Mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô khi làm việc ở chế độ ASR

- Hệ thống ABS+ASR ngày nay được sử dụng rộng rãi trên ô tô.
- Mặt khác, đề tài trên sẽ giúp hiểu sâu thêm về hệ thống ABS và ASR, xây dựng được chương trình mô phỏng hệ thống ABS + ASR hoàn thiện hơn, từ đó có thể so sánh đánh giá được các phương pháp điều khiển hệ thống.
- Mục đích nghiên cứu của luận văn là xây dựng chương trình mô phỏng hệ thống ABS + ASR hoàn thiện hơn với các phương pháp điều khiển theo các thống số khác nhau, từ đó đưa ra những đánh giá về các phương pháp điều khiển theo từng thông số cụ thể.
- c) Tóm tắt các nội dung chính và đóng góp mới Tóm tắt các nội dung chính: Chương I: Giới thiệu tổng quan về đề tài Chương II: Cơ sở lý thuyết đề tài Chương III: Xây dựng mô hình, chọn bộ số liệu Chương IV: Lập và giải bài toán trên máy tính bằng phần mềm Matlab + Simulink Chương V: Kết quả - Đánh giá - Nhận xét Kết luận Đóng góp mới + Đề tài đã sử dụng mô hình không gian toàn xe có cả các thành phần mô men đàn hồi (Msi ) ở bốn bánh xe.
- Đề tài đã mô phỏng, xây dựng và phân tích các phương pháp điều khiển theo gia tốc góc và vận tốc góc bánh xe.
- Đề tài đã sử dụng mô hình lốp mô tả đầy đủ mối quan hệ động lực học của bánh xe Với việc bổ sung và phát triển thêm đề tài đã cho kết quả mô phỏng gần giống với thực tế nhất.
- Dùng phương pháp mô tả quá trình chuyển động của ô tô có ASR với các trạng thái điều khiển độ trượt bánh xe.
- 6 2.2 Hệ thống ABS và các liên hợp.
- 14 2.4.1 Bộ điều khiển ASR.
- 14 2.4.2 Hệ thống ABS+ASR.
- 18 2.4.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS và ASR.
- 21 2.4.4 Thiết bị điều khiển công suất động cơ EMS.
- 29 2.4.7 Bộ điều khiển ASC (Automatic Stability Control.
- 41 3.3.3 Mô hình hệ thống lái.
- 43 3.3.5 Quan hệ động học của các bánh xe.
- 46 3.3.6 Phương trình cân bằng sự quay bánh xe.
- 49 3.3.8 Quan hệ lực và biến dạng của bánh xe trong vết tiếp xúc.
- 54 3.5 Các phương trình điều khiển hệ thống.
- 63 5.3.2 Kết quả điều khiển theo độ trượt.
- 64 5.3.3 Kết quả điều khiển theo vận tốc góc (phidot.
- 68 5.3.4 Kết quả điều khiển theo gia tốc góc (phi2dot.
- Có rất nhiều công nghệ mới được ứng dụng trên ô tô như hệ thống lái thông minh, hệ thống treo điều khiển điện tử, hệ thống phanh ABS và các liên hợp trong đó có hệ thống ABS + ASR là một trong những công nghệ tiêu biểu của hệ thống phanh.
- Hệ thống phanh ABS + ASR hiện nay đang được dùng phổ biến trên các ô tô hiện đại.
- Đề tài “Mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô khi làm việc ở chế độ ASR” tập trung xây dựng mô hình mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô khi chế độ ASR được kích hoạt, nghiên cứu, xây dựng và phân tích các phương pháp điều khiển theo 3 thông số: độ trượt, gia tốc góc bánh xe, vận tốc góc bánh xe.
- Qua đó sẽ giúp hiểu được bản chất của hệ thống phanh ABS + ASR cũng như cách sử dụng tối ưu nhất nhằm đảm bảo an toàn cho người điều khiển.
