MÔN ỨNG DỤNG máy TÍNH (KG) đề tài ỨNG DỤNG MATLABSIMULINK TRONG điều KHIỂN hệ THỐNG ổn ĐỊNH điện tử TRÊN TOYOTA CAMRY 2010

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO CUỐI KÌ MƠN: ỨNG DỤNG MÁY TÍNH (KG) ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK TRONG ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH ĐIỆN TỬ TRÊN TOYOTA CAMRY 2010 Nhóm thực hiện: Nhóm 19 Nguyễn Hoàng Anh 19145339 Phạm Ngọc Duy Tô Ngọc Minh Thông Nguyễn Trường Thịnh TP.HCM, ngày 08 tháng năm 2021 ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC TP Hồ Chí Minh, ngày 17 tháng năm 2022 NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI CUỐI KHĨA Họ tên sinh viên: Nguyễn Hồng Anh MSSV: 19145339 Họ tên sinh viên: Tô Ngọc Minh Thông MSSV: Họ tên sinh viên: Nguyễn Trường Thịnh MSSV: Họ tên sinh viên: Phạm Ngọc Duy MSSV: 19145352 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ đào tạo: Khóa: 2019 – 2023 Lớp: 191453B Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Mạnh Cường Tên đề tài: Ứng dụng Matlab/Simulink điều khiển hệ thống ổn định điện tử Toyata Camry 2010 Ngày nhận đề tài: 30/05/2022 Ngày nộp đề tài: GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC PHIẾU NHẬN XÉT ĐỀ TÀI CUỐI KHÓA (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ tên sinh viên: Nguyễn Hoàng Anh MSSV: 19145339 Họ tên sinh viên: Tô Ngọc Minh Thông MSSV: Họ tên sinh viên: Nguyễn Trường Thịnh MSSV: Họ tên sinh viên: Phạm Ngọc Duy MSSV: 19145352 Chuyên ngành: Công nghệ kỹ thuật tơ Hệ đào tạo: Đại học quy Mã hệ đào tạo: Khóa: 2019 – 2023 Lớp: 191453B Ngành đào tạo: Công nghệ kỹ thuật ô tô Tên đề tài: Ứng dụng Matlab/Simulink điều khiển hệ thống ổn định điện tử Toyata Camry 2010 Họ tên GVHD: Nguyễn Mạnh Cường Ý KIẾN NHẬN XÉT Nhận xét tinh thần, thái độ làm việc sinh viên (không đánh máy) … Nhận xét kết thực ĐACK (không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐACK: 2.2 Nội dung đề tài: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn khả ứng dụng đề tài, hướng nghiên cứu tiếp tục phát triển) 2.3.Kết đạt được: 2.4 Những tồn (nếu có): 3.Đánh giá: TT Mục đánh giá Hình thức kết cấu đề tài Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nôi dung của các mục Điểm Điểm đạt tối đa 30 10 Mục tiêu, nhiệm vụ, tổng quan đề tài 10 Tính cấp thiết đề tài 10 Nội dung đề tài Khả ứng dụng kiến thức toán học, khoa học kỹ thuật, khoa hoc xã hội… 50 Khả thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá 10 Khả thiết kế chế tạo hệ thống, thành phần, quy trình đáp ứng yêu cầu đưa với ràng buộc thực tế 15 Khả cải tiến phát triển 15 Khả sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… Đánh giá khả ứng dụng đề tài Sản phẩm cụ thể đề tài Kết luận: 10 10 Tổng điểm 100  Được phép bảo vệ  Không phép bảo vệ TP.HCM, ngày tháng 07 năm 2020 Giảng viên hướng dẫn ((Ký, ghi rõ họ tên) MỤC LỤC PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI I ĐẶT VẤN ĐỀ II MỤC ĐÍCH, PHƯƠNG HƯỚNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI .4 Mục đích đề tài Phương