جدید قلاب آسمانی بهبود یافته را دنبال کند. همچنین، کنترل کننده مد لغزشی در برابر تغییر پارامترها رفتار مناسبی از خود نشان می دهد.

یاتاقان های مغناطیسی با توجه به ویژگی منحصر به فرد، در سال های اخیر بسیار مورد توجه محققان قرار گرفته اند. با توجه به نو بودن این زمینه تحقیقاتی در ایران، هدف از این تحقیق تدوین فناوری بوده و در اینجا مراحل طراحی، تحلیل و ساخت سیستم تعلیق مغناطیسی فعال ارایه می شود. فناوری به کار گرفته شده در این سیستم در واقع به عنوان پیشنیاز و به منظور توسعه آن برای دستیابی به دانش ساخت یاتاقان مغناطیسی، پیاده سازی شده است.

یکی از مهم ترین چالش ها در استفاده از سیستم های تعلیق فعال خودرو، مصرف انرژی خارجی توسط عملگر است. استفاده از سیستم برداشت انرژی یکی از روش های جبران مصرف انرژی است که در آن انرژی حاصل از ارتعاشات مکانیکی به انرژی الکتریکی تبدیل شده و ذخیره می شود. در این مقاله با طراحی یک کنترل کننده ی بهینه ی غیرخطی جدید برای سیستم تعلیق فعال خودرو که قابل تنظیم می باشد و در نظر گرفتن سیستم برداشت انرژی، برهمکنش این دو مورد بررسی قرار گرفته است. حلقه کنترل فعال وظیفه محاسبه نیروی مورد نیاز برای تحقق عملکرد مکانیکی مطلوب را دارد و مبتنی بر یک الگوریتم کنترل پیش بین غیرخطی مقید است. همچنین، شاخص های مکانیکی سیستم تعلیق که شامل راحتی سرنشین و حفظ تماس تایر-جاده می باشند توسط ضرایب وزنی تعریف شده در حلقه کنترل فعال مدیریت می شوند. از طرفی سیستم برداشت انرژی شامل ژنراتور خطی مغناطیس دائم، مدار یکسوساز جریان الکتریکی و منبع ذخیره انرژی ارائه شده است. در این مقاله به تأثیر انتخاب ضرایب وزنی حلقه کنترل فعال بر میزان برداشت انرژی پرداخته شده است. نتایج شبیه سازی ها به ازای انواع تحریک جاده نشان می دهند که استفاده ی درست از حلقه کنترل فعال حاکم بر مسأله به همراه سیستم برداشت انرژی، موجب تحقق عملکرد مکانیکی مطلوب توأم با برداشت حداکثری انرژی شده و مصرف انرژی سیستم تعلیق فعال کاهش قابل توجهی پیدا می کند.

در این مقاله، یک قانون کنترل بهینه غیرخطی مقید برای سیستم تعلیق فعال خودرو با در نظر گرفتن محدودیت دینامیک عملگر هیدرولیکی به صورت تحلیلی توسعه داده می شود. در استخراج این قانون کنترلی جدید، اثرات غیرخطی در نیروهای فنر، میرایی و عملگر هیدرولیکی در نظر گرفته شده است. ورودی کنترلی سیستم، جابجایی قرقره شیر هیدرولیک است که درعمل محدود بوده و باید قید آن در استخراج قانون کنترلی لحاظ شود. در روش پیشنهادی، ابتدا مساله کنترلی مذکور با استفاده از ایده پیش بین و با تشکیل شاخص عملکردی که ترکیب وزن داری از پاسخ های پیش بینی شده سیستم غیرخطی و ورودی کنترلی است به یک مساله بهینه سازی غیرخطی مقید تبدیل می شود. سپس این مساله بهینه سازی با استفاده از قضیه کن- تاکر بصورت تحلیلی حل شده و قانون کنترل بهینه مقید برای سیستم تعلیق بدست می آید. قانون بدست آمده به شکل بسته بوده و برای حل و پیاده سازی راحت می باشد. در نهایت، عملکرد کنترل کننده پیشنهادی با استفاده از شبیه سازی مدل خودرو روی یک جاده با ورودی تصادفی مورد ارزیابی قرار می گیرد. نتایج نشان دهنده کاهش چشمگیر شتاب بدنه و بهبود راحتی سفر با استفاده از ورودی کنترلی محدود شده می باشد. ضمن اینکه دیگر پاسخ های سیستم تعلیق اعم از جابجایی تعلیق و جابجائی تایر نیز در وضعیت مناسبی می باشند.

در مقاله حاضر یک مدل غیرخطی جدید برای میراگر مغناطیسی MR بر پایه مدل بوک -ون ساده شناسایی و ارائه می شود که علی رغم دارا بودن خاصیت غیرخطی هیسترزیس، نسبت به جریان الکتریکی خطی است. این مزیت باعث می شود که بتوان به راحتی از این مدل به عنوان مدل معکوس در سیستم کنترلی تعلیق نیمه فعال خودرو جهت تبدیل نیرو به جریان الکتریکی استفاده کرد. همچنین برای ارزیابی بهتر مدل پیشنهادی، یک مدل چند جمله ای غیر هیسترزیسی مشابه با آنچه که در مراجع وجود دارد، برای میراگر مغناطیسی طراحی شده است. مقایسه دقت مدل ها نشان می دهد که مدل بوک- ون ارائه شده در هر دو حالت مستقیم و معکوس در نواحی سرعت پایین دقت بالاتری نسبت به مدل چندجمله ای دارد. در گام دوم، یک کنترل کننده بهینه برای محاسبه نیروی فعال سیستم تعلیق طراحی و در کنار مدل های معکوس شناسایی شده، استفاده شده است. نتایج شبیه سازی برای کنترل سیستم تعلیق خودرو در حالتهای فعال و نیمه فعال با دو مدل میراگر بر روی یک جاده استاندارد ارائه می شوند. مشاهده می گردد که از بین دو مدل معکوس طراحی شده، مدل بوک- ون پیشنهادی، عملکرد بهتری در کنترل سیستم تعلیق نیمه فعال دارد. همچنین، با افزایش دامنه سرعت میراگر در سیستم تعلیق نتایج دو مدل تعلیق نیمه فعال به هم نزدیک تر می شوند.

در این مقاله، رویکردی جدید برای کنترل دینامیک سیستم تعلیق فعال خودرو در حضور اغتشاش جاده پیشنهاد شده است. سیستم تعلیق فعال پیشنهاد شده با استفاده از محرک هیدرولیکی به خودرو اعمال می شود. ورودی این محرک هیدرولیکی نیز یک شیر الکتریکی می باشد. به عبارت دیگر، هم معادلات مکانیکی سیستم (مربوط به محرک هیدرولیکی) و هم معادلات الکتریکی آن (مربوط به شیر الکتریکی) در نظر گرفته شده اند. بنابراین با وجود پیچیدگی معادلات سیستم، تنها ورودی قابل محاسبه و در دسترس، جریان شیر الکتریکی است. مبنای روش پیشنهادی کنترل حالت لغزشی دینامیکی است. در کنترل حالت لغزشی دینامیکی، یک انتگرال گیر قبل از سیستم قرار داده می شود که باعث حذف چترینگ خواهد شد. اگر چه در کنترل حالت لغزشی دینامیکی، درجه سیستم افزوده (سیستم به همراه انتگرال گیر) یک مرتبه بزرگتر از درجه سیستم اصلی است و بنابراین کنترل سیستم مشکل خواهد بود. اما مزیت آن این است که سیگنال ورودی سیستم از یک معادله دینامیکی یا فیلتر پایین گذر محاسبه می شود به طوری که عملکرد مقاوم (خاصیت تغییر ناپذیری) سیستم حتی در حضور نامعینی، محفوظ می ماند. مزیت دیگر روش پیشنهادی این است که نیروی خروجی مطلوب محرک هیدرولیکی با استفاده از کنترل کننده محاسبه می شود.

با توسعه سیستم های تعلیق و استفاده از دمپرهای الکترومغناطیسی، مطالعه رفتار غیرخطی و آشوبناک سیستم تعلیق تحت تحریک جاده اهمیت ویژه ای پیدا کرده است. در عمده تحقیقات انجام شده در زمینه مطالعه رفتار آشوبناک خودرو، از مدل یک چهارم خودرو با یک یا دو درجه آزادی استفاده شده است که در این مدل ها صرفا حرکت عمودی جرم های فنربندی شده و فنربندی نشده لحاظ می شود و از مد ارتعاشی حرکت کله زنی خودرو صرف نظر می شود. در تحقیق حاضر برای دست یابی به مدل واقع بینانه تر با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی برای سیستم تعلیق خودرو، رفتار دینامیکی خودرو با استفاده از مدل نصف خودرو با چهار درجه آزادی مورد مطالعه قرار گرفته است و از نمودارهای پاسخ فرکانسی، چندگانگی و پوآنکاره برای شناسایی نواحی آشوبناک در پاسخ استفاده شده است. نتایج نشان می دهد که در اثر نزدیکی دو رزونانس اصلی حرکت عمودی و کله زنی خودرو، پاسخ اجباری سیستم دچار تغییرات عمده ای می شود. نواحی ناپایدار جدیدی در مقایسه با مدل یک چهارم در پاسخ فرکانسی سیستم مشاهده می شود. هم چنین نتایج نشان می دهد که تشدید حاصل از رزونانس اصلی حرکت کله زنی، سبب تغییر محل گذار سیستم از پاسخ آرام به پاسخ آشوبناک می شود.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.