- Một số công nghệ gần đây giúp hệ thống phanh ô tô hoạt động hiệu quả hơn và tăng cường sự kiểm soát khi điều khiển xe trong tình trạng môi trường xấu.
- Hệ thống điều khiển lực kéo viết tắt là TRAC dùng cho các nước Mỹ và Canada còn ở Châu Âu và các nước khác là TRC Hệ thống điều khiển lực kéo (TRC) là một trong ba công nghệ an toàn của hệ thống phanh, bắt đầu xuất hiện từ giữa những năm 1980.
- Nếu trên xe đã bố trí ABS, sự kiểm soát trượt lết xảy ra với tất cả các bánh xe khi phanh nhờ các thiết bị cảm biến, ECU-ABS, và các van thừa hành điều khiển áp suất, điều khiển chế độ trượt của các bánh xe bị phanh trong vùng có khả năng bám tối ưu, còn trên TRC cũng sử dụng các thiết bị đó nhưng kiểm soát độ trượt quay của bánh xe chủ động.
- Mô men kéo hay lực kéo cực đại giúp xe chuyển động được quyết định bởi điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường.
- Khi mô men kéo vượt quá điều kiện bám, bánh xe bị trượt quay làm tổn thất công suất hữu ích của động cơ, tăng tiêu hao nhiên liệu, tăng độ mài mòn bánh xe và có thể gây mất điều khiển lái.
- Ô tô chuyển động trên nền đường có hệ số bám thấp như: đường tuyết, đường lầy, các bánh xe có thể quay tại chỗ nhưng xe không thể chuyển dịch được.
- Điều này thường xảy ra khi xe khởi động tại chỗ hoặc tăng tốc đột ngột, người lái không 3 thể quản lý đúng trạng thái chuyển động và có thể tăng ga quá mạnh dẫn đến bánh xe bị trượt quay.
- Để khắc phục hiện tượng này trên các loại xe hiện đại ngày nay có trang bị ABS thường đi kèm bộ điều khiển lực kéo TRC (chống trượt quay bánh xe).
- TRC sẽ giảm mô men xoắn của động cơ khi bánh xe bắt đầu trượt quay không phụ thuộc vào việc điều khiển của người lái xe đồng thời kết hợp với phanh bánh xe để đạt được giá trị lực kéo phù hợp với điều kiện bám của mặt đường.
- Ngày nay tùy theo mức độ hoàn thiện chất lượng kéo của ô tô, hệ thống ABS+TRC có thể bao gồm.
- ASR: Bộ điều khiển chống trượt quay (Anti Slip Regulator.
- EMS: Bộ điều khiển công suất động cơ (Electronic Engine-Mangement System.
- EDS: Bộ điều khiển khoá vi sai bên trong hệ thống truyền lực (Automatic Barking Differentia).
- Đề tài: “Mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô khi làm việc ở chế độ ASR” chủ yếu tập trung mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô với mục đích hiểu rõ thêm về khả năng ổn định hướng chuyển động của ô tô khi sử dụng ASR, phân tích các phương pháp điều khiển, nhận xét đánh giá các phương pháp điều khiển đó.
- Đề tài nghiên cứu về sự hoạt động của ABS trong bánh xe tiến hành bởi tác giả Lại Năng Vũ (2007), nêu các vấn đề chính của quan hệ động học bánh xe phanh ABS.
- Các đề tài trên mới chỉ sử dụng mô hình lốp đơn giản, việc khảo sát trượt của ô tô theo thông số độ trượt điều này không sát thực tế, mô hình không gian toàn xe đã bỏ quả mô men đàn hồi ở bốn bánh xe (Msi).
- Đề tài “Mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô khi làm việc ở chế độ ASR” mang tính chất kế thừa, dụng kết cấu hệ thống của các đề tài trên để nghiên cứu hệ thống ABS+ASR bằng việc mô phỏng Matlab simulink.
