نواحی پایدار دینامیک عرضی خودرو در فضای پارامترهای راننده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه حکیم سبزواری، سبزوار، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، به کمک مدل خطی و غیر خطی راننده- خودرو، اثر تأخیر عکس‌العمل راننده روی پایداری چرخشی سمت و پایداری جانبی بررسی شده است.  تأخیر زمانی راننده یک موضوع اجتناب‌ناپذیر در دینامیک فرمان‌پذیری خودرو می‌باشد. علاوه بر تأخیر زمانی ذاتی در پاسخ حسی- حرکتی انسان، وضعیت سلامتی راننده می‌تواند به طور بالقوه روی زمان واکنش راننده موثر باشد. با در نظر گرفتن تأخیر زمانی در مدلسازی، دینامیک خودرو به یک سیستم با معادلات دیفرانسیل تأخیری تبدیل می‌شود، که از نظر ریاضی دارای بی‌نهایت جواب است. در این مقاله برای حل معادله دیفرانسیل تأخیر، مدل تأخیر زمانی با سری تیلور تقریب زده می‌شود. نمودارهای پایداری، نواحی قابل قبول برای بهره‌های تناسبی و مشتقی راننده را در تأخیر زمانی خاص یک راننده تعیین می‌کند. نتایج نشان می‌دهد با افزایش تأخیر زمانی یا افزایش سرعت خودرو، ناحیه پایداری کوچک‌تر می‌شود. در این مقاله همچنین مقدار بحرانی تأخیر زمانی راننده برای مجموعه مشخص از بهره‌های تناسبی و مشتقی راننده، محاسبه شده است. این تحلیل نشان می‌دهد در صورتی که راننده با سرعت‌های زیادتر رانندگی نماید، باید سریع‌تر عکس‌العمل نشان دهد تا خودرو ناپایدار نشود. برای تایید نتایج بدست آمده نمودارهای پایداری، شبیه‌سازی عددی مدل خودرو- راننده تحت مانور تغییر مسیر شدید انجام گرفته است. در شبیه‌سازی، مدل هفت درجه آزادی غیرخطی از خودرو به همراه مدل غیر خطی از تایر استفاده شده است.  نتایج شبیه‌سازی، کاملا نتایج حاصل از تحلیل‌های پایداری را تایید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] World Health Organization, Global Status Report on Road Safety 2013: Supporting a Decade of Action, 2013.
[2] Son Y., Kim W. and Lee S., Robust multirate control scheme with predictive virtual lanes for lane-keeping system of autonomous highway driving, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 64, pp. 3378–3391, 2015.
[3] Chen T., Chen L., Xu X., Cai Y., Jiang H. and Sun X., Passive fault-tolerant path following control of autonomous distributed drive electric vehicle considering steering system fault, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 123, pp. 298-315, 2019.
[4]. Boukhari M, Chaibetb A., Boukhnifer M. and Glaser S., Two longitudinal fault tolerant control architectures for an autonomous vehicle, Mathematics and Computers in Simulation, Vol. 156, pp. 236-253, 2019.
[5] Hu X., Chen L., Tang B., Cao D. and He H., Dynamic path planning for autonomous driving on various roads with avoidance of static and moving obstacles, Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 100, pp. 482-500, 2018.
[6] Rezaeian A., Peng Q., Gurudutt A., Li H. and Klesing J. J., Driver readiness assessment system and method for vehicle, US Patent App, 16/294,435, 2019.
 [7] Ryne P. M., Story M. R., Greb M., Klesing J. J., Longuemare P. C., Rezaeian A., Li H. and Llaneras R., Driving style evaluation system and method, US Patent App, 15/829,289, 2019.
[8] Fayolle G., Lasgouttes J., Flores C., Stability and string stability of car-following models with reaction-time delay. SIAM Journal on Applied Mathematics, Society for Industrial and Applied Mathematics, In press, 2022.
[9] Das S.  and Maurya A.K., A Car-Following Model Considering Driver’s Instantaneous Reaction Delay in Nonlane-Based Traffic Environments, Journal of Transportation Engineering, Part A: Systems, Vol. 148, No. 8, pp. 1-13, 2022.
[10] Pan Y., Wang Y., Miao B. and Cheng R., Stabilization Strategy of a Novel Car-Following Model with Time Delay and Memory Effect of the Driver, Sustainability, Vol. 14, pp. 7281-7300, 2022.
 [11] Hours M., Fort E., Charnay P., Bernard M., Martin J. L., Boisson D., Sancho P. and Laumon B., Diseases, consumption of medicines and responsibility for a road crash: A case–control study, Accident Analysis and Prevention, Vol. 40, pp. 1789–1796, 2008.
