cruise control system

ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MATLABSIMULINK VÀ CARSIM NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KIỂM SOÁT HÀNH TRÌNH (CRUISE CONTROL SYSTEM – CCS) TRÊN XE TOYOTA FORTUNER 2021MỤC LỤCCHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU11.1. Lý do chọn đề tài11.2. Mục tiêu đề tài11.3. Giới hạn đề tài11.4. Phương pháp nghiên cứu1CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHẠY TỰ ĐỘNG BẰNG ĐIỆN TỬ CRUISE CONTROL SYSTEM (CCS)22.1. Khái quát về hệ thống chạy tự động22.1.1. Khái niệm về hệ thống chạy tự động22.1.2. Lịch sử hình thành22.2. Vai trò của hệ thống điều khiển chạy tự động3CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CRUISE CONTROL SYSTEM TRÊN TOYOTA FORTUNER 202173.1. Các loại CCS được sử dụng trên xe Toyota73.1.1. CCS điều khiển bằng ECU73.1.2. CCS điều khiển bằng ETCSI (hệ thống điều khiển bướm ga thông minh bằng điện tử)83.2. Cấu tạo hệ thống CCS được sử dụng trên xe Toyota Fortuner 202193.2.1 Bộ điều khiển trung tâm (ECU)93.2.2. Motor quay bướm ga123.2.3. Cảm biến vị trí bướm ga133.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống CCS143.4. Nguyên lý điều khiển143.5. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống153.6. Cách sử dụng hệ thống CCS16CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHẠY TỰ ĐỘNG TRÊN MATLABSIMULINK VÀ MÔ PHỎNG TRÊN CARSIM214.1. Mô phỏng trên MatlabSimulink214.1.1. Giới thiệu về Simulink214.1.2. Mô hình động học phương dọc của xe ô tô224.1.3. Thuật toán điều khiển PID254.1.4. Mô phỏng điều khiển CCS trên Simulink274.1.5. Thiết kế điều khiển CCS trên Simulink304.2. Mô phỏng trên Carsim334.2.1. Giới thiệu phần mềm Carsim334.2.2. Mô phỏng hệ thống bằng SimulinkCarsim384.2.2.1. Các bước thiết lập384.2.2.2. Phân tích đồ thị kết quả đạt được42KẾT LUẬN44TÀI LIỆU THAM KHẢO45

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK VÀ CARSIM NGHIÊN CỨU, MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KIỂM SỐT HÀNH TRÌNH (CRUISE CONTROL SYSTEM – CCS) TRÊN XE TOYOTA FORTUNER 2021 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2022 DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU CCS ( Cruise Control System ) : Hệ thống điều khiển chạy tự động ETCS-i ( Electronic Throttle Control System - Intelligent ): Hệ thống điều khiển bướm ga thông minh ECU ( Engine Control Unit ): Bộ điều khiển động MRE ( Magneto Resistive Element ) : Phần tử điện trở từ ABS ( An-ti locking braking system ): Hệ thống chống bó phanh DANH MỤC HÌNH ẢNH MỤC LỤC GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài Trong thời đại cơng nghiệp hố, đại hố diễn nơi lúc toàn cầu nay, đường sá ngày nâng tầm đem theo nhiều cung đường cao tốc, tuyến đường tránh xây dựng nhu cầu lại trở nên nhộn nhịp Và yếu tố định nhu cầu lại cảm giác thoải mái thư giãn lại Và giải pháp đề với hệ thống điều khiển chạy tự động giúp ta có khoảng thời gian thả lỏng cung đường dài đến nơi làm việc không bàn đạp ga xe Vì vậy, với phân cơng Bộ mơn Ứng dụng máy tính (KG) – khoa Cơ khí Động lực – Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM hướng dẫn TS.Nguyễn Mạnh Cường, nhóm chúng em nghiên cứu đề tài: ứng dụng matlab/simulink, carsim mô hệ thống điều khiển chạy tự động dòng xe TOYOTA FORTUNER 2021 – dòng xe mang tính phổ biến Việt Nam 1.2 Mục tiêu đề tài Nắm