- Đề tài đã sử dụng mô hình không gian toàn xe có cả các thành phần mô men đàn hồi (Msi ) ở bốn bánh xe.
- Đề tài đã sử dụng mô hình lốp mô tả đầy đủ mối quan hệ động lực học của bánh xe 5 Với việc bổ sung và phát triển thêm đề tài đã cho kết quả mô phỏng kỹ lưỡng các trạng thái của ô tô.
- Nghiên cứu, xây dựng và phân tích các phương pháp điều khiển theo 3 thông số.
- Độ trượt + Gia tốc góc bánh xe + Vận tốc góc bánh xe 3.
- Phân tích, thảo luận, so sánh kết quả giữa 3 phương pháp điều khiển và đưa ra nhận xét Nội dung của luận văn được thực hiện bao gồm 5 chương: Chương I: Giới thiệu đề tài Chương II: Cơ sở lý thuyết đề tài Chương III: Xây dựng mô hình, chọn bộ số liệu Chương IV: Lập và giải bài toán trên máy tính bằng phần mềm Matlab + Simulink Chương V: Kết quả - Đánh giá - Nhận xét Kết luận 6 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết của ABS Hệ thống ABS được gọi theo chữ viết tắt của tiếng Anh.
- Anti-Lock Brake System” và được hiểu là thiết bị chống trượt lết bánh xe khi phanh.
- Hệ thống ABS bắt đầu được bố trí ở tất cả các bánh xe vào năm 1971, được chế tạo hàng loạt năm 1978, sau đó hoàn thiện theo hướng điều khiển kỹ thuật số vào năm 1984 và từ sau năm 1992 một số quốc gia phát triển đã coi ABS là một hệ thống phanh tiêu chuẩn bắt buộc của ô tô con.
- Khả năng điều khiển của ô tô nói chung và trong trạng thái phanh nói riêng bị giới hạn bởi giá trị các lực truyền giữa bánh xe và mặt đường.
- Giải quyết hoàn thiện chất lượng lực truyền này trong các trạng thái mặt đường và điều khiển khác nhau là một nhiệm vụ được thực hiện bởi ABS và các liên hợp.
- Phương pháp lựa chọn trong kết cấu là sử dụng các tổ hợp tự động điều chỉnh cơ điện tử (Mechatronic) Hệ thống ABS được sử dụng để duy trì khả năng không bó cứng bánh xe trong các trạng thái phanh với các mục đích.
- Với ô tô không bố trí ABS các bánh xe có thể bị khoá cứng và gây xoay thân xe.
- Duy trì khả năng điều khiển ô tô bằng vành lái.
- Nguyên lý chung của hệ thống ABS Sự phanh của bánh xe trên đường được thực hiện tốt nhất khi các bánh xe quay trong giới hạn độ trượt (15  30.
- Các thiết bị điện tử tham gia điều khiển cùng với lực và hành trình bàn đạp phanh của ô tô kiểm soát chặt chẽ sự phanh của bánh xe trong giới hạn trượt tối ưu.
- Trong trạng thái nguy hiểm, khi cần phanh gấp có thể dẫn tới sự bó cứng bánh xe (đặc biệt trên đường trơn).
- ABS trong hệ thống phanh thủy lực là một hệ thống tự động điều chỉnh áp suất dầu đưa vào xy lanh bánh xe sao cho phù hợp với chế độ lăn của bánh xe nhằm loại trừ khả năng trượt lết của bánh xe khi phanh.
- Một mạch điều khiển phanh ABS cho một bánh xe bao gồm: xy lanh chính 4, xy lanh bánh xe 2, cơ cấu phanh (giống như mạch bố trí phanh thông thường), và bố trí thêm: bộ điều khiển điện tử 5 (ECU), cảm biến đo tốc độ góc 1 (Sensor), van thủy lực điện từ 2 điều chỉnh áp lực dầu phanh (Actuator).
