haku: @supervisor Tammi, Kari / yhteensä: 15
viite: 9 / 15
| Tekijä: | Kivekäs, Klaus |
| Työn nimi: | Estimation of tire-road friction potential based on inertial sensor measurements in low-friction conditions |
| Tien ja renkaan välisen kitkapotentiaalin arviointi inertia-anturin mittausten perusteella alhaisen kitkan olosuhteissa | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2016 |
| Sivut: | (13) + 101 s. + liitt. 1 Kieli: eng |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Insinööritieteiden korkeakoulu |
| Oppiaine: | Koneensuunnittelu (K3001) |
| Valvoja: | Tammi, Kari |
| Ohjaaja: | Tuononen, Ari |
| Elektroninen julkaisu: | http://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201606172643 |
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 4068 | Arkisto |
| Avainsanat: | friction potential passenger car TCS ABS ESP low friction kitkapotentiaali henkilöauto alhainen kitka |
| Tiivistelmä (fin): | Elektronisista ajoavuista on tullut yleisiä henkilöautoissa viimeisten kahden vuosikymmenen aikana. Nämä järjestelmät parantavat turvallisuutta yrittämällä estää autoa ylittämästä suorituskykyrajojaan, jolloin auto muuttuu epästabiiliksi. Kyseiset rajat perustuvat laajalti renkaan ja tien väliseen kitkapotentiaaliin. Kitkapotentiaali on siksi yksi niistä muuttujista, joita nämä järjestelmät käyttävät ohjauslogiikoissaan. Täten ajoapujen toimintaa voidaan tehostaa merkittävästi estimoimalla kitkapotentiaalia. Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on luoda uudenlainen kitkaestimointialgoritmi, jonka toiminta perustuu inertia-anturilla mitattaviin auton kiihtyvyyksiin ja kallistumis-, nyökkimis- ja pystykiertymänopeuksiin, ja tutkia sen tarkkuutta. Algoritmi suunniteltiin huomioimaan tien nousu- ja sivuttaiskulmien vaikutus, sillä ne vaikuttavat auton kiihtyvyysrajoihin ja mitattuihin kiihtyvyyslukemiin. Algoritmista luotiin kolme eri versiota, jotta tien kulmien kompensoinnin vaikutusta voitaisiin arvioida. Lisäksi algoritmi suunniteltiin siten, että sen pitäisi kyetä arvioimaan kitkapotentiaalia tarkasti myös sellaisissa liikkeellelähtötilanteissa, joissa ohjauskulma on suuri. Kaksipyörämalli sisällytettiin algoritmiin tätä tarkoitusta varten. Algoritmin on myös kyettävä havaitsemaan, milloin auto on lähellä suorituskykyrajojaan, koska arvioitu kitkakerroin on lähellä kitkapotentiaalia vain silloin. Algoritmi toteuttaa tämän tarkkailemalla ajoapujen tiloja. Algoritmia testattiin simulaatioiden ja koeautolla tehtävien testien avulla. Koeauto ja sen merkittävimmät ajoavut mallinnettiin simulaatio-ohjelmistossa. Monenlaisia kiihdytys-, jarrutus- ja kaarreajoliikkeitä suoritettiin algoritmin kykyjen tutkimiseksi erilaisia kallistuksia sisältävillä teillä. Testit keskittyivät alhaisen kitkan olosuhteisiin, sillä kitkaestimoinnista on eniten hyötyä juuri sellaisissa oloissa. Tulokset näyttävät, että luotu algoritmi kykenee arvioimaan kitkapotentiaalia tarkasti useimmissa kiihdytys-, jarrutus- ja kaarreajotilanteissa mäkisillä, kallistetuilla ja tasaisilla teillä. Tulokset kuitenkin myös osoittavat, että nousu- ja sivuttaiskulman huomiointi algoritmissa tuottaa vain pienen eron kitkaestimoinnissa. Algoritmi laskee rengasvoimat perustuen enimmäkseen inertia-anturin pitkittäis- ja sivuttaiskiihtyvyysmittauksiin, jotka sisältävät putoamiskiihtyvyyskomponentin, mikäli tie ei ole tasainen. Täten nousu- ja sivuttaiskulmien vaikutus kompensoituu enimmäkseen pois niissäkin algoritmiversioissa, joita ei erityisesti suunniteltu huomioimaan kyseisiä kulmia. Tulokset näyttävät myös, että kaksipyörämallin tuottama kitkapotentiaaliarvio suuren ohjauskulman liikkeellelähtötilanteissa sisältää merkittävästi virhettä johtuen siitä, että etupyörät tuottavat tällöin voimaa eri suuntiin. |
| Tiivistelmä (eng): | Electronic driver aids have become commonplace in passenger cars in the last two decades. These systems improve safety by attempting to prevent the vehicle from exceeding the limits of its handling and becoming unstable. Those limits are largely defined by the tire-road friction potential. Consequently, the friction potential is one of the variables used in the control logics of these systems. Thus, by estimating the potential, the effectiveness of electronic driver aids can be significantly improved. The purpose of this thesis is to develop and test the accuracy of a novel friction estimation algorithm that uses the accelerations and yaw, pitch, and roll rates of the vehicle measured with an inertial sensor as its basis. The algorithm was designed to account for the effects of inclination and banking, as they influence the acceleration capabilities of the vehicle and the acceleration measurements. Three different versions of the algorithm were created so that the effects of compensating for inclination and bank angle could be assessed. Additionally, the algorithm was designed in such a way that it should be able to estimate the friction potential accurately in start maneuvers where the steering angle is high. The single-track model was incorporated into the algorithm for this purpose. The algorithm must also detect when the vehicle is on the limits of its handling, as it is only then that the measured friction coefficient is equal to the friction potential. The algorithm accomplishes this by monitoring the states of the driver aids. The algorithm was tested with simulations and experimental tests. The research vehicle was modelled in simulation software, including the most significant electronic driver aids. A variety of acceleration, braking, and cornering maneuvers were performed in order to test the capabilities of the algorithm on roads with varying inclinations and bank angles. The tests focused on low-friction conditions, as friction estimation is at its most beneficial in such circumstances. The results show that this novel algorithm is capable of estimating the friction potential accurately in most acceleration, braking, and cornering situations on inclined, banked, and level roads. However, the results also indicate that accounting for the inclination and the bank angle makes little difference in the friction estimation. The algorithm calculates the tire-road forces largely based on the longitudinal and lateral acceleration measurements of the inertial sensor, which contain a component of gravitational acceleration if the road is not level. Thus, the effects of inclination and bank angle get mostly compensated even in the versions that were not specifically designed to account for them. The results also show that the friction potential estimation produced by the single-track model in high steering angle start maneuvers contains significant error due to the two front tires producing forces in different directions in such situations. |
| ED: | 2016-07-17 |
INSSI tietueen numero: 54073
+ lisää koriin
INSSI