چکیده :

سیستم های کنترل دینامیک خودرو VDC ، که سیستم های کنترل پایداری الکترونیکی(ESC) نیز نامیده می شوند ، جزء سیستم های ایمنی فعال هستند که هدف آنها پایداری حرکت جانبی خودرو اسـت.این سیستمها احتمال از دست دادن کنترل خودرو توسط راننده را در مانورهای تهاجمی کاهش می دهند .

هدف این پایان نامـه توسعه مدل ساده ای از سیسـتم کنتـرل الکترونیکـی بـا اسـتفاده از دو نـرم افـزار Matlab/simulink و CarSim است . این پایان نامه سعی کـرده  اسـت تـا ضـرورت استفاده از سیسـتم های کنترل پایداری در خودرو و همچنین تأثیر آنها در کاهش میزان مرگ و میر در اثر تصادفات جاده ای را بیان کند .

مدل دینامیکی خودرو سمند تولید داخل در نرم افزار CarSim ایجاد شده است . مبنای سیسـتم کنتـرل پایداری ترمزگیری تفاضلی است و از نرخ انحراف به عنوان متغیر کنترلی استفاده شده است . سـاختار سـادهای از سیستم ABS که در نرم افزار CarSim وجود دارد به مدل خـودرو اضـافه شـده اسـت. بـرای ارزیـابی وضعیت پایداری غلتشی از تست Fishhook و برای ارزیابی وضعیت پایداری لغزشی از تسـت DLC  اسـتفاده شده است . برای ازریابی کل سیستم از تست 126FMVSS استفاده شده است . این تست استاندارد توسـط مؤسسه ملی ایمنی ترافیک بزرگراه ها در آمریکا تدوین شده است و هـر خـودرو مجهـز بـه سیسـتم کنتـرلپایداری باید این تست را با موفقیت پشت سر گذارد . نتایج شبیه سازی نشان مـی دهـد کـه مـدل طراحـی شده قادر است خوش فرمانی خودرو را در زوایای مختلف فرمـان حفـظ کنـد ،همچنـین پایـداری خـودرو را بهبود بخشد .

کلمات کلیدی :

سیستم کنترل پایداری ، ترمزگیری تفاضلی ، نرخ انحراف ، نرم افزار CarSim ، شبیه سازی

چکیده  ………………………………………………………………………………………………………………………………..أ

کاربرد هاس تکنولوژی با سیم در خودرو

کاربرد های تکنولوژی با سیم در خودرو

فصل1کلیات ……………………………………………………………………..1

1-1. مقدمه  ………………………………………………………………………………………………………………………  2

سیستم حمل و نقل سالم و اقتصاد ملتها به یکدیگر وابسته هستند . سیستم حمل و نقل سالم و مؤثر کالا و انسان- هر دو جنبه اجتماعی و شخصی – عامل مهمی در قدرتمندی اقتصاد کشورهاست . به طور معکوس ، رشد اقتصاد به معنای افزایش ترافیک کالا و مردم است . کشورهایی که دارای تولید ناخالص داخلی بیشتری هستند ، از سیستم حمل و نقل بزرگتری برخوردار هستند [1]. شکل (1-1) میزان توسعه مبادلات را بر اساس تولید ناخالص داخلی در مناطق مختلف جهان نشان می دهد [2] .

شکل1-1. توسعه حمل و نقل وابسته به تولید ناخالص داخلی [2] .

این مطلب در مورد کشور آمریکا که دارای نرخ بالای تولید ناخالص داخلی است ، کاملا ً مشهود است . بزرگراهها و جاده های این کشور دارای ترافیک بالای وسایل نقلیه است . اداره آمار حمل و نقل آمریکا گزارش کرده است که تعداد 243،444،343 خودرو در سال 2005 در این کشور شماره گذاری شده است . با افزایش خودروها در جاده ها ، تعداد تصادفات و کشته های گزارش شده سالیانه نیز خیلی زیاد است . سیستم جمع آوری داده های تصادفات در سال 2004 تعداد 34،314 تصادف منجر به مرگ و بیش از 5/2 میلیون تصادف ( تعریف بر اساس اینکه حداقل یک وسیله نقلیه بوسیله یدک کش حمل شده باشد ) را گزارش کرده است . 53 % از تصادفات مرگبار در نتیجه انحراف خودرو از جاده بوده است . علاوه بر این ، 42 % از این تصادفات را چپ شدن خودرو تشکیل می دهد[1].

آمار اتحادیه اروپا نیز نشان دهنده این هشدار است . آمار تعداد 3/1 میلیون تصادف برای سال 2000 با 7/1 میلیون فرد زخمی و بیش از 40000 کشته را نشان می دهد . بر همین اساس اتحادیه اروپا برنامه ایمنی برای کاهش میزان تصادفات و مرگ و میر تا 50 % را تدوین کرده است . شکل (1-2) این مطلب را نشان می دهد[2] .

شکل1-2. برنامه ایمنی اتحادیه اروپا برای کاهش میزان مرگ و میر [2] .