- Sơ đồ một mạch điều khiển trình bày trên hình 2.3 Không ABS Có ABS Hình 2.1.
- Phanh khi đi thẳng Hệ số bỏm thấp Hệ số bỏm cao Hệ số bỏm thấp Hệ số bỏm cao 8 - Cảm biến tốc độ bánh xe 1 có chức năng xác định tốc độ quay của bánh xe, làm việc như một bộ đếm số vòng quay, tín hiệu của bộ cảm biến tốc độ được đưa về bộ điều khiển điện tử (tín hiệu vào ECU- ABS).
- Trên xe bộ cảm biến có thể đặt tại: đĩa phanh, bán trục, tang trống, bánh răng bị động của cầu xe (hay ở bán trục bánh xe ở cầu chủ động.
- Bộ điều khiển điện tử 5 làm việc như một máy tính nhỏ theo chương trình định sẵn (điều khiển logic hay gồm các thành phần đánh giá).
- Tín hiệu điều khiển van điện từ (output signal) phụ thuộc vào tín hiệu của cảm biến (input signal) và chương trình vi xử lý, xác định chế độ làm việc của bánh xe (theo độ trượt), đưa ra tín hiệu điều khiển van điều khiển (cơ cấu thừa hành), thiết lập chế độ điều chỉnh áp suất dầu phanh ở bánh xe.
- Nhiệm vụ của nó là tạo nên sự đóng, mở đường dầu từ xy lanh chính đến xy lanh bánh xe tuỳ thuộc vào tín hiệu điều khiển của ECU- ABS.
- Cấu trúc của van điều chỉnh áp suất là các van con trượt thủy lực được điều khiển bằng điện tử.
- Sự thay đổi áp suất trong xy lanh bánh xe, tạo nên sự thay đổi mômen phanh bánh xe tiến hành phanh hay nhả phanh.
- Nguyên lý làm việc cơ bản của ABS như sau: Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ quay giảm dần, nếu bánh xe đạt tới giá trị gần giới hạn của độ trượt, tín hiệu của cảm biến chuyển về bộ điều khiển Hình 2.3.
- Sơ đồ đơn giản một mạch điều khiển phanh ABS 1.
- Xy lanh bánh xe 3.
- Bộ điều khiển (ECU-ABS trung tâm.
- ECU- ABS lựa chọn chế độ, đưa ra tín hiệu điều khiển van điều chỉnh áp suất (giữ hay cắt đường dầu từ xy lanh chính tới xy lanh bánh xe).
- Do vậy lực phanh ở cơ cấu phanh không tăng được nữa, bánh xe có xu hướng lăn với tốc độ cao lên, tín hiệu từ cảm biến lại đưa về ECU- ABS.
- ECU- ABS cung cấp lệnh điều khiển cụm van thủy lực điện từ, giảm áp lực phanh, sao cho bánh xe không bó cứng.
- Nếu vận tốc góc của bánh xe lại tăng cao, cảm biến tiếp nhận thông tin này đưa về bộ điều khiển điện tử và lại tăng tiếp áp lực điều khiển, nhờ đó bánh xe lại bị phanh và giảm tốc độ quay tới khi gần bó cứng.
- Quá trình xảy ra được lặp lại theo chu kỳ liên tục, tới khi bánh xe dừng hẳn.
- Một chu kỳ điều khiển thực hiện khoảng chừng 1/10 s, đồng thời nhờ các bộ tích dầu áp suất thấp, cao, van một chiều và bơm dầu độ chậm trễ tác dụng điều khiển chỉ nhỏ hơn (1/1000 s).
- Do vậy ABS làm việc rất hiệu quả, tránh được hiện tượng bó cứng bánh xe.
- Đây là hệ thống điều khiển có mạch phản hồi thực hiện điều chỉnh mạch kín, giúp cho bánh xe luôn nằm trong trạng thái phanh với độ trượt tối ưu.
- Trong kết cấu thực tế hệ thống được tổ hợp là nhiều mạch điều khiển khác nhau cho từng bánh xe hay một số bánh xe.
