mô phỏng giải thích nguyên lý hệ thống cruise control mô phỏng hệ thống tính toán qua phần mềm matlab cho chạy biểu đồ từ đó phân tích ra được các biến số công thức để tính toán ra phương trình tối ưu nhất cho hệ thống hiểu rõ hơn
Lịch sử hình thành và phát triển
Hệ thống điều khiển hành trình với bộ điều khiển ly tâm đã được áp dụng trong ô tô từ đầu thập niên 1910, đặc biệt bởi hãng Peerless, với lời quảng cáo rằng hệ thống của họ có khả năng "duy trì tốc độ dù xe lên hoặc xuống dốc" Công nghệ này được phát minh bởi James Watt và Matthew Boulton vào năm 1788, nhằm điều khiển động cơ hơi nước, với bộ điều khiển điều chỉnh vị trí van tiết lưu tương ứng với sự thay đổi tốc độ của động cơ theo trọng tải khác nhau.
James Watt đã phát triển phiên bản kiểm soát hành trình cho động cơ hơi nước, trong khi chiếc xe đầu tiên sử dụng hệ thống này là Chrysler, được giới thiệu vào năm 1958 bởi Teetor.
Hệ thống CCS điện tử hiện nay hoạt động như một mô-đun độc lập, nhưng nó chia sẻ dữ liệu từ các bộ phận khác như động cơ, hệ thống phanh ABS và hộp số Một số dòng xe còn được trang bị cảm biến radar để đánh giá khoảng cách với các phương tiện khác, từ đó điều chỉnh tốc độ nhằm duy trì khoảng cách an toàn.
Giới thiệu chung về hệ thống
Hình 2.2 Hệ thống kiểm soát hành trình Cruise Control
Hệ thống điều khiển chạy tự động (CCS) là công nghệ tiên tiến cho phép xe duy trì tốc độ ổn định mà không cần tài xế nhấn bàn đạp ga CCS tự động điều chỉnh tốc độ xe, mang lại sự tiện lợi và an toàn cho người lái trong quá trình di chuyển.
Hệ thống này rất hữu ích cho việc lái xe trên đường cao tốc hoặc xa lộ, giúp người lái có thể thư giãn và điều khiển xe một cách thoải mái.
Chức năng và vai trò của hệ thống Cruise Control
Hệ thống điều khiển hành trình Cruise Control là trang bị hiện đại giúp giảm căng thẳng cho người lái khi di chuyển trên đường cao tốc Nó không chỉ mang lại sự thoải mái mà còn tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả, vì ECU tự động tính toán lượng nhiên liệu phù hợp để duy trì tốc độ đã cài đặt Nhờ đó, xe tiêu thụ nhiên liệu ổn định, tránh tình trạng hao tốn do tăng giảm bất thường Hệ thống này cũng giúp người lái duy trì tốc độ an toàn, ngăn chặn việc vượt quá giới hạn tốc độ cho phép.
Hệ thống ga tự động Cruise Control (CCS) giúp duy trì tốc độ xe theo cài đặt của người lái bằng cách tự động điều chỉnh góc mở bướm ga, cho phép người lái không cần giữ chân ga CCS rất hữu ích cho những chuyến đi dài trên đường cao tốc hoặc đường xuyên quốc gia vắng người, vì nó giúp xe duy trì tốc độ ổn định ngay cả khi lên hoặc xuống dốc.
Hệ thống ga tự động Cruise Control (CCS) giúp giảm bớt mệt mỏi trong những chuyến hành trình dài CCS được sử dụng phổ biến hơn trên ôtô Mỹ so với ôtô Châu Âu, nhờ vào đặc điểm đường xá rộng rãi và thẳng tắp ở Mỹ.
Cách sử dụng hệ thống CCS
Hệ thống CCS hoạt động thông qua các công tắc chức năng, bàn đạp ga và bàn đạp chân phanh Mặc dù mỗi loại xe có thiết kế và bố trí khác nhau, nguyên lý hoạt động của chúng vẫn tương đồng.
Cruis (ON/OFF): công tắc bật tắt hệ thống; khi hệ thống được bật đèn báo sẽ sáng lên.