توسعه آزاد راهها و بزرگراهها از نیم قرن پیش تاکنون در کشور دنبال شده است . این امر از دو دهه پیش شتاب بیشتری به خود گرفته است . در 10 سال اخیر با رشد انفجاری وسایل نقلیه روبرو بوده ایم . از سال 80 تا 90 تعداد خودروها دو تا سه برابر افزایش پیدا کرده است . به گفته سردار مؤمنی رئیس پلیس راهور ناجا ، تعداد خودروهای کشور از مرز 14 میلیون دستگاه گذشته است . این در حالی است که تعداد خودروها در ابتدای سال 1380 ، حدود چهار میلیون دستگاه بوده است . دو شاخص سازمان بهداشت جهانی در زمینه آمار تصادفات در کشور ما حاکی است که میزان کشته های ناشی از تصادف در کشور ما بالاست . این دو شاخص ، میزان کشته شدگان تصادف در ازای 100 هزار نفر جمعیت و کشته شدگان به ازای 10 هزار وسیله نقلیه است . در سال 81-1380 به ازای 100 هزار نفر جمعیت بیش از 41 کشته شده بر اثر تصادف وجود داشت . در حال حاضر این عدد به 31-30 نفر رسیده است . میانگین متوسط دنیا 20 نفر است . شاخص دیگری که وجود دارد تعداد کشته ها به ازای 10 هزار وسیله نقلیه است . عدد ما در این شاخص 9/11 است . در میان کشورهایی با درآمد متوسط که وضعیت مشابه ایران دارند ، از 88 کشوری که در رتبه بندی قرار گرفته اند ، رتبه ایران 58 است که رقم خوبی نیست . در سال 89 ، 23 هزار و 249 نفر در تصادفات و سوانح از بین رفتند . در جامعه آماری ، حدود 40 درصد کسانی که در تصادفات از بین می روند ، سرپرست خانوار هستند . اینها قشر مولد کار جامعه هستند که از بین رفتن آنها هزینه اقتصادی زیادی به کشور تحمیل می کند ، یعنی چیزی حدود سالانه پنج درصد تولید ناخالص ملی کشور ( حدود 20 میلیارد دلار ) در تصادفات برون شهری و داخل شهری از بین می رود [3].

یکی از عوامل مهم در بروز تصادفات وسیله نقلیه است . بدلیل در خطر بودن زندگی بسیاری از افراد ، سیستم ایمنی خودرو به عنوان یک موضوع مهم برای کمپانی های خودروسازی مطرح است و در دو دهه اخیر تلاشهای زیادی در زمینه ایمنی خودرو انجام گرفته است .

انواع سیستم ایمنی ……………………………………………………………………………………………………………  4

1-2 -1. سیستم ایمنی منفعل   ……………………………………………………………………………………………….  4

سیستمهای ایمنی غیر فعال که با نام سیستم های نگهدارنده نیز معروف می باشد ، از بوجود آمدن آسیب دیدگیهای شدید به سرنشینان خودرو جلوگیری می کنند. این سیستمها به اجزایی از خودرو گفته می شود که هدف آنها حمایت از سرنشین در مقابل تصادف است و از وقوع تصادف جلوگیری نمی کند . مانند کیسه هوا 2، کمربند ایمنی ، بهبود استحکام بدنه خودرو در اثر ضربه ، استفاده از فولادهای با مقاومت بالا. این سیستمها خطر آسیب دیدگی را کاهش داده و از شدت ضربات بوجود آمده در حین تصادف می کاهند . کمربندهای ایمنی وظیفه نگهداری از سرنشینان خودرو در محل خود و جلوگیری از حرکتهای شدید آنان در هنگام برخورد خودرو به مانع را دارا می باشد [4] . شکل (1-3) نمونه ای از کیسه هوا را نشان می دهد .

شمار زیادی از تصادفات در اثر از دست رفتن کنترل خودرو یا کاهش آن در مانورها و موقعیت های حساس بوجود می آید . لذا کمپانی های خودرو سازی در فکر طراحی سیستمهای مؤثرتری شدند که نوع دوم سیستمهای ایمنی را ایجاد کرد .

1-2 -2. سیستم ایمنی فعال  ………………………………………………………………………………………………..  5

این سیستمها به حفظ پایداری خودرو در موقعیتهای حساس و زمانیکه میزان کشش خودرو با جاده کم می شود ، کمک می کنند . با گسترش میکروکنترلرها در صنعت خودرو و ایجاد شبکه های ارتباطی مانند CAN و VAN امکان گنجاندن سیستمهای الکترونیکی در خودرو افزایش یافت [1].

اولین سیستم برای حفظ پایداری خودرو سیستم ترمز ضد قفل بود که در سال 1978 وارد بازار شد. در شرایط و موقعیت های بحرانی رانندگی ، در سطوح لغزنده و یا مرطوب و یا در مواقعی که راننده بطور ناگهانی پا را بر روی پدال ترمز فشار می دهد ( به علت پیدایش غیرمنتظره یک مانع در جاده ) ، در خودروهایی که مجهز به سیستم ترمز ضد قفل نمی باشند ، چرخهای خودرو در حین ترمزگیری قفل شده و امکان هدایت و فرمانپذیری خودرو از بین می رود و در نهایت دچار لغزش خواهد شد . در این حالت حتی خودرو از جاده نیز خارج خواهد شد . سیستم ترمز ضد قفل از قفل شدن چرخها جلوگیری کرده و قابلیت فرمان پذیری خودرو حفظ می گردد و احتمال خطر لغزش و سرخوردن خودرو به مقدار زیادی کاهش می یابد . در مواقع ترمزگیری شدید یا ترمزگیری توأم با ترس و اضطراری ، سیستم ترمز ضد قفل امکان برخورد را به طور قابل ملاحظه ای کاهش می دهد [5].

