21746

21746

تخمين نيروي عمودي وارد بر تاير با استفاده از سنسور شتاب سنج در حركت سرپيچ

كارشناسي ارشد

طراحي سيستم‌هاي ديناميكي خوردو

1398/6/31

دكتر سلمان ابراهيمي نژاد - دكتر بهروز مشهدي

خودرو

نيروهاي به وجود آمده¬ي بين تاير و جاده به‌عنوان پارامترهاي مهمي در طراحي سيستم‌هاي كنترلي تركشن، ترمز گيري و پايداري خودرو محسوب مي‌شوند و به‌صورت غير مستقيم از روابط ديناميكي حاكم بر خودرو محاسبه مي‌شوند. امروزه تايرهاي هوشمند (تايرهاي با سنسور و داراي ظرفيت محاسبات ديجيتالي) اين امكان را فراهم كرده‌اند كه نيروهاي در تماس بين تاير و جاده را بتوان به روش مستقيم محاسبه كرد. آگاهي داشتن از نيروي عمودي وارد بر تاير به منظور بحث ايمني و حفظ تعادل خودرو در حركت سرپيچ از اهميت بسيار بالايي برخوردار است. در اين پايان نامه هدف تخمين نيروي عمودي وارد بر تاير در حركت سرپيچ با استفاده از تاير هوشمند است. بدليل داشتن مزايايي از جمله مقرون به صرفه بودن در مصرف انرژي، هزينه و كوچك بودن از لحاظ ابعاد نسبت به سنسورهاي كرنش سنج، در اين پايان نامه از يك سنسور شتاب سنج استفاده مي شود. سنسور شتاب سنج در قسمت آستر داخلي تاير روي ناحيه ي مركز تماس بين تاير و جاده قرار داده شد بدين منظور كه بتوان درك بهتري از پديده هايي كه بين تاير و جاده اتفاق مي افتد پيدا كرد. به دليل تأثيري كه تغييرات نيروي عمودي بر جابجايي جانبي منجيد تاير دارد لذا از جابجايي جانبي منجيد تاير به‌عنوان پارامتري براي تخمين نيروي عمودي در حركت سرپيچ استفاده شده است. با توجه به اهميت مدل‌سازي‌هاي كامپيوتري، از مدل المان محدود تاير راديال سواري 175/80R14 استفاده‌ شده است. به اين‌گونه كه ابتدا شتاب جانبي منجيد تاير در حركت سرِ پيچ گرفته مي‌شود، سپس با دو بار انتگرال‌گيري از شتاب جانبي، جابجايي جانبي منجيد تاير به دست مي‌آيد. تأثير پارامترهايي چون فشار، سرعت، نيروي عمودي، زاويه‌ي لغزش، نيروي جانبي و ضريب اصطكاك بر روي جابجايي جانبي منجيد تاير بررسي مي‌شود و سپس به تخمين زاويه‌ي لغزش، نيروي جانبي و ضريب اصطكاك پرداخته مي‌شود. در اين پژوهش، فلوچارت يك الگوريتم جامع براي تخمين نيروي عمودي وارد بر تاير در حركت سرِ پيچ ارائه شده است. تخمين زاويه‌ي لغزش و نيروي جانبي در محدوده‌ي 0/1 تا 5 درجه براي50 نقطه در سرعت‌ها، فشارها، نيروهاي عمودي و ضرايب اصطكاك متفاوت و تخمين ضريب اصطكاك براي محدوده‌ي 0/3 تا 1 در سرعت‌ها، فشارها، نيروهاي عمودي و زواياي لغزش متفاوت صورت گرفته است. در نهايت با استفاده از مدل براش در حركت سرِ پيچ به تخمين نيروي عمودي وارد بر تاير نيز پرداخته مي‌شود. تخمين نيروي عمودي در بازه‌ي KN 2/79 تا KN 3/47 براي 5 نقطه انجام شده است كه در اين باره تخمين به‌صورت بسيار دقيق صورت مي‌گيرد. هم‌چنين، اين الگوريتم مي‌تواند به كمك داده‌هاي موجود، برون‌يابي نيز انجام دهد و تخمين‌هاي خوبي هم در خارج اين بازه به‌صورت دقيق صورت دهد، كه برون‌يابي براي 5 نقطه نيز در بازه‌يKN 3/64 تا KN 4/32 انجام شده است كه بيشترين ميزان انحراف براي 10 نيروي عمودي تخمين زده شده با نتايج حاصل از نرم افزار آباكوس 0/17 درصد و كمترين ميزان انحراف 0/049 درصد است. صحه‌گذاري نتايج به‌دست‌آمده با نتايج حاصل از نرم‌ افزار آباكوس، نشان‌ دهنده‌ي درست بودن روش پيشنهادي است.

1398/11/29

Tire Normal Force Estimation by Means of Accelerometer in Cornering

2/24/2021 12:00:00 AM

The interaction between the tire and the road is crucial for determining the dynamic behavior of a road vehicle, and the road–tire contact forces are key variables in the design of traction, braking, and stability control systems. Traditionally, road–tire contact forces are indirectly estimated from vehicle-dynamics measurements. The emerging of the “smart-tire” concept (tire with embedded sensors and digital-computing capability) has made possible, in principle, a more direct estimation of contact forces. In this thesis, a comprehensive Flowchart algorithm for estimating the vertical force applied to the tire in the cornering motion is present. Due to the advantages of accelerometer sensors compared to strain gauges, this thesis uses an accelerometer sensor to estimate the vertical force on the tire on the road. To use the tire displacements obtained from the tire acceleration signals, there is no need to transfer the acceleration obtained in the accelerometer body unit and this also makes it easy to operate, also because of the effect that vertical force changes have on the tire's lateral displacement. Therefore, lateral displacement of the tire is used as a parameter to estimate the vertical force. due to the importance of computer modeling, finite element of the passengar Radial tire 175/80R14 has been used. First lateral acceleration is taken, then with the double integration of the lateral acceleration, the lateral displacement of the tire is achieved.The influence of parameters such as pressure, velocity, vertical force, slip angle and friction coefficient on the tire's lateral displacement is investigated and then the slip angle, lateral force and friction coefficient are estimated. Estimation of slip angle and lateral force in the range of 0.1 to 5 degrees for 50 points at different velocities, pressures, vertical forces and friction coefficients and estimation of friction coefficient in the range of 0.3 to 1 at different speeds, pressures, vertical forces and slip angles are done. Finally, using the brush model in the cornering, the vertical force applied to the tire is also estimated. Vertical force estimation has been done in the range of 2.79 KN to 3.47 KN for 5 points, which is a very accurate estimate. Also, this algorithm can also extrapolate with available data and make accurate estimates outside of this range, which also performs extrapolation for 5 points in 3/64 KN to 4/32 KN. It was found that the maximum deviation for the 10 vertical forces estimated with the results of Abaqus software is 0.17% and the minimum deviation is 0.049%.The importance of accurately measuring tire and road forces in the dynamics of the car's drive to increase safety, steering and driving.