. 59
4-2 تحلیل عملکرد زیرسیستم­ها 60
4-2-1 کنترل فرمان فعال. 60
4-2-2 کنترل دیفرانسیل فعال. 65
4-2-3 کنترل ترمز فعال. 70
4-2-5 کنترل فعال غلت -میله ضدغلت-. 76
4-3 ارزیابی عملکرد یکپارچه­ساز. 82
) 82
) 89
4-4 مقایسه زیرسیستم­ها و سیستم کنترل یکپارچه. 96
4-4 صحه­گذاری حلقه­بسته (سیستم کنترل یکپارچه) توسط نرم­افزار CarSim.. 101
4-5 مانور بدترین حالت.. 107
فصل پنجم – نتیجه­گیری و پیشنهادها
5-1 نتیجه­گیری.. 115
5-2 پیشنهادها 116
مراجع. 117
پیوست الف – سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال……………………………………………………………… 115
پیوست ب- مقادیر عددی پارامترهای خودرو………………………………………………………………………………………… 12


 


فهرست جدول­ها
جدول 3-1 شیوه پسخوراند متغیرها………………………………………………………………………………………………….. 32
جدول 3-2  ضرایب کنترلر فرمان فعال……………………………………………………………………………………………… 39
جدول 3-3  ضرایب کنترلر دیفرانسیل فعال……………………………………………………………………………………….. 40
جدول 3-4  ضرایب کنترلر ترمز فعال………………………………………………………………………………………………… 42
جدول 3-5  ضرایب کنترلر تنظیم لغزش فعال / ترمز ضد قفل ……………………………………………………………. 46
جدول 3-6  ضرایب کنترلر فعال غلت –میله ضدغلت-……………………………………………………………………….. 48
جدول 3-7  قوانین هماهنگی در حضور دیفرانسیل فعال …………………………………………………………………….. 54
جدول4-1 مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم فرمان فعال…………………………………. 64
جدول 4-2 مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم دیفرانسیل فعال…………………………. 69
جدول 4-3  مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم ترمز فعال…………………………………. 74
جدول 4-4  مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل فعال غلت………………………. 80
جدول 4-5  مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک………. 88
جدول 4-6  مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ………. 95
جدول الف-1  قوانین هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال………………………………………………………………………. 121
جدول الف-2  مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال 123
جدول الف-3  مقایسه مقادیر کاهش بیشینه خطا در سیستم بدون دیفرانسیل فعال با سیستم با دیفرانسیل فعال……………………… 123
جدول ب  مقادیر عددی پارامترهای خودرو………………………………………………………………………………………. 125
 
