Longitudinal and lateral forces acting at tire are known to be closely related to the tractive ability, braking characteristics, handling stability and maneuverability of ground vehicles. However, it is not feasible in the operating vehicles to measure the tire forces directly because of high cost of sensors, limitations in sensor technology, interference with the tire rotation and harsh environment. In this paper, in order to develop tire force monitoring system, a new vehicle dynamics monitoring model is proposed including the roll motion. Based on the monitoring model, tire force monitoring system is designed to estimate the lateral tire force acting at each tire. A newly proposed SKFMEC (Scaled Kalman Filter with Model Emr Compensator) method is developed utilizing the conventional EKF (Extended Kalman Filter) method. Tire force estimation performance of the SKFMEC method is evaluated in the Matlab simulations where true tire force data is generated from a 14 DOF vehicle model with a combined-slip Magic Formula tire model.
Longitudinal and lateral forces acting on tires are known to be closely related to the tract-ability braking characteristics handling stability and maneuverability of ground vehicles. In thie paper in order to develop tire force monitoring systems a monitoring model is proposed utilizing not only the vehicle dynamics but also the roll motion. Based on the monitoring model three monitoring systems are developed to estimate the tire force acting on each tire. Two monitoring systems are designed utilizing the conventional estimation techniques such as SMO(Sliding Mode Observer) and EKF(Extended Kalman Filter). An additional monitoring system is designed based on a new SKFMEC(Scaled Kalman Filter with Model Error Compensator) technique which is developed to improve the performance of EKF method. Tire force estimation performance of the three monitoring systems is compared in the Matlab simulations where true tire force data is generated from a 14 DOF vehicle model with the combined-slip Magic Formula tire model. The built in our Lab. simulation results show that the SKFMEC method gives the best performance when the driving and road conditions are perturbed.
Four wheel steering(4WS) systems which can control the lateral and yaw motions of vehicles by steering front and rear wheels simultaneously, have been regarded as effective for improving the stability and handing performance of vehicles. However, since the 4WS systems depend only on the lateral force of tire, they have some limitation due to the nonlinear characteristics of tire related with the saturation phenomenon of lateral force to the slip angle of tire in a near-limit-performance maneuvering range. In this study, in other to evaluate the effect of nonlinear characteristics of tire on the dynamic performance of vehicles, a new concept for driving the cornering stiffness of nonlinear tire by using the "Magic Formula" tire model is proposed. In addition, the nonlinear 4WS vehicle model is constructed based on the proposed cornering stiffness of nonlinear tire. It is noted from simulation that the nonlinear characteristics of tire affect greatly on the 4WS vehicle performance.rformance.
This paper presents collision avoidance using model predictive control algorithm. A model predictive control algorithm determines lateral tire force and yaw moment and steering angle input and differential braking input is determined from lateral tire force and yaw moment. A constraint for model predictive control is designed for obstacle avoidance. A objective function is designed to minimize lateral tire force and yaw moment input and to follow changed lane after collision avoidance. The performance of proposed algorithm has been investigated via computer simulation conducted to vehicle dynamic software CARSIM and Matlab/Simulink.
During a straight driving and cornering maneuver by a vehicle various forces and moments are exerted on the tire's footprint. A cornering properties, handling and stability performances of vehicle can be predicted by these forces and moments values. Therefore, on this study, a lateral force and a aligning torque are predicted by these forces and moments values. Therefore, on this study, a lateral force and a aligning torque are predicted using a finite element method. Contact area of the tire between bead and wheel are fixed to simplify of a finite element model. Lateral force is exerted on the rigid surface as a real load with Coulum friction after inflate and load vertically. Then, rotate the tire's axle to simulate a free rolling untill taken the equilibrium of a aligning torque. Also, experimental observations are made to test a reliability of a FE analysis conducted in this study. The finite element analysis said that good agreement was obtained with experimental results of these cornering properties, giving confidence within about one percent. So it os recommended that a finite element analysis can be used as a good tool to predicted the tire cornering properties.
Tire force is one of important parameters which determine vehicle dynamics. However, it is hard to measure tire force directly through sensors. Not only the sensor is expensive but also installation of sensors on harsh environments is difficult. Therefore, estimation algorithms based on vehicle dynamic models are introduced to estimate the tire forces indirectly. In this paper, an estimation system for estimating lateral force and states is suggested. The state-space equation is constructed based on the 3-DOF bicycle model. Extended Kalman Filter, Unscented Kalman Filter and Ensemble Kalman Filter are used for estimating states on the nonlinear system. Performance of each algorithm is evaluated in terms of RMSE (Root Mean Square Error) and maximum error.
For a mobile robot that travels along a terrain consisting of various geology, information on tire force and friction coefficient between ground and wheel is an important factor. In order to estimate the lateral force between ground and wheel, a lot of information about the model and the surrounding environment of the vehicle is required in conventional method. Therefore, in this paper, we are going to estimate lateral force through simple model (Minimal Argument Lateral Slip Curve, MALSC) using only minimum data with high estimation accuracy and to improve estimation reliability of the friction coefficient by using the estimated lateral force data. Simulation is carried out to analyze the correlation between the longitudinal and transverse friction coefficients and slip angles to design the simplified lateral force estimation model by analysing simulation data and to apply it to the actual field environment. In order to verify the validity of the equation, estimation results are compared with the conventional method through simulation. Also, the results of the lateral force and friction coefficient estimation are compared from both the conventional method and the proposed model through the actual robot running experiments.
Recent research suggests the various applications of Model Predictive Control on vehicle systems. In numerous cases, nonlinear tire models such as the Magic Formula, which are highly complex and are more detailed than necessary, are used. This paper presents a nonlinear tire model that excludes the region of negative slope but expresses the nonlinear properties of tire well enough for tracking the lane of a racing course. The proposed inverse tire model can also be used to calculate the slip angle from the tire force. Thus, the model can be utilized to design the Model Predictive Controller.
The paper has analyzed the influence of tire design variable on the tire Force and Moment (F&M) characteristics, especially by the belt angle, the Plysteer Residual Aligning Torque (PRAT) which is considered as one of the causing factors for the vehicle pull. To validate the tire FE model, the tire stiffness and the PRAT which can be derived from the simulation data have been compared with the experimental data of test machine. In addition to PRAT characteristic, the tire stiffness and cornering characteristics due to the belt angle have been investigated. The effects of drum's curvature on the PRAT have been also investigated using the tire FE model and the usefulness of the current drum type F&M test machine can be confirmed.
차량의 동적특성, 즉 소음, 진동, 승차감 및 조종안정성능 등에 중요한 영향을 미치는 부품중에 하나로 차체의 중량을 지지하고 노면과 접촉하여 회전하면서 조타성을 지니는 타이어를 고려하지 않을 수 없다. 지금까지의 이러한 타이어 최적설계에 이용되어지고 있는 예측기법으로는 유한요소해석 방법이 널리 활용되어 지고 있으나, 이는 타이어에 공기압 주입 및 차량의 조종안정성능이 우수한 타이어 제품개발 및 개선을 위해 차량 주행시 타이어와 노면과의 접지면에 작용하는 힘과 모멘트를 예측할 수 있는 유한요소해석 적용기법을 개발하였으며,이러한 해석기법을 통한 결과와 실측치는 매우 유사한 관계를 지니고 있음을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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