شبيه سازي كنترل بهينه فرمان برقي خودرو به روش سخت افزار در حلقه

Vehicle Steer-by-Wire Optimal Control Simulation by Hardware in the Loop Method

فرمان گيري بهبود يافته و پايداري مطلوب، دو جنبه مهم فرمان پذيري خودرو هستند. در اين پژوهش، كنترلر بهينه غير خطي مجهز به تخمينگر براي كنترل تغييرات زاويه چرخش (Yaw) از طريق اعمال فرمان اصلاحي به سيستم فرمان و نسبت به ورودي فرمان راننده، طراحي و اعمال شده است. براي اعمال كنترل مناسب از سيستم فرمان SBW (سيستم فرمان سيمي) استفاده شده است. به اين منظور ابتدا يك مدل چهار درجه آزادي غير خطي با متغيير‌هاي حالت زاويه غلت، سرعت طولي، نرخ زاويه چرخش و سرعت جانبي توسعه داده شده است. به منظور طراحي كنترلر كه بر پايه مدل است با ساده سازي‌هاي منطقي به يك مدل ساده تر دست يافته شده است. در مدل ساده شده با 2 درجه آزادي خطي متغييرهاي حالت نرخ چرخش و سرعت جانبي به عنوان متغييرهاي حالت اصلي در فرمان پذيري استفاده شده است. براي بررسي رفتار سيستم كنترلي، ورودي كنترلي بهنيه به كمك روش هميلتون با توجه به مدل ساده شده، طراحي شده است. اين كنترلر به سيستم 4 درجه آزادي خودرو كه بر پايه اطلاعات خودرو Jeep Cherokee صحه گذاري شده، در جاده خشك و جاده با اصطكاك كم (خيس) اعمال شده است. به كمك شبيه سازي تاثير سيستم كنترلي بهينه SBW در مقايسه با شرايط خودرو بدون كنترلر مورد بررسي و ارزيابي قرار گرفته و در نتيجه رفتار چرخشي خودرو بهبود يافته است. به اين ترتيب زاويه فرمان اعمالي از طريق راننده به كمك سيستم كنترلي اصلاح مي‌شود. در انتها يك سيستم سخت افزار در حلقه براي شبيه سازي كنترل خودرو به كار گرفته شده است. در اين سيستم ECU كنترلي سيستم فرمان به رايانه متصل شده و خروجي‌هاي قابل اندازه‌گيري مدل را به عنوان ورودي دريافت مي‌كند. اين كنترلر مي‌تواند خودرو را در شرايط جاده برفي و آزمون سينوسي به خوبي پايدار كرده و عملكرد مشابه كنترلر در شبيه سازي رايانه‌اي نشان مي‌دهد.

A control algorithm for preventing vehicle from spinning and drifting and improving its handling, has been carried out by applying correction angle to the steered wheel, which is based on the optimal and adaptive theory, has been proposed in this paper. The nonlinear 4DOF model is initially developed; then it is simplified to 2DOF model with reasonable assumption to design observer and optimal controllers. Then a simplified model developed for steering system. The numerical simulation has been carried out, using a vehicle parameters for standard maneuvers in dry and wet roads. Simulation results show obviously the effects of nonlinear adaptive optimal controllers also on vehicle handling, moreover a hardware in the loop method has been applied to prove the controller ability in realistic situation.