دانشگاه صنعتی امیرکبیر

(پلی‌تکنیک تهران)

طراحی سیستم یکپارچه کنترل جهت بهبود پایداری جانبی و دینامیک غلت خودرو

ارائه شده برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

تهیه شده توسط: شهاب رحیمی

استاد راهنما: دکتر نراقی

دانشکده مهندسی مکانیک

بهمن ۱۳۹۱

قدردانی

بدین وسیله از زحمات استاد راهنما، آقای دکتر نراقی برای ارائه راهنمایی­های ارزنده در طول انجام این پایان نامه قدردانی می ­نمایم. همچنین از همکاری مهندس سینا چراغی و مهندس دانیال چودن کمال تشکر را دارم. از اعضاء خانواده که در طول انجام این پایان نامه با صبر و تحمل مشکلات را پذیرا بودند نیز سپاسگزارم.

اینجانب شهاب رحیمی متعهد می‌شوم که مطالب مندرج در این پایان نامه حاصل کار پژوهشی اینجانب تحت نظارت و راهنمایی اساتید دانشگاه صنعتی امیرکبیر بوده و به دستاوردهای دیگران که در این پژوهش از آنها استفاده شده است مطابق مقررات و روال متعارف ارجاع و در فهرست منابع و مآخذ ذکر گردیده است. این پایان نامه قبلاً برای احراز هیچ مدرک هم‌سطح یا بالاتر ارائه نگردیده است.

در صورت اثبات تخلف در هر زمان، مدرک تحصیلی صادر شده توسط دانشگاه از درجه اعتبار ساقط بوده و دانشگاه حق پیگیری قانونی خواهد داشت.

کلیه نتایج و حقوق حاصل از این پایان نامه متعلق به دانشگاه صنعتی امیرکبیر می‌باشد. هرگونه استفاده از نتایج علمی و عملی، واگذاری اطلاعات به دیگران یا چاپ و تکثیر، نسخه‌برداری، ترجمه و اقتباس از این پایان نامه بدون موافقت کتبی دانشگاه صنعتی امیرکبیر ممنوع است. نقل مطالب با ذکر مآخذ بلامانع است.

شهاب رحیمی

چکیده

علاوه بر ناپایداری جانبی، یکی از تهدیدهای عمده برای خودروهای سواری به ویژه خودروهای شاسی­بلند، خطر واژگونی است. در این پایان نامه یک استراتژی هماهنگی بر اساس منطق فازی، برای عملکرد یکپارچه زیرسیستم­های فعال فرمان، دیفرانسیل، ترمز و میله ضدغلت طراحی شده است. تحلیل­های جداگانه روی هر یک از زیرسیستم­ها به طور مستقل و نیز اثر هم­افزایی آنها صورت گرفته است. این استراتژی هماهنگی تلاش می­ کند ضمن حفظ شتاب طولی مطلوب راننده تداخل میان زیرسیستم­ها و اهداف کنترلی آنها را که عبارتند از: تعقیب نرخ چرخش، شتاب جانبی و حرکت غلت خودرو، تا حد امکان برطرف نماید و مصالحه­ای میان آنها برقرار سازد. بررسی عملکرد این استراتژی در غیاب دیفرانسیل فعال نیز نتایج موفقی را به همراه داشته است. زاویه لغزش جانبی و نرخ چرخش به عنوان شاخص­ های پایداری جانبی و زاویه غلت، نرخ غلت و انتقال وزن جانبی به عنوان شاخص­ های پایداری غلت در نظر گرفته شده ­اند. نتایج شبیه­سازی بر روی یک مدل ده درجه آزادی ساخته شده در نرم­افزار Simulink نشان می­دهد که عملکرد سیستم یکپارچه نسبت به عملکرد مستقل تک­تک زیرسیستم­ها بهبود داشته و پایداری غلت در کنار پایداری جانبی حفظ شده است. همچنین، نتایج شبیه­سازی برای مانور «بدترین حالت» حاکی از عملکرد رضایت­بخش این سیستم یکپارچه است. نتایج با مدلسازی در محیط نرم­افزار Carsim صحه­گذاری شده است.

کلمات کلیدی:

کنترل یکپارچه، کنترل پایداری، کنترل غلت، فرمان فعال، دیفرانسیل فعال، ترمز فعال

فهرست مطالب

فصل اول - پیشگفتار

۱-۱ ضرورت تحقیق ۳

۱-۲ پیشینه کنترل پایداری خودرو ۵

۱-۲-۱ کنترل نرخ چرخش ۵

۱-۲-۲ کنترل لغزش جانبی ۷

۱-۲-۳ کنترل غلت ۹

۱-۳ تعریف مسئله ۱۱

۱-۴ طرح­نمای پایان نامه ۱۱

فصل دوم - مدل­سازی خودرو

۲-۱ مقدمه ۱۴

۲-۲ مدل ده درجه آزادی ۱۴

۲-۲-۱ فرضیات مدل ۱۴

۲-۲-۲ معادلات دینامیک ۱۵

۲-۳ مدل راننده ۲۳

۲-۴ صحه­گذاری حلقه­باز مدل به کمک نرم­افزار CarSim 25

فصل سوم – طراحی کنترلر

۳-۱ مقدمه ۳۲

۳-۲ اندازه ­گیری متغیرها ۳۳

۳-۳ زیرسیستم­های کنترلی ۳۴

۳-۳-۱ سیستم فرمان فعال جلو ۳۴

۳-۳-۲ سیستم دیفرانسیل فعال ۳۴

۳-۳-۳ سیستم ترمز فعال ۳۴

۳-۳-۴ سیستم تنظیم لغزش / ترمز ضد قفل ۳۵

۳-۳-۵ سیستم فعال غلت -میله ضد غلت- ۳۵

۳-۴ مدل ساده شده خودرو برای طراحی کنترلر ۳۶

۳-۵ مدل مرجع ۳۷

۳-۵-۱ نرخ چرخش ۳۷

۳-۵-۲ شتاب طولی ۳۹

۳-۵-۳ شتاب جانبی ۳۹

۳-۶ طراحی کنترلر فرمان فعال ۳۹

۳-۷ طراحی کنترلر دیفرانسیل فعال ۴۱

۳-۸ طراحی کنترلر ترمز فعال ۴۲

۳-۹ طراحی کنترلر تنظیم لغزش فعال / ترمز ضد قفل ۴۵

۳-۱۰ طراحی کنترلر فعال غلت- میله ضدغلت- ۴۷

۳-۱۱ استراتژی هماهنگی ۵۰

۳-۱۱-۱ بررسی تداخلات ممکن بین اهداف زیرسیستم­ها ۵۰

۳-۱۱-۲ انتخاب استراتژی هماهنگی مناسب ۵۰

۳-۱۱-۳ طراحی یکپارچه­ساز فازی ۵۳

فصل چهارم - شبیه­سازی و نتایج

۴-۱ مقدمه ۵۹

۴-۲ تحلیل عملکرد زیرسیستم­ها ۶۰

۴-۲-۱ کنترل فرمان فعال ۶۰

۴-۲-۲ کنترل دیفرانسیل فعال ۶۵

۴-۲-۳ کنترل ترمز فعال ۷۰

۴-۲-۵ کنترل فعال غلت -میله ضدغلت- ۷۶

۴-۳ ارزیابی عملکرد یکپارچه­ساز ۸۲

) ۸۲

) ۸۹

۴-۴ مقایسه زیرسیستم­ها و سیستم کنترل یکپارچه ۹۶

۴-۴ صحه­گذاری حلقه­بسته (سیستم کنترل یکپارچه) توسط نرم­افزار CarSim 101

۴-۵ مانور بدترین حالت ۱۰۷

فصل پنجم - نتیجه ­گیری و پیشنهادها

۵-۱ نتیجه ­گیری ۱۱۵

۵-۲ پیشنهادها ۱۱۶

مراجع ۱۱۷

پیوست الف – سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال ۱۱۵

پیوست ب- مقادیر عددی پارامترهای خودرو ۱۲

فهرست جدول­ها

جدول ۳-۱ شیوه پسخوراند متغیرها ۳۲

جدول ۳-۲ ضرایب کنترلر فرمان فعال ۳۹

جدول ۳-۳ ضرایب کنترلر دیفرانسیل فعال ۴۰

جدول ۳-۴ ضرایب کنترلر ترمز فعال ۴۲

جدول ۳-۵ ضرایب کنترلر تنظیم لغزش فعال / ترمز ضد قفل ۴۶

جدول ۳-۶ ضرایب کنترلر فعال غلت –میله ضدغلت- ۴۸

جدول ۳-۷ قوانین هماهنگی در حضور دیفرانسیل فعال ۵۴

جدول۴-۱ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم فرمان فعال ۶۴

جدول ۴-۲ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم دیفرانسیل فعال ۶۹

جدول ۴-۳ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم ترمز فعال ۷۴

جدول ۴-۴ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل فعال غلت ۸۰

جدول ۴-۵ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ۸۸

جدول ۴-۶ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ۹۵

جدول الف-۱ قوانین هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال ۱۲۱

جدول الف-۲ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال ۱۲۳

جدول الف-۳ مقایسه مقادیر کاهش بیشینه خطا در سیستم بدون دیفرانسیل فعال با سیستم با دیفرانسیل فعال ۱۲۳

جدول ب مقادیر عددی پارامترهای خودرو ۱۲۵

فهرست شکل­ها

شکل ۱-۱ سیستم­های ایمنی غیرفعال ۳

شکل ۱-۲ سیستم­های ایمنی فعال ۳

شکل ۱-۳ الگوریتم پیشخوراند برای فرمان فعال ۵

شکل ۱-۴ الگوریتم پسخوراند برای فرمان فعال ۵

شکل ۱-۵ کنترل نرخ چرخش به روش پیشخوراند-پسخوراند ۶

شکل ۱-۶ کنترل زاویه لغزش جانبی در شرایط پایا با فرمان فعال ۶

شکل ۲-۱ دستگاه مختصات متصل به بدنه ۱۴

شکل ۲-۲ نمودار پیکره آزاد برای دینامیک طولی، جانبی و چرخش ۱۵

شکل ۲-۳ نمودار پیکره آزاد برای دینامیک عمودی و غلت ۱۶

شکل ۲-۴ نمودار پیکره آزاد برای دینامیک فراز ۱۷

شکل ۲-۵ نمودار پیکره آزاد برای جرم فنربندی نشده جلو ۱۹

شکل ۲-۶ نمودار نیروهای طولی و جانبی تایر بر حسب لغزش طولی و جانبی ۲۱

شکل ۲-۷ نمودار پیکره آزاد برای دینامیک دورانی چرخ ۲۲

شکل ۲-۸ مدل راننده ۲۴

شکل ۲-۹ صفحه اصلی نرم­افزار CarSim 25

شکل ۲-۱۰ زاویه فرمان مانور صحه­گذاری ۲۶

شکل ۲-۱۱ نتایج صحه­گذاری مدل حلقه باز توسط نرم­افزار CarSim (رفتار دینامیکی) ۲۷

شکل ۲-۱۲ نتایج صحه­گذاری مدل حلقه باز توسط نرم­افزار CarSim (انتقال وزن جانبی) ۲۸

شکل ۲-۱۳ نتایج صحه­گذاری مدل حلقه باز توسط نرم­افزار CarSim (سیستم تعلیق) ۲۹

شکل ۳-۱ شمای کلی کنترلر ۳۱

شکل ۳-۲ نمودار پیکره آزاد برای مدل سه درجه آزادی ۳۵

شکل ۳-۳ نمودار تغییرات w بر حسب β ۴۱

شکل ۳-۴ منطق ترمزگیری برای اصلاح نرخ چرخش ۴۳

شکل۳-۵ استراتژی هماهنگی در حالت شتاب­گیری ۵۱

شکل۳-۶ استراتژی هماهنگی در حالت حفظ سرعت ۵۲

شکل۳-۷ استراتژی هماهنگی در حالت ترمزگیری ۵۳

شکل ۳-۸ توابع عضویت فازی برای متغیرهای ورودی ۵۳

شکل ۳-۹ توابع عضویت فازی برای متغیرهای خروجی ۵۳

شکل ۳-۱۰ سطح فازی برای متغیر خروجی W_ASC ۵۵

شکل ۳-۱۱ سطح فازی برای متغیر خروجی W_ADC ۵۵

شکل ۳-۱۲ سطح فازی برای متغیر خروجی W_ABC ۵۶

شکل ۴-۱ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم فرمان فعال ۵۹

شکل ۴-۲ پاسخ نرخ چرخش برای سیستم فرمان فعال ۶۰

شکل ۴-۳ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم فرمان فعال ۶۱

شکل ۴-۴ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم فرمان فعال ۶۲

شکل ۴-۵ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم فرمان فعال ۶۳

شکل ۴-۶ نمودار تلاش کنترلی برای سیستم فرمان فعال ۶۳

شکل ۴-۷ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم دیفرانسیل فعال ۶۴

شکل ۴-۸ پاسخ نرخ چرخش برای سیستم دیفرانسیل فعال ۶۵

شکل ۴-۹ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم دیفرانسیل فعال ۶۶

شکل ۴-۱۰ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم دیفرانسیل فعال ۶۷

شکل ۴-۱۱ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم دیفرانسیل فعال ۶۸

شکل ۴-۱۲ نمودار تلاش کنترلی برای سیستم دیفرانسیل فعال ۶۹

شکل ۴-۱۳ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم ترمز فعال ۶۹

شکل ۴-۱۴ پاسخ نرخ چرخش برای سیستم ترمز فعال ۷۰

شکل ۴-۱۵ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم ترمز فعال ۷۱

شکل ۴-۱۶ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم ترمز فعال ۷۲

شکل ۴-۱۷ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم ترمز فعال ۷۳

شکل ۴-۱۸ نمودار تلاش کنترلی برای سیستم ترمز فعال ۷۴

شکل ۴-۱۹ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم کنترل فعال غلت ۷۵

شکل ۴-۲۰ پاسخ نرخ چرخش برای سیستم کنترل فعال غلت ۷۶

شکل ۴-۲۱ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل فعال غلت ۷۷

شکل ۴-۲۲ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم کنترل فعال غلت ۷۸

شکل ۴-۲۳ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم کنترل فعال غلت ۷۹

شکل ۴-۲۴ نمودار تلاش کنترلی برای سیستم کنترل فعال غلت ۸۰

شکل ۴-۲۵ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ۸۱

شکل ۴-۲۶ پاسخ دینامیک چرخش برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ۸۲

شکل ۴-۲۷ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ۸۳

شکل ۴-۲۸ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ۸۴

شکل ۴-۲۹ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ۸۵

شکل ۴-۳۰ نمودار زاویه فرمان و گشتاور چرخ­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ۸۶

شکل ۴-۳۱ نمودار گشتاور فعال غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ۸۷

شکل ۴-۳۲ نمودار ضرایب وزنی سیستم­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک ۸۷

شکل ۴-۳۳ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ۸۸

شکل ۴-۳۴ پاسخ دینامیک چرخش برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ۸۹

شکل ۴-۳۵ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ۹۰

شکل ۴-۳۶ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ۹۱

شکل ۴-۳۷ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ۹۲

شکل ۴-۳۸ نمودار زاویه فرمان و گشتاور چرخ­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ۹۳

شکل ۴-۳۹ نمودار گشتاور فعال غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ۹۴

شکل ۴-۴۰ نمودار ضرایب وزنی سیستم­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده ۹۴

شکل ۴-۴۱ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش خطای نرخ چرخش ۹۶

شکل ۴-۴۲ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش خطای شتاب جانبی ۹۶

شکل ۴-۴۳ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش خطای لغزش جانبی ۹۷

شکل ۴-۴۴ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش شاخص غلت ۹۸

شکل ۴-۴۵ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش افت سرعت ۹۸

شکل ۴-۴۶ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش انحراف از مسیر ۹۹

شکل ۴-۴۷ مانور تغییر مسیر دوگانه ۱۰۰

شکل ۴-۴۸ پاسخ دینامیک جانبی ۱۰۱

شکل ۴-۴۹ پاسخ دینامیک جانبی (ادامه) ۱۰۲

شکل ۴-۵۰ پاسخ دینامیک غلت ۱۰۲

شکل ۴-۵۱ پاسخ دینامیک غلت (ادامه) ۱۰۳

شکل ۴-۵۲ زاویه فرمان ۱۰۴

شکل ۴-۵۳ گشتاور رانشی چرخ­ها ۱۰۴

شکل ۴-۵۴ گشتاور ترمزی چرخ­ها ۱۰۵

شکل ۴-۵۵ پاسخ دینامیک طولی ۱۰۵

شکل ۴-۵۶ نتیجه حل مسئله بهینه­سازی با تابع هدف LLT ۱۰۶

شکل ۴-۵۷ مسیر خودرو در مانور بدترین حالت ۱۰۷

شکل ۴-۵۸ پاسخ دینامیک چرخش در مانور بدترین حالت ۱۰۷

شکل ۴-۵۹ پاسخ دینامیک جانبی در مانور بدترین حالت ۱۰۸

شکل ۴-۶۰ پاسخ دینامیک غلت در مانور بدترین حالت ۱۰۹

شکل ۴-۶۱ پاسخ دینامیک طولی در مانور بدترین حالت ۱۱۰

شکل ۴-۶۲ زاویه فرمان در مانور بدترین حالت ۱۱۱

شکل ۴-۶۳ گشتاور چرخ­ها در مانور بدترین حالت ۱۱۱

شکل ۴-۶۴ گشتاور فعال غلت در مانور بدترین حالت ۱۱۲

شکل ۴-۶۵ وزن فعالیت زیرسیستم­ها در مانور بدترین حالت ۱۱۷

شکل الف-۱ استراتژی هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال در حالت شتاب­گیری ۱۱۹

شکل الف-۲ استراتژی هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال در حالت حفظ سرعت ۱۱۹

شکل الف-۳ استراتژی هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال در حالت ترمزگیری ۱۱۹

شکل الف-۴ پاسخ دینامیک چرخش برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال ۱۲۱

شکل الف-۵ پاسخ لغزش جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال ۱۲۱

شکل الف-۶ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال ۱۲۲

فهرست نمادها

α	زاویه لغزش چرخ	hcg	ارتفاع مرکز جرم فنربندی شده از محورهای غلت و فراز
β	زاویه لغزش جانبی خودرو
βsusp,i	ضریب مستهلک­کننده تعلیق	IPC	لختی دورانی جرم فنربندی شده حول محور فراز
δ	زاویه فرمان چرخ	IRC	لختی دورانی جرم فنربندی شده حول محور غلت
δsusp,i	تغییر طولی استاتیکی فنر تعلیق	Iz	لختی دورانی خودرو حول محور z
θ	زاویه چرخش	Ki	ضریب فنر تعلیق
λi, ηi, κi, εi	ضرایب کنترلرهای مود لغزشی	KP,i, TI,i	ضرایب کنترلر PD
μ	ضریب اصطکاک چرخ با جاده	Lf	فاصله مرکز جرم از جلوی خودرو
σx	لغزش طولی چرخ	Lr	فاصله مرکز جرم از عقب خودرو
φ	زاویه غلت جرم فنربندی شده	m	جرم خودرو
ax	شتاب طولی خودرو	ms	جرم فنربندی شده
ax,des	شتاب طولی مطلوب راننده	mu	جرم فنربندی نشده
ay	شتاب جانبی خودرو	r	نرخ چرخش خودرو
Cd	ضریب مقاومت هوا	rdes	نرخ چرخش مرجع
Cα	سفتی جانبی تایر	rtarget	نرخ چرخش هدف (اشباع شده)
Cσ	سفتی طولی تایر	Rw	شعاع چرخ
finst	شاخص ناپایداری جانبی	tf	فاصله بین چرخ­های راست و چپ جلو
fr	ضریب مقاومت غلت تایر	tr	فاصله بین چرخ­های راست و چپ عقب
Fx,i	نیروی طولی تایر	Ui	ارتفاع پروفیل جاده
Fy,i	نیروی جانبی تایر	WABC	وزن فعالیت سیستم ترمز فعال
Fz,i	نیروی عمودی تایر	WADC	وزن فعالیت سیستم دیفرانسیل فعال
g	شتاب گرانش ثقل	WASC	وزن فعالیت سیستم فرمان فعال
x, y, z	مختصات مرکز جرم خودرو در دستگاه بدنه	ud	سرعت طولی مطلوب خودرو

فصل اول

پیشگفتار

۱-۱ ضرورت تحقیق

در سال­های اخیر، موسسات دولتی و خصوصی، تحقیقات گسترده­ای را روی فناوری­های ایمنی فعال^[۱] خودرو انجام داده­اند. تخمین زده شده است که در کشورهای عضو اتحادیه اروپا، هزینه­ های مستقیم و غیرمستقیم ناشی از سوانح جاده­ای در سال ۲۰۰۹، ۱۳۰ میلیارد یورو بوده است [۱]. یکی از موثرترین راه­کارهای کاهش این سوانح، استفاده از سیستم­های یکپارچه کنترل پایداری است [۲]. موسسه NHTSA^[2] آمریکا تخمین زده است که به­ کارگیری سیستم­های الکترونیکی کنترل پایداری^[۳] (ESC)، رخداد سوانح برای یک خودروی سواری را تا ۳۴% و همین سوانح را برای خودروهای شاسی­بلند^[۴] (SUV) تا ۵۹% کاهش داده است. میزان این کاهش، در سوانح منجر به واژگونی^[۵] بسیار بیشتر بوده است [۲].

در زمینه ایمنی خودرو، تلاش­ های گسترده­ای صورت گرفته که در یک تقسیم ­بندی، آنها را به دو بخش غیرفعال^[۶] و فعال^[۷] تقسیم می­نمایند. کلیه تمهیداتی که برای حفظ جان سرنشینان پس از وقوع تصادف به کار می­روند، در زمره روش­های غیرفعال ایمنی خودرو هستند که از آن جمله می­توان کیسه هوا، کمربند ایمنی، محافظ سر و جاذب ضربه را نام برد (شکل ۱-۱). این روش­ها موضوع بحث این پایان نامه نیستند. در سوی دیگر، روش­های فعال قرار دارند که شامل سیستم­های اخطار خروج از خط، سیستم هشدار برخورد و کنترلرهایی هستند که به منظور حفظ پایداری خودرو و پیشگیری از وقوع سانحه به کار می­روند (شکل ۱-۲). در سیستم­های فعالِ اشاره شده، دو مورد اول صرفاً سیستم­های هشداردهنده هستند، در حالی که سیستم­های کنترل پایداری، مستقیماً بر دینامیک خودرو اثر می­گذارند. این روش­ها امروزه به طور گسترده­ای توسعه یافته­اند و مهم­ترین آنها سیستم­های ترمز ضدقفل، تنظیم­کننده لغزش چرخ­ها، فرمان فعال، ترمز فعال، دیفرانسیل فعال و تعلیق نیمه­فعال و فعال هستند. این سیستم­ها عملاً با هدف تنظیم رفتار مجموعه ­ای از متغیرهای دینامیکی خودرو مانند نرخ چرخش، لغزش جانبی، لغزش طولی و متغیرهای غلت طراحی می­گردند. در بخش­های بعدی، شرح مختصری از روش­های مذکور می ­آید.

شکل ۱-۱ سیستم­های ایمنی غیرفعال [۳]

شکل ۱-۲ سیستم­های ایمنی فعال [۳]

۱-۲ پیشینه کنترل پایداری خودرو

۱-۲-۱ کنترل نرخ چرخش

یکی از معیارهای مهم پایداری جانبی و چرخشی خودرو، نرخ چرخش^[۸] آن می­باشد. در مانورهای سریع و ناگهانی، ممکن است برای خودرو یکی از دو وضعیت کم­فرمانی^[۹] یا بیش­فرمانی^[۱۰] حاد پیش آید که در آنها به ترتیب، نرخ چرخش خودرو بسیار کمتر و بیشتر از مقدار مطلوب (که وابسته به سرعت و زاویه فرمان راننده است) می­باشد. بنابراین، این معیار یکی از مسائل مورد توجه در رفتار خودرو است.

به منظور کنترل نرخ چرخش خودرو، از عملگرهای گوناگونی استفاده شده است که برخی از آنها عبارتند از فرمان (زاویه چرخ­ها)، دیفرانسیل (نیروی رانش اختلافی زیر چرخ­ها)، ترمز (ترمزگیری اختلافی بین چرخ­های راست و چپ)، سیستم تعلیق (توزیع بار عمودی بین چرخ­ها و در نتیجه تغییر نیروهای طولی و جانبی).

منینگ^[۱۱] و همکاران [۴] مروری بر این تحقیقات داشته اند. در این مرور، اشاره شده که کرامر^[۱۲] و همکاران از فرمان فعال^[۱۳] و الگوریتم پیشخوراند^[۱۴] استفاده کرده ­اند (شکل ۱-۳). در این روش، کنترلر با افزایش زاویه فرمان اعمالی راننده، زمان پاسخ را کاهش می­دهد. روش متداول­تر، الگوریتم­های پسخوراند^[۱۵] هستند که در آنها، کنترلر با اصلاح زاویه چرخ­ها تلاش می­ کند نرخ چرخش را به نرخ چرخش مطلوب یک مدل مرجع برساند (شکل ۱-۴). در ادامه مرور اشاره شده که آکرمن^[۱۶] و همکاران (۱۹۹۲، ۱۹۹۶ و ۱۹۹۷) تحقیقاتی جداگانه در زمینه جداسازی^[۱۷] دینامیک چرخش از دینامیک جانبی انجام داده­اند با این هدف که راننده مسیر مطلوب را دنبال کند و کنترلر اغتشاشات ناشی از بادهای جانبی و سطوح اصطکاکی متفاوت در جاده را حذف کند.

شکل ۱-۳ الگوریتم پیشخوراند برای فرمان فعال [۴]

شکل ۱-۴ الگوریتم پسخوراند برای فرمان فعال [۴]

ماتسوموتو^[۱۸] و همکاران (۱۹۹۲) به شرح سیستم اولیه «توزیع نیروی ترمز» (BFD^[19]) مورد استفاده در نیسان می ­پردازد. در این سیستم و همچنین سیستم­های مشابه «کنترل مستقیم پایداری^[۲۰]» (مورد استفاده در BMW)، از روش کنترل تعقیبی پیشخوراند-پسخوراند استفاده می­ شود (شکل ۱-۵). نکته مهم اینجاست که اگر هدف کنترلر تامین همزمان پایداری خودرو و راحتی سرنشینان باشد، به جز در مواردی که راننده قصد ترمزگیری داشته باشد، استفاده از این سیستم به علت کاهش ناخواسته سرعت قدری نامطلوب است. اما، چنان­چه تنها هدف، پایداری باشد، ترمز قوی­ترین ابزار برای این منظور به شمار می­رود. با این حال، باید توجه داشت که ترمز بیشتر برای کاهش لغزش جانبی به کار می­رود تا کنترل نرخ چرخش.

شکل ۱-۵ کنترل نرخ چرخش به روش پیشخوراند-پسخوراند [۴]

۱-۲-۲ کنترل لغزش جانبی

از قدیمی­ترین روش­های کمینه نمودن زاویه لغزش جانبی، کنترل پیشخوراند خطی سیستم­های فرمان عقب فعال^[۲۱] است [۵]. شکل ۱-۶ شمای کلی این روش را نمایش می­دهد. در این الگوریتم، قانون کنترل از حل مدل دو درجه آزادی خودرو برای صفر شدن لغزش جانبی محاسبه می­گردد.

شکل ۱-۶ کنترل زاویه لغزش جانبی در شرایط پایا با فرمان فعال [۴]

روش­های اولیه، مبتنی بر استخراج قانون کنترل بر اساس شرایط پایا بودند. در سال ۱۹۹۴، ایناگاکی^[۲۲] [۶] پیشنهاد کرد برای تحلیل بهتر دینامیک پاسخ، از جمله استهلاک و فرکانس طبیعی آن، کنترلر بر اساس رفتار خودرو در صفحه فاز  طراحی گردد. در این روش، طراحی قانون کنترل بر اساس مقادیر لغزش جانبی و نرخ آن صورت می­پذیرد. یاسویی^[۲۳] و همکاران [۷] در سال ۱۹۹۶، نتایجی تجربی از این رویکرد را بر روی یک نمونه Aisin Seiki که از ترمز فعال استفاده می­کرد ارائه کردند.

مطالعات متعددی نیز روی تاثیر سیستم­های کنترل یکپارچه بر لغزش جانبی صورت گرفته است. از آن جمله اسمکمن^[۲۴] [۸] در سال ۲۰۰۰، عملکرد سیستم ترمز فعال را با سیستم یکپارچه ترمز فعال و کنترل بار چرخ^[۲۵] (تعلیق فعال) مقایسه کرده و نتیجه گرفته است که ترمزگیری اختلافی، بیشترین اثر را بر دینامیک جانبی می­ گذارد، اما در سرعت طولی مطلوب راننده تداخل ایجاد می­ کند. در حالی که کنترل بار چرخ، اگرچه اثر ناچیزی بر دینامیک طولی دارد، اما توانایی ایجاد گشتاورهای چرخشی مورد نیاز بزرگ را ندارد. در استراتژی هماهنگی ارائه شده در آن تحقیق، تا زمانی که چرخ­ها به اشباع برسند، تعلیق فعال عمل می­ کند و از آن پس، ترمز وارد عمل می­ شود.

در مطالعاتی مشابه، سِلبی^[۲۶] و همکاران [۹] (۲۰۰۲) و هی^[۲۷] و همکاران [۱۰] (۲۰۰۴) ترکیب ترمز فعال / دیفرانسیل فعال را با فرمان فعال چرخ­های جلو، به منظور به تعویق انداختن عملکرد ترمز فعال (عدم کاهش ناخواسته سرعت) بررسی کردند و در هر دو تحقیق به روشنی مشاهده شد که این رویکرد یکپارچه­سازی، تداخل در دینامیک طولی را در مقایسه با ترمز فعال تنها، به میزان قابل توجهی به تعویق می­ اندازد.