کنترل پایداری خودرو …………………………………………………………………………………………………………….  7

موضوع و روش تحقیق……………………………………………………………………………………………………………. 8

فصل2  ………………………………………………………………………………………………………………………….  10

استفاده از مدل دو چرخ و بدست آوردن نرخ انحراف مطلوب در محیط سیمولینک

استفاده از مدل دو چرخ و بدست آوردن نرخ انحراف مطلوب در محیط سیمولینک

2-1. مقدمه  مروری بر تحقیقات انجام شده ……………………………  11

‫ﺑﯿﺶ از دو دﻫﻪ از ﻧﺼﺐ ﺳﯿﺴﺘﻤﻬﺎی ﮐﻨﺘﺮل ﭘﺎﯾﺪاری در ﺧﻮدروﻫﺎ ﺗﻮﺳﻂ ﮐﻤﭙﺎﻧﯽ ﻫﺎی ﺧﻮدروﺳﺎزی ‫ﻧﻤﯽ ﮔﺬرد و ﺑﻨﺎﺑﺮاﯾﻦ ﻋﻤﺮ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت در اﯾﻦ زﻣﯿﻨﻪ ﮐﻢ اﺳﺖ . اﮐﺜﺮ ﭘﺎﯾﺎن ﻧﺎﻣﻪ ﻫﺎ و ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت اﻧﺠﺎم ﺷﺪه ‫در زﻣﯿﻨﻪ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﭘﺎﯾﺪاری ﺧﻮدرو ﻣﻌﻄﻮف ﺑﻪ ﺑﻌﺪ از ﺳﺎل 0002 ﻣﯿﻼدی اﺳﺖ و اﯾﻦ ﻣﻄﻠﺐ ﻣﺆﯾﺪ آن ‫اﺳﺖ ﮐﻪ اﯾﻦ ﻣﻮﺿﻮع ﮐﺎﻣﻼ ً ﺟﺪﯾﺪ اﺳﺖ .
‫ﺑﻪ ﻃﻮر ﮐﻠﯽ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت اﻧﺠﺎم ﮔﺮﻓﺘﻪ در زﻣﯿﻨﻪ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﮐﻨﺘﺮل ﭘﺎﯾﺪاری را ﺑﻪ ﺳﻪ دﺳﺘﻪ ﺗﻘﺴﯿﻢ ﮐﺮده و ‫ﺑﻪ دﻟﯿﻞ ﺟﻠﻮﮔﯿﺮی از ﻃﻮﻻﻧﯽ ﺷﺪن ﻣﻄﻠﺐ از ﻫﺮ ﮐﺪام ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎﯾﯽ ﺑﯿﺎن ﻣﯽ ﺷﻮد .
‫1- ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت اﻧﺠﺎم ﮔﺮﻓﺘﻪ ﭘﯿﺮاﻣﻮن اﺛﺮﺑﺨﺸﯽ ﺳﯿﺴﺘﻢ ‪. ESC
‫2- ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت اﻧﺠﺎم ﮔﺮﻓﺘﻪ ﺗﻮﺳﻂ ‪.1 NHTSA
‫3- ﺗﺤﻘﯿﻘﺎت اﻧﺠﺎم ﮔﺮﻓﺘﻪ ﭘﯿﺮاﻣﻮن ﺷﺒﯿﻪ ﺳﺎزی ﺳﯿﺴﺘﻢ ‪. ESC

2-2. تحقیقات انجام گرفته پیرامون اثربخشی سیستم ESC  ……………………..ا…………………………………….  11

2-3. تحقیقات انجام گرفته توسط NHTSA  ………………………….ا…………………………………………………….  14

2-4. تحقیقات انجام گرفته در زمینه شبیه سازی سیستم کنترل پایداری  ……………………………………………  16

اولین مرحله اجرای تست FMVSS 126

اولین مرحله اجرای تست FMVSS 126

فصل3 مدلسازی در Carsim……………………..ا…………………….21

3-1. مقدمه  ……………………………………………………………………………………………………………  22
‫ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﺗﺴﺖ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﮐﻨﺘﺮل ﭘﺎﯾﺪاری ﻃﺮاﺣﯽ ﺷﺪه اﺣﺘﯿﺎج ﺑﻪ ﻣﺪل ﺧﻮدرو اﺳﺖ . اﯾﻦ ﺑﺨﺶ ﺑﻪ ﺗﻮﺳﻌﻪ و اﯾﺠﺎد ﻣﺪل دﯾﻨﺎﻣﯿﮑﯽ ﺧﻮدرو ﺳﻮاری ﺳﻤﻨﺪ در داﺧﻞ ﻧﺮم اﻓﺰاز carsim ﺧﻮاﻫﺪ ﭘﺮداﺧﺖ . در ‫ﭘﺎره ای از ﻗﺴﻤﺘﻬﺎ از ﻣﺪﻟﻬﺎی اﺳﺘﺎﻧﺪارد ﻣﻮﺟﻮد در ﻧﺮم اﻓﺰار ﺑﺮای ﻣﺪﻟﺴﺎزی اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ . از آﻧﺠﺎ ‫ﮐﻪ ﺧﻮدرو ﺳﻤﻨﺪ در ﮐﻼس ﺑﻨﺪی ﺧﻮدروﻫﺎ در ﮐﻼس D ﻗﺮار ﻣﯽ ﮔﯿﺮد ، ﻣﯽ ﺗﻮان از اﯾﻦ داده ﻫﺎ ﺑﺎ ‫ﺗﻘﺮﯾﺐ ﺑﺴﯿﺎر ﺧﻮﺑﯽ اﺳﺘﻔﺎده ﮐﺮد . در ﺑﺮﺧﯽ از ﻗﺴﻤﺘﻬﺎ ﺗﺸﺎﺑﻬﯽ ﺑﯿﻦ ﺧﻮدرو ﺳﻤﻨﺪ و ﻣﺪل ﺧﻮدرو ﮐﻼس ‫C نیز دارد. ﺧﻮدروﻫﺎﯾﯽ ﮐﻪ ﺑﺮای ﮔﺮﻓﺘﻦ ﺑﺮﺧﯽ ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎ اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه ﻋﺒﺎرﺗﻨﺪ از :
C-class:hatchback مانند Audi A3و D-class sedan مانند Audi A4 .شکل (1-3) نمایی از  خودرو سمند استفاده شدهاست برای مدل سازیرا نشان می دهد