[12] Wier M., Weintraub J., Humphreys E. H., Seto E. and Bhatia R., An area-level model of vehicle-pedestrian injury collisions with implications for land use and transportation planning, Accident Analysis and Prevention, Vol. 41, pp. 137–145, 2009.
[13] Li Y., Qiu T. and Yang Y., Delay-dependent Stability Criteria for Linear Systems with Two Additive Time-varying Delays, International Journal of Control, Automation and Systems, Vol. 20, pp. 392–402, 2022.
[14] Elshenhab A.M., Wang X., Cesarano C., Almarri B. and Moaaz O., Finite-Time Stability Analysis of Fractional Delay Systems, Mathematics, Vol. 10, pp. 1883-1893, 2022.
[15] سجادی م.، عطایی م. و اکرامیان م.، طراحی رویتگر بهره بالا برای کلاس خاصی از سیستم‌های غیرخطی با تاخیر همزمان و متفاوت در حالت، ورودی و خروجی، مهندسی مکانیک مدرس، د ۱۷، ش ۱۲، ص ۴۶۳-۴۶۸، 1396.
[16]  هدایتی خدایاری م.، پریز ن. و بلوچیان س.، پایدارسازی رده‌ای از سیستمهای غیرخطی تکین با تاخیرمتغیردرحالت و عدم قطعیت پارامتری با درنظر گرفتن قید عملگر وکاربرد آن درربات خودگردان زیرسطحی، نشریه مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز، د 52، ش 2، ص 31-41، 1401.
 [17]  Lutz A.,  Schick B.,  Holzmann H.,  Kochem M., Meyer-Tuve H.,  Lange O.,  Mao Y. and Tosolin G., Simulation methods supporting homologation of Electronic Stability Control in vehicle variants, Vehicle System Dynamics, Vol. 55, pp. 1432-1497, 2017.
[18] Ahmadi J. and Sedigh A. K., Adaptive vehicle lateral-plane motion control using optimal tire friction forces with saturation limits consideration, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 58, No. 8, PP. 4098-4107, 2009.
[19] Wang B., Abe M. and Kano Y., Influence of driver’s reaction time and gain on driver–vehicle system performance with rear wheel steering control systems: part of a study on vehicle control suitable for the aged driver, JSAE Review, Vol. 23, pp. 75–82, 2002.
[20] Zhao H., Chen Q., Shi W., Gu T. and Li W., Stability analysis of an improved car-following model accounting for the driver’s characteristics and automation, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, Vol. 526, pp. 120990, 2019.
[21] Chang Y., He Z. and Cheng R., An extended lattice hydrodynamic model considering the driver’s sensory memory and delayed-feedback control, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, Vol. 514, pp. 522-532, 2019.
[22] Gholami A. and Majidi M., Development of a neuromuscular driver model with an estimation of steering torque feedback in vehicle steer-by-wire systems, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics, Vol. 233, pp. 657–667, 2019.
[23] Ishio J., Ichikawa H., Kano Y. and Abe M., Vehicle-handling quality evaluation through model-based driver steering behavior, Vehicle System Dynamics,Vol. 46, pp. 197-204, 2008.
[24] Nash C. J. and Cole D. J., Identification and validation of a driver steering control model incorporating human sensory dynamics, Vehicle System Dynamics, Vol. 58, No. 4, p.p. 495-517, 2020.
[25] Chen L. K. and Ulsoy A. G., Identification of a Driver Steering Model, and Model Uncertainty, From Driving Simulator Data, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Vol. 123, pp. 623-629, 2001.
[26]  Bagheri A., Azadi S. and Soltani A., A combined use of adaptive sliding mode control and unscented Kalman filter estimator to improve vehicle yaw stability, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics, Vol. 231, 2, pp. 388-401, 2016.
[27] Asiabar A. N. and Kazemi R., A direct yaw moment controller for a four in-wheel motor drive electric vehicle using adaptive sliding mode control, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics, Vol. 233, pp. 549–567, 2019.
[28] Wong J. Y., Theory of Ground Vehicles. Hoboken, NJ: Wiley, 2008.
[29] Mehrabi N., Razavian R. and McPhee J., Steering disturbance rejection using a physics-based neuromusculoskeletal driver model, Vehicle System Dynamics, Vol. 53, No. 10, pp. 1393-1415, 2015.
[30] Cole D. J., Pick A. J. and Odhams A. M. C., Predictive and linear quadratic methods for potential application to modelling driver steering control, Vehicle System Dynamics, Vol. 44, No. 3, pp. 259–284, 2006.
[31] Horiuchi S. and Yuhara N., An Analytical Approach to the Prediction of Handling Qualities of Vehicles With Advanced Steering Control System Using Multi-Input Driver Model, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Vol. 122, pp. 490-497, 2000.