Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 Septem be r 2020 , pp.  1220 ~ 1229   IS S N:  20 88 - 8694 DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 3 . pp 1220 - 1229          1220       Journ al h om e page http: // ij pe ds .i aescore.c om   Senso r/actuato r fau lt  tole rant slid ing mo de cont rol for a nti - lock  braking  in a qua rter el ectric ve hicle       Bamb ang L. Wi dj ia ntoro , Ka th eri n I ndr iawati   Depa rtment  o E ngine er ing  Phys i cs,   Insti tut Te kn ologi   Sepu luh   N ovem ber ,   Indon e sia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Dec   4 , 2 019   Re vised  M a r   17 , 2 0 20   Accepte Apr   2 3,  20 20       Thi pap er   prop oses  a   sche m t im prov e   reg en era t ive  ABS   tec hnology  th at  al re ady  ex ists  to day  by  addi ng   a cc om moda t ion  f aul ts  to  the   control  sys te m.  The   no mi na co ntrol   al gori thm   used  is  a   slidi ng   mode  cont ro s tha t   sys te m   nonli ne ari t ie c a be  hand le pr oper ly.  The  pro posed  me thod   th en  is  c al l ed   sensor/a ct u at or  f aul tol e ran t   slid ing  mode  contro sys te m.  I d esigni ng  th e   proposed  con trol,  the r e   are  two  st age s,   na me ly   est im ation   of   fau l ts,  as  w el l   as   the   a ctive  me ch a nism  for  re conf i guring  cont ro ls.  Esti mation  of   fa ult is  done   by  using  propor ti onal - integra l   ( PI)  observe rs  b a sed  on  ext end ed   state  spa ce  equa t i on.   Wh er ea the  control   signal  r ec onfi g ura ti on   is   done   a ct iv el y   by  rep lacing   m ea su red   ou tput  with   t hei r   estimates  an co mpe nsat ing  for  con trol  signal   using  th ac tu at or  f aul t   est im ate.  The  simul at ion  show tha t   the   con trol  sys te base on  the   propos ed  al go r it hm  produc es  better   dynam i c   per forma n ce  than  the  slidi ng   m ode  con trol   (S MC)  without   f a ult   to le r ant  fea tur e.   Furth er more ,   the   sys tem  provide inh e ren ch aracteristic  for  de al ing   with  a   mi nor   fau lt   in   th hydr aul i a ct u at or .   Ke yw or d s :   Brakin g syste m   Fault   tolera nt c on t ro l   Ob se r ver   Re gen e rati ve    Sli din g m od e  c on t ro l   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Kathe rin Ind riawati   Dep a rteme nt of E ng i neer i ng  Physics,   In sti tut Te knol og Sepulu h N ov e mb e r,   Kam pus ITS,  S ukolil o,   Sura ba ya 601 11, In do nesia.   Emai l:   kathe rin@ e p. it s.ac.i d       1.   INTROD U CTION     On im porta nt  com pone nt  in   the  el ect ric  ve hicle   (EV)  is  the  braki ng   s yst em.  The  moder bra king  sy ste us ed  t current  passe ng e ve hicle is  the  anti - loc br a king  s ys te (A B S) bec ause  this  s ys te can   pr e ve nt  the  w he el on  the   car   from  bein l oc ked  w he the r is  eme rg e nc braki ng  or  s ud den  bra king,  s that  the  car  sto pp i ng  distanc w il decr ease  a nd  ma neuve ra bili ty  will   inc rease  [ 1].  T hi sy ste m   can   gr eat ly  impro ve  veh ic l safety   in  e xtr eme  co ndit ion s   beca us ABS  can  ma ximize   ro a ti re  fr ic ti on  wh il mai ntai nin g   la rge  la te ral  ( directi onal f orce  that  e nsures   ve hicle   c on tr ol   [2].  F or  va r ie ty  of  r oad  co nd it io ns ,   the re  is  a op ti m um   sli rati that  ma ximize the  f rict ion   c oeffici ent   on   al r oad   c onditi ons  [ 3].  Ther e f or e,  s uitable   con t ro strat e gy  is  to  mai ntain  the  sli rati value  t re ma in  in  the  opti mal  an safe  work i ng  ra ng e   of   t he   br a king  s ys te m.  I ge ner al ,   the  c on tr ol  pur pose  of   t he  ABS  is  t set   the  wh eel   sli rati to  it op ti m um    range  [4 - 6].   In  EV s om e   ABS  s ys te ms   us in mecha ni cal   br a king  (fr ic t ion ),  al so  use   re generati ve   braki ng  in   order  t save   el ect rici ty  as   de scribe in   [ 7].  T his   s ys te m   known  as  reg e ner at ive  ABS  can  incre ase  ve hicle   eff ic ie nc y.  T he   stu dy  resu lt s   s howe t hat  the   ene r gy  sto ra ge   achie ved  by  this  s ys te m   ra nged   f r om  8%   -   25%  of  th t otal  en ergy  us e by  ve hicle s,  dep e ndin on  the   re gu la to r c ycle  and  c on tr ol  st r at egy  [ 8].  Hence   this   te chnolo gy  ha bee ap plied   to   ma ny  kind of   EV Tu et   al [7]  a nd  M iz arei  et   al .   [ 9 ]   hav e   pro po s ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Sensor/ actu ator f ault  tolera nt  sli din g m ode c on tr ol for  anti - lock braki ng    ( B amban L . Widjia nto r o )   1221   reg e ner at i ve  braki ng  strat e gies  an co ntr ol  meth ods   duri ng  normal  a nd  s udde brak ing  eve nts,   wi thout   discuss i ng the   ABS sc heme  in  thei re searc h.   