Modelamiento mediante diagramas de enlace y control de un sistema de medio vehículo con suspensión activa para la mejora del confort del pasajero
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Date
2020-03
Authors
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Publisher
Universidad Nacional de Trujillo
Abstract
El presente trabajo tuvo el objetivo de modelar, simular y controlar un sistema
de medio vehículo con suspensión activa, para mejorar del confort del pasajero.
Para modelar el sistema se ha utilizado la metodología de diagramas de enlace, se
ha diseñado un controlador PID usando como entrada al voltaje de alimentación
de un actuador eléctrico en la suspensión delantera y como salida a la velocidad
del asiento del pasajero. Los paramentos del controlador han sido sintonizados
mediante el método de Ziegler – Nichols usando la ganancia crítica. Se han
implementado modelos para simulación en los software 20SIM y MATLAB.
Se han realizado simulaciones para diferentes perfiles de pistas estandarizados
y se ha comparado el desempeño del sistema con suspensión activa, con uno con
suspensión pasiva. Los resultados indican una reducción de más del 70 % en todos
los tipos de perfiles de pistas analizados. Aunque el controlador fue diseñado solo
utilizando el perfil de pista D-E, su desempeño ha sido similar para todos los
perfiles, y no se muestran diferencias significativas al cambiar de perfil. Para
todos los perfiles se pudo disminuir el nivel de incomodidad, llegando a cero en
los perfiles A-B, B-C y C-D.
La aplicación de los diagramas de enlaces ha proporcionado una manera metódica
de modelar el sistema de medio vehículo, y el método experimental de Ziegler
– Nichols ha permitido diseñar un controlador que reduzca las aceleraciones en el
asiento del pasajero, disminuyendo así los niveles de incomodidad según normas
internacionales.
Description
The present work’s main objective is to model, simulate and control a halfvehicle
system with active suspension, in order to improve passenger comfort. The
Bond Graphs methodology has been used to model the system, a PID controller
has been designed using as input the supply voltage of an electric actuator in
the front suspension and as output the passenger seat speed. The controller
parameters have been tuned using the Ziegler-Nichols method using the critical
gain. Simulation models have been implemented in the 20SIM and MATLAB
software.
Simulations have been performed for different standardized road profiles and it
has been compared the system performance with an active suspension and with a
passive suspension. The results indicate a reduction of more than 70 % in all the
analyzed road profiles types. Although, the controller was designed only using
the D-E track profile, its performance has been similar for all profiles, and no
significant differences are shown when changing the profiles. For all the profiles,
the discomfort level could be reduced, reaching zero in profiles A-B, B-C and
C-D.
The Bond Graphs application has provided a methodical way of modeling the
half-vehicle system, and the Ziegler - Nichols experimental method has allowed to
design a controller that reduces the passenger seat accelerations; thus, reducing
the discomfort levels according to international standards.
Keywords
Diagramas de elance, Controlador PID, Suspensión activa