همچنین، مطالعات متعددی در زمینه کنترل مقاوم^[۲۸] برای جبران خطای مدل­سازی و تغییر پارامترها صورت گرفته است. از آن جمله، اَبه و همکاران [۱۱] (۲۰۰۱) و فوروکاوا^[۲۹] و اَبه^[۳۰] [۱۲] (۱۹۹۶) از کنترل مود لغزشی (که از روش­های متداول کنترل مقاوم است) برای تعقیب یک پاسخ مطلوب زاویه لغزش جانبی استفاده نمودند.

مشکلی عملی که در تمام روش­های کنترل پسخوراند و مدل­مرجع لغزش جانبی وجود دارد، تخمین لغزش جانبی (β) خودرو و ضریب اصطکاک تایرها با سطح جاده (μ) می­باشد. بهترین روش ارائه شده برای تخمین β، ترکیبی از انتگرال­گیری شتاب جانبی اندازه ­گیری شده و مدل تایر است ( [۱۱] و [۱۲]). همچنین، یکی از مناسب­ترین روش­های تخمین μ، محاسبه نیروهای طولی و جانبی تایرها از لغزش­های تخمین زده شده و سپس محاسبه μ از رابطه زیر می­باشد.

(۱-۱)

که در آن F_B نیروی طولی، F_S نیروی جانبی و F_n نیروی عمودی وارد شده به تایر از طرف جاده هستند.

۱-۲-۳ کنترل غلت

واژگونی، جدی­ترین خطری است را که خودروها، به ویژه خودروهای SUV را تهدید می­ کند. راهکارهای پیشگیری از واژگونی به دو دسته عمومی غیرفعال و فعال تقسیم می­ شود.

در روش غیرفعال، هر اندازه که معیاری به نام آستانه واژگونی^[۳۱]،  ، که در آن t عرض خودرو (فاصله بین مرکز چرخ­های راست و چپ) و h ارتفاع مرکز ثقل خودرو از زمین می­باشد، بزرگ­تر طراحی شود، خودرو کمتر در معرض واژگونی قرار دارد [۱۳]. راهکار متداول دیگر استفاده از میله ضدغلت می­باشد. این میله، تعلیق راست و چپ را به یکدیگر متصل می­نماید و در حالتی که خودرو حرکت غلت ندارد، تاثیری بر صلبیت تعلیق ندارد، اما در صورتی که جرم فنربندی­شده حرکت غلت داشته باشد، میله تحت پیچش قرار گرفته، صلبیت غلتشی خودرو را افزایش می­دهد.

در روش­های فعال، عمدتا از یکی از دو سیستم ترمز [۱۴] و [۱۵] و یا میله ضدغلت فعال (یا به طور معادل، تعلیق فعال) [۱۶] و [۱۷] و [۱۸] استفاده می­گردد. در تحقیقات پیشین، هدف، کنترل یک یا چند متغیر از متغیرهای  ،  و انتقال وزن جانبی (LLT^[32]) بوده است. انتقال وزن جانبی مطابق معادله (۱-۲) تعریف می­گردد

(۱-۲)

که در آن F_zl نیروی عمودی چرخ چپ و F_zr نیروی عمودی چرخ راست است.

LLT معیار بسیار مناسبی برای اطمینان از عدم واژگونی می­باشد. در واقع، زمانی که  ، چرخ داخلی خودرو از زمین بلند شده و می­توان آن را به عنوان آغاز واژگونی در نظر گرفت (این یک فرض محافظه ­کارانه است، زیرا احتمال بازگشت خودرو و عدم واژگونی وجود دارد.).  و  ، بیشتر ملاک­های راحتی سفر^[۳۳] هستند تا واژگونی. سیستم­های کنترل غلت که سعی در کاهش  دارند، گاهی در شتاب­های جانبی بالا، اجازه زاویه غلت کمی را می­ دهند تا راننده حسی از خطر ناپایداری خودرو داشته باشد [۱۷]. نکته قابل توجه این است که غالبا کاهش زاویه غلت با میله ضدغلت (غیرفعال و فعال) با افزایش LLT همراه است.

در خودروی مدل­سازی شده در تحقیق حاضر، هم از میله ضدغلت غیرفعال و هم از میله ضدغلت فعال استفاده شده است.

۱-۲-۴ کنترل یکپارچه

تحقیقات اشاره شده در بخش‌های ۱-۲-۱ تا ۱-۲-۳، شامل کنترلرهایی بود که از یک ورودی کنترلی استفاده می‌کنند و غالباً با هدف کنترل یکی از متغیرهای حرکتی خودرو طراحی می‌شوند. این در حالی است که برای کنترل بیش از یک متغیر، به بیش از یک ورودی کنترلی نیاز است.

مطالعات متعددی در این زمینه صورت گرفته است. از آن جمله، ونگ^[۳۴] و همکاران [۱۹] یک سیستم یکپارچه شامل زیرسیستم‌های فرمان فعال، دیفرانسیل فعال و ترمز فعال ارائه کرده‌اند که در آن هماهنگی بین زیرسیستم‌ها به روش منطق فازی انجام می‌پذیرد. کو^[۳۵] [۲] به شرح سیستم یکپارچه طراحی شده شامل فرمان فعال عقب، ترمز فعال و تعلیق نیمه‌فعال برای کنترل نرخ چرخش، لغزش جانبی و دینامیک غلت خودرو می‌پردازد. روشن‌بین [۲۰] و توسلی [۲۱] به طراحی سیستم یکپارچه شامل دو زیرسیستم فرمان فعال جلو و عقب و ترمز فعال با رویکرد توزیع بهینه نیروهای تایری پرداخته‌اند. اسدیان و همکاران [۱۸] نیز دو روش متفاوت برای یکپارچه‌سازی زیرسیستم‌های فرمان فعال عقب و دیفرانسیل فعال ارائه کرده‌اند.

۱-۳ تعریف مسئله

در این پایان نامه، هدف، طراحی یک سیستم یکپارچه کنترل جهت بهبود پایداری خودرو در جهات جانبی و غلت با حداقل تداخل در شتاب طولی مطلوب راننده می­باشد. در این راستا، استفاده از روش­های موثر در طراحی سیستم کنترلی با حداقل هزینه و پیچیدگی در نظر می­باشد. شاخص‌های ارزیابی عبارتند از: نرخ چرخش، شتاب جانبی، زاویه لغزش جانبی، لغزش طولی چرخ­ها، زاویه و نرخ غلت، انتقال وزن جانبی و میزان کاهش سرعت خودرو نسبت به سیستم بدون کنترل.

۱-۴ طرح­نمای پایان نامه

مراحل طراحی و شبیه­سازی در این پایان نامه به ترتیب زیر می­باشد.

فصل ۲ به مراحل کامل استخراج مدل ۱۰ درجه آزادی مورد استفاده برای شبیه­سازی رفتار خودرو می ­پردازد. نتایج صحه­گذاری مدل استخراج شده توسط نرم­افزار CarSim نسخه ۰۲/۸ در انتهای فصل آمده است.

در فصل ۳، به شرح مراحل طراحی زیرسیستم­های کنترلی فعال فرمان، دیفرانسیل، ترمز و غلت، و تعیین وظایف و محدوده کار هر یک از آنها پرداخته می­ شود. سپس تداخل میان اهداف کنترلی بررسی می­گردد و یک الگوریتم هماهنگی با بهره گرفتن از منطق فازی به عنوان راهکار پرهیز از تداخل عملکرد زیرسیستم­ها ارائه می­گردد. در پایان، توابع عضویت و قوانین سیستم فازی مذکور، به تفصیل مورد بحث قرار می­گیرد.

در فصل ۴، زیرکنترلرها و نیز مجموعه یکپارچه، هر کدام با یک یا چند مانور آزمایش می­شوند و نتایج ارائه می­گردد تا صحت عملکرد آنها در شرایط بحرانی بررسی گردد. سپس، برای تضمین کارایی کنترلر در حادترین شرایط، مسئله «سناریوی بدترین حالت^[۳۶]» مورد بررسی قرار می­گیرد.

فصل ۵، یک جمع­بندی از فصل­های قبل و پیشنهادهایی برای تحقیقات مرتبط در ادامه پروژه حاضر ارائه می­دهد.

فصل دوم

مدل­سازی خودرو

۲-۱ مقدمه

در این فصل، دینامیک حاکم بر مدل ده درجه آزادی و چگونگی استخراج آن تشریح می­ شود. سپس، این مدل توسط مدل توسعه یافته در نرم­افزار CarSim صحه­گذاری می­گردد. مدل مذکور برای شبیه­سازی عملکرد خودرو در پاسخ به کنترلر به کار گرفته خواهد شد.

۲-۲ مدل ده درجه آزادی

۲-۲-۱ فرضیات مدل

در ساخت مدل ده درجه آزادی که برای شبیه­سازی در محیط Simulink مورد استفاده قرار می­گیرد، فرضیات زیر در نظر گرفته شده است.

۱- برای خودرو، دو جرم فنربندی­شده^[۳۷] و فنربندی­نشده^[۳۸] در نظر گرفته می­ شود. جرم فنربندی­شده تمام جرمی است که بر سیستم تعلیق خودرو سوار است و جرم فنربندی­نشده، مجموع جرم چرخ­ها، محور چرخ­^[۳۹]ها و متعلقات آن است.

۲- خودرو دارای سه درجه آزادی انتقالی طولی، جانبی و عمودی، و سه درجه آزادی دورانی غلت^[۴۰]، فراز^[۴۱] و چرخش^[۴۲] می­باشد. از میان این شش درجه آزادی، حرکت­های عمودی، غلت و فراز فقط متعلق به جرم فنربندی­شده هستند. بنابراین، فرض می­ شود که جرم صلبِ فنربندی­نشده حرکت در راستای عمودی و دوران­های غلت و فراز را ندارد. هر یک از چرخ­ها نیز یک درجه آزادی دوران مستقل دارند. در نتیجه، این مدل، مجموعا شامل ده درجه آزادی است.

۳- نیروی مقاومت هوا متناسب با مجذور سرعت طولی خودرو، فقط در راستای طولی مدل شده است.

۴ – در دینامیک دورانی چرخ­ها و در نتیجه دینامیک طولی و جانبی خودرو نیز، مقاومت غلتشی^[۴۳] مدل شده است؛ ولی از گشتاور خودتنظیم^[۴۴] چرخ­ها و جابجایی نقطه­اثر نیروی تایر ناشی از تغییر شکل الاستیک آن صرف­نظر شده است.

۵- در صورتی که سیستم‌های تعلیق جلو و عقب را مشابه در نظر بگیریم، می‌توان محور غلت و محور فراز را افقی، در ارتفاع ثابت و گذرنده از مرکز جرم فنربندی‌نشده در نظر گرفت [۲۰].

همان طور که در شکل ۲-۱ ملاحظه می­ شود، در دستگاه مختصات متصل به بدنه، محور x رو به جلوی خودرو، محور y به سمت راست و محور z به سمت پایین در نظر گرفته شده است (مختصات SAE^[45]).

شکل ۲-۱ دستگاه مختصات متصل به بدنه [۲۲]

۲-۲-۲ معادلات دینامیک

مبتنی بر روش ارائه شده در [۲۲] و با اِعمال اصلاحات مورد نیاز، معادلات حرکت خودرو عبارتند از:

دینامیک طولی

بر اساس نمودار پیکره آزاد شکل ۲-۲، معادله دینامیک طولی خودرو، مطابق معادله (۲-۱) عبارتست از:

(۲-۱)

که در آن، m جرم خودرو، F_xiها، F_yiها و F_ziها به ترتیب نیروهای طولی، جانبی و عمودی چرخ­ها، δ زاویه چرخ، f_r ضریب مقاومت غلتشی، m_s جرم فنربندی شده، h_cg ارتفاع مرکز جرم فنربندی­شده از محورهای غلت و فراز و C_d ضریب درگ (مقاومت هوا) است.

معادله (۲-۱) نسبت به معادله مشابه آن در [۲۲]، بهبود داده شده است. تغییرات اِعمال شده عبارتند از: ۱- نیروی مقاومت غلتشی و مقاومت هوا به دینامیک طولی افزوده شده است. ۲- جرم فنربندی‌شده و فنربندی‌نشده در آن تفکیک گردیده و هر کدام در شتاب‌های مربوط به خود ضرب شده است.

C_dv_x²

f_rF_z2

f_rF_z4

f_rF_z3

f_rF_z1

شکل ۲-۲ نمودار پیکره آزاد برای دینامیک طولی، جانبی و چرخش [۲۲]

دینامیک جانبی

بر اساس نمودار پیکره آزاد شکل ۲-۲، معادله دینامیک جانبی خودرو، مطابق معادله (۲-۲) عبارتست از:

(۲-۲)

معادله (۲-۲) نسبت به معادله مشابه آن در [۲۲]، بهبود داده شده است؛ به این صورت که جرم فنربندی‌شده و فنربندی‌نشده در آن تفکیک گردیده و هر کدام در شتاب‌های مربوط به خود ضرب شده است.

دینامیک عمودی

بر اساس نمودار پیکره آزاد شکل ۲-۳، معادله دینامیک عمودی خودرو، مطابق معادله (۲-۳) عبارتست از:

(۲-۳)

F_y,su

شکل ۲-۳ نمودار پیکره آزاد برای دینامیک عمودی و غلت [۲۲]

دینامیک غلت

بر اساس نمودار پیکره آزاد شکل ۲-۳، معادله دینامیک غلت خودرو، مطابق معادله (۲-۴) می ­تواند نوشته شود؛

(۲-۴)

که در آن I_RC لختی دورانی جرم فنربندی شده حول محور غلت و K_arb سفتی پیچشی میله ضدغلت غیرفعال است. مشابه معادلات (۲-۱) و (۲-۲)، در اینجا نیز، معادلات نسبت به [۲۲] بهبود داده شده‌اند، ضمن آن که ملیه ضدغلت فعال نیز به مدل افزوده شده است.

دینامیک فراز

بر اساس نمودار پیکره آزاد شکل ۲-۴، معادله دینامیک عمودی خودرو، مطابق معادله (۲-۵) می ­تواند نوشته شود؛

(۲-۵)

شکل ۲-۴ نمودار پیکره آزاد برای دینامیک فراز [۲۲]

مشابه معادلات (۲-۱) و (۲-۲) و (۲-۴)، در معادله (۲-۵) نیز تغییرات لازم نسبت به [۲۲] اعمال گردیده است.

دینامیک چرخش

بر اساس نمودار پیکره آزاد شکل ۲-۲، معادله دینامیک عمودی خودرو، مطابق معادله (۲-۶) می ­تواند نوشته شود؛

(۲-۶)

که در آن I_z لختی دورانی خودرو حول محور z (گذرنده از مرکز جرم) است.

دینامیک تعلیق

کلیه فنرها و کمک­فنرهای تعلیق خودرو، به صورت خطی و مطابق معادلات ۲-۷ و ۲-۸ مدل شده ­اند.

(۲-۷)

(۲-۸)

تعادل برای جرم فنربندی نشده

بر اساس نمودار پیکره آزاد جرم فنربندی نشده جلو در شکل ۲-۵، و با نوشتن معادلات تعادل، نیروی عمودی زیر هر یک از چرخ­ها مطابق معادلات ۲-۹ محاسبه می­گردد. در شکل ۲-۵، F_siها و F_diها به ترتیب نیروهای فنرها و کمک­فنرها هستند و F_y,us نیروی جانبی وارد شده از طرف جرم فنربندی شده بر جرم فنربندی نشده می‌باشد. همین روابط، عینا برای چرخ­های عقب نیز صادق است.

F_y,us

P

m_ua_y

شکل ۲-۵ نمودار پیکره آزاد برای جرم فنربندی نشده جلو

 

با مجهول گرفتن F_z1 و F_z2 در معادلات بالا، مقادیر آنها مطابق زیر به دست می ­آید.

(۲-۹)

که در آن R_w شعاع چرخ­ها و t فاصله جانبی بین چرخ­هاست.

دینامیک نیروهای تایر (مدل داگف^[۴۶])

برای مدل­سازی تایرها از مدل مشهور داگف استفاده شده است [۲۲]. بر اساس این مدل، نیروهای طولی و جانبی تایرها، تابع لغزش­های طولی و جانبی و نیروی عمودی زیر چرخ­ها می­باشد.

(۲-۱۰)

که در آن C_x سفتی طولی^[۴۷] و C_α سفتی جانبی^[۴۸] تایرها می­باشد. همچنین، α_i ها (زوایای لغزش جانبی) و σ_x,i ها (نسبت­های لغزش طولی)، مطابق معادله (۲-۱۱)، برابرند با:

(۲-۱۱)

نمودارهای شکل ۲-۶، تغییرات نیروهای طولی و جانبی چرخ­ها را بر حسب لغزش­های متناظر هر یک از آنها، به ازای یک بار عمودی ثابت نمایش می­دهد.

شکل ۲-۶ نمودار نیروهای طولی و جانبی تایر بر حسب لغزش طولی و جانبی

دینامیک دورانی چرخ

مطابق شکل ۲-۷، دینامیک دورانی چرخ­ها، به صورت معادلات ۲-۱۲ می­باشد. در اینجا، T گشتاور برایند رانشی یا ترمزی وارد بر محور چرخ است. نیروی افقی f_rF_z و حابجایی نقطه اثر نیروی F_z مجموعاً گشتاوری ایجاد می‌کند که به مقاومت غلتشی^[۴۹] معروف است.

(۲-۱۲)

شکل ۲-۷ نمودار پیکره آزاد برای دینامیک دورانی چرخ

۲-۳ مدل راننده

غالبا، تمام کنترلرها برای عمل در حضور راننده طراحی می­شوند؛ لذا نباید نقش راننده را در هدایت خودرو نادیده گرفت. مدل­سازی رفتار راننده­، مبتنی بر مهارت و ویژگی­های فردی او متفاوت است و خود مطالعه جداگانه­ ای را می­طلبد.

چند نمونه از روش‌های مرسوم در این زمینه، شناسایی رفتار رانندگان مختلف با بهره گرفتن از داده‌های تجربی توسط روش‌های گوناگون شناسایی از جمله استفاده از شبکه‌های عصبی مصنوعی [۲۳] و [۲۴] و استفاده از تئوری‌های کنترل خطی برای مدل‌سازی تحلیلی رفتار راننده [۲۵]، [۲۶]، [۲۷] و [۲۸] می‌باشد.

در میان مدل‌های خطی مورد استفاده برای شبیه‌سازی رفتار راننده، مدل PID از متداول‌ترین آنها می‌باشد. در عملِ فرمان‌دهی، بخش عمده عمل کنترلی راننده (زاویه فرمان) ، متناسب با اندازه ورودی (انحراف از مسیر و اختلاف زاویه خودرو با مسیر) است که جمله تناسبی مدل PID نماینده آن است. علاوه بر آن، راننده این توانایی را دارد که تغییرات ورودی را تا زمان کوتاهی پیش‌بینی کند و متناسب با نرخ این تغییرات، زاویه فرمان را اصلاح کند. جمله مشتق‌گیر معادله، این قسمت از رفتار راننده را مدل می‌کند. همچنین، راننده می‌تواند خطاهای قبلی را با اصلاح زاویه فرمان جبران کند. جمله انتگرال‌گیر معادله نیز، مدلی از این نوع رفتار راننده است [۲۹].

نکته شایان توجه این است که در مدل خطی خودرو، با دقت در تابع تبدیل از زاویه فرمان به مختصات جانبی، ملاحظه می‌شود که مختصات جانبی خودرو رفتاری نزدیک به انتگرال دوم زاویه فرمان دارد؛ بنابراین، برای پایدارسازی حرکت جانبی خودرو با زاویه فرمان، علاوه بر عمل تناسبی، عمل کنترلی متناسب با مشتق خطا ضروری است. این در حالی است که تابع تبدیل از زاویه فرمان به زاویه چرخش خودرو، رفتار نزدیک به انتگرال اول زاویه فرمان دارد. بنابراین، برای پایدارسازی حرکت چرخشی خودرو، عمل تناسبی کافی است [۲۹].

در این پروژه، مدل فرمان و رانش راننده به ترتیب مطابق معادلات ۲-۱۳ و ۲-۱۴ به صورت یک معادله PID در نظر گرفته شده است. بر اساس این مدل، راننده فاصله معینی جلوی خودرو را به عنوان نقطه پیش ­بینی نگاه می­ کند و بر مبنای فاصله جانبی آن نقطه تا مسیر مطلوب (e_y) و اختلاف زاویه چرخش خودرو با زاویه مسیر (e_θ) فرمان می­دهد. همچنین بر اساس اختلاف سرعت خودرو با سرعت مطلوب، رانش (گاز) یا ترمز اعمال می­نماید. در انتخاب فاصله مناسب برای نقطه پیش‌بینی، باید دقت شود که چنان‌چه این فاصله کم انتخاب شود، خودرو حول مسیر مطلوب حرکت نوسانی خواهد داشت و اگر بیش از حد زیاد انتخاب شود، خودرو دیر به مسیر بازمی‌گردد. به طور کلی، مناسب‌تر است که فاصله نقطه پیش‌بینی متناسب با سرعت حودرو تنظیم شود [۲۹]. در این پروژه این فاصله برابر با ۰٫۳۴v_x انتخاب شده است.

(۲-۱۳)

(۲-۱۴)

 

θ

θ_d

y_e

مسیر مطلوب

y=f(x)

شکل ۲-۸ مدل راننده

۲-۴ صحه­گذاری حلقه­باز مدل به کمک نرم­افزار CarSim

در این قسمت، مدل ۱۰ درجه آزادی ساخته شده در Simulink توسط نرم­افزار CarSim نسخه ۰۲/۸ صحه­گذاری می­گردد. CarSim یک محیط نرم­افزاری شناخته شده برای شبیه­سازی رفتار خودرو با درجات آزادی بالا و در شرایط گوناگون است. مدل خودروی CarSim دارای ۳۴ درجه آزادی است.

شکل ۲-۹، نمایی از صفحه اصلی در رابط گرافیکی کاربر^[۵۰] این نرم­افزار را نشان می­دهد.

شکل ۲-۹ صفحه اصلی نرم­افزار CarSim

از آنجا که دو خودرو بایستی مشخصات یکسانی داشته باشند، تغییراتی در مدل خودروی CarSim ایجاد شده تا با مدل Simulink مطابقت داشته باشد. این تغییرات عبارتند از:

تعلیق جلو و عقب در هر دو خودرو از نوع مستقل^[۵۱] می­باشد.

در هر دو خودرو از مدل تایر داگف استفاده شده است.

پارامترهای خودروها برابر یکدیگر انتخاب شده و در مواردی که لازم بوده، معادل­سازی صورت گرفته است (به عنوان مثال، ضرایب معادل برای کمک­فنرهای خطی مدل Simulink از نمودارهای غیرخطی کمک­فنرهای CarSim استخراج شده ­اند.).

در نمودارهای شکل­های ۲-۱۰ تا ۲-۱۳ منحنی­های خط­چین مربوط به مدل Simulink و منحنی­های ممتد مربوط به مدل CarSim هستند. شکل ۲-۱۰ زاویه فرمان را در مانور تعریف شده نشان می­دهد. شبیه­سازی مانور صحه­گذاری، با سرعت اولیه km/h 90 و روی سطح خشک (ضریب اصطکاک ۹/۰) صورت گرفته است.

شکل ۲-۱۰ زاویه فرمان مانور صحه­گذاری

شکل ۲-۱۱ نتایج صحه­گذاری مدل حلقه باز توسط نرم­افزار CarSim (رفتار دینامیکی)

با توجه به نمودارهای شکل ۲-۱۱، تفاوتی در پاسخ دو مدل دیده می­ شود. در خصوص زاویه غلت، علت اصلی اختلاف می ­تواند تفاوت در ارتفاع محور غلت دو مدل باشد. در مدل ۱۰ درجه آزادی، همان­طور که پیشتر اشاره شد، مکان محور غلت ثابت و در ارتفاع محور چرخ­ها (مرکز جرم فنربندی نشده) فرض شده است، در صورتی که در مدل Carsim، محور غلت متحرک است و مکان آن در هر لحظه به شرایط سینماتیکی خودرو بستگی دارد.

شکل ۲-۱۲ نتایج صحه­گذاری مدل حلقه باز توسط نرم­افزار CarSim (انتقال وزن جانبی)

تطابق نسبی نیروهای عمودی زیر چرخ­ها در شکل ۲-۱۲، بیانگر آن است که انتقال وزن جانبی در دو مدل، تا حد قبولی به یکدیگر نزدیک بوده ­اند.

نمودارهای شکل ۲-۱۳ نیز، نتایج مثبت صحه­گذاری سیستم تعلیق مدل ۱۰ درجه آزادی را نشان می­دهد.

شکل ۲-۱۳ نتایج صحه­گذاری مدل حلقه باز توسط نرم­افزار CarSim (سیستم تعلیق)

فصل سوم

طراحی کنترلر

۳-۱ مقدمه

در این تحقیق، هدف، طراحی یک سیستم یکپارچه شامل پنج زیرکنترل فرمان فعال، دیفرانسیل فعال، ترمز فعال، کنترل تنظیم لغزش / ترمز ضد قفل و کنترل فعال غلت می­باشد. متغیرهای کنترل شده عبارتند از:

نرخ چرخش (r)، زاویه لغزش جانبی (β)، شتاب جانبی (a_y)، زاویه غلت (  )، نرخ غلت (  )، انتقال وزن جانبی روی محور جلو (LLT_f) و انتقال وزن جانبی روی محور عقب (LLT_r)

شکل ۳-۱ شمای کلی کنترلر را نشان می­دهد.

شکل ۳-۱ شمای کلی کنترلر

۳-۲ اندازه ­گیری متغیرها

نکته مهمی که باید به آن توجه داشت این است که بعضی از متغیرهای لازم برای پسخوراند به کنترلرها در دسترس نیستند و این به دو دلیل می ­تواند باشد، یا اساسا حسگری برای اندازه ­گیری آن متغیر وجود ندارد، یا اندازه ­گیری دقیق آن مشکل و هزینه­بر است. با این حال جدول ۳-۱، متغیرهای پیشنهادی برای اندازه ­گیری و تخمین را نشان می­دهد.

جدول ۳-۱ شیوه پسخوراند متغیرها

متغیر	شیوه پسخوراند	متغیر	شیوه پسخوراند
δdrv	حسگر	Fy,i	تخمین
vx	حسگر	Fz,i	حسگر
r	حسگر	δctrl	کنترلر
	حسگر		حسگر
	حسگر		حسگر
Ti	حسگر	β	تخمین*
Fx,i	تخمین	σ	تخمین

_* برای نمونه ­ای از روش­های تخمین لغزش جانبی، ر.ک. به بخش ۱-۲-۲

عملگرهای سیستم یکپارچه عبارتند از:

سیستم فرمان

حد اشباع زاویه چرخ: ° ۴۳± حد اشباع نرخ زاویه چرخ: /s° ۷۲±

سیستم دیفرانسیل

حد اشباع گشتاور رانش: N.m 500 حد اشباع نرخ گشتاور رانش: N.m/s 5000±

سیستم ترمز

حد اشباع گشتاور ترمز: N.m 2000- حد اشباع نرخ گشتاور ترمز: N.m/s 5000±

عملگرهای هیدرولیکی در سیستم ضدغلت فعال

حد اشباع نیروی عملگر: N 500± حد اشباع نرخ نیروی عملگر: N/s 5000±

۳-۳ زیرسیستم­های کنترلی

در این بخش، در ضمن معرفی زیرسیستم­های کنترلی، وظیفه هر کدام در قبال تنظیم رفتار متغیرهای اشاره شده در بخش ۳-۱ مشخص می­ شود.

۳-۳-۱ سیستم فرمان فعال جلو

عملکرد مناسب سیستم کنترل فرمان فعال، هنگامی است که تایرها در شرایط عملکرد خطی و دور از حدود اشباع می­باشد. در این شرایط، سیستم مذکور می ­تواند پس از اندازه ­گیری خطای نرخ چرخش خودرو، با ایجاد زاویه فرمان مناسب، در تعقیب نرخ چرخش مطلوب موثر واقع گردد. اما، این سیستم، در شرایط بحرانی و ناپایدار، که زاویه لغزش جانبی (β) افزایش غیر قابل قبولی دارد، توانایی تامین گشتاورهای چرخش لازم را ندارد. همچنین، این سیستم، برای کاهش زاویه لغزش جانبی، کارآمد نیست.

بنا بر این توضیحات، زیرسیستم فرمان فعال جلو، عهده­دار کنترل نرخ چرخش (r) خودرو است.

۳-۳-۲ سیستم دیفرانسیل فعال

این سیستم، نسبت به سیستم فرمان فعال، توانایی بیشتری برای کنترل نرخ چرخش در مراحل آغازین شروع ناپایداری خودرو دارد و همچنین با توزیع مناسب گشتاور رانشی، می ­تواند شتاب جانبی مطلوب را نیز تعقیب نماید. البته، روشن است که توانایی تعقیب شتاب جانبی، بستگی مستقیم به توانایی در تعقیب نرخ چرخش مطلوب دارد (وابستگی شتاب جانبی به نرخ چرخش، در معادله (۳-۸) از بخش ۳-۵-۳ نشان داده خواهد شد.).

بر این اساس، کنترل دو متغیر نرخ چرخش (r) و شتاب جانبی (a_y) به این سیستم واگذار می­گردد.

۳-۳-۳ سیستم ترمز فعال

قدرتمندترین و موثرترین عملگر موجود در خودروها برای کاهش لغزش جانبی خودرو و تعقیب نرخ چرخش مطلوب، ترمز است. گشتاورهای ترمز می­توانند تا بزرگی چند برابر گشتاورهای رانشی اعمال گردند و از این طریق می­توان گشتاورهای چرخشی اضافی مورد نیاز را به راحتی تامین نمود. بنابراین، کنترل لغزش جانبی که بهترین نماینده وضعیت ناپایدار خودرو است بر عهده این سیستم گذاشته می­ شود. هم­زمان، از ترمزگیری اختلافی برای کنترل نرخ چرخش نیز استفاده خواهد شد. البته، شایان ذکر است که گاهی تعقیب نرخ چرخش و کاهش لغزش جانبی با یکدیگر در تضاد هستند؛ این مشکل - به نحوی که در بخش ۳-۸-۱ شرح داده خواهد شد - با اختصاص وزن مناسب به خطاها حل خواه شد.

