کنترل خودروی فرمان سیمی بعد از ترکیدن تایر با کنترل مودلغزشی تطبیقی

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، آزمایشگاه سیستم ‌های دینامیکی خودرو، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، ایران

2 استادیار، آزمایشگاه سیستم ‌های دینامیکی خودرو، دانشکده مهندسی خودرو، دانشگاه علم و صنعت ایران، ایران

چکیده

این مقاله یک طرح کنترل مود لغزشی تطبیقی برای خودروی فرمان سیمی در زمان ترکیدن تایر در حضور عدم قطعیت‌ های مدل سازی و اختلالات خارجی پیشنهاد می‌ کند. برای برآورد زاویه لغزش جانبی خودرو پس از ترکیدن تایر، یک رویتگر مود لغزشی ارائه می‌ شود تا زاویه لغزش جانبی را از طریق سرعت چرخشی و اندازه‌ گیری‌ های شتاب جانبی تخمین بزند. ابتدا یک کنترلر مود لغزشی تطبیقی (ASMC)، به عنوان یک کنترل کننده پایداری جانبی سطح بالا، برای محاسبه زاویه فرمان اصلاح شده و دستیابی سرعت چرخشی و زاویه لغزش به مقادیر مطلوب خود طراحی شده است. علاوه بر این، یک قانون تطبیقی در قانون کنترل گنجانده شده است تا بهره سوئیچینگ را تخمین بزند به طوری که از اطلاعات محدود عدم قطعیت پیچیده جلوگیری شود. پس از آن، زاویه فرمان مورد نظر توسط یک کنترل کننده فرمان پایین تر از طریق کنترلر مود لغزشی تطبیقی برای یک سیستم فرمان سیمی (SBW) ایجاد می‌شود. نتایج شبیه ‌سازی در نرم ‌افزار متلب سیمولینک و کارسیم، کنترل پایداری مطلوب را برای مانورهای مختلف فرمان با ترکیدن تایر نشان داده و عملکرد جامع طرح کنترلر مود لغزشی تطبیقی را در ردیابی مسیر اصلی و کنترل پایداری جانبی مورد ارزیابی و بحث قرار می ‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] C. E. Beal and J. C. Gerdes, "Model Predictive Control for Vehicle Stabilization at the Limits of Handling," IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 21, No. 4, pp. 1258-1269, 2012, doi: 10.1109/TCST.2012.2200826.
 
[2] D. Bu and X. Hu, "Research on Influencing Factors and Analysis of Characteristics of Vehicle Tyre Burst in Traffic Accident," in Proc. 16th Int. Forum of Automotive Traffic Safety (INFATS 2019), 2019, doi: 10.1016/j.asoc.2020.106304.
 
[3] C. Hu, L. Cao, L. Zhao, and N. Wang, "Model Predictive Control-based Steering Control of Unmanned Ground Vehicle with Tire Blowout," J. Tianjin Univ.(Sci. Technol.), Vol. 52, No. 5, pp. 468-474, 2019, doi: 10.1016/j.asoc.2020.106304.
 
[4] M. Segawa, S. Nakano, O. Nishihara, and H. Kumamoto, "Vehicle Stability Control Strategy for Steer by Wire System," JSAE Review, Vol. 22, No. 4, pp. 383-388, 2001, doi: 10.1016/S0389-4304(01)00144-8.
 
[5] T. Mo, X. Zhang, K. Fan, W. Mo, and Y. Qiu, "Design and Simulation of the Sliding Mode Controller for the Vehicle Blow-out Process Control," International Journal of Vehicle Safety, Vol. 6, No. 4, pp. 333-346, 2013, doi: 10.1504/IJVS.2013.056967.
 
[6] M. Al-Quran and A. R. O. Mayyas, "A Nonlinear Tire Blowout Stabilizer based on a Novel Integral Terminal Sliding Mode Controller," IEEE Access, Vol. 9, pp. 46652-46663, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3067818.
 
[7] L. Yang, M. Yue, Y. Liu, and L. Guo, "RBFNN based Terminal Sliding Mode Adaptive Control for Electric Ground Vehicles after Tire Blowout on Expressway," Applied Soft Computing, Vol. 92, p. 106304, 2020, doi: 10.1016/j.asoc.2020.106304.
 
[8] M. Alquran and A. R. Mayyas, "Design of a Nonlinear Stability Controller for Ground Vehicles Subjected to a Tire Blowout using Double-integral Sliding-mode Controller," SAE International Journal of Vehicle Dynamics, Stability, and NVH, Vol. 5, No. 10-05-03-0020, pp. 291-305, 2021, doi: 10.4271/10-05-03-0020.
 
[9] M. Chen, Q.-X. Wu, and R.-X. Cui, "Terminal Sliding Mode Tracking Control for a Class of SISO Uncertain Nonlinear Systems," ISA Transactions, Vol. 52, No. 2, pp. 198-206, 2013, doi: 10.1016/j.isatra.2012.09.009.
 