SET: đặt tốc độ; tốc độ xe tại thời điểm nhả được lưu lại trong bộ nhớ và hệ thống sẽ được đặt tại tốc độ này.
CANCLE là hành động hủy bỏ, trong đó hệ thống có thể tạm dừng hoạt động Người lái có thể thực hiện việc tạm dừng này bằng cách sử dụng bàn đạp phanh, bàn đạp ly hợp hoặc chuyển cần số về vị trí N.
Hình 3.3 Cận cảnh ký hiệu Cruise Control trên vô lăng
RESUME: phục hồi; khi nhấn công tắc, hệ thống sẽ phục hồi lại tốc độ đã được đặt trước thời điểm hủy bỏ.
ACC (+): tăng tốc; giữ công tắc đế cho đến khi xe tăng tốc đạt tốc độ mong muốn, nhả công tắc khi đã đạt được tốc độ mong muốn.
DEC (-): giảm tốc; giữ công tắc cho đến khi giảm đến tốc độ mong muốn, nhả công tắc khi đạt đến tốc độ mong muốn.
Hình 4.4 Các kiểu công tắc trên các xe hiện đại ngày nay
Để sử dụng hệ thống kiểm soát hành trình Cruise Control một cách an toàn, bạn cần đánh giá các điều kiện lái xe trên đường Hệ thống này không nên được sử dụng trong điều kiện thời tiết nguy hiểm, vì vậy hãy đưa ra quyết định phù hợp, đặc biệt nếu đây là lần đầu tiên bạn trải nghiệm tính năng này.
Lựa chọn tốc độ hợp lý là rất quan trọng; việc tuân thủ tốc độ quy định trên từng cung đường không chỉ giúp người lái tránh vi phạm luật giao thông mà còn đảm bảo an toàn cho bản thân và những người xung quanh.
Kích hoạt hệ thống điều khiển hành trình sau khi đạt được tốc độ mong muốn để bạn có thể bỏ chân khỏi chân ga Hệ thống Cruise Control sẽ giúp chiếc xe duy trì tốc độ đã được thiết lập.
Khi sử dụng hệ thống kiểm soát hành trình để tăng tốc, việc quan sát đường cẩn thận là rất quan trọng Để đảm bảo an toàn, hầu hết các loại xe ô tô sẽ tự động tắt tính năng kiểm soát hành trình ngay khi người lái phanh.
Ưu và nhược điểm hệ thống CCS
Hệ thống điều khiển hành trình Cruise Control hiện đang được trang bị trên nhiều dòng xe, mang lại nhiều lợi ích cho người lái Một số người xem đây là một tiện nghi hữu ích giúp giảm bớt căng thẳng trong những chuyến đi dài, trong khi đó, một số khác lại không đánh giá cao tính năng này Tuy nhiên, hệ thống này vẫn có những ưu điểm và nhược điểm riêng, điều này khiến cho quan điểm về nó trở nên đa dạng.
Hệ thống kiểm soát hành trình giúp tiết kiệm nhiên liệu hiệu quả bằng cách duy trì chân ga ở một vị trí ổn định, ngăn chặn việc tiêu thụ nhiên liệu vượt mức cần thiết.
Hệ thống Cruise Control mang lại sự thoải mái khi lái xe đường dài bằng cách giúp người lái duy trì tốc độ ổn định mà không cần giữ chân trên bàn đạp ga trong nhiều giờ Điều này giảm thiểu mệt mỏi và làm cho chuyến đi trở nên dễ chịu hơn.
Để tránh vi phạm tốc độ, người lái xe thường không nhận ra khi mình đang đi nhanh hơn tốc độ giới hạn Việc cài đặt hệ thống điều khiển hành trình ở tốc độ giới hạn quy định sẽ giúp bạn duy trì tốc độ an toàn và không phải lo lắng về việc chạy quá tốc độ.
Hình 5.5 Khi xe vào cua, hệ thống không thể giảm tốc độ nhanh
Khi sử dụng hệ thống kiểm soát hành trình, việc giảm tốc độ ngay lập tức có thể trở nên khó khăn Nếu bạn cần rẽ gấp trong vài giây, bạn sẽ không thể giảm tốc độ xe kịp thời, điều này làm tăng nguy cơ va chạm với các phương tiện khác trên đường.
