ỨNG DỤNG MATLABSIMULINK VÀ CARSIM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN TOYOTA VIOS 2019MỤC LỤCDanh mục hình ảnh1CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN31.1. Lí do chọn đề tài31.2. Mục đích nghiên cứu31.3. Đối tượng nghiên cứu41.4. Phạm vi nghiên cứu4CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT52.1. Giới thiệu tổng quan về xe Toyota Vios 201952.2. Tổng quan về hệ thống ABS (Anti – Lock Brake System)62.2.1. Giới thiệu ABS62.2.2. Tính cần thiết của hệ thống72.3. Cơ sở lý thuyết hoạt động hệ thống ABS82.3.1. Đặc điểm quá trình phanh ô tô82.3.2. Các tiêu chí đánh giá hiệu quả quá trình phanh82.3.3. Hệ số trượt102.3.4. Hệ số bám và lực bám12CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRÊN SIMULINK163.1. Điều khiển ABS163.1.1. Xây dựng mô hình hệ thống ABS163.1.2. Mô hình hóa hệ thống ABS Matlab Simulink17CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM SIMULINKCARSIM224.1. Các trường hợp mô phỏng hệ thống ABS bằng Simulinkcarsim224.1.1. Mô phỏng ABS trên đường có 2 hệ số bám khác nhau224.1.2. Mô phỏng ABS trên đường cong.36CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN43Tài liệu tham khảo:44
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC BÁO CÁO MƠN HỌC ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK VÀ CARSIM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN TOYOTA VIOS 2019 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022 BÁO CÁO MÔN HỌC ỨNG DỤNG MATLAB/SIMULINK VÀ CARSIM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN TOYOTA VIOS 2019 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022 MỤC LỤC Danh mục hình ảnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Lí chọn đề tài Ngày nay, với lên ngành công nghiệp ô tô động ngày cải tiến hoàn thiện để đáp ứng với nhu cầu người sử dụng Cơ cấu phanh cấu an toàn chủ động xe, dùng để giảm tốc độ hay dừng đỗ xe truờng hợp cần thiết Nền công nghiệp ngày phát triến mạnh, số lượng phương tiện giao thông tăng nhanh, mật độ lưu thông đường ngày lớn Các xe ngày thiết kế với công suất cao hơn, tốc độ chuyển động nhanh yêu cầu đặt với cấu phanh cao nghiêm ngật Một xe có cấu phanh tốt, có độ tin cậy cao có khả phát huy hết cơng suất, xe có khả chạy tốc độ cao, tăng tính kinh tế nhiên liệu, tính an tồn hiệu vận chuyển xe Theo thống kê phần lớn số vụ tai nạn xảy trường hợp cần dừng khẩn cấp, tài xế đạp phanh mạnh đột ngột làm xe bị rê bánh trượt đi, dẫn đến lái Hệ thống ABS giúp khắc phục tình trạng khơng phụ thuộc vào kỹ thuật phanh người lái Ở VN tai nạn giao thông ngày gia tăng số vụ tính chất nguy hiểm Trên giới có nhiều diễn biến phức tạp, số vụ tai nạn ngày tăng nên tính cấp thiết phải nâng cao tính kỹ thuật cho xe giới quan trọng Do tầm quan trọng hệ thống phanh an tồn giao thơng q trình hoạt động mà việc nghiên cứu để nâng cao kỹ thuật xử lí cho hệ thống phanh mà nhóm tìm hiểu hệ thống phanh ABS xe Toyota vios 2019 1.2 Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu hệ thống ABS (Anti-lock Braking System), lý thuyết điều khiển từ dựa ứng dụng phần mềm Matlab/Simulink Carsim để tiến hành xây dựng mô 1.3 Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu trình điều khiển hệ thống ABS (Anti-lock Braking System) xe Toyota vios 2019, ảnh hưởng hệ số bám yếu tố khác đến hệ thống ô tô 1.4 Phạm vi nghiên cứu Mô diễn tả trình làm việc hệ thống chống bó cứng bánh xe Carsim, từ sử dụng Matlab Simulink để phân tích sơ đồ hệ thống, hàm truyền khối liên quan Phân tích yếu tố như: vận tốc chuyển động xe, hệ số bám bánh xe với mặt đường đến trình phanh Chương 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2.1 Giới thiệu tổng quan xe Toyota Vios 2019 Diện mạo yếu tố giúp thu hút người tiêu dùng nói đến lĩnh vực xe tơ Và hãng xe Nhật Bản khơng phụ lịng khách hàng cho đời dịng xe Toyota Vios 2019 có giá thành tầm trung lại sở hữu ngoại hình bắt mắt sang trọng nhất, chí so sánh với dòng xe đắt tiền khác Về kích thước, trọng tải: khơng sở hữu loạt màu sắc đa dạng hóa nhiều so với phiên trước, dòng xe Vios 2019 nâng cấp thơng số kích thước tổng thể bên so với phiên trước với chiều dài x rộng x cao 4425 x 1730 x 1475 mm Khoảng sáng gầm xe so với phiên trước khơng có thay đổi giữ mức tiêu chuẩn với dòng xe Sedan hạng B 133mm Bán kính vịng quay nhỏ 5,1m tạo rộng rãi vừa đủ để cua quẹo địa hình nào, đặc biệt địa hình cần luồn lách nhiều khu vực nội thành khu dân cư đông đúc Bên cạnh đó, dung tích bình nhiên liệu lên đến 42 Lít cho phép người dùng thoải mái vận hành xe mà nơm nớp lo sợ hết xăng, Vios 2019 cịn cho phép trọng lượng tồn tải lên đến 1550kg so với trọng lượng không tải 1075kg Nhìn chung, giá xe Vios 2019 nằm dịng xe với kích cỡ trung bình thích hợp chạy thành phố cua quẹo dễ dàng SUV gầm cao khác Nếu có ngoại hình bắt mắt chưa giá xe Vios 2019 đánh bại nhiều đối thủ để giành vương chiến thương mại Điều khiến người dùng bị giữ chân lại với dòng xe “nhỏ mà có võ” phần động mạnh mẽ Hệ thống động với xy lanh có dung tích 1496cc xếp thẳng hàng cho phép xe Toyota Vios đạt công suất tối đa lên đến 107 mã lực (tương đương 6.000 vịng/phút) với mơ men xoắn cực đại 140 Nm vòng tua 4.200 vòng/phút tốc độ nhanh 170km/h Nhờ hệ thống phun xăng điện tử mà mức tiêu hao nhiên liệu nhà sản xuất ước tính trung bình 5.7-5.8 lít/100km Toyota Vios dù xe tốt phân khúc, mẫu xe lấy chiếm tin tưởng nơi khách hàng Mẫu sedan hạng B Toyota có cân khả vận hành, trang bị tiện ích thiết kế nội ngoại thất, khiến đối thủ khó theo kịp Đồng thời, giá trị thương hiệu Toyota coi điểm tựa giúp mẫu xe thành công khứ Với nâng cấp mạnh mẽ, Toyota Vios hệ hồn tồn cạnh tranh sòng phẳng với đối thủ phân khúc Mẫu xe hội đủ đầy đủ giá trị hàng đầu từ tiện nghi, an toàn đến thiết kế Những tìm kiếm mẫu sedan tồn diện từ khả vận hành bền bỉ, trang bị tiện nghi an toàn đầy đủ, phục vụ cho mục đích cá nhân lẫn cơng việc, Toyota Vios 2019 lựa chọn đáng cân nhắc 2.2 Tổng quan hệ thống ABS (Anti – Lock Brake System) 2.2.1 Giới thiệu ABS Hệ thống phanh chống bó cứng ABS (Viết tắt từ Anti – Lock Brake System) hệ thống an tồn xe tơ Là hệ thống phanh điều khiển điện tử có tính ngăn ngừa hãm cứng bánh xe tình khẩn cấp cần giảm tốc Điều tránh tượng văng trượt đồng thời giúp người lái kiểm soát hướng lái dễ dàng hơn, đảm bảo ổn định cho thân xe tơ Hệ thống chống bó cứng phanh ABS hoạt động dựa cảm biến tốc độ bánh