Utafiti huu unaunganisha mfumo amilifu wa kusimamisha gari (Active Suspension System, ASS) na mfumo amilifu wa bawa la aerodinamiki/airfoil (Active Aerodynamic System, AAS) katika muundo mmoja wa udhibiti bora ili kudhibiti mwendo wa roll au pitch wa mwili wa gari katika hali kama vile kupinda kona, kufunga breki, kuongeza kasi na kupita kwenye tuta la upande mmoja wa barabara. Katika kidhibiti cha mrejesho wa hali kamili kilichojengwa kwenye modeli ya nusu-gari yenye viwango vinne vya uhuru, si tu kuongeza kasi kwa mwili wa gari na mwendo wa mfumo wa kusimamisha gari vinavyoingizwa katika fomula ya utendaji, bali pia integrali ya hitilafu kati ya pembe inayotakiwa ya roll/pitch na pembe halisi pamoja na integrali za ulemavu wa kimienendo wa matairi mawili. Katika hali ya tuta la upande mmoja, watafiti wanaripoti kuwa muundo uliopendekezwa wa mfumo amilifu wa kusimamisha gari + bawa amilifu ulileta uboreshaji wa zaidi ya %90 katika pembe ya roll na kuongeza kasi ya mzunguko wa roll, takriban %84 katika kuongeza kasi ya heave ikilinganishwa na mfumo pasivu, na hadi %99 katika ulemavu wa kimienendo wa tairi katika baadhi ya ulinganisho. Hata hivyo, matokeo ni ya uigaji wa kompyuta; hayajathibitishwa kwenye gari halisi, nguvu za udhibiti za mfumo amilifu wa kusimamisha gari na aerodinamiki hazikuwekewa mipaka katika uigaji, na ucheleweshaji halisi wa aerodinamiki wa bawa amilifu umerahisishwa.

Lengo kuu la mbinu ya udhibiti si kuweka mwili wa gari katika usawa wa mlalo kadiri iwezekanavyo tu. Watafiti wanalenga kuliegemeza gari kwa namna inayodhibitiwa kuelekea ndani ya kona ili kupunguza nguvu ya upande ya inertia inayohisiwa na abiria wakati wa kupinda kona, kutengeneza pitch ya kurudi nyuma inayodhibitiwa ili kupinga mwelekeo wa gari kuzama mbele wakati wa kufunga breki, na kuunda mwendo wa tilt kwenda mbele ili kupunguza athari ya squat wakati wa kuongeza kasi mwanzoni. Nguvu amilifu za aerodinamiki na nguvu za actuators za mfumo wa kusimamisha gari hutumiwa pamoja na kidhibiti kilekile bora ili kudhibiti hali inayotakiwa ya mwili wa gari pamoja na ulemavu wa kimienendo wa tairi unaowakilisha mgusano wa tairi–barabara.

Katika uchanganuzi wa tuta la barabara, kutumia bawa amilifu pekee hakukutoa utengaji wa kutosha wa mtetemo wala mshiko wa tairi barabarani. Ingawa mfumo amilifu wa kusimamisha gari pekee ulitoa maboresho makubwa ikilinganishwa na mfumo pasivu katika vipimo mbalimbali, muundo uliopendekezwa unaofanya kazi pamoja na bawa amilifu ulionyesha matokeo yenye nguvu zaidi kwa upande wa mwendo wa roll na ulemavu wa kimienendo wa tairi. Kwa upande mwingine, mwendo wa mfumo wa kusimamisha gari upande wa kulia ulikuwa mkubwa kuliko wa mfumo amilifu wa kusimamisha gari pekee katika baadhi ya hali; watafiti walitathmini hili kama mabadilishano ya kimkakati kati ya mshiko wa barabara na nafasi inayopatikana ya mwendo wa mfumo wa kusimamisha gari.

Tathmini kwa mtazamo wa Türkiye: Mbinu ya utafiti inaweza kuwa mfano wa kimetodolojia kwa timu zinazofanya kazi Türkiye katika maeneo ya mfumo amilifu wa kusimamisha gari, aerodinamiki ya magari yenye utendaji wa juu, udhibiti wa chasi ya magari ya umeme, mienendo ya hali ya juu ya uendeshaji na udhibiti jumuishi wa magari wa mekatroniki. Kinachovutia hasa ni kutumia actuators za mfumo wa kusimamisha gari na nyuso za aerodinamiki si kama mifumo midogo inayojitegemea, bali kwa uratibu chini ya lengo moja la mkao wa gari. Hata hivyo, kwa kuwa utafiti haujumuishi wasifu halisi wa barabara za Türkiye, modeli halisi za matairi, upepo unaobadilika, saturation ya actuator, mienendo ya servo ya nyuso za aerodinamiki au majaribio ya gari halisi, utendaji wa namba ulioripotiwa haupaswi kutafsiriwa moja kwa moja kama mafanikio ya uzalishaji wa mfululizo au matumizi halisi.

