class="no-js">

ديناميك هاي جانبي خودرو: سيستم هاي جانبي تحت توسعه تجاري

ديناميك هاي جانبي خودرو: سيستم هاي جانبي تحت توسعه تجاريReviewed by ديناميك هاي جانبي خودرو: سيستم هاي جانبي تحت توسعه تجاري on Mar 2Rating: 5.0ديناميك هاي جانبي خودرو: سيستم هاي جانبي تحت توسعه تجاريديناميك هاي جانبي خودرو: سيستم هاي جانبي تحت توسعه تجاري

ديناميك هاي جانبي خودرو: سيستم هاي جانبي تحت توسعه تجاري


۱- سيستمهاي جانبي تحت توسعه تجاري

انحراف از جاده سبب بسياري از تصادفات مرگبار در ايالات متحده بوده است و بيش از ۳۹% تصادفات مربوط به سقوط را به خود اختصاص داده است. انجمنهاي ايمني راههاي (NHTSA) را نشان مي دهد كه ساليانه حدود ۱۵۷۵۰۰۰ تصادف بر اثر غفلت رانندگان اتفاق مي افتد كه درصد بزرگي از آنها مي تواند وابسته به تصادف در اثر انحراف از جاده باشد. انحرافات از جاده همچنين بوسيله NHTSA به عنوان دليل مهمي از چپ شدن ماشينهاي مسابقه (SUV ها) و تريلرهاي سبك باشد. (http://www.nhtsa.gov)

سه نوع از سيستمهاي جانبي در صنعت اتومبيل سازي ايجاد شده كه حوادث انحراف از جاده را مورد هدف قرار داده است: سيستمهاي آلارم انحراف از جاده (LDWS) ، سيستمهاي نگه دارنده مسير (LKS) و سيستم كنترل پايداري انحراف. بخش مهمي از تحقيقات محققان دانشگاهي بر روي اين سيستمها هدايت شده است.

۱-۱ : آلارم انحراف از جاده

يك سيستم آلارم انحراف از جاده (LDW) سيستمي است كه موقعيت خودرو را نسبت به انحراف آنها مانيتور كرده و اگر خودرو خارج از مسير باشد آلارم را فعال مي كند. يك مثال از سيستم LDW تجاري توسعه يافته ، سيستم ‌AutoVue LDW  ساخته شده بوسيله شركت Iteris است كه در شكل ۱ نشان داده شده است.

سيستم LDW بر اساس علائم مسير

شكل۱ سيستم LDW بر اساس علائم مسير

AutoVue يك وسيله كوچك شامل دوربين، كامپيوتر و يك نرم افزار كه به شيشه محافظ داشبورد و يا سقف متصل شده است. سيستم براي تعيين اختلاف بين جاده و علائم مسير برنامه ريزي شده است. دوربين واحد علائم مسير آشكار را دنبال كرده و اطلاعاتي را براي كامپيوتر فراهم مي كند كه اين داده ها را با سرعت خودرو تركيب مي كند.

با استفاده از نرم افزار تشخيص تصوير و الگوريتم هاي مخصوص به آن ، كامپيوتر مي تواند زماني كه يك خودرو به سمت مسير نامشخص تغيير كند را پيش بيني كند. زمانيكه اين اتفاق مي افتد ، واحد به طور خودكار يك صداي شناخته شده رايج را پخش مي كند و به راننده براي اصلاح موقعيت خودرو هشدار  مي دهد.

AutoVue زمانيكه هم در روز و هم در شب و در اغلب شرايط آب و هوايي كه علائم مسير مشخص هستند به طور مناسبي كاركرد به اطلاع عموم رسانده مي شود. با استفاده ساده از يك سيگنال ساده به سيستم نشان مي دهد كه متوجه انحراف از مسير شده و  آلارم قطع مي شود.

سيستم آلارم انحراف از جاده بوسيله Iteris ساخته شده كه امروزه بر روي كاميونهاي ساخته شده بوسيله Mercedes و Freightliner مورد استفاده قرار مي گيرد. رقيب اصلي Iteris شركت Assistware است كه موقعيتهايي را در زمينه كاميونهاي سنگين به دست آورده است.

سيستم SafeTrac آنها در حال حاضر يك گزينه كارخانه اي است كه بر روي كاميون هاي Kenworth بوده و به راحتي به طور مستقيم خريد و فروش مي شود. (http:Nwww.assistware.com)

۲-۱ :  سيستم هاي نگه دارنده مسير

سيستم نگه دارنده مسير به طور خودكار فرمان را كنترل مي كند كه خودرو را در مسير خودش نگه دارد و نيز مسير را در نزديك منحني آن ادامه مي دهد. در ده سال گذشته چندين گروه تحقيقاتي در دانشگاهها گسترش يافته اند و سيستمهاي نگه دارنده مسير را ارائه مي كند. محققان در كاليفرنيا سيستم دنبال كننده مسير PATH را معرفي كردند كه بر پايه استفاده از يك آهنرباي استوانه اي قرار داده شده در يك سطح معين در مركز بزرگراه كار مي كند.

ميدان مغناطيسي از آهنرباهاي دائمي جاسازي شده براي اندازه گيري موقعيت جانبي خودرو استفاده شده بود .( ۱۹۹۶ Guldner,  et.  al.,  ) گروههاي تحقيقاتي در بركلي (Taylor, et, al., 1999) و در Carnegie Mellon  (۱۹۹۸ Thrope et, al.,) سيستمهاي اندازه گيري موقعيت جانبي را با استفاده از دوربين ها گسترش داده بودند و سيستمهاي كنترلي جانبي با استفاده از تصوير بر پايه اندازه گيري ارائه كرده بودند

.محققان در دانشگاه Minnesota آلارم انحراف از مسير و سيستم نگه دارنده مسير را با استفاده از GPS تفاضلي براي انندازه گيري هاي موقعيت جانبي بسط داده اند . (۱۹۹۷Donath, et. al.,)

اين سيستمها با چندين سازنده فعال شامل نيسان نيز گسترش يافته اند. سيستم نگه دارنده مسير lks كه اخيرا بر روي مدل Cima از كارخانه نيسان قرار داده شده بود يك فرمان موازي با راننده را پيشنهاد مي كند. (http://ivsource.ne) جستجوي توازني بين پيچيدگي سيستم و مسئوليت راننده در موقعيتهاي خسته كننده يكنواخت هدف گذاري شده است. اين سيستم تنها بر روي مسيرهاي مستقيم (با كمترين زاويه تعريف مي شود) و بالاتر از يك حداقل سرعت قابل استفاده است. فرض شركت نيسان اين است كه راننده بعد از ساعنهاي طولاني رانندگي در جاده احساس خستگي مي كند در حاليكه به طور ثابت فرمان خودرو را در مسير نگه مي دارد.

سيستم LKS قصد دارد كه چنين خستگيهايي را با بهبود پايداري بر روي جاده هاي مستقيم كاهش دهد. اما راننده بايد در نظر داشته باشد كه در يك سيستم فرمان فعالانه خودرو LKS به تدريج ميزان وقت را كاهش مي دهد. نتيجه عملي اين است كه شما نمي توانيد بدون توجه باشيد و انتظار داشته باشد كه ماشين براي شما رانندگي كند. استدلال نيسان اسن است كه اين ديدگاه باعث ايجاد  يك بالانس مشكل بين فراهم كردن دقت راننده مي شود در حاليكه مسئوليت راننده حفظ شود. نيروي كم فرمان اضافه شده بوسيله سيستم كنترل به طور كافي قادر نخواهد بود كه در مانورهاي راننده تداخل ايجاد كند.

اين سيستم از يك دوربين CCD براي تصديق مرزبندي مسير، يك سيستم فرمان فعال براي فرمان دادن به چرخهاي جلو و يك واحد كنترل الكترونيكي استفاده مي كند. دوربين جغرافياي جاده و موقعيت خودرو در مسير را تخمين مي زند.

بر اساس اين اطلاعات همزمان با سرعت وسيله و زاويه چرخ فرمان، واحد كنترلي گشتاور مورد نياز براي ماندن در مسير را محاسبه مي كند.

نيسان همچنين سيستم LDW را گسترش داده و آنرا با نام سيستم پرهيز از انحراف مسير (LDA)  نامگذاري كرده است. (http://ivsource.net). سيستم LDA كمك مي كند تصادفات جاده اي ناشي از تاخير در تغيير مسير توسط راننده با فراهم كردن آلارم و لرزش فرمان خودرو كاهش يابد.

LDA نيسان يك ضربه جانبي براي راننده توليد مي كند و اگر خودرو در حال خارج شدن از مسير باشد به طور خودكار با يك ضربه اداره مي شود. اما بر عكس يك كمك خلبان سيستم نمي تواند وظيفه اداره كردن را با فيدبكي كه با حس لامسه از فرمان اتومبيل مي گيرد ادامه دهد ولي راننده گوش به زنگ به كار انداختن سيستم شده و انتظار مي رود كه  مجددا يك كنترل ايمن توسط شخص ايجاد شود. كمك فرمان خودكار به طور يكواختي در بازه چندين ثانيه اي كاهش مي يابد.

بنابراين يك حادثه انحراف از جاده هنوز ممكن است ولي احتمالش كم است مگر اينكه راننده به طور جدي ناتوان و بدون نيرو شده باشد.LDA با استفاده از همان تجهيزات پايه اي LKS كامل شده است: يك دوربين، يك محرك فرمان ، يك واحد كنترل الكترونيكي و يك زنگ اخبار و يا ساير وسايل هشدار.

۳-۱ :  سيستم هاي كنترل پايداري انحراف

سيتمهاي كنترل پايداري خودرو كه از چپ شدن جلوگيري مي كند توسعه يافته است و اخيرا با چند سازنده ماشين تجاري شده است. چنين سيستمهاي كنترل پايداري تغلب به عنوان سيستمهاي كنترل انحراف يا سيستمهاي كنترل پايداري الكترونيكي به كار گرفته مي شود. شكل ۲٫۲ به طور شماتيك تابع سيستم كنترل را نشان مي دهد.

در اين شكل منحني پايين تر مسيري را نشان مي دهد كه خودرو با دريافت فرمان از راننده ادامه خواهد داد كه اگر جاده خشك بوده و ضريب اصطكاك بين جاده و لاستيك بالا باشد.  در اين حالت ضريب اصطكاك بالا قادر به فراهم كردن نيروي جانبي مورد نياز خودرو براي طي كردن جاده منحني وار مي باشد.

اگر ضريب اصطكاك كوچك باشد و يا  اگر سرعت خودرو بسيار بالا باشد آنگاه ممكن است خودرو قادر به ادامه دادن حركت عادي مورد نياز توسط راننده نبوده و بجاي آن بر روي مسير با شعاع بزرگتر (انحناي كمتر) همانگونه كه در منحني بالايي از شكل ۲نشان داده شده است حركت كند.

تابع سيستم كنترل جانبي سرعت جانبي خودرو را تا حد امكان به حركت عادي مورد انتظار راننده ترميم مي كند. اگر ضريب اصطكاك خيلي كوچك باشد ممكن است به طور كامل امكان اين وجود نداشته باشد كه به يك نرخ جنبش نرمال جانبي رسيد كه مورد انتظار راننده مانند سطوح با ضريب اصطكاك بالا باشد.

در اين حالت سيستم كنترل جانبي براي ساختن نرخ انحراف خودرو نزديك به مقدار نرمال مورد انتظار انحراف كمتر موفق خواهد بود. همانگونه كه در منحني وسطي شكل ۲ نشان داده شده است.

كاركردهاي يك سيستم كنترل انحراف

شكل ۲٫ كاركردهاي يك سيستم كنترل انحراف

اغلب شركتها را رابطه با سيستمهاي كنترل انحراف تحقيق كرده و آنرا در طول ده سال گذشته با شبيه سازي هاي دقيق و نمونه هاي آزمايشي خودرو ها بسط داده اند. برخي از اين سيستمهاي كنترل جانبي بر روي خودروهاي توليدي تجاري شده است مانند : ۳BMW DSC (1998Leffler, et. al ) و Mercedes ESP كه در سال ۱۹۹۵ توليد شده است ، سيستم Cadillac Stabilitrak  (۱۹۹۶Jost,) توليد شده در سال ۱۹۹۶ و سيستم جابجايي فعال ۵Chevrolet  C در سال ۱۹۹۷ (۱۹۹۸Hoffman, et.al.,).

سه نوع از سيستمهاي كنترل پايداري در اينجا براي كنترل انحراف پيشنهاد شده و توسعه داده شده است :

  • سيمتهاي ترمز تفاضلي كه از سيستم ترمز ABS براي خودرو استفاده مي كنند ، ترمز تفاضلي را بين چرخهاي چپ و راست براي كنترل زمان انحراف به كار مي برند.
  • سيستمهاي فرمان با سيم كه زاويه ورودي فرمان ماشين را مشخص كرده و يك زاويه فرمان صحيح را به چرخها اضافه مي كند .
  • سيستمهاي توزيع گشتاور فعال كه از تفاضل هاي فعال استفاده مي كند و تكنولوژي هدايت تمام چرخها به كنترل توزيع گشتاور به هر چرخ وابسته نيست و بنابراين كنترل فعالي براي هم كشش و هم زمان انحراف فراهم مي كند.