Re gen e rati ve  br a king  s ys te is  superi or  to  hy dr a ulic  br a king  in   te rms  of   acc ur acy,  s pee of   respo ns an ease  of   meas ureme nt.  H owe ver,  since  r eg ener at ive  br a ki ng   s ys te is  const raine by   man factors  s uch  as   mo t or   sp ee d,  sta te   of   c ha rg e   an batte ry  te mp e ratur e   [ 10 ] w hile  f rict ion  br a ki ng   sy ste is   sti ll   us ed  as  a   com pleme nt.  Ther e f or e,   it   is  necessa r to   de velo brakin strat e gy  that  co ordinat es  the   reg e ner at i v e to rque  of the  mo t or  a nd the  fric ti on  t orque o t he hydra ulic u nit, as  pro po se in  [7]. F ur t he rm or e,   in  rece nt  yea rs,  adv a nces  i ac tuator  te c hnology   ha ve  le to  el ect ro - hydraul ic   and   el ect r o - mecha nical   br a kin sy ste ms  that  ar capab le   of   c onti nuous  m odul at ion   of   braki ng   t orqu [2].   Ther e f or e,  rese arch   on   ABS  c on t ro l   sy ste ms  equip pe d wit h rege ne rati ve bra king i s a  very  releva nt s ys te m to  b e  d e velo ped.   ABS  c ontr ol  is   fairl c ompli cat ed.   The   mai obsta cl t hat  a rises  wh e de s ign in ABS   c ontr ol  is  t he  natu re  of  no nl inearit ie and  la rg unce rtai nties.  num ber   of   a dvanc ed  co ntr ol  ap proac hes  ha ve   been   pro po se for  A BS,  su c as  f uz zy  lo gic  co ntr ol  [ 10],   ne ur al   netw ork  [ 11] adap ti ve   co ntr ol  [ 12],   sli di ng  mode   con t ro [ 13]  a nd   oth e intel li gen co ntr ols Alon wit the  de velo pm e nt  of  ABS  te chnolo gy  that   us es   el ect rical   com pone nts,   the   c han ce   of  e rrors  al so  i ncr ease s.  In  a ddit ion ,   f or  ABS   te ch no l ogy  that   sti ll   us e s   fr ic ti on   braki ng  ( hydrauli c)  s ys te ms  oth e than  re gen e rati ve  bra king,  me chan ic al   c omp on e nts  s uch   a va lves ,   pumps  a nd  el ect ric  mo t or s   in   fact  hav e   fa il ur inte ns it that  excee ds  el ect ronic  co mpon e nts  [14 ].   I thi s   case,  no  matt e how   go od  th co ntr ol  s ys te is,   the   nom inal  co ntr ol  s yst em  does   no t   ha ve   the   abili ty  to   gu a ra ntee  the   con ti nuit of  t he  whole  s ys t em  du rin a   f ault  eve nt  in   it com pone nts,   su c a se nso rs  a nd  act uator s .   Th ough   the   dema nd  f or  s ys te m   re li abili ty  is  very   hi gh  on  ABS   r el at ed  to   sec uri ty  iss ues,  passe ng e r   safety  remains   to  be  ma nd at ory  featu re  t hat  must   be  f ul fill ed,   an the   reli ab il it of   t he  re ge ner at iv ABS   sy ste m us al so   be  high.   Fa ults  that  occ ur ,   su c a in   the   ABS  c ontrol   s ys te m,   na mely   fau lt i the   s ol eno id   valve   a nd  s pee sens or mu st  b ac co mm od a te s that  t he  sy ste m   co ntin ue to  w ork   i a   safe   a rea.   T he refor e it   is  ne ce ssar to  bu il a   c on t ro l   syst em  t hat  is  a ble  t acc om m odat t he  occurre nce   of  fau lt ( with  a   certai le vel of err or) kno wn as  fau lt   tolerant c ontr ol ( FTC ).     The  a dv a nta ge   offer e by  FT te chnolo gy  on  re gen e rati ve   ABS  is  a in crease  in   sy ste reli abili ty   at   an   eco nomic al   cost   beca us e   it   does   not  a dd   an ha rdwa re co m pone nts o t her  tha softw are r epai r.  H oweve r,  the  stu dy  res ults  of  F TC  f or  br a king  sy ste ms  in   par ti cula a re  very   fe w.  O ne  of  the   fin dings  of  the   li te ratur e   study  is   re port ed  by  Sw a roo et   al [1 5]  w ho  s uggeste t hat  the   im pact   of  t he  fail ure  of  the   bra king  sy ste m   (sen s ors a nd  ac tuators ) on   el ect rical ly control le ve hicle s is to inhibit  the  ve hicle 's ab il it y t slo do wn.  The us e tw set of   fail ure  dete ct ion   filt ers  (e ach  f or  se nsors   an act uat or s )   to  de te ct   fai lure,   a nd  obser ver s   to   reconfi gure  c ontr ol  sig nals.   Althou gh  im pa ct   of  m odel   inaccu racies,   de te ct ion   e rror  and  pr ese nce  of  noise   hav e   not  been   discusse d,  this   scheme   is  f or  sp ee c on t ro sy ste m,   rat her   than  sli co ntr ol  syst em  ( AB S) I n   add it io n,   t he  use   of  filt er  s et ma kes  c omp utati on al   l oad  la rg e ve th ough  t he  s ys te m us be   rea li zed  in  real - ti me,   so  t he  ti me   inter val  betwee t he  i nput  a nd  ou t pu t   sig nals   of  t he  sy ste m us t   be   re du ce   as m uch as  pos sible.   