hướng nghiên cứu đề tài .4 Nhiệm vụ đề tài III TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ESC Quá trình hình thành phát triển Cơ sở cho đời hệ thống ESC .5 PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG ESC .6 I ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ KHI PHANH ( Đồ thị thay đổi hệ số bám dọc ngang theo độ trượt tương đối bánh xe phanh ) .8 II ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ KHI KHỞI HÀNH HOẶC TĂNG TỐC .9 III SỰ ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỌC CỦA Ô TÔ KHI QUAY VỊNG 11 Hình 3.1 Sự thay đổi phản lực thẳng đứng quay vòng .13 PHẦN III: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ESC 15 I CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG 15 ( Hệ thống ESP xe ) 15 Bộ phận thủy lực (Bộ phận thực hiện) 15 Cảm biến góc xoay vơ lăng 16 Cảm biến độ lệch ngang thân xe .17 ( Hình ảnh Cảm biến độ lệch ngang ) 17 Cảm biến tốc độ góc bánh xe 18 ( Hình ảnh cảm biến tốc độ góc bánh xe ) 18 II HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ESC .19 ( Hình ảnh xe quay vịng thiếu ) 20 ( Hình ảnh xe qua vòng thừa ) 20 Hoạt động ESC phanh 21 1.1 Trạng thái phanh bình thường: 21 ( Hoạt động hệ thống trạng thái phanh bình thường ) 21 1.2 Trạng thái phanh khẩn cấp (khi ABS hoạt động): .22 ( Hoạt động hệ thống chế độ giảm áp suất ) 22 ( Hoạt động hệ thống chế độ giữ áp suất ) .23 ( Hoạt động hệ thống chế độ tăng áp suất ) 24 Hoạt động ESC điều khiển ổn định ô tô chuyển động .24 2.1 Hoạt động ESC xe quay vòng thừa 26 2.2 Hoạt động ESC xe quay vòng thiếu .30 2.3 Điều khiển phanh chuyển động đường vòng .32 PHẦN IV: THIẾT LẬP MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ESC TRÊN CARSIM 35 I Môi trường mô 35 II Phân tích đánh giá nhận xét kết mô 36 ( Đồ thị quỹ đạo kiểm tra tính ổn định ) 36 ( Đồ thị quỹ đạo đường xe có (xanh) khơng ESC(đỏ)) 36 - Nhận xét: Quỹ đạo xe có ESC bám sát với quỹ đạo kiểm tra so với xe khơng có xe ESC 36 ( Đồ thị góc trượt ngang ) 37 ( Đồ thị vận tốc lệch thân xe chuẩn ) 38 (Đồ thị vận tốc lệch thân xe xe có ESC khơng ESC) 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 PHẦN V: BÀI TẬP 40 PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI I ĐẶT VẤN ĐỀ Như biết, đời ô tô giới đánh dấu bước ngoặc lớn đời sống nhân loại Ơ tơ khơng giúp di chuyển từ nơi sang nơi khác cách nhanh chóng hay vận chuyển hàng hố dễ dàng, thuận tiện mà cịn đóng vai trị thiết bị đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông vận tải Ngay từ đời ô tô khẳng định vai trị quan trọng đời sống người, với phát triển giao thông vận tải ngành công nghiệp ô tô theo khơng ngừng thay đổi theo chiều hướng tích cực Ngày nay, ô tô trở nên quen thuộc với hết dù ít, dù nhiều hưởng tiện ích mà chúng mang lại Nhưng song song tồn với phát triển ngành giao thông vận tải vụ tai nạn ngày gia tăng nhiều nguyên nhân góp mặt ngun nhân tính an tồn phương tiện tham gia giao thông đường, ô tô số phơng tiện Vì vậy, nhu cầu cấp thiết đặt cần có hệ thống, phương tiện có tính