Kim, Seong-Baek;Lee, Seung-Yong;Choi, Ji-Hoon;Choi, Kyung-Ho;Jang, Byung-Tae
Journal of Astronomy and Space Sciences
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제20권4호
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pp.359-364
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2003
In this paper, we present multi-sensor data fusion for telematics application. Successful telematics can be realized through the integration of navigation and spatial information. The well-determined acquisition of vehicle's position plays a vital role in application service. The development of GPS is used to provide the navigation data, but the performance is limited in areas where poor satellite visibility environment exists. Hence, multi-sensor fusion including IMU (Inertial Measurement Unit), GPS(Global Positioning System), and DMI (Distance Measurement Indicator) is required to provide the vehicle's position to service provider and driver behind the wheel. The multi-sensor fusion is implemented via algorithm based on Kalman filtering technique. Navigation accuracy can be enhanced using this filtering approach. For the verification of fusion approach, land vehicle test was performed and the results were discussed. Results showed that the horizontal position errors were suppressed around 1 meter level accuracy under simulated non-GPS availability environment. Under normal GPS environment, the horizontal position errors were under 40㎝ in curve trajectory and 27㎝ in linear trajectory, which are definitely depending on vehicular dynamics.
In this paper, we investigate an improved mobile robot localization method using Kalman filter. The highlight of the paper lies in the formulation of combined Kalman filter and its application to mobile robot experiment. The combined Kalman filter is a kind of extended Kalman filter which has an extra degree of freedom in Kalman filtering recursion. It consists of the standard Kalman filter, i.e., the predictor-corrector and the perturbation estimator which reconstructs unknown dynamics in the state transition equation of mobile robot. The combined Kalman filter (CKF) enables to achieve robust localization performance of mobile robot in spite of heavy perturbation such as wheel slip and doorsill crossover which results in large odometric errors. Intrinsically, it has the property of integrating the innovation in Kalman filtering, i.e., the difference between measurement and predicted measurement and thus it is so much advantageous in compensating uncertainties which has not been reflected in the state transition model of mobile robot. After formulation of the CKF recursion equation, we show how the design parameters can be determined and how much beneficial it is through simulation and experiment for a two-wheeled mobile robot under indoor GPS measurement system composed of four ultrasonic satellites. In addition, we discuss what should be considered and what prerequisites are needed to successfully apply the proposed CKF in mobile robot localization.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제5권5호
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pp.547-558
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2007
This paper proposes a simpler solution to the stabilization problem of a special class of nonlinear underactuated mechanical systems which includes widely studied benchmark systems like Inertia Wheel Pendulum, TORA and Acrobot. Complex internal dynamics and lack of exact feedback linearizibility of these systems makes design of control law a challenging task. Stabilization of these systems has been achieved using Energy Shaping and damping injection and Backstepping technique. Former results in hybrid or switching architectures that make stability analysis complicated whereas use of backstepping some times requires closed form explicit solutions of highly nonlinear equations resulting from partial feedback linearization. It also exhibits the phenomenon of explosions of terms resulting in a highly complicated control law. Exploiting recently introduced Dynamic Surface Control technique and using control Lyapunov function method, a novel nonlinear controller design is presented as a solution to these problems. The stability of the closed loop system is analyzed by exploiting its two-time scale nature and applying concepts from Singular Perturbation Theory. The design procedure is shown to be simpler and more intuitive than existing designs. Design has been applied to important benchmark systems belonging to the class demonstrating controller design simplicity. Advantages over conventional Energy Shaping and Backstepping controllers are analyzed theoretically and performance is verified using numerical simulations.
Safety is the prime concern for a high-speed railway bridge, especially when it is subjected to a collision. In this paper, an analysis framework for the dynamic responses of train-bridge systems under collision load is established. A multi-body dynamics model is employed to represent the moving vehicle, the modal decomposition method is adopted to describe the bridge structure, and the time history of a collision load is used as the external load on the train-bridge system. A (180+216+180) m continuous steel trussed-arch bridge is considered as an illustrative case study. With the vessel collision acting on the pier, the displacements and accelerations at the pier-top and the mid-span of the bridge are calculated when a CRH2 high-speed train running through the bridge, and the influence of bridge vibration on the running safety indices of the train, including derailment factors, offload factors and lateral wheel/rail forces, are analyzed. The results demonstrate that under the vessel collision load, the dynamic responses of the bridge are greatly enlarged, threatening the running safety of high-speed train on the bridge, which is affected by both the collision intensity and the train speed.