بر اساس آن­چه گفته شد، هم­زمان دو متغیر نرخ چرخش (r) و لغزش جانبی (β) توسط این سیستم، کنترل خواهند شد.

۳-۳-۴ سیستم تنظیم لغزش / ترمز ضد قفل

این سیستم، به منظور جلوگیری از لغزش طولی بیش از اندازه چرخ­ها و در نتیجه کمک به تامین رفتار دینامیکی بهتر خودرو طراحی می­گردد. سیستم، مذکور بر خلاف سایر سیستم­های شرح داده شده که به صورت موازی با یکدیگر کار می­ کنند، به صورت سری با سیستم­های دیفرانسیل فعال و ترمز فعال قرار گرفته (شکل ۳-۱)، در صورتی که گشتاور اِعمالی آنها موجب لغزش نامطلوب در هر یک از چرخ­ها گردد، گشتاور (رانشی یا ترمزی) آن چرخ را محدود می­نماید.

بنابراین، کنترل لغزش طولی چرخ­ها (σ) وظیفه این سیستم می­باشد.

۳-۳-۵ سیستم فعال غلت -میله ضد غلت-

سیستم فعال غلت، کنترل زاویه غلت (  )، نرخ غلت (  )، انتقال وزن جانبی روی محور جلو (LLT_f) و انتقال وزن جانبی روی محور عقب (LLT_r) را در شرایط غلت بحرانی خودرو (که وقوع آن توسط معیاری که در معادله (۳-۱۶) معرفی خواهد گردید، تشخیص داده می­ شود) را بر عهده می­گیرد. کاهش زاویه و نرخ غلت از طریق چهار عملگر نیرویی مستقل که در سیستم تعلیق تعبیه شده ­اند، تامین می­گردد.

۳-۴ مدل ساده شده خودرو برای طراحی کنترلر

برای طراحی کنترلرهای مبتنی بر مدل^[۵۲] از یک مدل ساده­تر و اغلب مدل دو درجه آزادی خودرو استفاده می­ شود. طراحی کنترلر بر اساس مدل­های با تعداد درجات آزادی بالاتر، کار طراحی کنترلر را پیچیده و گاهی غیرممکن می­سازد.

برای طراحی کنترلر در این پایان نامه از یک مدل دو درجه آزادی که ساده شده مدل سه درجه آزادی شکل ۳-۲ می­باشد، استفاده شده است.

شکل ۳-۲ نمودار پیکره آزاد برای مدل سه درجه آزادی [۱۹]

معادلات حرکت مدل خودروی سه درجه­آزادی عبارتند از:

(۳-۱)

درجات آزادی خودرو عبارتند از: حرکت طولی، حرکت جانبی و حرکت چرخشی.

چنان­چه در معادلات بالا، تغییرات سرعت طولی خودرو را ناچیز فرض کنیم (  )، درجات آزادی به دو درجه کاهش می­یابد. علاوه بر آن چنان­چه فرض کنیم  ، مدل فوق به مدل زیر در فرم فضای حالت کاهش می­یابد.

(۳-۲)

مدل ارائه شده در (۳-۲) در طراحی کنترلرهای زیرسیستم­های فرمان فعال و ترمز فعال مورد استفاده قرار گرفته است.

۳-۵ مدل مرجع

۳-۵-۱ نرخ چرخش

معادلات ۳-۲ در حالت پایا، یعنی به ازای  و  ، با انجام محاسبات زیر، مقدار مرجع را برای نرخ چرخش به دست می­دهد.

 

در معادله بالا، ضریب پشت  در مخرج را می­توان مطابق معادله (۳-۳) ساده نمود.

(۳-۳)

که در اینجا، آخرین تساوی بر اساس تعریف ضریب کم­فرمانی^[۵۳] [۳۰] نوشته شده است.

جهت حذف نوسانات فرکانس­بالای احتمالی، نرخ چرخش مطلوب به دست آمده را در یک فیلتر تجربی [۱۹] نیز ضرب می­کنیم.

(۳-۴)

لازم به ذکر است که اگرچه، ضریب کم فرمانی K_us برای هر خودرو عددی معین و وابسته به مشخصه­های آن است، اما این ضریب، می ­تواند در معادله (۳-۴) به عنوان یک پارامتر طراحی استفاده گردد و رفتار خودرو را به طور فعال به سمت کم­فرمانی یا بیش­فرمانی دلخواهی سوق دهد.

با توجه به ظرفیت محدود نیروهای تایر، خودرو نمی­تواند هر نرخ چرخشی را مطابق معادله (۳-۴) تامین نماید. حداکثر شتاب برایند خودرو که توسط تایرها قابل تامین است برابر  می­باشد. بنابراین حداکثر شتاب جانبی مقید به قید  خواهد بود. از طرفی، شتاب جانبی برابر است با

 

در معادله فوق، جمله اول غالب است؛ بنابراین موقتا از جمله دوم صرف­نظر کرده، حد اشباع نرخ چرخش را محاسبه نموده، در آخر توسط پارامتری به نام  ، خطای ناشی از این تقریب را جبران می­نماییم. بر این اساس، حد اشباع نرخ چرخش برابر است با

(۳-۵)

نهایتا، مقدار مرجع برای نرخ چرخش به صورت زیر تعریف می­گردد.

(۳-۶)

۳-۵-۲ شتاب طولی

با دوباره­نویسی معادله (۲-۱) در فرم ساده­تر آن و با صرف­نظر کردن از جملات کوچک­تر، مطابق معادله (۳-۷)، شتاب طولی مرجع برای استفاده در هماهنگ­کننده (که شرح آن در بخش ۳-۱۰ خواهد آمد)، به شکل معادله (۳-۸) استخراج می­گردد [۱۹].

(۳-۷)

(۳-۸)

۳-۵-۳ شتاب جانبی

شتاب جانبی مرجع از روی نرخ چرخش مرجع قابل محاسبه است.

(۳-۹)

۳-۶ طراحی کنترلر فرمان فعال^[۵۴]

به علت ماهیت غیرخطی دینامیک و وجود نایقینی در پارامترها، کنترل مود لغزشی^[۵۵] گزینه مناسبی برای طراحی کنترلر می­باشد. چنان­چه سطح لغزش s₁ را برابر با خطای تعقیب و شرط لغزش را مطابق زیر، معادله­ای پایدار بر حسب s₁ تعریف نماییم [۱۹]، همگرایی سطح لغزش به صفر قابل تضمین خواهد بود.

 

که در آن،

 

در شرط لغزش مذکور،  سرعت پاسخ را تنظیم می­ کند،  فراجهش پاسخ را کاهش می­دهد،  به منظور جبران نایقینی­ها افزوده شده و ε_۱ ضخامت لایه­مرزی (حداکثر خطای مجاز در حالت پایا) می­باشد که به منظور حذف نوسانات^[۵۶] ناشی از ناپیوستگیِ موجود در قانون کنترل تعریف گردیده است.

با قرار دادن شرط لغزش در دینامیک خودرو (معادله (۳-۲))، قانون کنترل، مطابق زیر محاسبه می­گردد.

(۳-۱۰)

ضرایب  ،  و  قبلا در معادله (۳-۲) تعریف شده ­اند. مقادیر عددی ضرایب کنترلر در جدول ۳-۲ نشان داده شده ­است.

جدول ۳-۲ ضرایب کنترلر فرمان فعال

پارامتر	مقدار
	Hz 20
	۵/۰
	/s2° ۱۵/۰
	/s° ۲/۰

۳-۷ طراحی کنترلر دیفرانسیل فعال^[۵۷]

از آنجا که وظیفه کنترل دو متغیر نرخ چرخش و شتاب جانبی بر عهده این زیرسیستم گذاشته شده است، محاسبه یک قانون کنترل مبتنی بر مدل کار دشواری خواهد بود. خوشبختانه، روش کنترل مبتنی بر خطای تناسبی-انتگرالی (PI) برای تعقیب مقادیر متغیرهای مرجع کارآمد است [۱۹].

با توجه به این که خودروی مدل­سازی شده، دیفرانسیل جلو می­باشد، کنترلر PI اشاره شده، که بر اساس هر دو خطا تصمیم ­گیری می­ کند، نسبت توزیع گشتاورهای رانشی بین چرخ­های راست و چپ جلو را تنظیم می­ کند.

 

(۳-۱۱)

که در آن، w_iها وزن خطاها، p_l-r نسبت گشتاور رانشی چرخ چپ به کل گشتاور رانشی چرخ­ها (روشن است در شرایطی که هر دو خطا صفر باشد، این نسبت باید برابر ۵/۰ باشد.)، T_tot کل گشتاور رانشی، T­_۱ گشتاور رانشی چرخ چپ و T₂ گشتاور رانشی چرخ راست می­باشد.

مقادیر عددی ضرایب کنترلر دیفرانسیل فعال در جدول ۳-۳ مشخص شده ­است.

جدول ۳-۳ ضرایب کنترلر دیفرانسیل فعال

پارامتر	مقدار
	۲/۰
	۸/۰
	s/rad 2/0
	s2/m 012/0
	s 5/2
	s 5

۳-۸ طراحی کنترلر ترمز فعال^[۵۸]

از ترمزگیری اختلافی، برای کاهش زاویه لغزش جانبی و خطای تعقیب نرخ چرخش می­توان به شکل موثر استفاده نمود. به روش مشابه [۱۹]، یک کنترلر مود لغزشی برای زیرسیستم ترمز فعال طراحی می­ شود. سطح لغزش  برابر خطای ترکیبی زیر تعریف می­ شود.

(۳-۱۲)

که در اینجا  ضریب مصالحه زاویه لغزش جانبی و خطای نرخ چرخش است (همان­طور که پیشتر در بخش ۳-۳-۳ اشاره شد، گاهی تعقیب نرخ چرخش مرجع موجب افزایش لغزش جانبی می­ شود.) و مطابق نمودار شکل ۳-۳ بر حسب β تغییر می­ کند. به بیان دیگر، زمانی که β در محدوده غیربحرانی قرار دارد، کنترلر تنها سعی در تعقیب نرخ چرخش دارد؛ و با نزدیک شدن β به حد بحرانی، کنترلر به تدریج گشتاور مورد نیاز برای کاهش آن را نیز محاسبه می­نماید.

شکل ۳-۳ نمودار تغییرات w بر حسب β

برای دسترسی آسان، معادله حرکت چرخشی خودروی دو درجه آزادی را بار دیگر در اینجا می­نویسیم.

(۳-۱۳)

که در آن

 

گشتاور چرخشی قابل تامین توسط نیروهای طولی تایرها است.

چنان­چه شرط لغزش را مطابق (۳-۱۴)، معادله­ای پایدار بر حسب s₂ تعریف کنیم،

(۳-۱۴)

و در معادله (۳-۱۳) جایگذاری کنیم، قانون کنترل، مطابق زیر به دست می ­آید.

(۳-۱۵)

جدول ۳-۴ مقادیر عددی ضرایب مورد استفاده در کنترلر ترمز فعال را نشان می­دهد.

جدول ۳-۴ ضرایب کنترلر ترمز فعال

پارامتر	مقدار
	Hz 52
	۶/۲
	rad/s2 ۰۶/۰
	rad/s 2/0

در این مرحله، نیروی ترمز مستقل هر چرخ برای تولید گشتاور  محاسبه می­گردد.

روشن است که اگر خودرو در وضعیت کم­فرمانی قرار داشته باشد، برای اصلاح آن باید روی یکی از چرخ­های داخلی یا هر دوی آنها ترمز گرفت. از طرفی، با توجه به شکل ۳-۴ درمی­یابیم که در این وضعیت، نیروی جانبی چرخ جلوی داخلی به اصلاح کم­فرمانی کمک می­ کند، در حالی که نیروی جانبی چرخ عقب داخلی مانع این امر است. بنابراین بهتر است عمل ترمزگیری، تنها روی چرخ عقب صورت پذیرد تا از این طریق نیروی جانبی آن چرخ نیز کاهش یابد. مشابه همین استدلال را می­توان برای اصلاح وضعیت بیش­فرمانی نیز انجام داد و نتیجه گرفت که در این حالت، ترمزگیری باید روی چرخ جلوی خارجی صورت پذیرد. بنابراین، به طور خلاصه می­توان نتیجه گرفت

در سیستم ترمز فعال، ایده­آل است که ترمزگیری فقط روی چرخ عقب داخلی یا چرخ جلوی خارجی صورت پذیرد که بستگی به وضعیت کم­فرمانی یا بیش­فرمانی خودرو دارد.

۱

۴

۳

۲

۴

۳

۲

۱

شکل ۳-۴ منطق ترمزگیری برای اصلاح نرخ چرخش

در نتیجه، مطابق شکل که چرخ­ها با شماره­های ۱ تا ۴ نام­گذاری شده ­اند، این الگوریتم تصمیم ­گیری را برای انتخاب چرخی که روی آن ترمز گرفته خواهد شد به کار می­بریم:

الف) اگر  (خودرو بیش­فرمان باشد) و  (جهت مطلوب چرخش به سمت چپ باشد)، روی چرخ ۲، گشتاور ترمزی  اعمال می­گردد.

ب) اگر  (خودرو کم­فرمان باشد) و  (جهت مطلوب چرخش به سمت راست باشد)، روی چرخ ۴، گشتاور ترمزی  اعمال می­گردد.

ج) اگر  (خودرو بیش­فرمان باشد) و  (جهت مطلوب چرخش به سمت راست باشد)، روی چرخ ۱، گشتاور ترمزی  اعمال می­گردد.

د) اگر  (خودرو کم­فرمان باشد) و  (جهت مطلوب چرخش به سمت چپ باشد)، روی چرخ ۳، گشتاور ترمزی  اعمال می­گردد.

۳-۹ طراحی کنترلر تنظیم لغزش فعال / ترمز ضد قفل^[۵۹]

کنترلر مود لغزشی مورد استفاده در این تحقیق، بایستی به گونه ­ای طراحی شود که تنها در صورتی که قدر مطلق لغزش طولی هر یک از چرخ­ها از قدر مطلق لغزش مطلوب بیشتر باشد (چرخ بیش از اندازه بلغزد)، آن را کاهش داده و به مقدار مطلوب برساند و در غیر این صورت، لغزش چرخ را افزایش ندهد. به روشی مشابه با [۱۹] و با اعمال تغییرات و اصلاحات مورد نیاز در تعریف تابع اشباع، سطح لغزش s₃ به صورت زیر، برابر با اختلاف لغزش طولی هر چرخ با مقدار بهینه آن تعریف می­گردد.

 

که در آن σ_des لغزش طولی مطلوب و T_i,eq گشتاور وارده به چرخ، بدون عملکرد ASR/ABS است.

(۳-۱۶)

که در آن، T_i,h حداکثر افزایش یا کاهش گشتاور چرخ­ها، ρ پارامتر طراحی و تعیین­کننده میزان دخالت سیستم ASR/ABS، ­I_w لختی دورانی چرخ­ها و R_w شعاع چرخ­ها می­باشد.

عملکرد قانون کنترلی ۳-۱۶، در چهار حالت زیر عبارتست از:

الف) خودرو در حال شتاب­گیری، لغزش زیاد

در این حالت،  ،  و  یا  ، بنابراین کنترلر عمل می­ کند و لغزش را کاهش می­دهد.

ب) خودرو در حال شتاب­گیری، لغزش کم

در این حالت،  ،  و  ، بنابراین کنترلر عمل نمی­کند و لغزش را افزایش نمی­دهد.

ج) خودرو در حال ترمز­گیری، لغزش زیاد

در این حالت،  ،  و  یا  ، بنابراین کنترلر عمل می­ کند و لغزش را کاهش می­دهد.

د) خودرو در حال ترمز­گیری، لغزش کم

در این حالت،  ،  و  ، بنابراین کنترلر عمل نمی­کند و لغزش را افزایش نمی­دهد.

مقادیر ضرایب کنترلر در جدول ۳-۵ مشخص شده است.

جدول ۳-۵ ضرایب کنترلر تنظیم لغزش فعال / ترمز ضد قفل

پارامتر	مقدار
	N.s/kg 5/0
	۲/۰

۳-۱۰ طراحی کنترلر فعال غلت- میله ضدغلت-^[۶۰]

برای تعیین زمان فعالیت زیرسیستم کنترل غلت لازم است از یک شاخص غلت (RI^[61]) استفاده گردد. شاخص­ های معمول در سایر مطالعات عبارتند از زاویه غلت [۱۵]، شتاب جانبی [۱۶] و [۱۷] و انتقال وزن جانبی [۳۱]. شاخص ارائه شده در [۱۴] معیار جامعی است که دربرگیرنده هر سه شاخص ذکر شده می­باشد و با اعمال تغییراتی، به صورت معادله (۳-۱۷) در اینجا به کار می­رود.

(۳-۱۷)

جملات اول و سوم در ضابطه اول معادله (۳-۱۷)، نمایانگر میزان بحرانی بودن زاویه و نرخ غلت جرم فنربندی شده هستند، در حالی که جمله دوم میزان بحرانی بودن شتاب جانبی و متعاقب آن، انتقال وزن جانبی (که مستقیماً از شتاب جانبی ناشی می­ شود) می­باشد.

هر زمان که RI از آستانه بالای RI_up,thres بیشتر باشد، زیرسیستم کنترل غلت فعال شده و هر زمان که RI از آستانه پایین RI_lo,thres کمتر باشد، این زیرسیستم خاموش می­ شود یا به وضعیت بهبود فرمان­پذیری تغییر وضعیت می­دهد (برای توضیح جامع­تر درباره استراتژی هماهنگی، ر.ک. به بخش ۳-۱۱).

دو آستانه مذکور، پارامترهایی هستند که بیانگر شرایطی از دینامیک غلت هستند که بحرانی تلقی می­شوند و توسط طراح و به روش سعی و خطا تعیین می­گردند. اختلاف این دو پارامتر، سبب می­ شود، کنترلر مانند رله عمل نماید و مانع ایجاد نوسانات ناخواسته بر اثر فعال و غیرفعال شدن های پی در پی کنترلر می­گردد.

این زیرسیستم، در حالت فعالیت، گشتاور غلتشی لازم را بر اساس قانون کنترل تناسبی زیر محاسبه نموده و اعمال می­نماید.

(۳-۱۸)

این گشتاور توسط دو عملگر به صورت یک زوج نیرو تولید می­ شود.

(۳-۱۹)

که در آن، s فاصله جانبی بین عملگرهای راست و چپ و F_a,tot جمع نیروی عملگرهای جلو و عقب در هر یک از طرفین است.

بخشی از این زوج نیرو توسط عملگرهای تعبیه شده در محور جلو و بقیه آن توسط عملگرهای تعبیه شده در محور عقب تامین می­گردد. برای تصمیم ­گیری در مورد سهم هر محور، باید توجه داشت که این زوج نیرو که به منظور کاهش زاویه غلت اعمال می­گردد، به طور اجتناب­ناپذیری انتقال وزن جانبی را افزایش داده، حاشیه امن واژگونی را کاهش می­دهد. تحقیقات گذشته نشان داده است که بیشترین حاشیه امن واژگونی مربوط به زمانی است که آغاز واژگونی (صفر شدن بار چرخ داخلی) روی دو محور جلو و عقب هم­زمان رخ دهد [۳۲]. به بیان دیگر، می­دانیم در اثر عملکرد عملگرها، انتقال وزن جانبی افزایش خواهد یافت؛ بنابراین بهتر است این افزایش در محوری رخ دهد که هم­اکنون، انتقال وزن کمتری را به طور طبیعی و در اثر شتاب جانبی متحمل شده است. لذا، قانون کنترلی زیر برای این منظور طراحی شده است.

(۳-۲۰)

که در آن F_a.f نیروی هر یک از عملگرهای تعبیه شده در محور جلو و F_a,r نیروی هر یک از عملگرهای تعبیه شده در محور عقب می­باشد. ثابت ۶/۰ برای c_f به روش سعی و خطا به دست آمده است و برای سایر خودروها متفاوت است.

مقادیر عددی ضرایب کنترلر در جدول ۳-۶ مشخص شده است.

جدول ۳-۶ ضرایب کنترلر فعال غلت –میله ضدغلت-

پارامتر	مقدار
C1	۴/۰
C2	۲/۰
K	N.s2 ۶۰۰
k	۸/۰

۳-۱۱ استراتژی هماهنگی

۳-۱۱-۱ بررسی تداخلات ممکن بین اهداف زیرسیستم­ها

همان طور که در بخش ۳-۳ دیده شد، هر یک از سیستم­های کنترلی برای کنترل رفتار یک یا چند متغیر از متغیرهای دینامیکی خودرو طراحی شده ­اند، حال آن که به دلیل ماهیت کوپل شده دینامیک خودرو، تعقیب مجزای برخی از متغیرها، موجب فاصله گرفتن سایر متغیرها از مقادیر مطلوب خود می­ شود. به عنوان چند نمونه، تعقیب مقادیر بزرگ شتاب جانبی (یا نرخ چرخش) موجب افزایش لغزش جانبی، زاویه غلت و انتقال وزن جانبی می­گردد، کاهش لغزش جانبی غالباً موجب خطا در تعقیب نرخ چرخش مطلوب می­گردد و کاهش زاویه غلت با بهره گرفتن از میله ضدغلت فعال، مستلزم افزایش انتقال وزن جانبی و خطر واژگونی است.

همچنین، علاوه بر عدم تعقیب متغیرهای هدف، عملکرد بعضی از سیستم­ها اثرات ناخواسته دیگری نیز دارد که گاهی نامطلوب می­باشند. مثلاً، عملکرد سیستم ترمز فعال باعث کاهش سرعت خودرو می­گردد که جز در مواردی که راننده همین قصد را داشته باشد، رخداد نامطلوبی به حساب می ­آید.

بنا بر آن­چه گفته شد، لزوم طراحی یک هماهنگ­کننده^[۶۲] برای جبران این برهم­کنش­های نامطلوب ضروری است. این هماهنگ­کننده بایستی با توجه به رژیم فعالیت خودرو، متغیرهای بحرانی­تر را شناسایی کرده، وزن سیستم متناظر با آنها را افزایش و وزن سایر سیستم­ها را کاهش دهد. بخش ۳-۱۱-۲ به این مسئله می ­پردازد.

۳-۱۱-۲ انتخاب استراتژی هماهنگی مناسب

تصمیم­­گیری برای میزان فعالیت زیرسیستم­ها بر اساس سه متغیر  ،  و  و به وسیله یک مدل فازی صورت می­گیرد. از آنجا که نمودار فعالیت زیرسیستم­ها بر حسب این متغیرها تشکیل یک حجم را می­دهد، برای سادگی، متغیر  را در وضع ثابتی فرض نموده و هر بار نمودار به ازای یکی از مقادیر (فازی) آن رسم می­کنیم. شکل­های ۳-۵ تا ۳-۷ استراتژی هماهنگی پیشنهادی را نشان می­ دهند. در این نمودارها، مرزهای عمودی (مرزهای بین مقادیر f_inst^[63]) بر اساس منطق فازی تعریف می­شوند.

شاخص ناپایداری جانبی f_inst مطابق معادله (۳-۲۱) تعریف می­گردد [۱۹].

(۳-۲۱)

در این رابطه، از آنجا که β و a_y دو متغیر هستند که به خوبی توصیف­گر درجه بحرانی بودن دینامیک جانبی سیستم هستند، از آنها به عنوان شاخص­ های پایداری جانبی استفاده شده است. w₁ و w₂ به ترتیب ضراب وزنی β و a_y هستند.

الف) a_x,des = ED^[64]

در این حالت، راننده قصد شتاب­گیری دارد. بنابراین، هماهنگ­کننده جز در شرایط کاملاً بحرانی دینامیک جانبی، اجازه استفاده از سیستم ترمز فعال را نمی­دهد و تنها با بهره گرفتن از فرمان فعال و دیفرانسیل فعال، پایداری خودرو را حفظ می­ کند. در شرایط کاملاً بحرانی، سیستم فرمان فعال، نه­تنها کارآمد نیست، بلکه به علت اعمال تغییرات زیاد در زاویه فرمان، اثر سوء بر دینامیک خودرو دارد. لذا، در این مواقع، این سیستم جای خود را به ترمز فعال می­دهد.

سیستم کنترل فعال غلت –میله ضدغلت-، بدون توجه به f_inst با توجه به شاخص غلت (RI)، فعال یا غیرفعال می­ شود. در حالت خاصی که دینامیک غلت در شرایط بحرانی نباشد (مقادیر کم RI)، ولی دینامیک جانبی بحرانی باشد (مقادیر بالای f_inst)، این سیستم تغییر وظیفه داده و از طریق کنترل بار عمودی چرخ­ها به سایر سیستم­ها در کنترل پایداری جانبی کمک می­نماید.

شکل۳-۵ استراتژی هماهنگی در حالت شتاب­گیری

ب) a_x,des = ZE^[65]

در این حالت، راننده قصد حفظ سرعت خودرو را دارد. بنابراین، باز هم هماهنگ­کننده جز در شرایط کاملاً بحرانی دینامیک جانبی، اجازه استفاده از سیستم ترمز فعال را نمی­دهد. اما با در نظر گرفتن این که راننده قصد افزایش سرعت ندارد، در شرایط کاملاً بحرانی، دیفرانسیل فعال را غیرفعال می­نماید و از حداکثر توان سیستم ترمز فعال استفاده می­نماید.

شکل۳-۶ استراتژی هماهنگی در حالت حفظ سرعت

ج) a_x,des = EB^[66]

در این حالت، راننده قصد کاهش سرعت خودرو را دارد. بنابراین، در تمام ناحیه کاری، سیستم ترمز فعال عمل می­ کند و سیستم دیفرانسیل فعال خاموش می­باشد. سیستم فرمان فعال، مشابه دو حالت قبل، در ناحیه کاملاً بحرانی پایداری، خاموش می­باشد.

شکل۳-۷ استراتژی هماهنگی در حالت ترمزگیری

به طور خلاصه، ملاحظه می­ شود که همواره، کنترلر در شرایط پایدار (مقادیر کم و متوسط f_inst) از فرمان فعال استفاده می­ کند، اما متناسب با شتاب طولی مطلوب راننده، از دیفرانسیل فعال، در حالت شتاب­گیری، و از ترمز فعال، در حالت ترمزگیری نیز استفاده می­ کند. ولی در هر سه حالت، در وضعیت ناپایداری بحرانی، فارغ از شتاب طولی مطلوب راننده، سیستم ترمز فعال وارد عمل می­ شود.

۳-۱۱-۳ طراحی یکپارچه­ساز فازی

بحرانی بودن شرایط دینامیک جانبی خودرو یک امر نسبی است و مرز ورود به ناحیه بحرانی به صورت دقیق^[۶۷] قابل تعیین نیست. با در نظر داشتن این نکته و نیز برای پرهیز از سوئیچ شدن ناگهانی کنترلر از یک رژیم کاری به رژیم کاری دیگر، منطق فازی، ابزاری بسیار مناسب برای تعریف نواحی پایداری به شمار می ­آید. در این تحقیق، برای طراحی هماهنگ­کننده از روشی مشابه [۱۹] استفاده شده است.

در طراحی یک سیستم کنترل فازی، تعریف توابع عضویت^[۶۸] و قوانین فازی^[۶۹] دو مرحله اساسی کار هستند. در بخش­های ۳-۱۱-۳-۱ و ۳-۱۱-۳-۲ به این مراحل پرداخته می­ شود.

۳-۱۱-۳-۱ تعریف توابع عضویت فازی

شکل ۳-۸ نمودار توابع عضویت را برای دو متغیر ورودی و شکل ۳-۹ این توابع را برای سه متغیر خروجی سیستم فازی نشان می­ دهند.

عضویت متغیر a_x,des در سه ناحیه EB (ترمزگیری)، ZE (حفظ سرعت) و ED (شتاب­گیری) که معنای آنها در بخش ۳-۱۱-۲ شرح داده شد، تعیین می­گردد و تابع عضویت در این نواحی، مطابق نمودار اول شکل ۸-۳ تعریف می­گردد. همچنین f_inst به هفت ناحیه از SL (کاملاً پایدار) تا VB (کاملاً ناپایدار) تقسیم می­گردد.

شکل ۳-۸ توابع عضویت فازی برای متغیرهای ورودی

شکل ۳-۹ نمودار تابع عضویت را برای ضریب وزنی فعالیت سیستم فرمان فعال، W_ASC نشان می­دهد. ضریب وزنی فعالیت به پنج ناحیه از ZE (عدم فعالیت) تا BI (فعالیت کامل) تقسیم می­ شود. این توابع برای دو خروجی دیگر، یعنی W_ADC و W_ABC، دقیقاً به صورت مشابه می­باشد.

شکل ۳-۹ توابع عضویت فازی برای متغیرهای خروجی

۳-۱۱-۳-۲ تعریف قوانین فازی

استراتژی شرح داده شده در بخش ۳-۱۱-۲ را می­توان به شکل قوانین فازی جدول ۳-۷ مدل کرد. این جدول، بیان می­ کند که به ازای هر یک از مقادیر برای متغیرهای ورودی، مقدار هر یک از خروجی­ها برابر با چه چیزی خواهد بود.

جدول ۳-۷ قوانین هماهنگی در حضور دیفرانسیل فعال

WABC	WADC	WASC	finst	ax,des
ZE	ZE	BI	SL	ZE
ZE	ZE	BI	SM	ZE
ZE	ZE	BI	ME	ZE
ZE	ME	ME	MB	ZE
ZE	BI	ZE	BI	ZE
ME	ME	ZE	BV	ZE
BI	ZE	ZE	VB	ZE
ZE	ZE	BI	SL	ED
ZE	SL	MB	SM	ED
ZE	ME	ME	ME	ED
ZE	MB	SL	MB	ED
ZE	BI	ZE	BI	ED
ME	BI	ZE	BV	ED
BI	BI	ZE	VB	ED
ZE	ZE	BI	SL	EB
SL	ZE	BI	SM	EB
ME	ZE	BI	ME	EB
MB	ZE	MB	MB	EB
BI	ZE	ME	BI	EB
BI	ZE	SL	BV	EB
BI	ZE	ZE	VB	EB

شکل ۳-۱۰ سطح فازی مربوط به متغیر خروجی W_ASC (وزن سیستم فرمان فعال) را نشان می­دهد و نمایشی سه­بعدی از استراتژی شرح شده در بخش ۳-۱۱-۲ می­باشد. ملاحظه می­گردد که سیستم فرمان فعال، عهده­دار حفظ فرمان­پذیری در شرایط نسبتاً پایدار است.

شکل ۳-۱۰ سطح فازی برای متغیر خروجی W_ASC

شکل ۳-۱۱ سطح فازی مربوط به متغیر خروجی W_ADC (وزن سیستم دیفرانسیل فعال) را نشان می­دهد. نمودار مؤید آن است که سیستم دیفرانسیل فعال، عمدتاً عهده­دار حفظ پایداری خودرو در شرایطی است که شتاب طولی مطلوب راننده مثبت است و هم­زمان خودرو در محدوده بحرانی پایداری جانبی قرار دارد.

شکل ۳-۱۱ سطح فازی برای متغیر خروجی W_ADC

شکل ۳-۱۲ سطح فازی مربوط به متغیر خروجی W_ABC (وزن سیستم ترمز فعال) را نشان می­دهد. دیده می­ شود که سیستم ترمز فعال، در محدوده بحرانی پایداری جانبی، همواره فعالیت می­ کند، اما چنان­چه شتاب طولی مطلوب راننده منفی باشد (راننده در حال ترمزگیری باشد)، سیستم زودتر وارد عمل می­گردد.

شکل ۳-۱۲ سطح فازی برای متغیر خروجی W_ABC

فصل چهارم

شبیه­سازی و نتایج

۴-۱ مقدمه

در این فصل، ابتدا در بخش ۴-۲، عملکرد هر یک از زیرسیستم­های کنترلی به طور مستقل مورد بررسی قرار می­گیرد، سپس در بخش ۴-۳، عملکرد سیستم کنترل یکپارچه (عملکرد هماهنگ زیرسیستم­های کنترلی) بررسی خواهد شد. برای این منظور از آزمون استاندارد تغییر مسیر دوگانه^[۷۰] یک بار روی سطح خشک (۹/۰=μ) و یک بار روی سطح لغزنده (۲/۰=μ) استفاده شده است. سپس نتایج مانور روی سطح لغزنده، با نرم­افزار CarSim صحه­گذاری گردیده است. در انتها برای تضمین کارکرد کنترلر در بدترین حالت، مطابق تئوری مرتبط (که در بخش ۴-۵ خواهد آمد)، خودرو با مانور بدترین حالت^[۷۱] تست شده است.

از آنجا که تمام کنترلرها به جز کنترل دیفرانسیل فعال، از نوع مود لغزشی بوده و جزو دسته کنترلرهای مقاوم^[۷۲] محسوب می­شوند، و همچنین برای واقعی­تر شدن شرایط شبیه­سازی، نایقینی­ها^[۷۳]یی در آزمون­ها لحاظ شده است که عبارتند از:

جرم نامی ۱۰% کمتر از جرم واقعی می­باشد.

مختصات نامی مرکز جرم نسبت به مختصات واقعی آن ۵ سانتی­متر در امتداد محور x به جلو منتقل شده است.

ضرایب سفتی نامی چرخ­ها ۵% کمتر از مقادیر واقعی آنها می­باشد.

ضریب اصطکاک نامی بین چرخ­ها و سطح جاده، ۵% کمتر از مقدار واقعی آن می­باشد.

این نایقینی­ها می ­تواند بیانگر شرایطی باشد که سرنشینان عقب در خودرو حضور ندارند، در حالی که ضرایب کنترلرها برای وضعیت حضور چهار سرنشین تنظیم شده است. نایقینی­ها، هم در کنترلرها و هم در مدل مرجع اعمال شده ­اند.

۴-۲ تحلیل عملکرد زیرسیستم­ها

در این بخش، عملکرد هر یک از زیرسیستم­های کنترلی را در یک مانور تغییر مسیر دوگانه روی سطح خشک (با ضریب اصطکاک ۹/۰) و سرعت اولیه km/h120 بررسی می­نماییم.

۴-۲-۱ کنترل فرمان فعال

در نمودار شکل ۴-۱، مسیر هدف در مانور تغییر مسیر دوگانه و مسیر طی شده خودرو در دو حالت حلقه­باز (بدون کنترلر) و با کنترلر نشان داده شده است. در خصوص تعقیب مسیر هدف، توجه به این نکته لازم است که چنان­چه راننده دارای مهارت نسبی بوده و به درستی فرمان بدهد، در صورتی که کنترلر، نرخ چرخش مرجع را به خوبی تعقیب کند و هم­زمان، زاویه لغزش جانبی را به اندازه کافی کاهش دهد (سیستم­های ترمز فعال و کنترل یکپارچه، با این هدف طراحی شده ­اند)، می­توان انتظار داشت که خودرو به طور طبیعی، مسیر هدف را بهتر دنبال کند. بنابراین، از سیستم فرمان فعال، انتظار بهبود در تعقیب مسیر هدفِ خودرو نمی­رود.

شکل ۴-۱ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم فرمان فعال

همان طور که در بخش ۳-۳-۱ آمد، کنترلر فرمان فعال، مشخصاً وظیفه تعقیب نرخ چرخش را بر عهده دارد. شکل ۴-۲ نشان می­دهد که کنترلر تا حد قابل قبولی در تعقیب این متغیر (۱۲% کاهش بیشینه خطا) و به تبع دینامیک مرتبط، به طور غیرمستقیم، مطابق شکل ۴-۳ الف، در تعقیب شتاب جانبی (۸% کاهش بیشینه خطا)، موفق عمل نموده است.

مطابق شکل ۴-۳ ب، در طی عملکرد کنترلر، لحظاتی، زاویه لغزش جانبی افزایش یافته است، اما حتی بیشینه این متغیر نیز کاهش یافته است.

شکل ۴-۲ پاسخ نرخ چرخش برای سیستم فرمان فعال

شکل ۴-۳ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم فرمان فعال

برای بررسی تأثیر عملکرد زیرسیستم فرمان فعال فعال بر دینامیک غلت خودرو، شکل ۴-۴ در زیر آورده شده است. ملاحظه می­ شود در حوالی ثانیه پنجم که کنترلر، نرخ چرخش (و نتیجتاً شتاب جانبی) را افزایش داده است، زاویه غلت و انتقال وزن جانبی نیز افزایش یافته است.

شکل ۴-۴ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم فرمان فعال

انتظار می­رود به غیر از زیرسیستم ترمز فعال، سایر زیرسیستم­ها موجب کاهش چندانی در سرعت خودرو نشوند، و حتی در مقایسه با خودروی بدون کنترل، در مواردی، سرعت را کمتر کاهش دهند. این امر در نمودار شکل ۴-۵ (۲% کاهش سرعت کمتر) دیده می­ شود.

شکل ۴-۵ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم فرمان فعال

شکل ۴-۶، زاویه فرمان اعمال شده توسط کنترلر (تلاش کنترلی) را نشان می­دهد. در این نمودار مشخص است که در کدام لحظات، کنترلر زاویه فرمان راننده را جهت حصول نرخ چرخش مرجع تغییر داده است. در حوالی ثانیه­های دوم و چهارم حرکت، عملکرد سیستم فرمان فعال به نحو بارزتری مشهود است.

شکل ۴-۶ نمودار تلاش کنترلی برای سیستم فرمان فعال

جدول ۴-۱، میزان تغییرات متغیرهای هدف را به صورت کمّی نمایش می­دهد. با دقت در این جدول مشخص می­ شود بیشترین کاهش خطا مربوط به نرخ چرخش، یعنی متغیری که کنترلر مشخصاً برای تعقیب آن طراحی گردیده است، می­باشد.

جدول۴-۱ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم فرمان فعال

	|r-rtarget|	β	|ay-ay,target|	RI	|ye|	|u-ud|
بدون کنترل	۰٫۵۵	۶٫۹۴	۱٫۸۲	۰٫۶۶	۰٫۷۹	۱٫۲۹
فرمان فعال	۰٫۴۹	۶٫۶۸	۱٫۶۷	۰٫۶۶	۰٫۹۰	۱٫۲۶
درصد تغییر	-۱۲٫۱۸	-۳٫۶۴	-۸٫۳۹	-۰٫۵۷	۱۴٫۲۵	-۲٫۰۸

۴-۲-۲ کنترل دیفرانسیل فعال

در نمودار شکل ۴-۷، مسیر هدف در مانور تغییر مسیر دوگانه (با شرایط مشابه مانور بخش ۴-۲-۱) و مسیر طی شده خودرو در دو حالت حلقه­باز (بدون کنترلر) و با کنترلر نشان داده شده است.

شکل ۴-۷ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم دیفرانسیل فعال

همان طور که در بخش ۳-۳-۲ آمد، کنترلر دیفرانسیل فعال، وظیفه تعقیب نرخ چرخش و شتاب جانبی مرجع را بر عهده دارد. نمودار شکل ۴-۸ و جدول ۴-۲ نشان می­ دهند که کنترلر متغیرهای مرجع را به نحو مطلوب تعقیب کرده است (۱۶% کاهش بیشینه خطای تعقیب نرخ چرخش و شتاب جانبی).

با توجه به این که سیستم دیفرانسیل فعال نیز مشابه سیستم فرمان فعال، کنترلی بر لغزش جانبی ندارد، تعقیب مسیر هدف (شکل ۴-۱) بهبودی نداشته است.

شکل ۴-۸ پاسخ نرخ چرخش برای سیستم دیفرانسیل فعال

شکل ۴-۹ ب نشان می­دهد که عملکرد دیفرانسیل فعال در این مانور، اثر چندانی بر لغزش جانبی خودرو نداشته است. به عبارت دیگر، در این مانور، تعقیب نرخ چرخش و شتاب جانبی مرجع منجر به افرایش لغزش جانبی نگردیده است. اما، همان­طور که پیشتر اشاره شد، احتمال بروز چنین اثر نامطلوبی در سایر مانورها منتفی نیست.

شکل ۴-۹ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم دیفرانسیل فعال

برای بررسی تأثیر عملکرد زیرسیستم دیفرانسیل فعال بر دینامیک غلت خودرو، نمودارهای شکل ۴-۱۰ در زیر آورده شده ­اند. ملاحظه می­ شود که زاویه غلت و انتقال وزن جانبی تغییر بسیار ناچیزی داشته اند.

شکل ۴-۱۰ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم دیفرانسیل فعال

مطابق آنچه در بخش ۴-۲-۱ اشاره شد، سیستم دیفرانسیل فعال نیز مانند سیستم فرمان فعال، کاهش بسیار ناچیزی در سرعت طولی خودرو ایجاد می­ کند.

شکل ۴-۱۱ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم دیفرانسیل فعال

شکل ۴-۱۲، گشتاور رانشی چرخ­های جلو (تلاش کنترلی) را نشان می­دهد. در این نمودار مشخص است که در حدود ثانیه دوم و چهارم حرکت که در آنها راننده مبادرت به تغییر جهت چرخش فرمان می­ کند و خودرو متمایل به از دست دادن تعادل می­ شود، کنترلر نسبت گشتاور رانشی را بین چرخ­های سمت راست و چپ، جهت حصول نرخ چرخش مرجع تغییر داده است.

شکل ۴-۱۲ نمودار تلاش کنترلی برای سیستم دیفرانسیل فعال

مقایسه کمّی مقادیر کاهش خطا برای متغیرهای مختلف در جدول ۴-۲ نشان می­دهد که کاهش خطای تعقیب نسبت به خودروی بدون کنترل، برای دو متغیر نرخ چرخش و شتاب جانبی که کنترل آنها به سیستم دیفرانسیل فعال واگذار شده است، بیش از سایر متغیرها بوده است.

جدول ۴-۲ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم دیفرانسیل فعال

	|r-rtarget|	β	|ay-ay,target|	RI	ye	|u-ud|
بدون کنترل	۰٫۵۵	۶٫۹۴	۱٫۸۲	۰٫۶۶	۰٫۷۹	۱٫۲۹
دیفرانسیل فعال	۰٫۴۷	۶٫۸۲	۱٫۵۴	۰٫۶۶	۰٫۷۹	۱٫۲۷
درصد تغییر	-۱۶٫۲۱	-۱٫۶۷	-۱۵٫۵۹	-۰٫۱۱	-۰٫۳۶	-۱٫۳۵

۴-۲-۳ کنترل ترمز فعال

در شکل ۴-۱۳، مسیر هدف در مانور تغییر مسیر دوگانه روی سطح خشک (۲/۰=μ) با سرعت اولیه km/h120 و مسیر طی شده خودرو در دو حالت حلقه­باز و حلقه بسته نشان داده شده است.

شکل ۴-۱۳ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم ترمز فعال

با توجه به توضیحاتی که در خصوص تعقیب مسیر خودرو در بخش ۳-۳-۱ داده شد، چون سیستم ترمز فعال هم­زمان هر دو متغیر نرخ چرخش و لغزش جانبی را کنترل می­ کند، بایستی منجر به تعقیب بهتر مسیر مطلوب نیز بشود. شکل ۴-۱۳ و جدول ۴-۳ مؤید این مطلب هستند (۹% کاهش در بیشینه انحراف از مسیر).

همان طور که در بخش ۳-۳-۳ شرح داده شد، کنترلر ترمز فعال، وظیفه تعقیب نرخ چرخش مرجع و تنظیم زاویه لغزش جانبی را بر عهده دارد. شکل­های ۴-۱۴ و ۴-۱۵ نشان می­ دهند که کنترلر متغیرهای مورد نظر را به نحو بسیار مطلوب تعقیب و تنظیم کرده است (۵۵% کاهش بیشینه خطای تعقیب نرخ چرخش و ۲۹% کاهش بیشینه زاویه لغزش).

شکل ۴-۱۴ پاسخ نرخ چرخش برای سیستم ترمز فعال

شکل ۴-۱۵ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم ترمز فعال

برای بررسی تأثیر عملکرد زیرسیستم ترمز فعال بر دینامیک غلت خودرو، نمودارهای شکل ۴-۱۶ در زیر آورده شده ­اند. ملاحظه می­ شود که تغییر نامطلوبی در زاویه غلت و انتقال وزن جانبی ایجاد نشده است.

شکل ۴-۱۶ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم ترمز فعال

نقطه ضعف اصلی سیستم ترمز فعال، کاهش ناخواسته سرعت خودرو می­باشد. این مسئله، به روشنی در نمودار شکل ۴-۱۷ و جدول ۴-۳ نمایان است. سیستم ترمز فعال منجر به کاهش سرعت خودرو تا حداکثر km/h 12 گردیده است؛ در حالی که خودروی بدون کنترل، حداکثر حدود km/h 5 کاهش سرعت داشته است. از حدود ثانیه پنجم به بعد، خودرو دوباره در مسیر مستقیم قرار می­گیرد و ترمز فعال نیاز به ادامه ترمزگیری ندارد. بنابراین، مجدداً سرعت خودرو افزایش می­یابد.

شکل ۴-۱۷ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم ترمز فعال

شکل ۴-۱۸، گشتاور چرخ­ها (تلاش کنترلی) را نشان می­دهد. در این نمودار مشخص است که در ثانیه دوم، کنترلر برای اصلاح بیش­فرمانی حین گردش به چپ، روی چرخ راست جلو و در ثانیه چهارم برای اصلاح بیش­فرمانی حین گردش به راست روی چرخ چپ جلو ترمز می­گیرد. در سایر لحظات نیز، کنترلر برای اصلاح خطاهای کوچک و حصول نرخ چرخش مرجع و کاهش لغزش جانبی، با شدت کمتری ترمزگیری­های متوالی می­نماید.

شکل ۴-۱۸ نمودار تلاش کنترلی برای سیستم ترمز فعال

مقایسه کمّی مقادیر کاهش خطا برای متغیرهای مختلف در جدول ۴-۳ نشان می­دهد که کاهش خطاها نسبت به خودروی بدون کنترل، برای دو متغیر نرخ چرخش و لغزش جانبی که کنترل آنها به سیستم ترمز فعال واگذار شده است، چشمگیر بوده است. ضمناً، شتاب جانبی نیز به تبع نرخ چرخش، رفتار بسیار بهتری نسبت به خودروی بدون کنترل نشان داده است.

جدول ۴-۳ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم ترمز فعال

	|r-rtarget|	β	|ay-ay,target|	RI	|ye|	|u-ud|
بدون کنترل	۰٫۵۵	۶٫۹۴	۱٫۸۲	۰٫۶۶	۰٫۷۹	۱٫۲۹
ترمز فعال	۰٫۲۵	۴٫۹۳	۰٫۷۶	۰٫۶۴	۰٫۷۲	۳٫۳۷
درصد تغییر	-۵۵٫۱۰	-۲۸٫۹۳	-۵۸٫۲۱	-۲٫۷۳	-۸٫۹۷	۱۶۱٫۵۳

۴-۲-۵ کنترل فعال غلت -میله ضدغلت-

در نمودار شکل ۴-۱۹، مسیر هدف در مانور تغییر مسیر دوگانه روی سطح خشک (۹/۰=μ) با سرعت اولیه km/h120 و مسیر طی شده خودرو در دو حالت بدون کنترلر و با کنترلر نشان داده شده است.

شکل ۴-۱۹ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم کنترل فعال غلت

تأثیر عملکرد زیرسیستم کنترل فعال غلت بر دینامیک چرخش و جانبی خودرو در شکل­های ۴-۲۰ و ۴-۲۱ نشان داده شده است. با دقت در این نمودارها و جدول ۴-۴، معلوم می­ شود که سیستم کنترل فعال غلت، با تغییر بار چرخ­ها به طور غیرمستقیم موجب بهبود مختصری در تعقیب نرخ چرخش و شتاب جانبی مرجع شده است و تنها بیشینه لغزش جانبی را اندکی افزایش داده است.

همچنین، در نمودار شکل ۴-۱۹ و جدول ۴-۴ دیده می­ شود که مسیر مطلوب، بهتر دنبال شده است (۱۰% بهبود در تعقیب مسیر هدف).

شکل ۴-۲۰ پاسخ نرخ چرخش برای سیستم کنترل فعال غلت

شکل ۴-۲۱ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل فعال غلت

همان طور که در بخش ۳-۳-۵ شرح داده شد، سیستم کنترل فعال غلت، وظیفه کاهش زاویه غلت و انتقال وزن جانبی در محور چرخ­های جلو و عقب را بر عهده دارد. شکل­های ۴-۲۲ و جدول ۴-۴ نشان می­ دهند که کنترلر در این امر به خوبی عمل کرده است.

شکل ۴-۲۲ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم کنترل فعال غلت

در شکل ۴-۲۳ و جدول ۴-۴ ملاحظه می­ شود که تغییر بار چرخ­ها اثر غیرمستقیم بر دینامیک طولی خودرو داشته و موجب افزایش سرعت خودرو نسبت به حالت بدون کنترل گشته است.

شکل ۴-۲۳ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم کنترل فعال غلت

شکل ۴-۲۴، گشتاور فعال غلت (تلاش کنترلی) را در محور جلو و عقب نشان می­دهد. در این نمودار مشخص است که کنترلر جهت کاهش زاویه غلت و عدم افزایش انتقال وزن جانبی بین ثانیه­های ۲ تا ۵، گشتاور فعال اعمال نموده و این گشتاور را به صورت نامتقارن بین محور جلو و عقب توزیع نموده است. مطابق شکل ۴-۲۲ ج، مشاهده می­ شود که این توزیع نامتقارن، بر اساس قانون ارائه شده در معادله (۳-۲۰) باعث شده است انتقال وزن جانبی، تنها روی محور غیربحرانی (در اینجا، محور عقب) افزایش یابد و لذا حاشیه امن واژگونی کاهش نیابد.

شکل ۴-۲۴ نمودار تلاش کنترلی برای سیستم کنترل فعال غلت

باید توجه داشت که خودروی مدل شده، مجهز به میله ضدغلت غیرفعال نیز می­باشد (ر.ک. به بخش ۲-۲-۲) و نباید از نقش این وسیله ساده و کم­هزینه در کنترل غلت غافل بود.

جدول ۴-۴ بیان­گر آن است که سیستم کنترل فعال غلت، مشخصاً شاخص غلت را که دربرگیرنده هر دو متغیر زاویه غلت و انتقال وزن جانبی است (معادله (۳-۱۷))، به حد قابل قبولی و بهتر از سایر زیرسیستم­ها کاهش داده است. تنها اثر منفی کارکرد منفرد این زیرسیستم، اندکی افزایش در لغزش جانبی بوده است.

جدول ۴-۴ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل فعال غلت

	|r-rtarget|	β	|ay-ay,target|	RI	|ye|	|u-ud|
بدون کنترل	۰٫۵۵	۶٫۹۴	۱٫۸۲	۰٫۶۶	۰٫۷۹	۱٫۲۹
کنترل فعال غلت	۰٫۵۰	۷٫۶۳	۱٫۶۸	۰٫۶۲	۰٫۷۱	۱٫۲۸
درصد تغییر	-۹٫۳۰	۱۰٫۰۱	-۷٫۸۹	-۶٫۵۶	-۹٫۹۵	-۱٫۰۷

۴-۳ ارزیابی عملکرد یکپارچه­ساز

در این بخش، برای بررسی دقیق و همه­جانبه عملکرد توأم زیرسیستم­ها تحت نظارت یکپارچه­ساز، پاسخ سیستم شبیه­سازی شده را در شرایط گوناگون و در مانورهای متفاوت بررسی خواهیم کرد.

۴-۳-۱ مانور تغییر مسیر دوگانه روی جاده خشک (۹/۰=μ)

شکل ۴-۲۵، مسیر هدف در مانور تغییر مسیر دوگانه روی سطح خشک و با سرعت اولیه km/h120 و مسیر طی شده خودرو را در دو حالت بدون کنترلر و با کنترلر نشان می­دهد. این شکل نشان می­دهد که در بیشتر لحظات، مسیر مطلوب، بهتر دنبال شده است (اگرچه بیشینه انحراف از مسیر کاهش نیافته است، میانگین آن کاهش یافته است.).

شکل ۴-۲۵ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک

تأثیر عملکرد سیستم کنترل یکپارچه بر دینامیک چرخش و جانبی خودرو، در شکل­های ۴-۲۶ و ۴-۲۷ بررسی شده است.

با دقت در شکل ۴-۲۶، دیده می­ شود که نرخ چرخش خودروی بدون کنترل در ثانیه ۴، به شدت از مقدار مرجع خود فاصله گرفته، خودرو در وضعیت بیش­فرمانی قرار می­گیرد، در حالی که سیستم کنترل یکپارچه، بیش­فرمانی را به میزان ۵۹% کاهش داده است.

شکل ۴-۲۶ پاسخ دینامیک چرخش برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک

به طور مشابه، شکل ۴-۲۷ نشان می­دهد خطای شتاب جانبی و مقدار زاویه لغزش جانبی، به ترتیب ۵۹% و ۳۱% کاهش داشته اند، که حاکی از بهبود قابل ملاحظه پایداری جانبی خودرو می­باشد.

شکل ۴-۲۷ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک

در نمودارهای شکل ۴-۲۸ ملاحظه می­ شود که با فعال شدن به موقع سیستم کنترل فعال غلت، زاویه غلت در ثانیه­های ۲، ۴ و ۵ کاهش یافته، ضمن آن که با تسهیم مناسب گشتاور فعال غلت بین محورهای جلو و عقب، انتقال وزن جانبی تنها در محور غیربحرانی (در اینجا، محور عقب) افزایش یافته است.

شکل ۴-۲۸ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک

با توجه به شکل ۴-۲۹ و جدول ۴-۵ ملاحظه می­ شود که عملکرد کنترل یکپارچه، به علت دخالت سیستم ترمز فعال، موجب ۱۰۷% (معادل km/h 6) افزایش بیشینه افت سرعت نسبت به خودروی بدون کنترل شده است. اما، با مراجعه به جدول ۴-۳ می­بینیم که سیستم ترمز فعال، وقتی خارج از چارچوب هماهنگ­کننده و به تنهایی عمل می­ کند، ۱۶۲% (معادل km/h 12) افت سرعت بیشتر از خودروی بدون کنترل ایجاد می­ کند. بنابراین، می­توان نتیجه گرفت که عملکرد سایر سیستم­ها زیر نظر هماهنگ­کننده ۵۵% (معادل km/h 6) کاهش در افت سرعت خودرو را به همراه داشته است.

شکل ۴-۲۹ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک

شکل­های ۴-۳۰ و ۴-۳۱، زاویه فرمان، گشتاور چرخ­ها و گشتاور فعال غلت را نشان می­ دهند. با مقایسه این نمودارها با نمودارهای شکل ۴-۳۲، به روشنی مشخص می­ شود که در ثانیه­های دوم و چهارم مانور که راننده به ترتیب مبادرت به تغییر مسیر اول و تغییر مسیر دوم می­نماید، خودرو در خطر ناپایداری جانبی قرار می­گیرد و فعالیت سیستم فرمان فعال کم شده، این سیستم تا حدودی جای خود را به سیستم­های دیفرانسیل و ترمز فعال می­دهد.

شکل ۴-۳۰ نمودار زاویه فرمان و گشتاور چرخ­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک

شکل ۴-۳۱ نمودار گشتاور فعال غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک

شکل ۴-۳۲ نمودار ضرایب وزنی سیستم­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک

در بخش ۴-۴ به مقایسه کمّی نتایج شبیه­سازی با سیستم کنترل یکپارچه با نتایج شبیه­سازی با هر یک از زیرسیستم­های کنترلی خواهیم پرداخت.

جدول ۴-۵ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح خشک

	|r-rtarget|	β	|ay-ay,target|	RI	|ye|	|u-ud|
بدون کنترل	۰٫۵۵	۶٫۹۴	۱٫۸۲	۰٫۶۶	۰٫۷۹	۱٫۲۹
کنترل یکپارچه	۰٫۲۳	۴٫۸۰	۰٫۷۴	۰٫۶۳	۰٫۸۷	۲٫۶۷
درصد تغییر	-۵۷٫۷۸	-۳۰٫۷۷	-۵۹٫۳۰	-۴٫۸۰	۱۰٫۲۲	۱۰۶٫۹۸

۴-۳-۲ مانور تغییر مسیر دوگانه روی جاده لغزنده (۲/۰=μ)

در شکل ۴-۳۳، مسیر خودرو در این مانور نشان داده شده است. برای شبیه­سازی سطح یخ­زده، ضریب اصطکاک ۲/۰ به کار رفته و با توجه به لغزندگی شدید، سرعت خودرو کمتر و برابر با km/h80 در نظر گرفته شده است. این شکل نشان می­دهد که در بیشتر لحظات، مسیر مطلوب، بهتر دنبال شده است (اگرچه بیشینه انحراف از مسیر اندکی افزایش یافته است).

شکل ۴-۳۳ مانور تغییر مسیر دوگانه برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده

تأثیر عملکرد سیستم کنترل یکپارچه بر دینامیک چرخش و جانبی خودرو، در شکل­های ۴-۳۴ و ۴-۳۵ نشان داده شده است.

با دقت در شکل ۴-۳۴، دیده می­ شود که نرخ چرخش خودروی بدون کنترل، بین ثانیه­های ۵ تا ۷، تا حد غیر قابل قبولی از مقدار مرجع خود فاصله گرفته، خودرو در وضعیت بیش­فرمانی قرار می­گیرد، در حالی که سیستم کنترل یکپارچه، بیش­فرمانی را به میزان ۶۰% کاهش داده است.

شکل ۴-۳۴ پاسخ دینامیک چرخش برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده

به طور مشابه، شکل ۴-۳۵ نشان می­دهد خطای شتاب جانبی و مقدار زاویه لغزش جانبی، به ترتیب ۶۲% و ۵۰% کاهش داشته اند، که حاکی از بهبود قابل ملاحظه پایداری جانبی خودرو می­باشد.

شکل ۴-۳۵ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده

در نمودارهای شکل ۴-۳۶ ملاحظه می­ شود که مانند شبیه­سازی­های قبل، سیستم کنترل فعال غلت، زاویه غلت را در مواقع بحرانی کاهش داده، ضمن آن که با تشخیص محور بحرانی از نظر انتقال وزن جانبی، گشتاور فعال بیشتری را روی محور عقب (محور غیربحرانی) اعمال نموده است.

شکل ۴-۳۶ پاسخ دینامیک غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده

با توجه به شکل ۴-۳۰ و جدول ۴-۶ ملاحظه می­ شود که عملکرد کنترل یکپارچه، به علت دخالت سیستم ترمز فعال، موجب ۶۲% افزایش بیشینه افت سرعت نسبت به خودروی بدون کنترل شده است. دقت در رفتار سایر متغیرها نشان می­دهد که در شرایط بحرانی، استفاده از ترمز لازم و این میزان کاهش سرعت اجتناب­ناپذیر بوده است. اگرچه در پایان مانور، به علت قرار گرفتن خودرو در مسیر هدف و رها کردن ترمز توسط کنترلر، سرعت دوباره افزایش می­یابد.

شکل ۴-۳۷ پاسخ دینامیک طولی برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده

شکل­های ۴-۳۸ و ۴-۳۹، زاویه فرمان، گشتاور چرخ­ها و گشتاور فعال غلت را نشان می­ دهند. با مقایسه این نمودارها با شکل ۴-۴۰، به روشنی مشخص می­ شود که هر یک از زیرسیستم­ها در کدام نواحی فعال شده ­اند و خروجی هر یک از کنترلرها در آن لحظات چقدر بوده است. از شکل ۴-۴۰ می­توان نتیجه گرفت که لغزندگی جاده موجب افزایش ناپایداری جانبی و فعالیت شدیدتر سیستم­های دیفرانسیل و ترمز فعال در مقایسه با مانور روی سطح خشک گردیده است.