đảm bảo an tồn tối đa cho người hàng hoá tham gia giao thơng cung đường Đứng trước nhu cầu nhiều thiết bị công nghệ nghiên cứu phát triển nhằm giảm thiểu tai nạn xuống mức thấp Ngành công nghiệp ô tô không loại trừ khỏi nhu cầu đó, hầu hết hãng ô tô giới dành khoản kinh phí lớn cho việc nghiên cứu tích hợp hệ thống an tồn dịng xe Ngày nay, gần tồn hệ thống, tổng thành ô tô can thiệp hệ thống tích hợp khí hay điện tử nhằm tạo tiện nghi an toàn cao cho người sử dụng Tuy nhiên nguyên nhân gây tai nạn không đơn trượt bánh xe đường, thực tế có nhiều tai nạn đáng tiếc xảy hiệu phanh phanh xảy tượng bó cứng bánh xe làm khả điều khiển ô tô khởi hành hay tăng tốc đột ngột đường có hệ số bám thấp bánh xe chủ động bị trượt quay chỗ dẫn đến làm mát mômen chủ động làm trượt xe Đặc biệt có trường hợp tơ ổn định động học q trình tăng tốc hay quay vịng (quay vòng thừa quay vòng thiếu) dẫn đến tình nguy hiểm cho tơ Ơ tơ chuyển động đường với quỹ đạo phức tạp, ô tô chuyển động với tốc độ cao, gặp chướng ngại vật cần phanh gấp cần đổi hướng chuyển động cách đột ngột để tránh chướng ngại vật làm xe bị lật Các nguyên nhân đặt cho vấn đề cần có hệ thống kết hợp hệ thống để kiểm sốt tất tình xảy làm ổn định cho ô tô Và hệ thống: “ổn định quỹ đạo chuyển động điện tử ESC (Electronic Stability Control)” giải vấn đề Như nói trên, hệ thống có nhiều tiện ích nên việc nghiên cứu vấn đề cần thiết để hiểu rõ ứng dụng vào thực tiễn Việt Nam II MỤC ĐÍCH, PHƯƠNG HƯỚNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI Mục đích đề tài Do hệ thống ESC mẻ chưa phổ biến Việt Nam, nên mục đích chủ yếu đề tài xây dựng hiểu biết hệ thống giới thiệu đến người quan tâm Từ làm sở lý thuyết, tài liệu tham khảo để tiếp tục nghiên cứu sâu ứng dụng thực tiễn công việc sau Phương hướng nghiên cứu đề tài Dựa tài liệu hệ thống hãng sản xuất ô tô lớn như: Mercedes-Benz, BMW, Toyota, Honda…Và số tài liệu khác, đề tài tập trung vào giới thiệu cách tổng quan hệ thống ổn định quỹ đạo chuyển động điện tử ESC (Electronic Stability Control), để có hiểu biết cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tác dụng mà hệ thống mang lại cho Nhiệm vụ đề tài • Phân tích tổng quan hệ thống ESC • Phân tích sở lý thuyết ESC • Xây dụng mơ hình , mơ phân tích mơ hệ thống ESC • Thiết kế điều khiển ESC phân tích kết III TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ESC Quá trình hình thành phát triển ESC tên viết tắt Electronic Stability Control, hệ thống an tồn trang bị tơ đại ngày Hệ thống kỹ sư người Đức triển khai với tên gọi Elektronisches Stabilitäts Program (ESP) hai hãng sản xuất ô tô Mercedes-Benz BMW ứng dụng lần ô tơ vào năm 1995 Sau giới thiệu triển lãm ô tô Mỹ với tên ESC (Electronic Stability Control) sau tên gọi ESC trở thành thông dụng với chấp nhận hiệp hội kỹ sư tơ Mỹ, có nhiều tên gọi khác tuỳ theo nhà sản xuất Hiện nay, tên gọi phổ biến ESC (Electronic Stability Control) ESP (Electronic Stability Program) hệ thống ổn định điện tử gọi biết đến với nhiều tên khác, tùy theo hãng