In our paper, we propose an asymmetric single-tracked wheel system, and describe its structure and the method for maintaining the length of a transformable track system. And the method is reducing the gap of lengths. Therefore, we propose an efficient structure for transforming and explain motions with kinematics. Our transformable shape single-tracked mobile system has an advantage to overcome an obstacle or stairs by the variable arms in the single unity track system. But we will make the variable shape of tracked system get a drive that has a force to stand against a wall. In this case, we can consider this system to a rigid body and have a notice that this single tracked system is able to get vary shape with the variable arm angle. Considering forces balance along x-axis and y-axis, and moments balance around the center of the mass we have. If this rigid body is standing against a wall and doesn't put in motion, the force of flat ground and the rigid body sets an equal by a friction. In the same way, the force of a wall and the rigid sets an equal by a friction.
A bushing is a device used in automotive suspension systems to cushion the force transmitted from the wheel to the frame of the vehicle. A bushing is essentially a hollow cylinder which is bonded to a solid metal shaft at its inner surface and a metal sleeve at its outer surface. The shaft is connected to the suspension and the sleeve is connected to the frame. The cylinder provides the cushion when it deforms due to relative motion between the shaft and sleeve. The relation between the force applied to the shaft or sleeve and its deformation is nonlinear and exhibits features of viscoelasticity. An explicit force-displacement relation has been introduced for multi-body dynamics simulations. The relation is expressed in terms of a force relaxation function and a method of determination by experiments on bushings has been developed. Solutions allow for comparison between the force-displacement behavior by experiments and that predicted by the proposed method. It is shown that the predictions by the proposed force-displacement relation are in very good agreement with the experimental results.
Terrain surfaces have to be modeled in very detail and wheel-surface contacting geometry must be well defined in order to obtain proper ground-reaction and friction forces for realistic simulation of off-road vehicles. Delaunay triangulation is one of the most widely used methods in modeling 3-dimensional terrain surfaces, and T-search is a relevant algorithm for searching resulting triangular polygons. The T-search method searches polygons in successive order and may not allow real-time computation of off-road vehicle dynamics if the terrain is modeled with many polygons, depending on the computer performance used in the simulation. In order to accelerate the searching speed of T-search, a terrain database of triangular polygons is modeled in multi-levels by adopting the LOD (Level of Detail) method used in realtime computer graphics. Simulation results show that the new LOD search is effective in shortening the required computing time. The LOD search can be even further accelerated by introducing an NN (Neural Network) algorithm, in the cases where a appropriate range of moving paths can be predicted by cultual information of the simulated terrain, such as lakes, houses, etc.. Numerical tests show that LOD-NN search almost double the speed of the original T-search.
Model trains should have very similar motion characteristics to real trains in order to provide realistic feeling to their operators. Main purpose of dynamic analysis of model trains is to predict velocities in straight and circular tracks and estimate stopping distance after power shut off. Equations of motion for a model train are derived that relates velocity, traction, rolling resistance, and pulling force. Also, energy equations for calculating stopping distance after power shut off are derived. Experiments with model trains are preformed to measure velocity, rolling resistance, slip, and stopping distance. The results are compared with the prediction based on the equations of motion, and they showed good agreement. It can be concluded that the prediction is more accurate when the slip between wheel and rail is accounted for. The analysis procedures can be applied to determining various design factors in model trains.
본 연구에서는 다물체 동역학 모델을 이용한 철도차량의 임계속도 계산 방법을 제시하였다. 휠과 레일의 접촉 구속조건과 접촉력을 휠셋 단위에서 수식화하였다. 이를 대차모델에 합하여 구속조건을 가진 다물체 동역학 운동방정식으로 철도차량의 동적모델을 표현하였다. 철도차량의 다물체 동역학 모델에 대한 비선형 구속조건식과 운동방정식은 QR 분해법을 이용하여 독립좌표만으로 이루어진 선형방정식으로 유도하였다. 유도된 선형방정식으로부터 휠셋 및 이륜 대차에 대한 고유치 해석결과를 통해 임계속도를 구하였다. 임계속도에 영향을 미치는 차량 파라미터의 영향에 대한 결과를 제시하였다.
An elastomeric bushing is a device used in automotive suspension systems to cushion the force transmitted from the wheel to the frame of the vehicle. A bushing is an elastomeric hollow cylinder which is bonded to a solid metal shaft at its inner surface and a metal sleeve at its outer suface. The relation between the force applied to the shaft or sleeve and their relative deformation is nolinear and exhibits features of viscoelasticity. Numerical solutions of the boundary value problem represent the exact bushing response for use in the method for determining the force relaxation function of the bushing. The new nonlinear viscoelastic bushing model, which is called Pipkin-Rogers model, is proposed and it is shown that the predictions of the proposed force-displacement relation are in very good agreement with the exact results. This new bushing model is thus very suitable for use in multi-body dynamics codes. The success of the present study for axial mode response suggests that the same approach be applied to other modes, such as torsional or radial modes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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