Un nuovo approccio con un algoritmo di controllo integrale proporzionale in modalità scorrimento fuzzy ottimizzato mediante il metodo fuzzy (FSMPIF)

Nov 27, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7327 (2023) Citare questo articolo

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La vibrazione di un'automobile può essere causata dalla stimolazione proveniente dalla superficie stradale. La variazione dei valori di spostamento e accelerazione della massa sospesa viene utilizzata per valutare le vibrazioni dell'automobile. Si consiglia l'utilizzo di un sistema di sospensioni attive per ottenere un maggiore livello di comfort di marcia. Questo articolo presenta una nuova strategia per regolare il funzionamento di un sistema di sospensione attiva che è stata presa in considerazione. L'algoritmo PI (Proportional Integral), l'algoritmo SMC (Sliding Mode Control) e l'algoritmo Fuzzy sono serviti come base per lo sviluppo dell'algoritmo FSMPIF. Il segnale generato dall'algoritmo SMC è quello che viene utilizzato come input per l'algoritmo Fuzzy. Inoltre, le impostazioni del controller PI vengono modificate con l'aiuto di un altro algoritmo Fuzzy. Questi due metodi Fuzzy operano indipendentemente l'uno dall'altro e in un ambiente completamente distinto l'uno dall'altro. Questo algoritmo è stato creato in un modo del tutto originale e innovativo. Utilizzando una tecnica di modellazione numerica, la vibrazione delle automobili viene studiata con particolare enfasi su due distinte situazioni di utilizzo. In ciascun caso viene effettuato un confronto tra quattro diverse circostanze. Una volta implementato il metodo FSMPIF, i risultati del processo di simulazione hanno dimostrato che i valori di spostamento e accelerazione della massa sospesa sono significativamente diminuiti. Ciò è stato determinato esaminando i valori prima e dopo l'implementazione del nuovo algoritmo. Nel primo caso, queste cifre non superano la differenza del 2,55% rispetto alle automobili che utilizzano sistemi di sospensioni passive. Nel secondo caso queste cifre sono inferiori al 12,59% in totale. Di conseguenza, la stabilità e il livello di comfort dell'auto sono stati notevolmente migliorati.

Il comfort e la stabilità dell'automobile sono fattori cruciali. Può influire sul comfort dei passeggeri del veicolo. Il sistema di sospensioni garantisce il giusto livello di comfort di marcia1. Tipicamente, il sistema di sospensione si trova tra la carrozzeria del veicolo e la ruota. I componenti sopra un sistema di sospensione sono noti come massa sospesa (carrozzeria del veicolo). I componenti sottostanti un sistema di sospensione vengono definiti massa non sospesa2. I componenti principali di un sistema di sospensione sono l'ammortizzatore, i bracci di leva (braccio di leva superiore o inferiore) e le molle (molla elicoidale, molla a balestra)3. Secondo alcuni studi la barra antirollio è anche un componente del sistema di sospensione4,5. Rispetto ad altri sistemi, la costruzione del sistema di sospensione è relativamente complessa.

Secondo Zuraulis et al.6, le superfici stradali irregolari sono la fonte primaria di vibrazioni delle automobili. Anche molte altre variabili possono contribuire alle variazioni. Tuttavia, l’impatto di queste variabili è trascurabile. Le vibrazioni delle ruote vengono trasmesse alla carrozzeria tramite il sistema di sospensione. Il sistema di sospensione regolerà queste vibrazioni. Inoltre, il sistema di sospensione ridurrà l'energia di vibrazione. Quando si analizza la vibrazione di un veicolo, vengono presi in considerazione diversi fattori, ma i valori di spostamento e accelerazione della massa sospesa sono fattori vitali. Questi due marcatori sono stati utilizzati in ricerche molto precedenti7,8. Lo spostamento e l'accelerazione della carrozzeria di un veicolo possono essere determinati mediante simulazione o esperimento. Per le vibrazioni discontinue devono essere considerati solo i valori più elevati di spostamento e accelerazione della carrozzeria del veicolo. I valori medi e massimi dei due parametri sopra indicati possono essere impiegati per vibrazioni continue. RMS critico consente di calcolare i valori medi9,10,11.

Le prestazioni del sistema di sospensione passiva (sistema di sospensione meccanica) sono scarse. Non soddisfa i requisiti di uniformità per frequenze sostanziali ed eccitazioni di volume continue. Invece di ciò, dovrebbero essere utilizzate soluzioni di sistemi di sospensione meccatronici. Zhang et al. ha presentato la sospensione a molla pneumatica12. Questo sistema utilizza palloncini con sistemi di controllo completamente automatizzati. Questi palloncini pneumatici sono molle pneumatiche a rigidità variabile13. La durezza delle molle pneumatiche può essere modificata regolando la pressione all'interno dei palloncini pneumatici. Ciò è stato sottolineato da Geng et al.14. Quando un veicolo è dotato di un sistema di sospensioni pneumatiche, la sua qualità di guida è buona. Tuttavia, questo tipo è piuttosto costoso. L'uso di assorbitori elettromagnetici per sostituire gli assorbitori tradizionali spesso descritti come un "sistema di sospensione semi-attivo" è un'altra tecnologia presentata da Oh et al.15. Secondo Basargan et al., la corrente all'interno dello smorzatore altererà la disposizione delle particelle metalliche nelle sue vicinanze. Di conseguenza, la rigidezza di smorzamento è continuamente variabile16. Questo tipo è più semplice e meno costoso. La loro efficacia, tuttavia, è tipica. Per gestire meglio le vibrazioni dell'automobile, è necessario un attuatore aggiuntivo per aggiornare il sistema di sospensione. Sulla base di questo approccio è stato implementato un sistema di sospensioni attive17. Il sistema di sospensione attiva incorpora un attuatore idraulico. Questo attuatore può applicare una forza sulla massa del veicolo da due lati. Di conseguenza, le sue prestazioni miglioreranno. Tuttavia, la costruzione del sistema di sospensione diventerà più complessa. Inoltre, le sospensioni attive sono più costose di un sistema di sospensioni semiattive.