퍼지 방법(FSMPIF)으로 조정된 퍼지 슬라이딩 모드 비례 적분 제어 알고리즘을 사용한 새로운 접근 방식

Nov 27, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7327(2023) 이 기사 인용

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자동차의 진동은 노면의 자극으로 인해 발생할 수 있습니다. 스프링 질량의 변위 및 가속도 값의 변화는 자동차의 진동을 평가하는 데 사용됩니다. 향상된 승차감을 얻으려면 액티브 서스펜션 시스템을 활용하는 것이 좋습니다. 이 기사에서는 고려 중인 능동 서스펜션 시스템의 작동을 규제하기 위한 새로운 전략을 제시합니다. PI(Proportional Integral) 알고리즘, SMC(Sliding Mode Control) 알고리즘, Fuzzy 알고리즘은 FSMPIF 알고리즘 개발의 기반이 되었습니다. SMC 알고리즘에 의해 생성된 신호는 퍼지 알고리즘의 입력으로 사용됩니다. 또한 PI 컨트롤러의 설정은 또 다른 퍼지 알고리즘의 도움으로 수정됩니다. 이 두 가지 퍼지 방법은 서로 독립적으로 작동하며 서로 완전히 다른 설정에서 작동합니다. 이 알고리즘은 완전히 독창적이고 새로운 방식으로 만들어졌습니다. 수치 모델링 기술을 사용하여 두 가지 사용 상황에 특히 중점을 두고 자동차의 진동을 조사합니다. 각각의 경우에 네 가지 다른 상황을 비교합니다. FSMPIF 방법이 구현되면 시뮬레이션 프로세스 결과에 따르면 스프링 질량의 변위 및 가속도 값이 크게 감소하는 것으로 나타났습니다. 이는 새로운 알고리즘을 구현하기 전과 구현한 후의 값을 보고 판단했습니다. 첫 번째 경우, 이 수치는 패시브 서스펜션 시스템을 사용하는 자동차와 비교하여 2.55%의 차이를 넘지 않습니다. 두 번째 경우에는 이 수치가 전체 12.59%에 미치지 못하는 것으로 나타났습니다. 직접적인 결과로 자동차의 안정성과 편안함 수준이 크게 향상되었습니다.

자동차의 편안함과 안정감은 중요한 요소입니다. 이는 차량 승객의 편안함에 영향을 미칠 수 있습니다. 서스펜션 시스템은 적절한 수준의 승차감을 보장합니다1. 일반적으로 서스펜션 시스템은 차체와 휠 사이에 있습니다. 서스펜션 시스템 위의 구성요소는 스프링 질량(차량 본체)으로 알려져 있습니다. 서스펜션 시스템 아래의 구성 요소를 스프링 하 질량2이라고 합니다. 서스펜션 시스템의 주요 구성 요소는 충격 댐퍼, 레버 암(상부 또는 하부 레버 암) 및 스프링(코일 스프링, 판 스프링)3입니다. 특정 연구에 따르면 앤티롤 바도 서스펜션 시스템 구성 요소입니다4,5. 다른 시스템에 비해 서스펜션 시스템의 구성은 상대적으로 복잡합니다.

Zuraulis et al.6에 따르면 고르지 못한 노면은 자동차 진동의 주요 원인입니다. 더 많은 변수가 변형에 기여할 수도 있습니다. 그러나 이러한 변수의 영향은 미미합니다. 휠 진동은 서스펜션 시스템을 통해 차체로 전달됩니다. 서스펜션 시스템은 이러한 진동을 조절합니다. 또한 서스펜션 시스템은 진동 에너지를 감소시킵니다. 차량의 진동을 분석할 때 여러 요소가 고려되지만 스프링 질량의 변위 및 가속도 값은 중요한 요소입니다. 이 두 마커는 훨씬 초기 연구에서 활용되었습니다7,8. 차체의 변위와 가속도는 시뮬레이션이나 실험을 통해 결정할 수 있습니다. 불연속 진동의 경우 가장 높은 차체 변위 및 가속도 값만 고려해야 합니다. 위의 두 매개변수의 평균 및 최대값은 지속적인 진동에 사용될 수 있습니다. RMS 임계값은 평균값9,10,11을 계산할 수 있습니다.

패시브 서스펜션 시스템(기계식 서스펜션 시스템)의 성능이 좋지 않습니다. 이는 상당한 주파수 및 연속적인 볼륨 가진에 대한 부드러움 요구 사항을 충족하지 않습니다. 대신 메카트로닉스 서스펜션 시스템 솔루션을 활용해야 합니다. Zhang et al. 공압 스프링 서스펜션12을 제시했습니다. 이 시스템은 완전히 자동화된 제어 시스템을 갖춘 풍선을 활용합니다. 이러한 공압 풍선은 가변 강성 공압 스프링13입니다. 공압 스프링의 경도는 공압 풍선 내의 압력을 조정하여 변경할 수 있습니다. 이는 Geng et al.14에 의해 강조되었습니다. 차량에 공압 서스펜션 시스템이 장착되어 있으면 승차감이 좋습니다. 그러나 이 유형은 다소 비쌉니다. 종종 "반능동 서스펜션 시스템"으로 설명되는 전통적인 흡수 장치를 대체하기 위해 전자기 흡수 장치를 사용하는 것은 Oh et al.15이 제시한 또 다른 기술입니다. Basargan et al.에 따르면 댐퍼 내의 전류는 근처에 있는 금속 입자의 배열을 변경합니다. 결과적으로 감쇠 강성은 지속적으로 가변적입니다. 이런 종류는 더 간단하고 저렴합니다. 그러나 그 효능은 전형적입니다. 자동차의 진동을 더 잘 관리하려면 서스펜션 시스템을 업그레이드하기 위한 추가 액추에이터가 필요합니다. 이러한 접근 방식을 기반으로 능동 서스펜션 시스템이 구현되었습니다17. 액티브 서스펜션 시스템에는 유압 액츄에이터가 포함되어 있습니다. 이 액추에이터는 양쪽에서 차량 질량에 힘을 가할 수 있습니다. 결과적으로 성능이 향상됩니다. 그럼에도 불구하고 서스펜션 시스템의 구성은 더욱 복잡해질 것입니다. 또한 액티브 서스펜션은 세미액티브 서스펜션 시스템보다 비용이 더 많이 듭니다.