sản xuất mà có tên khác Cơ sở cho đời hệ thống ESC Có thể nói hệ thống ổn định điện tử ESC thành tựu ngành công nghiệp ô tô việc nâng cao tính an tồn cho người sử dụng Sự đời ESC gắn liền với trình hoàn thiện hệ thống điện tử khác liên quan đến tính an tồn là: Hệ thống chống bó cứng bánh xe phanh ABS (Antilock Braking Sytem), hệ thống kiểm soát lực kéo TRC (Traction Control System), hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD (Electronic Brakeforce Distribution) Và ESC (Electronic Stability Control) kết hợp hệ thống này, làm việc dựa sở kế thừa phát huy ưu điểm hệ thống kết hợp chúng cách hồn hảo Ta tóm tắt qua sơ đồ sau: Từ sơ đồ ta thấy hệ thống ESC làm việc dựa tảng kết hợp hệ thống ABS phức hợp hệ thống TRC Chính nhờ kết hợp nên hầu hết nguyên nhân gây an tồn cho xe kiểm sốt ngăn chăn cách kịp thời có xu hướng xảy Sau tìm hiểu sâu hệ thống ESC Điều làm giảm mô men truyền tới bánh sau trái làm tăng mơ men chống lại mơ men quay vịng gây quay vòng thừa Áp suất tăng trường hợp điều chỉnh với độ xác cao bánh xe khơng bị bó trượt, làm cho xe chuyển động ổn định Quá trình điều khiển phanh điều khiển theo chế độ “tăng áp”, “giữ áp”, “giảm áp” thể hình 4.3, 4.4, 4.5 Q trình kết thúc mơ men kéo phù hợp với độ bám lốp mặt đường Nếu xe tiếp tục quay vòng thừa mà việc giảm mô men động tác dụng phanh sau phải chưa đủ tác dụng thêm phanh trước phải để đạt độ ổn định động đòi hỏi Và chế độ giữ áp suất thể hình thứ + Điều thực cách đóng van chuyển đổi mạch phanh cầu trước, mở van sơ cấp van cấp cho bánh trước phải + Bơm hồi tăng áp suất cho xylanh bánh xe trước phải Áp suất phanh điều khiển cho bánh sau phải trước phải xảy ba trạng thái trình ASC điều chỉnh: tăng áp, giữ áp giảm áp 28 2.2 Hoạt động ESC xe quay vòng thiếu Quay vịng thiếu xảy xe quay vòng Mặc dù đánh lái, xe có xu hướng thẳng ngồi quỹ đạo đường vịng Vì bánh trước có góc quay nên khơng thể tăng nội lực bên Nếu ESC nhận thấy có xu hướng quay vịng thiếu, trước tiên giảm mơ men động Nếu cần thiết điều khiển tác dụng phanh bánh phải bên Bằng cách mơ men quay vịng tăng Phần xe văng hướng chuyển động xe mong muốn Tác dụng phanh bánh sau xe quay vòng (bánh sau trái) Quỹ đạo mong muốn Khi có ESC + Nếu ESC phát xe có xu hướng quay vịng thiếu đánh lái sang trái, (trong trường hợp bánh sau trái) phải phanh bánh sau trái để tạo mơmen chiều với mơmen quay vịng làm cho xe tăng bán kính quay vịng 29 + Bước trình điều khiển bắt đầu van cấp cho bánh trước trái, trước phải sau phải đóng lại 30 + Bơm sơ cấp nối với cụm piston nạp sau tăng áp suất ban đầu lên đến 15 bar Vì mở van nạp nên áp suất xuất bơm hồi Bơm hồi hút dầu phanh từ xylanh bánh xe cách mở van nạp Có trạng thái điều chỉnh thông thường: Tăng áp, giữ áp giảm áp Điều đảm bảo tối ưu q trình phanh tăng mơ men chống lại xu hướng quay vòng thiếu Hiệu q trình điều khiển quay vịng thiếu ESC thể hình 4.12: Với cách thức điều khiển đảm bảo cho ô tô hoạt động ổn định trường hợp chuyển động Điều tạo điều kiện thuận lợi cho người lái xe gập số tình