Lái xe trong điều kiện thời tiết xấu có thể rất khó khăn do lốp xe mất độ bám đường Khi thời tiết ẩm ướt hoặc băng giá, việc giảm tốc độ để tránh chướng ngại vật trở nên khó khăn hơn cho người lái.
Sử dụng hệ thống kiểm soát hành trình có thể làm tăng khả năng phân tâm của người lái xe, khiến họ dễ dàng nhìn vào điện thoại thông minh hoặc các thiết bị điện tử khác hơn, do không cần tập trung nhiều vào việc điều khiển tốc độ Vì vậy, cần chú ý khi sử dụng hệ thống này để đảm bảo an toàn giao thông.
Hệ thống điều khiển hành trình Cruise Control mang lại nhiều lợi ích cho người lái, nhưng không phải lúc nào cũng hoạt động hiệu quả Để sử dụng hệ thống này một cách an toàn và hiệu quả, người lái cần lưu ý một số điểm quan trọng.
Không sử dụng hệ thống Cruise Control tại những đoạn đường có mật độ giao thông cao trong thành phố
Không sử dụng hệ thống Cruise Control tại những con đường nhiều chướng ngại vật như bùn đất, hư hỏng…
Không sử dụng hệ thống Cruise Control khi chưa có nhiều kinh nghiệm lái xe và xử lý va chạm
Khi sử dụng hệ thống Cruise Control, người lái cần giữ chân hờ trên bàn đạp phanh và tập trung cao độ vào các phương tiện giao thông xung quanh Mặc dù hệ thống này giúp tăng cường sự thoải mái khi lái xe, nhiều người vẫn chưa đánh giá đúng tầm quan trọng của nó Việc trang bị và hiểu biết cách sử dụng Cruise Control hiệu quả là rất cần thiết Dù có ý kiến cho rằng điều kiện đường xá tại Việt Nam không phù hợp với Cruise Control, nếu nắm rõ ưu nhược điểm và biết cách tận dụng, hệ thống này sẽ mang lại nhiều lợi ích cho người lái.
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ CẤU TẠO CỦA HỆ THỐNG
Bố trí chung và nguyên lý hoạt động của hệ thống cruise control
Hình 2.6 Bố trí của hệ thống Cruise Control trên ô tô
Hệ thống bao gồm các bộ phận sau đây:
(1)ECU điều khiển chạy tự động
(2) Bộ chấp hành điều khiển chạy tự động
* Mô tơ bộ chấp hành
*Ly hợp từ của bộ chấp hành
(3) Công tắc điều khiển chạy tự động
(4) Cảm biến tốc độ xe
(6) Công tắc khởi động ở số trung gian (Xe có A/T)
(7) Công tắc ly hợp (Xe có M/T)
Nguyên lý hoạt động của hệ thống Cruise Control
Có 2 loại hệ thống điều khiển tự động
CCS điều khiển bằng ECU điều khiển chạy tự động (sử dụng bộ chấp hành)
CCS điều khiển bằng ECTS-I (hệ thống điều khiển bướm ga thông minh bằng điện tử)
2.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống Cruise Control có sử dụng bộ chấp hành
Hình 7.2 Hệ thống Cruise Control có sử dụng bộ chấp hành
Hệ thống CCS bao gồm: Cảm biến tốc độ xe, các công tắc, bộ chấp hành và bộ vi xử lý (bộ CCS ECU điều khiển chạy tự động)
Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ công tắc điều khiển chính, cảm biến tốc độ và công tắc phanh Nếu sử dụng cảm biến vị trí cụm trợ lực hoặc vị trí cánh bướm ga, tín hiệu sẽ được gửi đến bộ điều khiển Mạch điện đồng hồ sẽ chuyển đổi tín hiệu xung trên km thành tín hiệu xung trên giây.
Mạch tích hợp bộ kích thích và logic (IC) bao gồm hai mạch điện: một mạch lưu trữ tần số thiết đặt và một mạch giám sát tần số từ bộ điều khiển cảm biến tốc độ Hai tần số này sẽ được so sánh, và nếu có sự khác biệt, ECU sẽ gửi tín hiệu đến cơ cấu chấp hành để điều chỉnh vị trí bướm ga, nhằm duy trì ô tô ở giá trị thiết đặt.