فهرست شکل­ها
شکل 1-1  سیستم­های ایمنی غیرفعال ………………………………………………………………………………………………….. 3
شکل 1-2  سیستم­های ایمنی فعال ……………………………………………………………………………………………………….. 3
شکل 1-3  الگوریتم پیشخوراند برای فرمان فعال ……………………………………………………………………………………. 5
شکل 1-4 الگوریتم پسخوراند برای فرمان فعال ………………………………………………………………………………………. 5
شکل 1-5  کنترل نرخ چرخش به روش پیشخوراند-پسخوراند …………………………………………………………………. 6
شکل 1-6  کنترل زاویه لغزش جانبی در شرایط پایا با فرمان فعال ………………………………………………………….. 6
شکل 2-1  دستگاه مختصات متصل به بدنه ………………………………………………………………………………………… 14
شکل 2-2  نمودار پیکره آزاد برای دینامیک طولی، جانبی و چرخش ………………………………………………………. 15
شکل 2-3  نمودار پیکره آزاد برای دینامیک عمودی و غلت …………………………………………………………………… 16
شکل 2-4  نمودار پیکره آزاد برای دینامیک فراز …………………………………………………………………………………… 17
شکل 2-5  نمودار پیکره آزاد برای جرم فنربندی نشده جلو ……………………………………………………………………. 19
شکل 2-6  نمودار نیروهای طولی و جانبی تایر بر حسب لغزش طولی و جانبی ……………………………………….. 21
شکل 2-7  نمودار پیکره آزاد برای دینامیک دورانی چرخ ……………………………………………………………………….. 22
شکل 2-8  مدل راننده ………………………………………………………………………………………………………………………. 24
شکل 2-9  صفحه اصلی نرم­افزار CarSim……………………………………………………………………………………………. 25
شکل 2-10  زاویه فرمان مانور صحه­گذاری ………………………………………………………………………………………….. 26
شکل 2-11  نتایج صحه­گذاری مدل حلقه باز توسط نرم­افزار CarSim (رفتار دینامیکی) ………………………… 27
شکل 2-12  نتایج صحه­گذاری مدل حلقه باز توسط نرم­افزار CarSim (انتقال وزن جانبی) …………………….. 28
شکل 2-13  نتایج صحه­گذاری مدل حلقه باز توسط نرم­افزار CarSim (سیستم تعلیق) ………………………….. 29
شکل 3-1  شمای کلی کنترلر …………………………………………………………………………………………………………….. 31
شکل 3-2  نمودار پیکره آزاد برای مدل سه درجه آزادی ……………………………………………………………………….. 35
شکل 3-3  نمودار تغییرات w بر حسب β ……………………………………………………………………………………………. 41
شکل 3-4  منطق ترمزگیری برای اصلاح نرخ چرخش ……………………………………………………………………………. 43
شکل3-5  استراتژی هماهنگی در حالت شتاب­گیری ……………………………………………………………………………… 51
شکل3-6  استراتژی هماهنگی در حالت حفظ سرعت……………………………………………………………………………… 52
شکل3-7  استراتژی هماهنگی در حالت ترمزگیری…………………………………………………………………………………. 53
شکل 3-8  توابع عضویت فازی برای متغیرهای ورودی……………………………………………………………………………. 53
شکل 3-9  توابع عضویت فازی برای متغیرهای خروجی………………………………………………………………………….. 53
شکل 3-10  سطح فازی برای متغیر خروجی WASC……………………………………………………………………………… 55
شکل 3-11  سطح فازی برای متغیر خروجی WADC……………………………………………………………………………… 55
شکل 3-12  سطح فازی برای متغیر خروجی WABC……………………………………………………………………………… 56
شکل 4-1  مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم فرمان فعال…………………………………………………………………. 59
شکل 4-2  پاسخ نرخ چرخش برای سیستم فرمان فعال…………………………………………………………………………. 60
شکل 4-3  پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم فرمان فعال……………………………………………………………………. 61
شکل 4-4  پاسخ دینامیک غلت برای سیستم فرمان فعال………………………………………………………………………. 62
شکل 4-5  پاسخ دینامیک طولی برای سیستم فرمان فعال…………………………………………………………………….. 63
شکل 4-6  نمودار تلاش کنترلی برای سیستم فرمان فعال …………………………………………………………………….. 63
شکل 4-7  مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم دیفرانسیل فعال …………………………………………………………. 64
شکل 4-8  پاسخ نرخ چرخش برای سیستم دیفرانسیل فعال ………………………………………………………………….. 65
شکل 4-9  پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم دیفرانسیل فعال ……………………………………………………………. 66
شکل 4-10  پاسخ دینامیک غلت برای سیستم دیفرانسیل فعال ……………………………………………………………. 67
شکل 4-11  پاسخ دینامیک طولی برای سیستم دیفرانسیل فعال …………………………………………………………… 68
شکل 4-12  نمودار تلاش کنترلی برای سیستم دیفرانسیل فعال ……………………………………………………………. 69
شکل 4-13  مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم ترمز فعال ……………………………………………………………….. 69
شکل 4-14  پاسخ نرخ چرخش برای سیستم ترمز فعال ………………………………………………………………………… 70
شکل 4-15  پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم ترمز فعال …………………………………………………………………… 71
شکل 4-16  پاسخ دینامیک غلت برای سیستم ترمز فعال …………………………………………………………………….. 72
شکل 4-17  پاسخ دینامیک طولی برای سیستم ترمز فعال…………………………………………………………………….. 73
شکل 4-18  نمودار تلاش کنترلی برای سیستم ترمز فعال …………………………………………………………………….. 74
شکل 4-19  مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم کنترل فعال غلت …………………………………………………….. 75
شکل 4-20  پاسخ نرخ چرخش برای سیستم کنترل فعال غلت ……………………………………………………………… 76
شکل 4-21  پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل فعال غلت ……………………………………………………….. 77
شکل 4-22  پاسخ دینامیک غلت برای سیستم کنترل فعال غلت ………………………………………………………….. 78

 

 

