Geri Dön

Comparative analysis of torque vectoring control strategies in electric vehicles

Elektrikli araçlarda tork aktarımı kontrol stratejilerinin karşılaştırmalı analizi

PDF İndir

  1. Tez No: 872002
  2. Yazar: EMRE SEZGİN
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERHAN YUMUK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Mekatronik Mühendisliği, Otomotiv Mühendisliği, Mechatronics Engineering, Automotive Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2024
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 73

Özet

Araç dinamiği kontrolü, beklenen ve ölçülen araç tepkisi arasındaki farkı azaltarak kaza önlemede önemli rol oynar. Tork aktarım kontrolü (TVC), araçların direksiyon ve yol tutuş performansını artırmak için geliştirilen kontrol sistemlerden biridir. Bu tez çalışması, tork aktarım kontrolü sistemi aracılığıyla elektrikli araçların direksiyon ve yol tutuş performanslarını iyileştirme potansiyeline sahip kontrol stratejilerinin karşılaştırılmasına odaklanmaktadır. Bu tez çalışmasında, elektrikli aracı temsil etmesi için doğrusal olmayan çok serbestlik dereceli dinamik araç modeli kullanılmıştır. Bu araç modeli, birbirinden bağımsız üç elektrik motoruna sahiptir, bunlardan biri çekiş için ön aks üzerinde iken diğer ikisi arka aks üzerindedir. Arka aks üzerindeki iki motorun yardımıyla, iki elektrik motoru arasındaki tork farkı ile sapma momenti kontrol edilir. Ayrıca, kontrol sisteminin istenen davranışı takip etmesi için bir referans değere ihtiyaç vardır. Bu amaçla modele yanal dinamik referans üreticisi dahil edilmiştir. Bunun için iki serbestlik dereceli araç modeli kullanılmıştır. Çalışmada araç yanal dinamikleri ile çalışırken, sapma oranı tepkisi direksiyon ve yol tutuş performansının bir ölçütü olarak kabul edilmiştir. Daha sonra, sistemin direksiyon ve yol tutuş performansı, bir simülasyon ortamında gerçekleştirilen kapalı çevrimli testler ile değerlendirilmiştir. Elektrikli araçlar üzerinde direksiyon ve yol tutuş performanslarını değerlendirmek için çeşitli kontolörler kullanılabilir. Bu tez çalışmasının ilk kısmında tek bir manevra için PID kontrolör parametrelerinin sistem performansı üzerindeki etkileri incelenmiş ve bu parametreler toplam karesel hata performans ölçütünü minimum yapacak şekilde ayarlanmıştır. PID kontrolör performansını gözlemlemek için kullanılan manevrada direksiyon açısı basamak biçiminde, hız ise istenen değere ulaşıncaya kadar ivmelendirerek rampa biçiminde seçilmiştir. Bu manevra için önce araç 50 km/sa hıza kadar ivmelendirilmiştir. Araç bu hıza ulaştıktan sonra sabit hızla devam ederken 75 derecelik basamak direksiyon açısı uygulanmıştır. PID parametreleri başta rastgele seçilmiştir. Daha sonra üç parametreden ikisi sabit tutularak tek parametre değiştirilmiş, sistem yanıtına göre katsayılar azaltılmış veya arttırılmıştır. Bu manevra için on beş farklı katsayı kombinasyonu denenmiş ve en düşük toplam karesel hatayı veren katsayılar optimal katsayılar olarak seçilmiştir. 50 km/sa hız ve 125 derecelik manevra için elde edilen optimal PID kontrolörün dayanıklılığını test etmek için üç farklı manevra oluşturulmuştur. Bu manevralar 50 km/sa hız ve 125 derece açı, 100 km/sa hız ve 75 derece açı, 100 km/sa hız ve 125 derece açı olarak seçilmiştir. Benzetim sonuçları göstermiştir ki bu farklı manevralar için optimal PID kontrolör istenen sistem davranışını gösterememiş ve hatta sistem kararsız hale gelmiştir. Tek bir manevra için tasarlanan optimal PID kontrolörün manevra değişiklikleri karşında dayanıksız olduğu görülünce aracın sürüş esnasında maruz kalacağı olası manevralar kapsayacak şekilde on iki adet manevra üretilmiştir. Üretilen her bir manevra için 50 km/sa hız ve 125 derecelik manevrada da yapıldığı gibi ilk olarak rastgele katsayılar seçilmiş ve toplam karesel hata sonucuna göre optimal PID kontrol parametreleri bulunmuştur. Diğer bir deyişle on iki adet manevra için on iki adet optimal PID kontrolör parametreleri üretilmiştir. Bu tez çalışmasında, hız ve direksiyon açısı değiştirilerek oluşturulmuş manevralarda optimal PID katsayıları farklı olduğu için hıza ve direksiyon açısına bağlı olarak katsayıları değişen adaptif PID kontrolör önerilmiştir. Bu adaptif kontrolörde, on iki farklı manevra için bulunan optimal katsayılar alınmış ve ara manevralar için de katsayıları bulmak için her bir PID kontrolör katsayısına eğri uydurulmuştur. Adaptif PID kontrolör ile tek bir manevra için ayarlı optimal PID kontrolörü karşılaştırmak için dört farklı manevrayı içeren (50 km/sa hız ve 50 derece açı, 50 km/sa hız ve 75 derece açı, 100 km/sa hız ve 50 derece açı, 100 km/sa hız ve 75 derece açı) birleşik bir manevra oluşturulmuştur. Bu birleşik manevranın ilk iki manevrası optimal PID kontrolör üstesinden gelebileceği basit manevralarken, hız artışı ile birlikte adaptif PID kontrolör, üstün performans sonuçları göstermiştir. Bu tez çalışmasının ikinci kısmında, basitlikleri ve doğrusal olmayan sistemleri kontrol etmedeki performansları nedeniyle tercih edilen bulanık kontrolör kullanılmıştır. Literatürde tork aktarım kontrolü için bulanık kontrolör kullanıldığında genellikle yana kayma hatası ve sapma oranı değişimi hatası giriş işaretleri olarak alınsa da bu tezde sapma oranı hatası ve sapma oranı hatasının değişimi giriş işaretleri olarak alınmıştır. Bulanık kontrolörün kural tablosu ve üyelik fonksiyonları literatürden seçilmiştir. Bulanık PID kontrolörün giriş-çıkış ölçekleme çarpanları da aynı manevra (50 km/sa hız ve 75 derece açı) için toplam karesel hatayı minimum yapacak şekilde ayarlanmış ve aynı manevra için ayarlı optimal PID kontrolör ile performansı karşılaştırılmıştır. Bulanık PID kontrolörün sonuçları literatürden alınan kural tablosu ve üyelik fonksiyonları için beklenen sonuçları vermemiştir. Bulanık PID kontrolörün dayanıklılığını test etmek için PID kontrolörde de uygulandığı gibi üç farklı manevra (50 km/sa hız ve 125 derece açı, 100 km/sa hız ve 75 derecelik açı, 100 km/sa hız ve 125 derecelik açı) için sonuçlar elde edilmiştir. Bu benzetim sonucunda ilk manevra (50 km/sa hız ve 75 derece açı) için bulanık PID kontrolör, optimal PID kontrolörden daha iyi sonuç verememesine rağmen katsayılar sabit tutulduğunda bu üç farklı manevra için daha dayanıklı sonuçlar verdiği gözlemlenmiş ve tüm manevralar için sistemi kararlı yapabilmiştir. Literatürde lineerleştirilmiş yüzey ve simetrik üyelik fonksiyonları ile birikte bulanık PID kontrolörün PID kontrolöre benzer davranışlar sergilediği belirtilmiştir. Bu yüzden lineerleştirilmiş yüzeye sahip bir bulanık PID kontrolör tasarlanmıştır. Lineerleştrimiş bulanık PID için de aynı manevrayla optimal giriş-çıkış çarpanları elde edilmiştir. Optimal giriş-çıkış çarpanları ile birlikte lineerleştirilmiş bulanık PID sonuçlarının PID yakın olduğu görülmüştür. Daha sonra, lineer bulanık PID kontrolörün çıkış üyelik fonksiyonları içeri doğru kaydırılmış ve 50 km/sa hız ve 75 derece açılık manevra için optimal giriş-çıkış ölçekleme çarpanları bulunmuştur. Optimal giriş-çıkış çarpanlarıyla yakınsatılmış bu bulanık PID kontrolör, diğer tasarlanan bulanık PID kontrolörlere göre daha yüksek bir toplam karesel hata vermiştir. Son olarak lineer bulanık PID kontrolörün çıkış üyelik fonksiyonları dışarı doğru kaydırılmış ve 50 km/sa hız ve 75 derece açılık manevra için optimal giriş-çıkış ölçekleme çarpanları bulunmuştur. Bu manevra için ıraksatılmış bulanık PID kontrolör, PID kontrolöre göre daha üstün sonuç vermiştir. Bu tez çalışmasında PID kontrolörün farklı manevralar için farklı katsayılara sahip olması gerektiği görülmüş ve bu sebeple adaptif PID kontrolör önerilmiştir. Sonuçları iyileştirmek için optimal PID katsayıları her bir manevra için deneme yanılma metodu yerine bir optimizasyon algoritması kullanılabilir. Ayrıca seçilen on iki manevra sayısı sayısının arttırılması adaptif PID kontrolörün performansı arttırılabilir. Diğer yandan bulanık PID kontrolör sabit giriş-çıkış ölçekleme çarpanlarıyla manevra değişikliklerinin üstesinden gelebilse de üyelik fonksiyonlarında yapılacak değişiklerin performansı arttırdığı saptanmıştır. Bu üyelik fonksiyonları farklı manevraları için incelenip bu fonksiyonların manevralara bağlı adaptif yapılması bulanık PID kontrolörün performansını arttırabilir.

Özet (Çeviri)

Vehicle dynamics control systems have an important role in accident prevention by decreasing the difference between the desired and actual vehicle response. Torque Vectoring Control is one of these systems which is developed to enhance the steering and handling performances of vehicles. This thesis focuses on the comparison of the control strategies for the potential of improving the steering and handling performances of electric vehicles through torque vectoring control systems. In this thesis, a non-linear multi-body dynamics model is used to represent the real electric vehicle. This vehicle model adopts three independently controllable electric motors; one of them is on the front axle for traction and the other two are on the rear axle. With the help of these two motors on the rear axle, the yaw moment can be controlled with the torque difference between the two electric motors. Furthermore, the control system needs a target value to follow the desired behavior of the system. To achieve this aim, the lateral dynamics reference generation has been included. When working with the vehicle lateral dynamics in the study, the yaw rate response is considered as a representative of steering and handling performance. Then, the system steering and handling capabilities using different maneuvers are evaluated with closed-loop test cases performed in a simulation environment. Various controllers can be used to assess the steering and handling performance on the vehicle. In the first part of this thesis study, the effects of PID controller parameters on system performance for a single maneuver are examined, and then these parameters are adjusted to minimize the integral square error performance metric. The durability of this optimal controller under maneuver changes is also investigated. Simulation results show that under different maneuvers, particularly at high speeds and steering angles, the system performance significantly deteriorates. To overcome this problem, possible maneuvers the vehicle might encounter are determined, and then optimal PID controller parameters are found for each maneuver to minimize the integral square error performance metric. Using the optimal PID parameters found for possible maneuvers, an adaptive PID controller design is proposed with the help of the cubic spline method. The performance of the adaptive PID controller adapted to speed and steering angle is tested under various maneuver changes, yielding satisfactory results. In the second part of the thesis study, the effects of a fuzzy PID controller on system performance are examined due to its success in controlling nonlinear systems. For this purpose, fuzzy PID parameters, i.e. input-output scaling factors are found using the rule table and membership functions from the literature to minimize the integral square error, similar to the optimal PID controller. The fuzzy PID controller is compared to the optimal PID controller using a similar maneuver. Although the fuzzy PID controller does not produce superior results for a single maneuver compared to the optimal PID controller, it shows quite satisfactory results when faced with maneuver changes. The reason for the fuzzy PID controller not producing superior results for similar maneuvers is that the rule table and membership functions from the literature are not suitable for the system. For this purpose, the output membership functions are adjusted (shifted outward and inward), and then a fuzzy PID design is designed for a similar maneuver. When the output membership functions are shifted outward, the fuzzy PID controller produces superior results compared to the optimal PID controller.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    816190

    PID ve kayan kipli denetleyici kullanarak delta robot manipülatörün yörünge kontrolü

    Trajectory control of delta robot manipulator using PID and sliding mode control

    VEYSEL KARAM YILMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSüleyman Demirel Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ UMUT TİLKİ

  2. Tez No

    827875

    Kalıcı mıknatıslı senkron motorun farklı gözlemleyici tabanlı sensörsüz alan yönlendirmeli kontrol yöntemlerinde donanım ve yazılım bileşenlerinin işletme başarımına etkilerinin tespiti

    Determination of the effects of hardware and software components on operational performance for different observer-based sensorless field oriented control methods of permanent magnet synchronous motor

    MUHAMMET CEMAL DEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ

  3. Tez No

    682907

    Asimetrik altı fazlı asenkron motorun uzay vektör PWM ile doğrudan moment kontrolü

    Direct torque control of asymmetric six phase induction motor with space vector PWM

    İSMAİL SARIGÜL

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiFırat Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET ÖZDEMİR

  4. Tez No

    899263

    Hafif ticari araç debriyaj kapağının optimum tasarımı

    Optimum design of the light commercial vehicle clutch cover

    UĞUR KÖPRÜBAŞI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Otomotiv MühendisliğiBursa Uludağ Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET İHSAN KARAMANGİL

  5. Tez No

    712905

    Endodontik adaptif hareket kinematiğinin farklı tork yükleri altında karşılaştırmalı olarak analizi

    Comparative analysis of endodontic adaptive motion kinematics under different torque loads

    DUYGU BAHADIR

    Diş Hekimliği Uzmanlık

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Diş HekimliğiEskişehir Osmangazi Üniversitesi

    Endodonti Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EKİM ONUR ORHAN

Geri Dön