This  paper  di scusses   the   de velo pm e nt  of  re gen e rati ve   ABS   -   c ombinati on   of  reg e ner at i ve  br a king  a nd  m echan ic al   br a ki ng  -   w hich  is  e qu i pp e with  t he  FTC   sche m e.  He re  th sli c on t ro s ys te was   stud ie to  pro du ce  t he  ri gh t   br a king  re spo ns desp it fa ults  in  the  se nsor  a nd  act uat or   c omp on e nts The   pro po se sc he me  is  on l bas ed  on  obse rv e r so   re duces  lo ad  co mputat io n.   It w as  ap plied  to  sim ulati ons  us in a quarter  car  m od el .       2.   RESEA R CH MET HO   quarter   ca model  is   the   one  of  ve hicle   modeli ng  meth od  by  c onside r ing  only   one  w heel  as   s how in  Fi gure  1.  I has   th ree  f orces  i nf l uen ci ng  it m ovem ent  wh e bra king  occ ur s namely   ae rod yn a mic  resist ance  f or c (F a a nd  t he  br a king  f or ce   ( Fx ) The   eq uat ion  of  t he  hori zon ta mo ti on   of  the   car   due  to  the   two f or ces  is:     ( + ) = ̇   (1)   = 2     (2)   =         (3)     with:       = aer odynamic  constant    g   = gravit at ion al   acce le rati on   ( m/s 2 )   V     = v e hicle  sp ee d (m/s)     m     = one - w heel m ass (kg)     = coe ff ic ie nt  of roa s urface  f rict ion     R   = w heel ra diu s  ( m )   The w heel r ota ti on   m otio n m od el  is  g i ven by the  equati on:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    12 20     12 29   1222     = ̇   (4)     with:     = braki ng torq ue (N .m)    J   = m om e nt in erti a o f  one  w he el  ( kg. m 2     an gula r   sp e ed  of  w heel   (r a d/s)   Road   surface   f rict ion   c oeffici ent  ( c ou l be   modell ed  by  t he  ma gic  e qu at ion   giv e by  P acej ka  an Ba kk e r [16]:     ( , ) = [ 1 ( 1 2   λ ) 3 ] 4   λ   (5)   with    1     = the ma xim um val ue of  fric ti on  c urve    4     = wetne ss c harac te risti c v al ue   2     = the  fr ic ti on c urve sha pe        = sli rati o   3     = the  fr ic ti on c urve  dif fer e nce  b et wee t he m aximum  value   and the  valu e a t λ =  1     The  sli rati represe nts  th diff e re nce  be tween  th ve locit of  the  t ire  ci rcumfe re nce  an th relat ive spee of the  ve hicle  ag ai ns t t he  r oa d surface,  which   can  be  e xpress e in  terms  of  ( 6) :     =      (6)     Wh e the re  is   ve r st ron br a king,   it   ca ge ne rall ca use   w heel   loc kup  wh ic mea ns   ω  =   0,  s   λ  1.   T he  co ndit ion   of   wh ee lockup  ca e xten the  sto ppin dista nce  a nd   ca us lo ss  of   c on t ro to w ard t he  directi on  of  m otion.  I ncr ease w heel  sli c auses   a   re du ct i on  in   ti re   f rict ion  c oeffici ent,   .   T her e fore   ABS   is  need e t li mit  sli ps  to  pre vent  lock in g o t he  wheel s.   Th us the   co nt ro s ys te us e on  ABS  m ust   adjust  the  a m ount  of  br a king  to rque  pro duced  by  both   br a king  sy ste m s.  T he  al gorith f or  determi ni ng  the   distri buti on   of  bo t s yst ems  is  s how in  Fig ur e   2,   w hic is  modific at ion  of  that   by   G uo  et   al [17 ].  Wh e th e   br a ki ng  pe dal   is  ste pp e on,   t he  c on t ro ll er   produ ces  the   require br a kin t orq ue  val ue,   T br   T he  c onditi on  of  th veh ic le w he bra king  sta rts  to  be  act iv e,  will   determi ne  th avail able  br a ki ng  to rque  of  th m oto r T mavail I t he  require br a king  t orq ue  is  small er  t han  the   avail able  br a ki ng  to rque  of  t he  mo t or ,   the on l reg e ne rati ve  br a king   is  act ivate d,  i the  mo t or  braki ng  sy ste m is ru to prod uce th e s ame braki ng  t orq ue  as  T mf   = T br   If  the brak i ng torq ue  re quir ed  is g reater th an  the  avail able  bra kin tor que  of   t he   mo t or ,   the t he  m otor  br a kin sy ste is  r un  to  pro du ce  it fu ll   capa bili ty  T mf   T mavail an t he  hydra ulic  braki ng  s ys te m   is  al so  act ivate t pro duce  t he  de man hy dr a ulic  br a king   to rque   T hf   = T breq     T mf .           Figure  1.  F or ce s on  a  quarte c ar  wh eel   [7]       The  reg e nerat ive  ABS  s ys te w orks  by  a dj us ti ng   t he  br a king  to rque  t keep  the  sli r at io  value   in  accor da nce  with  t he  set point.   Brakin to rque   that  w orks   on   re ge ner at ive   ABS  sy ste ms  i ob ta ine f rom  the   br a king t orqu e   of the  mo t or   an d hyd ra ulic  br a king to r qu e  as  giv e n (7):     T b   = T m   +   T   (7)     Av ai la ble  m oto r  braki ng to rque,  T mavail , can  be  cal culat e d b y (8):       =              (8)   wh e re :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Sensor/ actu ator f ault  tolera nt  sli din g m ode c on tr ol for  anti - lock braki ng    ( B amban L . Widjia nto r o )   1223   T mmax   = maxim um   mo t or torq ue;  = tra nsmi ssion rati o;   η t   = trans missi on  eff ic ie nc y   k SOC   = weig hting fact or  i t he  stat e o f  ch a r ge  of  batte ry ,  the   amo un of  wh i ch  is  determi ne d by :     k soc  { 1 10   ( 0 . 