Uma nova abordagem com um algoritmo de controle integral proporcional de modo deslizante fuzzy sintonizado pelo método fuzzy (FSMPIF)

Nov 27, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 7327 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A vibração de um automóvel pode ser causada pela estimulação da superfície da estrada. A mudança nos valores de deslocamento e aceleração da massa suspensa é usada para avaliar a vibração do automóvel. A utilização de um sistema de suspensão ativa é recomendada para atingir um maior nível de conforto de condução. Este artigo apresenta uma nova estratégia para regular o funcionamento de um sistema de suspensão ativa que foi colocado em consideração. O algoritmo PI (Proportional Integral), o algoritmo SMC (Sliding Mode Control) e o algoritmo Fuzzy serviram de base para o desenvolvimento do algoritmo FSMPIF. O sinal gerado pelo algoritmo SMC é o que é usado como entrada para o algoritmo Fuzzy. Além disso, as configurações do controlador PI são modificadas com a ajuda de outro algoritmo Fuzzy. Esses dois métodos Fuzzy operam independentemente um do outro e em um ambiente totalmente distinto um do outro. Este algoritmo foi criado de uma forma totalmente original e inovadora. Usando uma técnica de modelagem numérica, a vibração de automóveis é investigada com ênfase particular em duas situações de uso distintas. Em cada caso, é feita uma comparação entre quatro circunstâncias diferentes. Uma vez implementado o método FSMPIF, os resultados do processo de simulação demonstraram que os valores de deslocamento e aceleração da massa suspensa diminuem significativamente. Isso foi determinado observando os valores antes e depois da implementação do novo algoritmo. No primeiro caso, esses números não ultrapassam uma diferença de 2,55% em relação aos automóveis que utilizam sistemas de suspensão passiva. No segundo caso, esses números ficam aquém de 12,59% no total. Como resultado direto, a estabilidade e o nível de conforto do automóvel foram significativamente melhorados.

O conforto e estabilidade do automóvel são fatores cruciais. Pode afetar o conforto dos passageiros do veículo. O sistema de suspensão garante o nível adequado de conforto de condução1. Normalmente, o sistema de suspensão fica entre a carroceria do veículo e a roda. Os componentes acima de um sistema de suspensão são conhecidos como massa suspensa (corpo do veículo). Os componentes abaixo de um sistema de suspensão são referidos como massa não suspensa2. Os principais componentes de um sistema de suspensão são um amortecedor de choque, braços de alavanca (braço de alavanca superior ou inferior) e molas (mola helicoidal, mola de lâmina)3. Segundo alguns estudos, a barra estabilizadora também é um componente do sistema de suspensão4,5. Em comparação com outros sistemas, a construção do sistema de suspensão é relativamente complexa.

As superfícies irregulares da estrada são a principal fonte de vibração do automóvel, de acordo com Zuraulis et al.6. Várias outras variáveis ​​também podem contribuir para as variações. No entanto, o impacto dessas variáveis ​​é insignificante. As vibrações das rodas são transferidas para a carroceria do carro através do sistema de suspensão. O sistema de suspensão regulará essas vibrações. Além disso, o sistema de suspensão diminuirá a energia de vibração. Ao analisar a vibração de um veículo, vários fatores são considerados, mas os valores de deslocamento e aceleração da massa suspensa são fatores vitais. Esses dois marcadores foram utilizados em pesquisas anteriores7,8. O deslocamento e a aceleração da carroceria de um veículo podem ser determinados por simulação ou experimento. Somente os valores mais altos de deslocamento e aceleração da carroceria do veículo devem ser considerados para vibrações descontínuas. Os valores médios e máximos dos dois parâmetros acima podem ser empregados para vibrações contínuas. RMS crítico permite calcular valores médios9,10,11.

O desempenho do sistema de suspensão passiva (sistema de suspensão mecânica) é ruim. Ele não atende aos requisitos de suavidade para frequências substanciais e excitações de volume contínuo. Em vez disso, devem ser utilizadas soluções mecatrônicas de sistemas de suspensão. Zhang et ai. apresentou a suspensão pneumática de molas12. Este sistema utiliza balões com sistemas de controle totalmente automatizados. Esses balões pneumáticos são molas pneumáticas de rigidez variável13. A dureza das molas pneumáticas pode ser alterada ajustando a pressão dentro dos balões pneumáticos. Isso foi enfatizado por Geng et al.14. Quando um veículo está equipado com um sistema de suspensão pneumática, sua qualidade de condução é boa. No entanto, esse tipo é bastante caro. A utilização de absorvedores eletromagnéticos em substituição aos absorvedores tradicionais, muitas vezes descritos como "sistema de suspensão semi-ativa", é outra tecnologia apresentada por Oh et al.15. Segundo Basargan et al., a corrente dentro do amortecedor irá alterar o arranjo das partículas metálicas em sua vizinhança. Consequentemente, a rigidez de amortecimento é continuamente variável16. Este tipo é mais simples e menos dispendioso. Sua eficácia, no entanto, é típica. Para gerenciar melhor as vibrações do automóvel, é necessário um atuador extra para atualizar o sistema de suspensão. Com base nessa abordagem, um sistema de suspensão ativa foi implementado17. O sistema de suspensão ativa incorpora um atuador hidráulico. Este atuador pode aplicar força na massa do veículo de dois lados. Consequentemente, seu desempenho irá melhorar. No entanto, a construção do sistema de suspensão se tornará mais complexa. Além disso, a suspensão ativa é mais cara do que um sistema de suspensão semiativa.