Ин таҳқиқот имкони идома додани манёври ивазкунии хатти ҳаракатро бо моменти дифференсиалӣ дар як мошини барқии дорои муҳаррикҳои дохили чарх (In-Wheel Motor-Driven Electric Vehicle, IWM-EV) меомӯзад, вақте ки низоми рули steer-by-wire (SBW) бар асари вайроншавии муҳаррик аз кор мемонад. Сохтори пешниҳодшуда пайгирии траекторияи паҳлуӣ ва идоракунии суръати тӯлиро дар як контроллери сатҳи болоии Model Predictive Control (MPC) муттаҳид мекунад; дар сатҳи поёнӣ бошад, барои ҳосил кардани моменти рул аз фарқи моменти байни чархҳои пеш Model-Free Adaptive Control (MFAC), ва барои суръатгирӣ ва тормозгирӣ мантиқи гузариши ҳаракат–тормоз ва бозхурди PI истифода мешавад.
Хусусияти калидии меъмории система дар он аст, ки баъд аз вайроншавии SBW вазифаҳо байни чархҳо тақсим карда мешаванд. Чархҳои қафо кашиши тӯлии мошинро таъмин мекунанд, дар ҳоле ки чархҳои пеш асосан аз ҳисоби фарқи моменти рост–чап моменти рулро ба вуҷуд меоранд. Ҳамин тавр, моменти дифференсиалӣ дар чархҳои пеш ҳамчун вуруди идоракунии паҳлуӣ истифода мешавад, ки амали рули классикии механикӣ ё электрикиро иваз мекунад.
Дар ҳамсимулятсияи Matlab/Simulink ва CarSim аввал танҳо контроллери болоии MPC бо LQR-PID муқоиса шудааст. Дар сенарияе бо суръати доимии 20 m/s, коэффисиенти часпиши роҳ 0,85 ва масофаи тӯлии ивазкунии хатти ҳаракат 200 m, MPC хатои максималии мутлақи паҳлуиро тақрибан аз 0,014 m то 0,008 m ва хатои максималии мутлақи кунҷи самтро тақрибан аз 0,0004 rad то 0,0002 rad кам кардааст. Манбаъ ин фарқҳоро мутаносибан ҳамчун коҳиши %42,9 ва %50,0 гузориш медиҳад. Барои қиматҳои максималии мутлақи кунҷи рули чархи пеш, суръати yaw ва кунҷи sideslip низ мутаносибан коҳиши %7,8, %2,8 ва %10,3 гузориш шудааст.
Сипас дар озмоиши ивазкунии хатти ҳаракат бо суръати тағйирёбанда сохтори иерархии MPC + LLC бо рули дифференсиалӣ бо сохтори муқоисавии MPC + LC санҷида шудааст. Дар шароити ҷойивазкунии паҳлуии 3,75 m, масофаи тӯлии манёвр 90 m ва суръатгирӣ аз 15 m/s то 20 m/s, хатои максималии паҳлуии MPC + LLC тақрибан 0,046 m ва барои сохтори муқоисавӣ 0,056 m дода шудааст. Хатои кунҷи самт тақрибан 0,0042 rad нисбат ба 0,0045 rad буда, қимати максималии мутлақи суръати yaw дар манбаъ %33,3 камтар гузориш шудааст. Ҳадди максималии хатои пайгирии суръати тӯлӣ ҳангоми суръатгирӣ 0,27 m/s аст.
Ҳамаи ин натиҷаҳо аз симулятсияҳои компютерӣ ба даст омадаанд. Таҳқиқот озмоиши воқеии мошин, санҷиш дар роҳи дорои часпиши паст, садои баланди андозагирӣ, сершавии зиёди актуатор ё тасдиқи физикӣ бо манёврҳои шадидро пешниҳод намекунад. Муаллифон низ ошкоро таъкид мекунанд, ки қобили татбиқи амалии усул бояд алоҳида тавассути озмоишҳои воқеии мошин тасдиқ карда шавад.
Аз нуқтаи назари Туркия, ин кор барои гурӯҳҳои таҳқиқотии автомобилсозӣ, ки бо мошинҳои барқии дорои муҳаррикҳои дохили чарх, захиравии бехатарии steer-by-wire, гардонандаи тақсимшуда ва идоракунии худкори ивазкунии хатти ҳаракат машғуланд, намунаи ҷолиби меъмории идоракунӣ мебошад. Аммо қиматҳои хато ё беҳбудиҳои фоизии додашуда наметавонанд мустақиман ба роҳҳо, шинаҳо, мошинҳо ва низомҳои рули электронии воқеии Туркия интиқол дода шаванд. Дар татбиқи маҳаллӣ массаи мошин, геометрияи меҳварҳо, сахтии паҳлуии шина, ҳудудҳои моменти муҳаррик, соиши роҳ, сифати сенсор, таъхирҳои CAN/шабакаи мошин ва рафтори воқеии актуатор бояд аз нав тасдиқ карда шаванд.
