Araçlarda ABS ve ESC sistemleri için düşük hesaplama yüküne sahip gürbüz model öngörülü kontrolcü tasarımı
Robust model predictive controller design with low computational burden for ABS and ESC systems in vehicles
Yazar: JAFFAR SEYYEDESMAEILI
Danışman: PROF. DR. ABDULLAH BAŞÇİ ; DR. ARASH FARNAM
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Kontrol ve Kumanda Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Amaç: Bu tezde, araçlarda bulunan Kilitlenmeyi Önleyici Fren Sistemi (ABS) ve Elektronik Denge Kontrolü (ESC) sisteminin kontrolü için düşük hesaplama yüküne sahip model öngörülü kontrol yöntemi önerilmektedir. Çalışma, ABS'de tekerlek kayma kontrolü için çevrimdışı bir gürbüz model öngörülü kontrolör (GMÖK) sunarak geleneksel çevrimiçi model öngörülü kontrolörün (MÖK) hesaplama zorluklarını ele almayı amaçlamaktadır.
Yöntem: Önerilen çevrimdışı GMÖK yöntemi, verimli ve hızlı kontrolü sağlamak için iç içe geçmiş elipsoidler kullanmakta ve hesaplama yükünü önemli ölçüde azaltmaktadır. Önerilen GMÖK, birincil kontrolörün bir PID kontrolöründen gelen veriler kullanılarak eğitilmiş ANFIS tabanlı bir kontrolörün olduğu iki katmanlı bir ESC sistemine ikincil kontrolör olarak entegre edilmiştir. Araştırmada yedi serbestlik derecesine sahip bir tam araç modeli kullanılmıştır. Yöntem, ANFIS kontrolörünün eğitilmesini ve ESC sisteminin diferansiyel frenleme ve çevrimdışı GMÖK ile her tekerleğe uygulanmasını içermektedir.
Bulgular: Çevrimdışı GMÖK, tekerlek kayma kontrolünde çevrimiçi MÖK 'e benzer tepkiler göstererek hesaplama yükünü önemli ölçüde azaltmakta ve istenen tekerlek kayma değerini etkili bir şekilde takip etmektedir. ESC sisteminde, çevrimdışı GMÖK ile birlikte ANFIS tabanlı kontrolör, çeşitli yol koşullarında (kuru, ıslak ve karlı) çift şerit değiştirme gibi karmaşık manevralar sırasında araç dengesini başarıyla korumuştur.
Sonuç: Simülasyon sonuçları, istenen tekerlek kayma değerlerine ulaşmada ABS sisteminin kontrolü için hesaplama açısından verimli bir çözüm sunan ve ANFIS tabanlı ESC sisteminin gürbüzlüğünü doğrulayan çevrimdışı GMÖK yönteminin etkinliğini vurgulamaktadır. Aracın yan kayma açısı üzerindeki faz düzlemi analizi, sistemin kararlılığı ve güvenliğini artırma kabiliyetini doğrulamış ve aracın yol tutuşunu ve yalpa dengesini önemli ölçüde artıran etkili bir çözüm sunmuştur.

Abstract:
Purpose: This thesis proposes a low-computational burden model predictive control method for control of Anti-lock Braking System (ABS) and Electronic Stability Control (ESC) system in vehicles. The research aims to address the computational challenges of traditional online Model Predictive Control (MPC) by introducing an offline Robust Model Predictive Controller (RMPC) for wheel slip control in ABS.
Method: The proposed offline RMPC method employs nested ellipsoids to achieve efficient and rapid control, significantly reducing the computational burden. This RMPC is integrated as a secondary controller in a two-layer ESC system, where the primary controller is an ANFIS-based system trained using data from a PID controller. The research uses a full-vehicle model with 7-DoF. The method includes training the ANFIS controller and applying the ESC system with differential braking and offline RMPC to each wheel.
Findings: The offline RMPC demonstrates similar responses to the online MPC in wheel slip control, significantly reducing the computational burden and effectively tracking the desired wheel slip value. In the ESC system, the ANFIS-based controller, combined with the offline RMPC, successfully maintains vehicle stability during complex maneuvers such as double lane change under various road conditions (dry, wet, and snowy).
Results: The simulation results highlight the effectiveness of the offline RMPC method, which provides a computationally efficient solution for the control of ABS system in achieving desired wheel slip values and confirming the robustness of the ANFIS-based ESC system. Phase plane analysis on sideslip angle of the vehicle validated the system's capability to enhance stability and safety, offering an efficient solution that significantly improves handling and yaw stability of the vehicle.