Mejorando la Dinámica del Vehículo: Un Enfoque de Control PID de Orden Fraccionario para Sistemas de Suspensión Activa
Autores: Yin, Zongjun; Cui, Chenyang; Wang, Ru; Su, Rong; Ma, Xuegang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Mejorando la Dinámica del Vehículo: Un Enfoque de Control PID de Orden Fraccionario para Sistemas de Suspensión Activa
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Modelo de vehículo
Sistema de suspensión activa
Controlador FOPID
Software MATLAB
índices de rendimiento
Condiciones de la carretera
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta un modelo de vehículo integral que cuenta con un sistema de suspensión activa integrado con controles de asiento semiactivos y de montaje del motor. La excitación estocástica en el dominio del tiempo de los cuatro neumáticos se modeló utilizando el método de ruido blanco filtrado, y la excitación de la carretera requerida se simuló utilizando el software MATLAB R2022b. Se seleccionaron cuatro índices de rendimiento integral, incluyendo el desplazamiento dinámico del motor, la aceleración del cuerpo del vehículo, la deflexión dinámica de la suspensión y el desplazamiento dinámico del neumático, y se hicieron adimensionales mediante los índices de rendimiento de una suspensión pasiva bajo las mismas condiciones de trabajo para construir la función de aptitud. Se propuso un controlador PID de orden fraccionario (FOPID), y sus parámetros estructurales se optimizaron utilizando un algoritmo de optimización de lobos grises. Además, se evaluó el controlador FOPID optimizado bajo cinco condiciones de carretera, y su rendimiento se comparó con el control PID de orden entero y las suspensiones pasivas. Los resultados demuestran que el controlador FOPID mejora efectivamente la suavidad del vehículo al reducir la deflexión del montaje del motor, la aceleración del cuerpo del vehículo, la deflexión de la suspensión y el desplazamiento del neumático. Además, los resultados de la simulación indican que, en comparación con la suspensión pasiva, la suspensión controlada por FOPID logra una optimización promedio de más del 42% en la raíz cuadrática media (RMS) de la aceleración del cuerpo bajo condiciones de carretera aleatorias, con una optimización promedio de más del 38% para la deflexión de la suspensión, 4.3% para la deflexión del montaje del motor y 2.5% para el desplazamiento del neumático. En comparación con la suspensión controlada por PID de orden entero, la suspensión controlada por FOPID demuestra una mejora promedio del 28% en la RMS de la aceleración y una mejora del 2.1% en la deflexión de la suspensión bajo condiciones de carretera aleatorias. Sin embargo, la deflexión del montaje del motor y el desplazamiento del neumático se reducen en un 0.05% y un 0.3%, respectivamente. El control FOPID tiene un mejor rendimiento en el control de la aceleración del vehículo, pero muestra efectos asimétricos en la deflexión dinámica del neumático.
Descripción
Este documento presenta un modelo de vehículo integral que cuenta con un sistema de suspensión activa integrado con controles de asiento semiactivos y de montaje del motor. La excitación estocástica en el dominio del tiempo de los cuatro neumáticos se modeló utilizando el método de ruido blanco filtrado, y la excitación de la carretera requerida se simuló utilizando el software MATLAB R2022b. Se seleccionaron cuatro índices de rendimiento integral, incluyendo el desplazamiento dinámico del motor, la aceleración del cuerpo del vehículo, la deflexión dinámica de la suspensión y el desplazamiento dinámico del neumático, y se hicieron adimensionales mediante los índices de rendimiento de una suspensión pasiva bajo las mismas condiciones de trabajo para construir la función de aptitud. Se propuso un controlador PID de orden fraccionario (FOPID), y sus parámetros estructurales se optimizaron utilizando un algoritmo de optimización de lobos grises. Además, se evaluó el controlador FOPID optimizado bajo cinco condiciones de carretera, y su rendimiento se comparó con el control PID de orden entero y las suspensiones pasivas. Los resultados demuestran que el controlador FOPID mejora efectivamente la suavidad del vehículo al reducir la deflexión del montaje del motor, la aceleración del cuerpo del vehículo, la deflexión de la suspensión y el desplazamiento del neumático. Además, los resultados de la simulación indican que, en comparación con la suspensión pasiva, la suspensión controlada por FOPID logra una optimización promedio de más del 42% en la raíz cuadrática media (RMS) de la aceleración del cuerpo bajo condiciones de carretera aleatorias, con una optimización promedio de más del 38% para la deflexión de la suspensión, 4.3% para la deflexión del montaje del motor y 2.5% para el desplazamiento del neumático. En comparación con la suspensión controlada por PID de orden entero, la suspensión controlada por FOPID demuestra una mejora promedio del 28% en la RMS de la aceleración y una mejora del 2.1% en la deflexión de la suspensión bajo condiciones de carretera aleatorias. Sin embargo, la deflexión del montaje del motor y el desplazamiento del neumático se reducen en un 0.05% y un 0.3%, respectivamente. El control FOPID tiene un mejor rendimiento en el control de la aceleración del vehículo, pero muestra efectos asimétricos en la deflexión dinámica del neumático.