Aktif Direksiyon Sistemi Kontrolcüsü Tasarımı

Abstract

This study is on the application of active steering and yaw stability control to a light commercial vehicle. First, models for vehicle dynamics and steering system were developed in Simulink. A linear single track model of the light commercial vehicle was used for controller design while its nonlinear version was used during hardware-in-the-loop simulations. Controller designs were tested using offline and hardware-in-the-loop simulations. A hardware-in-the-loop simulation test rig with the actual rack and pinion mechanism of the light commercial vehicle under study was built for this purpose. The hardware and geometry of the steering test rig are identical to the implementation of the steering system in the test vehicle. Unnecessary and expensive road testing is avoided with this approach as most problems are identified and solved in the hardware-in-the-loop simulation phase conducted in the laboratory where the steering subsystem and its controller exist as hardware and the rest of the vehicle being implemented exists as real time capable software. The first active steering controller designed was a boost curve type electric power assisted steering (EPAS) controller. The EPAS controller was implemented on a actual vehicle equipped with active steering system. In the next step, a steer-by-wire system was designed. Existing hardware-in-the-loop test rig used previously for electric power assisted steering studies was modified and changed into a steer-by-wire test rig. This setup was used for experimental verification of the steer-by-wire controller designed here. The third active steering controller was a steering based yaw stability controller. A multi-objective design method was used to map D-stability, mixed sensitivity and phase margin bounds into parameter space. The resulting controller was tested using offline and hardware-in-the-loop simulations.

Bu tezde bir hafif ticari araç için aktif direksiyon sistemi ve savrulma dinamiği kontrolcüsü tasarlanmış ve uygulanmıştır. İlk olarak, araç dinamiği ve direksiyon sistemleri Simulink kullanılarak bilgisayar ortamında modellenmiştir. Sözkonusu hafif ticari araca ait parametreler kullanılarak oluşturulan doğrusal tek izli araç modeli kontrolcü tasarımında kullanılmıştır. Doğrusal olmayan tek izli araç modeli ise donanım içeren simülasyonlarda kullanılmıştır. Tasarlanan kontrolcüler çevrimdışı ve donanım içeren simülasyonlar gerçeklenerek sınanmıştır. Bu amaçla, gerçek araçtakine benzer bir direksiyon sistemi test amaçlı olarak laboratuvar ortamında kurulmuştur. Test düzeneğindeki direksiyon sistemi geometrisi ve donanımı test aracındaki ile aynıdır. Bu yaklaşım sayesinde gereksiz ve masraflı yol testlerine gerek kalmadan bir çok problem donanım içeren simülasyonlar aşamasında tespit edilerek giderilebilmektedir. Test düzeneğinde direksiyon sistemi donanım olarak mevcutken aracın geri kalanı gerçek zamanlı bir yazılım olarak uygulanmıştır. Tasarlanan aktif direksiyon sistemi kontrolcülerinden ilki elektrik güç takviyeli direksiyon sistemidir. Bu sistem, aktif direksiyon sistemi donanımlı bir test aracı üzerinde uygulanmıştır. Bir sonraki adımda sürücü ile tekerler arasındaki mekanik bağlantının tamamen devreden çıkarıldığı elektronik direksiyon sistemi tasarlanmıştır. Mevcut direksiyon test düzeneği bu amaçla değiştirilerek elektronik direksiyon sistemi kontrolcüsünün deneysel olarak sınanmasında kullanılmıştır. Tez kapsamında tasarlanan bir diğer kontrolcü de aktif direksiyon sistemi tabanlı bir savrulma kararlılığı kontrolcüsüdür. Bu kontrolcünün tasarımında D-kararlılık, karışık duyarlılık ve faz marjin sınırlamalarını sağlayan çok yönlü bir tasarım yöntemi parametre uzayında gerçeklenmiştir. Elde edilen kontrolcü çevrimdışı ve donanım içeren simülasyonlar gerçeklenerek test edilmiştir.