[10] A. Rodríguez-Molina, M. G. Villarreal-Cervantes, J. Álvarez-Gallegos, and M. Aldape-Pérez, "Bio-inspired Adaptive Control Strategy for the Highly Eefficient Speed Regulation of the DC Motor under Parametric Uncertainty," Applied Soft Computing, Vol. 75, pp. 29-45, 2019, doi: 10.1016/j.asoc.2018.11.002.
 
[11] C. Yang, Y. Jiang, W. He, J. Na, Z. Li, and B. Xu, "Adaptive Parameter Estimation and Control Design for Robot Manipulators with Finite-time Convergence," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 65, No. 10, pp. 8112-8123, 2018, doi: 10.1109/TIE.2018.2803773.
 
[12] W. He and Y. Dong, "Adaptive Fuzzy Neural Network Control for a Constrained Robot using Impedance Learning," IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, Vol. 29, No. 4, pp. 1174-1186, 2017, doi: 10.1109/TNNLS.2017.2665581.
 
[13] Y. Yamaguchi and T. Murakami, "Adaptive Control for Virtual Steering Characteristics on Electric Vehicle using Steer-by-wire system," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 56, No. 5, pp. 1585-1594, 2008, doi: 10.1109/TIE.2008.2010171.
 
[14] H. Ohara and T. Murakami, "A Stability Control by Active Angle Control of Front-wheel in a VehicleSystem," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 55, No. 3, pp. 1277-1285, 2008, doi: 10.1109/TIE.2007.909051.
 
[15] S. Ding, L. Liu, and W. X. Zheng, "Sliding Mode Direct Yaw-moment Control Design for In-wheel Electric Vehicles," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 64, No. 8, pp. 6752-6762, 2017, doi: 10.1109/TIE.2017.2682024.
 
[16] J.-S. Hu, Y. Wang, H. Fujimoto, and Y. Hori, "Robust Yaw Stability Control for In-wheel Motor Electric Vehicles," IEEE/ASME Transactions On Mechatronics, Vol. 22, No. 3, pp. 1360-1370, 2017, doi: 10.1109/TMECH.2017.2677998.
 
[17] P. Yih and J. C. Gerdes, "Modification of Vehicle Handling Characteristics via Steer-by-wire," IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol. 13, No. 6, pp. 965-976, 2005, doi: 10.1109/TCST.2005.854320.
 
[18] H. Wang, H. Kong, Z. Man, Z. Cao, and W. Shen, "Sliding Mode Control for Steer-by-wire Systems with AC Motors in Road Vehicles," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 61, No. 3, pp. 1596-1611, 2013, doi: 10.1109/TIE.2013.2258296.
 
[19] H. Pacejka, Butterworth-Heinemann, Ed. Tire and Vehicle Dynamics, Second ed. Elsevier, 2005.
 
[20] C. Edwards and S. Spurgeon, E. R. J. O. Reilly, Ed. Sliding Mode Control: Theory and Applications, First ed. Taylor & Francis, 1998.
 
[21] J. Zhang et al., "Adaptive Sliding Mode-based Lateral Stability Control of Steer-by-wire Vehicles with Experimental Validations," IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 69, No. 9, pp. 9589-9600, 2020, doi: 10.1109/TVT.2020.3003326.
 
[22] L. Yang, M. Yue, H. Zhang, and G. Xu, "Toward Hazard Reduction of Road Vehicle after Tire Blowout: A Driver Steering Assist Control Strategy," in 2019 Chinese Control Conference (CCC), 2019: IEEE, pp. 6600-6605, doi: 10.23919/ChiCC.2019.8865137.
 
[23] A. Li, Y. Chen, W.-C. Lin, and X. Du, "Shared Steering Control of Tire Blowout for Ground Vehicles," in 2020 American Control Conference (ACC), 2020: IEEE, pp. 4862-4867, doi: 10.23919/ACC45564.2020.9147390.
 
[24] P. H. Chang and H.-S. Park, "Time-varying Input Shaping Technique Applied to Vibration Reduction of an Industrial Robot," Control Engineering Practice, Vol. 13, No. 1, pp. 121-130, 2005, doi: 10.1016/j.conengprac.2004.02.009.
 
[25] S. Lu et al., "Active Rectifying Control of Vehicle with Tire Blowout Based on Adaptive Fuzzy Proportional–integral–derivative Control," Advances in Mechanical Engineering, Vol. 11, No. 3, p. 1687814019835108, 2019, doi: 10.1177/1687814019835.
 
[26] L. Yang, M. Yue, H. Tian, and B. Yao, "Tire Blow-out Control for Direct Drive Electric Vehicles using Reconfiguration of Torque Distribution and Vertical Load," Transactions of the Institute of Measurement and Control, Vol. 42, No. 8, pp. 1547-1558, 2020, doi: 10.1177/0142331219892114.
 
[27] M. Yue, L. Yang, H. Zhang, and G. Xu, "Automated Hazard Escaping Trajectory Planning/Tracking Control Framework for Vehicles Subject to Tire Blowout on Expressway," Nonlinear Dynamics, Vol. 98, pp. 61-74, 2019, doi: 10.1007/s11071-019-05171-7.