كنترل تركيبي پايداري طولي و جانبي در خودروهاي سواري با در نظر گرفتن ديناميك موتور و استفاده از الگوريتم كنترل فراپيچشي

Control of Vehicle’s Mixed Longitudinal and Lateral Stability with Engine Dynamics Using Super Twisting Control Algorithm

يكي از مسائل پر اهميت در مورد خودروهاي سواري بحث پايداري حركتي مي‌باشد، كه با توجه به اهميت اين موضوع تحقيقات زيادي در زمينه پايداري كششي و پايداري حركت جانبي خودروها انجام گرفته است. در اين مقاله، بررسي پايداري خودرو براي حركت طولي و جانبي به‌صورت همزمان انجام گرفته است. مدل چهارچرخ خودرو براي استخراج معادلات در نظر گرفته شده و براي مدل‌سازي رفتار تايرها و جاده از مدل غيرخطي داگاف استفاده شده است. براي سيستم قدرت خودرو از مدل موتور چو با دو متغير حالت استفاده شده است كه موجب مي‌شود اعمال گشتاور به چرخ‌ها به حالت عملي نزديك‌تر باشد. براي كنترل سيستم از روش كنترل غيرخطي مد لغزشي فراپيچشي استفاده شده است كه روشي مقاوم در برابر اغتشاشات و عدم قطعيت‌هاي مدل است. در مدل كنترلي ارائه شده براي كنترل پايداري طولي و پايداري جانبي، به ترتيب زاوية دريچه گاز و گشتاور چرخشي به عنوان ورودي و ضريب لغزش طولي و سرعت چرخشي به عنوان خروجي در نظر گرفته شده‌اند. در بخش بررسي نتايج سيستم به سه شكل مجزا در حالت‌هاي داراي كنترل‌كننده طولي، داراي كنترل‌كننده جانبي و در نهايت سيستم با كنترل‌كننده تركيبي و همزمان طولي و جانبي مورد بررسي قرار گرفته است. در هر سه مورد ذكر شده به بررسي پايداري سيستم در حضور عدم قطعيت‌ها و اغتشاشات پرداخته شده است. نتايج به‌دست آمده كارآمدي روش ارائه شده را در كنترل تركيبي پايداري طولي و جانبي نشان مي‌دهد.

Vehicle stability control is one of the most important subjects in the control engineering field. Many research activities have been done to develop more comfort and safe travel for passengers. In this paper, vehicle mixed stability in longitudinal and lateral motion has been investigated. Four-wheel seven degrees of freedom model of vehicle is considered to extract the dynamic equations and closed-loop system simulation. Dugoff’s nonlinear model has been used to simulate the behavior of tires and road, and Cho’s engine model with two state variables has been used for vehicle power system simulation, so it makes the input torque to wheels to be more realistic. Because of the good robustness properties of sliding mode control, the second-order sliding mode with a super-twisting algorithm has been used for calculation of control inputs. This method is proved to be so appropriate and useful in the case of uncertainty in a complicated vehicle dynamic model and multiple disturbances in vehicle motion. Engine throttle angle and yaw moment have been considered as a longitudinal system and lateral system control inputs respectively. The longitudinal slip coefficient and yaw rate are considered as system output. Simulation results show the effectiveness of the proposed method.