Otimização de um controlador PID para suspensão ativa veicular por meio de algoritmo genético

Abstract

A suspensão é um item essencial no projeto de um veículo, seja de passeio, utilitário ou de alto desempenho. O principal objetivo de uma suspensão automotiva é proporcionar estabilidade ao veículo e conforto aos passageiros, isolando as excitações do ambiente externo, isso é, reduzindo as vibrações provenientes da pista ou outras fontes, preservando a estrutura da carroceria veicular das forças de deslocamento geradas pelas vibrações. O presente trabalho tem como enfoque o sistema de suspensão ativa, que é composto por mola, amortecedor hidráulico e um atuador. Este trabalho avaliará a usabilidade desse tipo de suspensão em um veículo de passeio, através de simulação computacional, realizando análise sobre um modelo de veículo completo com sete graus de liberdade. O controlador a ser otimizado será o controlador proporcional integral derivativo (PID). Na análise em resposta à excitação externa na simulação da suspensão será realizada por um perfil de lombada padronizada pelo Conselho Nacional de Trânsito (CONTRAN), senoidal e randomicamente. No ajuste fino do controlador PID, a determinação dos parâmetros do controlador será obtida utilizando de resolução computacional por meio de algoritmo genético implementado no software MATrix LABoratory (Matlab). Os resultados mostram que o sistema de suspensão ativa diminui consideravelmente as oscilações na carroceira, proporcionando maior conforto aos passageiros e a otimização do controlador PID usando Algoritmo Genético comprova ser superior ao modelo antecessor na diminuição dos deslocamentos da carroceira e nos índices de desempenho.

Suspension is an essential item in the design of a vehicle, whether passenger, utility or high performance. The main objective of an automotive suspension is to provide vehicle stability and passenger comfort, isolating the excitations from the external environment, that is, reducing vibrations from the road or other sources, preserving the vehicle body structure from the displacement forces generated by vibrations. The present work focuses on the active suspension system, which is composed of a spring, hydraulic damper and an actuator. This work will evaluate the usability of this type of suspension in a passenger vehicle, through computer simulation, performing analysis on a complete vehicle model with seven degrees of freedom. The controller to be optimized will be the proportional integral derivative (PID) controller. The analysis in response to external excitation in the suspension simulation will be performed by a spine profile standardized by the National Traffic Council (CONTRAN), sinusoidal and randomly. In the fine tuning of the PID controller, the determination of the controller parameters will be obtained using computational resolution through a genetic algorithm implemented in the MATrix LABoratory software (Matlab). The results show that the active suspension system considerably reduces the oscillations in the bodywork, providing greater comfort to the passengers and the optimization of the PID controller using Genetic Algorithm proves to be superior to the predecessor model in the reduction of body displacements and in the performance indexes.