Yanal performansı artırmak için çekici – treyler ağır vasıtalarının aktif yönlendirme kontrolü

Abstract

Çekici – treyler ağır vasıtaları daha az yakıt tüketmesi ve sürücü maliyetlerinin daha az olması nedeniyle günümüzde yaygın bir biçimde kullanılmaktadır. Tasarımın zayıf yapıldığı çok üniteli taşıtlarda, sürüş kararsızlığı ve devrilme problemleri ile karşılaşılabilmektedir. Yüksek hızlarda, çekici – treyler ağır vasıtaları üç temel nedenden ötürü kararlılığını yitirebilmektedir: treyler dönüşü, treylerin çekici üzerine katlanması ve devrilme. Bu tip problemlerin önüne geçmek, taşıtın performansının artırmak ve kararlılığını sağlamak için, kontrol sistemleri önemli bir rol oynamaktadır. Aktif yönlendirme kontrolü için üç kontrol metodu uygulanmıştır. Bunlar PID, LQR ve MPC kontrol yaklaşımlarıdır. Bu tezde önerilen kontrol sistemlerinin test edilmesi için, altı farklı senaryo üzerinde çalışmalar yürütülmüştür. Birim basamak ve sinüs şeklinde direksiyon girişi çok üniteli taşıt kombinasyonuna uygulanmıştır. Çekici ve treyler kütlelerindeki belirsizlikler dikkate alınmıştır. Belirsizliklerin dikkate alınmasındaki amaç kontrol sistemlerinin daha gerçekçi koşullarda test edilmesini sağlamak ve savrulma açısal hızı kontrolüne belirsizliklerin etkisinin incelenmesidir. Ayrıca, bazı senaryolarda bozucunun ve eyleyici kısıtlarının kontrol sistemi performansına etkisi irdelenmiştir. Geriye doğru savrulma açısal hızı yükseltimi, çekici – treyler ağır vasıtalarının yanal performansının iyi bir göstergesidir. Önerilen kontrol sistemleri, geriye doğru savrulma açısal hızı yükseltimini azaltacak ve treyler dönüşü ile treyler devrilmesini önlemek için yanal ivmeyi sınırlandıracak şekilde tasarlanmıştır. Tüm benzetim sonuçları kontrol girişleri, savrulma açısal hızı, yanal ivme, yana kayma açısı, basamak cevap karakteristikleri, takip edilen yörüngeler ve geriye doğru savrulma açısal hızı yükseltimi açısından birbirleriyle karşılaştırılmıştır.

Articulated heavy vehicles (AHVs) are used widely nowadays, because of lower fuel consumption and driver cost, so poorly designed multiple unit vehicles could suffer from handling instability and rollover problem as well. At high speeds, articulated heavy vehicles are concerned about losing stability in three ways: trailer swing, jack knifing and rollover. To improve the vehicle performance and achieve better stability and avoid these kinds of problems, control systems play a significant role. Three controller approaches are applied for active steering control: PID, LQR and MPC methods. Sixth different scenarios are performed in this thesis to test the proposed control system. Step and sinusoidal steering inputs are applied to the multiple unit vehicle combination. The uncertainties of the truck and trailer masses are taken into consideration. The aim of taking uncertainties into account is to test controllers in more realistic situation and investigate the effect of uncertainties on the yaw rate controller. Also, the disturbance and the actuator constraint effects on control system performance are examined in some scenarios. The yaw rate rearward amplification is a good indicator of the lateral performance of the articulated heavy vehicles. Proposed control systems are designed to reduce the yaw rate rearward amplification, and bound the lateral acceleration to avoid trailer swing and rollover. All the simulation results are compared to each other in terms of control inputs, yaw rate, lateral acceleration, side slip angle, step response characteristics, followed trajectories, and yaw rate rearward amplification.