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

Katika usanifu wa mfumo wa kusimamisha gari, faraja ya safari na mshiko wa barabara mara nyingi ni malengo mawili yanayokinzana. Mfumo laini wa kusimamisha gari unaweza kupunguza mtetemo unaofika kwenye mwili wa gari, lakini unaweza kufanya iwe vigumu kudumisha mgusano wa tairi na barabara na kudhibiti mwendo wa mwili wa gari; muundo mgumu zaidi unaweza kuboresha mshiko wa barabara huku ukiongeza mtetemo unaohisiwa na abiria.

Wakati wa kupinda kona, kufunga breki na kuongeza kasi, nguvu za inertia za upande au za mwelekeo wa urefu huongezeka kwenye tatizo hili. Kwa kuwa kitovu cha uzito wa gari kiko juu ya ardhi, nguvu hizi huunda moment ya roll au pitch kwenye mwili wa gari. Kwa hiyo, mzigo unaweza kuhamia kwenye gurudumu la nje wakati wa kona, gari linaweza kuzama mbele wakati wa kufunga breki, na sehemu ya nyuma inaweza kushuka wakati wa kuongeza kasi.

Pengo kuu linalolengwa na utafiti ni kudhibiti moja kwa moja pembe inayotakiwa ya mwili wa gari na ulemavu wa kimienendo wa tairi kupitia hali za integrali huku nguvu ya mfumo amilifu wa kusimamisha gari na nguvu amilifu ya aerodinamiki ya kuelekea chini zikiunganishwa ndani ya kidhibiti kimoja.

Kwa nini bawa amilifu la aerodinamiki linatumika pamoja na mfumo wa kusimamisha gari?

Tofauti ya shinikizo kati ya uso wa juu na wa chini wa bawa huzalisha nguvu ya kuinua ya aerodinamiki. Katika matumizi ya magari, mabawa yanayofanya kazi kwa mwelekeo wa kinyume yanaweza kuzalisha nguvu ya aerodinamiki ya kuelekea chini na hivyo kubadilisha mzigo wa kawaida juu ya gurudumu.

Kielelezo cha 2 cha utafiti kinaonyesha wazo hili kwa mtazamo wa mienendo ya gari: nguvu za aerodinamiki zinazowekwa katika maeneo ya mbele na nyuma/kulia na kushoto hutumika katika umbali fulani kutoka kwenye kitovu cha uzito ili ziweze kutengeneza moment ya roll au pitch kwenye mwili wa gari. Nguvu za mfumo amilifu wa kusimamisha gari hudhibiti mwendo jamaa kati ya gurudumu na mwili wa gari, huku mabawa amilifu yakiweka nguvu ya nje moja kwa moja kwenye mwili wa gari.

Katika mbinu ya watafiti, mifumo hii miwili ya uanzishaji haifanyi kazi ileile; inakamilishana. Mfumo amilifu wa kusimamisha gari hudhibiti mtetemo unaotokana na barabara na mwendo wa mwili wa gari, huku nyuso za aerodinamiki zikitumika hasa kutengeneza moment ya ziada dhidi ya uhamishaji wa mzigo wa upande na wa mwelekeo wa urefu katika kasi kubwa.

Modeli ya nusu-gari iliundwaje?

Utafiti ulitumia modeli ya mstari ya nusu-gari yenye viwango vinne vya uhuru kwa uchanganuzi wa roll na pitch. Viwango vya uhuru vinajumuisha mwendo wima wa mwili wa gari, pembe ya roll au pitch, na mwendo wima wa magurudumu mawili.

Mwendo wa heave wa mwili wa gari:

\[ m_s\ddot{z}_c=f_r+u_3+f_l+u_4 \]

na mwendo wa roll au pitch:

\[ I\ddot{\phi}=(f_r+f_1+u_3)a-(f_l+f_2+u_4)b \]

ulibuniwa kwa modeli.

Hapa \(m_s\) ni misa ya mwili wa gari, \(I\) ni moment ya inertia ya roll au pitch, \(z_c\) ni uhamishaji wima wa mwili wa gari, \(\phi\) ni pembe ya roll/pitch ya mwili wa gari, na \(a\) pamoja na \(b\) ni umbali kutoka kwenye kitovu cha uzito hadi maeneo ya mfumo wa kusimamisha gari. \(u_1\) na \(u_2\) ni nguvu za mfumo amilifu wa kusimamisha gari; \(u_3\) na \(u_4\) ni nguvu amilifu za aerodinamiki.