شکل 4-23  پاسخ دینامیک طولی برای سیستم کنترل فعال غلت ………………………………………………………… 79
شکل 4-24  نمودار تلاش کنترلی برای سیستم کنترل فعال غلت ………………………………………………………….. 80
شکل 4-25  مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک …………………………….. 81
شکل 4-26  پاسخ دینامیک چرخش برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ……………………………… 82
شکل 4-27  پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ………………………………… 83
شکل 4-28  پاسخ دینامیک غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ………………………………….. 84
شکل 4-29  پاسخ دینامیک طولی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده………………………………….. 85
شکل 4-30  نمودار زاویه فرمان و گشتاور چرخ­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک …………….. 86
شکل 4-31  نمودار گشتاور فعال غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک…………………………….. 87
شکل 4-32  نمودار ضرایب وزنی سیستم­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ……………………… 87
شکل 4-33  مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده …………………………….. 88
شکل 4-34  پاسخ دینامیک چرخش برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ……………………………… 89
شکل 4-35  پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ………………………………… 90
شکل 4-36  پاسخ دینامیک غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ………………………………….. 91
شکل 4-37  پاسخ دینامیک طولی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده …………………………………. 92
شکل 4-38  نمودار زاویه فرمان و گشتاور چرخ­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده …………….. 93
شکل 4-39  نمودار گشتاور فعال غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ……………………………. 94
شکل 4-40  نمودار ضرایب وزنی سیستم­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ……………………… 94
شکل 4-41  مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش خطای نرخ چرخش …………………………………………………. 96
شکل 4-42  مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش خطای شتاب جانبی ………………………………………………… 96
شکل 4-43  مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش خطای لغزش جانبی ………………………………………………… 97
شکل 4-44  مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش شاخص غلت …………………………………………………………… 98
شکل 4-45  مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش افت سرعت …………………………………………………………….. 98
شکل 4-46  مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش انحراف از مسیر ……………………………………………………….. 99
شکل 4-47  مانور تغییر مسیر دوگانه ……………………………………………………………………………………………….. 100
شکل 4-48  پاسخ دینامیک جانبی ………………………………………………………………………………………………….. 101
شکل 4-49  پاسخ دینامیک جانبی (ادامه) ……………………………………………………………………………………….. 102
شکل 4-50  پاسخ دینامیک غلت …………………………………………………………………………………………………….. 102
شکل 4-51  پاسخ دینامیک غلت (ادامه) ………………………………………………………………………………………….. 103
شکل 4-52  زاویه فرمان …………………………………………………………………………………………………………………. 104
شکل 4-53  گشتاور رانشی چرخ­ها …………………………………………………………………………………………………… 104
شکل 4-54  گشتاور ترمزی چرخ­ها……………………………………………………………………………………………………. 105
شکل 4-55  پاسخ دینامیک طولی…………………………………………………………………………………………………….. 105
شکل 4-56  نتیجه حل مسئله بهینه­سازی با تابع هدف LLT ……………………………………………………………… 106
شکل 4-57  مسیر خودرو در مانور بدترین حالت………………………………………………………………………………… 107
شکل 4-58  پاسخ دینامیک چرخش در مانور بدترین حالت………………………………………………………………… 107
شکل 4-59  پاسخ دینامیک جانبی در مانور بدترین حالت…………………………………………………………………… 108
شکل 4-60  پاسخ دینامیک غلت در مانور بدترین حالت…………………………………………………………………….. 109
شکل 4-61  پاسخ دینامیک طولی در مانور بدترین حالت……………………………………………………………………. 110
شکل 4-62  زاویه فرمان در مانور بدترین حالت………………………………………………………………………………….. 111
شکل 4-63  گشتاور چرخ­ها در مانور بدترین حالت……………………………………………………………………………… 111
شکل 4-64  گشتاور فعال غلت در مانور بدترین حالت………………………………………………………………………… 112
شکل 4-65  وزن فعالیت زیرسیستم­ها در مانور بدترین حالت………………………………………………………………. 117
شکل الف-1  استراتژی هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال در حالت شتاب­گیری………………………………………… 119
شکل الف-2  استراتژی هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال در حالت حفظ سرعت………………………………………. 119
شکل الف-3  استراتژی هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال در حالت ترمزگیری………………………………………….. 119
شکل الف-4  پاسخ دینامیک چرخش برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال………………………. 121
شکل الف-5  پاسخ لغزش جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال…………………………….. 121
شکل الف-6  پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال………………………… 122
 
