Yol Araçları İçin Dur Ve Kalk Kontrol Sistemi Tasarımı Ve Simülasyonu

Abstract

Bu tezde, yol araçları için dur ve kalk kontrol sisteminin tasarım metodolojisi ve simülasyon sonuçları sunulmuştur. Dur ve kalk kontrol sisteminin ana amacı; kentsel alanlardaki yoğun trafikte nisbi olarak düşük hızlarda öndeki aracı takip edebilmek için ard arda gerçekleşen gaz ve fren uygulamaları sorumluluğunu üstlenerek sürücülere yardımcı olmaktır. Literatürde bu kontrol stratejisi boylamsal kontrolün bir çeşidi olarak bilinir. Bu kontrol stratejisi ile ayrıca mesafe koruma mantığını dikkate alarak daha verimli trafik akışının sağlanması beklenmektedir. Bu çalışmada, kontrol sistemi ile araç modelinin entegrasyonunda esnek bir yaklaşımın takip edilmesi amaçlanmaktadır. Araç modeli gerçek araç karakteristiklerini basit bir şekilde yansıtan tek izli nonlineeer araç modelinden (ayrıca “Bisiklet Modeli” olarak da bilinmektedir) oluşmaktadır. Gerçekçi araç modelini tamamlamak için ayrıca motor, güç aktarma organları ve nonlineer lastik modelleri de dahil edilmiştir. Dur ve Kalk kontrolör tasarımı için hiyerarşik bir yapı benimsenmiştir. Yüksek-seviyeli bir kontrolcü referans ivme değerlerini belirlerken aşağı-seviyeli kontrolcü ise gaz ve fren uygulamarını kullanarak bu referans ivme değerlerini yakalamaya çalışır. Yüksek-seviyeli kontrolcü ayrıca değişik sürüş senaryolarını ve böylece değişik kontrol stratejilerini belirler. Düşük-seviyeli kontrolcünün tasarımı için kıyaslama için iki farklı kontrol alternatifi kullanılmıştır. Bunlardan ilki basit seyir kontrol modu için bir PID Kontrolcüsü ve Dur ve Kalk modu için de bir PD Kontrolcüsüdür. İkincisi yine basit seyir kontrol modu için bir PID Kontrolcüsü ve Dur ve Kalk modu için ise de bir Bulanık Mantık Kontrolcüsüdür. Değişik sürüş senaryoları için MATLAB/Simulink’te gerçekleştirilen geniş simülasyonlar yardımıyla Dur ve Kalk kontrolcüsünün performansı analiz edilmiştir. Bu tez altı bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm kısa bir giriş vermektedir ve ikinci bölümde ise Dur ve Kalk Kontrol Sistemi sunulmuştur. Üçüncü bölümde araç modeli anlatılmaktadır. Dördüncü bölümde, dur ve kalk kontrolcüsünün yapısı ve simülasyonlar sırasında aracın maruz kaldığı değişik sürüş senaryoları sunulmuştur. Beşinci bölüm simülasyon sonuçlarını ve kıyaslamaları vermektedir. Son olarak, öneriler ve sonuç altıncı bölümde verilmektedir.

In this thesis, a design methodology and simulation results of a stop and go control system for road vehicles have been presented. The main objective of the stop and go control system is to help drivers in heavy congested traffic at urban areas by taking the responsibility for repeated throttle and brake applications to follow the preceding vehicle at relatively low speeds. This control strategy is known as one type of longitudinal control in literature. With this control strategy, more efficient traffic flow is also expected by taking the distance keeping logic into consideration. In the study, it is intended to follow a flexible approach for integration of the control system with the vehicle model. The vehicle model consists of a single track nonlinear vehicle model (also known as “Bicycle Model”) which simply represents a real vehicle characteristics. Engine, driveline, and a nonlinear tire models are also included to complete a realistic vehicle model. A hierarchical structure was adopted for the Stop and Go controller design. A high-level controller determines reference acceleration values, whereas a low-level controller attempts to track these reference acceleration values by modulating throttle and brake applications. High-level controller also determines different driving scenarios and so different control strategies. Two different control alternatives were offered for the design of the low-level controller for comparison. The first one of these comprises a PID Controller for the simple cruise control mode, and a PD Controller for the Stop & Go mode. The second one comprises again a PID Controller for the simple cruise control mode, and a Fuzzy Logic Controller for the Stop & Go mode. Performance of the Stop and Go controller was analyzed through extensive simulations conducted in MATLAB/Simulink for different driving scenarios. This thesis consists of six chapters. First chapter gives a short introduction, and in the second chapter Stop and Go Control System is presented. Vehicle model is described in the third chapter. In the fourth chapter, structure of the stop and go controller and different driving scenarios that the vehicle is subjected to during simulations is presented. Chapter five gives results and comparisons for the simulations. Finally, suggestions and conclusions is given in the sixth chapter.