بخشی از مقاله
چکیده
صنعت حمل و نقل کالا در هر کشور نقش موثری را ایفا میکند و به طور عمده وابسته به خودروهای مفصلی میباشد. جابجایی کالا باید تا آنجا که ممکن است مقرون به صرفه باشد. برای رسیدن به سود بیشتر، صنایع تمایل به استفاده از خودروهای مفصلی بزرگتر دارند، که کالاهای بیشتری را در یک زمان انتقال دهند. در این مورد از رانندگان کمتری استفاده شده و سوخت کمتری مصرف میشود.
علارغم این مزایا این خودروها دارای مدهای ناپایداری در سرعت بالا میباشند، که موجب تصادفات و خسارتهای جانی و مالی میشود. بنابراین برای ارتقا عملکرد و کاهش نگرانیها در مورد تأثیر آنها بر ایمنی جادهها، نیاز حیاتی به راه حلهای تخصصی احساس میشود، که عملکرد ایمنی خودروهای طویل را بهبود بخشد و از ناپایداری آنها جلوگیری نماید. مطالعات انجام شده برای بهبود عملکرد جانبی خودروی طویل مفصلی، نیاز به یک سیستم کنترلی که بتواند به صورت پیوسته در مانورها و در سرعت بالا عمل نماید را، نشان میدهد. این سیستم کنترلی پیشنهادی با بکار بردن عملگرهای فرمان امکان پذیر است.
در این پژوهش از کنترل کننده فازی جهت طراحی سیستم کنترلی فرمان فعال استفاده شده است. هدف اصلی سیستم کنترلی، کاهش اختلاف زاویه مفصل بین کشنده و شبه تریلر اول و زاویه مفصل بین شبه تریلر اول و دوم می باشد . برای رسیدن به این هدف، کنترل فرمان فعال چرخهای تریلر پیشنهاد شده است. در این مقاله، میزان زاویه فرمان محور های دو شبه تریلر بر اساس تئوری فازی تعیین میشود. خطای بین زوایای مفصل اول و دوم و نرخ خطای آن به عنوان دو ورودی کنترلکننده فازی ×تعریف ×میشوند.
دو ×خروجی کنترلکننده فازی، زاویه فرمان کنترلی محورهای میانی دو شبه تریلر میباشد و زوایه فرمان محورهای دیگر را می توان بر مبنای زاویه لغزش مساوی محورها تعیین نمود. خودروی بررسی شده در این پژوهش، خودروی مفصلی با دو تریلر میباشد که به طور گسترده برای حمل کالا استفاده میشود.این خودرو از یک کشنده و دو شبه تریلر که با اتصال چرخ پنجم به یکدیگر متصل شده اند، تشکیل شده است.
.1 مقدمه
در مبادلات تجاری، صرفهجویی اقتصادی یکی از اصول مهم است. در انتقال کالا، دو عنصر پرهزینه، نیروی انسانی - بطور ویژه راننده - و سوخت خودرو میباشند. مسلماً هر چه خودرو بزرگتر باشد، بار بیشتری توسط یک راننده جابجا میشود و از طرفی فقط یک سیستم انتقال قدرت بکار گرفته شده و سوخت کمتری مصرف میگردد. بزرگ شدن خودرو به معنای اضافه شدن طول آن است و این مسئله برای خودروهای صلب - غیرمفصلی - محدودیتهای عملکردی بسیاری ایجاد مینماید.
خودروهای سنگین مفصلی1را می توان به دو گروه کلی تقسیم بندی نمود: -1 کشنده و یک تریلر- 22 ترکیب کشنده و چند تریلر.3 در کشور کانادا به ترکیب کشنده با دو تریلر، اگر طول کل خودرو از 25 متر تجاوز کند، خودرو بلند ترکیبی می گویند .[1] همه این خودروها معمولاً در تصادفات شدید بزرگراهها که موجب تلفات جانی و آسیبهای مالی میشوند مقصرند. طراحی سیستمهای کنترلی برای بهبود ایمنی و فرمانپذیری این خودروها ضروری به نظر میرسد. مرکز جرم با ارتفاع زیاد و پیکربندی پیچیده، پیشبینی رفتار دینامیکی این خودروها را برای طراح بسیار دشوار میکند.
مدلسازی و شبیهسازی به کمک کامپیوتر دیدگاه مؤثری را برای طراحی بهینهی خودروهای طویل مفصلی با سیستمهای ایمنی فعال فراهم میکند. خودروهای سنگین مفصلی، سیستم های بشدت غیر خطی هستند؛ هر چه مدل ریاضی پیچیده تر و غیر خطیتر باشد، دینامیک سیستم به مدل واقعی نزدیکتر میشود. اگر چه، هر مدل ساده تر باشد - برای مثال به فرم یک فضای حالت خطی - طراحی کنترلکننده برای طراح آسانتر میشود.
اما برای اطمینان ،جهت از دست ندادن ویژگیهای مهم دینامیکی در مدل باید احتیاط لازم را حفظ کرد. در شکل1، نه نوع از خودروهای مفصلی که شامل سه نوع متعارف خودروهای مفصلی در اروپا، سه نوع از خودروهای مفصلی بلندتر موجود در اروپا و سه نوع خودروی مفصلی بلند آینده، معرفی شده اند. یک ساختار مرسوم خودروهای طویل مفصلی را ساختار نوع B-Double تشکیل میدهد.خودروی بررسی شده در این پژوهش، از این نوع میباشد.این خودرو از یک کشنده و دو شبه تریلر که با اتصال چرخ پنجم به یکدیگر متصل شده اند، تشکیل شده استحمل. و نقل بار تقریباً %45 از کل حمل و نقل جاده ای - تن- کیلومتر - در اروپا را شامل میشود و بخش مهمی از آن را خودروهای سنگین مفصلی تشکیل میدهند.[2]
در گزارشی از وود روفو4 اَش5 برآورد شده است که استفاده از خودروهای مفصلی بلند در ایالت آلبرتا در کانادا باعث کاهش %29 در هزینه ی حمل و نقل، %44 در تردد خودروهای سنگین، %32 در مصرف سوخت و تولید آلاینده ها و %40 در فرسایش جاده ها شده است [3]مقاومت در برابر استفاده از این خودروها در اروپا عمدتاً به دلیل نگرانی درباره مشکلات ایمنی آن هاست. نقاط مثبت و منفی خودروهای ترکیبی طویل و تحقیقات در این زمینه در یک بررسی به وسیله ی گریسلیز6به صورت خلاصه آمده است، که نشان دهنده این است که نگاه های متفاوتی در مورد تأثیر آنها بر ایمنی جاده ها در بین محققان وجود دارد .
با این حال، با در نظر گرفتن پیشرفت خودروهای مفصلی طویل و این حقیقت که انتظار میرود حمل و نقل کالاها از سال 2000 تا 2020، %55 افزایش داشته باشد؛ بسیاری از سازمان ها سیستم مقیاس اروپایی را تشویق و از آن پشتیبانی میکنند .[2] سیستم مقیاس اروپایی که در سوئد و فنلاند در حال اجرا است، یک طراحی اولیه برای اجازه تردد به این خودروها می-باشد.
در حال حاضر در سوئد زمینه برای تست خودروهای بلند تر و سنگین تر از نمونه های موجود در نظر گرفته شده است. در این زمینه برای مثال میتوان از صنایع حمل و نقل چوب نام برد .[4] بنابراین برای ارتقا عملکرد و کاهش نگرانیها در مورد تأثیر آنها بر ایمنی جادهها، نیاز حیاتی به راه حل های تخصصی احساس میشود که عملکرد ایمنی خودروهای طویل را بهبود میبخشد و از ناپایداری آنها جلوگیری مینماید.
.2 مدلسازی خودروی طویل مفصلی
مطابق شکل 2 ، خودروی مورد نظر از سه قسمت اصلی کشنده و دو نیمهتریلر تشکیل شده است. مدل ارائه شده از خودروی فوق یک مدل بیست و سه درجه آزادی میباشد. درجات آزادی که برای مدل دینامیکی درنظر گرفته شده است، عبارتند از: حرکت طولی و عرضی واحد کشنده، حرکت چرخشی واحد کشنده حول محور عمودی و برای واحدهای نیمه تریلر نیز حرکت چرخشی به طور مستقل از واحد کشنده درنظر گرفته شده است.
هجده درجه آزادی باقیمانده نیز اختصاص به حرکت دورانی چرخها دارد. نیروهای خارجی موثر بر دینامیک سیستم در صفحه، نیروهای طولی و عرضی ایجاد شده در محل تماس تایر و کف جاده و همچنین نیروهای قیدی در مفصل می باشند. نیروهای طولی و عرضی هر تایر را به ترتیب با × و نمایش میدهیم. حال میتوان با استفاده از قانون دوم نیوتن، معادلات حرکت را توسعه داد.
