بخشی از مقاله
چکیده
معقوله ی خودکار کردن سیستمهای مختلف یکی از دغدغههای مهندسین میباشد و از طرفی طراحی این سیستمها با توجه به نیازمندی به دانش هوش مصنوعی و پیشبینی رفتاری شبیه به رفتار انسان، کاری پیچیده در مهندسی است. همچنین خودکار کردن خودروها برای حرکت در اتوبانها یکی از مسائل مهم مهندسی خودرو محسوب میشود. هدف مقاله حاضر طراحی کنترلر تطبیقی برای پیروی از مسیر جاده در شرایط مختلف جاده میباشد. در این مقاله ابتدا با استفاده از مدل دو درجه آزادی دوچرخه خودروو کنترلر PID تابع تبدیل حلقه بستهای که بتواند ورودی مرجع را تعقیب کند،بدست آمده است.
سپس با استفاده از تعریف یک تابع تبدیل درجه دو و تعیین ضرایب آن بر اساس بهینه کردن خطای بین خروجی تابع تبدیل حلقه بسته و تابع تبدیل درجه دو مذکور، تابع تبدیل مرجع بدست آمده است. با استفاده از تابع تبدیل بدست آمده و همچنین تخمینگر RLSیا حداقل مربعات بازگشتی کنترلرPID تطبیقی طراحی شده است. نتایج حاصل از کنترلر تطبیقی طراحی شده نتایج تعقیب مطلوبی از جاده را نمایش میدهد. همچنین این کنترلر قادر به تطبیق بر اساس شرایط مختلف محیطی و نامعینیهای جاده میباشد.
1. مقدمه
تلفات نیروی انسانی بدترین پیامد سوانح جادهای میباشد که در این بین خستگی و خوابآلودگی رانندگان حرفه، از جمله رانندگان اتوبوسها، عواقب بسیار بدی را به همراه دارد. با توجه به گزارش پایگاه تحلیلی صنعت حمل و نقل - تین نیوز - از پایگاه خبری وزارت راه و شهرسازی، آمار تصادفات فوتی 1279 نفر و تعداد قربانیان 1651 نفر فقط در سه ماه اول سال 1394 میباشد که تعداد کل تصادفات فوتی و جرحی 19449 میباشد. البته آمار جهانی با توجه به وجود جادههای ایمن، پایینتر از آمار کشورمان است.
سامانههای پیشرفته کمکراننده سامانههایی هستند که برای خودکار کردن، سازگاری و ارتقاء سامانههای خودرو برای رانندگی ایمنتر و بهتر توسعه داده شده است. برخی سامانههای موجود برای کمک به راننده شامل سامانه هشدار دهنده خروج از خط که شامل دو نوع سیستم هشدار خروج از خط و سیستم نگهدارنده خودرو بین خطوط و سامانه تشخیص خوابآلودگی که یک سامانه هوشمند است که هنگام خواب آلودگی راننده مانع از تصادفات رانندگی مرگبار میگردد. با توجه به اینکه حدود 20 درصد از تصادفات جادهای مربوط به خستگی هستند و 50 درصد از آنها در جادههای خاص رخ میدهد، سامانه تشخیص خوابآلودگی و به موازی آن وارد عمل شده سیستم هوشمند کمکراننده برای جلوگیری از تصادف یکی از کارهای مهم میباشد.[1]
آقای تربیاولبنو و همکارش [2] در مقالهای کنترل سرعت را مورد بحث قرار داده است. در این پژوهش برای اطمینان از همگرایی از تابع کاندیدای لیاپانوف برای ساخت کنترلر انطباقی استفاده شده است. در مرجع [3] از یک سیستم بینایی تک چشمی برای بدست آوردن فاصله بین خودروی مورد بررسی با خودروی پیشین در جاده استفاده شده است.
کل سیستم به عنوان یک کروس کنترل تطبیقی که بر پایه منطق فازی که از استراتژیهای رانندگی استفاده میکند تشکیل شده است. نتایج حاصل از آزمایش نشان-دهنده این است که این کنترلر قابل تطبیق برای همه سرعتها و همه انتخابهای فواصل امن بین دو خودرو مناسب است. آقای بجی و همکارش [4] در مقالهای با استفاده از روش کنترل تطبیقی و بر اساس پایداری لیاپانوف به طراحی کنترل جهت هدایت خودکار خودرو پرداختهاند. مرجع [5] به ارائه مدل ریاضی و کنترلر تطبیقی برای مانور سبقت پرداخته است.
به روز شدن قانون کنترلر برای سبقت خودکار خودرو در طراحی کنترلر این پژوهش، امکان ردیابی از مسیر مطلوب را در سرعتهای ناشناخته سبقت خودرو، فراهم نموده است. در مرجع [6] با بهره از کنترل مسیر دینامیکی خودرو روی زمین لغزنده به بررسی روبات کوچک چهار چرخ و دو فرمان پرداخته شده است. مدل سینماتیکی ارائه شده در این مقاله با در نظر گرفتن لغزش زمین گسترش یافته است که این مدل دوچرخه با مدل پویا که چهار چرخ را در نظر میگیرد تکمیل شده است. بر اساس مدل ارائه شده، کنترلر تطبیقی و پیشگویانه برای ردیابی مسیر بر اساس زوایای چرخ جلو و عقب گسترش یافته است.
مانور تعویض خط اتوماتیک به عنوان مانور اساسی در طراحی خودروهای بدون سرنشین محسوب میبشود. از مانور تعویض خط اتوماتیک میتوان برای سیستمهای کمک راننده در حالت اضطرار بهره جست. سیستم تعویض خط اضطراری با تشخیص خواب-آلودگی راننده و سیستم کنترلی موجود، اقدام به تغییر خط ضروری میکند. الگوریتم تغییر خط و ملزومات مورد نیاز برای تغییر خط در نمودار شماتیکی شکل - 1 - نمایش داده شده است.
با توجه به شکل - 1 - اولین مرحله تشخیص خوابآلودگی راننده میباشد، مرحله بعدی تصمیمگیری است، یعنی اینکه سیستم هوشمند در کدام مسیر ایمن با توجه به شرایط خودروهای موجود در محیط باید اقدام به تغییر خط نماید. این تصمیمگیری بر پایه دادههای سنسورها و رادارهای نصب شده روی خودرو انجام میگیرد. تعیین مسیر ایمن و مطلوب که به عنوان ورودی سیستم کنترلی است و با استفاده از متدهای مختلف بدست میآید اقدام بعدی است. در نهایت مرحله آخر،تعقیب مسیر بر اساس کنترلر طراحی شده برای خودرو جهت حرکت در مسیر طراحی شده است.
در این مقاله پس از بدست آوردن تابع تبدیل مرجع و با استفاده از تخمینگر RLS به طراحی کنترل PID تطبیقی پرداخته شده است. در این مقاله از مدل دو درجه آزادی خودرو که شامل نرخ چرخش خودرو - yaw rate - و زاویه لغزش جانبی - sideslip - میباشد. ضرایب کنترلر طراحی شده در این مقاله بر اساس زمان تغییر میکند و قادر است با شرایط محیطی در زمانهای مختلف تطبیق یابد.
2. مدلسازی
مدل استفاده شده در این مقاله، مدل دو درجه آزادی دوچرخه خودرو میباشد . درجات آزادی مدل استفاده شده شامل نرخ چرخش خودرو - r - و زاویه لغزش - β - است. شکل - 2 - مدل استفاده شده در این مقاله را نمایش میدهد. که در این روابط ضرایب A تا F ضرایبی وابسته به پارامترهای سیستم و جاده میباشند. جدول - 1 - این ضرایب و جدول - 2 - پارامترهای خودرو مورد بررسی را نمایش میدهد .