vững sở lý thuyết, nguyên lý hoạt động hệ thống điều khiển tự động dòng xe TOYOTA FORTUNER 2021 Xây dựng giá trị, tính tốn phần mềm Matlab/Simulink, mơ điều khiển phần mềm Carsim 1.3 Giới hạn đề tài Xây dựng Matlab/Simulink mô Carsim chưa tiến hành xây dựng mơ hình thực nghiệm 1.4 Phương pháp nghiên cứu Sử dụng sở lý thuyết nguồn tài liệu tham khảo để xây dựng mơ hình Tính tốn thơng số cần thiết đến mơ hình tham khảo từ mơ hình có sẵn thực tế matlab/simulink để tiến hành mô Sử dụng Carsim để xây dựng mơ hình theo chu trình thực nghiệm GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHẠY TỰ ĐỘNG BẰNG ĐIỆN TỬ - CRUISE CONTROL SYSTEM (CCS) 2.1 Khái quát hệ thống chạy tự động 2.1.1 Khái niệm hệ thống chạy tự động Hệ thống điều khiển hành trình (Cruise Control System - CCS) tự động điều khiển góc mở bướm ga xe chạy tốc độ đặt trước người lái Do người lái khơng cần phải nhấn lên bàn đạp ga Xe chạy tốc độ đặt trước lên dốc xuống dốc nhờ có hệ thống CCS Hệ thống đặc biệt có ích xe chạy đường cao tốc đường quốc lộ rộng khơng có thời gian nghỉ lâu Do đó, người lái thư giãn lái xe cách thoải mái Một số loại xe có khả tự động giữ khoảng cách xe khơng đổi (Adaptive Cruise Control System) Hình 2.1 Hệ thống chạy tự động giữ khoảng cách xe 2.1.2 Lịch sử hình thành Cơng nghệ tiền thân hệ thống điều khiển hành trình ngày James Watt Matthew Boulton phát minh vào năm 1788 để điều khiển động nước Vào thời điểm đó, điều khiển có điều chỉnh vị trí van tiết lưu (lưu lượng nhiên liệu) tốc độ động thay đổi với trọng tải khác Mãi đến năm 1910, hệ thống điều khiển hành trình với điều khiển ly tâm dùng ô tô hãng Peerless Theo hãng Peerless, hệ thống điều khiển họ “duy trì tốc độ dù xe lên hay xuống dốc” GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Tiếp đến năm 1945, hệ thống điều khiển hành trình đại phát minh kỹ sư khí khiếm thị người Mỹ, Ralph Teetor Ý tưởng ông nảy sinh thất vọng ngồi xe luật sư lái Theo lời ơng vị luật sư tăng tốc độ hạ xuống chậm Chiếc xe dùng hệ thống Teetor phát minh Chrysler năm 1958 Đây mẫu xe trang bị hệ thống điều khiển hành trình đại hồn chỉnh giới Chỉ sau vài năm, nhà sản xuất nghiên cứu phát triển hệ thống kiểm sốt hành trình cho riêng Tuy nhiên, thời điểm hệ thống điều khiển hành trình cịn nhiều hạn chế, trở thành nguyên nhân gây tai nạn trường hợp sau: điều kiện thời tiết khắc nghiệt, lái xe đường trơn hay tuyết, xe bị trượt khiến người điều khiển xe tự chủ với xe Ngồi ra, khơng thả lỏng chân ga, chân phanh nên có tình nguy hiểm bất ngờ người lái đạp nhầm kinh nghiệm yếu, tập trung Do đó, nhà sản xuất xe khơng ngừng cải tiến hệ thống với nút cảnh báo, tự động phanh hay đánh lái hay giảm tốc độ để phịng tránh có tình bất ngờ Kể từ năm 1990, nhà sản xuất xe bắt đầu sử dụng công nghệ kỹ thuật số tiên tiến cải tiến, nâng cấp hệ thống kiểm sốt hành trình xây dựng phương pháp kỹ sư Teetor 2.2 Vai trò hệ thống điều khiển chạy tự động Hệ thống điều khiển chạy tự động (CCS) trì xe chạy tốc độ lái xe đặt trước cách điều chỉnh tự động góc mở bướm ga, người lái không cần phải giữ chân ga Hệ thống CCS đặc biệt có ích lái xe liên tục khơng nghỉ nhiều đường cao tốc hay đường xuyên quốc gia vắng người, người lái thả chân ga đạp ga xe chạy tốc độ không đổi cho dù lên hay xuống dốc Nhờ có CCS chuyến hành trình dài gây mệt mỏi Hệ thống CCS áp dụng nhiều ôtô Mỹ ôtô Châu Âu, đường Mỹ rộng lớn nói chung quy hoạch hồn thiện GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Hình 2.2 Nút khởi động hệ thống CCS Với phát triển không ngừng giao thông, hệ thống CCS trở thành hữu ích hơn, ô tô đời tương lai trang bị CCS cải tiến, cho phép ơtơ bạn theo tơ phía trước đoàn xe nhờ liên tục điều chỉnh tăng tốc giảm tốc để bảo đảm khoảng cách an toàn (Adaptive Cruise Control System) Trong vài trường hợp, hệ thống CCS góp phần giảm suất tiêu hao nhiên liệu cách hạn chế độ lệch bướm ga Hình 2.3 Phát triển CCS thành ACC GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG 2.3 Ưu nhược điểm hệ thống  Ưu điểm Hệ thống có thuận lợi: Lợi ích cho chạy xe đường dài (giảm mệt mỏi lái xe, tăng tiện nghi cách cho phép thay đổi vị trí an toàn hơn) qua đường cao tốc đường vắng người Có hiệu tiết kiệm nhiên liệu cực cao Hình 2.4 Xe chạy đường vắng Một số lái xe dùng để tránh vi phạm hạn chế tốc độ Người điều khiển xe thường phóng nhanh đường dài không ý thức việc vượt giới hạn cho phép tránh lỗi Tuy nhiên số người điều khiển xe cần ý hệ thống điều khiển hành trình vượt q mức thiết lập ban đầu xuống dốc với động chạy không tải  Nhược điểm Tuy nhiên hệ thống điều khiển hành trình gây tai nạn số tác nhân sau: GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Do khơng cần thường trực dùng bàn đạp dẫn tới tai nạn người lái xe bị mệt mỏi thiếu kinh nghiệm đường dài tương lai hệ thống phải bao gồm nút cảnh báo để phòng tránh Trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, lái xe đường trơn hay tuyết, xe bị trượt Khơng phù hợp cho người lái chưa có nhiều kinh nghiệm ứng biến tình dễ gây tai nạn đạp phanh tình đột ngột khiến người điều khiển xe tự chủ với xe Chỉ phù hợp đường cao tốc, xe cộ Hình 2.5 Xe chạy cao tốc 10 GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Hình 4.9 Đồ thị vận tốc Kết thu hình, theo hình thấy vận tốc CCS đáp ứng khoảng thời gian 6s-7s (thỏa mãn điều kiện thời gian xác lập New Dataset (Duplicate of Current Dataset) 42 GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Hình 4.14 Chọn mục file Một số nút chức hình làm việc: 43 GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Hình 4.15 Các nút hình làm việc Carsim 4.2.2 Mơ hệ thống Simulink/Carsim 4.2.2.1 Các bước thiết lập Bước 1: Chọn dataset phù hợp với case study để dễ dàng cho việc chỉnh thơng số Sau tạo dataset copy dataset chọn trước 44 GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Hình 4.16 Tạo dataset ACC Bước 2: Sau tạo case study bắt đầu thay đổi thơng số Hình 4.17 Thay đổi thông số - (1): Thay đổi điều khiển Simulink: + Đầu tiên copy and link Simulink hệ thống ACC hệ thống để thay đổi không ảnh hưởng đến điều khiển hệ thống 45 GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG + Sau tạo Simulink mới, nhấp vào thay đổi đường dẫn simulink, đầu nhận xuất Hình 4.18 Thay đổi đường dẫn Simulink + (1.1): Chọn vào chấm thay đổi đường dẫn simulink + (1.2): Copy and link Import Channels Export Channels để việc thay đổi không ảnh hưởng tới hệ thống - (2): Copy and link thông số kết cấu xe, loại xe Ở hệ thống CCS nhóm sử dụng xe SUV để phù hợp với mẫu xe Toyota Fortuner 2021: 46 GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Hình 4.19 Copy and link thông số xe - (3): Copy and link phương thức vận hành/Procedure Hình 4.20 Copy and link phương thức vận hành Bước 3: Thực chạy so sánh: Bấm “Run now/Run Math Model” để hệ thống chạy lại thông số thay đổi 47 GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Hình 4.21 Thực chạy so sánh 4.2.2.2 Phân tích đồ thị kết đạt Ở trường hợp xe chạy đường nhóm sử dụng đồ thị “Vận tốc xe” “Khoảng cách xe so với xe phía trước” để phân tích đánh giá Hình 4.22 Đồ thị vận tốc khoảng cách 48 GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG Với điều kiện ban đầu thiết lập xe chạy với vận tốc 110 km/h, nhìn vào đồ thị vận tốc dài xe thấy xe giảm tốc Sensor1 đo đạt phát phía trước có xe với khoảng cách khoảng 50 m Khi khoảng cách xe có gia tăng vào khoảng giây 15 vận tốc xe liền tăng lên để đáp ứng tới mức ta thiết lập ban đầu tiếp tục có điều chỉnh vận tốc xe liên tục để giữ khoảng cách an toàn với xe với xe phía trước Đồ thị phản ánh hồn tồn hợp lý chức hoạt động hệ thống 49 GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG KẾT LUẬN Đề tài đạt mục tiêu nội dung đề ra, có ý nghĩa nghiên cứu chương trình giảng dạy Qua đó, đánh giá cụ thể nội dung sau: – Đã nghiên cứu lý thuyết hệ thống điều khiển chạy tự động sở tài liệu hệ thống thực tế xe, cụ thể xe TOYOTA FORTUNER 2021 – Đã phân tích chất vật lý bản, công thức ứng dụng phần mềm MATLAB/Simulink CarSim để mô hoạt động số hệ thống an toàn chủ động ô tô gồm nội dung: + Xây dựng mơ hình mơ + Xác định thơng số đầu vào mơ hình mơ + Xác định kết xuất tốc độ chuyển động ô tô, gia tốc xe, tổng lực tác dụng vào xe… + Xác định đánh giá kết trường hợp không sử dụng hệ thống điều khiển chạy tự động + Đề tài có ý nghĩa thực tiễn đóng góp vào chương trình nghiên cứu khoa học ngành cơng nghệ kỹ thuật tơ Tuy nhiên, chưa có kinh nghiệm, kiến thức chuyên môn cao thời gian nên nhóm em nên cịn số hạn chế việc sai sót q trình tính toán, chưa nghiên cứu làm đề tài trở nên hồn hảo Mong thầy xem xét góp ý Xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Mạnh Cường 50 GVHD: TS NGUYỄN MẠNH CƯỜNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hệ thống điều khiển hành trình, https://vi.wikipedia.org/wiki/H%E1%BB%87_th%E1%BB%91ng_%C4%91i %E1%BB%81u_khi%E1%BB%83n_h%C3%A0nh_tr%C3%ACnh [2] Cruise Control Adaptive Cruise Control gì?, https://danchoioto.vn/cruise-control-la-gi/ [3] Duy Linh, Hướng dẫn cách sử dụng Cruise Control xe ô tô, https://vinfastauto.com/vn_vi/huong-dan-cach-su-dung-cruise-control-tren-xe-o-to [4] Cruise Control: Simulink Modeling, https://ctms.engin.umich.edu/CTMS/index.php? example=CruiseControl§ion=SimulinkModeling&fbclid=IwAR38KpKXMKK1B 1uB6E4o3-r35IJQfW5lvbxe6ZPsxTWs8_rq7GKOlPz7NnI 51 ... %E1%BB%81u_khi%E1%BB%83n_h%C3%A0nh_tr%C3%ACnh [2] Cruise Control Adaptive Cruise Control gì?, https://danchoioto.vn /cruise- control- la-gi/ [3] Duy Linh, Hướng dẫn cách sử dụng Cruise Control xe ô tô, https://vinfastauto.com/vn_vi/huong-dan-cach-su-dung -cruise- control- tren-xe-o-to... TỰ ĐỘNG BẰNG ĐIỆN TỬ - CRUISE CONTROL SYSTEM (CCS) 2.1 Khái quát hệ thống chạy tự động 2.1.1 Khái niệm hệ thống chạy tự động Hệ thống điều khiển hành trình (Cruise Control System - CCS) tự động... thống điều khiển hành trình Cruise Control có lợi cho người lái lúc chúng mang tới hiệu mong muốn Dưới lưu ý sử dụng hệ thống Cruise Control • Khơng sử dụng hệ thống Cruise Control đoạn đường có mật