طراحی سیستم کنترل بهینه‌ی توزیع گشتاور با رویکرد پیش بین به منظور بهبود پایداری و کاهش مصرف انرژی در خودروی الکتریکی

نوع مقاله : پژوهشی کامل

نویسندگان

1 دانشجوی دکترا، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

3 کارشناس ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

چکیده

در این مقاله، یک سیستم کنترل دو لایه با استفاده از روش کنترل بهینه با ایده‌ی پیش‌بین برای دینامیک غیرخطی خودرو به صوت تحلیلی طراحی شده است. در لایه اول، گشتاور چرخشی بهینه برای پایداری دینامیک جانبی محاسبه شده است. پس از تبدیل این گشتاور چرخشی به نیروهای تفاضلی بین چرخ‌ها و استفاده از مدل معکوس تایر برای استخراج لغزش‌های طولی مطلوب، این مقادیر به سیستم کنترلی لایه دوم ارسال می‌شوند. در لایه دوم، موتور الکتریکی چرخ‌ها، گشتاور وارد شده به چرخ را طوری تنظیم می‌کند که لغزش مطلوب ردیابی شده و پایداری خودروی الکتریکی تأمین گردد. با توجه به اهمیت مصرف انرژی در خودروهای الکتریکی، استفاده از ایده‌ی کنترل بهینه‌ می‌تواند مصرف باتری را تا حد ممکن کاهش دهد. بنابراین با انتخاب ضرایب وزنی مناسب در قوانین کنترلی سعی شده تا موتورهای الکتریکی در محدوده مجاز خود کار کنند و همچنین حداقل استفاده از انرژی باتریها برای ردیابی مجاز فراهم گردد. نتایج شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهند که سیستم کنترلی طراحی شده به خوبی از عهده اثرات غیرخطی برآمده و پایداری خودرو را تأمین می‌نماید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  1. Bostanian M., Barakati S.M., Najjari B., Kalhori D.M. A Genetic-Fuzzy Control Strategy for Parallel Hybrid Electric Vehicle, International Journal of Automotive Engineering, Vol.3, No.3, pp. 482-495, 2013

     

    Gan Y.H, Xiong L., Feng Y. and Martinez F. A Torque Vectoring Control System for Maneuverability Improvement of 4WD EV, in Applied Mechanics and Materials, Vol.347-350, pp. 899-903, 2013.

     

    Tavasoli A., and Naraghi M., Comparison of static and dynamic control allocation techniques for integrated vehicle control, IFAC Proceedings, pp. 7180-7186, 2011.

     

    Braghin F., and Sabbioni E., Development of a control strategy for improving vehicle safety in a hybrid vehicle with four independently driven in-wheel motors, in International Symposium on Advanced Vehicle Control, 2010.

     

    Rubin D., and Arogeti S.A., Vehicle yaw stability control using active limited-slip differential via model predictive control methods, Vehicle System Dynamics, Vol.53, No.9, pp. 1315-1330, 2015.

     

    Kasinathan D., Kasaiezadeh A., Wong A., Khajepour A., Chen S.K. and Litkouhi B., An Optimal Torque Vectoring Control for Vehicle Applications via Real-Time Constraints, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol.65, No.6, pp. 4368-4378, 2015.

     

    De Novellis L., Sorniotti A., and Gruber P., Wheel torque distribution criteria for electric vehicles with torque-vectoring differentials, IEEE Transactions on Vehicular Technology,Vol.63, No.4, pp. 1593-1602, .2014

     

    Mashadi B., Mostaani S., and Majidi M., Vehicle stability enhancement by using an active differential, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: Journal of Systems and Control Engineering, Vol.225, No.8, pp. 1098-1114, 2011.

     

    Marino R., and Scalzi S.. Integrated active front steering and semiactive rear differential control in rear wheel drive vehicles, in Proceedings of the 17th IEEE IFAC World Congress, 2008.

     

    Maroonian A., Tamura T., and Fuchs R., Modeling and Simulation for the Dynamic Analysis of an Electronically Controlled Torque Coupling, in Advances Automotive Control. Vol. 46, No. 21, pp. 464-469 2013.

     

    Novellis L.De Sorniotti A., Gruber P. and Pennycott A., Comparison of feedback control techniques for torque-vectoring control of fully electric vehicles, IEEE Transactions on Vehicular Technology,Vol, 63, No.8,  pp. 3612-3623, 2014.

     

    Rieveley R.J. and Minaker B.P., Variable torque distribution yaw moment control for hybrid powertrains, SAE Technical Paper, 2007.

     

     

    1. [13]

    علیرضا امیرجمشیدی، و جواد شریفی، «توسعه سیستم کنترل پایداری الکترونیکی برای خودروهای الکتریکی با چهار موتور در چرخ»، مجله کنترل دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، شماره 4 جلد 9، ص ص 14-26، سال 1394.

    1. [14]

    منصور بقائیان، علی اکبر اکبری، «بهبود پایداری خودرو با کنترلر مقاوم تطبیقی فازی و مدل جدید سیستم تعلیق هندسه متغیر»، مجله مکانیک مدرس، شماره 9 دوره 16، ص ص 37-46، سال 1395.

    Nahidi A., Kasaeizadeh A., Khosravani S., Khajepour A. and Litkhouhi B., Modular integrated longitudinal and lateral vehicle stability control for electric vehicles, Mechatronics, Vol.44, pp. 60-70. 2017.

     

    Li B., Goodarzi A., Khajepour A., Chen S-k. and Litkouhi B., An optimal torque distribution control strategy for four-independent wheel drive electric vehicles, Taylor & Francis, Vehicle System Dynamics, Vol.53, No.8,  pp.1-18, 2015.

     

    Chen Y., Hedrick J. and Guo K., A novel direct yaw moment controller for in-wheel motor electric vehicles, Vehicle System Dynamics, Vol.51, No.6, pp. 925-942, 2013.

     

    Wong A., Kasinathan D., Khajepour A. and Chen S.K., Integrated torque vectoring and power management framework for electric vehicles, Control Engineering Practice, Vol.48, pp. 22–36, 2016.

     

    Smith D E. and Starkey J. M., Effects of Model Complexity on the Performance of Automated Vehicle Steering Controllers; Model Development, Validation and Comparison, Vehicle System Dynamics, Vol.24, No.2,  pp. 163-181, 1995.

     

    Yuan X. and Wang J., Torque distribution strategy for a front- and rear-wheel-driven electric vehicle, IEEE Transactions on Vehicular Technology, pp.3365-3374, 2012.

     

    Mirzaeinejad H. and Mirzaei M., Optimization of nonlinear control strategy for anti-lock braking system with improvement of vehicle directional stability on split-mu roads, Transportation Research Part C, Vol,46, No.7, pp. 1-15, 2014.

     

    Mirzaeinejad H. and Mirzaei M., A novel method for non-linear control of wheel slip in anti-lock braking systems, Control Engineering Practice, Vol.18, No.8,pp. 918–926, 2010.

     

    Mirzaei M., Alizadeh G., Eslamian M., and Azadi S., An optimal approach to non-linear control of vehicle yaw dynamics, Proc. IMechE, Systems and Control Engineering,Vol.222, No.4, pp. 217-229, 2008.

     

    Cho W., Yoon J., Kim J., Hur J., and Yi K., An investigation into unified chassis control scheme for optimised vehicle stability and manoeuvrability, Vehicle System Dynamics, vol. 46, pp. 87-105, 2008