شکل ۴-۳۸ نمودار زاویه فرمان و گشتاور چرخ­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده

شکل ۴-۳۹ نمودار گشتاور فعال غلت برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده

شکل ۴-۴۰ نمودار ضرایب وزنی سیستم­ها برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده

نکته­ قابل توجه در مقایسه نتایج بخش ۴-۳-۱ با ۴-۳-۲ این است که با توجه به لغزنده بودن سطح جاده در حالت دوم، زاویه لغزش جانبی بسیار بزرگ­تر از حالت اول می­باشد، در حالی که خودرو زاویه غلت و انتقال وزن جانبی کمتری دارد. به عبارت دیگر، خودرو روی سطح لغزنده، بیشتر سر می­خورد و غلت کمتری دارد و حفظ پایداری جانبی توسط کنترلر دشوارتر است.

جدول ۴-۶ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل یکپارچه روی سطح لغزنده

	|r-rtarget|	β	|ay-ay,target|	RI	|ye|	|u-ud|
بدون کنترل	۰٫۲۴	۵٫۱۶	۰٫۵۳	۰٫۴۷	۲٫۷۴	۱٫۱۷
کنترل یکپارچه	۰٫۰۹	۲٫۵۸	۰٫۲۰	۰٫۴۷	۲٫۷۷	۱٫۹۰
درصد تغییر	-۶۰٫۳۵	-۴۹٫۹۳	-۶۱٫۹۹	-۰٫۲۰	۱٫۲۵	۶۲٫۲۵

۴-۴ مقایسه زیرسیستم­ها و سیستم کنترل یکپارچه

در این بخش، طی نمودارهای ۴-۴۱ تا ۴-۴۷، تأثیر هر یک از زیرسیستم­ها و نیز سیستم کنترل یکپارچه را در بهبود متغیرهای اصلی هدف بررسی می­نماییم.

هر نمودار بیان­کننده عملکرد زیرسیستم­های مختلف برای بهبود متغیری خاص می­باشد. در کلیه نمودارهای این بخش، ستون­هایی که با کادر پررنگ در دورشان متمایز گردیده­اند، بیان­گر زیرسیستم­هایی هستند که مستقیماً با هدف کنترل متغیر مربوطه طراحی گردیده­اند.

نمودار شکل ۴-۴۱ نشان می­دهد که هر سه زیرسیستم فرمان فعال، دیفرانسیل فعال و ترمز فعال که عهده­دار کنترل نرخ چرخش خودرو بودند، نرخ چرخش را به نحو مطلوب به مقدار مرجع آن نزدیک کرده ­اند. با این حال، سیستم ترمز فعال، بسیار موثرتر از دو سیستم دیگر عمل نموده است. در شرایطی که همه زیرسیستم­ها در چارچوب کنترل یکپارچه همکاری نموده ­اند، بیشترین میزان بهبود نرخ چرخش را شاهد بوده­ایم.

شکل ۴-۴۱ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش خطای نرخ چرخش

نمودار شکل ۴-۴۲ نشان می­دهد که سیستم دیفرانسیل فعال که عهده­دار کنترل شتاب جانبی خودرو بوده است، شتاب جانبی را به نحو مطلوب به مقدار مرجع آن نزدیک کرده­ است. با این حال، سیستم ترمز فعال، به علت تعقیب موفق نرخ چرخش هدف و تابعیت مستقیم شتاب جانبی از نرخ چرخش، شتاب جانبی را نیز به مقدار مطلوب آن به مقدار زیادی نزدیک­تر نموده است. در شرایطی که همه زیرسیستم­ها در چارچوب کنترل یکپارچه همکاری نموده ­اند، شاهد بیشترین میزان بهبود در شتاب جانبی بوده­ایم.

شکل ۴-۴۲ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش خطای شتاب جانبی

همان طور که پیشتر گفته شد، علاوه بر کنترل چرخش، کاهش لغزش جانبی خودرو نیز بر سیستم ترمز فعال محول شده است. نمودار شکل ۴-۴۳ نشان می­دهد که سیستم ترمز فعال، در این خصوص عملکرد خوبی داشته است. سیستم­های فرمان فعال و دیفرانسیل فعال نیز به طور غیرمستقیم تأثیر مثبت داشته اند. تنها سیستمی که موجب مقداری افزایش در لغزش جانبی شده است، سیستم کنترل فعال غلت می­باشد. در مورد لغزش جانبی نیز کنترل یکپارچه، موثرتر از سیستم­های منفرد عمل نموده است.

شکل ۴-۴۳ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش خطای لغزش جانبی

با توجه به شکل ۴-۴۴ درمی­یابیم که سیستم کنترل فعال غلت-میله ضدغلت- در حد قابل قبولی از عهده وظیفه محوله خود برآمده است. اگرچه، دینامیک غلت خودرو توسط عملکرد منفرد تمام زیرسیستم­ها کمابیش بهبود یافته است، سیستم کنترل یکپارچه نتوانسته است به اندازه سیستم منفرد غلت، در این خصوص بهبود ایجاد کند. اما، با توجه به تداخل اهداف کنترلی و افزایش ناپایداری غلت در اثر مانورهای جانبی شدید، این نتیجه قابل انتظار بود و در مجموع سیستم یکپارچه، دینامیک غلت را نیز بهبود بخشیده است.

شکل ۴-۴۴ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش شاخص غلت

نمودار شکل ۴-۴۵ نشان می­دهد که سیستم ترمز فعال، به مقدار قابل ملاحظه­ای سرعت خودرو را کاهش می­دهد. البته، باید توجه داشت که در شرایط بحرانی، پایداری خودرو اولویت اصلی محسوب می­ شود و حفظ سرعت خودرو در درجه بعدی اهمیت قرار دارد. با این حال، سیستم کنترل یکپارچه در کاهش این اثر نامطلوب، موثر واقع شده است.

شکل ۴-۴۵ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش افت سرعت

در نمودار شکل ۴-۴۶، میزان بیشینه انحراف خودرو از مسیر مطلوب برای سیستم­های کنترلی مختلف مقایسه گردیده است. از میان زیرسیستم­ها، تنها فرمان فعال موجب افزایش نسبی انحراف از مسیر شده است و این امر، عمدتاً از آنجا ناشی می­ شود که این زیرسیستم، نرخ چرخش مرجع را بدون توجه به لغزش جانبی خودرو دنبال می­ کند و لذا ممکن است آن­گونه که در شکل ۴-۱ دیده می­ شود، خودرو در قسمتی از مسیر به سمت بیرون پیچ سر بخورد. شکل ۴-۲۵ نشان می­دهد که سیستم کنترل یکپارچه، به نحو موثری، این ایراد سیستم فرمان فعال را برطرف نموده است. لازم به ذکر است که این تصحیح، به درستی در نمودار شکل ۴-۴۶ دیده نمی­ شود، زیرا این نمودار، بیشینه خطاها را مقایسه می­ کند؛ اما، در مورد انحراف از مسیر، مقایسه میانگین خطاها گویاتر است.

شکل ۴-۴۶ مقایسه سیستم­های کنترلی در کاهش انحراف از مسیر

۴-۴ صحه­گذاری حلقه­بسته (سیستم کنترل یکپارچه) توسط نرم­افزار CarSim

در اینجا، یکی از شبیه­سازی­ها را برای سیستم کنترل یکپارچه تکرار می­کنیم. اما، این بار، به جای مدل ۱۰ درجه آزادی توسعه داده شده در نرم­افزار Simulink از مدل ۳۴ درجه آزادی نرم­افزار CarSim استفاده می­نماییم. مانور تغییر مسیر دوگانه روی سطح لغزنده (بخش ۴-۳-۲) برای این منظور انتخاب شده است.

نمودارهای شکل­های ۴-۴۷ تا ۴-۵۶، نتایج شبیه­سازی با نرم­افزار CarSim را نشان می­ دهند. مقایسه این نمودارها با نمودارهای بخش ۴-۳-۲ نشان می­دهد، رفتار خودرو از نظر کیفی کاملاً مشابه بوده و تنها مقداری تفاوت در مقادیر وجود دارد.

شکل ۴-۴۷ مانور تغییر مسیر دوگانه

شکل ۴-۴۸ پاسخ دینامیک جانبی

شکل ۴-۴۹ پاسخ دینامیک جانبی (ادامه)

شکل ۴-۵۰ پاسخ دینامیک غلت

شکل ۴-۵۱ پاسخ دینامیک غلت (ادامه)

شکل ۴-۵۲ زاویه فرمان

شکل ۴-۵۳ گشتاور رانشی چرخ­ها

شکل ۴-۵۴ – گشتاور ترمزی چرخ­ها

شکل ۴-۵۵ پاسخ دینامیک طولی

۴-۵ مانور بدترین حالت^[۷۴]

برای تضمین کارایی کنترلر در بدترین حالت ممکن، ابتدا لازم است یک مسئله بهینه­سازی جهت یافتن ورودی فرمان منجر به بحرانی­ترین پاسخ دینامیکی ممکن خودرو حل گردد [۲] و [۱۵].

هدف، یافتن زاویه فرمان (زاویه چرخ­ها) در هر لحظه از زمان است، به گونه ­ای که مقدار یک تابع هدف^[۷۵] بیشینه گردد. در اینجا، برای بیشینه کردن خطر واژگونی، انتقال وزن جانبی (LLT) به عنوان تابع هدف در نظر گرفته شده است (در واقع، بیشینه این شاخص طی ۵ ثانیه شبیه­سازی به عنوان تابع هدف انتخاب شده است.). نکته حائز اهمیت در حل مسائل بهینه­سازی انتخاب یک حدس اولیه مناسب است. برای این منظور، زاویه فرمان مانور موسوم به قلاب­ماهی^[۷۶] به عنوان حدس اولیه انتخاب شده است، چرا که این مانور می ­تواند منجر به مقادیر بالای LLT شود.

با توجه به آن­چه گفته شد، مسئله فوق در محیط جعبه­ابزار بهینه­سازی نرم­افزار MATLAB و با الگوریتم SQP^[77] حل گردید که پاسخ آن مطابق شکل ۴-۵۶ می­باشد. در این نمودار، منحنی خط­چین، حدس اولیه و منحنی ممتد، جواب مسئله می­باشد.

شکل ۴-۵۶ نتیجه حل مسئله بهینه­سازی با تابع هدف LLT

سپس، شبیه­سازی با زاویه فرمان به دست آمده انجام گرفت. نتایج شبیه­سازی مطابق نمودارهای شکل­های ۴-۵۷ تا ۴-۶۵ می­باشد.

 

شکل ۴-۵۷ مسیر خودرو در مانور بدترین حالت

شکل ۴-۵۸ پاسخ دینامیک چرخش در مانور بدترین حالت

ناپایداری خودروی بدون کنترلر و نقش کنترلر در حفظ پایداری خودرو به وضوح در نمودار لغزش جانبی شکل ۴-۵۹ قابل مشاهده است.

 

شکل ۴-۵۹ پاسخ دینامیک جانبی در مانور بدترین حالت

شکل ۴-۶۰ نشان می­دهد که چرخ جلوی راست خودروی بدون کنترلر، از حدود ثانیه ۳ به بعد، از زمین بلند شده است. این در حالی است که کنترلر موفق به پیشگیری از این امر شده است.

شکل ۴-۶۰ پاسخ دینامیک غلت در مانور بدترین حالت

افت شدید سرعت خودروی بدون کنترلر که در شکل ۴-۶۱ به چشم می­خورد ناشی از ناپایداری جانبی خودرو می­باشد.

شکل ۴-۶۱ پاسخ دینامیک طولی در مانور بدترین حالت

شکل ۴-۶۲ زاویه فرمان در مانور بدترین حالت

شکل ۴-۶۳ گشتاور چرخ­ها در مانور بدترین حالت

شکل ۴-۶۴ گشتاور فعال غلت در مانور بدترین حالت

شکل ۴-۶۵ وزن فعالیت زیرسیستم­ها در مانور بدترین حالت

فصل پنجم

نتیجه ­گیری و پیشنهادها

۵-۱ نتیجه ­گیری

در این پایان نامه یک سیستم کنترل یکپارچه شامل چهار زیرسیستم کنترل فرمان، دیفرانسیل، ترمز و غلت خودرو برای کنترل پایداری جانبی و غلت خودرو طراحی و مورد ارزیابی قرار گرفت. در این مرحله، خودروهای شاسی­بلند به عنوان هدف در نظر گرفته شد. الگوریتم هماهنگی به گونه ­ای طراحی شده است که هر یک از زیرکنترل­ها مستقلاً و بدون اطلاع مستقیم از سایر کنترلرها فرمان کنترلی خود را صادر کرده و یکپارچه­ساز با توجه به شرایط دینامیکی خودرو، میزان مشارکت هر یک از زیرسیستم­ها را تعیین می­نماید. بدین ترتیب با هم­افزایی زیرسیستم­ها، از تداخل عملکرد آنها جلوگیری می­ شود.

در مرحله ارزیابی، برای تحلیل عملکرد کنترلر، یک مدل ۱۰ درجه آزادی خودرو در محیط نرم­افزار Simulink ساخته شد و توسط نرم­افزار CarSim صحه­گذاری گردید. سپس از این مدل در کلیه شبیه­سازی­ها استفاده شد. در چنین رویکردی نه­تنها هزینه و دشواری نسبت به تست­های روی خودروی واقعی بسیار پایین­تر است، بلکه امکان شبیه­سازی گستره بسیار وسیع­تری از مانورها با پارامترهای گوناگون وجود دارد. نتایج شبیه­سازی­ها، حاکی از برتری عملکرد سیستم کنترل یکپارچه در مقایسه با سیستم­های کنترلی منفرد بود. سیستم کنترل یکپارچه، تنها با km/h 5/5 کاهش سرعت خودرو، بیشینه خطای تعقیب نرخ چرخش، خطای تعقیب شتاب جانبی، لغزش جانبی، و شاخص غلت را به ترتیب ۵۸%، ۵۹%، ۳۱% و ۵% کاهش داد، در حالی که حداکثر کاهش خطای نرخ چرخش، شتاب جانبی و لغزش جانبی توسط سیستم‌های منفرد - که مربوط به سیستم ترمز فعال بوده است و km/h 8 کاهش سرعت خودرو را به همراه داشته است – کمتر از مقادیر ذکر شده برای سیستم کنترل یکپارچه بوده است. همچنین، قابلیت تعمیم استراتژی هماهنگی ارائه شده به ترکیب­های مختلف زیرسیستم­ها با یک شبیه­سازی ارزیابی شد. نتایج شبیه­سازی نشان داد در صورت حذف سیستم دیفرانسیل فعال، مجموعه باقیمانده، همچنان توانایی بهبود پایداری خودرو را دارا می­باشد. مقدار کاهش خطای متغیرهای مذکور در این حالت به ترتیب برابر با ۳۳%، ۳۷%، ۲۱% و ۵% بوده است.

با توجه به این که تنها امکان ارائه نتایج مانورهای محدودی وجود دارد، به منظور تضمین کارایی کنترلر در شرایط کاری مختلف، از روش تحلیل در بدترین حالت (Worst Case Maneuver) با انتخاب انتقال وزن جانبی (خطر واژگونی) به عنوان تابع هدف استفاده شد و کارایی کنترلر در این شرایط نشان داده شد.

۵-۲ پیشنهادها

پروژه حاضر می ­تواند نقطه شروعی برای تحقیقات بعدی در این زمینه باشد. از آن جمله، موارد زیر پیشنهاد می­گردد.

تغییر یا تعمیم استراتژی هماهنگی ارائه شده برای زیرسیستم­های کنترلی متفاوت. به عنوان نمونه­هایی از سایر زیرسیستم­ها که در تحقیق حاضر استفاده نشد می­توان از سیستم تعلیق نیمه­فعال/فعال برای کنترل راحتی سفر یا بهبود پایداری خودرو و استفاده از ترمز برای بهبود پایداری غلت نام برد. بدیهی است به­ کارگیری هر زیرسیستم جدید در چارچوب هماهنگ­کنننده معرفی شده، ایجاد قوانین فازی جدیدی را می­طلبد.

حل جامع­تر مسئله بدترین حالت (Worst Case) به گونه ­ای که گشتاور رانش و ترمز چرخ­ها را نیز در بر بگیرد. این مسئله بهینه­سازی می ­تواند با حدس­های اولیه متفاوت که منجر به پاسخ­های متفاوت خواهند شد و نیز با سایر توابع هدف، به جای انتقال وزن جانبی که در این پروژه استفاده شد، حل گردد.

تعمیم کنترلرهای ارائه شده به سایر انواع خودروها، از جمله خودروهای چهار چرخ دیفرانسیل، چهار چرخ فرمان و خودروهای سنگین

پیاده­سازی عملی کنترلرهای طراحی شده روی خودروهای واقعی یا خودروهای در مقیاس آزمایشگاهی

مراجع

1. Road safety: Policy orientations on road safety 2011-20. EUROPA. [درون خطی] ۲۰۱۲٫ http://europa.eu/legislation_summaries/transport/road_transport/tr0036_en.htm.
2. Kou, Youseok.Development and Evaluation of Electronic Chassis Contol Systems. Mechanical Engineering Department, The University of Michigan. 2010. PhD Thesis.
3. Safety Technology. Safercar. [درون خطی] NHTSA. [اتخاذ: ۲۴ June 2012.] http://www.safercar.gov/staticfiles/safetytech/st_landing_ca.htm.
4. A review of yate rate and sideslip controllers for passenger vehicles. Manning, W. J. و Crolla, D. A.2, مکان نشر نامشخص : The Institute of Measurement and Control, 2007, Transactions of the Institute of Mesurement and Control, جلد ۲۹, ص. ۱۱۷-۱۳۵٫
5. The influence of a four wheel steering system on the stability behavior of a vehicle-driver system. Senger, K. H. و Schwartz, W.1987, Vehicle System Dynamics, جلد ۱۷٫
6. Analysis on vehicle stability in critical cornering using the phase-plane method. Inagaki, S. Kshiro و Yamamoto, M.Tsukuba : مؤلف نامعلوم, ۱۹۹۴٫ Proceedings of AVEC94. ص. ۲۸۷-۹۲٫
7. Vehicle stability enhancement using brake control. Yasui, Y., و غیره.Prague : مؤلف نامعلوم, ۱۹۹۶٫ Proceedings of FISITA.
8. Functional integration of active suspension with slip control for improved lateral vehicle dynamics. Smakman, H.Ann Arbor, MI : مؤلف نامعلوم, ۲۰۰۰٫ Proceedings of AVEC 2000.
9. A comparison of the relative benefits of active front steering and rear steering when coordinated with direct yae moment contrl. Selby, M. A., و غیره.New York : مؤلف نامعلوم, ۲۰۰۲٫ ASME International Mechanical Engineering Congress and Expositin.
10. Integrated chassis control through coordination of active front steering and intelligent torque distribution. He, J., و غیره.Arnhem : مؤلف نامعلوم, ۲۰۰۴٫ Proceedings of AVEC 2004. ص. ۳۳۳-۴۱٫
11. Sideslip control to stabilize vehicle lateral motion to direct yaw moment. Abe, M., و غیره.۲۰۰۱٫ JSAE Review. جلد ۲۲, ص. ۴۱۳-۱۹٫
12. On-board-tire-model reference control for coordination of 4WS and direct yaw moment control for improving active safety of vehicle handling. Furukawa, Y. و Abe, M.Aachen : مؤلف نامعلوم, ۱۹۹۶٫ Proceedings of AVEC 1996. ص. ۵۰۷-۲۶٫
13. Wong, J. Y.Theory of ground vehicles. مکان نشر نامشخص : John Whiley and Sons, 2001. ISBN 0-471-35461–9.
14. Design and evaluation of a unified chassis control system for rollover prevention and vehicle stability improvement on a virtual test track. Yoon, Jangyeol, و غیره.مکان نشر نامشخص : Control Enginnering Practice, 2010, Control Enginnering Practice, جلد ۱۸, ص. ۵۸۵-۵۹۷٫
15. Evaluation of Vehicle Dynamic Control for rollover Prevention. Ungoren, A. Y. و Peng, H.2, 6 2004, International Journal of Automotive Technology, جلد ۵, ص. ۱۱۵-۱۲۲٫
16. Active Roll Control of an Experimental Articulated Vehicle. Miege, A. J. P. و Cebon, D.D, 2005, Journal of Automobile Engineering, جلد ۲۱۹٫
17. Improving off-road vehicle using an active anti-roll bar. Cronje, P. H. و Els, P. S.Pretoria, South Africa : Journal of Terramechanics, September 2009. doi: 10.1016/j.jterra.2009.09.003.
18. Two distinct methods for integration of active differential and active roll control sytems. Assadian, F. و Aneke, E.3/4, Aachen : مؤلف نامعلوم, ۲۰۰۶, International Journal of Vehicle Design, جلد ۴۲٫
19. Agent-based coordination framework for integrated vehicle chassis control. Wang, J X, و غیره.مکان نشر نامشخص : IMechE, 2009. جلد ۲۲۳٫
20. روشن‌بین, ع.کنترل یکپارچه شاسی - توزیع نیروهای تایری با رویکرد بهینه تطبیقی. دانشکده مهندسی مکانیک, دانشگاه صنعتی امیرکبیر. تهران : مؤلف نامعلوم, ۱۳۸۶٫ پایان‌نامه کارشناسی ارشد.
21. توسلی, ع.کنترل یکپارچه دینامیک خودرو با بهره گرفتن از توزیع بهینه نیروهای تایری جهت بهبود پایداری. دانشکده مهندسی مکانیک, دانشگاه صنعتی امیرکبیر. تهران : مؤلف نامعلوم, ۱۳۹۰٫ رساله دکتری.
22. Modeling and simulation of vehicle ride and handling performance. Stone, Matthew R. و Demetriou, Michael A.Rio, Patras, Greece : ISIC, 2000. Proceedings of the15th IEEE International Symposium of Intelligent Control.
23. Adaptive Driver Model Using a Neural Network. James, D. J. G., و غیره.۴, مکان نشر نامشخص : Springer Japan, 2004, Artificial Life and Robotics, جلد ۷٫
24. Bias-free Identification of a Linear Model-predictive Steering Controller from Measured Driver Steering Behavior. Keen, S. D. و Cole, D. J.2012. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics - Part B: Cybernetics. جلد ۲٫
25. Modeling and Analysis of Vehicle Following Task based on Mode Segmentation. Suzuki, T. و Inagaki, S.2008. AVEC 08, 9th International Symposium on Advanced Vehicle Control. ص. ۶۱۴-۶۱۹٫
26. Combined Lateral and Longitudinal Control of Vehicles for IVHS. Pham, H., Hedrick, K. و Tomizuka, M.1994. American Control Conference. جلد ۲, ص. ۱۲۰۵-۱۲۰۶٫
27. Demonstration of Combined Longitudinal and Lateral Control for the Operaion of Automated Vehicles in Platoons. Rajmani, R., و غیره.مکان نشر نامشخص : IEEE, 2000, Control Systems Technology, جلد ۸, ص. ۶۹۵-۷۰۸٫
28. An Investigation on the Integrated Human Driver Model for Closed Loop Simulation of Intelligent Safety Systems. Lee, T., و غیره.۳, ۲۹ January 2010, Journal of Mechanical Science and Technology, جلد ۲۴, ص. ۷۶۱-۷۶۷٫
29. Abe, Masato.Vehicle Motion with Human Driver. Vehicle Handling Dynamics: Theory and Applications. ۱st. Amsterdam : Elsevier Ltd., 2009, 9, ص. ۲۴۳-۲۶۶٫
30. Gillespie, Thomas D.Fundamentals of Vehicle Dynamics. Fundamentals of Vehicle Dynamics. Warrendale : Society of Automotive Engineers, Inc.
31. An active anti-rollover device based on Predictive Functional Control: application to an All-Terrain Vehicle. Bouton, N., و غیره.Kobe : مؤلف نامعلوم, ۲۰۰۹٫ Robotics and Automation. ص. ۱۳۰۹-۱۳۱۴٫
32. Sampson, David John Mathew.Active roll control of articulated heavy vehicles. Engineering Department, Cambridge Universoty. 2000. PhD Thesis.
33. Potential functions and benefits of electronic steering assistance. Kramer, W. و Hackl, M.Paris : مؤلف نامعلوم, ۱۹۹۸٫ Proceedings of FISITA.

پیوست الف

سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال

با نگاهی کاربردی به مسئله، از آنجا که خودروهای دارای دیفرانسیل مستقل و فعال هنوز به اندازه خودروهای دارای سیستم­های فرمان فعال و ترمز مستقل مرسوم نیستند، یک هماهنگ­کننده دیگر بدون سیستم دیفرانسیل فعال طراحی شده است.

در این حالت، مسئولیت دیفرانسیل فعال، مطابق نمودارهای شکل­های آ-۱ تا آ-۳، بسته به شرایط به فرمان فعال یا ترمز فعال واگذار می­گردد.

الف)  = ED

شکل الف-۱ استراتژی هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال در حالت شتاب­گیری

ب)  = ZE

شکل الف-۲ استراتژی هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال در حالت حفظ سرعت

ج)  = EB

شکل الف-۳ استراتژی هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال در حالت ترمزگیری

استراتژی ذکر شده را می­توان به شکل قوانین فازی جدول آ-۱ مدل کرد.

جدول الف-۱ قوانین هماهنگی بدون دیفرانسیل فعال

WABC	WASC	finst	ax,des
ZE	BI	SL	ZE
ZE	BI	SM	ZE
ZE	BI	ME	ZE
ZE	ME	MB	ZE
SL	ZE	BI	ZE
ME	ZE	BV	ZE
BI	ZE	VB	ZE
ZE	BI	SL	ED
ZE	MB	SM	ED
ZE	MB	ME	ED
ZE	ME	MB	ED
SL	SL	BI	ED
ME	ZE	BV	ED
BI	ZE	VB	ED
ZE	BI	SL	EB
SL	BI	SM	EB
ME	BI	ME	EB
MB	MB	MB	EB
BI	ME	BI	EB
BI	SL	BV	EB
BI	ZE	VB	EB

جهت پرهیز از طولانی شدن مبحث، در اینجا به ارائه نمودار مهم­ترین متغیرهای هدف در شکل­های الف-۱ تا الف-۳ و جدول الف-۲ که بیشینه کاهش خطاها را نشان می­دهد، بسنده می­کنیم. مقایسه این جدول با جدول ۴-۵ نشان می­دهد، اگرچه سیستم دارای دیفرانسیل فعال به نحوی کارآمدتر خطاها را کاهش داده است، سیستم بدون دیفرانسیل فعال نیز در کاهش خطاها موثر واقع شده است. این نتایج، نمونه ­ای از قابلیت تعمیم استراتژی هماهنگی طرح شده به مجموعه­های دارای زیرسیستم­های بیشتر یا کمتر می­باشد.

شکل الف-۴ پاسخ دینامیک چرخش برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال

شکل الف-۵ پاسخ لغزش جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال

شکل الف-۶ پاسخ دینامیک جانبی برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال

جدول الف-۲ مقایسه بیشینه خطا با خودروی بدون کنترل برای سیستم کنترل یکپارچه بدون دیفرانسیل فعال

	|r-rtarget|	β	|ay-ay,target|	RI	|ye|	|u-ud|
بدون کنترل	۰٫۵۵	۶٫۹۴	۱٫۸۲	۰٫۶۶	۰٫۷۹	۱٫۲۹
کنترل یکپارچه	۰٫۳۷	۵٫۴۷	۱٫۱۵	۰٫۶۳	۰٫۸۷	۳٫۲۴
درصد تغییر	-۳۳٫۳۱	-۲۱٫۱۱	-۳۶٫۸۵	-۴٫۸۹	۹٫۵۸	۱۵۱٫۰۰

برای سهولت مقایسه، مقادیر کاهش خطا توسط دو سیستم در جدول الف-۳ مقایسه گردیده­اند. ارقام نشان می­ دهند که به جز افت بسیار کوچکی در کنترل دینامیک غلت و انحراف از مسیر، در سایر موارد، سیستم دارای دیفرانسیل فعال، نسبت به سیستم بدون آن برتری داشته است.

جدول الف-۳ مقایسه مقادیر کاهش بیشینه خطا در سیستم بدون دیفرانسیل فعال با سیستم با دیفرانسیل فعال

	|r-rtarget|	β	|ay-ay,target|	RI	|ye|	|u-ud|
بدون دیفرانسیل فعال	-۳۳٫۳۱	-۲۱٫۱۱	-۳۶٫۸۵	-۴٫۸۹	۹٫۵۸	۱۵۱٫۰۰
با دیفرانسیل فعال	-۵۷٫۷۸	-۳۰٫۷۷	-۵۹٫۳۰	-۴٫۸۰	۱۰٫۲۲	۱۰۶٫۹۸

پیوست ب

مقادیر عددی پارامترهای خودرو

جدول ب مقادیر عددی پارامترهای خودرو

پارامتر	مقدار	پارامتر	مقدار
m	kg 1609	βsusp3	N.s/m 16000
ms	kg 1429	βsusp4	N.s/m 16000
IRC	kg.m2 ۴۲۳/۵۱۴	Karb	N/deg 688
IPC	kg.m2 ۳۲۷/۱۹۰۲	fr	۰۱۵/۰
Izz	kg 1768	Rw	m 357/0
hcg	m 313/0	Iw	kg.m2 ۶۵/۱
Lf	m 05/1	Cd	kg/m 5/0
Lr	m 569/1	μ	۹/۰ ,۵/۰
tf	m 565/1	C∝۱	N/rad 71434
tr	m 565/1	C∝۲	N/rad 71434
K1	N/m 130000	C∝۳	N/rad 47805
K2	N/m 130000	C∝۴	N/rad 47805
K3	N/m 40000	Cσ۱	N 70693
K4	N/m 40000	Cσ۲	N 70693
βsusp1	N.s/m 16000	Cσ۳	N 47309
βsusp2	N.s/m 16000	Cσ۴	N 47309

Abstract

Besides lateral instability, one major threat to all ground vehicles, especially SUVs is the danger of rollover during cornering. A coordination strategy based upon fuzzy logic has been devised to coordinate the sub-controls, namely active steering, active differential, active brake and active roll control. Independent analysis of each sub-control, as well as an analysis on their inter-relationship has been carried out. The coordination strategy is supposed to resolve the conflict among control targets which are sideslip regulation, yaw rate tracking, lateral acceleration tracking and roll motion control, all of which are to be done while maintaining driver’s desired longitudinal acceleration. Thus, a compromise must be reached. The aforementioned strategy has been redesigned for the case of unavailability of active differential, the functionality of which has also been approved by similar tests. Vehicle sideslip angle and yaw rate were considered to be the criteria for lateral stability; and a combination of roll angle, roll rate and lateral load transfer was selected as the criterion for roll stability. The results of simulation on a 10-DOF model developed in Simulink indicate that the performance of the integrated controller has been improved relative to each independent sub-control. Moreover, the Worst Case Maneuver simulation results were satisfactory. The 10-DOF Simulink model has been validated by Carsim software.

