Da mesma forma que foi realizada na seção 4.5, nesta seção serão apresentadas as considerações parciais da ação de cada controlador apresentados nas seções 6.1, 6.2, 6.3 e 6.4, considerando a ação da dinâmica do amortecedor magneto-reológico, através do modelo de LuGre. Com o objetivo de padronizar as análises, será considerado apenas o momento da transição da excitação de 0 a 0.1 m da mesma forma que foi realizado na seção 4.5.
Através da Figura 55, é possível verificar as informações das comparações entre o sistema passivo e os controles on/off, skyhook, groundhook e híbrido, para os parâmetros: deslocamento da massa do chassi, aceleração da massa do chassi, deslocamento da massa do eixo da roda, Jerk, força aplicada pelo amortecedor no sistema de suspensão veicular e tensão aplicada na bobina do amortecedor MR. Também são apresentadas nesta figura, em percentual, quanto cada estratégia de controle contribui para diminuição dos parâmetros em relação ao sistema passivo.
Figura 55 – Resposta de cada um dos controladores comparados ao sistema passivo considerando a dinâmica do amortecedor magneto-reológico
Tensão aplicada na
bobina do amortecedor
MR
Parâmetros positivoPico acomodaçãoTempo de positivoPico acomodaçãoTempo de positivoPico acomodaçãoTempo de positivoPico acomodaçãoTempo de positivoPico negativoPico Pico positivo Sistema passivo 0,1524 m 1,42 s 30,04 m/s² 1,51 s 0,1442 m 0,66 s 1264 m/s³ 1,39 s - - - Controle on/off 0,1000 m 1,08 s 30,04 m/s² 0,68 s 0,1442 m 0,10 s 1264 m/s³ 0,38 s 9523 N -972,3 N 5 V Passivo Vs on/off (%) 100,00% 23,94% 0% 55,00% 0,00% 84,90% 0% 73,00% - - - Controle skyhook 0,1010 m 0,55 s 30,04 m/s² 0,37 s 0,1442 m 0,36 s 1264 m/s³ 0,74 s 3367 N -367,9 N 5 V Passivo Vs on/off (%) 98% 61,30% 0% 75,50% 0% 45,50% 0% 45,00% - - - Controle groundhook 0,1139 m 0,82 s 30,04 m/s² 0,71 s 0,1442 m 0,42 s 1264 m/s³ 0,68 s 2723 N -972,5 N 4,56 V Passivo Vs groundhook (%) 73,50% 42,30% 0% 53,00% 0% 36,36% 0,00% 36,00% - - - Controle híbrido 0,1041 m 0,71 s 30,04 m/s² 0,29 s 0,1442 m 0,36 s 1264 m/s³ 0,80 s 2995 N -927,5 N 4,98 V Passivo Vs híbrido(%) 92,20% 50,00% 0% 81,00% 0% 45,50% 0% 25,00% - - - Deslocamento da massa do chassi Aceleração da masso do chassi Deslocamento da massa do eixo da roda Jerk Força do amortecedor MR
Para facilitar as análises, que serão realizadas nesta seção, a Figura 56, Figura 57 e Figura 58, apresentarão apenas a informação de quanto cada controlador contribui para a redução dos parâmetros relacionados ao sistema passivo, estas informações serão apresentadas através de um gráfico de colunas agrupadas.
O gráfico, apresentado através da Figura 56, possibilita a visualização apenas da contribuição que cada controlador apresentou na redução dos parâmetros: deslocamento da massa do chassi, aceleração da massa do chassi, deslocamento da massa do eixo da roda e o Jerk.
Figura 56 - Contribuição de cada controlador para redução dos parâmetros analisados, considerando a dinâmica do amortecedor magneto-reológico
Fonte: Autoria Própria.
Já o gráfico representado pela Figura 57, possibilita a visualização de forma detalhada do pico de força [N] que foi necessário ser aplicado pelo amortecedor magneto-reológico para realizar o controle do sistema de suspensão.
Figura 57 – Comparação dos picos de força aplicados pelo amortecedor magneto-reológico no sistema de suspensão para cada controlador
Fonte: Autoria Própria.
E por fim, o gráfico representado pela Figura 58 apresenta os picos de tensão que foram aplicados na bobina do amortecedor MR para cada um dos controladores.
Figura 58 – Picos de tensão aplicados na bobina do amortecedor magneto-reológico
Fonte: Autoria Própria.
Realizando a análise da Figura 56, Figura 57 e Figura 58, pode-se afirmar que, inserindo a dinâmica do amortecedor MR, as respostas para cada controlador, seguiram basicamente a mesma tendência do que foi apresentado na seção 4.5, ou
seja, para os parâmetros listados abaixo, na sequência, os controladores que obtiveram os melhores desempenhos foram:
Deslocamento da massa do chassi: os controladores skyhook e híbrido apresentaram o melhor desempenho;
Aceleração da massa do chassi: os controladores híbrido e skyhook também foram os que apresentam o melhor desempenho para este parâmetro;
Deslocamento da massa do eixo da roda: os controladores on/off, híbrido e skyhook apresentaram o melhor desempenho;
Jerk: os controladores on/off e skyhook apresentaram o melhor desempenho;
Força aplicada pelo amortecedor MR: apesar do controlador groundhook ter apresentado o menor pico de força, este não pode ser considerado o melhor controlador para este parâmetro, pois ele resultou em baixo desempenho para os outros parâmetros, no qual resulta em uma baixa intensidade de força aplicada pelo amortecedor. Sendo assim, os controladores que apresentaram o melhor desempenho foram o híbrido e o skyhook.
Tensão aplicada na bobina do amortecedor MR: da mesma forma como relatado no item anterior, o controlador groundhook necessitou de pouca tensão aplicada na bobina do amortecedor MR, pois ele aplicou menos força no sistema de amortecimento. De forma geral, os controladores on/off, skyhook e híbrido apresentaram os mesmos picos de tensão na bobina do amortecedor MR
7 CONCLUSÃO
O desenvolvimento do presente estudo possibilitou a análise de como os controladores on/off, skyhook, groundhook e híbrido podem melhorar o conforto dos passageiros e a dirigibilidade do veículo, em comparação ao sistema passivo ou também conhecido como sistema convencional de suspensão veicular.
Este estudo foi dividido em duas etapas, sendo a primeira a análise pura dos controladores, agindo no modelo da suspensão veicular, com seus estados estimados por um observador de estados, e a segunda, a inserção da dinâmica do atuador automático escolhido no modelo.
Para auxiliar estas análises foi utilizado o software MatLab®, considerando para as simulações o modelo quarter-car não linear com um atuador magneto reológico, estas simulações foram expostas a excitações de dois tipos de classe. Os dados analisados são referentes ao deslocamento e aceleração vertical da massa suspensa (chassi) e da massa não suspensa (eixo da roda).
Após a apuração destas informações, foi possível verificar qual controlador apresentava os melhores resultados, considerando apenas o conforto dos passageiros, considerando apenas a dirigibilidade do veículo e ambos ao mesmo momento. Além disso, também foi possível realizar análises individuais e verificar qual controlador apresentava melhor resposta para cada parâmetro analisado.
De um modo geral, todos os parâmetros dos movimentos verticais da suspensão que foram averiguados, que são estes, deslocamento da massa do chassi
x
C, aceleração da massa do chassix
C, deslocamento do eixo da rodax
w e o jerkx
C, apresentaram melhora quando submetidos aos controladores e em comparação ao sistema passivo.Considerando os testes dos controladores puros no modelo de um quarto de veículo não linear, estes apresentaram respostas superiores ao do sistema sem controle, isto possibilitou a continuação do trabalho, pois desta maneira, verificou-se que os controladores eram eficientes para o controle dos movimentos verticais da suspensão.
Considerando a adição da dinâmica do amortecedor magneto-reológico no modelo de um quarto de veículo, verificou-se também que os controladores ainda mantiveram a eficiência no controle dos movimentos verticais da suspensão.
Contudo, tanto para a primeira etapa quanto para a segunda, verificou-se que os primeiros picos para aceleração, deslocamento do eixo da roda e o jerk, que são originados nos primeiros instantes da simulação, não foram reduzidos pela ação de nenhum dos controladores, por outro lado, estes possibilitaram redução para as próximas variabilidades de amplitude que fizeram com que o tempo de acomodação dos distúrbios diminuísse em comparação ao sistema passivo, permitindo assim maiores níveis de conforto e segurança ao veículo.
Também foi possível constatar, através das simulações, que o observador de estados, projetado para a estimação das variáveis de estados necessárias para o funcionamento de cada um dos controladores, levou todas estas variáveis para equilíbrio em um curto espaço de tempo, mesmo quando as condições iniciais propostas foram diferentes das não estimadas.
Estas informações mostraram viabilidade na utilização do observador, em vez da instalação de todos os sensores físicos na estrutura do automóvel, a qual acarretaria maiores custos para a instalação do sistema de suspensão controlável. Diante dos resultados, ficou evidente que os objetivos propostos neste trabalho foram alcançados.
Para elucidar melhor os resultados, a Figura 59 reúne a dinâmica de todos os parâmetros analisados para cada um dos controladores de forma isolada, e como foram os seus resultados, sem a consideração do amortecedor MR e com a sua consideração.
Figura 59 - Comparação dos controladores com a ação da dinâmica dos amortecedores MR e sem a sua ação
Fonte: Autoria Própria.
Analisando a Figura 59, é possível reafirmar que de modo geral todos os controladores, considerando ou não a dinâmica do amortecedor MR, melhoraram o desempenho dos seguintes parâmetros em comparação ao sistema passivo:
• Pico positivo do deslocamento da massa do chassi; • Tempo de acomodação da massa do chassi;
• Tempo de acomodação da aceleração do deslocamento da massa do chassi;
• Tempo de acomodação do deslocamento da massa do eixo da roda; • Tempo de acomodação do Jerk.
