Taşıt Savrulma Açısal Hızının Sanal Sensör Kullanılarak Tahmin Edilmesi Ve Taşıt Yanal Dinamiğinin Kontrolü

Abstract

Bu tez çalışmasında, otomotiv kontrolü ve mekatroniği alanında önemli çalışma konuları olan taşıt durum tahmini ve taşıt dinamiği kontrolü konuları ele alınmıştır. Çalışmanın ilk ana konusu sanal sensör kullanılarak taşıt savrulma açısal hızının tahmin edilmesidir. Yapılan sanal sensör tasarımı, kinematik ve dinamik tahmin bölümlerinden oluşmaktadır. Kinematik tahmin ABS’li taşıtlarda standart olarak bulunan tekerlek açısal hızı sensörlerinden elde edilen açısal hız bilgileri ve çeşitli taşıt parametreleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sanal sensör tasarımı standart manevralar kullanılarak benzetim ortamında, donanım içeren taşıt benzetimcisinde ve son olarak deneysel çalışmalarla sınanmış ve sonuçlar çalışmada gösterilmiştir. Çalışmanın ikinci ana konusu taşıt yanal dinamiğinin kontrolü yani taşıt savrulma açısal hızının ve taşıt yana kayma açısının istenen değerde tutulmasıdır. Bu amaçla model tabanlı bir kontrolcü tasarlanmıştır. Tasarlanan kontrolcü, üst ve alt kontrolcüden oluşmaktadır. Üst kontrolcü tasarımı, model öngörülü kontrol yöntemi kullanılarak tasarlanmıştır. Alt kontrolcü, bir tekil frenleme algoritmasından oluşmaktadır. Kontrolcü tasarımı, doğrusal olmayan tek izli taşıt modeli ve CarMaker taşıt modeli kullanılarak sınanmıştır ve sonuçlar çalışmada verilmiştir. Tezin son bölümünde yukarıda bahsedilen iki ana konu birleştirilmiştir. Sanal sensörlü bir taşıtın yanal dinamiğinin kontrolü üzerinde durulmuştur. Bu durumda kontrolcünün çalışması ve savrulma açısal hızı tahmini, CarMaker taşıt modeli kullanılarak benzetim ortamında test edilmiştir.

In this thesis, vehicle state estimation and vehicle dynamics control, which are the most important topics of automotive control and mechatronics, are discussed. The first main topic of this thesis is vehicle yaw rate estimation using virtual sensor. This virtual sensor design consists of kinematic and dynamic estimation parts. Kinematic estimation is performed using wheel speed data and some vehicle parameters. Wheel speed data are obtained from standard wheel speed sensors which are available in vehicles with ABS. Virtual sensor design is tested in the simulation environment, using vehicle simulator and lastly in the actual road testing. The obtained results are shown in this work. The second main topic of this thesis is vehicle lateral dynamics control. For that reason a model-based controller is designed. Designed controller consists of two parts, lower and upper controller. Upper controller is designed using model predictive control method. Lower controller is an individual wheel braking algorithm. Designed controller is tested using the single track vehicle model and CarMaker vehicle model. In the last part of the thesis, abovementioned two main topics are merged and lateral dynamics control of a virtual sensor equipped vehicle is examined. In this situation, the working of control system and the estimation of the vehicle yaw rate are tested together using CarMaker vehicle model in the simulation environment.