3-2. معرفی نرم افزار CARSIM…………………………………………………..ا………………………………………..  22

3-3. ابعاد پارامتری و شکل خودرو  ………………………………………………………………………………………..  24

3-4. سیستم مولد قدرت  …………………………………………………………………………………………………..  25

3-5. سیستم ترمز  ………………………………………………………………………………………………………….  26

3-6.  سیستم فرمان………………………………………………………………………………………………………….  27

3-7. سیستم تعلیق  ……………………………………………………………………………………………………….  29

3-8.  تایر  …………………………………………………………………………………………………………………..  31

مثالی از وضعیت بیش فرمانی و پاسخ عملکرد سیستم ESC

مثالی از وضعیت بیش فرمانی و پاسخ عملکرد سیستم ESC

فصل4  سیستم کنترل پایداری الکترونیکی ………………………32

4-1.  مقدمه……………………………………………………………………………………………………………….  33

‫ﺳﯿﺴﺘﻢ ﮐﻨﺘﺮل ﭘﺎﯾﺪاری ﺑﻪ راﻧﻨﺪه ﺗﻮاﻧﺎﯾﯽ ﮐﻨﺘﺮل ﺑﯿﺸﺘﺮ ﺑﺮ روی ﺧﻮدرو در ﻃﯽ ﻣﻮﻗﻌﯿﺘﻬﺎی ﺑﺤﺮاﻧﯽ را ‫ﻣﯽ دﻫﺪ . ﺳﯿﺴﺘﻢ ESC ورودی ﻓﺮﻣﺎن راﻧﻨﺪه را ﺑﺎ ﻣﺴﯿﺮ ﺧﻮدرو ﻣﻘﺎﯾﺴﻪ ﻣﯽ ﮐﻨﺪ و از ﻃﺮﯾﻖ ﺗﺮﻣﺰﮔﯿﺮی ‫ﺑﺮ روی ﭼﺮﺧﻬﺎ اﻧﺤﺮاف را ﺗﺼﺤﯿﺢ ﻣﯽ ﮐﻨﺪ . ﺳﯿﺴﺘﻢ ﮐﻨﺘﺮل ﭘﺎﯾﺪاری در ﺻﻮرت ﻟﺰوم ﻣﯽ ﺗﻮاﻧﺪ ﮔﺸﺘﺎور ‫ﻣﻮﺗﻮر را ﻧﯿﺰ ﮐﺎﻫﺶ دﻫﺪ . ﯾﮏ ﺧﻮدرو ﻣﺠﻬﺰ ﺑﻪ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﮐﻨﺘﺮل ﭘﺎﯾﺪاری ﺗﻼش ﻣﯽ ﮐﻨﺪ ﺗﺎ ﻓﺮﻣﺎن ﻣﻄﺎﺑﻖ ‫ﺧﻮاﺳﺘﻪ راﻧﻨﺪه اﻧﺠﺎم ﺷﻮد و ﻟﻐﺰش ﮐﻤﺘﺮی داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﺪ . در ﻧﺘﯿﺠﻪ ، ﺳﯿﺴﺘﻢECS ﺑﻪ راﻧﻨﺪه اﺟﺎزه ‫ﺣﻔﻆ ﻣﺴﯿﺮ ﺣﺮﮐﺖ و ﭘﺎﯾﺪاری را ﺑﯿﺸﺘﺮ از ﺳﻄﺢ ﺗﻮاﻧﺎﯾﯽ ﻋﺎدی او ، ﺣﺘﯽ در ﺷﺮاﯾﻂ ﻣﺤﺪوﯾﺘﻬﺎی ﻓﯿﺰﯾﮑﯽ ‫ﻣﯽ دﻫﺪ . ﺷﻤﺎر ﺧﻮدروﻫﺎی ﻣﺠﻬﺰ ﺑﻪ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﮐﻨﺘﺮل ﭘﺎﯾﺪاری روز ﺑﻪ روز در ﺣﺎل اﻓﺰاﯾﺶ اﺳﺖ . در ﯾﮏ ‫ﺗﺨﻤﯿﻦ اﻧﺠﺎم ﺷﺪه 29 % ﺧﻮدروﻫﺎی ﻣﺪل ﺳﺎل 2006 ﻣﺠﻬﺰ ﺑﻪ ﺳﯿﺴﺘﻢ ﮐﻨﺘﺮل ﭘﺎﯾﺪاری ﺑﻮده اﻧﺪ ، اﯾﻦ ‫در ﺣﺎﻟﯽ اﺳﺖ ﮐﻪ اﯾﻦ آﻣﺎر در ﺳﺎل 2003 ﻓﻘﻂ 10 % ﺑﻮده اﺳﺖ . ﺑﺮ اﺳﺎس ﻧﻘﺸﻪ راﻫﺒﺮدی ﺷﺮﮐﺘﻬﺎی ‫ﺧﻮدروﺳﺎزی در آﻣﺮﯾﮑﺎ اﯾﻦ آﻣﺎر در ﺳﺎل 12011 ﺑﻪ 71 % رﺳﯿﺪه اﺳﺖ]22[ .

4-2. اصطلاحات سیستم کنترل پایداری  ………………………………………………………………………………  33

4-3. آشنایی با ESC ………………………………………………………..ا………………………………………….  34

4-3 -1. سیستم ESC چهار چرخ با کنترل موتور  …………………………………………………………………….  35

4-4. اصول اساسی ESC  ……………………………………………………….ا…………………………………….  38

4-4 -1. لغزش چرخ  ………………………………………………………………………………………………………  38

4-4 -2. دایره کشش  …………………………………………………………………………………………………….  40

4-5. زمینه های ایجاد لغزش  …………………………………………………………………………………………  43

4-5 -1. کم فرمانی  ………………………………………………………………………………………………….  43

4-5 -2. بیش فرمانی  ………………………………………………………………………………………………….  45

4-5 -3. اصطکاک دو بخشی  ………………………………………………………………………………………….  47

4-6. انواع سیستمهای کنترل پایداری………………………………………………………………………………..  48

4-6-1. سیستم ترمزگیری تفاضلی……………………………………………………………………………………  49

4-6-2. سیستم فرمان با سیم  ………………………………………………………………………………………..  51

4-6-3. توزیع گشتاور فعال……………………………………………………………………………………………….  54

4-6-3-1. انتقال گشتاور بین چرخهای سمت راست و چپ با استفاده از دیفرانسیل  ………………………….  55

