بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، سیستم تشخیص و جداسازی عیب بر خودرو که مجهز به کنترل کننده راحتی سرنشین میباشد، مورد بررسی قرار گرفته است. این خودرو به سیستم پیشرفته کمک راننده مجهز است که دادههای مورد نیاز سنسورها را فراهم میکند. از آنجاییکه این سنسورها بسیار حساس به عیوب هستند، تشخیص عیب در سیستم-های کنترل فعال ایمنی خودرو بسیار حائز اهمیت میباشد. اگر یک عیبی در سنسورهای خودرو وجود داشته باشد مقدار خروجی کنترلر و مقداری که میبایست داشته باشد، متفاوت میشود. بنابراین، کنترل کننده نمیتواند مقدار ایدهآل خود را دنبال کند. سیستم تشخیص عیب شامل سه قسمت است:
قسمت شناسایی عیب، قسمت تصمیمگیری و قسمت مدیریت عیب. قسمت تشخیص عیب از روش طرح مشاهدهگر عمومی استفاده میکند . در این روش، بانکی از فیلترهای کالمن آنسنتد که ورودی، خروجی اندازهگیری شده همه سنسورها به غیر از یکی است، استفاده میشود. باقیمانده ایجاد شده از اختلاف مقادیر تخمینی فیلتر کالمن و مقادیر اندازهگیری شده سنسورها، به همه حالات همراه با سنسور معیوب جز حالت بدون سنسور معیوب، حساس میباشد.
با مقایسه باقیمانده هر مشاهدهگر با دیگر مشاهدهگرها، تشخیص یک عیب و همچنین تشخیص سنسور معیوب امکانپذیر میشود. از دادههای بخش جداسازی در بخش مدیریت عیب استفاده میشود. در کنترل فعال پایداری خودرو، یک کنترلر لغزشی جهت بهبود راحتی سرنشینان با استفاده از عملگر فعال طرحریزی شده است. به منظور ارزیابی سیستم تشخیص عیب طراحی شده، یک مدل فرمان پذیری خودرو کامل با هفت درجه آزادی بهکار گرفته شده است. شبیهسازیهای عددی مانور ورودی جاده سینوس، نشانگر کارایی بالای سیستم تشخیص عیب طراحیشده در بهبود راحتی سرنشینان خودرو میباشد.
-1 مقدمه
تشخیص و جداسازی عیب در سیستمهای کنترل فعال راحتی سرنشین خودرو بسیار حائز اهمیت است. زیرا با وجود عیب در یکی از سنسورها به عنوان مثال در سنسور جابجایی تعلیق که توسط سنسورهای موجود در عملگر خودرو اندازهگیری میشود، باعث میگردد سیستم کنترل راحتی سرنشین1 که از دادههای سنسورها جهت تعیین ورودی کنترلی استفاده مینماید، به اشتباه میزان ولتاژ لازم را به عملگر اعمال نماید؛ در نتیجه باعث تغییرات در جابجایی خودرو و از بین رفتن راحتی سرنشینان میشود؛ حتی در بعضی مواقع با تغییر نیروی موثر تایر با سطح جاده، باعث بروز حوادث جبران ناپذیری میشود.
یک سنسور، زمانی که از مقدار مشخصه خود انحراف قابل توجهای داشته باشد، معیوب است. سیستم تشخیص و جداسازی عیب1، شامل فرآیند تشخیص عیب2 و جداسازی عیب3 میباشد. هدف از تشخیص عیب، تشخیص وجود یا عدم وجود بعضی از عیبها در سیستم و هدف از جداسازی عیب، مشخص کردن دقیق مکان و میزان عیب در سیستم است. در ادامه نیز میتوان از دادههای قسمت جداسازی عیب برای محاسبه دادههای سنسورها بدون عیب استفاده نمود که به تشخیص عیب4 معروف است.
در این بخش تصمیم گیری میشود که در هنگام وقوع عیب از مجموع دادههایی که از قسمت شناسایی عیب وجود دارند کدام یک به عنوان مقدار نزدیکتری به مقدار سنسورها بدون در نظر گرفتن عیب میباشند؛ و آنها به عنوان خروجی سیستم تشخیص و جداسازی عیب تعیین میگردند. در این پژوهش، از روش تشخیص و جداسازی عیب بر پایه مدل خودرو استفاده میشود. در این روش، که در آن بر اساس مقایسه مقدار سنسورها و مقدار بدست آمده از مدل ریاضی سیستم به کمک روشهای عددی، سنسور معیوب تشخیص داده شده و مقدار آن سنسور، بدون عیب میتواند حدس زده شود.