Nguvu za mfumo wa kusimamisha gari na tairi zilibuniwaje kwa modeli?

Nguvu elastiki za mfumo wa kusimamisha gari wa kulia/mbele na kushoto/nyuma ziliandikwa kama jumla ya nguvu ya spring, damper na actuator amilifu:

\[ f_r = k_{s1}(z_1-z_c-a\phi) + b_{s1}(\dot{z}_1-\dot{z}_c-a\dot{\phi}) + u_1 \]

\[ f_l = k_{s2}(z_2-z_c+b\phi) + b_{s2}(\dot{z}_2-\dot{z}_c+b\dot{\phi}) + u_2 \]

Matairi yalibuniwa kama vipengele elastiki:

\[ m_1\ddot{z}_1=-k_{t1}(z_1-z_{r1})-f_r \]

\[ m_2\ddot{z}_2=-k_{t2}(z_2-z_{r2})-f_l \]

\(z_{r1}\) na \(z_{r2}\) ni pembejeo za urefu wa barabara, na \(k_{t1}\) pamoja na \(k_{t2}\) ni ugumu wima wa matairi. Mchango wa damping ya tairi ulizingatiwa kuwa mdogo na haukujumuishwa kwenye modeli.

Ni vigezo gani vya gari vilitumika kwenye modeli?

Modeli ya pitch inawakilisha nusu-gari ya mwelekeo wa urefu kutoka mbele hadi nyuma, ilhali modeli ya roll inawakilisha nusu-gari ya upande kutoka kulia hadi kushoto. Kwa hiyo, moment ya inertia na umbali kutoka kwenye kitovu cha uzito hadi maeneo ya mfumo wa kusimamisha gari hutofautiana katika modeli hizi mbili.

Kwa nini udhibiti wa integrali uliongezwa?

Mojawapo ya ubunifu muhimu wa utafiti ni kuongeza hali tatu za integrali katika state vector:

• integrali ya hitilafu kati ya pembe halisi ya roll/pitch na pembe inayotakiwa,
• integrali ya ulemavu wa kimienendo wa tairi la kwanza,
• integrali ya ulemavu wa kimienendo wa tairi la pili.

Muundo huu unalenga hasa kupunguza hitilafu ya steady-state katika marejeo yasiyobadilika au yanayobadilika polepole. Watafiti wanaeleza kuwa kitendo cha integrali kinatumika kudumisha mkao unaotakiwa wa mwili wa gari na pia kuleta ulemavu wa tairi karibu na sifuri ili kuimarisha mshiko wa barabara.

Jumla ya vigezo vingapi vya hali vilitumika?

State vector ina jumla ya hali 13. Hizi zinajumuisha nafasi na kasi ya mwili wa gari, pembe ya roll/pitch ya mwili wa gari na kasi yake ya mzunguko, ulemavu wa kimienendo wa matairi mawili na kasi za magurudumu, nafasi za unsprung-mass mbili pamoja na hali tatu za integrali.

Vekta ya pembejeo ya udhibiti:

\[ u= \begin{bmatrix} u_1 & u_2 & u_3 & u_4 \end{bmatrix}^{T} \]

imefafanuliwa kwa namna hiyo. Vipengele viwili vya kwanza vinawakilisha nguvu za mfumo amilifu wa kusimamisha gari na viwili vya mwisho vinawakilisha nguvu amilifu za aerodinamiki.

Pembe inayotakiwa ya mwili wa gari wakati wa kona ilifafanuliwaje?

Utafiti ulilenga kuliegemeza gari kuelekea ndani ya kona ili kupunguza athari ya kuongeza kasi ya upande kwa abiria. Katika Sehemu ya 2.2, pembe inayotakiwa ya roll imefafanuliwa kama:

\[ m_sgh\sin\phi_d = m_s\frac{v^2}{R}h\cos\phi_d \]

na:

\[ \phi_d= \arctan \left( \frac{v^2}{Rg} \right) \]

. Hapa \(v\) ni kasi ya gari, \(R\) ni radius ya kona, \(g\) ni kuongeza kasi ya mvutano wa dunia, na \(\phi_d\) ni pembe inayotakiwa ya roll.

Hata hivyo, katika sehemu inayofuata ya uigaji wa kona, kasi ya 30 m/s, radius ya 200 m na pembe lengwa ya roll ya 5° vinatumika; katika sehemu hiyo hiyo pembe ya steady-state roll pia imetolewa kama:

\[ \phi_d(t)= \frac{m_s a_y h}{k_\phi} \]

. Utafiti hauelezi wazi ni katika hali gani fasili hizi mbili tofauti za pembe lengwa ya roll zinatumika badala ya nyingine.

Kwa nini tahadhari inahitajika katika mlinganyo wa pitch uliotolewa kwa kufunga breki?

Katika sehemu ya kufunga breki, uhusiano wa kwanza unaongeza kasi ya mwelekeo wa urefu waziwazi:

\[ m_sgh\sin\theta_d = m_s a_x h\cos\theta_d \]

Lakini mara tu baada ya hapo, chanzo kinaandika:

\[ \theta_d= \arctan \left( \frac{v^2}{Rg} \right) \]

. Kauli ya pili ni sawa na mlinganyo wa roll uliotolewa kwa kona na haiendani na utegemezi wa \(a_x\) katika kundi lilelile la milinganyo. Katika maudhui haya, mlinganyo haujasahihishwa kimyakimya.

Nguvu za inertia zinasambazwaje kwenye maeneo ya mfumo wa kusimamisha gari?

Wakati wa kona, ukubwa wa nguvu zinazotokea upande wa kulia na kushoto umefafanuliwa kama:

\[ f_{r1,2}= \left| \frac{m_s v^2}{R} \frac{h}{a+b} \right| \]

na wakati wa kufunga breki au kuongeza kasi, nguvu zinazotokea mbele na nyuma zimefafanuliwa kama:

\[ f_{p1,2}= \left| m_s a_x \frac{h}{a+b} \right| \]

. Nguvu hizi zilizo sawa na zinazopingana hutengeneza moment ya roll au pitch kwenye mwili wa gari.

Kidhibiti bora kilibuniwaje?

Kidhibiti kilijengwa kwa mbinu ya mrejesho wa hali kamili kwenye modeli ya state-space ya muda endelevu:

\[ \dot{x}=Ax+Bu+D_1v+er \]

Hapa \(x\) ni vekta ya hali, \(u\) ni nguvu nne za udhibiti, \(v\) ni visumbufu vya barabara na inertia, na \(r\) ni pembe inayotakiwa ya roll au pitch.

Sheria bora ya udhibiti:

\[ u= -R^{-1} \left[ (B^TP+N_1^T)x+ M_{11}^Tv \right] + kr \]

imetolewa kwa namna hiyo. Matriki \(P\) hupatikana kutoka kwenye suluhisho la mlinganyo wa algebraic Riccati.

Ni malengo gani yaliyoboreshwa kwa pamoja katika fomula ya utendaji?

Quadratic performance index inaadhibu kwa wakati mmoja vipimo vingi vya mienendo ya gari:

• kuongeza kasi ya heave ya mwili wa gari,
• kuongeza kasi ya mzunguko wa roll au pitch,
• masafa ya mwendo wa mifumo miwili ya kusimamisha gari,
• ulemavu wa kimienendo wa matairi mawili,
• integrali ya hitilafu kati ya pembe halisi na inayotakiwa ya roll/pitch,
• integrali za ulemavu wa matairi mawili,
• nguvu za mfumo amilifu wa kusimamisha gari,
• nguvu amilifu za aerodinamiki.

Muundo huu unalenga kuunda uwiano wa malengo mengi badala ya kuboresha faraja ya abiria pekee au mshiko wa barabara pekee.

Viwango vya uzani vilichaguliwaje?

Watafiti wanaeleza kuwa viwango hivi vilirekebishwa kwa mbinu ya trial-and-error kwa kuzingatia hali kama kasi ya gari, uso wa barabara, radius ya kona na ujanja wa uendeshaji. Hakuna uboreshaji wa kimfumo wa uzani wa kimataifa wala uchanganuzi wa unyeti ulioripotiwa.

Uigaji unajumuisha dhana gani muhimu?

Kuna dhana tatu kuu zinazotenganisha matokeo ya utafiti na utendaji wa gari halisi. Kwanza, ilidhaniwa kuwa vigezo vyote vya state vinavyohitajika kwa mrejesho wa hali kamili vinapatikana. Pili, nguvu zote za mfumo amilifu wa kusimamisha gari na za aerodinamiki zilimodeliwa kama unconstrained, yaani bila saturation au kikomo cha nguvu. Tatu, katika uchanganuzi wa kona, mienendo ya yaw na pembe ya sideslip ya tairi ziliachwa nje ya wigo wa modeli ya nusu-gari.

Nguvu ya airfoil amilifu pia iliwakilishwa kwa pembejeo rahisi ya nguvu ya mstari badala ya mienendo ya actuator ya aerodinamiki ya kiwango cha juu. Waandishi wanaeleza kuwa mienendo halisi zaidi ya nguvu ya daraja la kwanza au la pili inaweza kuleta ucheleweshaji na mitetemo, lakini walitumia modeli rahisi katika utafiti huu wa namba ili kuchunguza mchango unaowezekana wa udhibiti.

Hali ya kwanza: nini kilitokea kwenye tuta la upande mmoja wa barabara?

Tuta la barabara liliwekwa kwenye gurudumu la kushoto na pembejeo yenye umbo la cosine yenye urefu wa 0,1 m ilitumika katika muda wa sekunde 1,25–1,40:

\[ z_{r1}(t)= A[1-\cos(20\pi(t-1.25))] \]

Hapa \(A=0,1\) m.

Katika Kielelezo cha 6, pembe ya roll, kuongeza kasi ya heave, kuongeza kasi ya mzunguko wa roll, ulemavu wa mifumo ya kusimamisha gari na ulemavu wa matairi wa mfumo pasivu, mfumo amilifu wa kusimamisha gari pekee, airfoil pekee na mfumo amilifu wa kusimamisha gari + airfoil vinalinganishwa.

Watafiti wanaripoti kuwa mfumo uliounganishwa uliopendekezwa uliweza kupunguza kupotoka kwa pembe ya roll kwa takriban %99 ikilinganishwa na mfumo pasivu, kuboresha kuongeza kasi ya heave kwa takriban %84 ikilinganishwa na mfumo pasivu na kwa takriban %14 ikilinganishwa na mfumo amilifu wa kusimamisha gari pekee, na kutoa uboreshaji wa zaidi ya %90 katika kuongeza kasi ya mzunguko wa roll ikilinganishwa na mifumo miwili ya msingi.

Kwa ulemavu wa tairi, kupungua kwa zaidi ya %90 ikilinganishwa na marejeo tuli na hadi %99 katika baadhi ya vipimo kuliripotiwa kwa matairi yote mawili. Hata hivyo, mwendo wa mfumo wa kusimamisha gari upande wa kulia ulikuwa mbaya zaidi kuliko wa mfumo amilifu wa kusimamisha gari pekee. Matokeo haya yanaonyesha kuwa nafasi ya kazi ya mfumo wa kusimamisha gari haiboreshwi kila mara katika mwelekeo uleule wakati mshiko wa barabara unaboreshwa.

Kwa nini airfoil amilifu pekee haikutosha?

Katika jaribio la tuta la barabara, mfumo wa airfoil-only unaonyesha utendaji dhaifu kwa kuongeza kasi ya heave na ulemavu wa tairi. Katika Jedwali la 3, kipimo cha heave cha airfoil-only kuripotiwa kuwa juu sana kuliko marejeo tuli na ulemavu wa matairi kubaki mkubwa kunaonyesha kuwa nguvu ya aerodinamiki haiwezi kusimamia pekee mwendo wa haraka wa gurudumu unaosababishwa na barabara.

Kwa hiyo, hitimisho kuu la utafiti si kwamba aerodinamiki amilifu inachukua nafasi ya mfumo wa kusimamisha gari, bali kwamba inapounganishwa na mfumo amilifu wa kusimamisha gari, inakamilisha malengo fulani ya roll/pitch na mshiko wa barabara.

Hali ya pili: kupinda kona kulitathminiwaje?

Katika hali ya kona, kasi ya gari ni 30 m/s, radius ya kona ni 200 m na pembe lengwa ya roll iliyotumika katika chanzo ni 5°. Nguvu za nje za inertia zilizo sawa na zinazopingana za takriban 1064 N zilitumika upande wa kulia na kushoto.

Katika Kielelezo cha 8, mfumo uliounganishwa wa mfumo amilifu wa kusimamisha gari + airfoil unafuatilia pembe lengwa ya roll ya 5° kwa muda mfupi wa kupanda na overshoot ndogo. Mfumo pasivu haufuatilii pembe lengwa; ingawa mfumo amilifu wa kusimamisha gari pekee unaweza kufuatilia lengo, unajibu polepole zaidi kuliko mfumo uliounganishwa uliopendekezwa.

Katika grafu za ulemavu wa tairi, mfumo uliounganishwa wenye athari ya integrali unapunguza kwa kiasi kikubwa kupotoka kwa steady-state, huku mifumo ya active-only na airfoil-only ikionyesha ulemavu wa kudumu wa tairi. Ugunduzi huu unaonyesha kuwa kuboresha moja tu ya malengo ya udhibiti wa pembe na road-holding hakutoshi.

Hali ya tatu: lengo lilikuwa nini wakati wa kufunga breki?

Wakati wa kufunga breki, uhamishaji wa mzigo kwenda kwenye ekseli ya mbele husababisha gari kuzama mbele. Katika utafiti, kidhibiti kilitengeneza mkao wa anti-dive kwa kuliegemeza mwili wa gari kwa namna inayodhibitiwa kuelekea nyuma ili kupunguza athari hiyo.

Katika Kielelezo cha 9, mfumo uliounganishwa unapofuatilia pembe lengwa ya pitch, ulemavu wa matairi unabaki karibu na marejeo. Katika muundo wa airfoil-only, kuna kupotoka kwa steady-state kwa kiwango kikubwa hasa katika ulemavu wa tairi. Mfumo amilifu wa kusimamisha gari pekee unaonyesha overshoot katika nafasi ya kazi ya mfumo wa kusimamisha gari, na watafiti wanaeleza kuwa hali hiyo inaweza kutokuwa ya kuhitajika kwa upande wa muundo wa mitambo.

Hali ya nne: lengo lilikuwa nini wakati wa kuongeza kasi?

Katika kuongeza kasi kwa awali, inertial load transfer hutokea kuelekea ekseli ya nyuma na mwili wa gari hushuka nyuma. Kidhibiti kilichopendekezwa huliegemeza gari kwa namna inayodhibitiwa kuelekea mbele ili kupunguza tabia hii ya squat.

Katika Kielelezo cha 10, mfumo uliounganishwa unafuatilia kwa karibu njia inayotakiwa ya pitch hasi. Mfumo pasivu hutoa jibu dogo tu la pitch, huku katika hali ya airfoil-only kukiwa na kupotoka kwa steady-state katika pembe ya pitch na ulemavu wa matairi.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Nguvu za mfumo amilifu wa kusimamisha gari na nguvu amilifu za aerodinamiki ziliweza kutumiwa pamoja katika sheria moja ya udhibiti bora wa hali kamili.
• Hali za integrali za hitilafu ya pembe ya roll/pitch na ulemavu wa tairi ziliingizwa katika faharasa ya utendaji ili kupunguza kupotoka kwa steady-state.
• Katika uigaji wa tuta la upande mmoja wa barabara, mfumo uliounganishwa ulipunguza pembe ya roll na kuongeza kasi ya mzunguko wa roll kwa zaidi ya %90 ikilinganishwa na mfumo pasivu na mfumo amilifu wa kusimamisha gari pekee.
• Katika hali hiyo hiyo ya tuta, kuongeza kasi ya heave kulipunguzwa kwa takriban %84 ikilinganishwa na mfumo pasivu.
• Uboreshaji wa ulemavu wa kimienendo wa tairi ulifikia hadi %99 katika baadhi ya ulinganisho.
• Katika uigaji wa kona, mfumo uliounganishwa uliweza kufuatilia pembe lengwa ya roll ya 5° iliyotumika katika chanzo na kupunguza hitilafu ya steady-state ya ulemavu wa tairi.
• Wakati wa kufunga breki na kuongeza kasi, mwendo wa pitch unaodhibitiwa ulitumika katika mwelekeo wa kupunguza athari ya uhamishaji wa mzigo wa mwelekeo wa urefu katika modeli.
• Muundo wa airfoil-only haukutosha kwa malengo yote; ushirikiano na mfumo amilifu wa kusimamisha gari ulionekana kuwa muhimu.

Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono au haukuyajaribu

• Haijaonyeshwa kuwa udhibiti uliopendekezwa utatoa utendaji uleule katika gari halisi.
• Hakuna jaribio halisi la barabarani lililofanywa.
• Hakuna jaribio la bawa amilifu la closed-loop kwa kutumia algoriti hii ya udhibiti lililofanywa katika wind tunnel.
• Saturation ya actuators za mfumo amilifu wa kusimamisha gari na airfoil haikuzingatiwa.
• Ucheleweshaji wa servo wa nyuso amilifu za aerodinamiki na tabia halisi ya aerodinamiki ya transient haikumodeliwa.
• Mienendo ya yaw na pembe ya sideslip ya tairi haikuchunguzwa.
• Kelele halisi ya sensor au hitilafu ya state-estimation haikujaribiwa.
• Matumizi halisi ya nishati ya umeme hayakupimwa.
• Athari halisi ya aerodinamiki amilifu kwenye matumizi ya mafuta au umbali wa safari haikupimwa.
• Usalama wa rollover haujathibitishwa kwa jaribio la gari halisi.
• Tafsiri ya “dynamic safety” katika utafiti inategemea vipimo vya road-holding na body-attitude katika uigaji; si uthibitisho rasmi wa usalama wa kimwili.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mtiririko wa kiufundi wa mfumo wa udhibiti

Uzani wa faharasa ya utendaji

Matokeo ya jamaa yaliyoripotiwa katika chanzo chini ya tuta la barabara

Jedwali la 3 la utafiti linaonyesha mfumo pasivu kama rejeleo la 100% katika kila mstari. Ingawa kichwa cha jedwali kinayaita matokeo haya “mean squared values”, hakielezi kando mabadiliko kati ya MSE ghafi yenye vipimo vya kimwili na asilimia iliyosanifishwa. Kwa hiyo, thamani zilizo hapa chini zinaonyeshwa tu katika kipimo cha kulinganisha cha pasivu=100 kilichotolewa katika chanzo; vigezo tofauti vya kimwili havipaswi kutafsiriwa kama kipimo kimoja cha thamani kamili.

Matokeo muhimu zaidi ya Jedwali la 3 ni kwamba ingawa mfumo amilifu uliounganishwa unatoa uboreshaji mkubwa sana katika vipimo vinavyohusiana na roll na mgusano wa tairi–barabara, haupunguzi matokeo yote ya kimitambo kwa wakati mmoja. Ulemavu wa mfumo wa kusimamisha gari wa kulia kuwa mkubwa zaidi kuliko wa mfumo amilifu wa kusimamisha gari pekee ni mfano ulio wazi zaidi wa mabadilishano haya.

Muhtasari wa hali nne za uigaji

Nguvu za utafiti

• Unaunganisha udhibiti wa mfumo wa kusimamisha gari na wa aerodinamiki katika tatizo moja la udhibiti bora.
• Unatathmini pamoja ufuatiliaji wa pembe na ulemavu wa tairi katika faharasa ileile ya utendaji.
• Unatumia hali za integrali kwa hitilafu ya steady-state ya pembe na tairi.
• Unalinganisha hali za tuta la barabara, kona, kufunga breki na kuongeza kasi badala ya hali moja tu ya uendeshaji.
• Miundo minne—tuli, mfumo amilifu wa kusimamisha gari, airfoil-only na mfumo uliounganishwa—inalinganishwa kwenye modeli ileile.
• Appendix A inatoa kwa kina vipengele vya state-space na matriki ya utendaji.

Vikwazo vikuu vya kimetodolojia

• Matokeo yanategemea kabisa uigaji wa kompyuta.
• Modeli imewekewa kikomo cha nusu-gari yenye viwango vinne vya uhuru.
• Mienendo ya yaw na tire sideslip haijajumuishwa.
• Nguvu za actuators zilichukuliwa kuwa unconstrained.
• Mienendo halisi ya servo ya airfoil na ucheleweshaji wa aerodinamiki havikumodeliwa.
• Athari ya Drag ilipuuzwa kwa upande wa mienendo ya mfumo wa kusimamisha gari.
• Weighting coefficients zilichaguliwa kwa trial-and-error.
• Muundo halisi wa sensor/state-estimator haukujaribiwa.
• Nonlinearity halisi ya tairi na modeli ya mgusano wa barabara–tairi hazijaelezwa kwa kina.
• Hakuna jaribio la gari halisi wala uthibitishaji wa hardware-in-the-loop.
• Fomula ya wazi ya pitch katika Mlinganyo (9) haiendani na uhusiano wa kuongeza kasi ya mwelekeo wa urefu katika kundi lilelile la milinganyo.
• Kuna tofauti isiyoelezwa katika chanzo kati ya fasili za pembe lengwa ya roll katika sehemu za kona.
• Mbinu ya usanifishaji kati ya kichwa cha “mean squared values” cha Jedwali la 3 na uonyeshaji wa pasivu=100 haijafafanuliwa wazi.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la awali la utafiti: Attitude Control of a Vehicle with Active Airfoil and Suspension Systems Using Integral Action for Body Angle and Tire Deflection

Waandishi: Syed Babar Abbas na Iljoong Youn.

Mpangilio wa waandishi: 1. Syed Babar Abbas; 2. Iljoong Youn.

Mwandishi wa mawasiliano: Iljoong Youn.

Mchango sawa/uandishi mwenza wa kwanza: Haujaelezwa katika chanzo.

Taasisi: Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Gyeongsang National University, 501 Jinju-daero, Jinju 52828, Gyeongnam, Republic of Korea.

Jarida: Actuators.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Taarifa za kibibliografia: Actuators 2026, 15, 317.

DOI:10.3390/act15060317

Kiungo rasmi cha uchapishaji:MDPI – Actuators 15(6), 317

Tarehe ya uchapishaji: 4 Juni 2026. Utafiti ulipokelewa 13 Machi 2026, ukarekebishwa 29 Aprili 2026 na ukakubaliwa 1 Juni 2026.

Aina ya chanzo na hali ya mapitio ya kitaalamu: Ni makala ya utafiti iliyopitiwa na wataalamu na kuchapishwa katika jarida la Actuators. Kazi ya kisayansi inategemea hasa uundaji wa modeli ya mienendo ya gari na uigaji wa udhibiti.

Leseni: Creative Commons Attribution (CC BY).