4-6-3-2. کنترل فعال انتقال گشتاور به چرخها  ……………………………………………………………………..  56

میزان انحراف در تست FMVSS 122 برای خودرو مجهز به سیستم ESC

میزان انحراف در تست FMVSS 122 برای خودرو مجهز به سیستم ESC

فصل5  مدلسازی سیستم کنترل پایداری …………………….  57

5-1. مقدمه  …………………………………………………………………………………………………………….  58

‫اﯾﻦ ﺑﺨﺶ ﺑﻪ ﺗﻮﺿﯿﺢ ﺳﺎﺧﺘﺎر ﻣﺪل ﺗﻬﯿﻪ ﺷﺪه ﺑﺮای ﺳﯿﺴﺘﻢ ﮐﻨﺘﺮل ﭘﺎﯾﺪاری ﻣﯽ ﭘﺮدازد . در اﺑﺘﺪا ‫ﭘﯿﭽﯿﺪﮔﯽ ﻫﺎی ﺳﯿﺴﺘﻢ ﻫﺎی ﮐﻨﺘﺮل ﭘﺎﯾﺪاری ﻣﻮﺟﻮد در ﺧﻮدروﻫﺎ ﻣﻮرد ﺑﺤﺚ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ . ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ‫ﺑﻪ اﯾﻦ ﭘﯿﭽﯿﺪﮔﯿﻬﺎ ﻣﺪل ﺳﺎده ای از ﺳﯿﺴﺘﻢ ﮐﻨﺘﺮل ﭘﺎﯾﺪاری ﻃﺮاﺣﯽ ﺷﺪه اﺳﺖ . ﻣﺪﻟﺴﺎزی ﺑﺎ اﺳﺘﻔﺎده از‫ﻧﺮم اﻓﺰارMatlab/Simulink اﻧﺠﺎم ﮔﺮﻓﺘﻪ اﺳﺖ . ﺑﺮای ﺑﺪﺳﺖ آوردن ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی ﺧﻮدرو از ﻧﺮم افزار carsim ‫اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ و اﯾﻦ دو ﻣﺪل ﺑﺎ ﻫﻢ ﺗﺮﮐﯿﺐ ﺷﺪه اﺳﺖ . ﺳﺎﺧﺘﺎر ﮐﻨﺘﺮﻟﯽ ﺑﺮ اﺳﺎس ﺳﯿﺴﺘﻢ‫ﺗﺮﻣﺰﮔﯿﺮی ﺗﻔﺎﺿﻠﯽ اﺳﺖ . از ﻧﺮخ اﻧﺤﺮاف ﺑﻪ ﻋﻨﻮان ﻣﺘﻐﯿﺮ ﮐﻨﺘﺮﻟﯽ اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ .

5-2. پیچیدگی سیستمهای ESC واقعی…………………………………………………………………………….  58

5-3. کنترل دینامیک خودرو  …………………………………………………………………………………………..  59

5-3 -1. پاسخ واقعی خودرو…………………………………………………………………………………………..  60

5-3 -2. پاسخ مطلوب خودرو  ………………………………………………………………………………………..  61

5-3 -2 -1. مدل دو چرخ……………………………………………………………………………………………….  61

5-4. ساختار کلی مدل  ……………………………………………………………………………………………..  67

نتایج نمودار های زاویه فرمان ، سرعت و نرخ انحراف از مدل سیمولینک

نتایج نمودار های زاویه فرمان ، سرعت و نرخ انحراف از مدل سیمولینک

فصل6 نتایج شبیه سازی و جمع بندی ……………………………71

6 -1. مقدمه  ………………………………………………………………………………………………………….  71

‫در اﯾﻦ ﺑﺨﺶ ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺷﺒﯿﻪ ﺳﺎزی ﺑﯿﻦ ﻣﺪل ﺧﻮدرو در ﻧﺮم اﻓﺰارCarsim و ﻣﺪل ﺳﯿﺴﺘﻢ ﮐﻨﺘﺮل ‫ﭘﺎﯾﺪاری در ﻧﺮم اﻓﺰار Matlab/Simulink ارائه ﺷﺪه اﺳﺖ . ﺷﺮاﯾﻂ و وﯾﮋﮔﯿﻬﺎی ﺗﺴﺖ ﻫﺎی ﻣﻮرد اﺳﺘﻔﺎده ‫، ﭘﺎراﻣﺘﺮﻫﺎی ﻣﻮرد اﺣﺘﯿﺎج در اﻧﺠﺎم ﺷﺒﯿﻪ ﺳﺎزی ﺗﻮﺿﯿﺢ داده ﺷﺪه اﺳﺖ . ﺳﭙﺲ ﻧﺘﺎﯾﺞ ﺑﺪﺳﺖ آﻣﺪه از ‫ﺷﺒﯿﻪ ﺳﺎزی ﺑﺮای ارزﯾﺎﺑﯽ ﮐﺎراﯾﯽ ﻣﺪل ﺗﻬﯿﻪ ﺷﺪه اﺳﺘﻔﺎده ﺷﺪه اﺳﺖ .

. FMVSS126 .2- 6تست ……………………………………………………………………………………………  74

.CARSIM در FMVSS 126 شبیه سازی

 FISHHOOK تست

 CARSIM در FISHHOOK شبیه سازی

6 -6. مانور تغییر مسیر دوبل………………………………………………………………………………………  84

6 -7. پارامترهای مورد نیاز در هنگام شبیه سازی……………………………………………………………..  85

6 -8.  نتایج شبیه سازی………………………………………………………………………………………….  86

6 -8-1. ارزیابی سیستم کنترل پایداری در وضعیت لغزش……………………………………………………..  86

6 -8-2. ارزیابی سیستم کنترل پایداری در وضعیت غلتش  …………………………………………………..  89

6 -8-3. ارزیابی کلی سیستم کنترل پایداری…………………………………………………………………..  91

6 -8-4. نتیجه ارزیابی سیستم با کاهش ضریب اصطکاک  …………………………………………………..  95

6 -9. آنالیز حساسیت  ……………………………………………………………………………………………  96

6 -9-1. موقعیت مرکز جرم خودرو…………………………………………………………………………………  96

6 -9-1-1. تأثیر تغییر موقعیت مرکز جرم در تست DLC  ………………………………ا………………………  96

6 -9-1-2. تأثیر تغییر موقعیت مرکز جرم در تست Fishhook…..ا……………………………………………  100

6 -9-2. فاصله عرضی چرخها (TW)  ………………………………………………………….ا……………..  101

6 -9-3. تغییر در خصوصیات سیستم تعلیق  ………………………………………………………………….  104

6 -10. نتیجه گیری و جمع بندی  ……………………………………………………………………………..  107

پیوست 1………………………………………………………………………………………………………….. 109

مقالات ارائه شده…………………………………………………………………………………………………110

منابع و مآخذ  ……………………………………………………………………………………………………..111

فهرست جداول

فصل1  ……………………………………………………………………………………………………………………………..  1

فصل2  …………………………………………………………………………………………………………………………..  10

جدول 2 -1. اثر سیستم کنترل پایداری بر روی میزان زخمی های فردی ، با 95% اطمینان …………………………..  12

جدول 2 -2. میزان کارایی سیستم کنترل پایداری بر روی خودروهای تک بر حسب نوع تصادف با 95 % اطمینان. …  12

جدول 2 -3. اثربخشی سیستم کنترل پایداری در کاهش تصادفات و صدمات در جاده های مختلف .  ………………..  12

جدول2-4. گروههای مانور برنامه ارزیابی خوش فرمانی و کارایی سیستم  کنترل پایداری NHTSA ………..ا………..  15

جدول2-5. هزینه و وزن برآورد شده برای گنجاندن سیستم ABS و ESC در خودروها .  …………………………………  15

جدول2-6. هزینه برآورد شده برای دو سیستم ABS و ESC بر حسب قطعات به کار گرفته شده ……………………..  16

فصل3……………………………………………………………………………………………………………………………….20

جدول3-1. پارامترهای ابعادی خودرو سمند …………………………………………………………………………………  24

جدول3-2. مشخصات وزنی خودرو سمند .  ……………………………………………………………………………….  24

جدول3-3. مقادیر پارامترهای استفاده شده در سیستم فرمان بر اساس متغیرهای موجود در نرم افزار……………  28

جدول3-4. پارامترهای سینماتیکی سیستم تعلیق……………………………………………………………………….  29

جدول3-5. ضرایب نرمی سیستم تعلیق  …………………………………………………………………………………  30

فصل4  ……………………………………………………………………………………………………………………….  31

جدول 4 -1. اصطلاحات به کار رفته برای سیستم کنترل پایداری اعلام شده توسط SAE ……………ا……………  34

فصل5  …………………………………………………………………………………………………………………………56

فصل6  ……………………………………………………………………………………………………………………….. 69

جدول6 -1. پارامترهای ورودی تعریف شده برای اجرای شبیه سازی . ……………………………………………..  85

جدول6 -2. پارامترهای خروجی تعریف شده برای اجرای شبیه سازی .  …………………………………………..  86

فهرست اشکال

فصل1………………………………………………………………………………………………………………………… 1

شکل1-1. توسعه حمل و نقل وابسته به تولید ناخالص داخلی………………………………………………………. 2

شکل1-2. برنامه ایمنی اتحادیه اروپا برای کاهش میزان مرگ و میر………………………………………………… 3

شکل1-3. اجزای سیستم کیسه هوا………………………………………………………………………………….. 4

شکل1-4. عملکرد خودرو در مواجهه با مانع بدون سیستم ABS و مجهز به سیستم ABS……………..ا……… 5

فصل2  …………………………………………………………………………………………………………………….  10

شکل2-1. شبیه ساز رانندگی پیشرفته در دانشگاه آیوا .  …………………………………………………………  14

شکل2-2. بلوک دیاگرام ساختار کنترلی سیستم کنترل پایداری .  …………………………………………………  18

شکل2-3. مدل استفاده شده برای تخصیص کنترل …………………………………………………………………  18

شکل2-4. شماتیک مدل غیر خطی خودرو به کار گرفته شده در محیط MATLAB/SIMULINK…………….ا…..  19

شکل2-5. نمودار ساختار کنترلی سیستم کنترل پایداری .  ………………………………………………………  19

فصل3……………………………………………………………………………………………………………………….21

شکل3-1. نمایی از خودرو سمند .  ………………………………………………………………………………….  22

شکل3-2. تشریح روند داده ها در طی سیکل شبیه سازی  .  ……………………………………………………  23

شکل3-3. صفحه داده جرم خودرو و پارامترهای ابعادی در نرم افزار CARSIM .  ……………………….ا……….  25

شکل3-4. ارتباط ضریب ترمز با لغزش تایر .  ………………………………………………………………………..  26

شکل3-5. شماتیک سیستم فرمان …………………………………………………………………………………..  28

شکل3-6. نمودار نرخ تراکم کمک فنر نسبت به نیرو  ……………………………………………………………….  30

شکل3-7. نمودار نیروی طولی و نیروی جانبی تایر .  …………………………………………………………….  31

فصل4  ……………………………………………………………………………………………………………………32

شکل4-1. نمایی از اجزای تشکیل دهنده سیستم کنترل پایداری خودرو .  …………………………………….  36

شکل4-2. اجزای عملکردی سیستم ESC بیان شده در متن و نحوه ارتباط آنها .  ………………………………  38