Мушкилоти асосии таҳқиқот чист?
Дар мошинҳои барқии дорои муҳаррикҳои дохили чарх моменти ҳар як чарх метавонад алоҳида идора карда шавад. Ин хусусият ҳангоми ҳаракати муқаррарӣ барои идоракунии кашиш ва устуворӣ бартарӣ медиҳад ва дар сенарияи вайроншавии баррасишуда ҳамзамон барои ба вуҷуд овардани таъсири рули захиравӣ истифода мешавад.
Дар сенарияи таҳқиқот муҳаррики рули низоми steer-by-wire вайрон мешавад. Вақте ки мошин фармони муқаррарии самтдиҳии чархҳои пешро ба таври оддӣ тавлид карда наметавонад, фарқи моменти гардонандаи байни чархҳои пеши рост ва чап ба тавре истифода мешавад, ки дар атрофи kingpin моменти рул ба вуҷуд орад. Таҳқиқгарон ин сохторро ҳамчун Front-Wheel Differential Steering System (FWDSS) баррасӣ мекунанд.
Пас аз вайроншавии SBW мошин аз ҷиҳати функсионалӣ ба ҳолати гардонандаи чархҳои қафо мегузарад: ду чархи қафо кашиши тӯлиро ҳосил мекунанд, дар ҳоле ки моменти дифференсиалии ба ду чархи пеш дода шуда вазифаи рули паҳлуиро иҷро мекунад. Ин тақсимоти вазифаҳо барои пешгирӣ кардани бархӯрди талаботи кашиши тӯлӣ ва талаботи рули дифференсиалии пеш дар як моменти чарх пешбинӣ шудааст.
Меъмории идоракунӣ чӣ гуна кор мекунад?
Дар Расми 1-и таҳқиқот тамоми низоми идоракунӣ ба се қабати асосӣ ҷудо шудааст:
- Бо полиноми дараҷаи панҷум траекторияи истинодии ивазкунии хатти ҳаракат тавлид мешавад.
- Контроллери болоии асосёфта ба MPC бо истифода аз ҳолати мошин ва траекторияи истинодӣ кунҷи дилхоҳи рули чархҳои пеш \(\delta_f\) ва шитоби тӯлии дилхоҳ \(a_{des}\)-ро ҳисоб мекунад.
- Контроллери поёнӣ дар қисми паҳлуӣ бо MFAC моментҳои дифференсиалии чархҳои пеш ва дар қисми тӯлӣ фармонҳои ҳаракат ё тормозро тавлид мекунад.
Дар диаграммаи блокии Расми 1 MPC-и болоӣ ҳаракати паҳлуӣ ва тӯлиро ҳамчун ду низоми комилан мустақил баррасӣ намекунад, балки онҳоро ба як масъалаи оптимизатсионӣ ворид мекунад. Контроллерҳои қабати поёнӣ фармонҳои идеализатсияшудаи MPC-ро ба сатҳи моменти физикии муҳаррик ва фишори тормоз табдил медиҳанд.
Траекторияи ивазкунии хатти ҳаракат чӣ гуна тавлид мешавад?
Роҳи истинодии ивазкунии хатти ҳаракат бо ду полиноми дараҷаи панҷум муайян шудааст:
\[ X_{\mathrm{ref}}(t) = a_0+a_1t+a_2t^2+a_3t^3+a_4t^4+a_5t^5 \]
\[ Y_{\mathrm{ref}}(X) = b_0+b_1X+b_2X^2+b_3X^3+b_4X^4+b_5X^5 \]
Ин сохтор ҳолати роҳи дуҳаттаро ифода мекунад, ки нуқтаҳои оғоз ва анҷоми мошин дар хатҳои марказии роҳ ҷойгиранд. Аз ҳосилаҳои якум ва дуюми каҷи истинодӣ кунҷи самт ва каҷии роҳ бароварда мешаванд:
\[ \theta_{\mathrm{ref}} = \arctan \left( Y'_{\mathrm{ref}} \right) \]
\[ \kappa_{\mathrm{ref}} = \frac{Y''_{\mathrm{ref}}} {\left(1+Y'^2_{\mathrm{ref}}\right)^{3/2}} \]
Ҳамин тавр, контроллер на танҳо мавқеи ҳадаф, балки самтгирии геометрӣ ва каҷии роҳро низ истифода бурда метавонад.
MPC кадом хатоҳоро якҷоя идора мекунад?
Таҳқиқгарон хатогиҳои пайгирии паҳлуӣ ва тӯлиро дар як вектори ҳолат ҷамъ мекунанд:
\[ \xi = [e_y,\dot e_y,e_\phi,\dot e_\phi,e_v,e_s]^T \]
Дар ин ҷо:
- \(e_y\): хатои мавқеи паҳлуӣ,
- \(\dot e_y\): суръати тағйирёбии хатои паҳлуӣ,
- \(e_\phi\): хатои кунҷи самт,
- \(\dot e_\phi\): суръати тағйирёбии хатои самт,
- \(e_v\): хатои суръати тӯлӣ,
- \(e_s\): хатои мавқеи тӯлӣ.
Ду вуруди идоракунии MPC бошанд:
\[ u= [\delta_f,a_{des}]^T \]
муайян шудаанд. Аз ин рӯ, як ҳалқаи оптимизатсионӣ ҳам самти гардиши мошин ва ҳам шитоби тӯлие, ки бояд пайгирӣ шавад, ҳисоб мекунад.
Оптимизатсияи MPC чиро кам мекунад?
Функсияи ҳадафи контроллер дар тӯли уфуқи пешгӯӣ дуршавӣ аз истинод, тағйироти идоракунӣ ва тағйирёбандаи relaxation-ро, ки иҷрошаванда мондани ҳалли масъаларо таъмин мекунад, якҷоя ҷарима мекунад:
\[ J_1 = \sum_{i=1}^{N_p} \left\| \eta(k+i)-\eta_{\mathrm{ref}}(k+i) \right\|_{Q_1}^{2} + \sum_{i=1}^{N_c-1} \left\| \Delta u(k+i) \right\|_{R_1}^{2} + \rho_1\varepsilon^2 \]
Дар ин ҷо \(N_p\) уфуқи пешгӯӣ, \(N_c\) уфуқи идоракунӣ, \(Q_1\) вазнҳои хатои пайгирӣ ва \(R_1\) вазнҳои тағйири идоракунӣ мебошанд. Дар ҳар давраи идоракунӣ масъала дар шакли барномарезии квадратикӣ ҳал мешавад ва танҳо афзоиши якуми оптималии идоракунӣ ба мошин татбиқ мегардад. Дар давраи навбатӣ тамоми масъала бо ҳолати нави мошин боз ҳал карда мешавад; ин рафтори receding-horizon ё rolling optimization-и MPC аст.
Рули дифференсиалӣ аз ҷиҳати физикӣ чӣ гуна ҳосил мешавад?
Вақте ки моментҳои муҳаррики чархҳои пеши рост ва чап фарқ мекунанд, дар атрофи kingpin моменти холиси рул ба вуҷуд меояд. Муносибати моменти дифференсиалӣ дар манбаъ чунин аст:
\[ \Delta T = (T_{fr}-T_{fl})\frac{r_\sigma}{R} \]
Дар ин ҷо \(T_{fr}\) ва \(T_{fl}\) моментҳои гардонандаи чархҳои пеши рост ва чап, \(r_\sigma\) kingpin offset ва \(R\) радиуси ғелиши чарх мебошанд.
Динамикаи рули дифференсиалии пеш дар таҳқиқот на танҳо фарқи момент, балки таъсири self-aligning-и шинаҳо, кунҷи sideslip-и мошин, суръати yaw ва сустшавии эквивалентии низоми рулро низ ба ҳисоб мегирад.
Чаро контроллери поёнии паҳлуӣ MFAC-ро истифода мебарад?
Model-Free Adaptive Control (MFAC) дар қабати поёнии паҳлуӣ барои мутобиқ кардани онлайнии вуруди идоракунӣ бидуни донистани пурраи тамоми динамикаи ғайрихаттии мошин интихоб шудааст. Контроллер кунҷи ҳадафии sideslip \(\beta_d\) ва суръати yaw \(\omega_d\)-и аз модели истинодӣ гирифташударо бо қиматҳои воқеии \(\beta\) ва \(\omega\) муқоиса карда, фарқи моменти чархҳои пешро танзим мекунад.
Дар Appendix A мошини дорои рули дифференсиалии пеш ҳамчун низоми ғайрихаттии дискретии дувуруда–дубаромада баррасӣ мешавад. Равиши MFAC барои ин низом бо истифода аз pseudo-Jacobian matrix (PJM) compact-form dynamic linearization месозад:
\[ \Delta Z(k+1) = \Phi_c(k)\Delta U(k) \]
Қимати PJM онлайн баҳогузорӣ мешавад ва сигнали идоракунӣ:
\[ U(k) = U(k-1) + \frac{ \rho\hat{\Phi}_c^T(k) \left[Z^*(k+1)-Z(k)\right] }{ \lambda+\|\hat{\Phi}_c(k)\|^2 } \]
ба ҳамин шакл нав карда мешавад.
Дар манбаъ барои MFAC қиматҳои \(\lambda=0{,}5\), \(\mu=10^{-4}\), \(\eta_1=1\) ва \(\rho=0{,}7\) истифода шудаанд.
Идоракунии тӯлӣ чӣ гуна кор мекунад?
Контроллери поёнии тӯлӣ аз ду қисм иборат аст: аввал стратегияи гузариши ҳаракат–тормоз, сипас feedforward + PI feedback истифода мешавад.
Ҳангоми суръатгирӣ ду чархи қафо кашиш ҳосил мекунанд. Ҳангоми сустшавӣ қувваи тормози ҳамаи чор чарх истифода мешавад. Шитоби талабкардаи MPC-и болоӣ бо каҷи гузарише, ки барои суръати ҷории мошин муайян шудааст, муқоиса шуда, система ба ҳолати ҳаракат ё тормоз мегузарад.
Хатти гузариш аз рафтори coast-down-и сустшавии озод, ки дар шароити идеалии роҳ тавассути симулятсия гирифта шудааст, ҳосил карда шудааст. Барои пешгирӣ кардани гузариши пайдарпай байни ҳаракат ва тормоз дар ду тарафи каҷи асосӣ минтақаҳои буферии паҳнояшон 0,1 m/s² истифода шудаанд.
Идоракунии тӯлии PI дар шакли дискретӣ:
\[ u_a(k) = u_a(k-1) + K_P[e_a(k)-e_a(k-1)] + K_IT_s e_a(k) \]
дода шудааст. Дар ин ҷо \(e_a=a_{des}-a_{act}\) фарқи байни шитоби тӯлии дилхоҳ ва воқеӣ мебошад.
Оё динамикаи муҳаррики дохили чарх ба ҳисоб гирифта мешавад?
Бале. Ба ҷойи фарз кардани он ки моменти муҳаррики чархҳои пеш ва қафо фармони идоракуниро фавран ва ба таври идеалӣ пайгирӣ мекунад, таҳқиқот модели муҳаррики дараҷаи дуюмро истифода мебарад:
\[ G(s) = \frac{M_{fl}}{T_{fl}} = \frac{\omega_n^2} {s^2+2\zeta\omega_ns+\omega_n^2} \]
Нисбати сустшавӣ \(\zeta=1{,}1\) дода шудааст. Илова бар ин, моменти муҳаррик бо ҳудудҳои максималии момент–қувва вобаста ба суръати гардиш маҳдуд карда мешавад. Бо вуҷуди ин, дар бахши натиҷаҳо муаллифон махсус қайд мекунанд, ки сершавии актуатор дар талаботи аз ҳад зиёди момент ё рул дар тарҳи ҷорӣ пурра ба ҳисоб гирифта нашудааст.
Расми 7 барои контроллери болоии MPC чиро нишон медиҳад?
Расми 7 муқоисаи MPC ва LQR-PID-ро дар суръати доимии 20 m/s, коэффисиенти часпиши роҳ 0,85 ва масофаи тӯлии ивазкунии хатти ҳаракат 200 m нишон медиҳад.
Ҳар ду контроллер роҳи истинодии ивазкунии хатти ҳаракати дараҷаи панҷумро пайгирӣ мекунанд; аммо лифофаи хатои MPC хурдтар аст. Дар манбаъ хатои максималии паҳлуӣ барои MPC тақрибан 0,008 m, барои LQR-PID тақрибан 0,014 m хонда мешавад. Хатои максималии кунҷи самт мутаносибан тақрибан 0,0002 rad ва 0,0004 rad аст.
Кунҷи максималии рули чархи пеш барои MPC 0,00178 rad ва барои LQR-PID 0,00193 rad аст. Кунҷи максималии sideslip дар MPC 0,00026 rad ва дар LQR-PID 0,00029 rad гузориш шудааст. Гарчанде суръатҳои yaw дар ду усул шакли умумии монанд доранд, қимати қуллавии MPC дар манбаъ %2,8 камтар нишон дода шудааст.
Расми 8 барои рули дифференсиалӣ чиро нишон медиҳад?
Арзёбии дуюм сохтори дорои рули классикии MPC + LC-ро бо сохтори иерархии дорои рули дифференсиалии MPC + LLC муқоиса мекунад. Аз ин рӯ, муқоиса на танҳо тағйири як алгоритм, балки илова шудани қабати поёнии рули дифференсиалии паҳлуиро низ дар бар мегирад.
Дар сенария ҷойивазкунии паҳлуӣ байни хатҳои ҳаракат 3,75 m, масофаи тӯлии ивазкунии хат 90 m ва коэффисиенти часпиши роҳ 0,85 аст. Мошин ҳангоми ивазкунии хат аз 15 m/s то 20 m/s суръат мегирад.
| Меъёр | MPC + LLC | MPC + LC | Фарқи гузоришшуда дар манбаъ |
|---|---|---|---|
| Хатои максималии мутлақи паҳлуӣ | ≈ 0,046 m | ≈ 0,056 m | %17,9 коҳиш |
| Хатои максималии мутлақи кунҷи самт | ≈ 0,0042 rad | ≈ 0,0045 rad | %6,7 коҳиш |
| Суръати максималии мутлақи yaw | Дар манбаъ қимати мутлақи қуллавӣ ба шакли матнӣ дода нашудааст | Дар манбаъ қимати мутлақи қуллавӣ ба шакли матнӣ дода нашудааст | %33,3 коҳиш |
| Хатои максималии суръати тӯлӣ | 0,27 m/s | Қимати дақиқи муқоисавӣ дода нашудааст | Хатои MPC + LLC дар марҳилаи суръатгирӣ |
Дар Расми 8 мошини дорои рули дифференсиалӣ ба траекторияи истинодӣ наздик мемонад ва ҳамзамон суръат ба ҳадафи 20 m/s ба таври ҳамвор наздик мешавад. Тибқи ифодаи худи манбаъ, натиҷаҳо дар баъзе сенарияҳо иҷро шудани функсияи асосии рули дифференсиалӣ-ро дастгирӣ мекунанд; ин маънои онро надорад, ки захиравии бехатарии мошини воқеӣ пурра тасдиқ шудааст.
Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад
- Моменти дифференсиалӣ байни чархҳои пеши IWM-EV дар модели симулятсионии таҳқиқот барои ҳосил кардани моменти рул ҳангоми вайроншавии SBW истифода шудааст.
- Контроллери болоии MPC дар симулятсияи баррасишудаи суръати доимӣ нисбат ба LQR-PID хатогиҳои максималии паҳлуӣ ва кунҷи самти камтар ҳосил кардааст.
- Коҳиши гузоришшудаи қиматҳои максималии мутлақ барои хатои паҳлуӣ ва хатои кунҷи самти MPC мутаносибан %42,9 ва %50,0 мебошад.
- Қабати поёнии паҳлуии асосёфта ба MFAC барои тавлиди моментҳои дифференсиалии чархҳои пеш равиши мутобиқшавии онлайнии бе модели пурраро таъмин мекунад.
- Сохтори MPC + LLC дар симулятсияи баррасишудаи ивазкунии хат бо суръати тағйирёбанда тақрибан 0,046 m хатои максималии паҳлуӣ ва 0,0042 rad хатои максималии кунҷи самт ҳосил кардааст.
- Қимати максималии мутлақи суръати yaw барои MPC + LLC нисбат ба сохтори муқоисавии MPC + LC %33,3 камтар гузориш шудааст.
- Сохтори feedforward–PI бо гузариши ҳаракат–тормоз дар сенарияи суръатгирӣ аз 15 m/s то 20 m/s хатои максималии пайгирии суръати 0,27 m/s нишон додааст.
Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ намекунад ё санҷида нашудаанд
- Стратегияи идоракунӣ дар мошини барқии воқеӣ бо озмоиши физикии ивазкунии хат тасдиқ нашудааст.
- Нишон дода нашудааст, ки усул дар коэффисиенти пасти часпиши роҳ ҳамон самаранокиро нигоҳ медорад.
- Манёврҳои хеле шадиди ивазкунии хат арзёбӣ нашудаанд.
- Сершавии актуатор ҳангоми талаботи баланди момент ва рул пурра модел карда нашудааст.
- Таъсири садои воқеии сенсор ва хатогиҳои баҳодиҳии ҳолат тасдиқ нашудааст.
- Таҳқиқот нишон намедиҳад, ки низоми SBW дар ҳамаи ҳолатҳои вайроншавӣ талаботи бехатарии функсионалиро иҷро мекунад.
- Натиҷаҳои симулятсия далели бехатарии воқеии ҳаракат ё мувофиқати истеҳсоли силсилавӣ нестанд.
Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот
Параметрҳои асосии мошин ва идоракунӣ
| Параметр | Қимати дар манбаъ додашуда | Маъно |
|---|---|---|
| m | 1413 kg | Массаи мошин |
| a | 1,015 m | Масофаи CG–меҳвари пеш |
| b | 1,895 m | Масофаи CG–меҳвари қафо |
| Iz | 1536,7 kg·m² | Моменти инерсияи yaw |
| Cf | −148.970 N/rad | Сахтии паҳлуии шинаи пеш |
| Cr | −82.204 N/rad | Сахтии паҳлуии шинаи қафо |
| R | 0,347 m | Радиуси ғелиши чарх |
| Np | 10 | Уфуқи пешгӯии MPC |
| Nc | 5 | Уфуқи идоракунии MPC |
| δf,min | −0,523 rad | Ҳудуди минималии кунҷи рул |
| δf,max | 0,523 rad | Ҳудуди максималии кунҷи рул |
| amin | −5 m/s² | Шитоби минималии дилхоҳ |
| amax | 5 m/s² | Шитоби максималии дилхоҳ |
Чаро вақти намунагирӣ дар манбаъ таваҷҷуҳи махсус талаб мекунад?
Аз нуқтаи назари такроршавандагии рақамии таҳқиқот, муҳимтарин масъалаи таҳрирӣ вақти намунагирӣ аст. Шарҳи Расми 1 татбиқи идоракунии иерархиро чунин муайян мекунад:
\[ T_s=0{,}01\,\mathrm{s} \]
Бахши контроллери тӯлии PI низ вақти доимии намунагириро ошкоро ҳамчун \(T_s=0{,}01\) медиҳад.
Дар муқобил, дар Ҷадвали 2 ҳамон рамз чунин навишта шудааст:
\[ T_s=0{,}1\,\mathrm{s} \]
Байни ин ду қимат фарқи даҳкарата вуҷуд дорад. Verianla аз номи манбаъ интихоб намекунад, ки кадом қимат барои нашр дуруст аст. Барои такрор кардани мустақили низоми идоракунӣ ин параметр бояд аз ҷониби муаллифон ё тавассути маводи расмии иловагӣ тасдиқ карда шавад.
Шароити озмоиши контроллери болоӣ
| Шароит | Қимат |
|---|---|
| Контроллерҳои муқоисашуда | MPC ва LQR-PID |
| Траекторияи истинодӣ | Полиноми дараҷаи панҷум |
| Коэффисиенти часпиши роҳ | 0,85 |
| Масофаи тӯлии ивазкунии хат | 200 m |
| Суръати мошин | 20 m/s |
Натиҷаҳои мустақими рақамии MPC-и болоӣ
| Меъёри самаранокӣ | MPC | LQR-PID | Бартарии MPC, ки дар манбаъ гузориш шудааст |
|---|---|---|---|
| Хатои максималии мутлақи паҳлуӣ | ≈ 0,008 m | ≈ 0,014 m | %42,9 камтар |
| Хатои максималии мутлақи кунҷи самт | ≈ 0,0002 rad | ≈ 0,0004 rad | %50,0 камтар |
| Кунҷи максималии рули чархи пеш | 0,00178 rad | 0,00193 rad | %7,8 камтар |
| Суръати максималии мутлақи yaw | Дар матн қимати дақиқи қуллавӣ дода нашудааст | Дар матн қимати дақиқи қуллавӣ дода нашудааст | %2,8 камтар |
| Кунҷи максималии sideslip | 0,00026 rad | 0,00029 rad | %10,3 камтар |
Қиматҳои хатогиҳои паҳлуӣ ва кунҷи самт азбаски дар манбаъ бо ифодаҳои “approximately” ва “around” оварда шудаанд, ҳамчун тахминӣ нишон дода шудаанд. Таҳқиқот барои ин муқоисаҳо нишондиҳандаҳои омории хулосавӣ, ба монанди p-қимат, фосилаи эътимод ё тағйирпазирии байни такрорҳоро гузориш намекунад; натиҷаҳо муқоисаҳои детерминистии симулятсионӣ мебошанд.
Шароити озмоиши рули дифференсиалии иерархӣ
| Шароит | Қимат |
|---|---|
| Муқоиса | MPC + LLC ва MPC + LC |
| Масофаи паҳлуии ивазкунии хат | 3,75 m |
| Масофаи тӯлии ивазкунии хат | 90 m |
| Коэффисиенти часпиши роҳ | 0,85 |
| Суръати ибтидоӣ | 15 m/s |
| Суръати ҳадаф | 20 m/s |
Параметрҳои MFAC ва чаҳорчӯбаи назариявӣ
| Параметри MFAC | Қимат | Вазифаи дар манбаъ додашуда |
|---|---|---|
| λ | 0,5 | Мувозинати байни хатои пайгирӣ ва тағйири идоракунӣ |
| μ | 10−4 | Вазни наздикшавии баҳодиҳии pseudo-Jacobian |
| η1 | 1 | Андозаи қадами баҳодиҳии PJM |
| ρ | 0,7 | Қадами мутобиқшавии амали идоракунӣ |
Дар Appendix A ду фарз истифода мешавад: функсияҳои ғайрихаттии дахлдор нисбат ба ҷузъҳои зарурии вуруд ҳосилаҳои ҷузъии пайваста дошта бошанд ва система шарти умумии Lipschitz-ро қонеъ кунад. Дар доираи ин фарзҳо барои мавҷудияти pseudo-Jacobian ва наздикшавии хатои MFAC бароварда мешавад.
