استفاده از نيروي جانبي تاير براي افزايش مانورپذيري يك خودروي سه‌چرخ در شرايط بحراني

Using the Lateral Tire Force to Maneuverability Increment of a Three-wheeled Vehicle During Critical Conditions

در اين مقاله افزايش پايداري چرخشي خودروي سه‌چرخ با استفاده از يك سيستم كنترلي جديد موردبررسي قرارگرفته است. بدين منظور يك مدل ديناميكي غيرخطي دوازده درجه آزادي براي شبيه­سازي ديناميك جانبي يك خودروي سه‌چرخ توسعه داده‌شده است و با استفاده از نرم‌افزار كارسيم در مانورهاي استاندارد صحه­گذاري مي­شود. درجات آزادي مدل ديناميكي شامل سرعت طولي، جانبي، عمودي، زاويه رول، پيچ و ياو براي مركز جرم خودرو، سه درجه آزادي براي جابجايي عمودي و سه درجه آزادي براي حركت دوراني جرم‌هاي فنربندي نشده در نظر گرفته‌شده است. همچنين براي بهبود فرمان‌پذيري و افزايش پايداري جانبي، يك سيستم كنترلي فرمان فعال با استفاده از نيروهاي جانبي تاير طراحي‌شده است. در سيستم كنترلي، سرعت زاويه­اي چرخشي و سرعت جانبي خودرو به‌عنوان متغيرهاي حالت در نظر گرفته مي­شوند كه مي­بايستي مقادير مطلوبشان را تعقيب نمايند. سپس، براي جلوگيري از ناپايداري چرخشي خودرو در مانورهاي بحراني، روش كنترل بهينه بكار گرفته‌شده است. همچنين به‌منظور ارزيابي عملكرد سيستم كنترلي توسعه داده‌شده، يك سيستم كنترلي فرمان فعال بر مبناي روش كنترل فيدبك خطي پيشنهادشده است. سپس عملكرد مدل ديناميكي در حالت كنترل‌شده و بدون كنترل در شرايط جاده­اي مختلف بررسي‌شده است. نتايج شبيه­سازي نشان مي­دهند كه سيستم كنترلي بهينه با حذف خطاي سرعت زاويه­اي چرخشي و مقدار مطلوب آن و محدود ساختن سرعت جانبي، موجب بهبود مانورپذيري و پايداري جانبي در مانورهاي بحراني مي­شود.

In this paper, yaw stability increment of a three-wheeled vehicle has been considered using a new control system. Therefore, a nonlinear dynamic model with twelve-degrees-of-freedom to simulate lateral dynamics of the three-wheeled vehicle has been developed and dynamic model validation is done by means of CarSim software during a standard maneuver. The degrees of freedom are the longitudinal, lateral and vertical velocity and the roll, pitch and yaw angle of the sprung mass, three degrees of freedom for the vertical displacement and three degrees of freedom for rotational movement of the unspring masses. Moreover, to improve handling and lateral stability increment, an active steering control system based on the lateral tire forces has been designed. In the control system, the yaw rate and the lateral velocity of the dynamic model are studied as control states in which must track their desired values. Then, to avoid yaw instability during severe maneuvers, linear quadratic control system (LQR) has been used. Furthermore, to evaluate the performance of the developed control system, an active steering control system has been proposed employing linearization feedback control method. Then, the performance of the dynamic model has been evaluated during without control and controlled conditions. The simulation results show that the LQR control system improves maneuverability and lateral stability during critical maneuver by elimination the error between the yaw rate and its desired value and the lateral velocity restriction.