MÔ PHỎNG hệ THỐNG TRỢ lực lái điện TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2015 BẰNG MATLAB SIMULINK

ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2015 BẰNG MATLABSIMULINKMỤC LỤCLỜI CẢM ƠNiLỜI NÓI ĐẦUiiDANH MỤC CÁC HÌNHivDANH MỤC CÁC BẢNGviDANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆUviiPHẦN MỞ ĐẦUviii1. Lý do chọn đề tài:viii2. Mục tiêu nghiên cứu:viii3. Giới hạn đề tài:ix4. Mục tiêu nghiên cứu:ixCHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU11.1 Lịch sử phát triển của hệ thống trợ lực lái trên ô tô:11.2 Thông tin về xe Toyota Camry 2015:2CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ42.1 Công dụng phân loại yêu cầu42.2 Nguyên lý hoạt động, cấu tạo hệ thống lái:5CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH KẾT CẤU HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI TRÊN TOYOTA CAMRY 2015143.1.Giới thiệu Toyota Camry 2015143.2. Đặc điểm kết cấu hệ thống lái xe Camry 2015153.3. Hệ thống trợ lực lái điện trên Toyota camry 201516CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU MODEL HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM194.1. Chọn giải pháp mô phỏng194.2. Giới thiệu chung về phần mềm mô phỏng MatlabSimulink194.2.1. MatlabSimulink:194.2.2 MatlabStateflow:204.4. Động cơ PMSM:214.5 PMSM driver:234.6 Cảm biến và các hệ thống cơ khí:394.7 Hoạt động của model:434.8 Kết quả:44PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ VÀ TỔNG KẾT.45DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO46

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - - BÁO CÁO CUỐI KÌ ĐỀ TÀI: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN TRÊN XE TOYOTA CAMRY 2015 BẰNG MATLAB/SIMULINK TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2022 LỜI CẢM ƠN Đề tài nhóm em tập trung nghiên cứu cố gắng đạt mục tiêu đề ra, nhiên hạn chế mặt kiến thức thời gian nghiên cứu, nên chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, khiếm khuyết, chúng em mong bảo, đóng góp quý thầy cô bạn để báo cáo hồn thiện Nhóm chúng em xin cảm ơn gia đình hỗ trợ mặt vật chất để chúng em có đủ điều kiện tham gia khố học, ln đợng viên để chúng có tinh thần tốt trình học tập nghiên cứu đề tài Chúng em cũng xin cảm ơn thầy giảng viên trực tiếp hướng dẫn chúng em suốt trình nghiên cứu đề tài Đồng thời chúng em xin cảm ơn anh, chị khóa trước bạn bè giúp đỡ tạo điều kiện để chúng em phát triển đề tài Cuối cùng, chúng em xin kính chúc thầy tồn thể bạn lời chúc sức khỏe hoàn thành tốt nhiệm vụ giao TP Hồ Chí Minh, ngày… Tháng.… năm 2021 Tác giả LỜI NĨI ĐẦU Vào thời gian gần ngành cơng nghệ ô tô phát triển với tốc độ chóng mặt Việc nghiên cứu hệ thống khung gầm ô tô có vai trị quan trọng việc tăng tính ổn định xe tăng tiện nghi an toàn, đáp ứng nhu cầu ngày cao người tiêu dùng đáp ứng đủ tiêu môi trường Ngành tơ giới nói chung Việt Nam nói riêng phát triển mạnh mẽ với việc ứng dụng ngày nhiều thành tựu công nghệ thông tin vào sản xuất lắp đặt linh kiện ô tô Việc ứng dụng phần mềm máy tính việc tính tốn mơ hệ thống xe sử dụng một quy trình bắt buộc nhằm đứa mô một cách đắng thiết kế ô tô MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH TÊN HÌNH Hình 1.1 Trợ lực lái tơ Hình 1.2 Ơng Francis W Davis Hình 1.3 Toyota Camry 2015 Hình 2.1 Cấu tạo chung hệ thống lái khí Hình 2.2 Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực Hình 2.3 Hoạt động hệ thống đánh lái sang phải Hình 2.4 Hoạt động hệ thống đánh lái sang trái Hình 2.5 Cấu tạo chung hệ thống lái trợ lực điện Hình 2.6 Hoạt động hệ thống lái trợ lực điện Hình 2.7 Cấu tạo hệ thống lái trợ điện thủy lực Hình 3.1 Toyota Camry 2015 Hình 3.2 Sơ đồ trợ lực lái điện trục lái Hình 3.3 Sơ đồ trợ lực lái Hình 4.1 Model tổng quát trợ lực lái điện ô tô Hình 4.2 Khối PMSM Hình 4.3 Thông số khối PMSM Hình 4.4 PMSM driver Hình 4.5 Khối Controller Hình 4.6 Thuật tốn điều khiển đợng đồng bợ nam châm vĩnh cửu Hình 4.7 Khối MODE SCHEDULER Hình 4.8 Controller mode scheduler Hình 4.9 Motor controller Hình 4.10 Field oriented controller Hình 4.11 Velocity control Hình 4.12 Position control Hình 4.13 Torque control Hình 4.14 Current control Hình 4.15 Current controller TRANG 9 10 10 11 14 17 18 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 34 35 36 Hình 4.16 Driver peripheral Hình 4.17 Inverter Hình 4.18 Mechanical rotational reference Hình 4.19 Steering Damping Hình 4.20 Steering inertia Hình 4.21 Ideal Torque Sensor Hình 4.22 Steering column and Sensor Hình 4.23 Tổng quan khối sensor Hình 4.24 SteeringWheel Hình 4.25 Hoạt động model Hình 4.26 Đồ thị kết 37 38 38 38 38 39 39 40 41 42 43 DANH MỤC CÁC BẢNG TÊN BẢNG Bảng 2.1 So sánh ưu nhược điểm loại trợ lực lái TRANG 13 Bảng 3.1 Thông số xe Toyota Camry 2015 15 Bảng * Phân công nhiệm vụ tổng kết 44 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ECU Electronic Control Unit (Bộ điều khiển) EPS Electric power steering (Trợ lực lái điện) CAN Controller Area Network PMS M Động đồng bộ nam châm vĩnh cửu ADC kỹ thuật số EHP S Trợ lực điện-thủy lực Ld Độ tự cảm trục D Lq Độ tự cảm trục Q Lo Độ tự cảm trục zero T Momen xoắn K Tỉ lệ biến dạng lò xo ϕ Đợ biến dạng lị xo 1 PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Trong tháng 3/2022, địa bàn nước xảy 788 vụ tai nạn giao thông Trong số bao gồm 556 vụ tai nạn giao thông từ nghiêm trọng trở lên 232 vụ va chạm giao thông Hậu làm 491 người chết, 252 người bị thương 229 người bị thương nhẹ Nguyên nhân dẫn đến tai nạn giao thông chủ yếu sử dụng bia rượu, chất kích thích điều khiển phương tiện; chạy q tốc đợ cho phép; phóng nhanh vượt ẩu; ý thức tham gia giao thông kém, khơng tn thủ luật giao thơng cịn nhiều nguyên nhân khách quan, chủ quan khác Trong nguyên nhân “mất lái” cũng chiếm một phần không nhỏ gây vụ tai nạn giao thông Thực tế, nguyên nhân dẫn đến “mất lái” một lỗi điều khiển xe người lái (không làm chủ tốc độ, không làm chủ chân ga, chân phanh, vào cua tốc độ cao, đoạn đường trơn trượt…); hai lỗi kỹ thuật xe (nổ lốp, hệ thống bánh xe chưa cân chỉnh xác, mợt chi tiết hệ thống lái bợ phận liên quan bị hỏng hóc, kẹt cứng…) Điều cho thấy hệ thống lái một hệ thống quan trọng định an tồn mợt xe Chính vì vậy, nhóm chúng em tìm hiểu cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống lái điện toyota camry 2015 để hiểu thêm phân tích kỹ đề tài mình Mục tiêu nghiên cứu: - Hiểu rõ cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống lái tơ nói chung hệ thống lái trợ lực điện xe Toyota Camry 2015 nói riêng - Hiểu rõ thành phần, phân loại nguyên lý hoạt động chi tiết có hệ thống lái Giới hạn đề tài: Hệ thống trợ lực lái điện ô tô một hệ thống vô cũng phức tạp kết hợp chi tiết khí điện tử điều khiển Vì nội dung đề tài mô động lực học hệ thống Cụ thể quan sát momen người lái momen trợ lực Mục tiêu nghiên cứu: Tìm hiểu hệ thống lái tơ nói chung - Tìm hiểu hệ thống lái trợ lực điện xe Toyota Camry 2015 nói riêng - Tìm nguồn tài liệu thống, uy tín, đợ xác cao - Đọc hiểu sâu sắc nguồn tài liệu tìm để phục vụ cho dự án - Nghiên cứu, thiết kế mô hoạt động hệ thống phần mềm matlap Simulink Phương pháp nghiên cứu: - Tham khảo tài liệu hãng, tài liệu mạng, video liên quan đến đề tài -Sử dụng model matlab/Simulink 10 Omega: tốc đợ góc Phase current: dịng điện FIELD ORIENTED CONTROLLER Hình 4.10 Field oriented controller Bợ điều khiển dịng điện ln vận hành Bộ điều khiển khởi động, vận tốc mơ-men xoắn kích hoạt tùy chọn Input Output Controller mode: chế độ điều khiển Phase voltage: điện áp pha Phase currents: dòng pha Velocity command: lệnh vận tốc 41 Velocity measured: vận tốc đo Position command: lệnh vị trí Position measured: vị trí đo Torque command: lệnh moment VELOCITY CONTROL Hình 4.11 Velocity control Bợ điều khiển điều chỉnh vận tốc động cách sử dụng phản hồi vận tốc rôto so với vận tốc định Đầu bộ điều khiển lệnh dịng điện tỷ lệ thuận với mơmen điện từ động 42 Vì động điều khiển Máy đồng bộ nam châm vĩnh cửu, liên kết từ thông rôto cố định (được xác định nam châm), dịng điện c̣n dây một chiều điều khiển không Input Output Velocity command: lệnh vận tốc q current Velocity measured: vận tốc đo POSITION CONTROL Hình 4.12 Position control Bợ điều khiển điều chỉnh vị trí đợng cách sử dụng phản hồi vị trí rơto so với vị trí định Đầu bợ điều khiển lệnh dịng điện tỷ lệ thuận với mơmen điện từ động Vì động điều khiển động đồng bộ nam châm vĩnh cửu, liên kết từ thông rôto cố định (được xác định nam châm), dịng điện cuộn dây một chiều điều khiển khơng 43 Input Output Position command: lệnh vị trí q current Position measured: vị trí đo 44 TORQUE CONTROL Hình 4.13 Torque control Đầu bợ điều khiển lệnh dịng điện tỷ lệ thuận với mơmen điện từ động Trong cấu hình này, lệnh mô-men xoắn lệnh Một thuật ngữ khuếch đại bổ sung thêm vào để chuyển dịng điện thành mơmen xoắn dựa thơng số động biết Input Output Torque command: lệnh moment q current 45 CURRENT CONTROL Hình 4.14 Current control Điều khiển dòng điện stato dựa biến đổi thời gian pha ba pha hệ thống phụ thuộc tốc độ (ABC) một hệ hai tọa độ thời gian bất biến Input Output Controller mode: chế độ điều khiển Phase voltages: điện áp pha q current command: lệnh dòng điện q Phase currents: phòng pha Rotor position: vị trí rotor 46 CURRENT CONTROLLER Hình 4.15 Current controller Bợ điều khiển điều chỉnh dịng điện mợt chiều dịng điện vng góc Dịng điện từ lệnh đưa trừ cho dịng điện có đo đạc Sau đưa vào khối thực thuật tốn điều khiển PID thời gian liên tục thời gian rời rạc bao gồm tính nâng cao, cho điện áp Cuối nhập điện áp thu thành bus 47 4.5.3 DRIVER PERIPHERAL Hình 4.16.Driver peripheral Chuyển đổi so sánh giá trị số lượng PWM thành mợt chu kỳ nhiệm vụ chuẩn hóa Sau so sánh độ điều xung, liệu đưa qua Khối xử lý việc truyền liệu tốc độ nhiệm vụ khác Cuối đưa kết điều chế độ rộng xung 4.5.4 INVERTER Hình 4.17 Inverter Điều chế đợ rợng xung xử lý đưa qua cảm biến, cho cường đợ dịng điện điện áp 48 4.6 Cảm biến và hệ thống khí: 4.6.1 Mechanical rotational reference: Khối mô một vật học tham chiếu khung gầm xe Hình 4.18 Mechanical rotational reference: 4.6.2 Steering Damping: Giảm chấn lái Hình 4.19 Steering Damping 4.6.3 Steering inertia: Khối đại diện cho mợt qn tính quay học lý tưởng lực qn tính lái Hình 4.20 Steering inertia 4.6.4 Ideal Torque Sensor: 49 Hình 4.21 Ideal Torque Sensor Khối đại diện cho một cảm biến mô-men xoắn lý tưởng, tức một thiết bị biến đổi mợt biến số qua cảm biến thành mợt tín hiệu điều khiển tỷ lệ với mô-men xoắn với một hệ số tỷ lệ xác định Cảm biến lý tưởng vì khơng tính đến qn tính, ma sát, độ trễ, tiêu thụ lượng, v.v Cổng R C cổng học, kết nối với momen xoắn học cần theo dõi Cổng T cổng tín hiệu vật lý xuất kết momen xoắn cần theo dõi Chiều dương từ R đến C 4.6.5 Steering column and Sensor: Hình 4.22 Steering column and Sensor Hướng thứ vào khối Steering Column, khối khối Lò xo quay lý tưởng Mô tả phương trình động học: T= K* ϕ Trong đó: T momen xoắn truyền qua lị xo K Tỉ lệ lò xo ( mặc định 10 Nm/rad) ϕ biến dạng lò xo 50 Hướng thứ hai tín hiệu vào khối Sensor Hình 4.23 Tổng quan khối sensor Tín hiệu momen bánh lái vào khối sensor qua biến đổi ba thông số chệnh góc quay vơ lăng, vận tốc đợ dịch chuyển tải trọng lái Các đầu vào cho bộ điều khiển PMSM chênh lệch góc quay từ đầu đến đầu trục vô lăng vận tốc đợ dịch chuyển góc tải trọng lái Biến tần PMSM lý tưởng hóa Bạn thấy dạng sóng điện áp dịng điện biến tần điện áp & phạm vi dòng điện Bạn thấy dạng sóng mơ-men xoắn phạm vi mô-men xoắn học 4.6.6 Steering Wheel: 51 Hình 4.24 SteeringWheel Đầu vào vận tốc góc bánh lái thể người lái một đồ thị hình sin truyền qua Simulink-PS Converter (S-PS) có tác dụng chuyển tín hiệu đầu vào thành tín hiệu vật lý Tín hiệu truyền tới cổng S Nguồn vận tốc góc lý tưởng (Steering Weel) Khối tạo chênh lệch vận tốc thiết bị đầu cuối tỷ lệ với tín hiệu vật lý đầu vào Nguồn lý tưởng nghĩa đủ mạnh để trì vận tốc xác định mô-men xoắn tác dụng lên hệ thống Chiều dương khối từ cổng R đến cổng C Điều có nghĩa vận tốc đo ω = ω R - ω C, ω R, ω C vận tốc góc tuyệt đối cổng R C, mômen quay qua nguồn dương hướng từ R đến C (Trong cổng C cổng bảo toàn quay học liên kết với điểm tham chiếu Sau tín hiệu truyền tới Cảm biến momen xoắn lý tưởng để chuyển đổi một biến số qua cảm biến thành tín hiệu điều khiển tỷ lệ với mơ-men xoắn (Cảm biến lý tưởng vì khơng tính đến qn tính, ma sát, độ trễ, tiêu thụ lượng, v.v.) Sau xuất tín hiệu qua cổng T qua bợ chuyển đổi tín hiệu vật lý thành tín hiệu simulink gọi drive (Đây momen người lái, đơn vị Nm) Sau đó, tín hiệu vật lý momen lái từ đầu C vào khối Steering Column Sensor 52 4.7 Hoạt động model: Hình 4.25.Hoạt động model Tín hiệu vơ lăng lái đại diện cụm khối Steering Wheel truyền qua trục lái đại diện Steering Column truyền đến cấu lái Tín hiệu momen trục lái cảm biến (Sensor) đo xt tín hiệu đến bợ điều khiển PMSM Drive Bộ điều khiển xuất điện áp pha (~) điều khiển động PMSM Động sinh momen trợ lực lái qua R Tổng momen Steering Column động PMSM trừ lượng hao hụt hệ thống treo quán tính kết đạt momen lái tổng 53 4.8 Kết quả: Hình 4.26 Đồ thị kết Nhận xét: Đồ thị momen người lái, trợ lực lái tổng momen pha với nhau: thể hoạt động mô hình trợ lực yếu tố thời điểm Lực lái động người yếu tố việc lái Thể đồ thị driver cao đồ thị Power assist Điều giúp người lái giữ cảm giác lái Tổng momen= Power assist+Driver 54 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://otobabo.vn/lich-su-hinh-thanh-he-thong-tro-luc-lai-tren-o-to/ [2] Modelling and simulation of electric power steering system using permanent magnet synchronous motor [3] https://oto.edu.vn/5-kieu-dat-dong-co-dien-tren-he-thong-tro-luc-lai-eps-ra-sao/ [4] https://www.google.com.vn/amp/s/scialert.net/fulltext/amp.php%3fdoi=jse.2015.868.876 [5] https://www.atlantis-press.com/article/3612.pdf [6] https://docsdrive.com/pdfs/ansinet/jse/2015/868-876.pdf 55 ... chung hệ thống lái trợ lực điện Hình 2.6 Hoạt động hệ thống lái trợ lực điện Hình 2.7 Cấu tạo hệ thống lái trợ điện thủy lực Hình 3.1 Toyota Camry 2015 Hình 3.2 Sơ đồ trợ lực lái điện trục lái. .. nên độ dơ tay lái 2.2.2 Hệ thống lái trợ lực thủy lực 2.2.2.1 Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực Hình 2.2 Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực a Bơm dầu trợ lực (1): Bơm trợ lực có nhiệm vụ... Cấu tạo hệ thống lái trợ điện thủy lực Nhìn chung mô? ?t hệ thống lái có trợ lực sử dụng lực đợng để dẫn động bơm trợ lực tạo áp suất thủy lực EHPS mợt hệ thống lái có trợ lực sử dụng mô tơ để