مضاف بر اينها سيستمهاي ترمز تفاضلي بيشتر مورد توجه محققان هستند و روي چندين مورد از محصولات خودرو اجرا شده اند.  سيستمهاي فرمان با سيم مورد توجه محققان در حال تحصيل مي باشد.

(۱۹۹۴Ackermann,1997 , Ackermann, ). سيستمهاي توزيع گشتاور فعال اخيرا مورد توجه قرار گرفته اند و احتمالا روي ماشين هاي توليد شده در آينده در دسترس خواهند بود.

بيستر تمركز مطالب پوشش داده شده در اين كتاب در مورد سيستمهاي ترمز تفاضلي مي باشد. آنها در بخش ۸٫۲ بحث مي شوند. سيستمهاي فرمان با سيم در بخش ۸٫۳ و سيستمهاي توزيع گشتاور فعال در بخش ۸٫۴ بحث مي شوند.


مراجع

Ackerman, J., “Robust control prevent car skidding, ”  IEEE Control Systems Magazine, Vol. 17, No. 3, June 1997,  pp. 23-31.

Donath, M., Morellas, V., Morris, T. and Alexander, L., “Preview based control of a  tractor trailer using  DGPS for  preventing  road  departure accidents”, Proceedings  of  the  IEEE Conference  on  Intelligent Transportation Systems, ITSC’97,  Boston, MA, November 1997.

Guldner,  J.,  Tan,  H.4.  and Patwardhan,  S.,  “Analysis of automatic steering control for highway vehicle with look-down lateral reference systems”,  Vehicle System Dynamics, vol. 26, no. 4, pp.243-269, 1996..

Hoffman, D. and Rizzo, M., “Chevrolet  C5 Corvette vehicle dynamic control system,” SAE Technical Paper Series,  SAE-980233, 1998.

Jost, K., “Cadillac stability enhancement,” Automotive Engineering, October, 1996.

Kiencke, U.  and Nielsen, L., Automotive Control Systems for Engine, Driveline and  Vehicle, SAE International, ISBN 0-7680-0505-1,2000.

Leffler, H., Auffhammer, R., Heyken, R. and Roth, H., “New  driving stability control system with reduced technical effort  for  compact  and  medium class passenger cars,”  SAE Technical Paper Series,  SAE-980234, 1998.

Meriam, J.L.  and  Kraige, L.G., “Engineering Mechanics: Dynamics”, Fifth  Edition,  John Wiley & Sons, Inc., New York, ISBN 047126606X, 2003.

Peng,  H. and  Tomizuka,  M.,  “Preview control for vehicle lateral  guidance  in  highway automation,”  Journal  of Dynamic  Systems Measurement  &  Control-Transactions  of  the Asme, Vol. 115, No. 4, pp. 679-686, Dec 1993.

Rajamani, R., Tan, H.S., Law, B. and Zhang, W.B., “Demonstration  of  integrated lateral and longitudinal control for the operation of automated vehicles  in  platoons,”  IEEE Transactions  on Control Systems Technology, Vol. 8, No. 4, pp. 695-708, July 2000.

  1. Rajamani, C.Zhu and L. Alexander  (۲۰۰۳), “Lateral control of  a backward driven front- steering vehicle”, Control Engineering Practice,  Vol. 1  I, No. 5, pp. 531-540, 2003.

Sasipalli, V.S.R., Sasipalli, G.S. and Harada, K., “Single spiral  in highway design and bounds for their scaling,”  IEICE  Transactions on  Information  and  Systems, Vol. E80-D, No. 11,November  ۱۹۹۷٫

Taylor, C.J., Kosecka, J., Blasi, R. and Malik, J., “A  comparative study of vision-based lateral control strategies  for  autonomous highway driving,”  ,  International Journal  of Robotics Research, Vol. 18, No. 5, pp. 442-453, May 1999.

Thorpe, C.E., Hebert, M., Kanade, T. and Shafer, S.,  “Vision  and navigation for the Carnegie- Mellon Navlab,  ”  IEEE Transactions  on Pattern Analysis  and Machine Intelligence, Vol. 10, No. 3, pp. 362-373, May 1998.

Wang, D. and Qi, F., “Trajectory planning for a four wheel steering vehicle,” Proceedings  of the 2001 IEEE International Conference  on Robotics and Automation, Seoul, Korea, May 21-26,2001..

مطالب مرتبط

1 نظر

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *