بكارگيري سيستم كَستر فعال به منظور بهبود فرمان‌پذيري خودرو

Using active caster for the enhancement of vehicle handling dynamics

در اين مقاله به بررسي تاثير تغييرات زاويه كستر روي ديناميك حركت جانبي خودرو پرداخته شده است. بدين منظور از يك مدل جامع غيرخطي خودرو استفاده شده است. همچنين بعلت نقش اساسي سيستم فرمان در ديناميك حركت خودرو ، معادلات ديناميكي اين سيستم كه از روش ديناميك پيشرفته كين حاصل شده‌اند، بيان گرديده، و همراه با ساير معادلات حركت خودرو، در مجموع يك مدل جامع و غيرخطي 9 درجه آزادي، شامل مدل تاير فرمول جادويي، براي انجام شبيهسازي ها در اختيار مي‌گذارد. در گام بعد با اجراي شبيه‌سازي‌هاي متعدد تاثير تغيير زاويه كستر بر روي پاسخ حالت پايدار خودرو مورد بررسي قرار گرفته است. بر اساس اطلاعات بدست آمده از چنين تحليلي يك كنترلر فازي براي كنترل زاويه كستر طراحي شده است. كنترلر بر مبناي خطاي سرعت زاويهاي چرخشي خودرو و شتاب جانبي آن، مقدار زاويه كستر (و به تبع‌ آن دنباله مكانيكي) مورد نياز را براي پايدار سازي وضعيت حركت خودرو در اختيار قرار مي‌دهد. مقادير مطلوب حركتي بر مبناي مقادير پايدار متغيرهاي وضعيت، براي مدل خودروي دو-چرخ حاصل شده‌اند و مقدار زاويه كستر كنترلي نيز در بازه‌اي معقول و متداول محدود گشته‌است. همچنين عملكرد كنترلر كستر طراحي شده، با اجراي شبيهسازي مانورهاي بحراني و سنگين مورد آزمايش، و با خودروي بدون كنترلر مورد مقايسه قرار گرفته است. نتايج شبيه‌سازي‌ها نشان مي‌دهند كه كنترلر زاويه كستر قابليت بالايي در بهبود و پايدارسازي وضعيت‌هاي بحراني خودرو دارد و بخوبي مقادير مطلوب حركتي را دنبال مي‌كند.

In the present study, an active caster mechanism is introduced which will lead to improvement of the vehicle handling characteristics. In the presented survey, a 9-DOF nonlinear vehicle model which consists of steering system dynamic equations (which were derived by means of Kane dynamics method) and also the Magic Formula tyre model are being utilized for the simulation purposes. The relevant influences of the caster angle variations on the steady state response of the vehicle were investigated at the first step of the analyses. With respect to the results which were achieved by the mentioned approach, a fuzzy logic controller (FLC) was designed for controlling the caster angle. According to the yaw rate error (which will be defined as the difference between the actual and theoretically desired values), and the vehicle lateral acceleration, the mentioned controller alters the caster angle in order to attain a stable state of the vehicle. The desired dynamic motion of the vehicle is assumed to be in the form of the steady motion of the two-wheel model. Here, it is worth mentioning that the variations of the caster angle were limited in a conventional range. During some critical maneuvers, the performance of the caster angle controller was surveyed and the outcomes were compared with the uncontrolled vehicle. The results Show that the caster variation controller provides substantial capability to improve vehicle handling characteristics.