[論文レビュー] Semi-active Suspension Control using Modern Methodology: Comprehensive Comparison Study

Omid Ghasemalizadeh, Saied Taheri+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Vibration Control and Rheological Fluids参考文献 12被引用数 7

ひとこと要約

本研究では、MATLAB/Simulinkを用いて、四分の1車両モデルおよび6軸車両モデルにおいて、加速度駆動ダンパー（ADD）、パワー駆動ダンパー（PDD）、および修正されたH∞ロバスト制御の3つの半アクティブサスペンション制御手法を評価した。H∞制御は、次に優れた性能を示したPDDと比較して、スプリング質量加速度のRMSを10%低減し、吸収されるパワーを23%低減したが、計算負荷が高くなるという代償を伴った。

ABSTRACT

Semi-active suspensions have drawn particular attention due to their superior performance over the other types of suspensions. One of their advantages is that their damping coefficient can be controlled without the need for any external source of power. In this study, three control approaches are implemented on a quarter-car model using MATLAB/Simulink. The investigated control methodologies are Acceleration Driven Damper, Power Driven Damper, and H_infinity Robust Control. The three controllers are known as comfort-oriented approaches. H_infinity Robust Control is an advanced method that guarantees transient performance and rejects external disturbances. It is shown that H_infinity with the proposed modification, has the best performance although its relatively high cost of computation could be potentially considered as a drawback.

研究の動機と目的

• 加速度駆動ダンパー（ADD）、パワー駆動ダンパー（PDD）、および修正されたH∞ロバスト制御の3つの快適性指向の半アクティブサスペンション制御戦略の性能を評価・比較すること。
• RMS加速度および吸収パワーを指標として、乗り心地とエネルギー吸収特性を評価すること。
• 6軸車両モデルを用いて、コーナー結合効果（ピッチおよびロール）が制御性能に与える影響を調査すること。
• CenTiReラボでの今後の実験用試作装置を用いて、シミュレーション結果を検証すること。

提案手法

• スプリング質量、非スプリング質量、半アクティブダンパー、サスペンション剛性、タイヤ剛性を有する線形四分の1車両モデルを構築した。
• スプリング質量加速度と相対速度の積の符号に基づくスイッチング論理を用いて、ADD制御を適用した。
• 剛性および速度に依存するスイッチング論理を用いて、PDD制御を適用し、チターリングとエネルギー吸収を低減した。
• 外部摂動の影響を最小限に抑え、閉ループ安定性を確保するため、修正されたH∞ロバスト制御定式化を構築した。
• 同一の道路入力条件下で、MATLAB/Simulinkを用いて、四分の1車両モデルおよび6軸車両モデルの両方に対して、すべての制御器をシミュレーションした。
• 主な性能指標として、スプリング質量加速度のRMSおよび最後の0.5秒間の平均吸収パワーを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 四分の1車両モデルにおいて、ADD、PDD、H∞制御戦略は、スプリング質量加速度と吸収パワーの低減においてどのように比較されるか？
• RQ2 ピッチおよびロールダイナミクスが存在する多軸車両において、コーナー独立制御戦略（例：ADD）は乗り心地にどのような影響を与えるか？
• RQ3 外部摂動に対して、修正されたH∞ロバスト制御はPDDおよびADDと比較して、ロバスト性および性能面でどのように異なるか？
• RQ4 PDDはADDと比較して、制御入力におけるチターリング効果を低減できるか？また、その結果、全体的な性能が向上するか？
• RQ5 乗り心地とエネルギー効率の両方の指標を考慮した場合、各制御器の相対的性能はいかなるものか？

主な発見

• H∞ロバスト制御は、6軸車両モデルにおいて、スプリング質量加速度のRMSが0.8319 m/s²にまで低下し、PDD（0.8836 m/s²）およびADD（1.1208 m/s²）を上回った。
• H∞は、6軸車両モデルにおいて、PDDと比較して13%、ADDと比較して23%のパワー吸収量を低減し、優れたエネルギー効率を示した。
• PDDは、エネルギーに配慮した制御論理を有していたため、ADDおよびパassingサスペンションよりも優れた性能を示し、チターリングとパワー吸収量の両方を低減した。
• ADDは、6軸車両モデルにおいて、コーナー独立性のため、ピッチおよびロールの結合ダイナミクスを適切に反映できず、パassingサスペンションよりも劣った性能を示した。
• 修正されたH∞制御器は、摂動に対してロバストであり、快適性およびエネルギー指標の両面で最良の全体的性能を達成した。
• 優れた性能を発揮したが、H∞はADDおよびPDDと比較して顕著に高い計算リソースを要し、これが主なトレードオフであった。