پایان نامه بهبود سرعت عمل و نیروی محرک سیستم فرمان برقی سیمی با استفاده از محرک خطی

۱.خلاصه

این پایان‌نامه با عنوان «بهبود سرعت عمل و نیروی محرک سیستم فرمان برقی سیمی با استفاده از محرک خطی» به بررسی طراحی و بهینه‌سازی یک سامانه فرمان سیمی (Steer-by-Wire) مجهز به محرک الکترومکانیکی خطی می‌پردازد. موضوع اصلی پژوهش، جایگزینی ساختارهای متداول مبتنی بر محرک دورانی با یک سامانه خطی است تا برخی محدودیت‌های نمونه‌های رایج، از جمله وزن بیشتر، پیچیدگی مکانیکی بالاتر و سرعت عملکرد پایین‌تر، برطرف شود. در این پژوهش، خودروی E-Class sedan به‌عنوان بستر مطالعه انتخاب شده و تلاش شده است یک ساختار جدید برای سامانه فرمان ارائه شود که پاسخ سریع‌تر و عملکرد بهتری نسبت به مدل‌های مرجع داشته باشد.

هدف اصلی این پژوهش، افزایش سرعت پاسخ و بهبود نیروی اعمالی در سامانه فرمان برقی سیمی از طریق استفاده از محرک خطی است. در همین راستا، حذف برخی اجزای مکانیکی مرسوم مانند rack and pinion به‌عنوان یکی از مزیت‌های مهم طرح پیشنهادی مطرح شده است، زیرا این کار می‌تواند هم باعث کاهش وزن سامانه شود و هم مسیر انتقال نیرو را ساده‌تر کند. افزون بر این، پایان‌نامه به دنبال آن بوده است که با بهینه‌سازی خروجی سیستم، میزان خطای فرمان کاهش یابد و زاویه خروجی چرخ‌ها تطابق بهتری با ورودی راننده پیدا کند؛ بنابراین، مسئله پژوهش تنها به طراحی مکانیکی محدود نبوده و جنبه‌های کنترلی و دینامیکی نیز در آن نقش اساسی داشته‌اند.

برای دستیابی به این اهداف، مدل کامل سیستم فرمان خودرو و همچنین مدل دوچرخه‌ای خودرو در محیط MATLAB/Simulink مدل‌سازی و اعتبارسنجی شده‌اند. در ادامه، رفتار سامانه پیشنهادی از طریق استخراج منحنی مشخصه زاویه خروجی چرخ نسبت به زاویه ورودی فرمان و نیز مقدار نیروی اعمالی از طرف محرک خطی به چرخ خودرو بررسی شده است. ساختار پایان‌نامه نشان می‌دهد که بخشی از کار به محاسبات تعیین محرک الکترومکانیکی خطی اختصاص یافته و بخش دیگری نیز به روش‌های بهینه‌سازی پرداخته است. برای بهبود عملکرد سیستم، از الگوریتم ژنتیک و کنترل‌کننده Fuzzy-PID استفاده شده و در نهایت عملکرد سامانه در آزمون‌های دینامیکی مانند مانور حالت مانا و Fishhook مورد ارزیابی قرار گرفته است.

نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که سامانه فرمان سیمی مبتنی بر محرک خطی در مقایسه با سامانه مشابه دارای محرک دورانی، عملکرد بهتری از خود نشان داده است. طبق نتایج گزارش‌شده در چکیده، خروجی زاویه تایر نسبت به ورودی راننده حدود ۳۲ درصد بهبود یافته است که این موضوع نشان‌دهنده پاسخ مناسب‌تر و دقت بیشتر سامانه پیشنهادی است. همچنین استفاده از الگوریتم ژنتیک باعث بهینه‌سازی نیروی اعمالی به تایر و کاهش خطای خروجی شده و به‌طور مشخص، زمان پاسخ سیستم را ۱.۲ ثانیه بهبود داده است. این یافته‌ها نشان می‌دهد که استفاده از محرک خطی، علاوه بر مزایای مکانیکی، از نظر کنترلی نیز ظرفیت بالایی برای ارتقای عملکرد دارد.

در بخش مقایسه روش‌های بهینه‌سازی نیز اشاره شده است که کنترل‌کننده Fuzzy-PID توانسته بهبود قابل‌توجهی در نتایج خروجی ایجاد کند، اما همراه با نوسان بیشتری بوده است. در مقابل، روش مبتنی بر الگوریتم ژنتیک عملکرد متعادل‌تر و مطلوب‌تری ارائه کرده و در بهبود سرعت پاسخ و کیفیت خروجی موفق‌تر بوده است. همچنین در ارزیابی‌های دینامیکی مبتنی بر مدل دوچرخه‌ای خودرو، سامانه پیشنهادی در آزمون‌های مانور حالت مانا و Fishhook حدود ۵ درصد بهبود نسبت به مدل مرجع نشان داده است. این نتایج بیانگر آن است که برتری سامانه پیشنهادی تنها در سطح پاسخ موضعی فرمان نیست، بلکه در رفتار دینامیکی کلی خودرو نیز قابل مشاهده است.

۲.نتیجه‌گیری:

این پایان‌نامه نشان می‌دهد که طراحی سیستم فرمان برقی سیمی با محرک خطی الکترومکانیکی می‌تواند راهکاری مؤثر برای رفع برخی محدودیت‌های سامانه‌های فرمان سیمی مبتنی بر محرک دورانی باشد. کاهش پیچیدگی مکانیکی، حذف برخی اجزای مرسوم، بهبود سرعت عملکرد و ارتقای دقت پاسخ از جمله مزیت‌های اصلی این ساختار هستند. بر پایه مدل‌سازی و شبیه‌سازی انجام‌شده، سامانه پیشنهادی توانسته است هم در خروجی زاویه چرخ و هم در زمان پاسخ، عملکرد بهتری نسبت به سامانه مرجع ارائه دهد (فایل ۶۳۰۷۰۲-fulltext (1).pdf، ص. ۱۰۹).

در جمع‌بندی نهایی، نتایج پژوهش حاکی از آن است که به‌کارگیری الگوریتم ژنتیک برای بهینه‌سازی این سامانه، نسبت به روش Fuzzy-PID کارایی بالاتری داشته و پاسخ پایدارتر و مناسب‌تری فراهم کرده است. همچنین بهبود مشاهده‌شده در آزمون‌های دینامیکی خودرو نشان می‌دهد که این رویکرد نه‌تنها از دیدگاه طراحی و کنترل، بلکه از منظر عملکرد واقعی خودرو نیز دارای ارزش مهندسی است. از این رو، این پایان‌نامه را می‌توان گامی کاربردی در توسعه سامانه‌های پیشرفته فرمان برقی سیمی و ارتقای عملکرد آن‌ها در خودروهای آینده دانست.