9 SOC ) 0   SOC   0 . 8   0 . 8 < SOC 0 . 9   0 . 9 < SOC 1   (9)       the  weig htin facto du e   to   the  lo el ect ri cal   force  ( vo lt a ge)  ge ne rated  wh e t he  r otati on  s peed  is  lo w,  can  be  e xpress ed  as  [17]:     = { 0 ( 50 ) / 50 0     50   rad / s   50 < 100   rad / s   > 100   rad / s   (10)     Fu rt hermo re,  the  dynamics  of  the moto r bra ki ng   sy ste m  can  b modele d as  a f ir st - or der   syst em [18]:     ( )  ( ) =   1 + 1   (11)     with    m   bein t he  m otor t orque ti me consta nt .   Hydrauli brak ing   to r qu is  ge ner at e by  fluid   pr es sure  w hich  has  fi rst - order   dyna mic sy ste m S that  the  dyna mic  equ at io of   the  hydr aulic   br a king   sy ste ca be  w ritt en  as  (12)   a g iven  by     Paulin us  et al .   [19] :     ( ) ( ) =   1 + 1   (12)     wh e re    h   = t he  hydra ulic t orq ue  ti me c onsta nt.   The  c on t ro ll er  pro du ces a  con trol sig nal in the  f orm  of  t he  r equ i red   braki ng to rque  value,  T br   blo c diag ram  of  thi co ntr ol  syst em  is  s how in   Fig ur 3.  T he   co ntr ol  al gori thm  us e is  sl iding  m od e   co ntr ol  (SMC).   S M C   has   bee ch ose as  it   is  known   for   it r ob us tness   a gain st  unm odel le dyna mics,   pa ra metri c   un ce rtai nties a nd ex te rn al   dis tur ban ces   [ 20]. The  equati on  of the slidi ng s urface is t he  se tpo int e rro r,  i.e .     ( ) =  ( ) ( )   (13)           Figure  2. Distri bu ti on al gorith m of  br a king t orq u e       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    12 20     12 29   1224       Figure  3. The   blo c k diag ram of  contr ol s ys te m for re ge nerat ive A BS  p la nt       In   order   t ge ne rate  con t ro sign al this  st udy  us es  c onsta nt  rate  reac hing  la de scri be by  Liu  a nd  Wang  [ 21],   w hi ch  is  wr it te a s foll ow s:       ̇ =    ( )    > 0 , > 0   (14)     with    a nd  be ing  call e sli di ng g ai a nd er r or g ai re sp ect ively; w hile si gnum f unct ion  ( sgn )  is  def i ne as:      ( ) =   { 1 0 1   > 0 = 0 < 0       (15)     Nex t,  the e quat ion   of the  contr ol sig nal in  the  f r om   of  requir ed bra king t orq ue  is  giv e n b y:     T breq  T beq   T bhit     (16)     T beq   is t he  est i mate  of the  equivale nt  co ntr ol  input which  c an be  ob ta in ed   from ( 17)      =   ̂   ̂ ̂ ̂ ( ̂ + ̂ )   (17)     with  ̂   da ̂   bein est imat io va lues  of  f rict io a nd  ae rod ynamic   f or ce   re s pecti vely from   eq uatio (2)  a nd   (3).  Bot t hese   est imat es  c on t ai the   un ce rta inti es  ha ppene i t he  mass   of  ve hicle ,   m wh ic c ha ng e s   with   the  num be of   passe ng e rs  a nd   the  lu ggage   w ei gh t;   as  we ll   a in  the   f rict io c oeffici ent,  de pe nd i ng  on  r oa su r face c onditi on.    The   ra nges  of  var ia ti on  of  m   and    are   set   a     an   T his  st udy  consi ders the  e sti mate val ue s of the se  par a mete rs respecti vely  a s the  me an va lue  give as     ̂ = + 2   ̂ = + 2     (18)     T bhit  is  the  hitt i ng   c ontr ol  sig nal  to  sat isf s li din c onditi on  de sp it unce rtai nty   on   t he  dynamics  of   T beq , s o t he  c on trolle r wil l perf orm m uc r ob us tl y. The  h it ti ng contr ol sig na l i s d efi ned :      =     ̂   [      ( ) + ( ) ]   (19)     wh e re   ( )   is de fin ed  in  (1 5) .     In  the   ABS   s ys te m,   the re  a re  tw sen sors   us e d,  namely   w heel  s pee sens or  an ve hicle   sp ee d   sens or .   B oth   m easur e ments   de te rmin e   the  ca lc ulati on   of  the   sli rati of  th ve hicle T hus fa ults  i the se   tw sens or ca ca us deterio ra ti on   in  t he  res ponse   of  the  c ontr ol  sy ste m Althou gh  S MC   is  rob us c on t ro ll er,   sens or  f aults  th at   can  be  acco mmodate by  this  co ntr oller  are  of  li mit ed  va lue  acco rd i ng  to  the  sp eci fied   le vel   of   uncertai nt y.  This  stu dy  pr opos es  a obs erv e ap proac to  pro vid e sti mate of   t he  true  outp ut  val ue  f or  SM C.  H e re t he re ar e  th ree P I ob s er ver s  whic a re c onnecte as  sho wn in Fi gure  4.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Sensor/ actu ator f ault  tolera nt  sli din g m ode c on tr ol for  anti - lock braki ng    ( B amban L . Widjia nto r o )   1225   The  pr opos e ob s er ver   is  bui lt   based   on  the   plant  model.  