khơng mong muốn 2.3 Điều khiển phanh chuyển động đường vòng Hệ thống có hiệu gia tốc lệch bên xe lớn 0,6g Trong trường hợp này, van cấp cho xylanh phanh bánh xe bên phía sau đóng đạp phanh Điều ngăn khơng cho áp suất phanh bánh phía sau tăng lên Nếu phanh chậm áp suất phanh tác dụng trung bình xe quay vịng ngăn tốc độ cao gia tốc lệch bên, xe bắt đầu quay vịng thừa kết dẫn đến lật xe Để chống lại tình này, tăng áp suất phanh bánh sau phía cách đóng van cấp Sự khác lực phanh hai bánh sau sinh mô men ngược chiều với mơ men quay vịng xe, xe giữ vị trí ổn định Khi gia tốc lệch bên vượt 0,6g, lúc gia tốc hướng tâm lớn dẫn đến trượt ngang gây ổn định nghiêm trọng phải tác dụng phanh bánh trước phải, trước trái sau phải để giảm tốc độ tạo mômen ngược chiều với chiều quay vòng để giảm tượng quay vòng thừa xảy 31 Mơ hình động lực học xe đạp Mơ hình chuỗi trung thực mơ hình động lực học xe đạp vận tốc dọc xe u vận tốc ngang v Tốc độ góc (tốc độ thay đổi vận tốc góc quanh trục Z) r δf góc đánh lái Góc trượt lốp trước: Góc trượt lốp sau: Liên hệ: α f =δ f − α r=− α f − α r =δ f − v +l f r u v +l r r u ( ) r ( lf + l r ) v +l f r v +l r r L − − =δ f − =δ f − u u u R L R Góc đánh lái: δ f = +α f − α r α f =α r : Neutralsteer α f > α r : Understeer α f < α r :Oversteer 32 Tính theo độ cứng vào cua: αf = m u2 l r R L C αf α r= ; K us = Hệ số thiếu lái: m u l f R L 2C αr l r m lf m − 2.C αf L Cαr L ( ) m l r m l f u L L δf = + − = + K us a y R L C αf L C αr R R Hàm truyền từ góc đánh lái sang vận tốc góc thân xe u r R u Gr = = = δ f δ f L+ K us u Vận tốc góc lệch mong muốn: Ψ˙ des =Gr δ f = Vận tốc góc lệch giới hạn: u.δf L+ K us u2 μ.g Ψ˙ upperbound = u Góc trượt lốp (sai số xác lập): β=− e2 =− ( Ψ −Ψ des ) ss =( Ψ des −Ψ )ss =( Ψ˙ target −Ψ )ss ss 33 PHẦN IV: BỘ ĐIỀU KHIỂN ESC TRÊN MATLAB SIMULINK 34 BỘ ĐIỀU KHIỂN P CONTROLLER Hệ số KI ,KP 35 Góc lệch mong muốn Góc quay vơ lăng 36 Ổn định ngang xe Góc lái bánh trước 37 Góc trượt bánh xe 38 Dao động ngang thân xe Góc quay vơ lăng 39 40 Góc quay bánh xe Góc trượt bánh xe 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS Đỗ Văn Dũng,2013, Sách Điện Động Cơ Điều khiển Động Cơ, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM [2] Modern Control System Theory and Design, Stanley M Shinners, John-Wiley and Sons 1992 [3].https://vi.wikipedia.org/wiki/Lý_thuyết_điều_khiển_tự_động [4] Các trang wed tài liệu ô tô 42 ... chủ động, hệ thống làm tăng tính ổn định xe (điều khiển tính dẫn hướng) Khi tăng lực kéo, bánh xe trượt quay nên khơng điều khiển xe Hệ thống điều khiển lực kéo kết hợp chặt chẽ với điều khiển mômen... tốc cách nhanh chóng ổn định Trên hình 2.1 sơ đồ khối hệ thống TRC: Yêu cầu thiết yếu hệ thống điều khiển lực kéo tối ưu hóa tính ổn định xe (với cầu sau chủ động) điều khiển tính dẫn hướng (với... vấn đề cần có hệ thống kết hợp hệ thống để kiểm sốt tất tình xảy làm ổn định cho ô tô Và hệ thống: ? ?ổn định quỹ đạo chuyển động điện tử ESC (Electronic Stability Control)” giải vấn đề Như nói trên,