Алгоритмы управления автомобилем по данным наблюдений с учетом компромисса между степенями демпфирования и управляемости тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Алхелу Мухаммед

• Алхелу Мухаммед
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Алхелу Мухаммед

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи исследования

1.1 Системы подвески автомобилей

1.2 Функции системы подвески

1.3 Классы систем подвески

1.4 Шум, вибрация и резкость автомобиля

1.5 Профиль дороги

1.6 Стратегии управления активной подвеской

1.7 Стратегии управления полуактивной подвеской

1.8 Методы управления по данным наблюдений

1.9 Постановка задачи

1.10 Процесс исследования

1.11 Выводы по Главе

Глава 2. Управление компромиссом между степенью демпфирования и

степенью управляемости для модели типа «полный автомобиль» (Подход «снизу вверх»)

2.1 Модификации исходной задачи АУПП (М-АУПП)

2.2 Дальнейшая модификация (ДМ-АУПП)

2.3 Объединение четырех систем типа «четверть автомобиля» для тестирования компромиссного управления в простой системе ПМПА

2.4 Выводы по Главе

Глава 3. Управление компромиссом между степенью демпфирования и

степенью управляемости в модели типа «полный автомобиль» (подход «сверху внез»)

3.1 Проектирование регулятора внутреннего контура

3.2 Конструкция эталонного регулятора

3.3 Выводы по Главе

Глава 4. полунатурное моделирование методов управления подвеской

регулятором

4.1 Формулировка MPC для модели активной подвески типа «полный автомобиль» с учетом ограничений

4.2 Микроконтроллер GD32 и среда разработки IAR

4.3 Описание программного обеспечения эталонного регулятора/MPC

4.4 Выводы по Главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ADRC-Active Disturbance Rejection Control

ESO-Extended State Observer

DRS-Disturbance Rejection Scheme

NLSEF-Non-Linear State Errror Feedback

TD-Tracking Differentiator

SMA-Sprung Mass Acceleration

USMA-Un-Sprung Mass Acceleration

PD-Proportional-Derivative

SMD-Sprung Mass Displacement

USMD-Un-Sprung Mass Displacement

KF-Kalman Filter

EKF- Extended Kalman Filter

UKF-Unscented Kalman Filter

MR -Magneto-Rheological

ER -Electro-Rheological

MFAC-Model-Free Adaptive Control

ILC -Iterative Learning Control

UC-Unfalsified Control

VRFT -Virtual Reference Feedback Tuning

IFT -Iterative Feedback Tuning

PSD - Power Spectral Density

PSO - Particle Swarm Optimization

HH -Hybrid Hook

SH-Sky Hook

GH-Ground Hook

LQR-Linear Quadratic Regulator

M1S-Mixed 1 Sensor

DOF-Degree Of Freedom

ISO -International Standard Organization

ARMA-Autoregressive Moving Average model

IFFT-Inverse Fast Fourier Transform

RMS -Root Mean Square

DLC -Dynamic Load Coefficient

LSE-Least Square Estimator

RLSE-Recursive Least Square Estimator

Model Predictive Control (MPC)

ЭГА -Электрогидравлический актуатор

ЭБУ -Электронный Блок Управления

ШВР -Шум, Вибрация и Резкость

СТФК -Сигма-Точечный Фильтр Калмана

ФК-Фильтр Калмана

ОД-Отслеживающий дифференциатор

АУ1111-Активное Управление Подавлением Помех

МЧА -Модель типа "Четверть Автомобиля"

ФКСО -Фильтр Калмана с Совместной Оценкой

ФКДО-Фильтр Калмана с Двойной Оценкой

РКФ -Расширенный Фильтр Калмана

РНС -РасширеннаяНаблюдательСостояния

ЛРНС -ЛинейнаяРасширеннаяНаблюдательСостояния

ОПИН -Обобщенный Пропорционально-Интегральный Наблюдатель

УОПИН - Уменьшенная порядкаОПИН

ОУ -Объект Управления

СПП -Схема Подавления Помех

ОСНОС -Обратной Связи по Нелинейным Ошибкам Состояния УК-Управляемость-Комфорт

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Алгоритмы управления автомобилем по данным наблюдений с учетом компромисса между степенями демпфирования и управляемости»

ВВЕДЕНИЕ

Система подвески изолирует кузов транспортного средства от дорожных ударов и вибраций, которые в противном случае передавались бы полезному грузу (водителю или пассажирам), а также должна поддерживать контакт шин с дорогой. Таким образом, система подвески является важным элементом, обеспечивающим качественное управление движением автомобиля.

В целом система подвески обеспечивает выполнение трёх основных функций: степень демпфирования (или комфорт) позволяет при движении изолировать полезный груз или пассажиров от дорожных помех; удержание на дороге - предполагает максимальный контакт колеса с дорогой; степень управляемости - в общем смысле это среднее состояние между степенью демпфирования (комфортом) и удержанием на дороге.

Подвеска состоит из 2-х основных частей: неподрессоренной и подрессоренной частей (масс).

Неподрессоренная масса включает в себя компоненты, которые следуют контурам дороги- колеса, шины, тормозные узлы и любая часть рулевого управления и подвески, не поддерживаемая пружинами.