Fo w heel  sp e ed  est imat ion,  (4)  is  us e in   the  m odel T he   de man bra king  t orqu e   ca be  obta ine by  knowin th co ntr ol  si gnal w hile  the   f rict io force  F x   is  no t   known T her e fore,  F x   is  c on sidere distu rb a nce  a nd  m ust   be  est imat ed  be sides  t he  wh eel   sp ee s ens or  fa ult.  T hus,   ob s e rv a bili ty  c ondi ti on  can not  be   fu lfil le if   bo t dist urba nces   a re  est imat e d.  I t his   study,  F x   is  c hose as  an  est i mate va riable for  tw reas ons.  Fi rst,  F x   is  need e to  est i mate   veh ic le   s peed   as   will   be  ex plai ned  in  the   ne xt  pa ragra ph.   Seco nd,  the   sens or   fau lt   i wh eel   ca be   co ns i dered  as  per t urbati ons  of  wh eel   ine rtia J i w hich   i small er   tha the  veh ic le   ma ss,  m ,   [ 22],  th us  the   impact   of   this   un ce rtai nty  is  no t   la r ge.  The   ob s er ver  al gori thm  f or  est ima ti ng   F x   is   buil us i ng  pro porti on al     inte gr al   (PI)   structu re  as   ex plained   in  t he  work  by  Tsai   et   al [23 ],   t ha is  PI   c ompe nsa tor  e mp l oy e in   the  cl os e d - l oop  ob s er ver   sta ge.  Hen ce the  PI   ob s er ver   ca be   us e to  est im at bo t the  tr ue   value  of  sy st em  sta te (by  means   of   pro portio nal  ga in,  K p a nd   disturba nces  ( us in inte gr al   gain,   K i ) T he   ob se r ver   for  e sti mati on   F x   is  us in the obse rv e e quat ion gi ve n b el ow :     ̂ ̇ = 1 ( + ̂ +  (  ̂ ) )     (21)   ̂ ̇ =  (  ̂ )     (22)           Figure  4. The  s tructu re  of the  pro po se d o bs er ver s     The  ob se r ver   f or   ve hicle   sp e ed  est imat ion   i bu il by  re fe rr in to   ( 1) I order   f or   se nsor  fau lt   of  veh ic le   s pee f sv   app ea rs  i th sta te   eq uatio n,   t hen  an   au gme nted   sta te   pro vid e by  I nd riawati   et   al [ 24]  is   us e d:  ̇ = [  ] .   Nex t he  pro pose ob se r ver  is  the de velop e base on  a ugme nted  sta te   sp ace  m od el   with   PI   structu re.  Th e   pr e vaili ng obse rv e e qu at io i s:     ̂ ̇ = 1 ( ̂ 2 ̂ +  ( ̂ ) )   (23)   ̂  ̇ =  ( ̂ )   (24)   ̂ ̇ = ( ̂ + ̂  ) + ̂  ̇   (25)     The  reg e ne rati ve  ABS  br a ki ng  syst em  in volves   tw act ua tors,  na mely  hydra ulic  act uator  an a   mo to r   act uato r   [ 25] .   Howe ve r,   beca us e   the   br a king   tor que   of  t he  mo t or  i m uch  s mall er  th an   the   hy drauli c   br a king  to r qu e the  im pact  of  the  mo t or   brakin act uat or  fau lt   is  no a sign i ficant  a the  im pact  of  t he   hydrauli brak ing  act uat or  fa ult.  T he refor e ,   in   this   stu dy,   on l t he   fa ult  of  hydr a ulic  a ct uator  is   co nsi der e d.  Actuato r   fa ult  can   be   c onsid ered  as   a i nte rf e ren ce   that   a pp ea rs   in   the   s ta te   eq uation.   Th us ,   est ima ti on  of  hydrauli act ua tor  fau lt   f ah   is  done  i the   same  wa as   the  est imat io of  fr ic ti on  f or ce  F x bu usi ng   a   hydrauli c s ys te m dy namic  model o r   (11 ).  T he  observe e quat ion s a re:      ̂ ̇ = + ̂ + ( ̂ )   (26)   ̂ ̇ = ( ̂ )   (27)     The   fa ult   t oler ant  sc heme   propose in   this   study   co ns ist s   of  tw w ays e ach   to   ove rcome  a   se nsor   fau lt   an a ac tuator  fa ult.  To   ov e rc om se ns or  fau lt the   sta te   est imat ion   res ults  of  the   obser ver   a re  use to   rep la ce   the   me asur e res ults.   Th us ,   S M rec ei ves  i nfor mati on  a bout  t he   tr ue  sta te   that  oc cur s   in   the   ve hi cl -   no the   w ron measu reme nt  r esults.  W he rea to  co mp e ns at for  act uat or   f ault,  the  est ima ti on   of  act uat or  fau lt   is  us e to   co r rect  the  c ontr ol   sign al   T hf   th rou gh  s ub t ra ct ion   op e rati on.  O ver al l,  a   f au lt   tolera nt  s cheme  changes  the st r uctu re  of  t he  S M C s ys te (se e Fig ur e  3) to  the  on e  as s how in  Fig ure  5.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    12 20     12 29   1226       Figure  5. The   blo c k diag ram of  acti ve  f ault t olera nt S M C f or r e gen e rati ve  A BS  pla nt       3.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION     To  dem on st ra te   the  eff ect i ven e ss  of  the   pro po se de sign   of  act iv fau lt   tolera nt  S M f or  reg e ner at i ve  A BS, the c omp ut er s imulat io i s d e velo pe d.   In this sim ulati on , t he  ty pe of  fa ults is bias  fa ult an the  assu med  r oad   c onditi on  is  hig fr ic ti on   ro a (dr a sp ha lt ).   