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống CCS điều khiển bằng ECTS-I
Hình 8.3 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống
Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử thông minh (ETCS-i) là một công nghệ tiên tiến sử dụng máy tính để điều chỉnh góc mở bướm ga Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ công tắc điều khiển chính, cảm biến tốc độ và các công tắc phanh Khi sử dụng cảm biến vị trí trợ lực hoặc bướm ga, tín hiệu sẽ được gửi đến bộ điều khiển Mạch điện đồng hồ chuyển đổi tín hiệu xung từ km thành xung trên giây (Hz) Mạch tích hợp kích thích và logic chia thành hai phần: một phần lưu trữ tần số thiết lập và phần còn lại giám sát tần số cảm biến tốc độ Hai tần số này sẽ được so sánh; nếu có sự khác biệt, ECU sẽ gửi tín hiệu đến ECU động cơ để điều chỉnh vị trí bướm ga, giữ tốc độ xe ở mức cài đặt.
Trong hệ thống này, dây cáp được loại bỏ, cho phép ECU động cơ điều khiển bướm ga thông qua môtơ, tối ưu hóa góc mở của bướm ga theo mức độ đạp bàn đạp ga Cảm biến vị trí bàn đạp ga nhận diện góc mở của bàn đạp, trong khi cảm biến vị trí bướm ga theo dõi góc mở của bướm ga.
Hình 9.4 Hệ thống CCS điều khiển bằng ECTS-I
Cách vận hành của hệ thống CCS
Hệ thống CCS hoạt động thông qua công tắc chính, các công tắc điều khiển, bàn đạp ga và bàn đạp phanh Mặc dù công tắc chính và công tắc điều khiển có sự khác biệt giữa các loại xe, nhưng nguyên lý hoạt động cơ bản của chúng vẫn tương tự nhau.
2.3.1 Thiết lập tốc độ mong muốn
Hình 10.5 Thiết lập tốc độ mong muốn
(1)Ấn và nhả công tắc chính, đèn chỉ báo sáng lên
(2)Đạp bàn đạp ga cho e chạy ở tốc độ mong muốn (từ 40- 200 km/h)
(3)Ấn cần điều khiển xuống và nhả ra để bật công tắc SET/COAST
(4)Tốc độ xe khi nhả cần điều khiển sẽ được lưu vào CSS ECU Gọi là tốc độ thiết lập.
2.3.2 Tăng tốc bằng điều khiển CSS
(1)Dùng công tắc điều khiển, nhấc công tắc điều khiển lên để bật RES/ ACC cho đến khi đạt tốt độ mong muốn.
Để sử dụng hệ thống ga tự động, trước tiên bạn cần nhấn bàn đạp ga cho xe đạt tốc độ mong muốn Sau đó, hãy đẩy công tắc xuống vị trí SET/COAST và thả tay ra khi xe đã đạt tốc độ mà bạn muốn duy trì.
2.3.3 Giảm tốc bằng điều khiển CSS
(1)Dùng công tắc điều khiển, đẩy công tắc điều khiển xuống để bật SET/COAST cho đến khi xe đạt tốc độ mong muốn rồi nhả công tắc.
Để điều chỉnh tốc độ xe, hãy sử dụng bàn đạp phanh để giảm tốc độ đến mức mong muốn Sau đó, đẩy công tắc điều khiển xuống vị trí SET/COAST và nhả ra khi đã đạt được tốc độ như ý.
Hình 12.7 Giảm tốc độ điều khiển
2.3.4 Hủy bỏ chức năng điều khiển chạy tự động
Hình 13.8 Hủy bỏ chức năng điều khiển chạy tự động
Để hủy chức năng điều khiển tốc độ dưới 40km/h, bạn có thể thực hiện một trong các thao tác 1, 2, 3 hoặc 4 Nếu chức năng CCS bị hủy do các trường hợp 5 hoặc 6, hoặc khi ngắt công tắc chính, tốc độ đã thiết lập sẽ bị hủy bỏ vĩnh viễn.
