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

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 7327 (2023) Citar este artigo

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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. Recomenda-se a utilização de um sistema de suspensão ativa para atingir um maior nível de conforto de condução. Este artigo apresenta uma nova estratégia para regular a operação de um sistema de suspensão ativa que foi apresentada para consideração. O algoritmo PI (Proporcional 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 mais um 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. Utilizando 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, estes números ficam aquém dos 12,59% no total. Como resultado direto, a estabilidade e o nível de conforto do automóvel foram significativamente melhorados.

O conforto e a estabilidade do automóvel são fatores cruciais. Isso 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 (carroceria do veículo). Os componentes sob um sistema de suspensão são chamados de massa não suspensa2. Os componentes principais de um sistema de suspensão são um amortecedor, 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. Comparado com outros sistemas, a construção do sistema de suspensão é relativamente complexa.

Superfícies irregulares das estradas são a principal fonte de vibração dos automóveis, de acordo com Zuraulis et al.6. Várias outras variáveis ​​também podem contribuir para variações. No entanto, o impacto destas 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 muito anteriores7,8. O deslocamento e a aceleração da carroceria de um veículo podem ser determinados por simulação ou experimento. Apenas os valores mais elevados de deslocamento e aceleração da carroceria do veículo devem ser considerados para vibrações descontínuas. Os valores médio e máximo dos dois parâmetros acima podem ser empregados para vibrações contínuas. O RMS crítico permite calcular valores médios9,10,11.

O desempenho do sistema de suspensão passiva (sistema de suspensão mecânica) é fraco. Não atende aos requisitos de suavidade para frequências substanciais e excitações de volume contínuo. Em vez disso, soluções de sistemas de suspensão mecatrônicos devem ser utilizadas. Zhang et al. apresentaram a suspensão pneumática por mola12. 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. Isto foi enfatizado por Geng et al.14. Quando um veículo está equipado com sistema de suspensão pneumática, sua qualidade de condução é boa. No entanto, este 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 alterará o arranjo das partículas metálicas em sua vizinhança. Consequentemente, a rigidez de amortecimento é continuamente variável16. Esse tipo é mais simples e menos caro. Sua eficácia, entretanto, é típica. Para gerenciar melhor as vibrações do automóvel, é necessário um atuador extra para atualizar o sistema de suspensão. Com base nesta abordagem, foi implementado um sistema de suspensão ativa17. O sistema de suspensão ativa incorpora um atuador hidráulico. Este atuador pode aplicar força na massa do veículo de dois lados. Consequentemente, seu desempenho melhorará. No entanto, a construção do sistema de suspensão tornar-se-á mais complexa. Além disso, a suspensão ativa é mais cara que um sistema de suspensão semiativa.