T he  pa rameters  of   t he  re ge ner at iv ABS   sy ste m u nder st udy  are g ive in  Table  1.  T he   desire sli ra ti is  0. 2.  The  i niti al   veh ic le   ve locit was  set   16.7   m/s  (60  km /h ),  thu th init ia wh eel   s pee ve locit was  50. ra d/s.  T he  pa rameter v al ues  o t he  co ntr oller  are     = 0.1  and  =  20.   The  S M ca pr e ve nt  ve hicle   sk id   as  s how in   Fig ur e   a nd  Fig ur e   7.  T hese  fig ur es   ar e   evaluate unde the   no minal  co ndit io ns   (no  fa ult)  at   ti mes  be for 0.3  s,  a nd  after  that fa ul ty  co ndit ion,  namely  hydrauli act ua tor  fau lt   of  - 200  N .m   f or  Fig ur e   an ve hi cl sp ee se nsor   fa ult  of  m/s  f or  Fig ure  7 As  ca be  see in   thes fig ure s ,   the   a ct ive  fa ult  tole ran S M ( AFTSMC yield   mar ked  a nti - sli perf or ma nce s   un der  nominal  a nd   fa ulty  c onditi on ,   wh il the  S M can no fo ll ow  the  set point  a nym or unde fa ulty  c onditi on.  The  AF TS M kee p s   the  sli rat io  at   the  set point   val ue  the reby  im prov i ng  bra king  sta bili ty  and   pas sen ger  com fort eve for  the  sim ultaneo us l occ urr ed  fa ults  as  de scribe in  Fi gure  8:  the  hy drauli act uato r   fau lt  sta rts  at   ti me  of  0.3   s a nd  co ntinu i ng  the  ve hicle   sp ee s ens or   fau lt   occ urred  at   ti me  of  0.4   s.  F ut hermo re,   there  is   no  t ra ns it ion  ti me  f or  AF TS M t acco mm od at e   the  se nsor   fa ult  an le ss   0. s   f or  A FTS M to   return   the  res ponse   back  to   the  set po i nt T his  in dicat es  t hat  the   pr opose sc heme   does  not  require   la rg e   com pu ta ti onal   ti me.   Figure   s how the   w heel  spe ed  a nd  ve hicle   vel ocity  with   the   A FTS M C - base ABS   a nd  t he  SM C - base ABS   f or  the  same  ca se   of   Fig ur 8.  A can  be  see n,   the  pro pose S M tr to  st op  the  car  quic kl a nd   the  var ia ti on  of  the  ve hicle   ve locit with  th AF TS M is  simi la to  the  nominal  co ntr oller  ( without  fau lt s) .   The  pe rforman ce  of  t he  ABS  with  t he  AF T S M is   fa bette tha the   one with   the   S MC Co mp a rin to  the   SM c ontrolle r,   the   A FTS MC   on e   pro duc es  faster  sto ppin g.   T his  is  because   the  braki ng   t orq ue  of   t he  AF TS M c on t inu es  to  gro un ti the  ve hicle   stop s w hile  the  br a king  to r qu of   t he  S MC   decr eases a seen  in  Fig ur e   10.   Fu rt hermo re,   the  br a king  to r qu e   of  the   S MC   is  more  se nsi ti ve  to  the  fa ults  (at  0.3  f or   t he  act uator  fa ult  and  0.4  s   f or  t he  ve hicle   sp e ed  se nsor   fa ult)  tha one  of  t he  AF T SM C This  pro ves  t ha the   AF TS M C i s  m or e  robust a gai ns t act uat or   an se nsor fa ults.       Table  1.   Para m et ers  use d i t he  simulat io ns   Sy m b o l   Desc riptio n   Valu e     m ass  of the  qu arter v eh icle ( k g )   3 4 2 .5   J   wh eel r o tatio n al in ertia  (kg .m 2 )   3 .5     wh eel r ad iu s ( m )   0 .33   c a   aerod y n am ic con stan t   0 .29 2 1 / 4   T mma x   m ax im u m   m o to t o rqu e ( Nm )   150   i   trans m iss io n  r atio n   4 .1   η t   trans m iss io n   eff i ci en cy   0 .95   h   th e hy d raulic to rque  tim e  con stan t ( s)   0 .01   m   th e m o to to rqu e ti m e con stan t ( s )   0 .00 5   C 1   th e m ax i m u m  valu e of frictio n  curv e   1 .02 9   C 2   th e f riction  curv e s h ap e   1 7 .16   C 3   th e f riction  curv e d iff er en ce between   t h e m ax im u m  valu e  and   th e valu e at   λ   = 1   0 .52 3   C 4   wetn ess  characte ri stic v alu e   0 .03   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Sensor/ actu ator f ault  tolera nt  sli din g m ode c on tr ol for  anti - lock braki ng    ( B amban L . Widjia nto r o )   1227       Figure  6. Com par is on of t he  s li rati res ponse s for si ngle  a ct uator fa ult ca se           Figure  7. Com par is on of t he  s li rati res ponse s for si ngle   ve hicle  sp ee s e ns or  fa ult case           Figure  8. Com par is on of t he  s li rati res ponse s for si m ultaneo us l act uat or an se nsor  fa ult case           Figure  9. Com par is on of t he  s peed res ponse s  for  si mu lt ane ously  actuat or a nd se ns or  fau lt   case           Figure  10. C ompa rison  of th e braki ng torq ue  for   simult ane ou sl act uato r a nd se ns or  fau l t case   4.   CONCL US I O   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    12 20     12 29   1228   This  pa per  dea ls  with   ap plica ti on   of  fau lt   t ol eran c ontrol   scheme   in   S MC   sy ste m   for  r egen e rati ve  ABS  te ch nolo gy.  