بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک سیستم کنترل برای بهبود پایداری و فرمانپذیری خودرو الکتریکی تحت شرایط سخت رانندگی توسعه پیدا کرده است. برای بهبود پایداری خودرو در این شرایط، یک سیستم کنترل پایداری الکترونیکی را با استفاده از سیستم فازی نوع-2 برای حفظ پایداری خودرو طراحی میکنیم که خروجی این سیستم یک گشتاور عرضی اصلاحی برای پایدار کردن خودرو میباشد. این گشتاور توسط ترمزگیری در یک چرخ و شتابگیری در چرخ مقابل آن ایجاد میگردد. در نهایت، چندین مانور راندن خودرو، به منظور بررسی عملکرد سیستم در حفظ پایداری خودرو، توسط نرم افزار متلب شبیه-سازی شده است و نیز مقایسهای بین کنترلر ESC طراحی شده با منطق فازی نوع-1 با کنترلر ESC فازی نوع- 2 انجام میگیرد.
نتایج شبیهسازی نشان میدهد که قانون کنترل و کنترلکننده فازی نوع-2 طراحی شده میتواند پایداری و مانور پذیری خودرو را به طور قابل توجهی حفظ کند و نیز بهبود اندکی نیز نسبت به کنترلر طراحی شده با سیستم فازی نوع-1 دارد. در ادامه نیز یک مقایسه بین سیستم کنترل پایداری الکترونیکی سنتی که فقط از گشتاور ترمزگیری برای پایداری خودرو استفاده میکند و سیستم طراحی شده در این مقاله که هم از گشتاور ترمزگیری و هم شتابگیری بهره میبرد، انجام میشود. و مشاهده میشود که کنترلر طراحی شده در این مقاله باعث کاهش کمتر سرعت خودرو، در ضمن حفظ بهتر پایداری خودرو میگردد.
کلمات کلیدی: سیستم کنترل پایداری الکترونیکی، کنترلر فازی نوع-2، گشتاور Yaw ، زاویه یکور شدن خودرو
.1 مقدمه
خودروهای الکتریکی با موتورهای نصب شده در چرخ ، توجهات جهانی زیادی را نه تنها از نقطه نظر زیست محیطی بلکه از نظر کنترل حرکت خودرو جلب کردهاند. خودروهای الکتریکی امتیازات مثبتی نسبت به خودروهای احتراق داخلی دارند از جمله: - الف - - پاسخ گشتاور موتور الکتریکی دقیق و 10 تا 100 برابر سریعتر از موتورهای احتراق داخلی است که میتواند عملکرد کنترلی را در برخورد با لغزش چرخ و یا پایداری عرضی خودرو بالا ببرد. - ب - - میتوان گشتاور موتور را به آسانی و با مشاهده جریان موتور اندازه گرفت. - پ - - موتور الکتریکی ارزان و کمحجم است و میتوان آن را در هر چرخ تجهیز کرد که این ویژگی باعث عملکرد بالا درکنترل حرکت و پایداری خودرو میشود. - ت - - در موتور الکتریکی اختلافی بین شتابگیری وترمزگیری وجود ندارد و این ویژگی عملکردی بالا در کنترل ترمزگیری ایجاد میکند.
به منظور استفاده وسیع از این خودروها، نسل آینده آنها باید دارای امنیت باشد. استفاده از کنترل پایداری الکترونیکی - ESC - *در خودروهای الکتریکی بسیار حائز اهمیت است. در حقیقت با نصب جعبههای سنگین باطری در این خودروها موقعیت مرکز ثقل خودرو به طور ناخواسته جابجا میشود و این موضوع خودرو را بیشفرمان میکند و این به معنی نیاز جدی این خودروها به سیستمهای پایدار کننده اضافی چون ESC است. اگرچه خودروهای پیشرفتهتر غیر برقی نیز به این سیستم مجهز هستند. ساختار خودروی استفاده شده در این مقاله همانند شکل1 است. یکی از مزایای این ساختار در این است که میتوان گشتاورهای مستقل رانش و ترمزگیری را در هر 4 چرخ به طور مستقل در اختیار داشت. در این ساختار هرکدام از موتورها به طور مستقیم به چرخها متصل شدهاند که این امر موجب حذف سیستم دیفرانسیل خودرو برای انتقال گشتاور میشود.
از زمان معرفی سیستم کنترل ESC در سال 1995 بر روی خودروی Luxury، این سیستم توجه زیادی را در ایجاد امنیت در رانندگی بدست آورد. در نتیجه به عنوان یک واحد استاندارد در بسیاری از خودروها و یا به عنوان یک واحد اختیاری در خودروها قرار گرفت و تخمین زده میشود که تا سال 2029 در 95 درصد خودروها ارائه خواهد شد. این سیستم به وسیله کاهش از دست رفتن کنترل راننده بر خودرو طی مانورهای سخت و اضطراری، به کاهش تصادفات کمک میکند. برای خودروهایی با سیستم رانش مستقل چندین سیستم کنترل ESC با استراژیهای توزیع گشتاور مختلف، توسعه پیدا کرده و نقاط ضعف و قوتشان در مراجع [1- 4] بررسی شده است. حال در این مقاله یک سیستم کنترل ESC برای یک خودرو الکتریکی با گشتاورهای مستقل در هر چرخ ارائه شده است که شامل یک کنترلکننده فازی نوع-2 برای محاسبه گشتاور زاویه انحراف اصلاحی حول محور عمود بر سطح زمین - z - و یک بلوک برای توزیع گشتاور به موتورهای نصب شده در چرخها میباشد.
محبوبیت سیستمهای فازی نوع 2- در طی سالهای اخیر به طور گستردهای افزایش یافته است. اگرچه زمینههای تئوریکی مجموعههای فازی نوع-2 به سال 1975 بر میگردد.[5] در واقع محدودیت منابع محاسباتی کاربرد عملی آن را محدود کرده بود و اکنون با پیشرفت وسیع در قابلیتهای محاسباتی، سیستمهای فازی نوع-2 به طور گسترده در مسائل کنترلی استفاده میشوند. سیستمهای فازی نوع-1 به علت دارا بودن توابع عضویت با درجات تعلق دقیق، توانایی محدودی در کاهش اثر عدم قطعیت در قوانین فازی دارند .در دنیای واقعی، منابع زیادی از عدم قطعیت درمواجهه با سیستم های فازی وجود دارد که عبارت است از - 1 قسمتهای توصیف کننده قوانین فازی دارای عدم قطعیت باشند، یعنی کلمات به کاررفته در قسمت های شرط و نتیجهی قوانین می تواند معانی مختلفی برای افراد مختلف داشته باشد - 2.
نتایج به دست آمده ازگروهی خُبره، اغلب برای قانونی، متفاوت خواهد بود؛ زیرا افرادخُبرهلزوماً در توافق با یکدیگر نیستند. - 3 ممکن است داده های نویزی برای تنظیم پارامترهای یک سیستم فازی استفاده شود. - 4 اندازه گیری هایی که یک سیستم فازی را فعال می کند، نویزی و درنتیجه دارای عدم قطعیت باشند. به این ترتیب، اغلب مقداری عدم قطعیت وابسته به دادهها وجود دارد. پروفسورزاده در سال 1975 مجموعههای فازی نوع 2- را به عنوان توسعهای از مجموعههای فازی معرفی کرد. از آن پس، برای تمایز بین مجموعههای فازی و مجموعههای فازی نوع 2-، به مجموعههای فازی قبلی، به طور معمول مجموعههای فازی نوع-1 میگویند .مجموعههای فازی نوع - 2 دارای درجه عضویتهای فازی میباشند، ازاین رو به آن ها مجموعه های فازی -فازی نیز میگویند که در برخورد با عدم قطعیتها توانایی کاهش اثر و مدل کردن آن ها را دارند.
مجموعه فازی نوع - 2، مجموعهای است که درجات تعلق آن یک مجموعه فازی است. مجموعه فازی نوع-2 در پدیدههایی که تعیین دقیق تابع عضویت مشکل است و عدم قطعیت وجود دارد بسیار مفید است.در حال حاضر ، مجموعه های فازی نوع - 2 به عنوان نظریه ای مهم در محیطهایی با عدم قطعیت بالا توسعه یافته است .از جمله کاربردهای پزشکی که میتوان به پیش پردازش عکسهای رادیوگرافی ، در زمینهی کنترل می توان از کنترل روبات های فوتبالیست، مدل سازی رفتار افراد در یک اتاق هوشمند ، کنترل سیستم ، شناسایی سیستم های غیرخطی و کنترل تناسبی، نام برد.نمای کلی تابع عضویت یک مجموعه فازی نوع-2 در شکل - 2 - نشان داده شده است .تابع عضویت یک مجموعه فازی نوع - 2، سه بعدی است رسم شکل سه بعدی تابع عضویت نوع - 2ساده نیست؛ اما برای داشتن تجسمی از آن کشیدن دامنه دو بعدی که به آن اثر عدم قطعیت * - FOU - تابع عضویت نوع-2 میگویند ، مفید واقع میشود .
اثر عدم قطعیت توسط یک تابع عضویت بالایی - UMF - و یک تابع عضویت پایینی - LMF - محدود شده است.میزان تعلق یک عدد به یک مجموعه فازی نوع-2 به وسیله یک تابع عضویت فازی بیان میشود. یعنی درجه عضویت برای هر عنصر از این مجموعه خود یک مجموعه فازی در محدوده 0]و[1 است برخلاف یک مجموعه فازی نوع-1 که درجه عضویت یک عدد ترد بین 0]و[1 میباشدسیستم های فازی نوع 2- عمومی، مورد استفاده وسیعی قرار نگرفتهاند .دلیل اصلی این امر به قرار زیرمیباشد :اول پیچیدگی مجموعه فازی نوع 2- عمومی، که به موجب آن نتایج عملگرها در محاسبات سیستم فازی نوع - 2 عمومی، دراستنتاج خروجی فازی بسیار پیچیده می شود. دوم روش کاهش مرتبه در سیستم فازی نوع 2- عمومی، که شامل محاسبات مرکز ثقل میشود، حجم انبوه محاسبات ناشی از نظریه فازی نوع 2- را به همراه دارد.به همین منظور در اکثر