در اوایل سالهای 1990، روشهای بسیاری برای تشخیص عیب ارائه شدند؛ مقالاتی که مرور جامعی بر این روشها ارائه میدهند در مرجع [4 ,3] یافت میشوند. بعد از سالهای 1990 کاربردهای بسیاری برای تشخیص عیب معرفی شد که به سرعت توسعه پیدا کردند. در سیستمهای کنترلی خودرو نیز کاربردهایی متنوعی، بر پایه مدل سیستم ارائه شد، که به خوبی بر مدل خودرو که بدون عدم قطعیتها در سیستم پایدار بودند، اعمال شدند [.5]رَمان مهران5 از یک فیلتر کالمن برای تشخیص عیب به کمک تمامی خروجیهای سیستم و این حقیقت که باقیمانده خروجیهای تقریب زده شده، در صورتی که عیب رخ ندهد، نویز سفید با مقدار متوسط صفر است، استفاده نموده است
کارهای انجام شده در زمینه تشخیص عیب در خودرو بیشتر تمرکز بر فرمانپذیری خودرو داشتهاند و کمتر به راحتی سرنشینان پرداخته شده است؛ مزیت این پژوهش نسبت به کارهای پیشینیان در توجه به مدل راحتی سرنشینان خودرو میباشد. مزیت دیگر این روش در تعداد سنسورهای کمتر مورد نیاز است، با توجه به اینکه دقت تشخیص متغیرهای حالت سیستم، با بهرهگیری از فیلتر کالمن آنسنتد کاهش نیافته است. ادامه مقاله به این شرح خواهد بود. در بخش دوم معادلات دینامیکی مدل یک خودرو با هفت درجه آزادی و یک مدل دو درجه آزادی قلاب آسمانی6 به عنوان مدل مرجع بیان میگردد که برای استخراج معادلات قلاب آسمانی از کارهای آقای هاشمیپور بهرهگرفته شده است
بخش سوم به طراحی یک کنترلر مد لغزشی برای بهبود راحتی سرنشینان خودرو پرداخته است. در بخش چهارم، طراحی یک سیستم تشخیص و جداسازی عیب ارائه شده و در بخش بعد، نتایج شبیهسازی حاصل از اعمال ورودی سینوس جاده به خودرو آمده است. در نهایت، در بخش ششم بحث و نتیجهگیری بیان شده است.
-2 مدلسازی دینامیکی سیستم
در این مطالعه، دو نوع مدل دینامیکی خودرو استفاده میشود: یک مدل غیر خطی 7 درجه آزادی برای شبیه-سازی جابجایی خودرو و یک مدل قلاب آسمانی به عنوان مدل مرجع جهت طراحی کنترلر راحتی سرنشینان خودرو است.
-1-2 مدل دینامیکی هفت درجه آزادی خودرو
درجات آزادی این مدل شامل حرکت دورانی بدنه خودرو حول محورهای طولی و عرضی X و Y، حرک قائم جرم معلق در راستای محور Z و چهار حرکت قائم تعلیقها میباشد. در شکل 1، دو حرکت دورانی و یک حرکت قائم بدنه خودرو مشاهده میشود که به کمک آن، میتوان معادلات - 1 - تا - 3 - را بیان نمود و در این شکل میتوان حرکت قائم تعلیقها را ملاحظه نمود که در استخراج معادله - 4 - برای هر یک از تایرها مورد استفاده قرار گرفته است.
شکل 1 شمای یک خودرو هفت درجه آزادی
در معادلات فوق، a و b فاصله مرکز جرم خودرو تا محور جلو و عقب، d فاصله مرکز جرم تا چرخهای سمت چپ یا راست و h ارتفاع مرکز جرم هستند. ms جرم معلق خودرو و mui جرم غیر معلق خودرو که شامل جرم چرخ و تعلیق است، میباشند. kt سختی تایر، ks سختی تعلیق و Cs میرایی دمپر تعلیق میباشند. Fzi در معادلات فوق، نیروی قائم وارد بر جرم معلق، از طرف تعلیق میباشد که توسط معادلات - 5 - تا - 8 - محاسبه شدهاند.