T his  sch e me  imp roves  t he  c onve ntional   SM a pproach  with  fa ult - tolerant  ca pa bili ti es  to  pr e ve nt  el ect ric  ve hicle f r om  sli ppin i man ge ner al   ste ering  sit uati on s B rak i ng  is  simulat e to   occ ur   reg e ner at i vely   an al so  mec han ic al ly if  ne eded.  In   t his   case,  the   co nt ro ll ed  var ia bl is  the  sli r at io  by  manipula ti ng  t he  braki ng  to r qu e Th ree   PI  ob s er ver s   wh i ch  e sti mate   th f rict ion  to r que,   the   veh ic le   s peed  sens or  fa ult,   a nd  the   hydraul ic   act uato r   fa ult  ha ve   bee e mp lo ye in   thi propose sch eme.  As   s how i the   simulat ion  res ults,  the   pro po sed  a nti - sli s ys te offers  a ef fecti ve  pe r forma nce   in   m ai ntainin the  dr i ving   sta bili ty  un der  pro bab le   fa ult  conditi on.  The refor e t he  ste e rin sa fety   of  the  el ect ric   ve hi cl es  will   be   f urt her   impro ved in t he  n ea f uture.       REFERE NCE   [1]   Yonggon  L . ,   Z a S .   H. ,   " Designing  a   Gene ti c   N eur al  Fuz zy   Anti loc k - Brak e - Sys te m   Controller ,"   IEE E   Tr ansacti o n   on  Ev o lut ionary   Computati on ,   vo l.   6 ,   no .   2 ,   pp .   19 8 - 211 2002 .   [2]   Sergio  M .   S . ,   Mara   T. , " Act ive B rak ing  Con trol   S ystem s Design  f or  Vehicle s ,"   Lo ndon:  Springer ,   pp.   3 - 17 2010 .   [3]   Kim  J . ,   L ee  J. ,   " Re al - T im e   E stim ation  of   Maxim um   Fric ti o and  Opt im a l   Slip  R at io   Ba sed  on  Mat eria Ide nti f ic a ti on  fo Mobile   Rob ot  on  Rough  Terrai n ,"   13 th  Inter nati onal  Confer enc on  Contro l,   Au tomati on  a n d   Syste ms   (ICCAS ) ,   pp .   1708 - 1713 2013 .   [4]   Wa ng  W .   Y . ,   L I .   H . Tsa C .   P . ,   Su  S .   F . ,   Hs S .   B. ,   " Dyna mi Slip - r atio  E stim ation  and  C ontrol   of  Anti lo ck   Braki ng  Sys te m   Us ing  an  Obs erv er - Based   Dir ec Ad apt iv F uzz y Neura C ontrol ler ,"   I EEE  Tr ansacti on  on  Industrial  E le c tronic s ,   vo l.  56 ,   n o.   5 ,   pp .   1746 1 756 2009 .   [5]   Pati C .   B . ,   Lon goria   R .   G . ,   L i mrot J. ,   " Contr ol  Prototypi ng   f or  Anti - lo ck  Br aki ng  Contro S ystem   on  Sc aled  Vehic l e ,"   I EEE  Confe renc on   Dec ision  and   Co ntrol.   Hawai i ,   v ol.   5 ,   pp .   4962 - 4 967 2004 .   [6]   Oudghiri  M . ,   C hadl M . ,   Haj jaji  A .   E. ,   " Robu st  Fuzzy  Slidi n Mode  Contro for  Antil o ck - Braki ng - Sys te m ,"   Inte rnational   Jo urnal  Scienc e   Te chnol ogy   Aut om oti v Control ,   vo l.   1 ,   no .   1 ,   pp .   13 - 28 2007 .   [7]   Tur  O . ,   Us tun  O . ,   Tun ca R .   N. ,   " An  Introdu ct ion  to  Rege n e rat iv Braki ng   of  El e ct ri Vehi cl es  as  Anti - lock  Braki ng  Sys tem ,"   IEE E   Int el l igent  V ehi c le s S ymposium ,   pp.   944 - 948 2007 .   [8]   Yao  J . ,   Zhong  Z .   M . ,   Sun  C .   Z. ,   " Fuzzy  Logi base Rege n erat ive   Brak ing  Reg ula ti on   for  Fue Cel l   Bus ,"   IEEE   Inte rnational   Co nfe renc on   Ve h i cul ar E le c tronics   and  Safety ,   pp .   22 - 25 2006 .   [9]   Mirza e A . ,   Mo al l em   M . ,   Dehk ordi  B . " Design   of  an  Opti mal  Fuzzy  Contro ll e for  Ant il ock - B rak ing - Sys te ms ,"   IEE E   Ve h icle Po wer  and  Propuls ion  Conf ere nce ,   pp.   823 - 828 20 05.   [10]   Peng  D . ,   Zha ng  Y . ,   Yin  C .   L . ,   Z hang  J .   W. ,   " Co mbi ned  Con trol   of  Reg ene r at iv Braki ng   and  Antil ock  Br aki n g   Sys te for  Hybr id  E le c tric  Vehi c le s ,"   In te rnation al  Journal   Aut o motiv e   Technol o gy vo l.   9 ,   pp.   74 9 - 757 2008 .   [11]   Li C .   M . ,   Hs C .   F. ,   " Neur al - Network  Hybrid   Control  for   An ti loc k   Br aki ng   Sys te ms ,"   IE EE  Tr ansacti ons  o Neural  Ne tworks ,   vol .   14 ,   no .   2 ,   p p.   351 359 200 3 .   [12]   Yu  J .   S. ,   " Ro bust  Adapti v e   Whe e l - Slip   Con trol ler  for   Anti l ock - Brake - Sys tem ,"   Proceedi ngs   of   th 36 th  I E EE   Confe renc on   Dec ision  and   Co ntro l,   vo l.  3 ,   pp.   2545 - 2546 199 7 .   [13]   Zhou  Z . ,   Mi   C . ,   Zh ang   G. ,   " Int e gra te d   Contro l   o E le c tromecha n ic a Br aki ng   and   Reg ene r at iv e   Braki ng   in   Plug - i n   Hybrid  Elec tr ic  Vehic l es ,"   Int ernati onal Journal   of Ve hi cle  Desi gn ,   vol .   58 ,   pp .   2 23 239 2012 .   [14]   Manz one  A . ,   Pi nce t ti   A . ,   De   Costant ini  D. ,   " Fault   Tolera nt   Automot iv Sys tems:  An  Overvi e w ,"   Proceedi ng s   Sev en th  Int ernat ional   On - Line   Testing  Workshop ,   pp .   117 - 121 2 001 .   [15]   Sw aro op  D . ,   Ge rde J .   C . ,   Hedr i ck  J .   K. ,   " Faul Tol er ant   Contro l   of  Automa t ic a lly  Control le V e hic l es  in  Respon s e   to  Brak Sys te m   Fail ur es ,"   IE EE  Int.   Con f. on   Con trol  Applica ti ons ,   pp .   705 - 710 1 997 .   [16]   Pace jk H . ,   B ak ker   E. ,   " Th Magic   Formu la Ti re  Mode l ,"   Th 1st  Int.   Co ll o quium  on  Tir Mode ls  for  Ve h i cl e   Dynamic s A nal y sis pp.   1 - 18 19 91 .   [17]   Guo  J . ,   Jian   X . ,   Li G. ,   " Perfor ma nc Ev al u at io of  an  An ti - Lo c Braki ng  Sys tem  for  E lectr i V ehi c le   wi th  a   Fuzzy   Slidi ng  Mode   C ontrol ler ,"   Ene rg ie s ,   vo l.  7 ,   no.   10 ,   pp .   6459 - 647 6 2014 .   [18]   Sakai   S . ,   Sado   H . ,   Hori   Y. ,   " Anti - skid  Cont rol  with  Motor  in  Elec tr ic  Vehicle ,"   The   6 th  In te rnat ional   Workshop  on   Adv anc ed  Mo ti o Control ,   pp.   3 17 - 322 2000 .   [19]   Pauli nus  C .   E . ,   Ferdina nd   A .   A . ,   Muogh al u   C . ,   I feo ma  H .   E. ,   " L ine ar   Slip   Con tr ol  for   I mprove d   Antil ock   Brak in g   Sys te m ,"   Int .   Res earc Journal   o Ad vanc ed   Eng i nee ring a nd   Sc ience vol .   3 ,   no .   1 ,   pp . 198 - 206 20 18 .   [20]   Hung  J . ,   Gao  W . ,   Hung  J. ,   " Var ia bl Struct ur Control Surv ey ,"   IE EE   Tr ansacti ons  on  Indus trial   Elec tronic s ,   vol.   4 0 ,   no .   1 ,   pp .   2 - 22 1993 .   [21]   Li J . ,   Wa ng  X. ,   " Advanc ed  Sli ding  Mode  Cont rol  for  Mec han i ca Sys te ms ,"   B ei ji ng:  Ts inghua   Unive rs it Press  and  Be rl in:  Spri nger - Ve rlag ,   pp.   31 - 35 ,   2012.   [22]   Hu  J .   S .   C. ,   " Design  of  Robu st  Stabilizati on   and  Faul Di ag nosis  for  An  A uto - balanc ing   T wo - whee le d   Car t ,"   Adv anc ed Robot ic s ,   vo l.  22 ,   pp.   319 338 2008 .   [23]   Tsai   M .   C . ,   Ts eng  E .   C . ,   Ch e ng  M. ,   " Design   of  Torque   Obs erv er  for  Detect ing  Abnor ma Loa d ,"   Co ntrol  Engi ne ering  Pra ct i ce ,   vol .   8 ,   pp .   259 269 2000 .   [24]   Indria wat K . ,   Agus ti nah  T . ,   Ja zidie  A. ,   " Robust Observe r - base Fault   Tolera n T rac king  Con trol   for  Li ne ar  Sys tems   with  Simul t ane o us  Actua tor  and   Sensor  Fault s:   Applic a ti on  to   DC  Motor  Sys te m ,"   In te rnat ional   R ev i ew  o Mode ll ing   and  S imulat ion ,   vol .   8 ,   no .   4 ,   pp .   410 - 417 2015 .   [25]   Kumar   S .   K . et  al .,   " Fuzzy   Lo gic   b ase d   Inte gr at ed   Contro of   Anti - loc k   Brak e   Sys te m   and   Co ll ision   Avoidan c Sys te using C AN   for  Elec tr ic  Vehic l es ,"   IE EE  Confe renc on   I ndustrial  Techno logy ,   pp.   1 - 5 ,   20 09 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Sensor/ actu ator f ault  tolera nt  sli din g m ode c on tr ol for  anti - lock braki ng    ( B amban L . Widjia nto r o )   1229   BIOGR AP HI ES OF  A UTH ORS       Bam bang   L .   W i dji ant oro   was  bo rn  in  Je mbe r ,   In donesia ,   in   1969 .   He   awa rd ed  Doctor ate  and  Master   in   Instru me nt at ion   and  C ontrol   Study  Pro gra fro Insti t ut  T eknol ogi   Ba ndung  (IT B),   Indone sia   in   20 05  and   1999   r espe ctivel y ,   as   we ll  as   a   Ba che lor   degr ee  in   Enginee ring   Phys ic s   from  ITS  in  199 3.   His   rese ar ch  i nte rests  in cl ude  industri al   cont ro sys te and  pr oce ss   cont rol .   He  is  cur ren tl senior  le c ture r   of  cont ro and  instrum entat ion  divi sion,  Engi ne eri ng  Phys ic s   Depa rtment, IT S .           Kathe rin   Indri a wati   was   born  i Jembe r ,   Indon esia ,   in   1976.   Sh re ceive d   the  B. Sc.   d egr e in   engi ne eri ng  phy sics  and  the   M .   Sc  degr ee   in  inst rume nt at ion  c ontrol ,   fro Inst it ut  T eknol og Bandung  (I TB),  Bandung ,   Indo nesia ,   in   1998   a nd  2005,   r espe ctivel y .   She   h as  t ake n   the  Ph.D.   degr ee  in  2016   a Inst it ut   Te k nologi  Se puluh   Novemb er   (IT S),  Suraba y a,  I ndonesia .   Aft er   rec e ivi ng  the   B . Sc.   d egr e e,   sh e   joi ned   Engi n eering  Phys ic Depa rt me nt ,   I TS.   Her  rese arc h   int er ests  in cl ud superv isory  c ontrol ,   f aul t   to l era nt   cont rol ,   f aul t   de tecti on ,   dia gnosis  and   dec ision - ma king   sche m e.   Dr. Ind ria wat is   a mem ber   of   the IEEE           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.