مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

طراحی مدل راننده پیش‌بین و عصبی- عضلانی با بازخورد گشتاور به‌منظور شبیه‌سازی خودروهای هوشمند مجهز به سیستم فرمان با سیم

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
1 باشگاه پژوهشگران جوان و نخبگان، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران
2 دانشکده مهندسی صنایع و مکانیک، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران
3 دانشکده مهندسی برق، پزشکی و مکاترونیک، واحد قزوین، دانشگاه آزاد اسلامی، قزوین، ایران
چکیده
بازخورد گشتاور فرمان خودرو یا احساسی که راننده از فرمان دریافت می‌کند، یکی از جوانب کیفیت فرمان‌پذیری خودرو است که به‌صورت گسترده‌ای در دهه‌های اخیر مورد بررسی قرار گرفته است. در این مقاله به طراحی مدل راننده برای حس‌کردن بازخورد گشتاور یا تعامل هپتیکی بین خودروی مجهز به فرمان با سیم و راننده پرداخته شده است. مدل راننده دارای دو قسمت مدل پیش‌بین و عصبی- عضلانی است. مدل راننده پیش‌بین با دریافت بازخورد فاصله جانبی خودرو از جاده، میزان زاویه غربیلک فرمان مطلوب را برای تعقیب مسیر محاسبه می‌کند و مدل راننده عصبی- عضلانی که قابلیت دریافت بازخورد گشتاور در هر لحظه را دارد، زاویه غربیلک فرمان واقعی خودرو را برای تعقیب مقدار مطلوب آن بر اساس توابع تبدیل سیستم عضلانی تعیین می‌نماید. محاسبه گشتاورهای وارد بر فرمان، نیازمند تخمین نیروهای وارد بر تایر از طرف جاده است. از آنجا که محاسبه نیروهای وارد بر تایر توسط جاده به‌خصوص در دینامیک جانبی خودرو به‌صورت مستقیم بسیار مشکل است، به طراحی تخمینگر مناسبی برای تخمین این نیروها پرداخته شده است. نتایج شبیه‌سازی با استفاده از نرم‌افزارهای کارسیم و سیمولینک نشان می‌دهد که عملکرد مدل راننده با بازخورد گشتاور نسبت به مدل راننده بدون بازخورد گشتاور ۶۳% بهبود یافته است. بنابراین مدل راننده طراحی‌شده به‌همراه بازخورد گشتاور، نقش مهمی در کنترل و فرمان‌پذیری خودرو در انجام مانورهای تغییر لاین مجدد دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

A Preview and Neuromuscular Driver Model Design with Torque Feedback for Simulating Intelligent Vehicles Equipped with Steer-by-Wire System

نویسندگان English

A. Gholami 1
M. Majidi 2
S. Raeisdana 3
V. Tavoosi 1
1 Young Researchers & Elite Club, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran
2 Industrial & Mechanical Engineering Faculty, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran
3 Electrical, Biomedical & Mechatronics Engineering, Qazvin Branch, Islamic Azad University, Qazvin, Iran
چکیده English

The torque feedback of the vehicle's steering wheel or driver perception of the steering wheel is one of the aspects of steering quality that has been investigated extensively in recent decades. In this paper, the driver model for sensing torque feedback or haptic interaction between the vehicle equipped with a steer-by-wire system (SWB) and the driver has been designed. The driver model consists of a preview model and a neuromuscular model. The preview driver model calculates the desired angle of the steering wheel to follow the path, and the neuromuscular driver model that can perceive real-time torque feedback determines the real angle of the steering wheel according to muscular system transfer functions to follow its desired angle. Calculating of torques on the steering wheel requires estimation of the tire-road forces. Whereas directly calculating the tire-road forces is too difficult, particularly in the lateral vehicle dynamics, suitable estimator to estimate these forces designed. The simulation results using the Carsim and Simulink software indicate that the driver model performance improved 63 % when torque feedback is enabled. So the designed driver model with torque feedback has an important role in controlling and vehicle steering in conducting double lane-change maneuvers.

کلیدواژه‌ها English

Neuromuscular Driver Model
Torque Feedback
Steer-by-Wire
Estimator
Haptic
Kern TA. Engineering haptic devices, A beginner's guide for engineers. Berlin: Springer Science & Business Media; 2009. [Link] [DOI:10.1007/978-3-540-88248-0]
Bi L, Wang M, Wang C, Liu Y. Development of a driver lateral control model by integrating neuromuscular dynamics into the queuing network-based driver model. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2015;16(5):2479-2486. [Link] [DOI:10.1109/TITS.2015.2409115]
Beal CE, Gerdes JC. Model predictive control for vehicle stabilization at the limits of handling. IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2013;21(4):1258‐1269. [Link] [DOI:10.1109/TCST.2012.2200826]
Shen H, Tan Y, Mao J. A driver model for dynamic evaluation of the EPS assistant characteristics. Journal of Applied Sciences. 2013;13(9):1455-1460. [Link] [DOI:10.3923/jas.2013.1455.1460]
Zhang C, Chen Q, Qiu J. Robust ℋ∞ filtering for vehicle sideslip angle estimation with sampled-data measurements. Transactions of the Institute of Measurement and Control. 2017;39(7):1059-1070. [Link] [DOI:10.1177/0142331215627001]
Fahami SMH, Zamzuri H, Mazlan SA. Development of estimation force feedback torque control algorithm for driver steering feel in vehicle steer by wire system: Hardware in the loop. International Journal of Vehicular Technology. 2015;2015: Article ID 314597. [Link] [DOI:10.1155/2015/314597]
Saleh L, Chevrel P, Claveau F, Lafay JF, Mars F. Shared steering control between a driver and an automation: Stability in the presence of driver behavior uncertainty. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2013;14(2):974-983. [Link] [DOI:10.1109/TITS.2013.2248363]
Yih P, Gerdes JC. Modification of vehicle handling characteristics via steer-by-wire. IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2005;13(6):965-976. [Link] [DOI:10.1109/TCST.2005.854320]
Shirazi MM, Rad AB. Detection of intoxicated drivers using online system identification of steering behavior. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2014;15(4):1738-1747. [Link] [DOI:10.1109/TITS.2014.2307891]
Balachandran A, Gerdes JC. Designing steering feel for steer-by-wire vehicles using objective measures. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 2015;20(1):373-383. [Link] [DOI:10.1109/TMECH.2014.2324593]
Dixon JC. Suspension geometry and computation. Hoboken: John Wiley & Sons; 2009. [Link] [DOI:10.1002/9780470682906]
Li W, Jia Y. H-infinity filtering for a class of nonlinear discrete-time systems based on unscented transform. Signal Processing. 2010;90(12):3301-3307. [Link] [DOI:10.1016/j.sigpro.2010.05.023]
Cole D. Steering feedback. ATZautotechnology. 2008;8(11-12):52-56. [Link]
Abe M. Vehicle handling dynamics, Theory and application. Oxford: Butterworth-Heinemann; 2015. [Link] [DOI:10.1016/B978-0-08-100390-9.00011-7]
Pick AJ, Cole DJ. A mathematical model of driver steering control including neuromuscular dynamics. Journal of Dynamic Systems. Measurement, and Control. 2008;130(3):031004. [Link] [DOI:10.1115/1.2837452]
Kearney RE, Stein RB, Parameswaran L. Identification of intrinsic and reflex contributions to human ankle stiffness dynamics. IEEE transactions on Biomedical Engineering. 1997;44(6):493-504. [Link] [DOI:10.1109/10.581944]