بهينه‌سازي ساختار ژيروسكوپ MEMS مناسب كاربرد خودرويي

كارشناسي ارشد

در اين پژوهش اندازه‌هاي هندسي يك ژيروسكوپ MEMS با هدف كاربرد در سامانه‌هاي ديناميك عرضي خودرو بهينه‌سازي شد. پيكربندي چرخش‌سنج پژوهيده شده برپايه ساختار دو جرمي، داراي سازوكار سنجش و انگيزش الكترو استاتيكي است كه از فنربندي سنجاقي و ناوداني به ترتيب براي رانش و سنجش بهره مي‌برد. همچنين پنداشته شد كه براي ساخت چنين چرخش‌سنجي از فرآيند متداول ممزي با پهناي خط 1 ميكرومتر بهره گرفته خواهد شد. در اين پژوهش از ديد طراحي، بهينه‌سازي هندسي ساختاري چرخش‌سنج انتخاب شده سازگار با فناوري ساخت معرفي‌شده كه بتواند در سامانه‌اي خودرويي بكار برده شود، برنامه‌ريزي شده است. در اين راستا چندين مدلسازي جداگانه از چرخش‌سنج و سامانه خودرويي انجام شد. در مدل نخست كه با نام مدل فيزيكي آورده شده است، شناسه‌هاي نوساني (جرم، بسامد و ميرايي) چرخش‌سنج را مي‌توان از روي اندازه‌هاي هندسي چرخش‌سنج، برآورد كرد. در ادامه به كمك رابطه‌هاي پاسخ ديناميكي بازه بسامدي (Frequency Domain)، هشت شناسه انگاره‌اي كاركردي چرخش‌سنج (فاكتور مقياس، معيار خطي بودن، كران بالا، برد ديناميكي، خطاي باياس، رزولوشن و در نهايت فاز و دامنه خطاي ديناميكي) برآورد مي‌گردد. سپس با بكارگيري اين شناسه‌هاي كاركردي تابع هدف‌ بهينه‌سازي فراهم مي‌شود. در گام ديگر به كمك آناليز حساسيت ضريب‌هاي وزني تابع هدف فراهم مي‌گردد. بهينه‌سازي براي تابع هدف با ضريب‌هاي وزني بدست آمده به يافتن چرخش‌سنج‌هاي بهين بر پايه شناسه‌كاركردي مي‌انجامد. به كمك مدل دوم چرخش‌سنج (مدل واپايشي)، چرخش‌سنج‌هاي بهين (نامزدهاي بهينه) در شبيه‌سازي مانور سبقت‌گيري خودرو (DLC) بر روي مدل خودروي مجازي نصب شده و نرخ زاويه ياو خودرو را مي‌سنجند. در پايان ريشه ميانگين توان دوم (RMS) خطاي نرخ ياو خوانده شده هر چرخش‌سنج در آزمون سبقت‌گيري، معيار نهايي بافتن چرخش‌سنج بهينه است. در اين ميان براي هرچه راستين شدن عدم‌قطعيت‌هاي خودرويي خورانده شده به شبيه‌سازي، مدلسازي و برنامه‌نويسي مفصلي صورت گرفت. از آن جمله مي‌توان به تنظيم زاويه فرمان براي حركت خودرو در مانور سبقت‌گيري منطبق با استاندارد 1-3888 ISO و برآورد شناسه‌هاي خودور در مدل دو درجه آزادي به كمك خروجي مانور در نرم‌افزار CarSim اشاره كرد. همچنين در اين پژوهش، همگام‌سازي سازوكار انگيزش و سنجش چرخش‌سنج با سازوكار بهينه شده از سوي آزمايشگاه X-Fab انجام شده است كه به كاربردي‌تر شدن آن در صنعت مي‌انجامد. نتيجه بدست آمده از شبيه‌سازي‌ها كاهش خطاي خوانش چرخش‌سنج از 40% به 4/1% را براي ساختار بهينه‌شده نسبت به ساختار بهينه نشده نشان مي‌دهد. همچنين بهينه‌سازي با اين روش نسبت به روش متداول بهبود خطاي خوانش را تا حدود 17% به دنبال داشت كه نشان از سودمندي بكارگيري از اين روش نسبت به روش متداول است. همچنين بايد توجه داشت كه برتري ديگر اين روش نسبت به روش متداول رسيدن به پاسخ يكتا براي طراحي ساختار بهينه است، اين در حالي است كه در روش متداول يك پيشاني بهينه‌گي پارتو (Pareto Optimality Front) بدست داده مي‌شود. اگرچه اين پيشاني مي‌تواند در برگيرنده بهينه‌ترين هندسه ساختاري باشد اما با بكارگيري هيچكدام از روش‌هاي متداول تصميم‌گيري (Multi-Criteria Decision Making [MCDM]) نمي‌توان اين هندسه را يافت. در اينجا بهينه‌ترين هندسه ساختاري، هندسه‌اي است كه الزاما بهترين دقت خوانش را براي چرخش‌سنج به ارمغان آورد. درپايان هندسه‌ي بهينه يك چرخش‌سنج دوجرمي رفت و برگشتي كوريوليسي با سازوكار سنجش و انگيزش الكترو استاتيكي با فناوري ساخت پهناي خط 1 ميكرومتري نيز ارائه شد.

193586

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي سيستم هاي ديناميكي

دكتر محمد حسن شجاعي فرد - دكتر مسعود دهمرده