Hình 14.9 Phục hồi lại chức năng đặt trước tốc độ
Cấu tạo các bộ phận chính của hệ thống Cruise Control
2.4.1 ECU điều khiển chạy tự động
ECU tự động nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ xe và các công tắc khác, xử lý theo chương trình đã định Dựa vào tín hiệu này, ECU gửi tín hiệu điều khiển đến bơm chân không, bộ chấp hành, ECT ECU và rơle số truyền tăng (OD) Bộ vi xử lý không kích hoạt bộ chấp hành khi tốc độ xe dưới 40 km/h và sẽ xóa tốc độ đặt trước trong bộ nhớ Ngoài ra, ECU không thể đặt tốc độ thấp hơn 40 km/h và CCS không thể đặt tốc độ lớn hơn 200 km/h, cũng như không cho phép xe tăng tốc vượt quá 200 km/h bằng cách bật công tắc điều khiển đến RES/ACC.
ECU so sánh tốc độ thực tế của xe với tốc độ đã được thiết lập Khi tốc độ xe vượt quá tốc độ đặt trước, ECU sẽ kích hoạt bộ chấp hành để điều chỉnh bướm ga đóng lại một cách phù hợp Ngược lại, nếu tốc độ xe thấp hơn tốc độ đặt trước, ECU sẽ kích hoạt bộ chấp hành để mở bướm ga với giá trị thích hợp.
ECU điều khiển hệ thống CCS hoạt động theo nguyên lý điều khiển hồi tiếp
(Close-loop control) Tín hiệu đầu vào chính chủ yếu là tốc độ đặt trước theo ý muốn người lái và tốc độ hiện tại của xe.
Hình 15.10 Tín hiệu vào và tín hiệu điều khiển của ECU điều khiển chạy tự động
2.4.2 Bộ chấp hành điều khiển chạy tự động
2.4.2.1 Bộ chấp hành dẫn động bằng chân không
Van điều khiển của bộ trợ lực chân không bao gồm một tấm màng hoạt động bằng lò xo và van điều khiển bằng solenoid Khi không sử dụng, solenoid sẽ đóng lại, cho phép khí trời vào qua van thông hơi Màng và lò xo sẽ giãn ra để đóng bướm ga, giúp giảm tốc độ xe Thiết kế này đảm bảo an toàn cao khi lái xe.
Hình 16.11 Bộ dẫn động bằng chân không trên xe
2.4.2.2 Bộ chấp hành dẫn động bằng Mô tơ
Hình 17.12 Cấu tạo của bộ chấp hành dẫn động bằng Mô tơ
Môtơ quay ngược hoặc thuận chiều kim đồng hồ phản ánh tín hiệu tăng tốc hoặc giảm tốc từ ECU điều khiển tự động, từ đó điều chỉnh góc mở bướm ga.
Ly hợp từ đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và ngắt môtơ với cáp bướm ga Nó hoạt động dựa trên tín hiệu từ ECU khi hệ thống điều khiển hành trình tự động (CCS) đang hoạt động, cho phép môtơ điều chỉnh bướm ga thông qua dây cáp Nếu người lái xe nhấn một trong các công tắc hủy trong khi CCS đang hoạt động, ECU sẽ nhận tín hiệu và nhả ly hợp từ, ngăn chặn môtơ quay bướm ga Kết quả là bướm ga trở về vị trí không tải, dẫn đến việc hủy bỏ hoạt động của CCS.
2.4.3 Các công tắc điều khiển chế độ điều khiển xe chạy tự động
Các công tắc điều khiển cho người lái
Hệ thống điều khiển xe tự động CCS bao gồm công tắc chính để kích hoạt và các công tắc điều khiển tốc độ xe Ngoài ra, còn có các công tắc để hủy bỏ chế độ điều khiển tự động khi cần thiết.
Công tắc khởi động ở hộp số trung gian
Khi bất kỳ một công tắc nào ở các công tắc trên được bật Hệ thống điều
Loại MRE (Phần tử điện trở từ)
2.4.4.1 Cảm biến tốc độ xe loại công tắc lưỡi gà
Cảm biến đời cũ này sử dụng dây cáp truyền động từ hộp số lên đồng hồ taplo và được lắp đặt trong bảng đồng hồ kim Nó bao gồm một nam châm quay gắn với cáp đồng hồ tốc độ, với chuyển động quay làm cho công tắc đóng và mở Công tắc lưỡi gà sẽ đóng 4 lần khi cáp quay một vòng.
Hình 19.14 Cảm biến tốc độ xe loại công tắc lưỡi gà
Nam châm được phân cực, với lực từ trường tại bốn vùng chuyển tiếp giữa cực Bắc (N) và cực Nam (S) Khi nam châm quay, lực từ trường này sẽ kích hoạt và mở hoặc đóng tiếp điểm của công tắc lưỡi gà.
2.4.4.2 Cảm biến tốc độ xe loại cảm biến quang học
Cảm biến quang học trong bảng đồng hồ sử dụng đèn LED để chiếu sáng vào transistor quang học Một bánh xe có rãnh, được dẫn động bởi cáp đồng hồ tốc độ, tạo ra xung ánh sáng khi quay Mỗi vòng quay của cáp tạo ra 20 xung ánh sáng, sau đó được bộ đếm số chuyển đổi thành 4 xung và gửi đến ECU.
Hình 20.15 Sơ đồ mạch điện của cảm biến tốc độ loại quang 2.4.4.3 Cảm biến tốc độ xe loại điện từ
Cảm biến này được lắp đặt trong hộp số để đo tốc độ quay của trục thứ cấp Nó bao gồm các thành phần như nam châm vĩnh cửu, cuộn dây và lõi Roto có 4 răng được gắn trên trục thứ cấp của hộp số, giúp cải thiện độ chính xác trong việc nhận biết tốc độ.
Hình 21.16 Cảm biến tốc độ xe loại điện từKhi trục thứ cấp của hộp số quay, khoảng cách giữa lõi của cuộn dây và roto
Hình 22.16 Cảm biến tốc độ xe loại điện từ
2.4.4.4 Cảm biến tốc độ bánh xe loại MRE (phần tử từ trở)
Cảm biến được lắp đặt trên hộp số hoặc hộp số phụ, hoạt động nhờ bánh răng trục thứ cấp Thiết bị này bao gồm một mạch tích hợp (HIC) kết hợp với một phần tử từ trở (MRE) và một vành từ.
Hình 23.18 Hoạt động của cảm biến tốc độ bánh xe loại MRE
Giá trị điện trở của MRE thay đổi theo hướng của đường sức từ, dẫn đến điện áp ra của MRE có dạng sóng xoay chiều khi nam châm quay trên vành từ Bộ so sánh trong cảm biến tốc độ xe chuyển hóa sóng xoay chiều thành tín hiệu số, sau đó được biến đổi qua transistor trước khi hiển thị trên bảng đồng hồ Tần số sóng phụ thuộc vào số lượng cực từ trên vành, có hai loại vành từ: một loại có 12 cực từ và loại kia có 4 cực từ Loại 12 cực tạo ra 12 xung sóng trong một vòng quay, trong khi loại 4 cực tạo ra 4 xung.
Trong loại 20 cực, tín hiệu số được chuyển đổi từ 24 xung mỗi vòng quay của vành từ thành 4 xung thông qua mạch chuyển đổi xung trong bảng đồng hồ, và sau đó tín hiệu này được gửi đến ECU động cơ.
Trong loại 4 cực, có hai loại tín hiệu từ cảm biến tốc độ: một loại truyền qua bảng đồng hồ trước khi đến ECU, và loại còn lại gửi tín hiệu trực tiếp đến ECU mà không cần bảng đồng hồ Mạch đầu ra của cảm biến tốc độ xe thay đổi tùy theo loại xe, dẫn đến sự khác biệt trong tín hiệu phát ra; một loại phát ra điện áp, trong khi loại kia có điện trở thay đổi.
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CRUISE CONTROL
TRÊN PHẦN MỀM MATLAB-SIMULINK
3.1 Giới thiệu về phần mềm Matlab–Simulink
Matlab (Matrix Laboratory) là phần mềm khoa học mạnh mẽ, chuyên cung cấp khả năng tính toán số và hiển thị đồ họa thông qua ngôn ngữ lập trình cấp cao Với các tính năng tương tác nổi bật, Matlab cho phép người dùng thao tác dữ liệu linh hoạt dưới dạng mảng ma trận để thực hiện tính toán và quan sát Dữ liệu đầu vào có thể được nhập từ "Command line" hoặc từ các "mfiles" với tập lệnh đã được xác định trước Ngoài ra, Matlab cung cấp các toolbox tiêu chuẩn và cho phép người dùng tạo ra các hộp công cụ tùy chỉnh riêng để phục vụ nhu cầu cụ thể.
Mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab Simulink
Bộ điều khiển PID có nhiệm vụ phát hiện sai lệch và tạo ra hàm điều khiển để ổn định đầu ra của hệ thống, đảm bảo chất lượng động và tĩnh theo yêu cầu Cấu trúc của bộ điều khiển phản hồi PID bao gồm C(s) là bộ điều khiển và P(s) là hàm truyền của đối tượng Bộ điều khiển PID hoạt động dựa trên ba chức năng chính: điều khiển tỷ lệ (P), tích phân (I) và đạo hàm (D), được thể hiện qua phương trình điều khiển.
Hình 3.3 Cấu trúc của bộ điều khiển PID
Tùy theo đối tượng điều khiển, bộ điều khiển PID sử dụng ở các dạng khác nhau:
P, PI, PD, PID Việc tính toán và lựa chọn tham số, các bộ điều khiển để đảm bảo chất lượng yêu cầu gọi là thiết kế và tổng hợp bộ điều khiển Có nhiều phương pháp tổng hợp bộ điều khiển, trong bài báo này việc tổng hợp bộ điều khiển cho hệ điều khiển hành trình xe sử dụng công cụ PID Tuner
Sau khi nhập các thông số vào mô hình, sử dụng công cụ PID Tuner chỉnh định thông số bộ điều khiển cho kết quả Kp = 0.1, Ki= 0.01, Kd=0.
Hình 4.3 Thiết lập thông số của bộ điều khiển PID
Cho chạy mô phỏng với các giá trị tốc độ ban đầu 20m/s sau thời gian 90 cho xe
Hình 5.4 Thông số mô phỏng của ô tô đã cho trong matlab
Bằng cách kết hợp các công thức với các khối chức năng Matlab như khối constants, khối gain, khối sum và khối scope, chúng ta có thể xây dựng mô hình hệ thống Cruise Control cho xe.
Hình 6.5 Mô hình mô phỏng hệ thống Cruise Control trên ô tô
Kết quả mô phỏng hệ thống Cruise Control
Hình 7.6 thể hiện kết quả mô phỏng độ mở bướm ga khi xe di chuyển trên đường bằng phẳng với hệ thống Cruise Control Đường màu vàng biểu thị tốc độ đặt là 75 KM/H, cho thấy tốc độ xe tăng dần đến mức này Đồ thị cũng cho thấy phần trăm độ mở bướm ga trong quá trình mô phỏng; ban đầu, bướm ga mở lớn để tạo lực kéo, sau đó ổn định khoảng 30% khi đạt tốc độ 75 km/h Tuy nhiên, đến giây thứ 125, khi xe gặp dốc, bướm ga cần mở lớn hơn để duy trì sự ổn định trong chuyển động.
Khi xe di chuyển lên dốc trong hệ thống Cruise Control, ban đầu lực kéo vượt trội hơn lực cản Tuy nhiên, đến giây 125, khi gặp dốc, lực cản trở nên lớn hơn Ngay lập tức, hệ thống điều chỉnh độ mở bướm ga để tăng lực kéo, giúp xe duy trì chuyển động ổn định.
Hình 10.9 Biểu đồ mô phỏng tốc độ xe khi đi lên dốc trong hệ thống Cruise
Hình 11.10 Kết quả độ mở bướm ga mô phỏng tốc độ xe khi đi xuống dốc trong hệ thống Cruise Control
Hình 12.11 Biểu đồ mô phỏng tốc độ xe khi đi lên dốc trong hệ thống