Fortschritte im Automobilbau
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Abstrakt

Auswirkungen des Neigemechanismus eines schmalen Fahrzeugs auf den psychophysiologischen Zustand des Fahrers

Jongseong Gwak

In diesem Artikel wird eine integrierte Stabilitätskontrollstrategie für kippbare Fahrzeuge vorgeschlagen. Die Arbeit erweitert den Hüllkurven-basierten Querstabilitätsregler, indem die Rollhüllkurve in das optimale Steuerungsdesign eingeführt und durchgesetzt wird. Das Modellprädiktivregler-Schema (MPC) wird übernommen, um den Steuerungsaufwand nur dann anzuwenden, wenn die vorhergesagten Fahrzeugzustände die sicheren Hüllkurven verlassen. Das Problem der nicht minimalen Phase bei der aktiven Kippsteuerung wird durch Nutzung der Vorhersagefunktion des Reglers gelöst. Durch die Simulation in CarSim wird gezeigt, dass durch die Übernahme des Hüllkurven-basierten Steuerungsschemas der Steuerungsaufwand zur Aufrechterhaltung der Rollstabilität schmaler Fahrzeuge erheblich reduziert werden kann. Der integrierte Regler verbessert auch die Fahreigenschaften des Fahrzeugs und gewährleistet gleichzeitig dessen Quer- und Rollstabilität. Er kann auf die aufkommenden schmalen kippbaren Autos für den Stadtverkehr sowie auf herkömmliche Fahrzeuge mit halbaktiver oder aktiver Aufhängung angewendet werden. In diesem Artikel wird der integrierte Querstabilitätsregler erweitert, indem die Rollfreiheitsgrade für die Bewegungssteuerung berücksichtigt werden. Für den übergeordneten Regler des Fahrzeugs wird ein Hüllkurvenansatz basierend auf dem Überschlagsindex vorgeschlagen, um die Überschlagsstabilität und den Steuerungsenergieverbrauch zu verwalten. Die gewünschten Stabilisierungskräfte werden dann mithilfe einer rekonfigurierbaren optimalen Steuerungszuordnung auf die verfügbaren Aktuatoren verteilt. Der rekonfigurierbare Ansatz bietet die Freiheit, verschiedene Aktuatoren für das System auszuwählen, ohne den Regler neu zu gestalten. Die optimale Steuerungszuordnung stellt außerdem die Machbarkeit sowie die Robustheit des Systems sicher. Durch die Simulation in CarSim wird gezeigt, dass durch die Übernahme des vorgeschlagenen Steuerungsansatzes der Aufwand für die Neigungssteuerung verringert und das Fahrzeughandling sowie die Stabilität bei Quer- und Wankbewegungen weiter verbessert werden können.

Schmale Neigefahrzeuge wurden vorgeschlagen, um Verkehrsprobleme wie Verkehrsstaus und Parkplatzmangel zu lösen. Die Untersuchung der Auswirkungen schmaler Neigefahrzeuge auf den Benutzer ist unzureichend, obwohl viele Methoden zur Verbesserung der Stabilität vorgeschlagen wurden. Ziel der vorliegenden Studie ist es, die Auswirkungen des Neigemechanismus schmaler Fahrzeuge auf den psychophysiologischen Zustand des Fahrers als Grundlagenstudie zu untersuchen. Die Hypothesen, dass ein Neigemechanismus den psychologischen Zustand des Benutzers beeinflusst und dass die physiologischen Indizes wie eine frontale Alpha-Asymmetrie, Beta-Wellen pro Alpha-Wellen-Leistung basierend auf der Gehirnaktivität gültig sind, konzentrieren sich auf die Benutzerzufriedenheit unter den Komponenten der Benutzerfreundlichkeit.

Die Zustandsbewertung wurde getestet. Die subjektive Bewertung emotionaler Zustände basierend auf Russells Zirkumflexmodell und die Messung der Elektroenzephalographie (EEG) wurden im Experiment mit dem vorgeschlagenen Fahrzeug mit dem Kippmechanismus durchgeführt. Als Ergebnis zeigten sowohl die Subjektbewertung als auch die physiologischen Indizes basierend auf dem EEG einen signifikant höheren Erregungs- und Valenzwert im Fall des Kippfahrzeugs im Vergleich zum Kontrollfahrzeug. Diese Ergebnisse legen nahe, dass sowohl die Erregungs- als auch die Valenzwerte von Benutzern schmaler Fahrzeuge durch einen Kippmechanismus verbessert werden können. Schmale Pendlerfahrzeuge können viele Stau-, Park- und Umweltverschmutzungsprobleme lösen, die mit dem städtischen Verkehr verbunden sind. Um schmale Fahrzeuge sicher, komfortabel und für die Öffentlichkeit akzeptabel zu machen, spielen aktive Neigungskontrollsysteme wahrscheinlich eine entscheidende Rolle. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Entwicklung eines dynamischen Modells für schmale Fahrzeuge, das für die Entwicklung und Bewertung aktiver Neigungskontrollsysteme verwendet werden kann. Das Modell hat vier Freiheitsgrade, einschließlich Quer- und Neigungsdynamik. Der Einfluss gyroskopischer Kräfte aufgrund rotierender Räder und der Einfluss des Vorderradnachlaufs werden berücksichtigt, sekundäre Kopplungseffekte werden jedoch ignoriert, um das Modell handhabbar zu halten. Das Modell wird in diesem Dokument verwendet, um den Einfluss der Fahrzeugneigung auf den für die Kurvenfahrt erforderlichen Lenkwinkel, den gewünschten Neigungswinkel für jedes bestimmte Kurvenmanöver und den Einfluss gyroskopischer Momente auf vorübergehende Neigungs-/Kurvenmanöver zu verstehen. Eine Untersuchung der Modellgleichungen bietet auch Einblicke, wie schmale Fahrzeuge so konstruiert werden können, dass sie selbststabilisierend sind.