 
فهرست نمادها
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α	زاویه لغزش چرخ	hcg	ارتفاع مرکز جرم فنربندی شده از محورهای غلت و فراز
β	زاویه لغزش جانبی خودرو
βsusp,i	ضریب مستهلک­کننده تعلیق	IPC	لختی دورانی جرم فنربندی شده حول محور فراز
δ	زاویه فرمان چرخ	IRC	لختی دورانی جرم فنربندی شده حول محور غلت
δsusp,i	تغییر طولی استاتیکی فنر تعلیق	Iz	لختی دورانی خودرو حول محور z
θ	زاویه چرخش	Ki	ضریب فنر تعلیق
λi, ηi, κi, εi	ضرایب کنترلرهای مود لغزشی	KP,i, TI,i	ضرایب کنترلر PD
μ	ضریب اصطکاک چرخ با جاده	Lf	فاصله مرکز جرم از جلوی خودرو
σx	لغزش طولی چرخ	Lr	فاصله مرکز جرم از عقب خودرو
φ	زاویه غلت جرم فنربندی شده	m	جرم خودرو
ax	شتاب طولی خودرو	ms	جرم فنربندی شده
ax,des	شتاب طولی مطلوب راننده	mu	جرم فنربندی نشده
ay	شتاب جانبی خودرو	r	نرخ چرخش خودرو
Cd	ضریب مقاومت هوا	rdes	نرخ چرخش مرجع
Cα	سفتی جانبی تایر	rtarget	نرخ چرخش هدف (اشباع شده)
Cσ	سفتی طولی تایر	Rw	شعاع چرخ
finst	شاخص ناپایداری جانبی	tf	فاصله بین چرخ­های راست و چپ جلو
fr	ضریب مقاومت غلت تایر	tr	فاصله بین چرخ­های راست و چپ عقب
Fx,i	نیروی طولی تایر	Ui	ارتفاع پروفیل جاده
Fy,i	نیروی جانبی تایر	WABC	وزن فعالیت سیستم ترمز فعال
Fz,i	نیروی عمودی تایر	WADC	وزن فعالیت سیستم دیفرانسیل فعال
g	شتاب گرانش ثقل	WASC	وزن فعالیت سیستم فرمان فعال
x, y, z	مختصات مرکز جرم خودرو در دستگاه بدنه	ud	سرعت طولی مطلوب خودرو

ضرورت تحقیق

در سال­های اخیر، موسسات دولتی و خصوصی، تحقیقات گسترده­ای را روی فناوری­های ایمنی فعال[1] خودرو انجام داده­اند. تخمین زده شده است که در کشورهای عضو اتحادیه اروپا، هزینه­های مستقیم و غیرمستقیم ناشی از سوانح جاده­ای در سال 2009، 130 میلیارد یورو بوده است [1]. یکی از موثرترین راه­کارهای کاهش این سوانح، استفاده از سیستم­های یکپارچه کنترل پایداری است [2]. موسسه NHTSA[2] آمریکا تخمین زده است که به­کارگیری سیستم­های الکترونیکی کنترل پایداری[3] (ESC)، رخداد سوانح برای یک خودروی سواری را تا 34% و همین سوانح را برای خودروهای شاسی­بلند[4] (SUV) تا 59% کاهش داده است. میزان این کاهش، در سوانح منجر به واژگونی[5] بسیار بیشتر بوده است [2].
در زمینه ایمنی خودرو، تلاش­های گسترده­ای صورت گرفته که در یک تقسیم­بندی، آنها را به دو بخش غیرفعال[6] و فعال[7] تقسیم می­نمایند. کلیه تمهیداتی که برای حفظ جان سرنشینان پس از وقوع تصادف به کار می­روند، در زمره روش­های غیرفعال ایمنی خودرو هستند که از آن جمله می­توان کیسه هوا، کمربند ایمنی، محافظ سر و جاذب ضربه را نام برد (شکل 1-1). این روش­ها موضوع بحث این پایان­نامه نیستند. در سوی دیگر، روش­های فعال قرار دارند که شامل سیستم­های اخطار خروج از خط، سیستم هشدار برخورد و کنترلرهایی هستند که به منظور حفظ پایداری خودرو و پیشگیری از وقوع سانحه به کار می­روند (شکل 1-2). در سیستم­های فعالِ اشاره شده، دو مورد اول صرفاً سیستم­های هشداردهنده هستند، در حالی که سیستم­های کنترل پایداری، مستقیماً بر دینامیک خودرو اثر می­گذارند. این روش­ها امروزه به طور گسترده­ای توسعه یافته­اند و مهم­ترین آنها سیستم­های ترمز ضدقفل، تنظیم­کننده لغزش چرخ­ها، فرمان فعال، ترمز فعال، دیفرانسیل فعال و تعلیق نیمه­فعال و فعال هستند. این سیستم­ها عملاً با هدف تنظیم رفتار مجموعه­ای از متغیرهای دینامیکی خودرو مانند نرخ چرخش، لغزش جانبی، لغزش طولی و متغیرهای غلت طراحی می­گردند. در بخش­های بعدی، شرح مختصری از روش­های مذکور می­آید.