Keywords:

Integrated control, stability control, roll control, active steering, active differential, active brake

Amirkabir University of Technology

(Tehran Polytechnic)

Design of an Integrated Control System to Enhance Vehicle Roll and Lateral Dynamics

A dissertation submitted in fulfillment of the requirements for the degree of Master of Science

Department of Mechanical Engineering

January 2013

By:

Shahab Rahimi

Supervisor:

Professor Naraghi

Active safety ↑

National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) ↑

Electronic Stability Control (ESC) ↑

Sport Utility Vehicle (SUV) ↑

Rollover ↑

Passive ↑

Active ↑

Yaw rate ↑

Understeer ↑

Overster ↑

Manning ↑

Kramer ↑

Active steering ↑

Feedforward ↑

Feedback ↑

Ackerman ↑

Decoupling ↑

Matsumuto ↑

Brake Force Distribution (BFD) ↑

Direct stability control ↑

Active rear steering ↑

Inagaki ↑

Yasui ↑

Smakman ↑

Wheel load control ↑

Selby ↑

He ↑

Robust control ↑

Furukawa ↑

Abe ↑

Rollover threshold ↑

Lateral load transfer (LLT) ↑

Ride ↑

Wang ↑

Kou ↑

Worst case scenario ↑

Sprung mass ↑

Unsprung mass ↑

Axle ↑

Roll ↑

Pitch ↑

Yaw ↑

Rolling resistance ↑

Self-aligning moment ↑

Society of Automotive Engineers ↑

Dugoff Model ↑

Longitudinal stiffness ↑

Lateral stiffness ↑

rolling resistance ↑

Graphical User Interface (GUI) ↑

Independent ↑

Model-based ↑

Understeer gradient ↑

Active front steering ↑

Sliding mode control ↑

Chattering ↑

Active driveline ↑

Active brake ↑

Active Slip Regulation / Antilock Brake System (ASR/ABS) ↑

Active roll control –active antiroll bar- ↑

Roll Index ↑

Coordinator ↑

Instability factor ↑

Evident Driving state ↑

Zero (Speed maintaining state) ↑

Evident Braking state ↑

Crisp ↑

Membership functions ↑

Fuzzy rules ↑

Double lane change ↑

Worst case maneuver ↑

Robust controllers ↑

Uncertainties ↑

Worst Case Maneuver ↑

Objective function ↑

Fishhook ↑

Sequential Quadratic Programming ↑

 

آیت الله گلپایگانی (ره) عقیده دارند: « بر حسب مستفاد از ادلۀ شرعیه نطفۀ مرد به هر نحو در رحم حلیه اش قرار بگیرد، جایز است و طفل حاصله ملحق به مرد و حلیه است و توارث از طرفین ثابت است (موسوی گلپایگانی،۱۵۵:۱۳۷۱).
آیت اله خویی اظهار نظر نموده اند: «تلقیح زن به نطفۀ شوهرش جایز است… و حکم ولد حاصل از این عمل نیز بدون هیچ تفاوتی مانند سایر اولاد زوجین خواهد بود» (خویی،۱۳۷۱:۴۲و۴۳ ).
آیت اله خمینی(ره) نیز در تحریر الوسیله بعد از فتوی به جوار عمل تلقیح مصنوعی زن با اسپرم شوهر بیان نموده اند بچه ای که به این ترتیب به وجود می آید، متعلق به زن و شوهر است و فرزند آن دو محسوب می شود. (تحریرالوسیله ،ج۲ :۶۲۱ )
بنابراین طبق نظرات فقهی ارائه شده ، طفل متولد شده از عمل «تلقیح مصنوعی زن یا زوجین »یکسان بوده و فرقی بین این دو وجود ندارد.

تنها اشکالی که به نظر می رسد این است که اگر شوهر از کار زن آگاه نباشد، بچۀ ناخواسته را چگونه می توان به او تحمیل کرد. شاید به همین دلیل باشد که بعضی فقها نسبت طفل را تنها به مادر ، مشروع دانسته اند ولی این اشکال نمی تواند نسب طفل را نامشروع سازد و اثر انعقاد نطفه های زن و شوهر را خنثی کند (امامی، ۱۳۴۳: ۱۸۴و۱۸۵ ).
از جمع مطالب ارائه شده می توان نتیجه گرفت که در نزدیکی جنسی مذکور در مواد ۱۱۵۸ و ۱۱۵۹ ق .م به اعتبار این که سبب انعقاد نطفه ای می گردد مورد نظر قانونگذار واقع شده است و خصوصیتی در نزدیکی و مواقعۀ زوجین نیست تا در نسب مؤثر گردد لذا طفل ناشی از «تلقیح مصنوعی زن با اسپرم شوهر» ملحق به زوجین است چه تلقیح به وسیلۀ زوج انجام شود یا شخص بیگانه ای مباشر عمل گردد. این که زوجین از این عمل با خبر باشند یا اینکه هر دو یا یکی از آنها بی اطلاع باشند و عمل با عدم توجه ایشان صورت گرفته باشد، اثری در انتساب طفل به زوجین و مشروعیت طفل، به دنیا آمده نخواهد داشت بلکه آنچه بر طفل حاصل از نزدیکی طبیعی زن و شوهر وارد است بر چنین طفلی مترتب می گردد.
بنابراین وقتی مرد پدر این کودک باشد فرزندان این مرد نیز برادران و خواهران کودک برادران و خواهران مرد عمه ها و عموهای کودک خواهند بود و در این صورت، دلیلهایی که احکام شرعی را بر مبنای عناوین نسبی در تمام بابهای فقه مانند ازدواج، ارث، نگاه کردن خضانت و تربیت و… بیان می کند این کودک را در بر می گیرد هم چنین است از طرف مادر و دلیلی بر تخصص عمومیت و تقیید اطلاق این دلیلها وجود ندارد.
۳-۱-۳- ولایت
یکی از آثار نسب مشروع ولایت است یعنی بعد از آنکه نسب شرعی طفل مشخص شد طبق قانون مدنی این مسأله مورد سؤال که ولایت طفل با چه کسی است؟
ولایت در لغت به معنی حکومت کردن است و هم چنین به معنی دوست داشتن ، یاری دادن، دست یافتن، تسلط پیدا کردن و تصرف کردن، آمده است(امامی ۶۰:۱۳۷۳).
قهری : در لغت به معنای جبری و اضطراری است(همان :۶۱).
و اما در اصطلاح عبارت است از : قدرت و اختیاری که برابر قانون به یک شخص ذیصلاح برای ادارۀ امور محجور واگذار شده است(همان).
این ولایت اقسامی دارد ۱- ممکن است به حکم مستقیم قانون به کسی داده شده و یا ۲- به موجب و صایت واگذار گردیده ۳-یا به حکم دادگاه برقرار شده باشد . ولایتی که به طور مستقیم به شخص واگذار می شود همان ولایت قهری است که قانون مدنی در مواد ۱۱۸۰ تا ۱۱۹۴ از آن سخن گفته است.^[۱]
و اما هر گاه محجور ولی خاص نداشته باشد و ولایت از طرف دادگاه به شخص واگذار شده باشد این ولایت را قیمومت گویند که دارای احکام و شرایطی است و گاهی نیز لازم می شود فردی به وسیله دادگاه موقتاً برای ادارۀ محجور منصوب گردد که این شخص امین موقت نامیده می شود (همان).
برابر مادۀ ۱۱۸۰ ق.م طفل صغیر تحت ولایت پدر و جد پدری خود می باشد و همچنین است طفل غیر رشید یا مجنون در صورتی که عدم رشد و یا جنون او متصل به صغر باشد.
طفل ناشی از تلقیح مصنوعی با اسپرم شوهر نیز تا زمانی که به سن بلوغ و رشد برسد تحت ولایت قهری پدر و جد پدری است و اگر بعد از بلوغ معلوم شد که این کودک غیر رشید است یا دارای جنون می باشد و سفه یا جنون وی زمان صغر اتصال دارد، تحت ولایت پدر و جد پدری است و از نظر اسلام خصوصاً مذهب تشیع، بر فرزند ولایت ندارد. فقه امامیه هم سمت ولایت قهری را به پدر و جد پدری اختصاص داده و این سمت را برای مادر نشناخته است .
۳-۱-۴-حضانت
حضانت که به معنای نگهداری اطفال از جهت جسمی و روحی و تربیتی است(المنجد،۱۱۲۳:۱۳۶۰). در مورد فرزند ناشی از تلقیح مصنوعی هم حق و هم تکلیف برای ابوین محسوب است و پدر و مادر مکلف هستند برابر ماده ۱۱۶۸ قانون مدنی از چنین فرزندی حفاظت نمایند. و از این جهت نیز هیچ تفاوتی بین اطفال ناشی از رابطه جنسی و اطفال ناشی از تلقیح مصنوعی وجود ندارد. بنابراین برابر مادۀ ۱۱۶۹ قانون مدنی برای نگه داری طفل مادر تا ۲ سال از تاریخ ولایت فرزند بر پدر اولویت دارد و پس از انقضای این مدت حضانت با پدر است مگر نسبت به اطفال اناث که تا سا ل هفتم حضانت آنها با مادر خواهد بود. و اگر مادر در طول مدتی که حضانت با اوست مبتلا به جنون شود و یا بعد از پدر فرزندش ازدواج دیگری نماید حق حضانت با پدر خواهد بود و در صورت فوت یکی از ابوین حق حضانت با آنکه زنده است خواهد بود هر چند متوفی پدر بوده و برای او قیم معین شده باشد، هیچ یک از طرفین در طول مدتی که حضانت با اوست حق ندارد از نگهداری طفل امتناع نماید. ولی در صورت امتناع حاکم با تقاضای دیگری یا تقاضای قیم یا یکی از اقارب و یا با تقاضای قائم مقام مدعی العموم نگه داری طفل را به هر یک از ابوین که حضانت بر عهده اوست الزام می کند و در صورتی که الزام ممکن یا مؤثر نباشد حضانت را به خرج پدر و اگر فوت شده باشد به هزینه مادر تأمین کند(امامی ،ج۲، ۱۳۷۳: ۱۱۹).
۳-۱-۵- تربیت
از دیگر حقوق غیر مالی طفل حق تربیت است، تربیت در لفظ به معنای پروردن و پرورانیدن و آموختن آداب و اخلاق و پرورش روح و جسم است و در اصطلاح حقوقی به معنای پرورش روحی و اخلاقی یا معنوی اطفال به کار رفته است.
تربیت بر عهده کیست ؟
طبق مادۀ ۱۱۷۸ ق.م همانطور که اشاره شد ابوین مکلف هستند در حدود توانایی خود در تربیت اطفال بر حسب مقتضی اقدام کنند.
و در مادۀ ۱۱۷۳ ق.م آمده است : هر گاه در اثر عدم مواظبت یا انحطاط اخلاقی پدر یا مادر که طفل تحت حضانت اوست صحت جسمانی و یا تربیت اخلاقی طفل در معرض خطر باشد محکمه می تواند به تقاضای ا قربای طفل یا به تقاضای قیم او و یا به تقاضای مدعی العموم هر تصمیمی را که برای حضانت طفل مقتضی بداند انعقاد کند.
بنابراین دادگاه می تواند طفل را به جهت نگهداری و تربیت به هر کس که مقتضی بداند بسپارد در صورت فقدان پدر و مادر و جد پدری و پس از وصی منصوب از پدر و یا جدّ پدری و در صورت نبودن وصی قیم به ترتیبی که در مبحث حضانت برابر مواد ۱۱۸۸ و ۱۱۳۵ مقرر است عهده دار تربیت طفل خواهند بود.
در رابطه با کودکان متولد از طریق تلقیح مصنوعی نیز از آن جایی که حکم نسب آنها به صاحبان نطفه یعنی اسپرم و اوول قطعی است مسألۀ تعلیم و تربیت آنها توسط ابوین ثابت می شود و این اطفال نیز مانند اطفال دیگر از همۀ حقوق در این زمینه برخوردار هستند.
نکته ۱ : حدود تربیت با وجود اینکه تربیت کودکان و نوجوانان اهمیت خاصی دارد و لازم است حدود آن مشخص باشد قانون مدنی ایران به عنوان قانون مادر حدود و ضوابطی را برای آن تعیین نکرده است ولی با توجه به مفاد ماده ۱۱۷۸ ق.م مسلم است که تربیت باید بر حسب زمان و مکان به نحوی باشد که طفل مهمل نماید و تکلیف ابوین در این زمینه محدود به توانایی مالی و فکری آنان شده است.
نکته ۲ : فرق بین حضانت و تربیت : بین حضانت و تربیت می توان از جهات زیر فرق گذاشت.
۱- از جهت موضوع : حضانت امری مادی و تربیت امری معنوی است.
۲- از جهت زمان شروع تکلیف، تکلیف حضانت با ولادت طفل آغاز می شود که این تکلیف در پسر تا ۲ سال و در دختر تا ۷ سال به عهدۀ مادر است و سپس به عهدۀ پدر خواهد بود اما تکلیف تربیت بدنی بعد از ولادت آغاز می گردد(ماده ۱۶۹ ق.م).
۳- از جهت ضمانت اجرا: تکلیف حضانت اولاد بیشتر مورد توجه قانونگذار قرار گرفته و این تکلیف از جهت ضمانت اجراء از تربیت قوی تر و جدی تر است بعضی قانونگذار برای حضانت، پاره ای ضمانت اجرای مدنی و کیفری مقرر کرده، اما در زمینۀ تربیت کودکان، ضمانت اجرایی این تکلیف بیشتر جنبۀ اخلاقی دارد و برای مسامحه و غفلت والدین در خصوص تربیت کلی و عمومی ضمانت اجرای مادی و حقوقی خاص پیش بینی نشده (کاتوزیان۱۳۷۲-۵۴۱:۱۳۷۱ ).
۳-۱-۶-نکاح
از جمله مسائلی که با حکم نسب در ارتباط است مسأله نکاح می باشد. لذا انسان برابر قانون و شرع اسلام نمی تواند با اقارب نسبی خود هر چه بالاتر رود ازدواج کند(ماده۱۰۴۵ق.م). و فرزند ناشی از تلقیح مصنوعی یا اسپرم شوهر چون با پدر و مادر خود قرابت نسبی دارد ، تمام آثار ناشی از نسب مشروع بر این فرزند جاری می شود.
با توجه به اینکه طبق قانون ماده ۱۰۴۶ ق.م قرابت رضاعی از حیث حرمت نکاح در حکم قرابت نسبی است .چنانچه فرزند رضاعی والدین بخواهد با چنین فرزندی که از لقاح مصنوعی به وجود آمده ازدواج کند، ازدواج آنها ممنوع و باطل است(مهر پور،۱۸۹:۱۳۷۶).
۳-۱-۷- حق قصاص
طبق ماده ۲۱۹ قانون مجازات اسلامی، کسی که محکوم به قصاص است باید با اذن ولی دم او را کشت. پس اگر کسی بدون اذن ولی دم او را بکشد مرتکب قتلی شده که موجب قصاص است و در مادۀ ۲۲۰ پدر یا جد پدری که فرزند خود را بکشد قصاص نمی شود و به پرداخت دیه قتل به ورثۀ مقتول و تعزیر محکوم خواهد شد . با توجه به هر دو مادۀ فوق چنین نتیجه می گیریم که در قتل عمد حق قصاص با ولی دم مقتول است و بدون اذن او اگر شخصی را به حکم قتل بکشند محکوم به قتل عمد است اما ولی دم کیست؟ ولی دم کسانی هستند که حق ارث از ترکۀ میت را داشته باشند به غیر از زن و شوهر نسبت به یکدیگر .
پس در رابطه با تلقیح مصنوعی اگر کسی طفل را بکشد ولی دم او همان زن و مردی هستند که این طفل از نطفۀ آنها به وجود آمده، حق قصاص دارند همچنین فرزندان آنها که خواهر و برادر طفل هستند. و بالعکس یعنی اگر یکی از ابوین و یا یکی از اقارب نسبی طفل به قتل برسند، آن طفل دارای حق قصاص خواهد شد (نعمتی،۱۳۴).
۳-۲- آثار مالی
۳-۲-۱- توارث
توارث از باب تفاعل که به معنی ارث بردن از یکدیگر است. ارث در لغت به معنی ترکه و مالی است که از متوفی مانده باشد. و در اصطلاح حقوق عبارت است از انتقال قهری دارائی متوفی به ورثه است(امامی ،۱۶۹:۱۳۷۵). یکی از آثار حقوقی قرابت نسبی شروع توراث است که در حقوق ایران مقررات ارث از حقوق امامیه اقتباس گردیده است برابر مواد ۸۶۱ تا ۹۳۹ ق.م پدر و مادر و و اولاد و اولادِ اولاد، واجداد و جدات و برادر و خواهر و اولاد آنها و عمام و عمات و اخوال و خالات و اولاد آنها به ترتیب اقربیت از متوفی ارث می برند(همان:۱۷۰) بنابراین فرزند ناشی از تلقیح مصنوعی با اسپرم شوهر از کلیه اقارب ارث می برند و کلیه اقارب مذکور نیز از او ارث خواهند برد و شرط اینکه موجبات ارث فراهم گردد و موانع ارث وجود نداشته باشند، شرط وراثت این گونه اطفال این است که نطفه آنان در حین فوت موروث منعقد شده باشد و اگر این عمل بعد از فوت پدر به وجودآمده باشد یا اینکه فرزند شرعی و قانونی آن پدر است و با او کاملاً قرابت خونی دارد معذلک برابر مادۀ ۱۷۵ ق.م چون نطفۀ او حین الموت پدر منعقد نشده از او ارث نخواهد برد(رضانیا،۳۶۱:۱۳۸۳) و عین ماده چنین است: «شرط وراثت زنده بودن در حین فوت موروث است و اگر حملی باشد در صورتی ارث می برد که نطفه او حین الموت منعقد بوده و زنده هم متولد شود اگر چه فوراً پس از تولد بمیرد».
فرض مسأله چنین است که اگر اسپرم شوهر اخذ شده باشد تا بعد از تقویت و انجام عمل مقدماتی به زوجه تلقیح گردد و یا اینکه زوجه بعد از اخد اسپرم با وسایل پزشکی آمادگی تولید تخمک نداشته باشد در این صورت لازم است اسپرم تا آمادگی زن برای تولید تخمک در وسایل مصنوعی نگه داری شود حال اگر در فاصله این اخذ اسپرم و تلقیح آن به زوجه شوهر فوت شده باشد و بعد از فوت شوهر اسپرم وی به زوجه به متوفی تلقیح گردد و این امر ثابت باشد در این صورت فرزند حاصل از این لقاح از پدر خود ارث نخواهد برد این اتفاق ممکن است به شکلی صورت گیرد که زوجه و پزشک معالج اطلاعی از فوت صاحب اسپرم نداشته باشند و ممکن است اقدام تلقیح یا اطلاع از فوت شوهر انجام گرفته باشد که نتیجه یکی است و فرزند ناشی از این تلقیح برابر ماده یاد شده از متوفی یعنی پدر خود ارث نخواهد برد البته انتقاد حقوقی و منطقی بر این ماده وارد است زیرا فرزند کاملاً به ارتکاء نامشروع بودن نسب از ارث محروم است. بنابراین دور انصاف و عدالت است که چنین فرزندی از ارث محروم گردد و به طور مثال فرزند عمه یا خاله متوفی ارث این شخص را ببرد. در قبال این انتقاد ممکن است گفته شود به محض فوت شخصی قهراً و بلافاصله، ترکه ورثه موجود انتقال پیدا می کند و فقط حمل موجود، از ارث متوفی، منتفع خواهد شد و اسپرم بدون ترکیب با تخمک حمل نیست که صاحب حق باشد. در پاسخ می توان گفت امر ارث مانند سایر مسائل اجتماعی امری قراردادی است که برای تنظیم روابط مردم وضع گردیده است و مسألۀ تلقیح مصنوعی امری حادث است که جا دارد در این زمینه مقررات مناسب با آن وضع گردد به نحوی که عدالت و انصاف حفظ شود. هر چند در حال حاضر بین حقوقدانان و فقها چنین مسأله ای ممکن است غیر منطقی یا غیر اصولی به نظر برسد ولی وجود حکم مذکور در ماده ۸۷۵ ق.م که مقتبس فقه شیعه است این طرز فکر بعید و دور از ذهن و خارج از منطق و اصول موجود به نظر می رسد والا با توجه به وجدان خالی از ضوابط موجود می توان نظر عنوان شده را منطبق با عدالت دانست(موسوی،۱۲۳:۱۳۸۲).
به فرض که با توجه به ضوابط ظاهری بر این عقیده باشیم که چنین فرزندی از پدر خود که در زمان ایجاد شدن حمل فوت شده باشد ارث نبرد ولی این سؤال مطرح است که آیا چنین فرزندی با توجه به اینکه از نظر بیولوژی و از نظر عرفی فرزند کسی است که از اسپرم او به وجود آمده است آیا از سایر اقارب نسبی خود مثل برادر و خواهر و اجداد و جدات و عمات و خالات آنان ارث می برد یا خیر؟
با توجه به ماده ۸۷۵ ق.م در موقع فوت اقارب نامبرده شده، طفل وجود داشته و نطفۀ او قبل از فوت آنان منعقد بوده است بنابراین مغایرتی با ارث بردن وی از اقارب مذکور با حکم مذکور در مادۀ اشاره شده ندارد و از طرف دیگر عرفاً فرزند حاصل از این تلقیح برادر یا خواهر، خواهران و برادران خود است، هم چنین نوه جد و جده خود محسوب می گردد و از جهت قانونی و شرعی نیز از محارم آنان محسوب است(همان).
۳-۲-۲- نفقه
از جمله آثار مالی که بر نسب مشروع شخص مترتب است نفقه واجب است برابر ماده ۱۱۹۶ ق.م در روابط بین اقارب نسبی فقط بین اقارب نسبی در خط عمودی یا مستقیم اعم از صعودی یا نزولی حق مطالبه نفقه دارد فرزند ناشی از لقاح مصنوعی با اسپرم شوهر فرزند مشروع و قانونی است بنابراین تمام شرایط انفاق اقارب نسبی در این مورد وجود دارد. البته نفقۀ اقارب و فرزندان آن عبارت از مسکن، البسه و غذا و اثاث البیت به قدر حاجت است با در نظر گرفتن استطاعت انفاق کننده تعلق می گیرد و فقط گذشته اقارب و فرزندان با توجه با ماده ۱۰۲۶ ق.م قابل مطالبه نیست.
البته حکم قسمت اخیر مادۀ ۱۲۰۶ که عنوان کرده اقارب فقط نسبت به آینده می توانند مطالبۀ نفقه کنند به هیچ وجه منطقی به نظر نمی رسد(نائب زاده،۳۶۳:۱۳۸۰).
۳-۲-۳-سایر روابط مالی
هزینۀ حضانت و تربیت آموزش فن و حرفۀ مناسب و همچنین تعهد حفظ مال فرزند را به عنوان سایر روابط مالی می توان مطرح کرد.
فرزند ناشی از تلقیح مصنوعی با اسپرم شوهر مثل فرزند ناشی از روابط جنسی زن و شوهر است. بنابراین حضانت و تربیت این فرزند بر عهده والدین آنهاست و هزینۀ حضانت و تربیت در درجه اول بر عهده پدر و در صورتی که پدر فوت شده باشد یا قادر به تأمین هزینۀ حضانت و تربیت نباشد بر عهدۀ مادر خواهد بود و یا جد پدری به عنوان ولی قهری موظفند از فرزند مزبور نگاهداری، و اموال او را حفاظت نمایند که از این جهت نیز چنین فرزندی با فرزند ناشی از روابط جنسی تفاوت ندارد(نائب زاده،۳۴۲،۳۶۲،۳۶۳:۱۳۸۰).
بخش سوم :آثار حقوقی بر تلقیح مصنوعی با اسپرم بیگانه
۳-۳-۱-آثار غیر مالی
۳-۳-۱-۱- نسب
در این جا مسأله پیش می آیدکه اگر این عمل انجام گرفت ،رابطه نسبی طفل با چه کسانی محقق خواهد بود پس این مسأله باید روشن شود که چه کسی مادر است وچه کسی پدر ؟
همانطور که در مسائل پیش اشاره شد عرف به صاحبان نطفه اطلاق ابوین می کند ونطفه ترکیبی است از اسپرم وتخمک ، در نتیجه به لحاظ عرف در تلقیح مصنوعی با اسپرم بیگانه مادر همان کسی است که طفل از تخمک او به وجودآمده اعم از این که در رحم زن پرورش یابد یا خارج از رحم او ویا در رحم زن دیگر وپدرهمان صاحب اسپرم است .اما در این جا یک سئوال مطرح می شود وآن این که در فرض حرمت تلقیح با اسپرم اجنبی آیا باز هم رابطه نسبی بین طفل وصاحب اسپرم بر قرار است یا خیر در ضمن باید ببینیم طفل با شوهر زنی که از تخمک او به وجود آمده چه رابطه ای خواهد داشت .
پس به طور خلاصه باید به سه مسأله پاسخ دهیم :

در الگوریتم استفاده شده در این روش برای هر داده‌ای که به عنوان مرکز دسته بندی انتخاب می‌شود یک تابع چگالی به صورت زیر تعریف می‌شود:

(۲.۳۵
که در آن N تعداد داده ها و ra یک عدد ثابت مثبت است که شعاع تاثیر همسایگی نامیده می‌شود. بنابر این هر داده‌ای که در همسایگی آن تمرکز داده ها زیادتر باشد دارای چگالی بیشتری خواهد بود. چگالی برای هر داده محاسبه می‌گردد و اولین مرکز دسته بندی xc1 داده‌ای که دارای بیشترین چگالی Pc1 می‌باشد انتخاب می‌شود و بر اساس این دسته، مرکز دسته بندی های دیگر انتخاب می‌شوند (i دسته).سپس چگالی هر داده با بهره گرفتن از رابطه ۲.۳۶ بازیابی می‌گردد.
(۲.۳۶
که در این رابطه rb یک عدد ثابت مثبت است که شعاع تاثیر همسایگی نامیده می‌شود. بنا بر این چگالی داده‌ی انتخاب شده در نزدیکی مرکز دسته بندی xci بسیار کاهش می‌یابد. بعد از بازیابی چگالی‌ها مرکزی که دارای بیشترین چگالی می‌باشد انتخاب می‌شود و این سیکل ادامه می‌یابد تا نتیجه مطلوب و دسته بندی مناسب انجام گردد.
الگوریتم برنامه دسته بندی تفریقی به شرح زیر می‌باشد:
۱-انتخاب مقدار اولیه پارامترهای
۲- محاسبه چگالی هر داده به وسیله رابطه ۲.۳۵و انتخاب داده با بیشترین چگالی به عنوان اولین مرکز دسته بندی
۳- چگالی هر داده به وسیله رابطه ۲.۳۶ بازیابی می‌گردد.
۴- اگر  نقطه ای می‌باشد که بیشترین چگالی  را دارد. اگر  آنگاه  نقطه مرکزی بعدی است و حلقه به مرحله ۳ بازمی‌گردد. اگر  آنگاه  نقطه مرکزی بعدی نیست و حلقه به مرحله ۵ انتقال می‌یابد،  فاصله به حداقل رسیده از  تا نقطه مرکزی قبلی می‌باشد. اگر  آنگاه  نقطه مرکزی بعدی است و حلقه به مرحله ۳ باز می‌گردد در غیر این صورت  و حلقه به مرحله ۴ باز می‌گردد.
۵- نتایج دسته بندی در خروجی قرار می‌گیرد.
در روش دسته بندی تفریقی هر چه شعاع دسته بندی کوچک‌تر باشد، تعداد دسته ها و به طورحتم تعداد قوانین بیشتر است و برعکس. از مزیت‌های روش تفریقی این است که در مواردی که دید مشخصی در مورد تعداد دسته ها وجود ندارد، با بهره گرفتن از این روش، دسته‌بندی به سهولت انجام می‌پذیرد ]۵۹-۵۶[.
۲-۳-۴-۳-تابع عضویت
در انتخاب تابع عضویت برای منطق فازی می‌توان از توابعی همچون گوسی، موج مثلثی، موج زنگوله‌ای بسط یافته، تابع سیگمویدی، تابع ذوذنقه ای و… استفاده نمود]۶۰[.
در این رساله برای پیکر بندی شبکه عصبی- فازی برای شناسایی از تابع عضویت گوسی و ساختار دسته بندی کاهشی استفاده نموده و سپس با آموزش شبکه به روش حداقل مربعات خطا و الگوریتم پس انتشار ، سیستم را با اطلاعات و داده های موجود شناسایی می‌نماییم]۵۲[.
۲-۴- جمع بندی
در این فصل هدف، مطالعه روابط و چگونگی پیاده سازی روش‌های شناسایی جعبه سیاه بر روی یک سیستم دینامیکی بود، که با معرفی و بررسی روش های مورد نظر به آن‌چه که در پایان فصل انتظار داشتیم دست یافتیم و با علم بر روش های مطرح شده در این فصل می‌توانیم سیستم حاکم بر برج جداکننده دی بوتانایزر را شناسایی کرده و پاسخ هر یک از سیستم های شناسایی شده توسط روش‌های مورد مطالعه را به دست آوریم و بهترین روش شناسایی را با توجه به پاسخ ها انتخاب نماییم.
پیاده سازی روش های شناسایی خطی و غیر خطی بر روی سیستم دی بوتانایزر
۳-۱- مقدمه
در فصل گذشته روش‌های مورد نظر برای شناسایی سیستم برج دی بوتانایزر را معرفی کرده و به بررسی روابط حاکم بر چگونگی پیاده سازی این روش‌ها پرداختیم.
در این فصل به شناسایی سیستم دی بوتانایزر با روش‌های بررسی شده خواهیم پرداخت. برای انجام این کار از نرم افزارمتلب^۱، نسخه R2012a و از جعبه افزار شناسایی سیستم در این نرم افزار استفاده نموده‌ایم.
برای شناسایی سیستم یک فرایند دینامیکی ابتدا به داده‌های آن فرایند، که ورودی و خروجی‌های تعریف شده برای سیستم می‌باشند، نیازمندیم. ابتدا به تشریح عمل نمونه برداری جهت جمع آوری داده‌ها پرداخته و سپس به وسیله داده‌های نمونه برداری شده، سیستم حاکم بر فرایند برج دی‌بوتانایزر را شناسایی خواهیم نمود.
برای اینکه یک معیار مقایسه بین پاسخ‌های سیستم های شناسایی شده توسط روش‌های مختلف داشته باشیم، از معیار RMSE² استفاده خواهیم نمود.این معیار برای سنجش میزان خطا از رابطه ۳.۱ به دست می‌آید.
۳.۱)
که در رابطه ۳.۱ ،  پاسخ واقعی سیستم و  پاسخ سیستم شناسایی شده می‌باشد.
این معیار مبنای سنجش خطای موجود بین پاسخ سیستم شناسایی شده و پاسخ سیستم واقعی خواهد بود، که با مقایسه عدد به دست آمده برای هر روش، روشی که کمترین عدد را به خود اختصاص دهد روش مناسب‌تری برای سیستم مورد مطالعه خواهد بود.
——————————————————————–۱- Matlab 2- Root-Mean Square Error
۳-۲- جمع آوری داده ها برای شناسایی سیستم دینامیکی دی بوتانایزر
۳-۲-۱-متغیرهای فیزیکی و ابزاردقیق
درصنعت و به خصوص در فرایند های مربوط به نفت و پتروشیمی که شرایطی پیچیده بر مایعات و گازها حاکم است، یکی از مهمترین نکات، دانستن مقادیر فیزیکی این مواد مثل دما، فشار، دبی گذرنده سیال، ارتفاع سطح مایعات و … می‌باشد. علم ابزاردقیق مسیری را برای سهولت در به دست آوردن و در دست داشتن این مقادیر برای کنترل هرچه بهتر فرایند، میسر ساخته است.
امروزه با ساخته شدن ترانسمیترها، اندازه گیری مشخصات فیزیکی به آسانی صورت می‌پذیرد. ترانسمیتر ها یک کمیت فیزیکی را به یک کمیت الکترونیکی و قابل پردازش تبدیل می کند.
ترانسمیتر های دما از دو نوع ترموکوپلی و مقاومتی می‌باشند، در نوع ترموکوپلی با تغییرات دما، سنسور دمایی که از اتصال دو فلز غیر هم‌جنس تشکیل شده است، اختلاف ولتاژ بسیار کم در حد میلی ولت را در دو سر خود می‌بیند و ترانسمیتر دما این اختلاف ولتاژ ایجاد شده را به صورت خطی، به جریان ۴ الی ۲۰ میلی آمپر که مرجع و مشخصه یک سیگنال ابزاردقیقی می‌باشد، نگاشت می کند. این سیگنال قابل فهم و پردازش برای کنترل‌کننده می‌باشد. در سنسور های مقاومتی نیز با تغییرات دما مقاومت سنسور تغییر می کند و با تغییر مقاومت در رنج دمایی و نگاشت آن بر سیگنال ابزاردقیقی، دمای قرائت شده برای سیستم قابل فهم خواهد بود.
برای اندازه گیری فشار، دبی گذرنده از سطح، و ارتفاع سطح مایعات معمولاً از سنسور های اختلاف فشاری استفاده می‌نمایند. در این نوع سنسورها اختلاف فشار ایجاد شده در سنسور را با نگاشت به سیگنال ابزاردقیقی و پردازش آن در سیستم پردازنده، مقدار فشار یا دبی گذرنده از واحد سطح متناسب با آن اختلاف فشار، یا ارتفاع مایعات در مخازن متناسب با اخلاف فشار ایجاد شده را استخراج نموده و برای سیستم قابل استفاده می کند. سنسورهای دیگری نیز برای عمل نمونه برداری از کمیت های فیزیکی و تبدیل آن به سیگنال ابزاردقیقی وجود دارند که به مطالعه در مورد جزئیات آن‌ها نمی پردازیم. شکل (۳-۱) نوعی از ترانسمیترهای استفاده شده در صنعت را نمایش می‌دهد.
شکل(۳-۱): نمونه ترانسمیتر های مورد استفاده در صنعت
ترانسمیترها با توجه به نیاز بهره بردار و اهمیت کمیت های فیزیکی که باید تحت نظر بهره بردار باشند، توسط طراح ابزاردقیق انتخاب و در محل مورد نظر نصب می‌گردند. سیگنال ابزاردقیقی ترانسمیترها، توسط یک کابل ابزاردقیقی که مناسب با شرایط پروژه بوده و توانایی حمل جریان ۴ الی ۲۰ میلی آمپر را دارد به اتاق مخصوص کابینت های ابزاردقیق حمل می‌گردند. طول این کابل بسته به شرایط پروژه و پراکندگی آن می‌تواند بین ۱۰۰ متر الی ۱ کیلومتر متغیر باشد.این کابل ها در اتاق کابینت ابتدا به کابینت مارشالینگ وصل می‌گردند، سپس با بهره گرفتن از دستگاه جدا کننده سیگنال محل خطرناک و غیر خطرناک و استفاده از کارت های ورودی سیستم ابزاردقیق کنترلی مورد استفاده برای پروژه، سیگنال‌ها به پردازنده منتقل می‌گردند و با انجام پردازش های مورد نیاز با توجه به برنامه موجود، بر حسب نیاز، مقادیر کمیت ها به صورت شماتیک در صفحه نمایش‌گر بهره بردار به نمایش در می‌آیند. ساختار توضیح داده شده در شکل (۳-۲) ارائه گردیده است.
بهره بردار با توجه به سیستمی که در نمایش‌گر خود دارد، کل فرایند پروژه را زیر نظر دارد و دما و فشار و سایر کمیت های فیزیکی را بسته به نیاز می‌تواند بر روی نمایش‌گر خود رصد نماید مثلا دمای برج یا فشار یک برج یا مخزن، دبی ورودی مواد به مخزن، دبی خروجی مواد از مخزن و مواردی از این قبیل. این اطلاعات کمک شایانی به بهره بردار می کند تا از وضعیت کلی حاکم بر فرایند آگاه بوده و تصمیمات درست را در صورت لزوم برای به دست آوردن محصول با کیفیت از فرایند اتخاذ نماید. همچنین بهره بردار می‌تواند با نمودار گیری از سیر تغییرات یک متغیر فیزیکی در طی یک بازه زمانی خاص، روند فرایند را مورد مطالعه قرار دهد. نمودار گیری یکی از امکانات موجود در سیستم های ابزاردقیق می‌باشد که کمک فراوانی به شناسایی روند فرایند می کند.
شکل(۳-۲):ساختار سیستم کنترل ابزاردقیق حاکم در یک پروژه صنعتی
صفحه کامپیوتر یک اپراتور فرایند، به صورت شماتیک بوده و یک تصویر اجمالی از ادوات استفاده شده و مقادیر مشخصات فیزیکی اندازه گیری شده توسط سنسورها در سایت را دارد و با بهره گرفتن از این سیستم، اپراتور وضعیت حاکم بر فرایند را بازبینی می کند. شکل(۳-۳) نمایی از صفحه کامپیوتر یک اپراتور فرایند را به نمایش در می‌آورد.
شکل(۳-۳):نمایی از صفحه کامپیوتر شخص اپراتور فرایند
۳-۲-۲-نمونه برداری و نمودارگیری از متغیر های برج دی بوتانایزر
برای نمونه برداری و جمع آوری داده های مورد نیاز ابتدا باید روش شناسایی مورد استفاده را مد‌نظر قرار دهیم. همان‌طور که در فصل اول اشاره گردید روش شناسایی جعبه سیاه را برای ادامه روند کار در این رساله در نظر گرفته‌ایم. برای این کار ابتدا باید تعداد ورودی و خروجی ها و درجه آزادی مناسب برای سیستم در نظر بگیریم به طوری که نه پیچیدگی زیادی برای ما ایجاد نماید و نه اینکه نتواند تمامی خواسته‌های ما را در روند شناسایی بر آورده نماید. بدین منظور سیستمی را که برای شناسایی یک چنین برجی، که دو محصولی می‌باشد به صورت یک سیستم ۴ ورودی و ۲ خروجی در نظر می‌گیریم.
متغیر های کنترل پذیر که به عنوان متغیر های ورودی در نظر گرفته شده اند عبارتند از: دبی ورودی خوراک، دبی بازجوش‌آور، فشار بالای برج و فشار پایین برج. متغیر های قابل اندازه‌گیری که به عنوان متغیر های خروجی در نظر گرفته شده اند عبارتند از: دمای پایین برج دی‌‌بوتانایزر و‌ دمای بالای برج دی‌بوتانایزر.
داده ها با توجه به انتخاب ورودی‌ها و خروجی‌ها به ترتیبی که شرح داده شد، در یک پالایشگاه گازی تحت عملیات و برج دی بوتانایزر در حال بهره برداری و در شرایط تولید، نمونه برداری شده‌اند. در این نمونه برداری ورودی ها و خروجی ها در طی مدت ۵۰۰ دقیقه و در بازه های یک دقیقه‌ای تحت نظر گرفته شده و مقدار ورودی‌ها و خروجی‌ها در زمان های مد نظر ثبت گردیده است. برای این عمل، از سیستم نمودار‌گیری نمایش‌گر فرایند، برای شخص بهره بردار استفاده گردیده است.
دادهای ورودی سیستم به صورت نمودار در شکل(۳-۴) و داده های خروجی سیستم به صورت نمودار در شکل(۳-۵) به نمایش در آمده است.
همان‌طور که در شکل‌ها مشاهده می‌گردد، روند تغییرات متغیر های مورد نظر در بازه زمانی ۵۰۰ دقیقه‌ای ثبت گردیده و قابل مطالعه می‌باشند. یکی از مزیت های سیستم ابزاردقیق، نمونه برداری و نمودارگیری و ثبت تغییرات می باشد که مهندسان را برای مطالعه و کنترل هرچه بهتر فرایند و تولید محصول با کیفیت یاری می کند.
شکل(۳-۴):نمودار داده های ورودی سیستم دی بوتانایزر
شکل(۳-۵):نمودار داده های خروجی سیستم دی بوتانایزر
در ادامه و در قسمت های بعدی این فصل به پیاده سازی روش های شناسایی با بهره گرفتن از داده‌های به دست آمده از نمونه برداری، خواهیم پرداخت.
۳-۳- پیاده سازی روش شناسایی ARX
در شناسایی با روش ARX در نرم افزار متلب ساختار سیستم شناسایی شده، برای داده هایی که برای شناسایی استفاده نموده‌ایم به صورت زیر می‌باشد:
مدل سیستم برای خروجی اول:

مدل سیستم برای خروجی دوم:

اخذ قیمت از کمیسیون نرخ­گذاری:در این مرحله ابتدا تولیدکنندگان درخواست خود را طی نامه­ای به اداره کل صادرات ارسال می­دارند که طی بررسی و کارشناسی­های لازم در آن اداره نرخ لازمه را تعیین کرده و جهت تصویب به کمیسیون نرخ­گذاری مرکز توسعه صادرات ارائه می­ شود که بعد از تصویب نرخ مورد نظر، کمیسیون نرخ­گذاری مجوز لازمه صدور کالا را طی نامه­ای به ادراه گمرک اعلام می­دارد.
مرحله مذاکرات تجاری و قرارداد:فرایند مذاکره مهارتی است که هر کارفرما و حتی فرد معمولی ممکن است همه روزه به کار گیرد. در تعریف این مذاکره عبارت است عبارت است از جریان مداوم رفت و برگشت ارتباطات به منظور رسیدن به یک تصمیم مشترک.بدون برقراری ارتباط مذاکره­ای وجود ندارد (فیشر و یوری،۱۳۷۵).
اعتبار اسنادی:صادرکننده بعد از انجام مذاکرات و رسیدن به توافق باید پیش فاکتور را برای خریدار ارسال نماید، و بعد به دریافت اعتبار اسنادی صادراتی اقدام کند.از مواردی که در پیش فاکتور ذکر می­ شود نحوه پرداخت وجه و نوع وسیله حمل کالاست (صدور پروفرم، گشایش اعتبار توسط خریدار و دریافت اعتبار اسنادی توسط صادرکننده) نمونه ­ای از اعتبارات اسنادی است.

مرحله تشریفات قبل از گمرک: در این مرحله، مجوزهای لازم که بستگی به نوع کالا و مقررات کشورها دارد اخذ شده و با شرکت حمل و نقل قرارداد بسته می­ شود.(اخذ مجوز لازم در صورت نیاز اخذ گواهی مبدا از اتاق بازرگانی، صدور فاکتور اخذ بیمه­نامه و اخذ قرار داد با شرکت حمل ونقل).
مرحله تشریفات گمرکی:در این مرحله کالا به اماکن گمرکی وارد می­ شود، قبض انبار صادر و اظهارنامه گمرکی برای ترخیص کالا ارائه می­ شود.
مرحله تشریفات بعد از گمرک: در این مرحله بعد از آن­ که کالا از گمرک ترخیص شد به موسسه حمل مورد نظر تحویل داده می­ شود، و مراحل دریافت پول توسط صادرکننده و ارائه اسناد به خریدار انجام می­گیرد.تحویل کالا به موسسه حمل، ارائه اسناد حمل به بانک در مورد اعتبارات اسنادی و ارسال اسناد حمل به خریدار از مراحل تشریفات می­باشد(صادقی و کربلایی اسماعیلی،۱۳۸۹).
۲-۲-۱-۶ جایگاه راهکار آمیخته بازاریابی در بازرگانی خارجی
تصمیم ­گیری در خصوص تدوین راهکار آمیخته بازاریابی، در چهارمین مرحله از مراحل پنج­گانه تصمیم ­گیری برای فعالیت در بازارهای خارجی مطرح می شود. پس از گذر از مراحل تصمیم در مورد ورود به بازار خارجی، تصمیم در مورد انتخاب بازارهای بالقوه و تصمیم در مورد زمان و نحوه ورود، تضمین موفقیت شرکتهای وارد شده به بازار خارجی منوط به طراحی صحیح برنامه بازاریابی شرکت در خارج از کشور خواهد بود. مضمون این برنامه در سطح راهبردی شامل گزینش راهکار اصلی بازاریابی و در سطح ابزاری، حاوی طراحی آمیخته بازاریابی شامل: محصول، قیمت ،توزیع و ترویج می باشد. خروجی این برنامه میزان انطباق فعالیت­های بازاریابی بنگاه­ها با شرایط بازارمحلی را بیان می-کند.(فوگلیو^[۱۲]،۲۰۰۶)
۲-۲-۱-۷ ضرورت توجه به راهکار آمیخته بازاریابی در بازرگانی خارجی
مطالعاتی که در آن نقش آمیخته بازاریابی در عملکرد صادراتی بنگاه ها مورد تایید قرار گرفته است، علاوه بر توجه دادن مدیران این بنگاه­ها به اهمیت تخصیص منابع کافی برای طراحی مناسب راهکار آمیخته بازاریابی، ره­آورد مهمی نیز برای مدیران سطوح عالی _{سیاست­گذاری} صادراتی به همراه دارد.تحلیل نحوه عرضه آمیخته بازاریابی سازمان های صادر کننده، به عنوان متغیری که مستقیما با عملکرد صادراتی بنگاه در ارتباط است نمی­تواند در برنامه­ ریزی راهبردی که با هدف توسعه صادرات شکل می گیرد، نادیده انگاشته شود.
در حالی که هدف توسعه صادرات همواره با راهکارهای تشویقی و ترغیبی دنبال شده است به نظر می­رسد توجه کمتری به مطالعه شناخت وضعیت فعلی تدوین آمیخته بازاریابی شرکت­ها و تحلیل نقاط قوت و ضعف انها شده است. آسیب شناسی این موضوع و درک دیدگاه­ هایی که منتج به شرایط فعلی تدوین آمیخته شده ­اند می ­تواند راه را برای حل ریشه­ای مشکلات صادرات کشور و تخصیص صحیح منابع برای دستیابی به عملکرد صادراتی بالا فراهم نماید.

نگرش ها و راهکارهای اصلی در مدیریت بازارهای خارجی
انطباق یا یکسان سازی، اولین سوالی است که برای بنگاهی که به مرحله تصمیم گیری در مورد برنامه های بازاریابی در خارج از مرزها رسیده، مطرح می شود.استاندارد کردن آمیخته بازاریابی در همه بازارهای هدف و یا اتخاذ شیوه های متفاوت بازاریابی با شرایط هر بازار، دو گزینه مطرح پیش روی سازمان­ها هستند که انتخاب هریک ، سطح متفاوتی از مطلوبیت را برای هر سازمان به همراه می ­آورد.مزایا و معایبی بر هر یک از این دو انتخاب مترتب است (لئونیداز^[۱۳] و همکاران،۲۰۰۱). از جمله از مزیت­هایی که استانداردسازی را تشویق می کنند عبارت است از:
- رسیدن به مقیاس اقتصادی تولید و انتفاع از منحنی تجربه
-هماهنگی و کنترل اثر بخش
- مکان نقل و انتقال آسان­تر منابع انسانی (نیاز به آموزش کمتر)
- کاهش احتمال آربیتراژ
- صرفه جویی در هزینه های R&D و بازاریابی
- سود بردن از پتانسیل هم­افزایی جایگاه یابی برند در ملت های مختلف و ایجاد توان رقابت جهانی
- شرایط و مزیت­هایی نیز برای منطبق سازی وجود دارد که از آن جمله اند:
-تفاوت شرایط در بازارهای هدف
-محدودیت­های قانونی و دولتی برای ارائه یکسان آمیخته بازاریابی
- قدرت پاسخگوئی به نیازها و انتظارات متفاوت مشتریان کشورهای مختلف
- توان پوشش بخش­های مختلف با الگوهای رفتاری متفاوت در هر بازار
- دستیابی به توان رقابت محلی
- انطباق این شیوه با مفاهیم بازاریابی نوین(کاوالون، ۲۰۰۷).
اگرچه ملاحظات مختلفی که پیرامون هر یک از گزینه های استانداردسازی و منطبق­سازی به وجود می ­آید در هنگام تصمیم ­گیری در مورد ارائه برنامه های بازاریابی برای سازمان ها شایان تامل است ، اما معمولا بنگاهها راهکار عرضه آمیخته بازاریابی خود را بر اساس نگرش خود به مدیریت بازارخارجی و در ادامه راهکار اصلی سازمان در مورد فعالیت در بازار برون­مرزی بر می­گزینند.

نگرش­های اصلی در مدیریت بازارهای خارجی
اصولا نحوه ورود و چگونگی فعالیت بنگاهها در بازارهای خارجی متاثر از چهار فلسفه و نگرش اساسی به شرح زیر می باشد:
نگرش قوم مداری : این فلسفه اولویت را به بازارهای داخلی بخشیده و بازار خارجی را محل سرریز بازار داخلی می­داند. این دیدگاه به دلیل هزینه کم و سرعت بالای ورود به بازارهای خارجی برای بسیاری از شرکت­ها دارای جذابیت است . شرکت­های دارای این تفکر تنها تغییراتی الزامی را جهت سازگاری با استانداردهای بازار خارجی در محصولات خود اعمال می کنند(فوگلیو ، ۲۰۰۶).
نگرش چند مداری : در این نگرش به بازارهای خارجی از لحاظ سطح توسعه ، نیازهای مصرفی ، شرایط استفاده از کالا و سایر ویژگی ها به شکل کاملا متفاوتی نگریسته شده و در نتیجه برای هر بازار محصولی جداگانه طراحی و ساخته می شود .پیامد این دیدگاه هزینه های تحقیق و توسعه بالا و مشکلات امر هماهنگی و کنترل می باشد.(گاستاوسون^[۱۴]، ۲۰۰۷).
نگرش ناحیه مداری : بسیاری از صاحب نظران این رویکرد را حاکم بر فعالیت عمده بنگاه­ها در مرحله «پیش از جهانی­شدن» می دانند. اشاعه این دیدگاه یعنی تمرکز بر بازار های منطقه ای به جای بازار های ملی به ویژه مرهون ایجاد ائتلاف های مختلف اقتصادی در جهان بوده است .با اتخاذ این دیدگاه ، شرکت­ها جهان را به خورده بازار­های منطقه ای و نه ملی تقسیم کرده و با هدف تسخیر بازار یک یا چندمنطقه ، اثر بخشی برنامه های بازاریابی خود را ارتقا می دهند(خوندکر^[۱۵]، ۲۰۰۴).
نگرش جهانی : در این رهیافت هماهنگی و تمرکز گرایی اهمیت ویژه ای دارد. محصولات برای خرده بازارهای جهانی به صورت یکسان و متحد­الشکل ارائه می­شوند. اتخاذ این نگرش هزینه­ های تحقیق و توسعه را کاهش داده ، ارائه خطوط محصولات بین ­المللی را سریع­تر ممکن می­سازد.(لئونیداز^[۱۶]،۲۰۰۱)
۲-۲-۲-۲ راهکارهای اصلی در مدیریت بازارهای خارجی
به میزانی که نگاه هر سازمان از یکی از نگرش­های جهانی، چندمداری، ناحیه مداری، یا ترکیبی از آنها متاثر باشد، در تنظیم فعالیت­های بازاریابی فرامرزی خود به سمت یکی از چند راهکار اساسی زیر هدایت خواهد شد.
۲-۲-۲-۳ راهکار جهانی : این راهبرد که محصول نگرش جهان مداری است ، بنگاه­ها را متمرکز بر مطالعه تجانسات و تشابهات میان کشورهای مختلف می­نماید. راهکار جهانی با تکیه بر تولید برای خرده بازارهای جهانی ، دستیابی به مزیت رقابتی را به وسیله کاهش هزینه­ها و افزایش کارایی دنبال می­ کند.
توصیه برخی از محقیقن بازار یابی و تجارت بین ­المللی به شرکت­های فعال ، تبعیت از یک راهکار یکپارچه جهانی و پرهیز از انطباق با بازارهای محلی می­باشد. مطابق نظر لویت برای موفقیت در عرصه مدیریت بازارهای بین ­المللی ، بنگاه­ها ناچارند از تفاوت­های ظاهری منطقه­ای و ملی چشم پوشی کرده و بیاموزند تا چنان عمل کنن که گویا جهان بازار بزرگ واحدیست. به عبارت دیگر، بنگاه­های فعال در بازار های جهانی می­بایست تلاش نمایند تا محصول استاندارد شده­ای را به کارگیری راهکار یکسان در همه جهان به فروش رسانند(فتحی ، ۱۳۸۴). جهانی­سازی در شکل محض آن، بنگاه­ها را در متن فرایندی قرار می­دهد که با پیروی از استاندارد سازی محض و بدون انعطاف در ساختار سازمانی ، تجاری و ارتباطی خود به شکل همه جانبه­ای به تعدیل و هموارسازی تمایزات بین ملت­ها همت گذارند و نهایتا با اشاعه فرهنگی انحصاری در تمام جهان ازسود حاصل از مقیاس اقتصادی بهره برده و بی امان به سمت دستیابی به سهم بازار گسترده جهانی حرکت کنند. مثال مشخص این مسئله یعنی آمریکایی­سازی جهانی که به آشکارترین شکل، رویه جهانی­سازی محض را می­نمایاند، کمپانی مک دولاند است که ثمره استفاده از خط تولید یکسان خود را در همه عرض های جغرافیایی به شکل محصولات جهانی عرضه می کند.(می نارد و تین ،۲۰۰۴).
۲-۲-۲-۴ راهکار محلی
برای مدت طولانی که جهانی­سازی با قدرت مورد تبلیغ بود، محلی­سازی نیز گرچه به عنوان یک رویکرد محافظه ­کارانه و ارتجاعی ، همچنان دنبال می­شد. در عین حال باید اذعان کرد که مقاومت جوامع در مقابل جهانی­سازی محض ، پشتوانه بقای این راهکار بوده است.(ولی بیگی ، ۱۳۸۵).
راهکار محلی توجه خود را منعطف به تمایزات محلی ، ملی و قومی نموده و متمرکز بر تولید و اشاعه محصولات و خدمات سازگار با فرهنگ محلی برای پاسخگوئی به ذائقه ها و سلایق محلی می­گردد . این راهکار که حاصل نگرش چند مداری است، مختصات هر بازار را جدا از دیگر بازار ها مورد کنکاش قرار داده و با تکیه بر تفاوت­های میان کشورها و تدوین راهکار بازاریابی خاص برای هریک، بر اثربخش بودن فعالیت­های بازاریابی تاکید می­ کند.
۲-۲-۲-۵ راهکار جهانی – محلی
اگر چه تحقیقات انجام شده در حیطه بازاریابی جهانی، از منظر عقلانیت به دفاع از یکسان­سازی و متجانس شدن بر خاسته­اند، اما بر طبق استدلال مینارد در عین وجود دوگانگی خطی آشکار میان تجانس و تمایز، دو مفهوم تجاری حاصل از آن یعنی جهانی­سازی و محلی­سازی را به سادگی و به شکل واضح نمی­ توان در دو وجه مجزای یک منشور جای داد. تمایز و تجانس، همگرائی و واگرایی، عام­گرایی و خاص­گرایی ، نه تنها می­توانند در کنار هم وجود داشته باشند بلکه با هم در تعاملند و به شکل پویا و سیال می­توانند در هم آمیزند. مفهومی که بازتاب این منطق است «محلی –جهانی» نام دارد (ولی بیگی، ۱۳۸۵).
محلی – جهانی واژه­ای است که اوایل دهه هشتاد، از تفکر مدیریتی ژاپن وارد دنیای کسب و کار شده و به سرعت به همه حوزه ­های علمی و عملی آن تسری یافته است ، به نحوی که شعار «جهانی بیندیش و محلی عمل کن » از شایع­ترین گفتارهای روزگار ماست . منشا معنایی این واژه «انطباق فنون کشاورزی با شرایط محلی خود» می­باشد. در دنیای کسب و کار این ایده ژاپنی منطبق شد با « محلی سازی جهانی ».
محلی – جهانی که حاصل تجمیع و ترکیب محلی­سازی و جانی­سازی است، به معنای خلق محصول و خدمتی است که نامزد معرفی در بازار جهانی است ولیکن به تناسب فرهنگ محلی در هر خرده بازار ملی جهان، تغییراتی در آن اعمال می­ شود (مورو کاوالون، ۲۰۰۷).
دامنه اثر راهکار « محلی – جهانی » در بازار یابی صادراتی، همه اجزای آمیخته بازار یابی را شامل می­ شود به نحوی که بتوان طیف متنوع تقاضا را در جهان به واسطه محلی سازی هر جز پاسخ داد . به عنوان مثال تبلیغات کالاهای کمپانی ژیلت در کشور ژاپن از حیث متن و تصویر منطبق با حساسیت­ها و ادراکات فرهنگی موجود در آن کشور است (فتحی ، ۱۳۸۴).
راهکار« محلی – جهانی » کارایی و اثر بخشی را در کنار هم مد نظر قرار می­دهد و این مهم را با تلاش در حفظ توازن میان توجه به شباهت­های جهانی و توجه به تمایزات محلی دنبال می کند.
۲-۲-۲-۶ راهکار چند ملیتی
این راهکار حاصل نگرش ناحیه­مداری است توجه به تفاوت­های بین منطقه­ای و شباهت های کشورهای درون یک منطقه را الگوی تدوین برنامه ­های بازاریابی خود می نماید. به کارگیری راهکار مشابه در همه کشورهای یک ناحیه، هزینه هماهنگ­سازی را کاهش داده و یک انسجام قوی و پایدار در انجام فعالیت­های بازرگانی برای بنگاه به ارمغان می ­آورد.
۲-۲-۲-۷ صادرات و رشد اقتصادی
تجارت خارجی و ارتباط آن با رشد اقتصادی یکی از موضوعات بسیار بحث­انگیز به ویژه در انتخاب استراتژی­ های توسعه در کشورهای در حال توسعه می­باشد (محمد زاده ۱۳۸۴). بررسی­های انجام شده در مورد رابطه علیت میان رشد صادرات و رشد اقتصادی نتایج متفاوت ومتناقضی را ارائه داده­اند . به طور کلی، وجود رابطه علیت دو طرفه، عدم وجود رابطه، وجود رابطه علی از سوی رشد صادرات به سوی رشد تولید ناخالص داخلی و یا برعکس، مجموعه نتایجی هستند که ازمطالعات متعدد انجام شده برای کشورهای مختلف حاصل شده است (کیانی و حسنوند ۱۳۷۷). امروزه بررسی رابطه میان صادرات و رشد اقتصادی به یکی از موضوعات مهم در ادبیات توسعه تبدیل شده است. عمده تجزیه و تحلیل­ها در این رابطه بر اساس این فرضیه که ” فعالیت صادراتی منجر به رشد اقتصادی می شود ” پایه­ریزی شده­است. به عبارت دیگر، توسعه صادرات ر شد اقتصادی را سبب می­ شود .این موضوع به عنوان فرضیه صادرات -رشد نامیده شده­است (ریپاس و کریستوپلاس ۲۰۰۵ ). پایه تئوریکی این رابطه براساس فرضیات زیر می­باشد (گیلی و ویلیامسون ۲۰۰ و یاقمیان ۱۹۹۴): ۱-توسعه صادرات سبب رشد تولید از طریق تقویت مبادلات خارجی می­ شود.
رشد صادرات ممکن است باعث ایجا د تخصص در تولید محصولات صادراتی شده و موجب رشد وافزایش تولید این محصولات گردد که در نتیجه سطح بهره­وری افزایش و تخصیص مجدد منابع از بخش غیرتجاری ناکارا به بخش با بهره­وری بالاتر صورت خواهد­گرفت . بنابراین تغییرات دربهره وری منجر به گسترش تولید می­ شود.
۲- صادرات، ارز خارجی بر ای کشور فراهم می کند که در این صورت شرایط برای وارد کردن کالاهای سرمایه­ای آسان تر شده و نهایتا منجر به رشد تولید می­ شود
۳-صادرات، سبب ایجاد بازارهایی با اندازه کارا شده و سبب ایجاد صرفه های حاصل از اندازه می شود و همچنین باعث افزایش سرعت نرخ تشکیل سرمایه و تغییرات تکنیکی می­گردد.