Подрессоренная масса- это часть транспортного средства, поддерживаемая пружинами, такая как кузов, рама, двигатель и связанные с ними детали.

Существует неизбежный компромисс между степенью демпфирования и отклонением подвески из-за того, что положение колеса примерно соответствует профилю дороги на низких частотах (<5rad/с): любое уменьшение хода кузова на этих частотах приведет к увеличению отклонения подвески. Кроме того, хорошая степень демпфирования требует мягкой подвески, а нечувствительность к приложенным нагрузкам (небольшое отклонение подвески) требует жесткой подвески, в то время как хорошая степень управляемости требует установки подвески между ними. Эту проблему часто называют противоречием между степенью управляемости и степенью демпфирования.

Указанные факторы являются противоречивыми и поэтому управление такой системой требует их разрешения.

Для решения подобных задач известно множество подходов управления активной и полуактивной подвеской, в том числе на адаптивном уровне, например, [Koch, G., MAIZZA, G., FRANZ, D.]. Также известны методы текущей подстройки свойств подвески по соотношению «мягкая» - «жесткая» с регулируемым параметром, например, [Caponetto.R., Diamante, O., Fargione, G., Risitano, A., Лобусов Е.С].

В связи с этими обстоятельствами актуальной задачей является поиск стратегии управления противоречием между степенью управляемости и степенью демпфирования (комфортом), чтобы достичь максимального комфорта, сохраняя при этом как можно больший контакт колес с дорогой, а также наблюдая и учитывая прогиб подвески.

Цель диссертационной работы - Создание методов, алгоритмов, программных и технических решений в области совершенствования процессов управления подвеской, направленных на разрешение противоречий между показателями качества движения автомобиля с использованием теории, средств и методов управления по данным наблюдений.

Для достижения поставленной цели необходимо рассмотреть следующие задачи:

1. Проведение сравнительного анализа эффективности существующих алгоритмов с точки зрения основной цели работы;

2. Исследование предлагаемых методов управления по данным наблюдений, и их наиболее важных приложений с точки зрения разрешения компромисса для различных вариантов представления движения объекта управления (от простого к сложному)- подход «снизу вверх», подход «сверху вниз».

3. Проведение моделирование.

В соответствии с целью и задачами диссертационной работы объектом исследования является простейшая подвеска типа «четверть автомобиля» в первой части, позволяющая выяснить все важные моменты предлагаемых решений, и во второй части - подвеска типа «полный автомобиль», включая быструю активную подвеску; предметом исследования являются алгоритмы, основанные на методах управления по данным наблюдений для улучшения управления противоречиями между степенью управляемости и степенью демпфирования системы подвески автомобиля.

Научная новизна проведенных исследований и полученных результатов состоит в следующем:

1. Предложен численный критерий степени управляемости для модели «полный автомобиль», отличающийся от прототипа - диаграммы управляемости автомобиля универсальностью, отсутствием необходимости проведения дорогостоящих натурных экспериментов и субъективизма оценок управляемости водителем.

2. Выделены показатели движения автомобиля: спектральная плотность мощности (PSD) и коэффициент динамической нагрузки (DLC), которые предложено использовать для настройки коэффициентов регулятора с целью управления компромиссом между степенью демпфирования и степенью управляемости автомобиля.

3. Разработан алгоритм оптимизации в реальном времени для управления компромиссом между степенью демпфирования и степенью управляемости с использованием методов управления по данным наблюдений. В отличие от аналога управление осуществляется редуцированным вектором состояния, что позволяет экономить вычислительные ресурсы и осуществлять управление автомобилем в реальном времени.

4. Сокращение объема вычислений при нахождении компромисса в режиме реального времени при применении методов управления по данным

наблюдений, более чем на 50% по сравнению с другими подходами (например, управление, основанное на модели прогнозирования (Model Predictive Control (MPC))).

5. Разработан алгоритм управления компромиссом качественных характеристик автомобиля, обеспечивающий достижение лучшей степени демпфирования и поддержания заданной степени управляемости по сравнению с другими алгоритмами, используемыми для управления компромиссом (например, для автомобилей марки Ford) за счет использования численного критерия степени управляемости переменными состояния модели типа «полный автомобиль».

В ходе работы проводится сравнительный анализ предлагаемых алгоритмов с традиционными подходами, такими как LQR и MPC. В результате сопоставления различных рассмотренных алгоритмов отмечены особенности их применения, позволяющие аргументированно осуществлять выбор того или иного подхода с учетом специфики конкретной прикладной задачи.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующих результатах:

1. Управление компромиссом в ручном режиме с использованием методов управления по данным наблюдений.

2. Адаптивная стратегия планирования изменения параметра закона управления в зависимости от скорости автомобиля (до 70 км/ч) без ограничения на прогиб подвески.

3. Адаптивный полностью автоматизированный алгоритм для управления компромиссом в системе типа «полный автомобиль» (до 70 км/ч) c ограничением на прогиб подвески.

4. Результаты диссертационного исследования были использованы компанией КАМАЗ при полунатурном моделировании, а также при разработке стратегии дальнейшего развития модели динамики подвески автомобиля.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач использовались методы теории управления, теории цифровой обработки сигналов, линейной алгебры, математического анализа, теории вероятностей, теории фильтрации Калмана, теории прогнозирующего управления, теории адаптивного управления. Экспериментальное исследование выполнялось методом математического моделирования в среде МАТЛАБ, версия К2018а-К2021а.

Положения, выносимые на защиту

1. Предлагаемые стратегии управления, которые основаны на методах, управления по данным наблюдений, которые требуют ограниченной информации о динамике системы и не создают сложностей при реализации.

2. Новые алгоритмы для управления компромиссом между степенью демпфирования и степенью управляемости, требующие изменения только одного параметра или использования адаптивного механизма.

3. Концепцию мониторинга отклонения подвески в режиме реального времени и учёт её влияния, только если отклонение подвески предполагает превышение установленных пределов.

Степень достоверности результатов исследований. Основные результаты, полученные в работе, обоснованы путем моделирования. Помимо этого, эффективность разработанных алгоритмов подтверждена путем сопоставления соответствующих им характеристик с характеристиками для известных из литературы алгоритмов.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: конференцию XLV Академические чтения по космонавтике, посвященные памяти академика С.П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых — пионеров освоения космического пространства (Москва, 2021 г.); на научных семинарах кафедры «Системы автоматического управления» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, из них 4 - в изданиях из перечня ВАК РФ и 5 - в изданиях, индексируемых международной базой научного цитирования (Web of Science, Scopus).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из списка сокращений, введения, четырех глав, заключения, рекомендаций и списка литературы. В начале каждой главы дается краткий обзор состояния соответствующих исследований. Общий объем диссертации составляет 138 страниц текста с 73 рисунками и 11 таблицами. Список цитированной литературы из 78 наименований.

Содержание работы

Во введении к диссертации обоснована актуальность темы исследований, показана ее научная значимость, сформулированы цели работы, представлены сведения о структуре и содержании работы, а также приведены положения, выносимые на защиту.

В первой главе представлен обзор концепций и технологии подвески автомобиля, включая основные конструкции и типы. Обзор включал рассмотрение основных компонентов системы подвески и различные классификаци этих подвесок. Исследование также включало представление основных функций системы подвески (степень управляемости, степень демпферования и удержания на дороге), ее классов (пассивная, полуактивная и активная) и ее видов (зависимая и независимая). В зависимости от классификации вибраций в этом главе были представлены наиболее распространённые модели, а также известные и используемые характеристики дорожных профилей (тестовые модели, реальные дороги и синусоидальные модели). Представлены перспективные методы управления по данным наблюдений, которым уделяется много внимания в последние годы (методы обучения с подкреплением, итеративная-обратная связь-настройка, управление без модели, и активное управление подавлением помех (АУПП)). Постановка задачи выполняется с

указанием объекта исследования, ограничений, показателей качества и требований.

Вторая глава посвящена нахождению и исследованию различных вариантов нахождения компромисса между степенью управляемостью и степенью демпфирования в простейшей модели типа «четверть автомобиля» (МЧА) на предмет их дальнейшего использования в более сложных ситуациях (подход «снизу-вверх»). Предлагается подход, позволяющий объединить два показателя качества (степень управляемостью и степень демпфирования) в одну схему и, таким образом, сформировать соответствующий алгоритм нахождения компромисса. Для этой цели вводится ещё одна дополнителная обратная связь по ускорению подрессоренной массы (шасси). Такой модифицированный алгоритм обеспечивает хорошую степень управляемости и отличную степень демпфирования. Однако полученный в результате автоматический метод не имеет механизма для предотвращения превышения установленных пределов отклонения подвески. Это побудило к поиску другой версии автоматического метода для управления противоречием с помощью АУПП. В дальнейшей модификации используется отклонение подвески и смещение подрессоренной массы в качестве отдельных обратных связей с АУПП, имеующей два входа и один выход. Эта модификация требует независимой оценки смещения шасси и смешения шины. Для получение этих оценок используется фильтр Калмана. Далее желаемые сигналы отклонения подвески и смещения подрессоренной массы изменяются оптимально, в соответствии с выбранным критерием, чтобы предотвратить превышение максимальных пределов отклонения подвески. Для тестирования всей системы используются две разные дороги класса D по стандарту ISO 8608 для левой и правой сторон автомобиля соответственно. Для представления скорости автомобиля отображается временная задержка между дорожными возмущениями передних и задних колес.

Третья глава посвящена управлению компромиссом между степенью управляемости и комфортом в модели типа «полный автомобиль» (МПА) с

использованием подхода «сверху-вниз». Для обеспечения комфорта, если алгоритм управления направлен на минимизацию вертикального смещения подрессоренной массы, вертикальное ускорение также будет сведено к минимуму, обеспечивая необходимый комфорт. Таким образом, вопрос о компромиссе между степенью управляемости и комфортом может быть истолкован как компромисс между вертикальным смещением кузова и углом крена, так как угол крена определяет отклонение шасси от горизонта, а угла наклона (тангажа) практически не проявляется. Вводится функция качества, которая должна быть оптимизирована для системы подвески. После серии математических операций получаем закон управления, применяемый к вертикальному перемещению и крену, соответственно.

Исследование компромисса между степенью демпфирования и степенью управляемости проводится в два этапа: на первом этапе наблюдается, как изменяется степень демпфирования и степень управляемости при изменении коэффициента компромисса, когда скорость автомобиля фиксируется на 54 км/ч, поскольку его можно рассматривать как среднюю скорость. В конце этого этапа тестирования получается балансовое значение коэффициента компромисса, которое может дать хороший компромисс между комфортом и степенью управляемости. На втором этапе наблюдается, как степень демпфирования и степень управляемости изменяются при изменении скорости автомобиля, когда коэффициент компромисса фиксируется на балансовом значении.

Представлен алгоритм эталонного регулятора (ЭР), предотвращающий превышение предельных значений отклонения подвески в режиме реального времени.

В четвертой главе проведена обработка и алгоритмы (MPC и «эталоный регулятор») для сравнения различных методов управления подвеской в составе спроектированного и внедренного стенда полунатурного моделирования для системы типа «полный автомобиль» с помощью микроконтроллера Giga Device (GD32F405RET6).

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе. По результатам исследования предложены некоторые рекомендации для повышения эффективности функционирования предлагаемых алгоритмов в реальном времени и устранения противоречия (т.е. нахождения компромисса) между управляемостью и комфортом.

Заканчивая введение, выражаю глубокую и искреннюю благодарность своему научному руководителю к.т.н. Лобусову Евгению Сергеевичу под руководством и при непосредственном участии которого были выполнены работы, представленные в диссертации.

Особо хочу поблагодарить д.т.н. заведующего кафедрой «Системы автоматического управления» Неусыпину Константину Авенировичу за постоянную помощь, внимание и интерес к работе.

Высоко ценю комментарии и советы д.т.н Евгения Михайловича Воронова, который, тщательно просмотрел и дал свои замечания на исследовательскую работу.

Хочется посвятить свою работу человеку огромного таланта, ответственности и доброты, блестящему ученому, покойному Микрину Евгению Анатольевичу , который ушел из жизни 5 мая 2020 г. Светлая память о нем навсегда сохранится в наших сердцах.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Системы подвески автомобилей

Многим, кто сосредоточен на комфорте поездки, может показаться, что система подвески- это просто набор пружин и амортизаторов, которые соединяют колеса с кузовом автомобиля. Однако это очень упрощенная точка зрения на систему подвески. В действительности, система подвески автомобиля не только обеспечивает плавную поездку по неровным дорогам, но и обеспечивает при этом, чтобы колеса оставались в контакте с дорогой, а крен автомобиля был сведен к минимуму.

Система подвески состоит из трех основных частей: корпуса, который поддерживает вес автомобиля и определяет геометрию подвески, пружину, преобразующую кинематическую энергию в потенциальную или наоборот, и амортизатор, который представляет собой механическое устройство, предназначенное для рассеивания кинетической энергии.

Автомобильная подвеска соединяет колеса автомобиля с его корпусом, поддерживая вес автомобиля. Это допускает относительное движение между колесом и кузовом автомобиля. Относительные движения колес - это его вертикальное движение, вращательное движение вокруг поперечных осей и вращательное движение вокруг вертикальных осей из-за угла поворота. Из относительных движений колес можно выделить следующие три угла:

1- Угол развала (Camber angle) — это угол между вертикальной осью колеса и вертикальной осью транспортного средства, если смотреть спереди или сзади (Рис. 1. 1).

2- Угол наклона рицинуса (Caster angle) — это наклон оси рулевого управления вперед или назад по сравнению с вертикальной линией, если смотреть сбоку от колеса (Рис. 1. 2).

3- Угол схождения (Toe angle) -- определяется как наклон колеса внутрь или наружу в верхней части, если смотреть спереди транспортного средства.

No Camber Negative Camber Positive Camber

Рис. 1. 1. Угол развала

Рис. 1. 2. Угол наклона рицинуса

Рис. 1. 3. Угол схождения

Система подвески автомобиля состоит из четырех основных компонентов-механизма, пружины, амортизатора и втулок, как показано на Рис. 1. 4.

Механизм: Механизм подвески может содержать один или несколько рычагов, которые соединяют колесо с кузовом автомобиля. Они передают все силы и моменты в разных направлениях между корпусом автомобиля и

поверхностью дороги. Механизм определяет некоторые из наиболее важных характеристик системы подвески.

подключение к ^ шасси

амортизатора

пружина

колесо

механизм . >. втулок

Рис. 1. 4. Основные компоненты систем подвески

Он определяет геометрию подвески, углы поворота колес и их относительные перемещения. Изменение углов наклона колес во время движения подвески приводит к изменению усилий в шинах, которые влияют на удержание автомобиля на дороге и степень управляемости, т.е. способность автомобиля совершать маневрирование. Основной вес системы подвески зависит от ее механизма. Использование тяжелых материалов в его конструкции снижает качество езды, в то время как легкие материалы, хотя и улучшают качество поездки, стоят дорож.

Пружина: Пружина обычно представляет собой намоточную проволоку или несколько полос металла, обладающих упругими свойствами. Она поддерживает вес автомобиля и делает подвеску приемлемой для полезного груза и пассажиров. Чтобы лучше понять поведение подвески, наиболее важным компонентом, требующим изучения, является пружина. Однако, учитывая её важность, возникает конфликт: при использовании пружин высокой жесткости автомобиль демонстрирует хорошее удержание на дороги и степень управляемости, но при этом заметно снижается комфорт при поездке. Это создает ограничения при

выборе соответствующей жесткости пружины. Вес и размер пружины также могут затруднить её размещение.

Амортизатор: Амортизатор представляет собой механическое или гидравлическое устройство для гашения импульсных возмущений дороги. В идеале, различные нагрузки и различные ситуации вождения требуют разной жесткости подвески и амортизации. Таким образом, в системах подвески используются регулируемые амортизаторы. Более низкое демпфирование приводит к повышению комфорта при поездки на высоких частотах, в то время как улучшение управляемости и комфорт при поездки на низких частотах являются результатом более высокого демпфирования.

Втулки: Втулки предотвращают прямой контакт двух металлических предметов, чтобы изолировать шум и свести к минимуму вибрацию. Мягкие материалы, такие как резина, используются во втулках для изоляции. По сути, они представляют собой разновидность виброизолятора, используемого для соединения различных движущихся компонентов с кузовом автомобиля или рамой подвески. Существует много типов втулок, и они классифицируются по количеству степеней свободы между двумя соединенными деталями, которые они поддерживают. Поворотные соединения являются наиболее распространенным типом втулок. Они имеют кольцевую цилиндрическую форму и поддерживают вращательное относительное движение, в то время как шаровые шарниры обеспечивают вращательное относительное движение во всех направлениях. Втулки являются одними из самых дорогих деталей в системе подвески.

1.2 Функции системы подвески

Как упоминалось ранее, в основном предполагается, что единственной функцией системы подвески является поглощение неровностей дороги; однако подвеска автомобиля должна удовлетворять ряду требований с частично противоречивыми целями в результате различных условий эксплуатации. Подвеска соединяет кузов автомобиля с поверхностью дороги поэтому все силы и

моменты между ними проходят через систему подвески.

Таким образом, система подвески напрямую влияет на динамические характеристики автомобиля. Автомобильные инженеры обычно изучают функции системы подвески со следующими важными принципами.

1.2.1 Комфорт при движении

Комфорт при движении определяется на основе того, как это движение воспринимается или воздействует на полезный груз или экипаж. Одна из функций подвески - это изоляция кузова автомобиля от дорожных помех. Как правило, качество поездки можно количественно оценить по уровню вибрации кузова. В транспортном средстве существует множество внутренних и внешних источников вибрации. Внутренние источники вибрации включают двигатель и трансмиссию транспортного средства, в то время как неровности дорожного покрытия и аэродинамические силы являются внешними источниками вибрации. Спектр вибрации может быть разделен в соответствии с диапазонами частот и классифицирован как комфортный (0-25 Гц) или шумный и резкий (25-20 000

Гц)[1].

Определение стандартной методики оценки вибрации автомобиля при движении является дискуссионной темой среди автомобильных инженеров. До сих пор не существует универсального стандарта для оценки вибраций при движении. Однако был определен ряд стандартизированных методов для оценки рисков воздействия вибрации с учетом чувствительности человека к частоте и величине вибрации и продолжительности воздействия. Наиболее распространенным стандартом для оценки комфорта при движении является ISO 2631-1. Этот стандарт оценивает воздействие вибрации на все тело человека. В качестве примера оценки воздействия вибрации, рекомендованной ISO 2631-1, на Рис. 1. 5 показаны уменьшенные границы вертикальных и горизонтальных вибраций с точки зрения среднеквадратичного значения (RMS) ускорения в зависимости от частоты для различных длительностей воздействия. Как видно,

граница понижается с увеличением времени экспозиции. Стандарт ISO-2631 также определяет весовые коэффициенты частоты для оценки вертикальных и горизонтальных колебаний, а само воздействие выражается в терминах взвешенного по частоте среднеквадратичного (RMS) ускорения.

Рис. 1. 5. Пределы вибрации всего тела в вертикальном и горизонтальном направлениях, рекомендованные ISO 2631.

Как показано на Рис. 1. 6, весовые коэффициенты, используемые в этом стандартизированном методе оценки воздействия, показывают, что человеческое тело наиболее чувствительно к горизонтальной вибрации в диапазоне 0.5-2 Гц и к вертикальной вибрации в диапазоне 4-10 Гц. Взвешенное среднеквадратичное ускорение можно сформулировать как:

емб (с1.1)

где а^х1у1г) обозначает частотно-взвешенное ускорение вдоль заданной оси (х, у или 7).

80 -—......—.....................

10"г 10"' 10° 101 102

Частота (Гц)

Рис. 1. 6 Кривые взвешивания частоты, рекомендованные стандартом ISO 2631

В Таблице. 1 показана взаимосвязь между уровнем вертикального ускорения и степенью комфорта в соответствии со стандартами ISO 2631. Таблица. 1. Среднеквадратичное значение вертикального ускорения и степень комфорта (ISO2631-1, 1997)

Среднеквадратичное значение вертикального ускорения тела (м/с2) Степень демпфирования (Комфорт)

(1) Меньше, чем 0.315 Не некомфортно

(2) 0.315-0.63 Немного некомфортно

(3) 0.5-1 Довольно некомфортно

(4) 0.8-1.6 Некомфортно

(5) 1.25-2.5 Очень некомфортно

(6) Больше чем 2 Крайне некомфортно

1.2.2 Удержание на дороге (Road holding)

Силы, действующие в точке контакта колеса с дорогой, воздействуют на кузов транспортного средства через систему подвески. Величина и направление сил определяют поведение и характеристики транспортного средства, поэтому одной из важных задач системы подвески является удержание на дороге. Боковые и продольные силы, создаваемые шиной, напрямую зависят от нормальной силы шины, которая поддерживает способность к поворотам, сцеплению и торможению. Эти условия улучшаются, если минимизировать изменение нормальной нагрузки на шины. Другая функция подвески заключается в поддержании статического веса автомобиля. Эта задача выполняется хорошо,

если требования к прогибу подвески в транспортном средстве минимальны.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Алхелу Мухаммед, 2023 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Goodarzi A., Khajepour A. Vehicle suspension system technology and design,Canada.: Synthesis Lectures on Advances in Automotive Technology. 2017. 93p.

