(TIỂU LUẬN) môn học hệ THỐNG điều KHIỂN tự ĐỘNG ô tô NGHIÊN cứu và mô PHỎNG hệ THỐNG ABS TRÊN PHẦN mềm CARSIM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC TIỂU LUẬN MƠN HỌC Tên môn học: HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG Ô TÔ NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ABS TRÊN PHẦN MỀM CARSIM Giảng viên hướng dẫn: Th.S NGUYỄN TRUNG HIẾU SVTH: NGUYỄN TỰ CHUNG MSSV: 19145348 SVTH: LƯƠNG VIỆT HỒNG MSSV: 19145382 SVTH: NGƠ NGUYỄN CAO KHOA MSSV: 19145407 SVTH: LÊ SỸ NAM MSSV: 19145422 SVTH: HUỲNH VÕ THANH PHONG MSSV: 19145440 SVTH: NGUYỄN NGUYÊN PHI VŨ MSSV: 19145509 SVTH: NGUYỄN TẤN XANH MSSV: 19145511 Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 11 năm 2021 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chương MỞ ĐẦU 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Phương pháp nghiên cứu 1.4 Đối tượng nghiêm cứu 1.5 Đối tượng nghiêm cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan hệ thống ABS 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Cấu tạo 2.1.3 Nguyên lý hoạt động 2.2 Động lực học ô tô phanh 2.3 Hệ thống điều khiển tự động ô tô 2.3.1 Hệ thống điều khiển vịng kín 2.3.2 Bộ điều khiển On – Off 2.3.3 Bộ điều khiển PID 2.3.4 Fuzzy logic 2.4 Giới thiệu phần mềm sử dụng 2.4.1 Matlab/Simulink 2.4.2 CarSim Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ABS 3.1 Xây dưng hệ thống ABS Simulink 3.1.1 Đối tượng điều khiển (CarSim S-Function2) 3.1.2 Cơ cấu chấp hành (Brake Actuator Model) 3.1.3 Khối tính độ trượt thực tế (Relative Slip Calculator) 3.2 Xây dựng điều khiển 3.2.1 Bộ điều khiển On–Off 3.2.2 Bộ điều khiển Fuzzy PID 3.3 Đánh giá hiệu điều khiển hệ thống ABS 3.3.1 Áp suất phanh 3.3.2 Độ trượt 3.3.3 Vận tốc Chương CASE STUDIES 4.1 Tránh vật cản 4.1.1 Cài đặt thông số môi trường thực nghiệm CarSim 4.1.2 Đánh giá hiệu điều khiển hệ thống ABS 4.2 Đường cong 4.2.1 Cài đặt thông số môi trường thực nghiệm CarSim 4.2.2 Đánh giá hiệu điều khiển hệ thống ABS 4.3 Đường hai hệ số bám 4.3.1 Cài đặt thông số môi trường thực nghiệm CarSim 4.3.2 Đánh giá hiệu điều khiển hệ thống ABS Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận 5.2 Hướng phát triển đề tài Chương ASSIGNMENT 6.1 Assignment 6.2 Assignment 6.3 Assignment TÀI LIỆU THAM KHẢO LỜI CẢM ƠN Lời xin gửi lên cảm ơn đến bố mẹ lo cho học hành thật tốt để có hội học Đại học có mặt buổi báo cáo ngày hơm Sau nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Nguyễn Trung Hiếu Trong trình học tập tìm hiểu môn “Hệ thống điều khiển tự động ô tô”, nhóm tơi nhận quan tâm, giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy Thầy giúp nhóm tơi tích lũy thêm nhiều kiến thức để có nhìn sâu sắc hồn thiện q trình làm báo cáo mơn học Có lẽ kiến thức vô hạn mà tiếp nhận kiến thức người tồn hạn chế định Do đó, q trình hồn thành báo cáo môn học, chắn không tránh khỏi thiếu sót Bản thân em mong nhận góp ý đến từ thầy để báo cáo môn học hồn thiện Kính chúc thầy sức khỏe, hạnh phúc thành cơng! DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS tơ Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn thay đổi hệ số bám dọc φx hệ số bám ngang φy theo độ trượt λ Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vịng kín Hình 2.4 Sơ đồ khối điều khiển PID Hình 2.5 Cấu tạo điều khiển Fuzzy logic Hình 2.6 Đồ thị hàm liên thuộc tam giác không đối xứng đối xứng Hình 2.7 Đồ thị hàm liên thuộc hình thang Hình 2.8 Biểu tượng phần mềm MATLAB/Simulink Hình 2.9 Biểu tượng phần mềm Carsim Hình 3.1 Thiết lập hệ thống ABS Simulink Hình 3.2 Đối tượng điều khiển Hình 3.3 Thơng số kỹ thuật xe Hình 3.4 Biểu đồ áp suất chất lỏng đến momen phanh Hình 3.5 Bộ chấp hành phanh Hình 3.6 Khối tính độ trượt thực tế mơ simulink Hình 3.7 Bộ điều khiển On – Off Simulink Hình 3.8 Bộ điều khiển On – Off cho bánh trước Simulink Hình 3.9 Bộ điều khiển On – Off cho bánh sau Simulink Hình 3.10 Thuật tốn điều khiển on - off Hình 3.11 Tín hiệu điều khiển on - off Hình 3.12 Cấu trúc điều khiển Fuzzy PID Hình 3.13 Các hàm liên thuộc ngõ vào Hình 3.14 Các hàm liên thuộc ngõ Hình 3.15 Luật mờ Hình 3.16 Bộ điều khiển Fuzzy PID simulink Hình 3.17 Bộ điều khiển Fuzzy PID cho bánh trước simulink Hình 3.18 Bộ điều khiển Fuzzy PID cho bánh sau simulink Hình 3.19 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên trái cầu trước đường thẳng Hình 3.20 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên phải cầu trước đường thẳng Hình 3.21 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên trái cầu sau đường thẳng Hình 3.22 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên phải cầu sau đường thẳng Hình 3.23 Biểu đồ độ trượt bánh bên trái cầu trước đường thẳng Hình 3.24 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 3.25 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 3.26 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 3.27 Biểu đồ vận tốc bánh x Hình 3.28 Biểu đồ vận tốc bánh xe xe có ABS sử dụng điều khiển On Off đường thẳng Hình 3.29 Biểu đồ vận tốc bánh xe xe có ABS sử dụng điều khiển Fuzzy PID đường thẳng Hình 3.30 So sánh quãng đường điều khiển trường hợp đường thẳng Hình 4.1 Thiết lập thơng số vận hành xe đường có vật cản Hình 4.2 Thiết lập thời gian áp suất phanh Hình 4.3 Thiết lập hệ số bám đườn Hình 4.4 Loại vật cản vị trí đặt Hình 4.5 Thơng số vị trí đánh lái Hình 4.6 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên trái cầu trước đường có vật cản 41 Hình 4.7 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên phải cầu trước đường có vật cản Hình 4.8 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên Hình 4.9 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên Hình 4.10 Biểu đồ độ trượt bánh bên trái cầu trước đường có vật cản Hình 4.11 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 4.12 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 4.13 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 4.14 Biểu đồ vận tốc bánh x Hình 4.15 Biểu đồ vận tốc bánh xe xe có ABS sử dụng điều khiển On Off đường có vật cản Hình 4.16 Biểu đồ vận tốc bánh xe xe có ABS sử dụng điều khiển Fuzzy PID đường có vật cản Hình 4.17 Đồ thị qng đường phanh điều khiển xe chạy đường né vật cản Hình 4.18 Ảnh phóng to đồ th Hình 4.19 Thiết lập thơng số vận Hình 4.20 Thiết lập thời gian Hình 4.21 Thiết lập hệ số bám Hình 4.22 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên trái cầu trước chạy đường cong 51 Hình 4.23 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên phải cầu trước chạy đường cong Hình 4.24 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên trái cầu sau chạy đường cong 52 Hình 4.25 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên phải cầu sau chạy đường cong 53 Hình 4.26 Biểu đồ độ trượt bánh bên trái cầu trước chạy đường cong Hình 4.27 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 4.28 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 4.29 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 4.30 Biểu đồ vận tốc bánh x Hình 4.31 Biểu đồ vận tốc bánh xe xe có ABS sử dụng điều khiển On Off đường cong Hình 4.32 Biểu đồ vận tốc bánh xe xe có ABS sử dụng điều khiển Fuzzy PID đường cong Hình 4.33 Đồ thị quãng đường phanh điều khiễn xe chạy đường cong Hình 4.34 Ảnh phóng to đồ thị qng đường phanh Hình 4.35 Thiết lập thơng số vận Hình 4.36 Thiết lập thời gian Hình 4.37 Thiết lập hệ số bám Hình 4.38 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên trái cầu trước đường hệ số bám 61 Hình 4.39 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên phải cầu trước đường hệ số bám Hình 4.40 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên trái cầu sau đường hệ số bám 62 Hình 4.41 Biểu đồ áp suất phanh bánh bên phải cầu sau đường hệ số bám Hình 4.42 Biểu đồ độ trượt bánh bên trái cầu trước đường hệ số bám Hình 4.43 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 4.44 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 4.45 Biểu đồ độ trượt bánh Hình 4.46 Biểu đồ vận tốc bánh x Hình 4.47 Đồ thị vận tốc bánh xe xe có ABS sử dụng điều khiển On Off đường hệ số bám Hình 4.48 Đồ thị vận tốc bánh xe xe có ABS sử dụng điều khiển Fuzzy PID đường hệ số bám Hình 4.49 Quãng đường phanh điều khiển trường hợp đường hai hệ số bám Hình 4.50 Ảnh phóng lớn đồ thị qng đường phanh Hình 5.1 Cấu trúc Fuzzy – PID Hình 5.2 Cấu trúc mạng neuron DANH M Bảng 2.1 Một số khối simulation s Bảng 3.1 Bảng kết thực nghiệm Bảng 4.1 Kết thực nghiệm đườ Bảng 4.2 Kết thực nghiệm đường cong Bảng 4.3 Kết thực nghiệm đường hai hệ số bám Trường hợp cố định m = 1000kg trường hợp thay đổi m’ = 2000kg Hình 6.25 Mơ simulink đầu vận tốc thay đổi khối lượng m Hình 6.26 Đồ thị vận tốc vật thay đổi khối lượng m Khi ta tác động lục F trì trường hợp thay đổi khối lượng vật lên gấp lần (m’ = 2000 kg) vận tốc tối đa mà vật đạt nhỏ so với vật có khối lượng ban đầu thời gian dao động lâu Suy tăng khối lượng m làm cho hệ thống ổn định ❖ Trường hợp 3: Thay đổi hệ số cản b thông số khác giữ nguyên Trường hợp cố định b = 50 Ns/m, trường hợp thay đổi b’ = 100 Ns/m trường hợp khơng có phận giảm chấn b’’ = Ns/m Hình 6.27 Mơ simulink đầu vận tốc thay đổi hệ số cản b Hình 6.28 Đồ thị vận tốc vật thay đổi hệ số cản b Khi ta tác động lục F trì trường hợp thay đổi hệ cố cản lên gấp lần (b’ = 100 Ns/m) vận tốc tối đa mà vật đạt thấp so với hệ số cản ban đầu thời gian dao động ngắn so với trường hợp cố định hệ số cản Suy tăng hệ số cản b làm cho hệ thống ổn định Trường hợp vật khơng có phận giảm chấn (b’’ = 0) dao động tuần hoàn với độ lớn vận tốc lớn khơng có xu hướng giảm xuống Suy loại bỏ phận giảm chấn làm cho hệ thống ổn định Khi ngưng tác động lực F vật dao động vận tốc nhỏ dần Lúc vị trí vật vị trí ban đầu ❖ Trường hợp 4: Thay đổi độ cứng lò xo k thông số khác giữ nguyên Trường hợp cố định k = 100 N/m, trường hợp thay đổi k’ = 200 N/m trường hợp khơng có lị xo k’’ = N/m Hình 6.29 Mơ simulink đầu vận tốc thay đổi độ cứng lị xo k Hình 6.30 Đồ thị vận tốc vật thay đổi độ cứng lò xo k Khi ta tác động lục F trì trường hợp thay đổi hệ cố cản lên gấp lần (k’ = 200 N/m) có vận tốc tối đa mà vật đạt thấp so với độ cứng ban đầu thời gian dao động ngắn Suy tăng độ cứng lị xo hệ thống ổn định Trường hợp vật khơng có lò xo (k’’ = 0) vận tốc vật tăng nhảy vọt không giao động Sau khoảng 120 giây vận tốc khơng tăng trì ngưỡng đạt Và ta dừng tác động lực F vận tốc giảm dần (khơng dao động) Suy loại bỏ lị xo làm cho hệ thống khơng hoạt động 6.2.2.3 Đầu gia tốc ❑ ∑ F x=f (t )−b x'−kx=mx ' ' ❑ →F (s )−b ❖ G (s )= Trường hợp 1: Thay đổi lực F giữ ngun thơng số cịn lại Trường hợp cố định F = 1000 trường hợp thay đổi F’ = 2000N Hình 6.31 Mơ simulink đầu gia tốc thay đổi lực F Hình 6.32 Đồ thị gia tốc vật thay đổi lực F Khi lực kéo lớn làm gia tốc lớn thời gian ngưng dao động lâu Suy tăng lực F làm hệ thống ổn định ❖ Trường hợp 2: Thay đổi khối lượng m giữ ngun thơng số cịn lại Trường hợp cố định m = 1000kg trường hợp thay đổi m’ = 2000kg Hình 6.33 Mơ simulink đầu gia tốc thay đôi khối lượng m Hình 6.34 Đồ thị gia tốc vật thay đổi khối lượng m Ở trường hợp này, tăng gấp đơi khối lượng (m’ = 2000kg) ban đầu gia tốc nhỏ hơn, dần sau thời gian ngưng dao động lâu Suy tăng khối lượng tính ổn định giảm ❖ Trường hợp 3: Thay đổi hệ số cản b giữ ngun thơng số cịn lại Trường hợp cố định b = 50 Ns/m, trường hợp thay đổi b’ = 100 Ns/m trường hợp khơng có phận giảm chấn b’’ = Ns/m Hình 6.35 Mơ simulink đầu gia tốc thay đổi hệ số cản b Hình 6.36 Đồ thị gia tốc vật thay đổi hệ số cản b Ở trường hợp này, tăng gấp đơi hệ số cản ta thấy thời gian ngừng dao động gia tốc ngắn hơn, chứng tỏ vận tốc dao động với biên độ giảm dần ngừng dao động, giảm nhanh Suy tăng hệ số cản vật ổn định Trường hợp khơng có phận giảm chấn (b’’ = Ns/m): Do khơng có phận giảm chấn nên cấp lực F vật giao động tuần hồn (ln chuyển động qua lại) gia tốc dao động tuần hoàn ngưng tác dụng lực F gia tốc dao động với biên độ giảm dần tiến Suy khơng có phận giảm chấn làm hệ thống ổn định ❖ Trường hợp 4: Thay đổi độ cứng lị xo k giữ ngun thơng số lại Trường hợp cố định k = 100 N/m, trường hợp thay đổi k’ = 200 N/m trường hợp khơng có lị xo k’’ = N/m Hình 6.37 Mô simulink đầu gia tốc thay đổi độ cứng lị xo k Hình 6.38 Đồ thị so sánh gia tốc vật thay đổi độ cứng lị xo k Ở trường hợp tăng gấp đơi độ cứng lị xo (k’ = 200 N/m) ta thấy gia tốc dao động với biên độ giảm dần nhanh không đáng kể Ở trường hợp khơng có lị xo (k’’ = 0), gia tốc vật giảm dần vận tốc vật khơng có lị xo (hình ) ban đầu thay đổi tăng lên sau khoảng thời gian vận tốc khơng thay đổi Mà vận tốc không đổi nên gia tốc 6.3 Assignment 6.3.1 TH1: m = 1kg; k = 1N/m; b = Ns/m H (s)= Ta y(t): y √ ❑ (t)= ❑ Nghiệm làm cho mẫu 0: s2 +3 s +1=0 s= −3+√❑ ❑ Nhận xét: Ở trường hợp này, tất nghiệm làm cho mẫu có phần thực âm hay nằm phía bên trái mặt phẳng s-plane đẩn đến hệ thống ổn định Hình 6.39 Đồ thị y(t) trường hợp 6.3.2 TH2: m = 1kg; k = 1N/m; b = 0.2 Ns/m H (s)= →ωn =1,ξ=0,1 Ta y(t): ω y (t)= √ ❑n → y (t)= √ ❑ → y (t)= √ ❑ Ta thay ωn=1 , ξ=0,1 vào y(t): 1 Nghiệm làm cho mẫu 0: s2 +3 s +1=0 s= −1 +3 √❑ 10 ❑ Nhận xét: Ở trường hợp này, tất nghiệm làm cho mẫu có phần thực âm hay nằm phía bên trái mặt phẳng s-plane đẩn đến hệ thống ổn định Hình 6.40 Đồ thị y(t) trường hợp 6.3.3 TH3: m = 1kg; k = 1N/m; b = -3 Ns/m H (s)= ( ¿ ) √❑ ❑ ❑ Ta y(t): y √ ❑ (t)= ❑ Nghiệm làm cho mẫu 0: s2−3 s+1=0 s= 3+√❑ ❑ Nhận xét: Ở trường hợp này, nghiệm làm cho mẫu có phần thực dương hay nằm phía bên phải mặt phẳng s-plane đẩn đến hệ ổn định Hình 6.41 Đồ thị y(t) trường hợp 6.3.4 TH4: m = 1kg; k = N/m; b = -0.2 Ns/m H (s)= Ta y(t): Ta thay ωn=1 , ξ=−0,1 vào y(t): → y (t)= √ ❑ → y (t)= √ ❑ Nghiệm làm cho mẫu 0: s2−0,2 s+1=0 s= +3 √❑ 10 ❑ Kết luận: Ở trường hợp này, có nghiệm làm cho mẫu có phần thực dương hay nằm phía bên phải mặt phẳng s-plane đẩn đến hệ ổn định Hình 6.42 Đồ thị y(t) trường hợp TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Galip Ulsoy - Huei Peng - Melih Çakmakcı, Automotive Control Systems, University of Michigan, 2012 [2] Rajesh Rajamani, Vehicle Dynamics and Control, Department of Mechanical Engineering University of Minnesota Minneapolis, 2012 [3] Bo Lu - Yu Wang - Jing jing, ABS System Design Based On Improved Fuzzy PID Control, College of Information Beijing Union University Beijing, 2010 [4] Bharathy G.T, Anti Lock Braking System Using Simulink, Dept of ECE Jerusalem College of Engg Chennai, India, 2019 [5] Isabelle Dias de Carvalho Dantas Maia, Modeling and Control of Anti-lock Braking systems considering different representations for tire-road interaction, Universidade Federal de Campina Grande (UFCG), 2019 [6] Nguyễn Văn Quyền, Nghiên cứu mô hệ thống ABS/TCS sử dụng phần mềm carsim, Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, 2021 [7] Carsim, Brake system ... ? ?Nghiên cứu mô hệ thống ABS phần mềm CarSim? ?? để làm báo cáo môn học 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu hệ thống điều khiển tự động ô tô, từ đề xuất cấu trúc, thuật tốn mơ điều khiển hệ thống ABS. .. chuyển động tơ phanh 1.3 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết hệ thống điều khiển tự động ô tô, lý thuyết hệ thống ABS mô hệ thống ABS phần mềm Carsim MATLAB/Simulink 1.4 Đối tượng nghiêm cứu. .. 2.2 Động lực học ô tô phanh 2.3 Hệ thống điều khiển tự động ô tơ 2.3.1 Hệ thống điều khiển vịng kín 2.3.2 Bộ điều khiển On – Off 2.3.3 Bộ điều khiển PID 2.3.4 Fuzzy logic 2.4 Giới thiệu phần mềm