xe, sau gửi cho ECU (Electronic Control Unit) tức xử lý & điều khiển điện tử trung tâm Khi ECU phát nhiều bánh xe có tốc độ chậm quy định lúc qua van thủy lực bơm, hệ thống phanh tự động làm giảm áp suất tác động lên đĩa để bánh xe tơ khơng bị bó cứng Hệ thống ABS tác động ấn - nhả kẹp phanh đĩa với tần suất 15 lần/s thay tác động lực mạnh thời gian khiến bánh xe bị chết (hiện tượng thường gặp dịng xe khơng trang bị hệ thống phanh ABS) Sau hệ thống máy tính điều khiển dựa thông số cảm biến vận tốc thao tác người lái xe để đưa áp lực phanh tối ưu cho bánh xe Đảm bảo ổn định thân xe kiểm sốt quỹ đạo xe Ngược lại q trình di chuyển, hay nhiều bánh xe quay nhanh, hệ thống phanh tự động tác động lực trở lại để đảm bảo trình hãm Đối với dịng xe khơng trang bị hệ thống phanh ABS dễ rơi vào tình trạng trượt, độ bám đường giảm thấp mức cho phép bánh xe, lực truyền cho bánh xe không giúp ô tô tiến lên ngược lại dễ gây kiểm sốt Chính nhờ ưu điểm mà kể từ thời điểm mắt vào năm 1970, hệ thống chống bó cứng phanh ABS ưa chuộng Góp phần giảm thiểu đáng kể số vụ tai nạn xe giới 2.2.2 Tính cần thiết hệ thống Hiện nghành công nghiệp ô tô phát triển mạnh mẽ đặc biệt Việt Nam, năm gần ô tô ngày phổ biến phù hợp với nhu cầu sử dụng khách hàng Mọi người sử dụng ô tô với nhiều mục đích khác nhau, vận chuyển hành khách, hàng hóa, giao thơng cơng cộng, Nhu cầu cao dẫn đến mật độ ô tô lưu thông đường ngày cao dẫn đến tai nạn giao thông ngày nhiều Chính thế, việc đảm bảo tính an tồn cho người sử dụng tơ vấn đề cần thiết quan tâm nhà thiết kế chế tạo ô tô nói chung Trong hệ thống phanh đóng vai trị quan trọng ngày phổ biến dịng xe tơ Để đảm bảo việc thích nghi với điều kiện giao thơng thời tiết, mặt đường, chướng ngại vật… tránh tình hướng hậu xảy người điều khiển ABS có vai trị quan trọng Trong đó, ABS cơng nghệ an toàn bổ sung cho hệ thống phanh hữu dụng ngành công nghiệp ô tô Vai trò chủ yếu hệ thống ABS giúp tài xế trì khả kiểm sốt xe tình phanh gấp Ngày nay, hệ thống phanh cải tiến, tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo, sử dụng ABS ngày nghiêm ngặt chặt chẽ Hầu hết dịng xe tơ trang bị hệ thống chống bó cứng phanh ABS 2.3 Cơ sở lý thuyết hoạt động hệ thống ABS 2.3.1 Đặc điểm q trình phanh tơ Tính phanh hay chất lượng q trình phanh định lượng thơng qua nhóm tiêu: “Hiệu phanh” “Tính ổn định phanh” Hiệu phanh đánh giá mức độ giảm tốc độ ô tô người lái tác động lên cấu điều khiển phanh trường hợp phanh khẩn cấp Tính ổn định phanh đánh giá khả trì quỹ đạo ô tô theo ý muốn người lái q trình phanh 2.3.2 Các tiêu chí đánh giá hiệu trình phanh a Gia tốc chậm dần phanh Gia tốc chậm dần phanh tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh ô tô Biểu thức xác định gia tốc chậm dần cực đại phanh: = Trong đó: + : gia tốc chậm dần cực đại phanh + : hệ số tính đến ảnh hưởng trọng khối quay ô tô + : hệ số bám b Thời gian phanh Thời gian phanh tiêu để đánh giá chất lượng phanh Thời gian phanh nhỏ chất lượng phanh tốt Để xác định thời gian phanh sử dụng biểu thức sau: = dv = (-) Khi phanh ô tô đến lúc dừng hẳn, = 0, đó: = Trong đó: + : vận tốc xe lúc bắt đầu phanh + : vận tốc xe lúc kết thúc phanh + : hệ số tính đến ảnh hưởng trọng khối quay ô tô c Quãng đường phanh Quãng đường phanh tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh tơ Vì qng đường cho phép người lái hình dung vị trí xe dừng trước 10 Hình 4.14 Thiết lập xe ABS Bước 3: Thực chạy so sánh: - (1): Bấm “Run now/Run Math Model để hệ thống chạy lại thơng số thay đổi - (2): Tích mở Overlay videos, sau chọn xe khơng có ABS để chạy lúc nhiều trường hợp 33 Hình 4.15 Thực chạy so sánh 4.1.1.2 Phân tích đồ thị kết đạt Ở trường hợp xe chạy đường có hệ số bám khác mặt đường, nhóm sử dụng đồ thị “Vận tốc bánh xe” “Áp suất phanh bánh xe” để phân tích giải thích 34 Hình 4.16 Đồ thị vận tốc bánh xe Xe không ABS: Nhìn vào đồ thị vận tốc dài xe thấy xe giảm tốc cách khơng kiểm sốt, khơng ổn định Cịn vận tốc bánh xe sau phanh bị bó bị cứng nên giảm nhanh km/h làm khả phanh xe Xe có ABS: Về đồ thị vận tốc dài xe giảm dần cách ổn định Nhìn vào đồ thị vận tốc bánh xe thấy tốc độ bánh xe ln kiểm soát giảm dần theo vận tốc xe làm cho xe phanh mặt đường 35 Hình 4.17 Đồ thị áp suất phanh bánh xe Xe khơng có ABS: Áp suất phanh bánh xe nhận hoàn toàn áp suất mà người lái đạp phanh Trong trường hợp nhóm thiết lập phanh đạt 15 MPa 0,3 giây áp phanh bánh trước nhận hồn tồn lực phanh, cịn bánh sau nhận MPa (tuân theo nguyên tắc phân bố trọng lượng xe phanh) Trong trường hợp mặt đường trơn có hệ số bám khác với áp suất phanh làm xe độ bám khơng cịn khả phanh Xe có ABS: Áp suất phanh bánh xe bị hệ thống ABS kiểm sốt, ln đảm bảo lực phanh bé lực bám cách nhấp nhả phanh liên tục đến xe dừng hẳn 36 Hình 4.18 Đồ thị hệ số trượt bánh xe xe có ABS khơng ABS Ở xe có ABS, hệ thống ABS tác động lực phanh lên bánh xe giúp kiểm soát độ trượt bánh xe để đảm bảo bánh xe lăn tốt đường, theo đồ thị ta thấy, độ vọt lố hệ số trượt vượt xa khoảng 5% - 10% thiết lập điều khiển mặt đường mơ có hệ số bám thấp độ trễ hệ thống hệ thống khí Mặc dù vậy, xe kiểm soát tốt, nhiên, tần số tác động điều khiển cao nhược điểm điều khiển on – off Ở xe khơng có ABS, bánh xe nhận hồn tồn lực phanh bị bó cứng nên hệ số trượt bánh xe đạt giá trị -1, xe bị quay vòng, làm vận tốc đổi chiều nên hệ số trượt bánh xe đạt giá trị 4.1.2 Mô ABS đường cong Ở trường hợp này, ta sử dụng lại thông số xe điều khiển Simulink cài đặt trường hợp trước thay đổi chế độ vận hành để tiến hành so sánh ABS đường cong 4.1.2.1 Các bước thiết lập 37 Hình 4.19 Thay đổi thông số -(1): Sử dụng thông số xe Toyota vios 2019 cài đặt trường hợp -(2): Thay đổi chế độ vận hành -(3): Sử dụng điều khiển Simulink trường hợp 38 Hình 4.20 Thay đổi chế độ vận hành - (1): Chế độ vận hành xe: Vận tốc ban đầu 120 km/h + Đóng bướm ga hồn tồn + Tác dụng bàn đạp phanh để áp suất phanh đạt 15 MPa 0,3 giây + Xe chạy với toàn tay số + Không đánh lái - (2): Loại đường đường cong với hệ số bám 0,85 toàn mặt đường - (3): Hiệu chỉnh lại thơng số, vị trí cho phù hợp với đường + Cho xe xuất phát từ vị trí 100m 39 Hình 4.21 Thiết lập vị trí xuất phát + Chỉnh lại thời gian phanh cho hợp lý Ở can thiệp vào thông số nên cần phải copy and link để tạo case “Spike: 15 MPa @ 0.3 sec Case 2” Trong trường hợp nhóm chỉnh thời gian bắt đầu phanh vào giây thứ Hình 4.22 Thiết lập thời gian bắt đầu phanh 40 Hình 4.23 Thêm xe khơng ABS thực chạy -(1): Tích mở overlay videos tạo thêm xe khơng có ABS -(2): Tiến hành chạy phân tích kết 4.1.2.2 Phân tích kết - Sau cho xe chạy thử nghiệm đường cong với nhiều vận tốc khác chúng em nhận thấy hệ thống ABS xe hoạt động tốt tốc độ 150 km/h hoạt động hiệu không hiệu 150 km/h - Ở nhóm tiến hành phân tích đồ thị trường hợp xe chạy đường cong với vận tốc 120 km/h 41 Hình 4.24 Đồ thị vận tốc xe bánh xe Hình 4.25 Đồ thị áp suất phanh bánh xe - Ở trường hợp xe với vận tốc cao nên vào cua bắt buộc phải phanh để tránh lật xe 42 - Hệ thống ABS thực việc nhấp nhả phanh liên tục giúp vận tốc bánh xe kiểm soát theo tốc độ xe khơng bị bó cứng từ bánh xe trước - dẫn hướng theo mong muốn Áp suất phanh phân bố tới bánh xe hệ thống ABS kiểm soát đạp - phanh khơng nhận hồn tồn nên bánh xe khơng bị bó cứng Xe khơng có ABS: Các bánh xe nhận toàn áp suất phanh người điều khiển đạp phanh, làm bánh xe bị bó cứng dẫn đến tốc độ bánh xe giảm nhanh km/h Lúc bánh trước tính dẫn hướng dẫn đến vào cua xe không theo hướng mong muốn mà văng ngồi đường theo lực qn tính - Hình 4.26 Đồ thị hệ số trượt bánh xe Ở ta thấy hệ số trượt bánh xe kiểm sốt khơng thay đổi q - nhiều hệ thống ABS kiểm sốt Ở xe khơng có ABS hệ số trượt giảm -1, lúc lúc bánh xe bị bó cứng làm xe tính dẫn hướng khoảng thời gian tăng lên lúc xe văng khỏi mặt đường, bánh xe bị xoay vòng 43 Chương 5: KẾT LUẬN Qua đề tài nhóm thực phần hiểu rõ Matlab Simulink, Carsim, cách sử dụng để mô động hay hệ thống ô tô, hệ thống ABS xe ô tô Toyota vios 2019 Với nghiên cứu nhóm qua việc phân tích video đồ thị đặc tính hệ thống ABS, nhóm thực có nhìn tổng quan hệ thống này, hệ thống mang lại ổn định, tính động cần thiết cho xe Nhóm tìm hiểu ngun lý bản, sở lý thuyết Lý thuyết Ơ tơ để áp dụng xe ô tô, bám sát mục tiêu ban đầu đề Phân tích ứng dụng phần mềm Matlab / Simulink, carsim mô hệ thống ABS gồm nội dung: - Xây dụng mơ hình mơ - Xác định thông số đầu vào, đầu - Xác định kết xuất ra: vận tốc bánh xe, độ trượt bánh xe, vận tốc xe,… - Xác định đánh giá qua đồ thị trình vận hành hệ thống trường hợp thay đổi khác 44 Tài liệu tham khảo: https://www.toyotalythuongkiet.com.vn/chu_de/gia-xe-vios-2019-tong-quan-xe-vios2019#:~:text=H%E1%BB%87%20th%E1%BB%91ng%20%C4%91%E1%BB%99ng %20c%C6%A1%20v%E1%BB%9Bi,nhanh%20nh%E1%BA%A5t%20l %C3%A0%20170km%2Fh Đặng Q, Giáo trình lý thuyết tô Nguyễn Trung Hiếu, Lecture 07 Control Theory – Controller design, Hệ thống điều khiển tự động https://hondaotophattien.com.vn/vn/abs-la-gi.html 45 ... thông số kĩ thuật Toyota vios 2019 vào Carsim +2.2: Thiết lập ngoại hình xe kích thước xe Toyota vios 2019 vào Carsim 27 +2.3: Thiết lập thơng số lốp xe Toyota vios 2019 vào Carsim Hình 4.9 Kích...BÁO CÁO MÔN HỌC ỨNG DỤNG MATLAB/ SIMULINK VÀ CARSIM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN TOYOTA VIOS 2019 Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022 MỤC LỤC Danh... hành hệ thống ABS xe cửa sổ mô 22 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN PHẦN MỀM SIMULINK/ CARSIM 4.1 Các trường hợp mô hệ thống ABS Simulink/ carsim 4.1.1 Mơ ABS đường có hệ số bám khác 4.1.1.1 Các bước