بنابراین، توان شناختی و معرفتی انسان حتی برتر از فرشتگان است، او خلیفه خدا در زمین می باشد، یعنی موجودی است که اوصاف و کمالات او از همه آفریدگان خداوند برتر است و لذا می تواند خلیفه خدا گردد، این نکته ها در قرآن کریم مورد تاکید قرار گرفته اند.^[۲۲۴] بنابراین، انسان می تواند به دانایی دست یافته و با اراده و انتخاب خود آینده اش را بسازد. زیرا، هیچ چیز انسان، از پیش تعیین نشده است، بلکه خوشبختی و بد بختی او نتیجه عملکرد خود اوست و همین عمل اوست که سعادت دنیا و آخرت او را رقم می زند.^[۲۲۵] خدای تعالی در قرآن می فرماید:

“قَدْ أَفْلَحَ مَن زَکَّئهَا(۹)وَ قَدْ خَابَ مَن دَسَّئهَا (۱۰)(سوره شمس، آیات ۹-۱۰)؛ هر کس نفس خود را پاک و تزکیه کرده، رستگار شده (۹) و آن کس که نفس خویش را با معصیت و گناه آلوده ساخته، نومید و محروم گشته است.
لذا سعادت و شقاوت، اکتسابى و از آثار اعتقادات و اعمال انسان مى‏باشد؛ خداوند متعال در قرآن می فرماید:
” لیَهْلِکَ مَنْ هَلَکَ عَنْ بَیِّنَهٍ وَ یَحْیى‏ مَنْ حَیَّ عَنْ بَیِّنَهٍ"(سوره انفال، آیه ۴۲)؛ آنها که هلاک (و گمراه) مى‏شوند، از روى اتمام حجّت باشد و آنها که زنده مى‏شوند (و هدایت مى‏یابند)، از روى دلیل روشن باشد.
علامه طباطبایی دربیان آیه می فرمایند: "این که خداى تعالى علیه خلق اقامه حجت مى‏کند، باید فهمید که هیچ یک از سعادت و شقاوت، ضرورى و لازمه ذات کسى نیست، بلکه از آثار اعمال نیک و بد او و اعتقادات حق و باطل اوست. انسان به حکم فطرتش (نه به سفارش غیر) براى رسیدن به مقاصدش، به تعلیم و تعلم و تربیت و انذار و تبشیر و وعد و وعید و امر و نهى و امثال آن دست مى‏زند، و این خود روشن‏ترین دلیل است بر اینکه انسان بالفطره خود را مجبور به یکى از دو سرنوشت سعادت و شقاوت نمى‏داند، بلکه خود را همواره در سر این دو راه متحیر مى‏بیند، و احساس مى‏کند که انتخاب هر یک که بخواهد در اختیار و قدرت اوست، و نیز احساس مى‏کند که هر یک از آن دو را اختیار کند پاداشى مناسب آن خواهد داشت؛ هم چنان که خداى تعالى هم فرموده"وَ أَنْ لَیْسَ لِلْإِنْسانِ إِلَّا ما سَعى‏ (۳۹) وَ أَنَّ سَعْیَهُ سَوْفَ یُرى(۴۰)‏ ثُمَّ یُجْزاهُ الْجَزاءَ الْأَوْفی"(سوره نجم، آیات ۳۹-۴۱)؛ که براى انسان بهره‏اى جز سعى و کوشش او نیست، و اینکه تلاش او بزودى دیده مى‏شود، سپس به او جزاى کافى داده خواهد شد.^[۲۲۶]
قرآن کریم، شیطان را نه به عنوان آفریننده شر، بلکه به عنوان موجودى فریبکار و مکار معرفى مى‏کند که فقط قدرت وسوسه کردن دارد و توانایى تصرفات دیگرى را در روح و جسم انسان ندارد. در قرآن کریم، در این باره می فرماید:
“…وَ ما کانَ لِیَ عَلَیْکُمْ مِنْ سُلْطانٍ إِلاَّ أَنْ دَعَوْتُکُمْ فَاسْتَجَبْتُمْ لی…"(سوره ابراهیم، آیه ۲۲)؛ من بر شما تسلّطى نداشتم، جز اینکه دعوتتان کردم و شما دعوت مرا پذیرفتید.
بنابراین، با توجه به آیات قرآن، انسان ها ذاتاَ شرور و بد ذات نیستند؛ و لذا نمی توان به آن ها برچسب زد. خداوند در قرآن می فرماید:
“یا أَیُّهَا الَّذینَ آمَنُوا…لا تَنابَزُوا بِالْأَلْقابِ…."(سوره حجرات، آیه ۱۱)؛ اى کسانى که ایمان آورده‏اید یکدیگر را به القاب زشت مخوانید.
آیه الله مکارم، در تفسیر آیه می فرمایند: “بسیارى از افراد بى بند و بار در گذشته و حال اصرار داشته و دارند که بر دیگران القاب زشتى بگذارند، و از این طریق آنها را تحقیر کنند، شخصیتشان را بکوبند، و یا احیانا از آنان انتقام گیرند، و یا اگر کسى در سابق کار بدى داشته سپس توبه کرده و کاملا پاک شده باز هم لقبى که بازگو کننده وضع سابق باشد بر او بگذارند. اسلام صریحا از این عمل زشت نهى مى‏کند، و هر اسم و لقبى را که کوچکترین مفهوم نامطلوبى دارد و مایه تحقیر مسلمانى است ممنوع شمرده است. در حدیثى آمده است که روزى” صفیه” دختر"حیى ابن اخطب” (همان زن یهودى که بعد از ماجراى فتح خیبر مسلمان شد و به همسرى پیغمبر اسلام ص در آمد) روزى خدمت پیامبر ص آمد در حالى که اشک مى‏ریخت، پیامبر ص از ماجرا پرسید، گفت: عایشه مرا سرزنش مى‏کند و مى‏گوید: “اى یهودى‏زاده"! پیامبر ص فرمود: چرا نگفتى پدرم هارون است، و عمویم موسى، و همسرم محمد (ص)؟ و در اینجا بود که این آیه نازل شد.^[۲۲۷]
حال، به دیدگاه شناختی و رفتاری قرآن مبنی بر عدم اذیت شدن فرد در برابر عملکرد افراد، اشاره می شود:
۳-۱-۳-۲-۱٫ دیدگاه شناختی قرآن مبنی بر عدم اذیت شدن فرد در برابر عملکرد افراد؛ مسئولیت هر فرد در قبال وظیفه اش
با توجه به این که تلاش و جدیت پیامبر ( ص ) براى ایفاى رسالت خویش، تلاشى طاقت فرسا و سنگین بود، خداوند در آیاتی تصریح می کند که بیشتر افراد از ایمان، علم و آگاهی و پای بندی به عهد و پیمانشان بی بهره هستند^[۲۲۸] و رسول را وظیفه‏اى و شما را وظیفه‏اى است، نافرمانى شما به او زیانى نمى‏رساند و پیروى از او مایه هدایت خود شما است:
“قُلْ أَطیعُوا اللَّهَ وَ أَطیعُوا الرَّسُولَ فَإِنْ تَوَلَّوْا فَإِنَّما عَلَیْهِ ما حُمِّلَ وَ عَلَیْکُمْ ما حُمِّلْتُمْ وَ إِنْ تُطیعُوهُ تَهْتَدُوا وَ ما عَلَى الرَّسُولِ إِلاَّ الْبَلاغُ الْمُبینُ"(سوره نور،آیه ۵۴)؛ بگو: «خدا را اطاعت کنید، و از پیامبرش فرمان برید! و اگر سرپیچى نمایید، پیامبر مسئول اعمال خویش است و شما مسئول اعمال خود! امّا اگر از او اطاعت کنید، هدایت خواهید شد و بر پیامبر چیزى جز رساندن آشکار نیست.
“علامه طباطبایی"در تفسیر آیه می فرمایند: “در این آیه، امر فرموده به اطاعت خدا در آنچه نازل کرده و اطاعت رسول در آنچه از ناحیه پروردگارشان مى‏آورد، و اوامرى که در امر دین و دنیا به ایشان مى‏کند. اینکه فرمود:” فَإِنْ تَوَلَّوْا فَإِنَّما عَلَیْهِ ما حُمِّلَ وَ عَلَیْکُمْ ما حُمِّلْتُمْ” یعنى اگر از طاعت رسول اعراض کنید، این اعراض شما ضررى به رسول نمى‏زند، چون رسول وظیفه خود را انجام داده، و وظیفه او هیچ ربطى به شما ندارد، شما هم تکلیفى دارید که انجام و تخلف از آن هیچ ارتباط و سود و زیانى براى او ندارد، چون اطاعت همه‏اش از خدا است. و اینکه فرمود:"وَ إِنْ تُطِیعُوهُ تَهْتَدُوا” یعنى هر چند او تکلیفى دارد، و شما تکلیفى دیگر؛ ولى اگر او را اطاعت کنید هدایت مى‏یابید، براى اینکه آنچه او براى شما مى‏آورد، و هر امرى که مى‏کند از ناحیه خدا و به امر اوست، و در حقیقت اطاعت براى خدا است، و معلوم است که در اطاعت خدا هدایت است. اینکه فرمود:” وَ ما عَلَى الرَّسُولِ إِلَّا الْبَلاغُ الْمُبِینُ"، و این به منزله تعلیل مطالب قبل است، یعنى آنچه از تکالیف که به دوش رسول است عبارت است از تبلیغ و بس، پس اگر شما پیام او را مخالفت کنید هیچ حرجى متوجه او نمى‏شود، و چون رسول مسئولیتى جز تبلیغ ندارد، قهرا اطاعت خدا، اطاعت فرستاده او است، و اطاعت فرستنده او که همان خداى سبحان است مایه هدایت شما است.”^[۲۲۹]
از مسئولیتها در آیه فوق تعبیر به بار (سنگین) شده است، و در واقع چنین است هم وظیفه رسالت پیامبر (ص) و هم اطاعت صادقانه از دعوت او، بارى است بر دوش، که باید آن را به منزل رساند و جز مردم مخلص توانایى حمل آن را ندارند، لذا در روایتى از امام باقر ع در وصف پیامبر (ص) مى‏خوانیم که از پیامبر ص چنین نقل مى‏کند که فرمود:” اى خوانندگان قرآن! از خداوند بزرگ بترسید، بپرهیزید نسبت به کتابش که بر دوش شما نهاده است، چرا که من مسئولم و شما هم مسئولید؛ من در برابر تبلیغ رسالت مسئولم، اما شما در برابر کتاب اللَّه و سنت من که بر دوشتان نهاده شده است، مسئول هستید.^[۲۳۰]
قرآن کریم در آیه ۹۲ سوره مائده می فرماید: “وَ أَطیعُوا اللَّهَ وَ أَطیعُوا الرَّسُولَ وَ احْذَرُوا فَإِنْ تَوَلَّیْتُمْ فَاعْلَمُوا أَنَّما عَلى‏ رَسُولِنَا الْبَلاغُ الْمُبینُ"(سوره مائده،آیه ۹۲)؛ اطاعت خدا و اطاعت پیامبر کنید! و (از مخالفت فرمان او) بترسید! و اگر روى برگردانید، (مستحق مجازات خواهید بود و) بدانید بر پیامبر ما، جز ابلاغ آشکار، چیز دیگرى نیست (و این وظیفه را در برابر شما، انجام داده است)
۳-۱-۳-۲-۲٫ دیدگاه رفتاری قرآن مبنی بر عدم اذیت شدن فرد در برابر عملکرد افراد؛ مومنان و انجام امر به معروف و نهی از منکر
در آیات بسیاری از قرآن کریم، علاوه بر مسئولیت فرد در برابر وظیفه خود، به مسئولیت او در برابر دیگران، هم اشاره دارد؛^[۲۳۱] از جمله قرآن کریم در آیه ۷۱ سوره توبه می فرماید:
“وَ الْمُؤْمِنُونَ وَ الْمُؤْمِناتُ بَعْضُهُمْ أَوْلِیاءُ بَعْضٍ یَأْمُرُونَ بِالْمَعْرُوفِ وَ یَنْهَوْنَ عَنِ الْمُنْکَرِ…” (سوره توبه،آیه ۷۱)؛ و مردان و زنان باایمان، ولىّ (و یار و یاور) یکدیگرند امر به معروف، و نهى از منکر مى‏کنند.
آیه الله مکارم در بیان معروف و منکر می فرمایند:"معروف” در لغت به معنى شناخته شده (از ماده عرف) و” منکر” به معنى ناشناس(از ماده انکار) است؛ و به این ترتیب کارهاى نیک، امورى شناخته شده، و کارهاى زشت و ناپسند، امورى ناشناس معرفى شده‏اند.”^[۲۳۲]
در معنى معروف و منکر چند قول ذکر کرده‏اند:
الف: هر چه را خدا و رسول او امر فرموده‏اند، معروف است و هر چه را نهى کرده‏اند، منکر می باشد.
ب: معروف چیزى است که حسن و نیکى آن از نظر شرع و عقل شناخته و معلوم است و منکر چیزى است که عقل و شرع آن را بد شمارد.
علامه طبرسی معتقد هستند که معنى دوم، در واقع به معناى اول برمیگردد. و لذا در تفسیر آیه می فرمایند: “در معنی معروف و منکر، در این آیه(آیه ۷۱ سوره توبه ) دلالتى روشن است بر وجوب امر به معروف و نهى از منکر و اهمیت و موقعیت آن دو از نظر دین اسلام، زیرا خداوند رستگارى مسلمین را به این دو مربوط دانسته است.”^[۲۳۳]
آیه الله مکارم، درباره تعبدی ویا تعقلی بودن این وظیفه می فرمایند: “جمعى از دانشمندان اسلامى معتقدند که وجوب این دو وظیفه تنها با دلیل نقلى ثابت شده، و عقل، فرمان نمى‏دهد که انسان دیگرى را از کار بدى که زیانش تنها متوجه خود او است باز دارد، ولى با توجه به پیوندهاى اجتماعى و اینکه هیچ کار بدى در اجتماع انسانى در نقطه خاصى محدود نمى‏شود، بلکه هر چه باشد همانند آتشى ممکن است به نقاط دیگر سرایت کند، عقلى بودن این دو وظیفه مشخص مى‏شود. و لذا در بعضى از احادیث به این موضوع اشاره شده است. از پیغمبر اکرم ص چنین نقل شده که فرمود: “یک فرد گنهکار، در میان مردم همانند کسى است که با جمعى سوار کشتى شود، و به هنگامى که در وسط دریا قرار گیرد تبرى برداشته و به سوراخ کردن موضعى که در آن نشسته است بپردازد، و هر گاه به او اعتراض کنند، در جواب بگوید من در سهم خود تصرف مى‏کنم!، اگر دیگران او را از این عمل خطرناک باز ندارند، طولى نمى‏کشد که آب دریا به داخل کشتى نفوذ کرده و یکباره همگى در دریا غرق مى‏شوند.”
پیامبر ص با این مثال جالب منطقى بودن وظیفه امر به معروف و نهى از منکر را مجسم ساخته، و حق نظارت فرد بر اجتماع را یک حق طبیعى که ناشى از پیوند سرنوشت هاست، بیان می کند. در کتاب کافى از حضرت باقر علیه السّلام مروى است:
“انّ الامر بالمعروف و النّهى عن المنکر سبیل الانبیاء و منهاج الصّلحاء فریضه عظیمه بها تقام الفرایض و تأمن المذاهب و تحلّ المکاسب و تردّ المظالم و تعمر الارض و ینتصف من الاعداء و یستقیم الامر.”^[۲۳۴] بدرستى که امر به معروف و نهى از منکر، راه انبیاء و طریقه صلحا است. فریضه بزرگى است که به واسطه آن تمام فرائض برپا می شود. راه ها به آن ایمن مى‏شود، و کسب ها به آن حلال مى‏گردد، و مظالم به سبب آن رد مى‏شود، و زمین به واسطه آن آباد مى‏گردد، و به آن انصاف از دشمنان ظهور یابد، و استقامت امور به آن حاصل آید.
روش پیامبر (ص) و سیره ائمه هدى (ع) به هنگام اجراى این دو وظیفه نشان دهنده این است که آنها این وظیفه را با نهایت لطف و محبت مى‏آمیختند؛ و به همین دلیل سرسخت‏ترین افراد به زودى در برابر آنها تسلیم مى‏شدند.”^[۲۳۵]
بنابراین، یکی از صفات مؤمنین، تواضع و فروتنى، و برخورد سالم در مقابل برخورد زشت و لغو جاهلان با ایشان‏ است؛ زیرا که آنان، جهل جاهلان را با جهل مقابله نمى‏کنند.^[۲۳۶] خداوند در قرآن درباره این بندگان رحمان، کسانى که نامهاى خدا و در پیشاپیش آنها «الرّحمن» بر دلها و رفتارشان تجلّى مى‏کند،^[۲۳۷] می فرماید:
“وَ عِبادُ الرَّحْمنِ الَّذینَ یَمْشُونَ عَلَى الْأَرْضِ هَوْناً وَ إِذا خاطَبَهُمُ الْجاهِلُونَ قالُوا سَلاماً"(سوره فرقان، آیه ۶۳)؛ بندگان (خاص خداوند) رحمان، کسانى هستند که با آرامش و بى‏تکبّر بر زمین راه مى‏روند و هنگامى که جاهلان آنها را مخاطب سازند (و سخنان نابخردانه گویند)، به آنها سلام مى‏گویند (و با بى‏اعتنایى و بزرگوارى مى‏گذرند.)
آیه الله مکارم، در تفسیر آیه می فرمایند: “سلامى که نشانه بى اعتنایى توأم با بزرگوارى است؛ نه ناشى از ضعف، سلامى که دلیل عدم مقابله به مثل در برابر جاهلان و سبک مغزان است؛ سلام وداع گفتن با سخنان بى رویه آنها است، نه سلام تحیت که نشانه محبت و پیوند دوستى است، خلاصه سلامى که نشانه حلم و بردبارى و بزرگوارى است.”^[۲۳۸]
یکی از شیوه‏هاى عمومى وساده‏ى نهى از منکر، اعراض از منکر است؛^[۲۳۹] در آیه ۵۵ سوره قصص، ترسیم بسیار گویا و زیبایى از قلوبى که بذر ایمان را در خود جاى داده و پرورش مى‏دهند، آمده است:
“وَ إِذا سَمِعُوا اللَّغْوَ أَعْرَضُوا عَنْهُ وَ قالُوا لَنا أَعْمالُنا وَ لَکُمْ أَعْمالُکُمْ سَلامٌ عَلَیْکُمْ لا نَبْتَغِی الْجاهِلینَ"(سوره قصص، آیه ۵۵)؛ و هر گاه سخن لغو و بیهوده بشنوند، از آن روى مى‏گردانند و مى‏گویند: «اعمال ما از آن ماست و اعمال شما از آن خودتان سلام بر شما (سلام وداع) ما خواهان جاهلان نیستیم.
علامه طباطبایی دربیان آیه می فرمایند: “مراد از” لغو” سخن بیهوده است، به دلیل کلمه” سمعوا- مى‏شنوند"، چون لغو شنیدنى و از مقوله سخن است، پس مقصود سخنان بیهوده و خشن و زشتى است که پرداختن به آن، کار عاقلان نیست، و لذا وقتى آن را مى‏شنیده‏اند، از آن اعراض نموده، و مقابله به مثل نمى‏کرده‏اند، بلکه مى‏گفته‏اند: اعمال ما براى ما، و اعمال شما براى شما، و این در حقیقت متارکه و اعلام ترک گفتگو است،” سَلامٌ عَلَیْکُمْ” یعنى شما از ناحیه ما خاطرتان جمع باشد، و ایمن باشید، که گزندى نخواهید دید، این جمله باز اعلام متارکه، و خدا حافظى محترمانه است که با این جمله مى‏فهمانده‏اند شان ما اجل از آن است که این گونه سخنان بیهوده را دنبال کنیم، هم چنان که در جاى دیگر در باره مؤمنان فرموده:” وَ إِذا خاطَبَهُمُ الْجاهِلُونَ قالُوا سَلاماً- و چون مردم نادان به ایشان خطاب مى‏کنند، در پاسخ مى‏گویند: سلام، و یا پاسخى سالم مى‏دهند. “لا نَبْتَغِی الْجاهِلِینَ"- یعنى ما خواهان معاشرت و مجالست جاهلان نیستیم، این جمله تاکید همان مطالب قبل است، و حکایت زبان حال ایشان است.”^[۲۴۰]
با توجه به این که مؤمنان راستین، دائما از طریق” امر به معروف” و” نهى از منکر” در اصلاح جامعه و پیراستن آن از آلودگى و فساد کوشش دارند، اما منافقان دائما سعى مى‏کنند که فساد، همه جا را بگیرد و معروف و نیکى از جامعه برچیده شود، تا بهتر بتوانند در چنان محیط آلوده‏اى به اهداف شومشان برسند، لذا یکی از نشانه‏هاى نفاق، امر به منکر و نهی از معروف است؛^[۲۴۱] قرآن کریم در این باره می فرماید:
“الْمُنافِقُونَ وَ الْمُنافِقاتُ بَعْضُهُمْ مِنْ بَعْضٍ یَأْمُرُونَ بِالْمُنْکَرِ وَ یَنْهَوْنَ عَنِ الْمَعْرُوفِ …"(سوره توبه ،آیه ۶۷)؛ مردان منافق و زنان منافق، همه از یک گروهند! آنها امر به منکر، و نهى از معروف مى‏کنند.
نتیجه بررسی تطبیقی: با توجه به آیات قرآنی، اعتقاد فرد مبنی بر این که گروهی از مردم، بد، شرور و بد ذات هستند و باید به آن ها برچسب آدم بد زد و این افراد باید به شدت تنبیه و مذمت شوند، اعتقاد قابل قبولی نیست؛ زیرا از منظر قرآن، انسان با نهاد پاک زاده می شود و با انتخاب آگاهانه خود، مسئول اعمال و کردار خود می باشد؛ در دیدگاه شناختی قرآن مبنی بر عدم اذیت شدن فرد در برابر عملکرد افراد، مسئولیت هر فرد در قبال وظیفه اش می باشد؛ و در دیدگاه رفتاری قرآن مبنی بر عدم اذیت شدن فرد در برابر عملکرد دیگران، خداوند مومنان را به انجام فریضه امر به معروف و نهی از منکر، دعوت می کند. و آنان را در برابر خود و دیگران، مسئول می داند.
با توجه به آموزه های قرآن، این باور غیر عقلانی که “آلبرت الیس” مطرح می کند، با آموزه های قرآن منطبق می باشد. اما این که زیر بنای فکری و فلسفی الیس در این باور، مساله نسبیت و نبودن معیار مطلقی در درست و نادرست است، این مساله با آموزه های اسلامی در تضاد است؛( زیرا همان طور که گفته شد زیر مبنای فکری الیس با آموزه های دین اسلام، قابل انطباق نیست) چرا که قرآن با بیان مصادیق معروف (اعمال نیک) و منکر( اعمال ناپسند)، معیار مطلقی برای درست و نادرست ارائه می دهد. دیگر آن که “الیس” در این باور، معتقد است که یکی ازموارد احساس خودکم بینی و بی ارزشی فرد، در نتیجه سرزنش دیگران نسبت به خطای فرد به وجود می آید؛ که این مساله نیز با آموزه های اسلامی در تضاد است؛ زیرا در قرآن، خداوند مومنان را مسئول اصلاح جامعه شان می داند و آنان را دعوت به امر به معروف و نهی از منکر می کند؛ و مؤمنان راستین، دائما از طریق” امر به معروف” و"نهى از منکر” در اصلاح جامعه و پیراستن آن از آلودگى و فساد کوشش دارند. روش پیامبر (ص) و سیره ائمه هدى (ع) به هنگام اجراى این دو وظیفه، نشان دهنده این است که آنها این وظیفه را با نهایت لطف و محبت می آمیختند.
بنابراین، پس از بررسی این باور غیر عقلانی، و تطبیق آن با آموزه های قرآن کریم، می توان به این نتیجه رسید که این دیدگاه در قرآن، همانند نظریه الیس، دارای ابعاد شناختی- رفتاری است و آدمی می تواند از طریق آگاهی و شناخت نسبت به این که مسئولیت هر فرد در قبال وظیفه اش می باشد، به اصلاح رفتارهای خود(مسئولیت فرد در قبال عملکرد خود، خانواده و جامعه اش با انجام فریضه امر به معروف و نهی از منکر) به مبارزه با این باور غیر عقلانی بپردازد. با این تفاوت که در روان شناسی، مراجع و با کمک درمانگر، راهکارهای شناختی و رفتاری آن ها را تعیین می کنند(درمانگر به بیمار کمک می کند تا فرد، بتواند خود را با واقعیات وفق دهد و خطای خود و دیگران را بدون سرزنش خود و دیگران بپذیرد.)^[۲۴۲]. اما در قرآن، راهکارهای شناختی و رفتاری از قبل به طور کامل از سوی خداوند تعیین و تعریف گشته اند. زیرا که خداوند متعال بهترین درمانگر آدمی است که نفس و روان او را به طور کامل می داند.
۳-۱-۴٫ باور غیر عقلانی شماره چهار
اعتقاد فرد مبنی بر وحشتناک بودن و فاجعه دانستن امور به خاطر عدم مطابقت با خواسته و میل او.^[۲۴۳]
۳-۱-۴-۱٫ تبیین این باور در روان شناسی
“الیس” در درمان این باور غیرعقلانی، معتقد است که معقول اندیشی با فلسفه سلطه پذیری و تسلیم شدن فرق دارد. معقول اندیشی توصیه می کند که آن چه را فرد می تواند تغییر دهد، تغییر دهد؛ و آن چه را که نمی تواند تغییر دهد، موقرانه بپذیرد و فرق این دو را بداند.^[۲۴۴]
۳-۱-۴-۲٫ نقد و بررسی تطبیقی
بینش فرد توحیدی با بینش فرد غیر توحیدی، در قبول عدم مطابقت امور با خواسته و تمایلاتش، فرق دارد. بینش فرد توحیدی، مشیت و اراده خدا را در هر کاری مقدم می بیند و تسلیم به قضاء و قدر الهی است؛ خداوند در قرآن می فرماید که ما مقام هر کس را بخواهیم بالا می بریم:^[۲۴۵] و رحمت خود را به هر کس بخواهیم(و شایسته بدانیم) می بخشیم و پاداش نیکوکاران را ضایع نمى‏کنیم.^[۲۴۶] در قرآن کریم، آیات بسیاری که دلالت بر بینشی که فرد توحیدی باید درباره امور داشته باشد، بیان شده است؛ که در دیدگاه شناختی و رفتاری قرآن به آن پرداخته می شود:
۳-۱-۴-۲-۱٫ دیدگاه شناختی قرآن نسبت به شخصیت مومنان مبنی بر عدم مطابقت امور با خواسته و تمایل فرد؛ تسلیم در برابر حق
از دیدگاه قرآن، همیشه خیر و شرّ انسان همراه با تمایلات او نیست، چه بسا او چیزى را ناخوشایند بدارد، ولى خداوند خیر زیاد در آن قرار داده باشد^[۲۴۷] و این به خاطر آن است که انسان به همه‏ى مصالح خویش آگاه نیست؛ خداوند در قرآن در این باره می فرماید:
“کُتِبَ عَلَیْکُمُ الْقِتالُ وَ هُوَ کُرْهٌ لَکُمْ وَ عَسى‏ أَنْ تَکْرَهُوا شَیْئاً وَ هُوَ خَیْرٌ لَکُمْ وَ عَسى‏ أَنْ تُحِبُّوا شَیْئاً وَ هُوَ شَرٌّ لَکُمْ وَ اللَّهُ یَعْلَمُ وَ أَنْتُمْ لا تَعْلَمُونَ"(سوره بقره ،آیه ۲۱۶)؛ جهاد در راه خدا، بر شما مقرّر شد در حالى که برای شما ناخوشایند است. چه بسا چیزى را خوش نداشته باشید، حال آن که خیرِ شما در آن است. و یا چیزى را دوست داشته باشید، حال آنکه شرِّ شما در آن است. و خدا مى‏داند، و شما نمى‏دانید.
“علامه طباطبایی” در بیان آیه می فرمایند: “کلمه (کره) به ضمه کاف به معناى مشقتى است که انسان از درون خود احساس کند حال چه از ناحیه طبع باشد و یا از ناحیه‏اى دیگر. و کلمه (کره) با فتحه کاف به معناى مشقتى است که از خارج به انسان تحمیل شود، مثل اینکه انسانى دیگر او را به کارى که نمى‏خواهد مجبور سازد، و در قرآن کریم آمده:"لا یَحِلُّ لَکُمْ أَنْ تَرِثُوا النِّساءَکَرْهاً"(سوره نساء، آیه ۱۸)؛ یعنی این عمل بر شما حلال نیست که با تهدید از زنان ارث ببرید. و نیز آمده: