Comparative analysis of different semi-active suspension control techniques applied on real world MR dampers

Abstract

Suspensões veiculares são centrais na resposta dinâmica do veículo a pertubações de estrada, tendo papel importante no conforto e estabilidade veiculares. Ha um limite no que pode ser alcancado com suspensoes passivas. Suspensoes semiativas, e especialmente suspensoes magneto-reologicas (MR), sao uma opcao estudada na industria para superar essas limitacoes a um custo acessível, mas sua performance depende da estrategia de controle empregada. Com base nesses fatores, essa dissertacao busca avaliar computacionalmente o desempenho de diferentes estrategias de controle de suspensoes semiativas em maximizar o conforto e da seguranca de sistemas veiculares dotados de suspensoes com amortecedores MR de comporta mento realista. Objetivando analisar o desempenho de diversos controladores em uma planta veicular realista, muitos modelos de amortecedor MR foram contemplados. Quatro diferentes propostas foram testadas em Simulink: O modelo de corpo de Bingham, o modelo Bouc-wen assimetrico, um modelo Sigmoide Duplo denominado modelo Wang e uma nova forma modificada do modelo Wang com base na equacao logística. Os parâmetros dos modelos foram otimizados com um algoritmo genetico e classificados com base na capacidade de replicar resultados experimentais. O modelo Wang modificado proposto na tese teve o melhor desempenho, e foi utilizado nas simulacoes de veículo. As simulacoes de veículo focaram no estudo de diferentes tecnicas de controle em conjunto com o amortecedor MR. As estrategias de controle avaliadas foram a Híbrida Skyhook-Groundhook (Hybridhook), a LQR e a State Dependent Riccati Equation (SDRE). Os controladores foram apli cados em modelos 1/4 e 1/2 de veículo no ambiente Simulink. O NSGA-II foi utilizado para fazer uma otimizacao multiobjetivo dos modelos de 1/4 de veículos. Parâmetros da suspensao e do con trolador foram otimizados em conjunto para ter melhor performance em seguranca (deslocamento dinamico da roda) e conforto (aceleracao RMS do chassi). Solucoes específicas dos resultados foram escolhidas para estudos mais aprofundados e testes em perfis de estrada determinísticos (quebra-molas e meio-fio). No geral, todos controladores superaram seus equivalentes passivos. O LQR teve a melhor performance media e o SDRE a pior. Os estudos de caso foram replicados em 1/2 veículo, mas nao se fez uma nova otimizacao. Utilizou-se os parâmetros resultantes da otimizacao em 1/4 de veículo no lugar. Eles atenuaram vibracoes em menor grau quando empre gados no 1/2 veículo. Novamente, o LQR teve os melhores resultados, seguido do Hybridhook. O SDRE falhou em prover melhorias consistentemente, mas demonstrou grande potencial.