Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.49
no.1
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pp.47-56
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2012
Bicycle has a large amount of kinetic energy available for energy harvesting technology in its speedy and balanced riding movement. Systematic and realistic analysis of its dynamic property is essential to improve the efficiency of energy harvester. However, there has not been enough researches about precise measurement or analysis of bicycle dynamics on real roads. This study aims to investigate the characteristics of vibrational movement of bicycle using MEMS-based accelerometer and to develop a prototype of electromagnetic energy harvester with nonlinear behavior which is proper to the random vibrations accompanied in bicycle riding. The vibrational components have average magnitude of 1 g and turn out to be independent of riding speed. The developed prototype of energy harvester was installed on a front port of a bicycle to use this ambient vibration and generated an average electrical power of 1.5 mW which is enough to support power for most of portable sensors and short range radio-frequency communication. Further study about isolation of vibration from a rider and conversion efficiency is ongoing. The developed energy harvester is expected to be a platform technology for sustainable portable power supply for various smart IT devices and applications.
This paper describes the construction of a half sphere screen driving tilting simulator that can perform six degree-of-freedom (DOF) motions simulator to a tilting train. The mathematical equations of Tilting Train dynamics are first derived from the 6-DOF bicycle model and incorporated with the bogie, carbody, and suspension subsystems. The equations of motion are then programmed by visual C++ code. To achieve the simulator functions, a motion platform that is constructed by six electric-driven actuators is designed, and its kinetics/inverse kinetics analysis is also conducted. Driver operation signals such as carbady angle, accelerator, and tilting positions are measured to trigger the Tilting dynamics calculation and further actuate the cylinders by the motion platform control program. In addition, a digital PID controller is added to achieve the stable and accurate displacements of the motion platform. The experiments prove that the designed simulator is adequate in performing some special rail road driving situations discussed in this paper.
In this paper, attitude control of autonomous system using bike based on variable structure control is discussed. Variable structure control is more than a promising technique in the field of nonlinear control. It permits the realization of very robust and simple regulators, with appealing sliding mode characteristics especially if the considered dynamics requires a very short sampling time. We derive dynamic equation of it and demonstrate that the designed controller stabilizes attitude simultaneously regardless of wheel position by computer simulation.
In the virtual environment, reality can be enhanced by offering the motion based on a motion simulator in harmony with visual and auditory modalities. In this research the Stewart-Gough-platform-based motion simulator has been developed. Implementation of vehicle dynamics is necessary in the motion simulator for realistic sense of motion, so bicycle dynamics is adopted in this research. In order to compensate for the limited range of the motion simulator compared with the real vehicle motion, washout algorithm composed of high-pass filter, low-pass filter and tilt coordination is usually employed. Generally, the washout algorithm is used with fixed parameters. In this research a new approach is proposed to tune the filter parameters based on fuzzy logic in real-time. The cutoff frequencies of the filters are adjusted according to the workspace margins and driving conditions. It is shown that the washout filter with the fuzzy-based parameters presents better performance than that with the fixed ones.
The equations of motion of two-wheeled vehicles, e.g. bicycles or motorcycles, are developed by using Lagrange's equations for quasi-coordinates. The pure rolling constraints between the ground and the two wheels are considered in the dynamical equations of the system. For each wheel, two nonholonomic and two holonomic constraints are introduced in a set of differential-algebraic equations (DAE). The constraint Jacobian matrix is obtained by collecting all the constraint equations and converting them into the velocity form. Equilibrium, an algorithm for searching for equilibrium points of two-wheeled vehicles and the associated problems are discussed. Formulae for calculating the radii of curvatures of ground-wheel contact paths and the reference point are also given.
Vehicle dynamics control (VDC) system requires more information on driving conditions compared with ABS and/or TCS. In order to develop the VDC system, tire slip angles, vehicle side-slip angle, and vehicle lateral velocity as well as road friction coefficient are needed. Since there are not any cheap and reliable sensors, recent researches on parameter estimation have given rise to a number of parameter estimation techniques. This paper presents new vehicle model to estimate vehicle's yaw rate. This model is improved from the conventional 2 degrees of freedom vehicle model, so-called bicycle model, taking nonlinear effects into account. These nonlinear effects are: (i) tyre nonlinearity; (ii) lateral load transfer during cornering; (iii) variable gear ratio with respect to vehicle velocity. Estimation results are validated with the experimental results.
This paper describes the construction of a half sphere screen driving tilting simulator that can perform six degree-of-freedom( DOF) motions simmulator to a tilting train. The mathematical equations of Tilting Train dynamics are first derived from the 6-DOF bicycle model and incorporated with the bogie. carbody, and suspension subsystems. The equations of motion are then programmed by visual C++ code. To achieve the simulator functions. a motion platform that is constructed by six electric-driven actuators is designed. and its kinetics/inverse kinetics analysis is also conducted. Driver operation signals such as carbady angle, accelerator. and tilting positions are measured to trigger the Tilting dynamics calculation and further actuate the cylinders by the motion platform control program. In addition. a digital PID controller is added to achieve the stable and accurate displacements of the motion platform. The experiments prove that the designed simulator is adequate in performing some special rail mad driving situations discussed in this paper.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.17
no.2
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pp.1-9
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2009
A parking-assist system is defined that a driver adjusts vehicle velocity through brake pedal operation and parking-assist system controls the motion of the vehicle to follow a collision-free path. In this study, a motion control algorithm using Fuzzy inference is proposed to track a maneuvering clothoid parallel path. Simulations are performed under SIMULINK environments using MATLAB and CarSim for a vehicle model. As the vehicle model in MATLAB a bicycle model is used including lateral dynamics. The simulation results show that the path tracking performance is satisfactory under various driving and initial conditions.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.1
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pp.139-147
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2001
In this study a path control scheme of simulation models of various vehicles to evaluate their handling characteristic is developed. Based on the forward target method, path deviation error is estimated and the required steering effort to reduce the error is computed by Ziegler-Nichols PID control rule. Velocity control model is also included in the proposed path control scheme to achieve the desired velocity. The path control scheme is implemented on a full vehicle model to perform ISO test procedures, such as steady state cornering, lane change, and sinusoidal input, etc. Through the simulations of ISO test procedures and comparison with actual tests, effectiveness and validity of the path control model is demonstrated.
This paper describes a rollover index (RI)-based rollover mitigation control (RMC) system. A rollover index which indicates an impending rollover has been developed by a roll dynamics phase plane analysis. The rollover index is calculated using the roll angle, the roll rate, the lateral acceleration and time to wheel lift (TTWL). A differential braking control law based on a 2-D bicycle model has been designed using the direct yaw control (DYC) method. An RMC threshold has been determined from the rollover index. The performance of the RMC scheme and the effectiveness of the proposed rollover index are illustrated using a vehicle simulator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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