Ёддошти истиноди дохилии манбаъ: Theorem A1 ибораи “nonlinear discrete-time system (Equation (31))”-ро истифода мекунад. Аммо дар Appendix A низоми ғайрихаттии дискретии дахлдор Equation (A1) аст; Equation (31) бошад қонуни пайвастаи идоракунии PI дар матни асосӣ мебошад. Аз ин рӯ, ҳангоми такроркунӣ истиноди салибӣ бояд санҷида шавад.
Фарқи дохилии манбаъ вобаста ба версияи CarSim
Хулосаи мақола, шарҳи Расми 1 ва усули асосии симулятсия ҳамсимулятсияи Matlab/Simulink R2022b бо CarSim R2020-ро тавсиф мекунанд. Дар муқобил, дар тавсифи озмоиши coast-down дар стратегияи гузариши ҳаракат–тормоз номи CarSim R2022 истифода шудааст.
Манбаъ шарҳ намедиҳад, ки оё ин ду ифода маънои истифода шудани версияҳои воқеан гуногуни CarSim дар марҳилаҳои гуногуни симулятсияро доранд ё танҳо фарқи навишти рақами версия мебошанд. Verianla ин ду маълумотро ба як версия муттаҳид намекунад.
Ҷиҳати қавии усул чист?
Ҷиҳати қавии таҳқиқот дар он аст, ки ҳангоми вайроншавии SBW танҳо ба саволи “оё мошин метавонад гардиш кунад?” нигоҳ намекунад. Банақшагирии траекторияи истинодӣ, MPC-и паҳлуӣ–тӯлӣ, динамикаи рули дифференсиалӣ, ҷавоби муҳаррики дохили чарх, гузариши ҳаракат/тормоз ва мутобиқшавии MFAC дар як меъмории ҳамгирои симулятсионӣ муттаҳид шудаанд.
Илова бар ин, низоми пешниҳодшуда дар ду сатҳи алоҳида муқоиса шудааст: аввал контроллери болоии MPC бо LQR-PID ва баъд тамоми низоми иерархии рули дифференсиалӣ бо меъмории муқоисавӣ санҷида шудааст. Ин ҷудокунии таҳлил имкон медиҳад, ки бартарии худи MPC ва таъсири қабати поёнии рули дифференсиалӣ қисман алоҳида арзёбӣ шаванд.
Муҳимтарин маҳдудиятҳои илмӣ
Аввалин маҳдудияте, ки муаллифон дар бахши хулоса зикр мекунанд, ин аст, ки мантиқи рули дифференсиалӣ танҳо дар шароити идеалӣ тасдиқ шудааст. Часпиши пасти роҳ ва ивазкунии хатти шадидтар барои корҳои оянда гузошта шудаанд.
Маҳдудияти дуюм ин аст, ки сершавии актуатор дар талаботи калони рул ё момент пурра ба ҳисоб гирифта нашудааст. Ҳудудҳои момент, суръат, гармӣ ва электрии муҳаррикҳои воқеии дохили чарх ва механизмҳои рул метавонанд натиҷаи идоракуниро дар манёврҳои шадид тағйир диҳанд.
Маҳдудияти сеюм ҳассосияти муайяни усул ба тағйири соиши роҳ аст. Маҳдудияти чорум бошад, идеалӣ фарз шудани садои сенсор ва дақиқии баҳодиҳии ҳолат мебошад.
Муҳимтарин маҳдудияти тасдиқ ин аст, ки ҳамаи арзёбиҳо дар симулятсияи компютерӣ анҷом дода шудаанд. Муаллифон озмоишҳои воқеии мошинро ҳамчун кори оянда барои тасдиқи қобили татбиқи амалии усул муайян мекунанд.
Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул
Номи пурраи аслии таҳқиқот: Trajectory Tracking Control for Lane Change Maneuvers: A Differential Steering Approach for In-Wheel Motor-Driven Electric Vehicles
Муаллифон ва тартиби онҳо: Rizwan Ali; Haiting Ma; Jiaxin Mao; Jie Tian.
Ҳиссаи баробар / ҳаммуаллифии аввал: Дар таҳқиқоти баррасишуда баёнияи ҳиссаи баробар ё ҳаммуаллифии аввал вуҷуд надорад.
Муаллифи масъул: Jie Tian.
Муассиса: College of Automobile and Traffic Engineering, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China.
Навъи манбаъ / ҳолати тақриз: Мақолаи таҳқиқотии аз тақризи ҳамтоён гузашта мебошад. Тасдиқи илмӣ асосан ба ҳамсимулятсияи Matlab/Simulink–CarSim такя мекунад.
Маҷалла: Actuators.
Ношир: MDPI, Basel, Switzerland.
Маълумоти библиографӣ: Actuators 2026, 15(4), 205.
DOI: 10.3390/act15040205.
Ирсол / бозбинӣ / қабул / нашр: 12 феврали 2026 / 30 марти 2026 / 31 марти 2026 / 4 апрели 2026.
Пайванди расмӣ:https://doi.org/10.3390/act15040205
Саҳифаи расмии нашр:https://www.mdpi.com/2076-0825/15/4/205
Иҷозатнома: Creative Commons Attribution (CC BY). Мақола дастрасии кушода дорад.
Маблағгузорӣ: National Natural Science Foundation of China, лоиҳаи 51975299; Jiangsu Provincial Department of Science and Technology, лоиҳаи BE2022053-2.
Дастрасии маълумот: Гуфта шудааст, ки маълумоти дар таҳқиқот истифодашуда бо дархост аз муаллифи масъул дастрас карда мешавад.
Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор доштаанд, ки бархӯрди манфиатҳо вуҷуд надорад.
Кумитаи этика / ризоияти огоҳона: Барои ҳар ду “Not applicable” гузориш шудааст.
Саҳми муаллифон: Консептуализатсия, тасдиқ ва усул R.A.; усул ва тарҳи аввал H.M.; тарҳи аввал J.T.; бозбинӣ ва таҳрир R.A., J.T., H.M. ва J.M.; ҷалби маблағгузорӣ J.T. анҷом додааст.
Ҳудуди тасдиқи илмӣ: Таҳқиқот озмоиши воқеии мошинро дар бар намегирад. Натиҷаҳои асосӣ аз муҳити ҳамсимулятсияи Matlab/Simulink R2022b ва CarSim R2020, ки манбаъ умуман чунин нишон медиҳад, ба даст омадаанд. Муаллифон часпиши паст, манёври шадид, сершавии актуатор, тағйири соиши роҳ, садои сенсор ва хатогиҳои баҳодиҳии ҳолатро ҳамчун самтҳои тасдиқи оянда зикр мекунанд.
Номувофиқии вақти намунагирӣ дар манбаъ: Шарҳи Расми 1 ва бахши идоракунии PI \(T_s=0,01\) s медиҳанд, дар ҳоле ки Ҷадвали 2 \(T_s=0,1\) s медиҳад. Ин фарқи даҳкарата бидуни ислоҳи хомӯшона нигоҳ дошта шудааст.
Фарқи версияи нармафзор дар манбаъ: Ҳамсимулятсияи умумӣ ҳамчун CarSim R2020 нишон дода шудааст, аммо озмоиши coast-down барои drive/brake switching ҳамчун CarSim R2022 навишта шудааст. Манбаъ шарҳ намедиҳад, ки оё воқеан ду версияи гуногун истифода шудаанд.
Мушкилоти истиноди дохилӣ дар манбаъ: Theorem A1 дар Appendix A низоми ғайрихаттии дискретиро “Equation (31)” меномад; дар ҳамон Appendix низоми дахлдор ҳамчун Equation (A1) дода шудааст. Equation (31) муодилаи PI дар матни асосӣ мебошад. Ин фарқи истинодӣ аз номи манбаъ ислоҳ нашудааст.
Ёддошти усули оморӣ: Таҳқиқот такрори таҷриба, фосилаи эътимод, инҳирофи стандартӣ ё омори хулосавии асосёфта ба p-қиматро гузориш намекунад. Муқоисаҳои гузоришшуда аз рӯйи хатои максималӣ ва тағйирёбандаҳои динамикӣ дар сенарияҳои муайяни симулятсия анҷом дода шудаанд.
Усули мундариҷа: Сохтори идоракунӣ, муодилаҳо, шароити симулятсия, қиматҳои рақамии самаранокӣ ва маҳдудиятҳо дар ин мақолаи Verianla танҳо ба таҳқиқоти илмии баррасишуда такя мекунанд. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи соҳаҳои библиографӣ, аз ҷумла DOI, ношир, саҳифаи расмии нашр ва ҳолати тақриз истифода шудаанд; ягон натиҷаи нави идоракунӣ ё таҷрибавӣ аз берун ба таҳқиқот илова нашудааст.
Шарҳ гузоред
Нишонии почтаи электронии шумо нашр намешавад. Майдонҳои ҳатмӣ бо * нишон дода шудаанд