2. Maizza G., Franz D. Simulink Control Model Of An Active Pneumatic Suspension System In Passenger Cars, Italy.: Diss. Politecnico di Torino, 2019. 65p

3. Konieczny L., Burdzik R. Modern suspension systems for automotive vehicles and their test methods// Vibroengineering PROCEDIA. 2017. No 14. P 233-237.

4. Bastow D., Howard G., Whitehead, J. P. Car suspension and handling, Warrendale.: SAE international. 2004. 29p.

5. Sharp R. S., Crolla D. A. Road vehicle suspension system design-a review//Vehicle system dynamics. 1987. Vol 16. No 3. P 167-192.

6. Maizza G., Pacini V. M. Study and analysis of a pneumatic spring for city cars, Italy.: Diss. Politecnico di Torino, 2018. 93p

7. Semi-active suspension control design for vehicles, Savaresi S. M[et al.]. London.: Elsevier. 2010. 96p

8. Hurmuzlu Y., Nwokah O. D. (Eds.). The mechanical systems design handbook: modeling, measurement, and control, Texas.: CRC Press. 2017. 88p.

9. Jalili N. A comparative study and analysis of semi-active vibration-control systems//J. Vib. Acoust., 2002. Vol 124. No 4. P 593-605.

10. MR damper and its application for semi-active control of vehicle suspension system, Yao G. Z[et al.]// Mechatronics, -2002. Vol 12. No 7. P 963-973.

11. Magneto-rheological damper-An experimental study, Lozoya-Santos J. D. J[et al.]// Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2012. Vol 23. No 11. P 1213-1232.

12. Review on active suspension system, Riduan A. F. M[et al.]// In SHS Web of

Conferences, EDP Sciences, 2018. Vol 49. P 02008.

13. Robinson W. D. A pneumatic semi-active control methodology for vibration control of air spring based suspension systems, Iowa State.: Diss. Iowa State University, 2012. 24p.

14. Salman S. F. Effect of Road Profile on Suspension System of Heavy Truck// Diyala Journal of Engineering Sciences, 2019. Vol 12. No 2. P 71-75.

15. Zhou Q. Research and simulation on new active suspension control system. Lehigh University, Bethlehem.: Diss.Lehigh University, 2013. 93p.

16. Li Z., Sun W., Gao H. Road-holding-oriented control and analysis of semi-active suspension systems/Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 2019. Vol 141. No 10. 8p.

17. Taghirad H. D., Esmailzadeh E. Automobile passenger comfort assured through LQG/LQR active suspension// Journal of vibration and control, 1998. Vol 4. No 5. P 603-618.

18. Kumar M. S. Development of active suspension system for automobiles using PID controller//Proceedings of the World Congress on Engineering, 2008. P 14721477.

19. Ma M., Chen H., Liu X. Robust H-infinity control for constrained uncertain systems and its application to active suspension// Journal of Control Theory and Applications, 2012. Vol 10. No 4. P 470-476.

20. Alleyne A., Neuhaus P. D., Hedrick J. K. Application of nonlinear control theory to electronically controlled suspensions// Vehicle System Dynamics, 1993. Vol 22. No 5-6. P 309-320.

21. Lin J. S., Kanellakopoulos I. Nonlinear design of active suspensions// IEEE Control Systems Magazine, 1997. Vol 17. No 3. P 45-59.

22. Lin J. S., Kanellakopoulos J. Road-adaptive nonlinear design of active suspensions// In Proceedings of the 1997 American Control Conference (Cat. No.

97CH36041). IEEE, 1997. Vol 1. P 714-718.

23. D'Amato F. J., Viassolo D. E. Fuzzy control for active suspensions// Mechatronics, 2000. Vol 10. No 8. P 897-920.

24. Xiao J., Kulakowski, B. T. Sliding mode control of active suspension for transit buses based on a novel air-spring model// In Proceedings of the 2003 American Control Conference, IEEE, 2003. Vol 5. P 3768-3773.

25. Liu Z., Luo C., Hu D. Active suspension control design using a combination of LQR and backstepping//In 2006 Chinese Control Conference, IEEE, 2006. P 123125.

26. Fuzzy adaptive sliding mode controller for an air spring active suspension, Bao W. N[et al.]// International Journal of Automotive Technology, 2012. Vol 13. No 7. P 1057-1065.

27. Mendoza R. A. R., Menendez R. M. Control of an automotive semi-active suspension//Hindawi Publishing Corporation, 2012. Vol 2012. 21p.

28. Choi S. B., Lee H. K., Chang E. G. Field test results of a semi-active ER suspension system associated with skyhook controller// Mechatronics, 2001. Vol 11. No 3. P 345-353.

29. Savaresi S. M., Spelta C. MIX-1-SENSOR: A CONTROL STRATEGY FOR SEMI-ACTIVE SUSPENSION// IFAC Proceedings Volumes, 2007. Vol 40. No 10. P 367-374.

30. On a combination of ground-hook controllers for semi-active tuned mass dampers, Viet L. D[et al.]// Journal of Mechanical Science and Technology, 2014. Vol 28. No 6. P 2059-2064.

31. Hou Z. S., Xu J. X. On data-driven control theory: the state of the art and perspective//Zidonghua Xuebao/ Acta Automatica Sinica, 2009. Vol 35. No 6. P 650-667.

32. Data-driven active disturbance rejection control of pendulum cart systems, Roman

R. C[et al.] // In 2018 IEEE Conference on Control Technology and Applications (CCTA), IEEE, 2008. P 933-938.

33. Active disturbance rejection control strategy for signal injection-based sensorless IPMSM drives, Zhang G[et al.]// IEEE Transactions on Transportation Electrification, 2017. Vol 4. No 1. P 330-339.

34. Event-triggered active disturbance rejection control of DC torque motors, Shi D[et al.]// In Event-Triggered Active Disturbance Rejection Control, Springer, Singapore, 2021. P 137-159.

35. Active disturbance rejection control of linear induction motor, Alonge F[et al.]// IEEE Transactions on Industry Applications, 2017. Vol 53. No 5. P 4460-4471.

36. Qin L., Zhou W., Jiang W. Active disturbance rejection control system design for quadrotor// In 2017 36th Chinese Control Conference (CCC), IEEE, 2017. P 65306534.

37. Pressure regulation for oxygen mask based on active disturbance rejection control, Jiang Y[et al.]// IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017. Vol 64. No 8. P 6402-6411.

38. Yao J., Deng W. Active disturbance rejection adaptive control of hydraulic servo systems// IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2017. Vol 64. No 10. P 8023-8032.

39. Add-on module of active disturbance rejection for set-point tracking of motion control systems, Xue W[et al.] // IEEE Transactions on Industry Applications, 2017. Vol 53. No 4. P 4028-4040.

40. Active disturbance rejection control for electrical cylinder, Peng H[et al.]// In 2017 36th Chinese Control Conference (CCC), IEEE, 2017. P 629-633.

41. Liu N., Fei J. Active disturbance rejection control of active power filter// In 2016 19th International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), IEEE, 2016. P 1-5.

42. Xiao L. Research of maglev train suspension algorithm based on active disturbance rejection control// In 2016 IEEE International Conference on Information and Automation (ICIA), IEEE, 2016. P 1296-1300.

43. Coral-Enriquez H., Cortes-Romero J. Spatial-domain active disturbance rejection control for load mitigation in horizontal-axis wind turbines// In 2016 IEEE Conference on Control Applications (CCA), IEEE, 2016. P 575-580.

44. Gao Z., Tian G. Extended active disturbance rejection controller//US Patent, 2014. No 8,644,963 B2. 21p.

45. Tan W., Fu C. Linear active disturbance-rejection control: Analysis and tuning via IMC// IEEE Transactions on Industrial Electronics, 2015. Vol 63. No 4. P 23502359.

46. Linear active disturbance rejection control of underactuated systems: The case of the Furuta pendulum, Ramirez-Neria M[et al.]// ISA transactions, 2014. Vol 53. No 4. P 920-928.

47. Tian G. Reduced-order extended state observer and frequency response analysis,Cleveland State.: Diss. Cleveland State University, 2007. 110p.

48. Teppa-Garran P., Garcia G. Reduced order extended state observer without output derivative in ADRC// Latin American Applied Research-An international journal, 2015. Vol 45. No 4. P 239-244.

49. Distributed control of multi-time scale DC microgrid based on ADRC, Yang N[et al.]// IET Power Electronics, 2017. Vol 10. No 3. P 329-337.

50. Optimized active disturbance rejection control for DC-DC buck converters with uncertainties using a reduced-order GPI observer, Yang J[et al.]// IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 2017. Vol 65. No 2. P 832-841.

51. Improved Active Disturbance Rejection Control of optoelectronic stabilized platform Based on Reduced-order Extended State Observer, Gao P[et al.]// In 2021

IEEE 5th Information Technology, Networking, Electronic and Automation Control Conference (ITNEC), IEEE, 2021. Vol 5. P 889-894.

52. Kruczek A., Antonin S. A full-car model for active suspension-some practical aspects// Proceedings of the IEEE International Conference on Mechatronics, IEEE, 2004. Turkey. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/1364409

53. Lajqi S., Pehan S. Designs and optimizations of active and semi-active non-linear suspension systems for a terrain vehicle// Strojniski vestnik-Journal of Mechanical Engineering, 2012. Vol 58. No 12. P 732-743.

54. Comparison of online-parameter estimation methods applied to a linear belt drive system, Beckmann D[et al.]// In 2016 European Control Conference (ECC), IEEE, 2016. P 364-369.

55. Elizabeth S., Jothilakshmi R. Convergence analysis of extended kalman filter in a noisy environment hrough difference equations// International Journal of Differential Equations and Applications, 2015. Vol 14. No 2. P 33-41.

56. Mohite A. G., Mitra A. C. Development of linear and non-linear vehicle suspension model// Materials Today: Proceedings, 2018. Vol 5. No 2. P 43174326.

57. Wan E. A., Van Der Merwe R., Nelson A. T. Dual estimation and the unscented transformation// In NIPS, 1999. Vol 99. P 666-672.

58. Wan E. A., Van Der Merwe R. The unscented Kalman filter for nonlinear estimation// In Proceedings of the IEEE 2000 Adaptive Systems for Signal Processing, Communications, and Control Symposium (Cat. No. 00EX373), IEEE, 2000. P 153-158.

59. The ride comfort vs. handling compromise for off-road vehicles, Els P. S[et al.] // Journal of Terramechanics, 2007. Vol 44. No 4. P 303-317.

60. control of 8 degrees of freedom vehicle active suspension system, Rizvi S. M. H[et al.]// Journal of King Saud University-Engineering Sciences, 2018. Vol 30.

No 2. P161-169.

61. Chen Z., Pengcheng W. Experimental study on double-stage on-line jet mixing apparatus// International Journal of Modeling, Simulation, and Scientific Computing, 2021. P 2142001.

62. Cores A. R. M. IAREmbeddedWorkbench®. 1999. http://www.iarsys.co.jp/download/LMS2/arm/6701/ewarm6701 doc/arm/doc/EWA RM_DevelopmentGuide.ENU.pdf.

63. Круглов С. П., Игорь А. З. Управление адаптивной подвеской автомобиля на основе идентификационного алгоритма//Информационные технологии и математическое моделирование в управлении сложными системами 3, 2020. C 29-44.

64. Азизов М. Э., Юрий А. Ф. Автоматизированная система управления жёсткостью подвески автомобиля//Proceedings of young scientists and specialists of the Samara University 1, 2020. C 196-201.

65. Огрызков С. В. Экстремальная система регулирования плавностихода автомобиля//ВюникСевНТУ, 2012. Vol 134. C 71-74.

66. Жданов А. А., Липкевич Д. Б. AdCAS система автономного адаптивного управления активной подвеской автомобиля// Труды Института системного программирования РАН 7, 2004. C 119-160.

67. 4GN-инструмент для разработки нейроноподобных адаптивных систем управления на основе метода автономного адаптивного управления, Жданов А. А[и др.]. Всероссийской научн.-техн. конференции Нейроинформатика-2005 М.: МИФИ. 2005. http://aac-lab.com/files/ PaperNeuroInform2005_4GN_New.pdf.

68. Альсаламех Б., Рязанцев В. И. O работе системы стабилизации вертикальных реакций дороги на колеса автомобиля совместно с системой управления схождением колес// Энерго-и ресурсосбережение: промышленность и транспорт 2, 2018. P 56-63.

69. Куан В., НгуенГуйЧыонг Н. моделирование и управление активной подвеской для модели У4 автомобиля//МАНФ-2020, 2020. C 1323-1329.

70. Захаренков Н. В. Разработка и исследование динамики активной системы демпфирования продольно-угловых колебаний транспортных машин, Омск.: Diss. Омский государственный технический университет, 2013. https://static.freereferats.ru/_avtoreferats/01006577464.pdf.

71. Спациян А. В. Синтез наблюдателя для системы управления активной подвеской автомобиля// XXIV Туполевские чтения (школа молодых ученых) (1), 2019. C 117-122.

72. Спациян А. В. Синтез наблюдателя для системы управления активной подвеской автомобиля// XXIV Туполевские чтения (школа молодых ученых)(2), 2019. C 117-122.

73. Никифоров П. А., Бураков М. В. Валерий Владимирович Гараников.,Управление активной подвеской автомобиля// Проблемы и перспективы студенческий науки 2, 2018. C 57-59.

74. Синицын А. С. Синтез синергетической системы разрывного управления активной подвеской автомобиля// Известия Южного федерального университета. Технические науки, 2020. Vol 2. No 212. https://cyberleninka.ru/article/n/sintez-sinergeticheskoy-sistemy-razryvnogo-upravleniya-aktivnoy-podveskoy-avtomobilya.

75. CRS and PS-optimised PID controller for nonlinear, electrohydraulic suspension systems, Pedro Jimoh O[et al.]// 2013 9th Asian Control Conference (ASCC). IEEE, 2013. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/6606012.

76. Real-time implementation of model predictive control in a low-cost embedded device, Espinoza J[et al.] // Order. 2018. No 2. P 63-94.

77. Muhammed A., Wassouf Y., Gavrilov A. I. Linear-control vs ADRC for automatic management ofthe handling-comfort contradiction of a quarter-car system// International Journal of Heavy Vehicle Systems. 2022. Vol 29, No 2.

https://www.inderscienceonline.com/doi/abs/10.1504/IJHVS, 2022. P 125361. 78. Parczewski K., Wn^k H. The influence of vehicle body roll angle on the motion stability and maneuverability of the vehicle// Combustion Engines. 2017. Vol 56. https://yadda.icm.edu.pl/yadda/element/bwmeta1.element.baztech-0e6822ad-632a-4eff-9c0a-79a94261f2da.