Wahariri wa kitaaluma: Norman M. Wereley na Keigo Watanabe.

Ufadhili: Utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Kamati ya maadili: Haitumiki.

Ridhaa yenye taarifa: Haitumiki.

Upatikanaji wa data: Waandishi wameeleza kuwa data zote zimo ndani ya makala.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kuwa hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Syed Babar Abbas alifanya mapitio ya fasihi, akaendesha uigaji wa kina na kuandaa rasimu ya kwanza. Iljoong Youn alibuni mkakati wa udhibiti, akachangia uthibitishaji wa utafiti na uigaji wa MATLAB R2025b, akapitia makala na kusaidia uandishi wa kiufundi.

Wigo wa kisayansi: Utafiti unaunganisha nguvu za mfumo amilifu wa kusimamisha gari na nguvu amilifu za aerodinamiki katika modeli ya nusu-gari ya 4-DoF kwa kidhibiti kimoja bora cha mrejesho wa hali kamili. Hali za tuta la barabara, kona, kufunga breki na kuongeza kasi zilitathminiwa kwa uigaji wa kompyuta.

Kikomo cha uthibitishaji wa ulimwengu halisi: Hakuna gari halisi, airfoil amilifu halisi, jaribio la barabara, jaribio la closed-loop katika wind tunnel au jaribio la hardware-in-the-loop lililofanywa. Waandishi wanaeleza kuwa uthibitishaji katika gari halisi kwa kuzingatia athari za kina za aerodinamiki, sensor robustness na actuators za hali ya juu unahitaji kazi ya baadaye.

Kikomo cha actuator: Katika uigaji wa namba, nguvu za actuators za mfumo amilifu wa kusimamisha gari na nguvu za aerodinamiki zilichukuliwa kuwa unconstrained. Kwa hiyo, utafiti huu haujathibitisha kuwa nguvu zinazohitajika zinaweza kuzalishwa kimwili na motor halisi, mfumo wa kusimamisha gari wa hydraulic/electromechanical au mfumo wa bawa amilifu.

Kikomo cha modeli ya aerodinamiki: Nguvu za bawa amilifu zilimodeliwa kama pembejeo za mstari za control-oriented. Mienendo ya daraja la kwanza/pili ya maendeleo ya nguvu halisi ya aerodinamiki, ucheleweshaji wa servo na mitetemo inayoweza kutokea havikujumuishwa katika modeli ya utafiti.

Kutolingana kwa mlinganyo ndani ya chanzo: Katika mstari wa kwanza wa Mlinganyo (9), pembe inayotakiwa ya pitch inafafanuliwa kupitia kuongeza kasi ya mwelekeo wa urefu \(a_x\), ilhali katika mstari wa pili \(\theta_d=\arctan(v^2/Rg)\) imetolewa. Kauli hii ya pili ni sawa na uhusiano wa kona/roll katika Mlinganyo (8) na haiendani na utegemezi wa \(a_x\) ndani ya mlinganyo huo huo. Mlinganyo wa chanzo haujasahihishwa kimyakimya.

Dokezo kuhusu pembe lengwa ya roll: Wakati Sehemu ya 2.2 inatoa uhusiano \(\arctan(v^2/Rg)\) kwa pembe ya roll, katika uigaji wa kona pembe lengwa ya roll ya 5° ilitumika kwa kasi ya 30 m/s na radius ya 200 m, na katika Sehemu ya 5.2 uhusiano \(\phi_d=m_sa_yh/k_\phi\) pia umefafanuliwa. Chanzo hakielezi wazi uhusiano kati ya mbinu hizi mbili za pembe lengwa.

Dokezo la usanifishaji wa Jedwali la 3: Ingawa Jedwali la 3 linatumia kichwa cha “mean squared values”, mfumo pasivu wa kusimamisha gari unaonyeshwa kama 100% katika vipimo vyote vya utendaji. Haijaelezwa kwa mlinganyo wazi kama namba nyingine ni thamani ghafi za MSE zenye vipimo vya kimwili au viashiria vilivyosanifishwa kwa kulinganisha na mfumo pasivu. Kwa hiyo, katika maudhui ya Verianla thamani hizi zinawasilishwa kama ulinganisho wa jamaa katika kipimo cha chanzo cha pasivu=100.

Kikomo cha maudhui ya kisayansi: Mbinu, milinganyo, thamani za utendaji na tafsiri za matokeo katika maudhui haya ya Verianla zinategemea utafiti uliochunguzwa. Chanzo cha nje kilitumika tu kuthibitisha utambulisho wa kibibliografia wa makala na hali ya uchapishaji wa jarida; hakuna matokeo mapya ya mienendo ya gari, utendaji wa majaribio au usalama yaliyoongezwa kutoka nje.