- 2.2 Hệ thống ABS và các liên hợp: Sự mở rộng hệ thống ABS với các liên hợp thực hiện trên nguyên tắc.
- 10 Xuất phát từ việc kiểm soát sự trượt xảy ra ở các bánh xe ô tô, các hệ thống liên hợp đó hình thành.
- Điều khiển lực kéo trên các bánh xe chủ động bằng các giải pháp điều khiển sự hoạt động của cơ cấu vi sai, điều khiển lực kéo khi xe chuyển động trên đường trơn, băng tuyết.
- Điều khiển công suất động cơ phụ thuộc và độ trượt của các bánh xe chủ động nhằm hạn chế lượng tiêu thụ nhiên liệu bằng thiết bị điều khiển bàn đạp chân ga và kiểm soát lượng nhiên liệu cấp vào động cơ.
- Điều khiển sự trượt của bánh xe chủ động trong trường hợp phanh bằng động cơ trên đường trơn dốc.
- Đảm bảo ổn định động học của ô tô theo hướng phân chia lực phanh, lực kéo thích hợp nhằm điều khiển quỹ đạo chuyển động của ô tô.
- Những kết cấu như vậy trên cơ sở của hệ thống phanh ABS thuộc loại cơ cấu điều khiển thông minh, và nhiều năm gần đây nó được ứng dụng rộng rãi trên ô tô có chất lượng cao.
- Tuy nhiên còn nhiều lý do khác nhau lên hệ thống phanh BBW chưa được sử dụng rộng rãi.
- Các phương pháp bố trí điều chỉnh áp suất dầu trong hệ thống phụ thuộc vào kết cấu dẫn động phanh, số lượng cảm biến và số kênh điều chỉnh.
- Quá trình ứng dụng ABS và các liên hợp của hãng BOSCH 12 Số lượng cảm biến và số kênh điều khiển phụ thuộc vào kết cấu dẫn động chủ động các bánh xe và mức độ yêu cầu về giá thành.
- Loại 1 cảm biến - 1 kênh điều khiển.
- Loại 2 hoặc 3 cảm biến - 2 kênh điều khiển.
- Loại 3 hoặc 4 cảm biến - 3 kênh điều khiển.
- Loại 4 cảm biến - 4 kênh điều khiển.
- Trong hệ thống ABS có mạch dẫn động điều khiển riêng rẽ (độc lập cho từng bánh xe) hiện nay thường sử dụng loại có 4 cảm biến - 4 kênh điều khiển vì loại này hoàn toàn tối ưu về hiệu quả phanh, tính ổn định hướng khi phanh và phát triển trên các hệ thống liên hợp.
- Các bánh xe cầu trước, cầu sau được điều khiển độc lập nhờ các cảm biến và van điều khiển áp suất riêng rẽ (điều khiển IR/IR).
- Do điều khiển riêng rẽ cho từng bánh xe nên nhận được mômen phanh và hiệu quả phanh tối ưu, đảm bảo lái xe an toàn và quãng đường phanh ngắn phù hợp với trạng thái nền đường tốt, đồng nhất.
- Tuy nhiên, khi đi trên đường có hệ số bám khác nhau, lực phanh sinh ra giữa bánh xe bên trái và bên phải không bằng nhau, sẽ xuất hiện mômen xoay thân xe xung quanh trục đứng và các lực bên ở các bánh xe khác nhau.
- Tuy lực phanh trên cầu sau nhỏ nhưng cần đảm bảo xe ổn định hướng chuyển động Ký hiệu: Cảm biến Van điều khiển Xylanh chính hai buồng độc lập Bánh chủ động Bánh bị động 1 2 Xe FF (2+2) Hình 2.6.
- Bố trí 4 cảm biến - 4 kênh điều khiển (4+4) kiểu TT 1 2 1 2 Xe FR (2+2)

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt