استفاده از نیروی جانبی تایر برای افزایش مانورپذیری یک خودروی سه‌چرخ در شرایط بحرانی

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسنده

استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت دبیرشهیدرجایی، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله افزایش پایداری چرخشی خودروی سه‌چرخ با استفاده از یک سیستم کنترلی جدید موردبررسی قرارگرفته است. بدین منظور یک مدل دینامیکی غیرخطی دوازده درجه آزادی برای شبیه­سازی دینامیک جانبی یک خودروی سه‌چرخ توسعه داده‌شده است و با استفاده از نرم‌افزار کارسیم در مانورهای استاندارد صحه­گذاری می­شود. درجات آزادی مدل دینامیکی شامل سرعت طولی، جانبی، عمودی، زاویه رول، پیچ و یاو برای مرکز جرم خودرو، سه درجه آزادی برای جابجایی عمودی و سه درجه آزادی برای حرکت دورانی جرم‌های فنربندی نشده در نظر گرفته‌شده است. همچنین برای بهبود فرمان‌پذیری و افزایش پایداری جانبی، یک سیستم کنترلی فرمان فعال با استفاده از نیروهای جانبی تایر طراحی‌شده است. در سیستم کنترلی، سرعت زاویه­ای چرخشی و سرعت جانبی خودرو به‌عنوان متغیرهای حالت در نظر گرفته می­شوند که می­بایستی مقادیر مطلوبشان را تعقیب نمایند. سپس، برای جلوگیری از ناپایداری چرخشی خودرو در مانورهای بحرانی، روش کنترل بهینه بکار گرفته‌شده است. همچنین به‌منظور ارزیابی عملکرد سیستم کنترلی توسعه داده‌شده، یک سیستم کنترلی فرمان فعال بر مبنای روش کنترل فیدبک خطی پیشنهادشده است. سپس عملکرد مدل دینامیکی در حالت کنترل‌شده و بدون کنترل در شرایط جاده­ای مختلف بررسی‌شده است. نتایج شبیه­سازی نشان می­دهند که سیستم کنترلی بهینه با حذف خطای سرعت زاویه­ای چرخشی و مقدار مطلوب آن و محدود ساختن سرعت جانبی، موجب بهبود مانورپذیری و پایداری جانبی در مانورهای بحرانی می­شود.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1] Navikas D, Pitrėnas A. Determination and Evaluation of a Three-Wheeled Tilting Vehicle Prototype’s Dynamic Characteristics. Applied Sciences. 2022;12(10):5121.##
[2] Sharma RC, Sharma S, Sharma SK, Sharma N, Singh G. Analysis of bio-dynamic model of seated human subject and optimization of the passenger ride comfort for three-wheel vehicle using random search technique. Proceedings of the ##Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics. 2021;235(1):106-21.
[3] Sharma RC, Sharma SK. Sensitivity analysis of three-wheel vehicle’s suspension parameters influencing ride behavior. Noise & Vibration Worldwide. 2018;49(7-8):272-80.##
[4] Liu P, Gu Y, Xu Z, Zhang J, Wei W, Wang Y. Research on steering-tilting characteristics of an active tilting three-wheeled vehicle. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2022:09544070221117023.##
[5] Sharma R, Sharma S, Sharma S, Sharma N, Singh G. Analysis of bio-dynamic model of seated human subject and optimization of the passenger ride comfort for three-wheel vehicle using random search technique. Proc IMechE, Part K: Journal of Multibody Dynamics, 2021, 235(1), 106-121.##
[6] Kidane S, Alexander L, Rajamani R, Starr P, Donath M. A fundamental investigation of tilt control systems for narrow commuter vehicles. Vehicle System Dynamics. 2008;46(4):295-322.##
[7] Licea MAR. Robust lateral and longitudinal stability control for delta three-wheeled vehicles with suspension system. International Journal of Vehicle Design. 2021;87(1-4):49-72.##
[8] Dandiwala A, Chakraborty B, Chakravarty D, Sindha J. Vehicle dynamics and active rollover stability control of an electric narrow three-wheeled vehicle: a review and concern towards improvement. Vehicle System Dynamics. 2022:1-24.##
[9] Ataei M, Khajepour A, Jeon S. Rollover stabilities of three-wheeled vehicles including road configuration effects. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2017;231(7):859-71.##
[10] TharehalliMata G, Krishna H, Keshav M. Characterization of magneto-rheological fluid having elongated ferrous particles and its implementation in MR damper for three-wheeler passenger vehicle. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2022:09544070221078451.##
[11] Edelmann J, Plöchl M, Lugner P. Modelling and analysis of the dynamics of a tilting three-wheeled vehicle. Multibody System Dynamics. 2011;26(4):469-87.##
[12] Mourad L, Claveau F, Chevrel P. A Lateral Control Strategy for Narrow Tilting Commuter Vehicle Based on the Perceived Lateral Acceleration. IFAC Proceedings Volumes. 2011;44(1):6254-9.##
[13] Gawade T, Mukherjee S, Mohan D. Six-degree-of-freedom three-wheeled-vehicle model validation. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2005;219(4):487-98.##
[14] Gangireddy D, Ravikanth G, Gawade T, Jeyamurugan V, Nagarjunreddy M, editors. Simulation and experimental study to improve wobbling stability in 3-wheeler. 15th Small engine technology conference, Penang, Malaysia; 2009.##
[15] Berote J, Darling J, Plummer A. Lateral dynamics simulations of a three-wheeled tilting vehicle. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2015;229(3):342-56.##
[16] Saeedi M, Kazemi R. Stability of three-wheeled vehicles with and without control system. 2013.##
[17] Saeedi MA. A novel nonlinear controller for enhancement of the transient dynamics performance of a three-wheeled vehicle during different conditions, Proc IMechE, Part K: Journal of Multibody Dynamics, 2021, 235(4): 568-585.##
[18] Chiou J-C, Lin C-Y, Chen C-L, Chien C-P, editors. Tilting motion control in narrow tilting vehicle using double-loop PID controller. 2009 7th Asian Control Conference; 2009: IEEE.##
[19] Zhang Y, Khajepour A, Xie X. Rollover prevention for sport utility vehicles using a pulsed active rear-steering strategy. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2016;230(9):1239-53.##
[20] Fridman L, Shtessel Y, Edwards C, Yan XG. Higher‐order sliding‐mode observer for state estimation and input reconstruction in nonlinear systems. International Journal of Robust and Nonlinear Control: IFAC‐Affiliated Journal. 2008;18(4‐5):399-412.##
[21] Ding N, Taheri S. An adaptive integrated algorithm for active front steering and direct yaw moment control based on direct Lyapunov method. Vehicle System Dynamics. 2010;48(10):1193-213.##
[22] Saeedi MA, Kazemi R, Azadi S. Improvement in the rollover stability of a liquid-carrying articulated vehicle via a new robust controller. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering. 2017;231(3):322-46.##
[23] Nam K, Oh S, Fujimoto H, Hori Y. Robust yaw stability control for electric vehicles based on active front steering control through a steer-by-wire system. International Journal of Automotive Technology. 2012;13(7):1169-76.##
[24] Yang X, Wang Z, Peng W. Coordinated control of AFS and DYC for vehicle handling and stability based on optimal guaranteed cost theory. Vehicle System Dynamics. 2009;47(1):57-79.##
[25] Kim S, Kwak B, Chung S, Kim J. Development of an active front steering system. International journal of automotive technology. 2006;7(3):315-20.##
[26] Yoon J, Yi K, Kim D. Rollover index-based rollover mitigation control system. International Journal of Automotive Technology. 2006;7(7):821-6.##
[27] Talebitooti R, Shojaeefard M, Yarmohammadisatri S. Shape design optimization of cylindrical tank using b-spline curves. Computers & Fluids. 2015;109:100-12.##
[28] Shi K, Yuan X, Huang G, He Q. MPC-based compensation control system for the yaw stability of distributed drive electric vehicle. International Journal of Systems Science. 2018;49(8):1795-808.##
[29] Meng Q, Zhao T, Qian C, Sun Z-y, Ge P. Integrated stability control of AFS and DYC for electric vehicle based on non-smooth control. International Journal of Systems Science. 2018;49(7):1518-28.##
[30] Pacejka H. Tire and vehicle dynamics: Elsevier; 2005.##
[31] Manual CU. Mechanical simulation corporation. Ann Arbor, MI. 2002;48013.##
[32] Boada B, Boada M, Diaz V. Fuzzy-logic applied to yaw moment control for vehicle stability. Vehicle System Dynamics. 2005;43(10):753-70.##
[33] Inagaki S, Kushiro I, Yamamoto M. Analysis on vehicle stability in critical cornering using phase-plane method. Jsae Review. 1995;2(16):216.##
[34] Zanthen ATv, Erhardt R, Pfaff G. The vehicle dynamics control system of Bosch. Automatisierungstechnik. 1996;44(7):359-65.##
دوره 18، شماره 4 - شماره پیاپی 70
شماره پیاپی 70، فصلنامه زمستان
دی 1401
صفحه 163-179
  • تاریخ دریافت: 26 مرداد 1401
  • تاریخ بازنگری: 16 شهریور 1401
  • تاریخ پذیرش: 26 مهر 1401
  • تاریخ انتشار: 01 آبان 1401