Importante salientar que o controlador on/off, sem a dinâmica do MR, foi o único a conseguir diminuir a amplitude de deslocamento da massa do eixo da roda em relação ao sistema passivo, como também o controlador groundhook foi o único a apresentar um aumento da variabilidade do Jerk.
Outra análise importante, que pode ser feita através da Figura 59, é a comparação de cada controlador sem adição da dinâmica do MR e com a sua.
Comparando os parâmetros do controlador on/off, pode-se perceber que introduzindo a dinâmica do amortecedor controlável, apenas os parâmetros do pico positivo do deslocamento da massa do chassi e o tempo de acomodação do deslocamento do eixo da roda foram superiores aos desempenhos dos parâmetros sem a sua dinâmica.
Comparando os parâmetros do controlador skyhook, após a introdução da dinâmica do amortecedor controlável, apenas o parâmetro de tempo de acomodação da aceleração do deslocamento da massa do chassi apresentou melhores resultados do que a ação do controlador sem a dinâmica do atuador MR.
Já comparando os parâmetros do controlador groundhook, foi possível verificar que, após a introdução da dinâmica do amortecedor controlável, apenas os parâmetros tempo de acomodação do deslocamento da massa do chassi e o pico positivo de deslocamento do Jerk que não apresentaram melhores resultados do que a ação dos controladores sem a dinâmica do atuador MR.
Por fim, comparando os parâmetros do controlador híbrido, foi possível verificar que após a utilização da dinâmica do amortecedor controlável, apenas os parâmetros de tempo de acomodação do deslocamento do chassi e de aceleração do chassi apresentaram melhoras em relação aos resultados da ação dos controladores sem a dinâmica do atuador MR.
Outras considerações importantes que podem ser retiradas através das observações dos resultados são os critérios: conforto dos passageiros e dirigibilidade do veículo.
Para analisar o desempenho de cada controlador para o conforto dos passageiros, os parâmetros que serão analisados são: deslocamento da massa do chassi, aceleração da massa do chassi e o Jerk da massa do chassi. E para analisar o desempenho deste para a dirigibilidade do veículo, o parâmetro que será considerado é o deslocamento da massa do eixo da roda.
Observando os resultados, foi possível analisar que, considerando a dinâmica do amortecedor MR, o controlador que melhor desempenho apresentou, em função apenas do critério conforto dos passageiros, foi o controlador skyhook, devido ao fato de ter obtido a segunda melhor faixa de redução do deslocamento da massa do chassi, o primeiro melhor tempo de acomodação do deslocamento da massa do eixo da roda, o segundo melhor tempo de acomodação para a aceleração
do deslocamento da massa do eixo da roda e o segundo melhor tempo de acomodação do Jerk.
Analisando o critério dirigibilidade do veículo, era esperado que o controlador groundhook apresentasse os melhores resultados, porém isto não ocorreu. A estratégia que melhor atendeu a este critério, levando em consideração o tempo de acomodação da roda em relação à pista, foi o controle on/off, sendo seguido por bons resultados apresentados pelo controlador skyhook e híbrido.
Observando os resultados, percebe-se que, para priorizar ambos os desempenhos de conforto e dirigibilidade ao mesmo tempo, os controladores skyhook, híbrido e on/off apresentaram desempenhos muito próximos.
Com relação à utilização dos amortecedores MR, foi possível observar que os níveis de força utilizados nas simulações se encontram dentro dos níveis de amortecedores disponíveis no mercado, sendo que o controlador híbrido foi o qual necessitou menores faixas de valores para obter bons resultados de controle.
Analisando todas as informações e percebendo-se a suma importância do assunto, torna-se necessário maiores investigações e testes que demonstrem a robustez dos controladores, através de outros sistemas de excitações.
Além disto existe-se também a necessidade da utilização de um método de varredura, que possa determinar os ganhos dos controladores utilizados neste trabalho, com base nos menores erros máximos para o deslocamento da massa do chassi, do eixo da roda e do jerk, bem como os menores tempos de acomodação para os seus parâmetros, com o objetivo de verificar se estes são capazes de apresentar melhores respostas, utilizando como atuador o amortecedor MR.
Também se propõem para trabalhos futuros a análise destes controladores atuando em outros tipos de atuadores como, válvulas pneumáticas, hidráulicas e motores eletromagnéticos lineares, com o objetivo de realizar comparações de desempenho.
Nesse sentido, pode-se concluir que, os controladores utilizados para as limitações dos movimentos verticais da suspensão veicular, foram capazes de apresentar um melhor desempenho em função da dirigibilidade do veículo e conforto do passageiro comparativamente ao sistema de suspensão passivo.
Contudo, os resultados mostram que a maior eficiência ficou relacionada ao conforto dos passageiros, devido aos melhores desempenhos para os parâmetros
C
x
ex
CNo entanto, os ganhos destes controladores ainda necessitam de melhorias com o objetivo de diminuir os picos iniciais dos parâmetros que não foram amenizados, no qual acreditam-se que podem ser resolvidos com a execução das propostas apresentadas para trabalhos futuros.
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