شکل4-3. تفاوت در سرعت رو به جلو تایر …………………………………………………………………………  39

شکل4-4. لغزش چرخ .  ……………………………………………………………………………………………..  39

شکل4-5. جهت نیروهای ایجاد شده بر روی تایر .  ……………………………………………………………….  40

شکل4-6. دایره کشش .  …………………………………………………………………………………………..  41

شکل4-7. دایره کشش کاهش یافته .  …………………………………………………………………………..  42

شکل4-8. مجموعه دوایر کشش بر روی چهار چرخ خودرو و بردار نیروی وارد بر آنها ………………………  42

شکل4-9. وضعیت کم فرمانی خودرو  و نحوه عملکرد خودرو ……………………………………………….  44

شکل4-10. مثالی از وضعیت کم فرمانی و پاسخ سیستم ESC .  …….ا………………………………….  45

شکل4-11. وضعیت بیش فرمانی و نحوه عملکرد خودرو …………………………………………………….  46

شکل4-12. مثالی از وضعیت بیش فرمانی و پاسخ عملکرد سیستم ESC ………ا……………………….  46

شکل4-13. وضعیت قرار گیری اصطکاک دو بخشی و عملکرد خودرو . …………………………………..  47

شکل4-14. مثالی از وضعیت قرارگیری اتومبیل در شرایط اصطکاک مختلف و پاسخ ESC .  …………ا…  48

شکل4-15. دایره اصطکاکی .  ……………………………………………………………………………….  49

شکل4-16. ترمزگیری تفاضلی .  ……………………………………………………………………………  50

شکل4-17. کاربردهای تکنولوژی با سیم در خودرو ……………………………………………………….  51

شکل4-18. سیستم فرمان معمولی به همراه اجزای آن .  …………………………………………….  52

شکل4-19. سسیستم فرمان با سیم .  ……………………………………………………………………………  52

شکل4-20. ساختار کنترلی سیستم فرمان STEER-BYWIRE .  ………..ا………………………………………  54

فصل5  …………………………………………………………………………………………………………………..  57

شکل5-1. فلوچارت ساختار کلی سیستم کنترل پایداری .  ……………………………………………………..  60

شکل5-2. الگوریتم کنترلی سیستم کنترل پایداری خودرو بر مبنای متغیر نرخ انحراف ……………………….  61

شکل5-3. مدل دو چرخ برای آنالیز حرکت انتقالی و خوش فرمانی حالت پایدار .  ……………………………  62

شکل5-4. نحوه بدست آوردن KUS در محیط سیمولینک .  …………………………………………………….  64

شکل5-5. استفاده از مدل دو چرخ و بدست آوردن نرخ انحراف مطلوب در محیط سیمولینک .  ………………66

شکل5-6. بلوک – دیاگرام تابع S برای ایجاد ارتباط بین نرم افزار CARSIM و SIMULINK .  ………………ا….  67

شکل5-7. ساختار مدل تهیه شده برای کنترل پایداری خودرو .  ………………………………………………..  68

شکل5-8. ساختار کنترلی سیستم کنترل پایداری .  …………………………………………………………….  68

فصل6  …………………………………………………………………………………………………………………  70

شکل6 -1. موقعیت فرمان و نرخ انحراف استفاده شده برای ارزیابی شتاب جانبی ………………………….  72

شکل6 -2. پروفایل تست سینوس با زمان توقف .  ……………………………………………………………..  72

شکل6 -3. فلوچارت نحوه انجام تست در مانور سینوس با زمان توقف .  …………………………………..  73

شکل6 -4. اولین مرحله اجرای تست 126 FMVSS ……….ا………………………………………………….  75

شکل6 -5. الگوی موجی شکل سینوس با زمان توقف با دامنه 1 رادیان در نرم افزار CARSIM.  …ا……….  76

شکل6 -6. صفحه داده برای شروع تست سینوس با زمان توقف .  ………………………….  76

شکل6 -7. تنظیم مقادیر جدید برای دامنه فرمان با عبارات سیمبولیک .  ………………….  77

شکل6 -8. دستورات VS برای تعریف متغیرهای جدید .  ……………………………………..  77

شکل6 -9. رویداد تنظیم شده در داده : بررسی نرخ انحراف در (SEC(3.68SEC 1.75 .  …ا…..  79

شکل6 -10. مدل سیمولینک ایجاد شده برای تست 126FMVSS …………….ا………………  80

شکل6 -11. توضیح مانور FISHHOOK با بازخورد نرخ غلتش .  …………………………………  81

شکل6 -12. مانورFISHHOOK   و نحوه انجام تست و زاویه فرمان در دو قسمت مانور .  ……..  83

شکل6 -13. پروفایل مانور FISHHOOK ایجاد شده در نرم افزار CARSIM ………….ا…………..  84

شکل6 -14. مانور تغییر مسیر دوبل .  …………………………………………………………  85

شکل6 -15. نتیجه شبیه سازی تست تغییر مسیر دوبل برای خودرو مجهز به سیستم ESC و فاقد آن سیستم ….  87

شکل6 -16. زاویه لغزش خودرو برای خودرو سمند با سیستم ESC و سمند بدون سیستم ESC . ا ………………..  87

شکل6 -17. میزان انحراف خودرو سمند با سیستم ESC و سمند بدون سیستم ESC .  .ا…………………………..  88

شکل6 -18. میزان نرخ انحراف بدنه ثابت خودرو در دو وضعیت مجهز به سیستم ESC و فاقد سیستم ESC .  …ا…  88

شکل6 -19. میزان لغزش جانبی تایرها در دو وضعیت مجهز به سیستم ESC و فاقد ESC …………..ا……………  88

شکل6 -20. میزان شتاب جانبی خودرو سمند فاقد سیستم ESC و مجهز به سیستم ESC .  ………………ا……..  89

شکل6 -21. میزان غلتش خودرو برای خودرو مجهز به سیستم ESC و فاقد سیستم ESC .  ..ا………………………  89

شکل6 -22. میزان نرخ غلتش بدنه ثابت خودرو مجهز به سیستم ESC و فاقد سیستم ESC .  .ا…………………..  90

شکل6 -23. میزان شتاب جانبی برای خودرو مجهز به سیستم ESC و فاقد سیستم ESC …………..ا…………….  90

شکل6 -24. نتیجه اجرای تست 126 FMVSS برای مدل طراحی شده .  ……………………………………………..  91

شکل6 -25. انتهای LOG FILE و موفق بودن خودرو در انجام تست …………………………………………………..  91

شکل6 -26. میزان نرخ انحراف در تست 126 FMVSS برای خودرو مجهز به سیستم ESC ……..ا………………..  92

شکل6 -27. میزان حداکثر انحراف برحسب درجه بر ثانیه .  …………………………………………………………  92

شکل6 -28. نتایج نمودارهای زاویه فرمان ، سرعت و نرخ انحراف از مدل سیمولینک  .  ……………………….  93

شکل6 -29. نتیجه شبیه سازی تست 126FMVSS برای خودرو فاقد سیستم کنترل پایداری ………………..  93

شکل6 -30. میزان نرخ انحراف خودرو نسبت به زمان برای خودرو فاقد سیستم کنترل پایداری.  ……………..  94

شکل6 -31. میزان حداکثر انحراف بر حسب زمان برای خودرو فاقد سیستم کنترل پایداری……………………..  94

شکل6 -32. نتیجه تست با اعمال ضریب 65/0 بین لاستیک و جاده ……………………………………………..  95

شکل6 -33. نتیجه تست با ضریب اصطکاک 5/0 .  ………………………………………………………………..  95

شکل6 -34. اثر تغییر مرکز جرم در میزان زاویه لغزش خودرو .  …………………………………………………..  96

شکل6 -35. میزان غلتش خودرو در اثر تغییر مرکز جرم خودرو .  ……………………………………………….  97

شکل6 -36. میزان انحراف خودرو در اثر تغییر مرکز جرم خودرو . ……………………………………………….  97

شکل6 -37. میزان لغزش چرخ به ازای تغییر پارامتر مرکز جرم …………………………………………………  98

شکل6 -38. میزان تغییر در شتاب جانبی به ازای تغییر مرکز جرم خودرو .  …………………………………  98

شکل6 -39. میزان غلتش خودرو به ازای تغییر در پارامتر مرکز جرم ………………………………………….  99

شکل6 -40. میزان انحراف خودرو با تغییر پارامتر مرکز جرم خودرو .  ………………………………………….  99

شکل6 -41. اثر تغییر موقعیت مرکز جرم در میزان غلتش خودرو .  …………………………………………..  100

شکل6 -42. اثر تغییر موقعیت مرکز جرم در میزان نرخ انحراف خودرو .  …………………………………….  100

شکل6 -43. میزان تغییر در مقدار شتاب جانبی خودرو با تغییر فاصله عرضی چرخها …………………….  101

شکل6 -44. میزان تغییر در مقدار غلتش خودرو با تغییر پارامتر فاصله عرضی چرخها .  ………………….  101

شکل6 -45. میزان انحراف خودرو با تغییر پارامتر فاصله عرضی چرخها ……………………………………  102

شکل6 -46. میزان شتاب جانبی خودرو در تست FISHHOOK با تغییر پارامتر مرکز جرم خودرو .  ………  102

شکل6 -47. میزان تغییر غلتش خودرو در مانور FISHHOOK با تغییر پارامتر فاصله عرضی چرخها ………  103

شکل6 -48. میزان انحراف خودرو در مانور FISHHOOK با تغییر پارامتر فاصله عرضی چرخها .  ………….  103

شکل6 -49. اثر تغییر میزان سختی فنر در زاویه لغزش خودرو در تست DLC .  ….ا…………………….  104

شکل6 -50. اثر تغییر میزان سختی فنر در انحراف خودرو در تست DLC .  .ا…………………………….  104

شکل6 -51. نرخ تراکم کمک فنر بر حسب میلیمتر بر ثانیه ………………………………………………  105

شکل6 -52. نرخ تراکم جدید برای ارزیابی سیستم کنترل پایداری . …………………………………….  105

شکل6 -53. میزان انحراف خودرو پس از تغییر در میزان تراکم کمک فنر .  ……………………………..  106

شکل6 -54. میزان تغییر در پارامتر شتاب جانبی با تغییر نرخ تراکم کمک فنر .  ………………………..  106

شکل6 -55. میزان تغییر در غلتش خودرو با تغییر میزان تراکم کمک فنر …………………………………  107

Abstract
Vehicle Dynamics Control (VDC) systems, also called Electronic Stability Control (ESC) systems, are active on-board safety systems intended to stabilize the dynamics of vehicle lateral motion. In so doing, these systems reduce the possibility of the driver’s loss of control of the vehicle in some critical or aggressive maneuvers. The purpose of this thesis is to develop a simple Electronic Stability Control (ESC) system model through co-simulation between the softwares CarSim and Matlab-Simulink. In this thesis tried to represent the necessity use of vehicle dynamic systems and influence in decrease of fatal road crashes. A vehicle dynamics model of the Samand created in CarSim. The ESC system model was built in Simulink and was tuned through co-simulation with the CarSim vehicle model. The ESC system used differential braking to control the vehicle’s yaw and roll motions. A simple structure of ABS exists in CarSim added to vehicle model. For evaluate roll stability mode used Fishhook test and for evaluate yaw stability mode used DLC test. The performance of the system was evaluated using FMVSS 126 test. This standard test codifies by national highway traffic safety administration (NHTSA) in USA, and any vehicle equipped with stability control system must distance this test successfully. Results showed that, the designed model can make the handling performance under big steering wheel angle, and improve the vehicle stability.
Keywords: Stability Control System, Differential Braking, Yaw Rate, CarSim Software, Simulation



  مقطع کارشناسی ارشد

بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان