Xây dựng mô hình điều khiển trượt để điều khiển tối ưu quá trình phanh ô tô

Sơ đồ thuật toán điều khiển ABS theo phương pháp gia tốc ngưỡng.21Hình 1.9.. Trên cơ sở đó đề tài “XÂY D NG MƠ HÌNH ỰĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ĐỂ ỀĐI U KHI N TỂ ỐI ƯU Q TRÌNH PHANH Ơ TƠ” được đưa

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

LÊ HOÀNG LONG

XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT

ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ

Chuyên ngành : Ô tô và Xe chuyên dụng

2

M ụ c lụ c

Danh mục các ký hiệu 4Danh mục các hình vẽ, đồ ị th 5

Lời nói đầu 8Chương 1 T ng quan vổ ấn đề nghiên c u 9ứ1.1 Yêu c u chầ ất lượng phanh 91.2 Đặc điểm làm vi c c a h th ng ABS 10ệ ủ ệ ố1.3 Các thuật toán điều khiển ABS đang được áp dụng 141.3.1 Phương pháp điều khiển theo độ trư t 15ợ1.3.2 Phương pháp điều khi n theo gia tể ốc ngưỡng 181.3.3 Điều khi n PID 23ể1.3.3 Phương pháp điều khi n Sliding Mode 25ể1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về phương pháp điều khi n ABS 26ể1.4.1 M t s k t qu nghiên c u trên th gi i 26ộ ố ế ả ứ ế ớ1.4.2 M t s k t qu nghiên cộ ố ế ả ứu trong nước 271.5 Đặ ấn đềt v nghiên c u 28ứChương 2 Thuật toán điều khi n Sliding Mode cho h th ng ABS 31ể ệ ố2.1 Thuật toán điều khi n Sliding Mode 31ể2.1.1 Khái ni m Sliding Mode 31ệ2.1.2 Luật điều khi n Sliding Mode 33ể2.1.3 Hiện tượng dao động của trạng thái 362.2 ng dỨ ụng Sliding Mode cho điều khi n ABS 38ể2.2.1 Xác định m t phặ ẳng trượt 392.2.2 Xây d ng luự ật điều khiển trượt 432.3 Nh n xét 48ậChương 3 Băng thử phanh ABS ¼ 49

3

3.1 Băng thử phanh ABS mô hình ¼ 493.1.1 Nguyên lý hoạ ột đ ng của băng thử 493.1.2 B thu th p d u, b u khi n ABS 53ộ ậ ữliệ ộ điề ể3.2 Động l c hự ọc phanh ABS trên băng thử 583.2.1 Động l c h c bánh xe 60ự ọ3.2.2 Mô hình l p 61ố3.2.3 Động l c h c phanh thân xe 63ự ọ3.3 Mô ph ng h ng ABS trên máy tính 63ỏ ệthố3.3.1 Mô hình hóa h ng th y lệthố ủ ực của hệ thố ng phanh ABS ¼ 633.3.2 Mô hình hóa động lực học phanh ¼ xe 743.3.3 Mô ph ng b u khi n ABS 77ỏ ộ điề ể3.4 Nh n xét 79ậChương 4 Các k t qu th nghi m và đánh giá 80ế ả ử ệ4.1 Mục đích thử nghi m 80ệ4.2 Thử nghi m trên mô hình mô ph ng b ng máy tính 80ệ ỏ ằ4.2.1 Thử nghiệm ậthu t toán điều khi n theo gia tể ốc ngưỡng 814.2.2 Th nghi m thuử ệ ật toán đề xu t 82ấ4.3 Thử nghiệm trên băng thử phanh 834.3.1 Thử nghiệm ậthu t toán điều khi n theo gia tể ốc ngưỡng 834.3.2 Th nghi m thuử ệ ật toán đề xu t 84ấ4.4 Nh n xét 88ậ

Kết luận 89Tài liệu tham kh o 90ảPhụ ụ l c 92

5

Danh mụ c các hình v ẽ, đồ th ị

Hình 1.1 Đồ ị ệ ố trượ th h s t - l c phanh và l c bám ngang 11ự ự

Hình 1.2 Sơ đồ ệ ống phanh thông thườ h th ng 12

Hình 1.3 Sơ đồ ệ ố h th ng ABS 13

Hình 1.4 Sơ đồ điều khi n h th ng ABS 13ể ệ ố Hình 1.5 Các pha làm việc của ABS điều khiển theo độ trượt 16

Hình 1.6 Sơ đồ thuật toán điều khiển ABS theo độ trư t 17ợ Hình 1.7 Các chu kỳ làm vi c của điềệ u khi n theo gia t c ngư ng 19ể ố ỡ Hình 1.8 Sơ đồ thuật toán điều khiển ABS theo phương pháp gia tốc ngưỡng.21 Hình 1.9 Sơ đồ kh i b ố ộ điều khi n PID ki u song song 24ể ể Hình 2.1 Mô tả quá trình điều khi n Sliding Mode 32ể Hình 2.2 Ví dụ ề v hàm phi tuy n 34ế Hình 2.3 Hiện tượng tr ng thái ạ X t( ) dao động quanh m t ph ng ặ ẳ S 37

Hình 2.4 Hàm sigmoid (trái) và hàm bão hòa (phải) 37

Hình 2.5 Quá trình điều khi n Sliding Mode v i hai b m t biên 38ể ớ ề ặ Hình 2.6 Vậ ốn t c và gia t c góc bánh xe khi phanh v i ố ớ  = * 40

Hình 2.7 Miền giá tr c a gia t c góc bánh xe 41ị ủ ố Hình 2.8 Miền biên S S1; 2 42

Hình 2.9 Độ ộ r ng xung d a theo giá tr tín hiự ị ệu điều khi n 43ể Hình 2.10 Các vùng ứng v i luậớ t đi u khi n khác nhau 44ề ể Hình 2.11 Sơ đồ logic thuật toán điều khiển đề xu t 47ấ Hình 2.12 Sơ đồ vào ra b ộ điều khi n s d ng thuể ử ụ ật toán đề xu t 48ấ Hình 3.1 Băng thử phanh s d ng trong luử ụ ận văn 49

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý phần cơ khí của băng thử 50

Hình 3.3 Cụm bánh đà, tang trống và bánh xe của băng thử 51

Hình 3.4 Hệ ố th ng phanh ABS lắp đặt trên băng thử 52

Hình 3.5 C m biả ến v n tậ ốc bánh xe trên băng thử 53

Hình 3.6 Cấ ạu t o và ho t đ ng c a c m bi n v n t c bánh xe 54ạ ộ ủ ả ế ậ ố Hình 3.7 Mạch xử lý tín hi u c m bi n v n tệ ả ế ậ ốc bánh xe 54

6

Hình 3.8 C m biả ến v n t c tang tr ng 54ậ ố ốHình 3.9 C m biả ến tiệm cận ki u t tr 54ể ừ ởHình 3.10 Mạch xử lý tín hi u cệ ảm biến v n t c tang trống 55ậ ốHình 3.11 Cảm bi n áp su t và m ch xửế ấ ạ lý tín hi u 55ệHình 3.12 Bảng điều khiển băng thử 56Hình 3.13 Bộ điều khi n ABS 56ểHình 3.14 Bộ thu th p d li u 57ậ ữ ệHình 3.15 Mạch công su t đi u khiấ ề ển động cơ điện 57Hình 3.16 Độ ễ tr áp su t xy lanh chính và xy lanh phanh 58ấHình 3.17 Độ ễ ủ tr c a quá trình gi m áp 58ảHình 3.18 Các lực và mô men tác d ng lên bánh xe khi phanh 59ụHình 3.19 Đồ ị ự th l c bám d c- trư t c a mô hình l p Dugoff 62ọ độ ợ ủ ốHình 3.20 Khố ệ ối h th ng th y lủ ực mô ph ng h th ng thỏ ệ ố ủy lực phanh ABS ¼ 63Hình 3.21 Sơ đồ tín hi u vào/ra c a xy-lanh phanh chính 64ệ ủHình 3.22 Sơ đồ tính toán xy-lanh phanh chính 64Hình 3.23 Sơ đồ mô ph ng xy-lanh phanh chính 66ỏHình 3.24 Sơ đồ tín hi u vào/ra c a van gi áp 66ệ ủ ữHình 3.25 Sơ đồ tính toán lõi van gi áp 67ữHình 3.26 Sơ đồ mô ph ng hoỏ ạt động c a lõi van 68ủHình 3.27 Sơ đồ mô ph ng hoỏ ạt động c a van gi áp 68ủ ữHình 3.28 Sơ đồ vào/ra van gi m áp 69ảHình 3.29 Sơ đồ mô ph ng hoỏ ạt động lõi van 69Hình 3.30 Sơ đồ mô ph ng van gi m áp 70ỏ ảHình 3.31 Sơ đồ vào/ra c a kh i xy-ủ ố lanh phanh và cơ cấu phanh 70Hình 3.32 Sơ đồ tính toán xy-lanh phanh bánh xe và cơ cấu phanh 70Hình 3.33 Sơ đồ mô ph ng xy-lanh phanh bánh xe 71ỏHình 3.34 Sơ đồ mô phỏng cơ cấu phanh 71Hình 3.35 Sơ đồ vào/ra của bơm 72Hình 3.36 Sơ đồ vào/ra c a bình tích áp 72ủ

7

Hình 3.37 Sơ đồ tính toán bình tích áp 72Hình 3.38 Sơ đồ mô ph ng bình tích áp 73ỏHình 3.39 Sơ đồ mô phỏng bơm 73Hình 3.40 Sơ đồ mô ph ng h th ng th y l c 74ỏ ệ ố ủ ựHình 3.41 Sơ đồ tín hi u vào/ra c a khệ ủ ối động l c h c phanh ¼ xe 75ự ọHình 3.42 Sơ đồ tín hi u vào/ra c a kh i mô hình l p 75ệ ủ ố ốHình 3.43 Sơ đồ tính toán mô hình l p Dugoff 76ốHình 3.44 Sơ đồ khối động l c h c phanh ¼ xe 77ự ọHình 3.45 Sơ đồ vào/ra c a b ủ ộ điều khi n 77ểHình 3.46 Mô phỏng b ộ điều khi n s d ng thu t toán đ xu t 78ể ử ụ ậ ề ấHình 4.1 Kết quả thử nghi m trên mô hình mô ph ng 81ệ ỏHình 4.2 Kết quả thử nghi m trên mô hình mô ph ng 82ệ ỏHình 4.3 Kết qu thả ử nghiệm trên băng thử 83Hình 4.4 Vậ ốn t c bánh xe và tang tr ng trong quá trình phanh 84ốHình 4.5 Quãng đường phanh 85Hình 4.6 Độ trư t trong quá trình phanh 85ợHình 4.7 Các chế độ ề đi u khi n 85ểHình 4.8 Áp suất trong h th ng th y lực khi phanh 86ệ ố ủHình 4.9 Gia tốc góc c a bánh xe trong khi phanh 86ủ

8

L ờ i nói đ ầ u

Ngày nay, sau hơn 100 năm kể ừ ngày đầ t u xu t hi n, nghành công nghi p ô-tô ấ ệ ệ

đã đạt được nhi u thành t u v khoa h c công ngh , phát tri n thành m t trong ề ự ề ọ ệ ể ộ

nh ng nghành công nghi p quan trữ ệ ọng hàng đầu trên th ếgiới

So v i nh ng chi c ô-tô th h ớ ữ ế ế ệ cũ, ô-tô ngày nay có công su t và tấ ốc độ ngày càng tăng, tiết ki m nhiên liệ ệu hơn, sạch hơn, thân thiện với người dùng hơn, và đặc

bi t là mệ ức độ đả m b o an toàn khi vả ận hành cao hơn Để có được điều đó, các kỹ

sư ô tô đã ứ- ng d ng nhi u thành t u trong nghiên c u khoa h c v t li u, công ngh ụ ề ự ứ ọ ậ ệ ệđiệ ử, điền t u khi n t ể ự động… trong quá trình thiế ết k và ch t o Trong s các thành ế ạ ố

tựu đó, hệ ng ABS trên ô thố tô được ứng d ng công ngh u khi n t ng, s ụ ệ điề ể ự độ ử

dụng ABS ECU đã trở nên r t hi u qu trong viấ ệ ả ệc nâng cao tính năng an toàn cho ô

tô khi phanh, ở trong đa số các trường h p Hi n nay h ợ ệ ệ thống phanh ABS đã trởthành một trong nh ng tiêu chu n cữ ẩ ủa xe hơi trên thị trư ng ờ

M t trong nh ng v n m u ch t trong vi c thi t k h ng phanh ABS là ộ ữ ấ đề ấ ố ệ ế ế ệ thốxác định thuật toán điều khi n cho ABS ECU, yêu c u ph i gi i quy t nhi u vể ầ ả ả ế ề ấn đề

lý thuyết cũng như thực nghiệm Trên cơ sở đó đề tài “XÂY D NG MÔ HÌNH Ự

ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT ĐỂ ỀĐI U KHI N TỂ ỐI ƯU QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ” được đưa ra với mục đích xây dựng thuật toán điều khi n s dể ử ụng nguyên lý điều khiển trượt (Sliding Mode) cho h ệthống ABS để ối ưu quá trình phanh ô tô t

Trong quá trình th c hiự ện đề tài, ọh c viên đã nhận được s ự hướng d n t n tình ẫ ậ

c a các th y giáo trong b ủ ầ ộ môn, đặc bi t là ệ PGS Phạm H u Nam và ThS ữ Nguyễn Thanh Tùng Tuy nhiên do còn nhi u h n ch v ki n thề ạ ế ề ế ức chuyên môn, cũng như thời gian có h n, nên không th tránh kh i sai sót, r t mong nhạ ể ỏ ấ ận đượ ực s góp ý c a ủcác thầy giáo trong b môn đ tài ộ ể đề được hoàn thiện hơn

i, tháng 12 2

Lê Hoàng Long

9

Chương 1 T ng quan v n đ nghiên c u ổ ấ ề ứ

H ệ thống phanh ABS đượ ử ục s d ng trên ô tô lần đầu tiên vào những năm thập

k 50 c a th k XX Các h ỷ ủ ế ỷ ệ thống này ban đầu là các cơ cấu điều ch nh áp ỉ suất phanh bằng cơ khí và thủ ực, chưa có sựy l tham gia của máy tính điệ ửn t Theo thời gian, h ệthống phanh ABS đượ ả ếc c i ti n, áp d ng các công ngh v ụ ệ ề điện và điệ ửn t

để nâng cao hi u qu hoệ ả ạt động Ngày nay, h th ng phanh ABS là m t tiêu chu n ệ ố ộ ẩ

bắt buộ ới xe ôc v -tô t i nhiạ ều nước trên th gi ế ới

1.1 Yêu c u ch ầ ất lượ ng phanh

H ng phanh nói chung và h ng ABS nói riêng là h ng an toàn ch ệ thố ệ thố ệthố ủ

động quan tr ng nh t trên ô tô Chọ ấ ất lượng c a quá trình phanh ủ ảnh hưởng t i kh ớ ảnăng xảy ra tai nạn cũng như mức độ nghiêm tr ng khi tai n n x y ra Vì v y h ọ ạ ả ậ ệ

thống phanh c n ph i đầ ả ảm bảo các yêu c u v ch t lư ng phanh, g m có ầ ề ấ ợ ồ

• Yêu cầ ề ệu v hi u qu phanh ả

• Yêu cầ ề ổn địu v nh khi phanh

Yêu c u hi u qu phanh là yêu c u v kh ầ ệ ả ầ ề ả năng dừng ô tô k t khi bể ừ ắt đầu phanh Đây là yêu cầu đố ớ ệ ống phanh theo phương dọi v i h th c, th hi n kh ể ệ ả năng sinh l c phanh l n nh t c a h ng, ự ớ ấ ủ ệ thố được đánh giá thông qua các chỉ tiêu như quãng đường phanh, th i gian phanh, gia t c phanh Hi u qu phanh c a xe ph ờ ố ệ ả ủ ụthuộc vào l c phanh sinh ra t vùng ếự ại ti p xúc gi a bánh xe và mữ ặt đường khi tác

d ng mô men phanh lên bánh xe L c phanh sinh ra b gi i h n b i giá tr cụ ự ị ớ ạ ở ị ực đại

c a phủ ản lực mà mặt đường có th tác dể ụng lên bánh xe theo phương dọc, g i là lọ ực bám d Giá tr l c bám dọc ị ự ọc được tính theo công th ức

( )1.1

F = NTrong công t c (1.1), ứ FX là giá tr l c bám d c, ị ự ọ X là h s bám d c, ệ ố ọ N là

ph n ph n l c pháp tuy n t mầ ả ự ế ừ ặt đường lên bánh xe H s bám d c ph ệ ố ọ ụ thuộc vào điều ki n bám gi a bánh xe và mệ ữ ặt đường, góc lệch bên bánh xe…và độ trư t gi a ợ ữbánh xe và mặt đường i u ki n cĐ ề ệ ần và đủ để nâng cao hi u qu phanh s lệ ả là trị ố ực bám dọc FX( )t phải lớn và s ltrị ố ực phanh phải bằng hoặc gầ ằn b ng FX( )t

10

Yêu c u ầ ổn định khi phanh là yêu c u v kh ầ ề ả năng giữ góc l ch cệ ủa ô tô trước

và sau khi phanh Đây là yêu cầu đối v i h ớ ệ thống phanh theo phương ngang, thể

hi n kh ệ ả năng giữ hướng chuyển động c a ô tô khi phanh Kh ủ ả năng đáp ứng v n ề ổ

định phanh liên quan t i kh ớ ả năng bám ngang giữa bánh xe v i mớ ặt đường và được đánh giá thông qua góc lệch ô tô khi phanh Tính ổn định hướng c a xe ph thu c ủ ụ ộvào l c ngang tác d ng lên xe và kh ự ụ ả năng bám giữa bánh xe v i mớ ặt đường theo phương ngang Giá tr c a l c bám ngang là giá tr cị ủ ự ị ực đạ ủi c a ph n l c mà m t ả ự ặđường có th tác dể ụng lên bánh xe theo phương ngang, phụ thu c t i tr ng tác d ng ộ ả ọ ụlên bánh xe và hệ ố s bám ngang c a bánh xe vủ ới mặt đường theo công th c ứ

Trong công th c (1.2), ứ FY là giá tr l c bám ngang, ị ự Nlà ph n l c pháp tuy n ả ự ế

t mừ ặt đường lên bánh xe, Y là h s bám ngang H s bám ngang ph ệ ố ệ ố ụthuộc vào điều ki n bánh xe và mệ ặt đường, góc lệch bên bánh xe…và trư t gi a bánh xe độ ợ ữ

và mặt đường Điều ki n cệ ần để đả m b o tính ả ổn định khi phanh thì giá tr l c bám ị ựngang FY phải lớ hơn tổn ng các l c ngang tác d ng lên xe ự ụ

V i các h ng phanh truy n th ng, kh ớ ệ thố ề ố ả năng đảm b o v u qu phanh và ả ềhiệ ả

ổn định phanh thường không đạt được khi phanh g p hoấ ặc đường trơn trượt gây ra

hiện tượng trượt ếl t bánh xe Vì v y, h ậ ệthống ABS được phát tri n và s d ng trên ể ử ụcác ô tô nhằm ngăn không cho hiện tượng trên x y ra ả

1.2 Đặc điể m làm vi ệ c củ ệ thố a h ng ABS

H ng ABS là h ệ thố ệthống phanh điều khiển điệ ửn t có chức năng ngăn không cho bánh xe b ị trượ ết l t trong quá trình phanh H ệ thống ABS được tính toán sao cho điều khi n tr ng thái c a xe khi phanh g n v i tr ng thái có h s bám d c và ể ạ ủ ầ ớ ạ ệ ố ọngang l n, nhớ ằm tăng giá trị ự l c bám dọc và ngang, đảm b o hi u qu phanh và n ả ệ ả ổđịnh hướng

H s bám d c và ngang ph ệ ố ọ ụ thuộc vào độ trượt gi a bánh xe và mữ ặt đường

Độ trư t ợ được đánh giá thông qua hệ ố s trư t H s trư t là m t thông s ợ ệ ố ợ ộ ố được s ử

dụng để đánh giá hiệu qu và tính ả ổn định hướng khi phanh H s ệ ố trượt khi phanh

Hình 1.1 Đồ thị ệ ố trượ h s t - l c phanh và l c bám ngang ự ự

1,3 – Đường bê-tông khô; 2,4 – Đường nhựa ướt; 5 – Đường băng tuyết

12

Khi người lái bắt đầu đạp phanh, h s trư t ệ ố ợ tăng nhanh từ giá tr 0, l c bám ị ự

d c ọ tăng nhanh và đạt giá tr cị ực đại khi giá tr ị  n m trong kho ng tằ ả ối ưu ừt 17% đến 30% tùy điều ki n mệ ặt đường, nếu tăng tiếp  thì l bám d c nhìn chung là ực ọ

gi m, tr ả ừ trường h p xe chợ ạy trên đường băng tuyết ự L c bám ngang gi m nhanh ảtheo sự tăng c a hệ ố trượủ s t 

Hiện tượng bánh xe b trư t l t x y ra khi ị ợ ế ả  tiế ớn t i 100%, t c là ứ 0, lúc này

l bám d c gi m, l c bám ngang gi m nhanh v 0, không ch ực ọ ả ự ả ề ỉ quãng đường phanh tăng mà xe còn bị ấ ổn định hướng Điề m t u này càng nguy hiểm hơn khi trượ ết l t thường x y ra các trư ng h p phanh kh n c p, t c đ ả ở ờ ợ ẩ ấ ở ố ộcao

Với các hệ thố ng phanh thông thường, để ngăn ngừa hiện trượng trượt lết xảy ra thì người lái ph i d a vào kinh nghiả ự ệm để đạ p/nh ả bàn đạp phanh Điều này làm

gi m hi u qu phanh và tính ả ệ ả ổn định khi phanh m b o hi u qu phanh và n Để đả ả ệ ả ổđịnh hướng khi phanh trong các trường h p phanh gợ ấp, ABS đượ ắp đặc l t trên xe thay cho h ệ thống phanh thông thường Khi phanh, ABS gi cho h s ữ ệ ố trượt nằm trong kho ng tả ối ưu Khi giá tr ị độ trượ ằt n m trong khoảng điều ch nh này l bám ỉ ực

d c l n nhọ ớ ất, trong khi đó lực bám ngang tương đối lớn

Để ự th c hiện được các yêu c u trên, so v i h th ng phanh truy n th ng (Hình ầ ớ ệ ố ề ố1.2), h ng ABS có thêm mệ thố ột cơ cấu điều ch nh áp su t phanh (g i là b ỉ ấ ọ ộ chấp hành ABS), nằm trên đường d n môi ch t t xy lanh phanh chính t i c m phanh ẫ ấ ừ ớ ụbánh xe, các cảm biến theo dõi tr ng thái bánh xe và b u khi n (Hình 1.3) ạ ộ điề ể

Hình 1.2 Sơ đồ ệ thố h ng phanh thông thường

13

Hình 1.3 Sơ đồ ệ thố h ng ABS

Trong h ng ABS, m i mệthố ỗ ột đường môi ch t t i cấ ớ ụm phanh bánh xe, được h ệthống ABS điều khi n áp suể ất độ ậc l p gọi là kênh điều khi n Trong h th ng ABS ể ệ ốthủ ựy l c, áp suất phanh được điều khi n nh s ể ờ ự đóng mở các van điệ ừ, bơm và n tbình tích áp trong b ch p hành ABS theo tín hi u t b u khi n ộ ấ ệ ừ ộ điề ể

Khi người lái đạp phanh, áp su t t xy-lanh phanh chính không truy n tr c ti p ấ ừ ề ự ế

t i xy-lanh bánh xe, mà qua b ớ ộ chấp hành ABS Tùy vào tín hi u các c m bi n mà ệ ả ếECU điều khi n ABS s quyể ẽ ết định đóng/mở các van điện t ừ và bơm, nhằm tăng,

gi m ho c gi áp suả ặ ữ ất trong đường d u t i xy-ầ ớ lanh bánh xe, để điề u ch nh mô-men ỉphanh

T ừ sơ đồ ệ h ng ABS thố trên suy ra điề, u khi n ể ABS là điều khi n h i ti p phi ể ồ ếtuyế như sau.n

Hình 1.4 Sơ đồ điều khi n h ể ệ thống ABS

Trong sơ đồ điề u khi n h i ti p h th ng ABS (ể ồ ế ệ ố Hình 1.4), trạng thái tham chi u ế

là tín hiệu đầu vào điều khi n B ể ộ chấp hành ABS là ph n t u khiầ ử điề ển Cơ cấu phanh, bánh xe, thân xe…là đối tượng điều khi n Tr ng thái phanh c a xe là tín ể ạ ủ

hiệu đầu ra điều khi n Cể ảm biến đóng vai trò là phầ ử ồ ến t h i ti p

14

H ng ABS có tính phi tuy n b i vì các thành ph n trong h ệ thố ế ở ầ ệ thống đều có tính phi tuyến Các ph n t ủ ực như dầu phanh, các đườ ống, bơm và các van ầ ửth y l ng điệ ừ đều có đặn t c tính phi tuyến Đồng thời, đặc tính bám c a lủ ốp cũng là phi tuyến

và chịu tác động t ừcác thông số không xác định t ừ môi trường

Điều khi n h i tiể ồ ếp ABS là điều khi n h i ti p không liên t c Lý do là vì ECU ể ồ ế ụ

c a ABS là b u khiủ ộ điề ển điệ ửn t , làm vi c theo các chu k ệ ỳ do đặc điểm của vi điều khiển, cũng như đặc tính độ c a h ng Các h th ng ABS hitrễ ủ ệ thố ệ ố ện nay thường làm việc vớ ầ ố ừ 8Hz cho đếi t n s t n 12Hz

T các phân tích trên, có th ừ ểthấy để đáp ứng được hai yêu c u v hi u qu và ầ ề ệ ả

ổn định khi phanh, h th ng ABS có m t s c đi m làm việ ố ộ ố đặ ể ệc như sau

• H ệ thống ABS làm vi c quanh tr ng thái có h s bám d c và ngang lệ ạ ệ ố ọ ớn ( ng vứ ớ ội đ trượt nằm trong kho ng 17%-30%) ả

• H ệthống ABS điều khi n mô men phanh tác d ng lên bánh xe ể ụ

• H ng ABS là mệthố ột hệ thống điều khi n h i ti p không liên t ể ồ ế ục

Khi ABS chưa làm việc, áp suất phanh chưa được điều ch nh, s phanh di n ra ỉ ự ễnhư trên các hệ ống phanh thông thườ th ng ABS s hoẽ ạt động khi bánh xe có nguy

cơ xảy ra trượ ết l t Tuy nhiên việc xác định tr ng thái c a xe khi phanh g p r t ạ ủ ặ ấnhiều khó khăn do khả năng đo đạc b h n chị ạ ế Đồng th i viờ ệc điều khi n quá trình ểphanh b ị ảnh hưởng x u t các y u t phi tuy n trong h ng và t ấ ừ ế ố ế ệthố ừcác ễnhi u tác

động bên ngoài

1.3 Các thu ật toán điề u khiển ABS đang đượ c áp d ụ ng

Để ự th c hiện được các yêu c u c a h th ng ầ ủ ệ ố ABS, điều c n ph i làm là kh ng ầ ả ốchế độ trư t ợ  n m trong gi i hằ ớ ạn điều ch nh ỉ (17 30% ), tuy nhiên vi c thi t k b ệ ế ế ộđiều khi n ABS trong th c t g p nhi u vể ự ế ặ ề ấn đề khó khăn, đó là [2]:

• Để đạt được hi u qu phanh cao nh t, b đi u khi n ph i làm vi c g n ệ ả ấ ộ ề ể ả ệ ở ầđiểm không ổn định ( trở ạng thái độ trư t ng v i l c phanh là l n nh t) ợ ứ ớ ự ớ ấ

• Điều ki n mệ ặt đường, t i trả ọng thay đổi trong m t kho ng giá tr r ng và là ộ ả ị ộcác thông số không xác định

15

• Khả năng đo đạ ạc tr ng thái của bánh xe, cũng như chất lượng b u khi n ộ điề ể

và b ộ chấp hành luôn t n t i sai s ồ ạ ố và có độ H s trễ ệ ố trượt không th ể đo được

một cách trực tiếp theo công th c (1.3) ứ

• Độ trư t có th ợ ể thay đổi trong nhanh trong th i gian ng n, do s bi n d ng ờ ắ ự ế ạ

của lốp và hình dáng m p mô c a mấ ủ ặt đường

• H s ma sát giệ ố ữa má phanh và đĩa phanh thay đổi trong quá trình phanh.Trong quá trình phát triển, đã có nhiều nghiên c u và ng dứ ứ ụng các phươngpháp điều khi n ABS t ể ừ đơn giản đến ph c tứ ạp để kh c ph c các t n t i trên c a ắ ụ ồ ạ ủABS M t s ộ ố phương pháp điều khi n ABS tiêu biể ểu đã được ứng d ng r ng rãi hay ụ ộ

t p trung nghiên cậ ứu như:

• Điều khiển ABS theo độ trư t ợ định trước

• Điều khi n ABS theo các tr s ể ị ố ngưỡng c a gia t c ủ ố

• Điều khiển ABS theo phương pháp PID

1.3.1 Phương pháp điề u khiển theo độ trượ t

Đ ềi u khi n ABS ể theo độ trư t s d ng biợ ử ụ ến điều khiển là độ trượt được ước lượng trong quá trình phanh, áp suất phanh được điều chỉnh thay đổi để kh ng ch ố ế

độ trư t này trong kho ng gi i h n theo liên h ợ ả ớ ạ ệsau

min max (1.4)

Cơ sở ủa phương pháp này dựa trên đặ c c tính bám d c và ngang gi a bánh xe ọ ữ

và mặt đường theo độ trượt như trình bày trong mục 1.2 Đồng th i th a nh n gi ờ ừ ậ ảthiế ằt r ng kh ả năng bám dọc và ngang đạt giá tr l n trong kho ng ị ớ ả min;max đối

với hầ ếu h t các điều ki n phanh trong thệ ực tế

Để ử ụ s d ng thuật toán điều khiển ABS theo độ trư t, c n phợ ầ ải đo được độ trư t ợ

gi a bánh xe và mữ ặt đường trong quá trình điều khi n Theo công thể ức (1.3) độtrượt được tính t v n t c chuyừ ậ ố ển động c a xe, tủ ốc độ bánh xe và bán kính làm vi c ệ

c a lủ ốp Trong đó chỉ có thông s v n t c bánh xe là có th ố ậ ố ể đo được b ng cách s ằ ử

d ng c m bi n tụ ả ế ốc độ

16

Sau khi tính toán hoặc ước lượng được giá tr cị ủa độ trượt trong quá trình phanh, h ng ABS s ệthố ẽ được điều khiển theo các chu trình như hình sau

Hình 1.5 Các pha làm vi c cệ ủa ABS điều khiển theo độ trượt.

Khi bắt đầu quá trình phanh, h s ệ ố trượ ắt đầu tăng dầ nhưng ABS vẫn chưa t b n làm vi c và h ng làm việ ệ thố ệc như mộ ệt h thống phanh thông thường Khi b u ộ điềkhiển ước lượng được ệ ố trượt tăng bằh s ng giá tr ị min và bắt đầu n m trong ằkhoảng điều khi n thì Aể BS được kích ho t và hoạ ạt động ở chế độ ữ gi áp (pha 1, Hình 1.5 Trong quá trình này n u h s ) ế ệ ố trượt  p ttiế ục tăng tới khi b ng giá tr ằ ị

 thì ABS chuy n sang ch ể ế độ tăng áp (pha 4, Hình 1.5) để điề u khiển tăng giá trị

của độ trượt Giai đoạn gi ữ áp trong quá trình điều khi n có tác d ng làm ch m quá ể ụ ậtrình tăng hoặc gi m giá tr trư t Trong m t chu trình gả ị độ ợ ộ ồm 4 pha như trên, hệ ố s trư t đượ ợc kh ng ch ố ế theo như công thức (1.4)

min max

17

Hình 1.6 Sơ đồ thuật toán điều khiển ABS theo độ trượt.

Hình 1.6 trình bày sơ đồ thuật toán điều khiển ABS theo độ trượt Quá trình điều khi n là m t vòng l p vô hể ộ ặ ạn và được th c hi n theo các chu k ự ệ ỳ t Công tắc bàn đạp phanh đóng vai trò là tín hiệu điều khi n Khi có tín hiể ệu bàn đạp phanh, độtrượ ẽ được ước lượt s ng và so sánh v i các giá tr ớ ị min,max quyđể ết định tăng, giữhay gi m áp suả ất phanh như đã trình bày Việc ước lượng giá tr ị độ trượt có th ểđược th c hi n b ng cách so sánh chênh l ch v n t c b n bánh xe, ho c s d ng các ự ệ ằ ệ ậ ố ố ặ ử ụ

cảm biến gia t c thân xe ố

Phương pháp điều khiển theo độ trư t c a báợ ủ nh xe theo góc nhìn động l c h c ự ọ

có ưu điểm là rất đơn giả , tuy nhiên phương pháp này khó ứn ng d ng th c t vì ụ ự ế

mức độ chính xác khi đo độ trượ ủa bánh xe không cao Để xác định độ trượ ủt c t c a

18

bánh xe, các b u khiộ điề ển thường s d ng m t b ử ụ ộ ộ ước lượng để ước lượng v n tậ ốc

c a thân xe t thông s v n t c góc bánh xe và gia t c thân xe, tuy nhiên ủ ừ ố ậ ố ố độ chính xác của việ ớc lược ư ng v n t c xe v n còn c n phậ ố ẫ ầ ải được cải thi n thêm ệ

1.3.2 Phương pháp điề u khiể n theo gia t ốc ngưỡ ng

Phương pháp điều khi n theo gia tể ốc ngưỡng được s d ng m t cách r ng rãi ử ụ ộ ộtrên các xe ô tô s d ng h ng ABS cử ụ ệ thố ủa hãng Bosch Trong đó gia tốc góc của bánh xe đượ ử ụng để ự đoán trạc s d d ng thái c a bánh xe s p b bó hay không ủ ắ ị

Cơ sở ủ c a thuật toán điều khi n ABS theo gia t c ngư ng d a tể ố ỡ ự rên động l c h c ự ọ

c a bánh xe trong quá trình phanh ng vủ ứ ới sườn d c bên trái cố ủa độ l c bám dthị ự ọc – độ trư t trình bày trong m c 1.2 Trong miợ ụ ền độ trư t ng vợ ứ ới sườn trái của đồ ị th nói trên, giá tr tuyị ệt đố ủi c a gia tốc góc bánh xe tăng theo giá trị ủa độ trượ c t, do

v y b ng cách theo dõi giá t c góc bánh xe, b u khi n có th d ậ ằ ố ộ điề ể ể ự đoán trạng thái bánh xe có s p b bó hay không ắ ị

Theo ý tưởng trên, thuật toán điều khi n ABS theo gia tể ốc ngưỡng ch c n s ỉ ầ ử

d ng các c m biụ ả ến để đo vậ ốn t c góc bánh xe Thông thường v n tậ ốc bánh xe được

đo bằng cách s d ng m t c m c m biử ụ ộ ụ ả ến điệ ừ ố địn t c nh so v i cớ ầu xe và vành răng quay cùng bánh xe Các c m biả ến này có độ tin cậy và độ chính xác cao, do vậy trong giai đoạn đầu phát triền, phương pháp điều khi n ABS theo gia tể ốc ngưỡng đượ ử ục s d ng r t r ng rãi ấ ộ

Gia t c bánh xe ố  được đo nhờ các c m bi n v n t c s ả ế ậ ố ẽ được so sánh v i các ớngưỡng gia t c c nh, t ố ố đị ừ đó quyết định ch ế độ tăng, giảm hay gi áp các chu k ữ ở ỳlàm vi c c a h ệ ủ ệthống Các ngưỡng gia tốc này được ch n cho t ng xe c thông ọ ừ ụthểquá các th nghi m, là các s ử ệ trị ố a a a a1; ; ;2 3 4 0, trong đó 0 a a 2 1 và a4 a3 0 Các tr s gia tị ố ốc ngưỡng a a1; 2 s dử ụng để ểm tra độ trượ ki t trong quá trình bánh xe

gi m tả ốc độ ắp vượt quá điể s m ứng v i h s bám d c l n nhớ ệ ố ọ ớ ất hay chưa Các trị ố s gia tốc ngưỡng a a3; 4 s dử ụng để kh ng ch ố ế không cho độ trượt gi m xu ng quá ả ố

thấp trong quá trình bánh xe tăng tốc trở ạ l i

19

Mô t khái quát các chu k làm vi c c a h ng phanh ABS có th ả ỳ ệ ủ ệ thố ể được bi u ể

diễn như trên (Hình ) sau.1.7

Hình 1.7 Các chu k làm vi c cỳ ệ ủa điều khi n theo gia tể ốc ngưỡng

Các ngưỡ ng gia t c khi bánh xe gi m t ố ả ốc độ (có gia t c âm): Trong quá trình ố

phanh, mô men phanh tác d ng lên bánh xe ụ được điều khiển tăng hoặc gi m nhả ằm

kh ng ch ố ế độ trượ ủa bánh xe quanh điểt c m có l c phanh cự ực đại Do có quá trình tăng giảm mô men phanh này, nên mặc dù nhìn chung v n tậ ốc bánh xe có xu hướng

giảm, nhưng vẫ có những giai đoạn bánh xe tăng tốc.n

Khi người lái mới đạp bàn đạp phanh, thì b u khiộ điề ển ABS không điều khi n ể

b ộ chấp hành và áp su t phanh trong h ấ ệ thống tăng dần như trong các hệ thống phanh thông thường, d u phanh t xy-ầ ừ lanh phanh chính được cho ch y thông qua ả

b p hành ABS tộchấ ới cơ cấu phanh, lúc này giá tr ị  −1 (giai đoạn 1, Hình 1.7 ).Trong các chu k u quá trình phanh khi v n t c góc bánh xe v n lỳ đầ ậ ố ẫ ớn hơn giá trị * (  *), n u giá tr gia tế ị ốc bánh xe vượt qua ngưỡng gia tốc −a1 ( − 1thì b u khiộ điề ển ABS điều khi n b ể ộ chấp hành sang ch gi ế độ ữ áp (giai đoạn 2,

20

Hình 1.7) N u gia t c bánh xe ti p t c giế ố ế ụ ảm và vượt qua ngưỡng gia tốc a2

( − 2 , thì áp suất phanh trong cơ cấu phanh được điều khi n giể ảm (giai đoạn 3,

hình 1.4) Nh ờ giai đoạn gi m áp, gia t c bánh xe s không ti p t c gi m thêm, ả ố ẽ ế ụ ảngăn bánh xe không bị bó c ng và v n tứ ậ ốc bánh xe có xu hướng tăng ( Khi gia tốc bánh xe tăng vượt qua giá tr gia tị ốc ngưỡng a2 ( 2 thì áp su t phanh ấđược điều khi n gi ể ữ không đổi (giai đoạn 4, Hình 1.7)

Ở các chu k ỳ sau a quá trình phanh khi củ   *, áp suất phanh trong cơ cấu phanh được điều ch nh gi m ngay khi gia tỉ ả ốc bánh xe vượt qua ngưỡng a1 ( 1

Nói cách khác, giai đoạn gi áp khi gia t c bánh xe n m trong kho ng ữ ố ằ ả a a1; 2không x y ra khi v n tả ậ ốc góc bánh xe giảm quá giá tr ị *

Các ngưỡ ng gia t ốc khi bánh xe tăng tốc độ (có gia t ốc dương): V n t c cậ ố ủa bánh xe tăng trong quá trình phanh là kết qu c a quá trình giả ủ ảm áp trong cơ cấu phanh, khi n mô-men phanh gi m.ế ả

N u gia tế ốc bánh xe tăng quá giá trị gia tốc ngưỡng trên a4 ( 4 thì b ộđiều khiển ABS điều khi n b ch p hành sang ch ể ộ ấ ế độ tăng áp, với mục đích ngăn bánh xe tăng tốc quá nhanh (giai đoạn 5, Hình 1.7) Sau quá trình tăng áp suất phanh trên, n u gia t c bánh xe gi m xuế ố ả ống dưới giá tr gia tị ốc ngưỡng a4( 4thì b ộ chấp hành được điều khi n làm viể ệc ở chế độ ữ áp (giai đoạ gi n 6, hình 1.4)

Nếu như gia tốc bánh xe ti p t c gi m xuế ụ ả ống dưới giá tr ị a3 (  3 , b ộchấp hành

s hoẽ ạ ột đ ng ở chế độ tăng áp (giai đoạ n 7, Hình 1.7 )

Các giai đoạn gi ữ áp trong điều khi n ABS theo gia tể ốc ngưỡng có mục đích

g m s ả ự thay đổi đột ng t c a gia t c góc bánh xe S ộ ủ ố ự thay đổi đột ng t này có ộnguyên nhân xu t phát t viấ ừ ệc đóng/m độở t ngột các van điện t ừ

21

Hình 1.8 Sơ đồ thuật toán điều khiển ABS theo phương pháp gia tốc ngưỡng Hình 1.8 bi u diể ễn sơ đồ thuật toán điều khiển ABS theo phương pháp gia tốc ngưỡng Quá trình điều khi n là m t vòng l p vô hể ộ ặ ạn và được th c hi n theo các ự ệchu k ỳ t Công tắc bàn đạp phanh đóng vai trò là tín hiệu điều khi n Khi có tín ể

hiệu bàn đạp phanh, các quá trình tính toán và điều khi n s diể ẽ ễn ra như trên Hình 1.8 theo các bước đã trình bày ở trên

Khi h ng phanh ABS hoệthố ạt động theo các chu k ỳ như trên, vậ ốn t c c a bánh ủ

xe được kh ng ch so v i v n t c cố ế ớ ậ ố ủa xe, sao cho độ trư t c a bánh xe n m trong ợ ủ ằkho ng giá tr ng vả ị ứ ới lực phanh là lớn nh t, do v y giấ ậ ảm được quãng đường phanh Trong m t s ộ ố trường h p, khi các chu k ợ ở ỳ phanh đầu tiên, n u gia tế ốc bánh xe vượt

22

qua ngưỡng gia t c ố a1 ho c v n t c bánh xe gi m xu ng thặ ậ ố ả ố ấp hơn một giá tr ịngưỡng v n t c (giá tr ậ ố ị ngưỡng v n tậ ốc này được xác định d a trên v n t c phanh ự ậ ốban đầu c a ô tô), thì b chủ ộ ấp hành được điều khi n chuy n ngay sang ch gi m ể ể ế độ ả

áp mà không qua ch gi áp Ví d ế độ ữ ụ như trên mặt đường trơn trượt, khi phanh bánh xe có th b bó c ng ngay c khi gia tể ị ứ ả ốc bánh xe chưa vượt qua ngưỡng gia tốc

1

a Để đả m b o kh ả ả năng ổn định hướng chuyển động trong khi phanh, các h ở ệthống phanh có ba kênh điều khiển, hai bánh trước dẫn hướng được điều khiển độc

lập, còn hai bánh sau được điều khi n chung ể

Phương pháp điều khiển theo ngưỡng gia tốc bánh xe có ưu điểm là đơn giản, chỉ ần đo thông số c gia t c góc c a bánh xe khi phanh Tuy nhiên viố ủ ệc xác định các gia tốc ngưỡng thích h p g p nhiợ ặ ều khó khăn Hơn nữa vi c áp d ng mệ ụ ột ngưỡng gia t c chung cho t t c các tố ấ ả ốc độ ủ c a ô tô khi phanh t ra không thích h p, vỏ ợ ở ận

t c cao có th không t n d ng h t kh ố ể ậ ụ ế ả năng bám đường c a bánh xe trong khi lủ ại để

xảy ra trượt ở vùng v n tậ ốc thấp

Còn có một phương pháp trung gian giữa hai phương pháp trên, đó là kế ợt h p

giữa điều khi n ABS theo gia tể ốc bánh xe và độ trượt Ý tưởng của phương pháp là

biến điều khi n là k t h p cể ế ợ ủa độ trượt và gia tốc góc bánh xe Phương pháp điều khiển này được gọi là “độ trượt-gia t c k t hố ế ợp” Phương pháp này có thể được mô

t ả như sau

 (1 ) , 0,1

 = + −  Trong đó  là biến điều khi n, ể  là độ trượt,  được tính b ng t l gi a gia ằ ỷ ệ ữ

t c góc bánh xe nhân v i bán kính bánh xe và gia t c trố ớ ố ọng trường V i giá tr ớ ị

 = , ta có điều khi n theo gia t c ể ố ngưỡng V i giá tr ớ ị  = , ta có điều khi n theo ểgiá tr ị ngưỡng độ trượt [4]

Trong khi phanh, tr ng thái c a b u khi n ABS chuy n qua l i gi a các ch ạ ủ ộ điề ể ể ạ ữ ế

độ ả gi m, gi ữ và tăng áp Nếu có th ch n các giá tr ể ọ ị ngưỡng m t cách thích h p, thì ộ ợ

h s ệ ố trượt gi a bánh xe và mữ ặt đường s ẽ dao động g n giá tr t i h n ( ng v i lầ ị ớ ạ ứ ớ ực phanh l n nh Tuy nhiên dớ ất) ạng điều khiển theo ngưỡng này s khi n ô-tô b dao ẽ ế ị

23

động nhi u trong quá trình phanh và do v y ề ậ ảnh hưởng t i kh ớ ả năng dẫn hướng trong khi phanh Ngoài ra, các h ệ thống phanh ABS thông thường được điều khiển theo phương pháp ngưỡng (gia t c góc bánh xe hoố ặc độ trư t) g p m t s gi i h n ợ ặ ộ ố ớ ạ

v ềchất lượng điều khi n gi m do ể ả ảnh hưởng c a các thông s bủ ố ất định c a h ng ủ ệthố

và độ ễ ủa cơ cấ tr c u ch p hành ấ

1.3.3 Điề u khiển PID

Điều khi n PID (Proportioal, Integral, Derivative T l , Tích phân, Vi phân) ể – ỉ ệ

vốn đã được ứng d ng r ng rãi trong các nghành công nghi p, có kh ụ ộ ệ ả năng thích

ứng v i c h th ng tuy n tính và không tuy n tính M t b u khi n PID là m t ớ ả ệ ố ế ế ộ ộ điề ể ộ

cơ chế điề u khi n có ph n hể ả ồi, quá trình điều khi n d a trên m t giá tr g i là sai s , ể ự ộ ị ọ ốđược tính b ng chênh l ch gi a trằ ệ ữ ạng thái đo được c a h th ng và giá tr tham ủ ệ ố ịchiế Đầu ra điều u khiển được điều khi n sao cho gi m giá tr sai s xu ng nh nh t ể ả ị ố ố ỏ ấ

có thể

Thuật toán điều khi n ABS ki u PID d a trên sai s trư t th c tế và độ trượể ể ự ố độ ợ ự t mong mu n: ố e =( )t −r, do vậy điều ki n cệ ần để ử ụng phương pháp PID để s dđiều khiển ABS là đo được giá tr v n t c bánh xe và v n t c thân xe trong quá trình ị ậ ố ậ ốphanh

Giải thuật điều khiển PID còn được gọi là điều khi n ba khâu, bao g m ba ể ồthông số riêng bi t: giá tr t l (P), giá tr o hàm (D) và giá tr tích phân (I) ệ ị ỉ ệ ị đạ ị

Giá trị ỉ ệ đượ t l c tính b ng công th c ằ ứ

p e

P K= 

Trong đó P là giá tr t l , ị ỉ ệ Kp là h ng s khuằ ố ếch đại ớ V i giá tr h s khu ch ị ệ ố ế

đại Kp không đổi, giá tr t l ị ỉ ệ thay đổi ph thu c vào giá tr sai s hi n tụ ộ ị ố ệ ại

 Khi giá tr sai s ị ốe càng l n thì giá tr ớ ị P cũng thay đổi càng lớn Ý nghĩa của giá trị ỉ ệ là đầu ra điề t l u khi n s ể ẽ tăng tỉ ệ ớ l v i sai s hi n t i nh m mố ệ ạ ằ ục đích đưa trạng thái của đối tượng điều khi n nhanh v ạể ềtr ng thái mong mu n ố

Giá trị vi phân được tính theo công th c ứ

24

e d

đại Kd không đổi, giá tr vi phân ị D thay đổi ph thu c vào giá tr o hàm c a sai ụ ộ ị đạ ủ

s hi n t i theo th i gian ố ệ ạ ờ d e

dt

 Nói cách khác, khi v n tậ ốc thay đổ ủi c a sai s ố e

càng l n thì giá tr ớ ị D càng lớn Ý nghĩa của giá tr ị vi phân là đầu ra s ẽ tăng tỉ ệ ớ l v i

v n tậ ốc thay đổ ủi c a sai s , nh m mố ằ ục đích đáp ứng s ự thay đổ ủi c a sai s trong ốtương lai

Giá trị tích phân được tính theo công th c ứ

I =KdtTrong đó I là giá tr tích phân, ị Ki là h s khuệ ố ếch đại ớV i giá tr h s khu ch ị ệ ố ế

đại Ki không đổi, giá tr ị tích phân thay đổi ph ụ thuộc vào giá tr tích phân c a sai ị ủ

s hi n t i theo th i gian ố ệ ạ ờ edt Giá tr ị tích phân có ý nghĩa hình học là di n tích ệ

c a hình b gi i h n b i qu o tr ng thái củ ị ớ ạ ở ỹ đạ ạ ủa đối tượng điều khi n và qu o ể ỹ đạ

trạng thái mong mu n Giá tr tích phân càng l n khi sai s càng lâu giố ị ớ ố ảm về 0 trong kho ng quá khả ứ Nói cách khác, ý nghĩa của giá tr tích phân là giá tr u ra s thay ị ị đầ ẽ

đổi do ảnh hưởng c a giá tr sai s trong quá kh ủ ị ố ứ

T ng cổ ủa ba tác động này được dùng để điề u khiển cơ cấu ch p hành c a mấ ủ ột

h ng, ví d ệthố ụ như các van điệ ừn t trong h ệthống ABS…

Hình 1.9 Sơ đồ kh i b ố ộ điều khi n PID ki u song song ể ể

Tùy vào các ng dứ ụng điều khi n trên các h ể ệ thống, có th s d ng mể chỉ ử ụ ột

ho hai khâu, bạc ằng cách đặt giá tr c a khâu còn l i bị ủ ạ ằng 0 Khi đó bộ điề u khi n ểPID s ẽ được g i là b u khi n PI, PD hoọ ộ điề ể ặc ID tương ứng Đã có rất nhi u cách ềthức và điều chỉnh khác nhau được phát tri n và ng d ng toàn b ho c t ng phân ể ứ ụ ộ ặ ừPID vào điều khi n ABS Trong m t s ể ộ ố phương pháp điều khi n khác nể ữa được nghiên cứu, điều khi n PID xu t hi n trong m t s ể ấ ệ ộ ố giai đoạn điều khi n, ví d ể ụ như trong giai đoạn tr ng thái c a h th ng n m lân c n b mạ ủ ệ ố ằ ở ậ ề ặt trượt trong điều khi n ểSliding Mode [12]

M c dù b u khiặ ộ điề ển PID có ưu điểm là đơn giản và có th ng d ng vào thể ứ ụ ực

tế, nhưng vẫn c n ph i có nhầ ả ững điều chỉnh đểthích nghi với sự thay đổi bất thường

của đ ềi u ki n phanh, vệ ới đặc điểm ph c t p c a h ng phanh và tính phi tuyứ ạ ủ ệ thố ến

của đặc tính lốp Hơn nữa điều khi n PID ch áp dể ỉ ụng được cho điều khi n ABS khi ể

biết trước giá tr ng thái tị trạ ối ưu (độ trượt mong muốn), nhưng trong thự ếc t giá tr ịnày không th ểxác định chính xác được

1.3.3 Phương pháp ề đi u khiể n Sliding Mode

M i m t h ỗ ộ ệ thống nói chung đều có các thông s ng thái, ví d ốtrạ ụ như vậ ốn t c,

lực… Tại m i thỗ ời điểm các thông s ng thái này có m t tr s ốtrạ ộ ị ố xác định Khi s ử

dụng, con người đặt ra các mục tiêu điều khi n và mong mu n tr ng thái c a h ể ố ạ ủ ệthống gi ng v i mố ớ ục tiêu điều khiển Trong trường h p phanh ABS, mợ ục tiêu điều khiển là quãng đường phanh ng n nh t và ắ ấ ổn định hướng chuyển động

Các lý thuy t và thuế ật toán điều khi n t ể ự động đượ ử ụ g để điềc s d n u khi n mể ột

h ng sao cho m t ho c ho c m t s thông s ng thái c a h có giá tr ệ thố ộ ặ ặ ộ ố ố trạ ủ ệ ị như

26

mục tiêu điều khi n, g i là giá tr mể ọ ị ục tiêu Trong trường h p phanh ABS, giá tr ợ ị

mục tiêu là đ trượộ t ối ưut

Điều khiển Sliding Mode là phương pháp điều khiển đã được nghiên c u và ứ

ứng d ng r ng rãi trong nhiụ ộ ều lĩnh vực điều khi n khác nhau Thu t ng ể ậ ữ “trượt” (sliding) xuất phát t ừ đặc điểm v m t hình hề ặ ọc trong quá trình điều khi n Sliding ểMode Đó là trạng thái c a h s trư t trên m t qu o tr ng thái ch a các giá tr ủ ệ ẽ ợ ộ ỹ đạ ạ ứ ịđiều khi n Trong các nghiên c u và ng dể ứ ứ ụng này, điều khi n Sliding Mode t ra ể ỏ

có th m ch trong viể ạ ệc điều khi n các h ph c t p và ch u nhi u ể ệ ứ ạ ị ề ảnh hưởng c a các ủ

y u t ế ố không xác định t ừ môi trường

1.4 Các nghiên c ứu trong và ngoài nướ c v ề phương pháp điề u khi ể n ABS

1.4.1 M t s k t qu nghiên c u trên th gi i ộ ố ế ả ứ ế ớ

H ệ thống phanh ABS được nghiên c u và phát tri n t nhứ ể ừ ững năm đầu th k ế ỷ

20, ban đầu được dùng trên tàu h a và máy bay Lỏ ần đầu tiên vào những năm 50, hệthống ABS đượ ử ục s d ng trên xe ô tô trên xe Lincolns v i s lư ng s n xu t h n ớ ố ợ ả ấ ạchế và s d ng m t h thử ụ ộ ệ ống ABS c a máy bay Pháp ủ

Ngày nay, nh ng h ng phanh ABS trên các xe ô tô r t ph c tữ ệ thố ấ ứ ạp và được điều khiển điệ ửn t có l p trình K t nh ng giậ ể ừ ữ ữa năm 80, các nhà sản xuất đã đưa

ra r t nhi u lo i h ng phanh ch ng bó c ng bánh xe Nhi u nghiên c u trên th ấ ề ạ ệ thố ố ứ ề ứ ế

giới đã tiến hành nhằm đưa ra các phương pháp điều khiển cũng như cải ti n h ế ệthống phanh ABS Vào th i k u, các nghiên c u nh m hoàn thi n k t c u h ờ ỳ đầ ứ ằ ệ ế ấ ệ

thống ABS Hi n nay, khi k t c u h ống ABS đã khá hoàn thiện, thì các nghiên ệ ế ấ ệth

c u t p trung vào xây d ng các thuứ ậ ự ật toán điều khi n tể ối ưu, nhằm h n ch dạ ế ần nhược điểm c a h th ng ABS ủ ệ ố

Nghiên cứu “Cosimulation of Parameter based vehicle dynamics and an ABS control system” của Rengaraj, Chandrasekaran , Adgar, Adam, Cox, Chris S và Crolla, David A đã nghiên cứu s d ng k t h p xây d ng mô hình trên ử ụ ế ợ ựMatlab/Simulink và mô phỏng trên môi trường SimCar và th nghi m mô ph ng và ử ệ ỏđánh giá mô hình Nghiên cứu dựa trên cơ ởs 2 ph n m m trên xây d ng mô hình ầ ề ựtoàn xe k t h p v i xây d ng mô hình c a h ng ABS Các thông s u vào ế ợ ớ ự ủ ệ thố ố đầ

27

được đưa vào từ môi trường Matlab/Simulink, ph n m m Carsim s mô phầ ề ẽ ỏng đánh giá và g i k t qu l i Matlab Tuy nhiên nghiên c u này vử ế ả trở ạ ứ ẫn chưa đưa ra một phương án cụ ể trong điề th u khi n ABS ể

Nghiên cứu “Sliding Mode Measurement Feedback Control for Antilock Braking Systems” của Cem Ünsal và Pushkin Kachroo công b ố năm 1999 đã mô tả

m t h ộ ệ thống điều khi n d a trên h phi tuy n nhể ự ệ ế ằm điều khi n chuyể ển động c a xe ủtheo phương dọc Nghiên cứu đưa ra thuật toán điều khi n dể ựa trên mô hình điều khiển trượt, một mô hình điều khi n m i hi n nay có kh ể ớ ệ ả năng ứng d ng phù h p ụ ợcho các điều khi n trên ô tô Nghiên c u cho r ng, trong quá trình phanh có nhi u ể ứ ằ ềnhân t phi tuy n gây nhiố ế ễu cho quá trình điều khiển, do đó, bằng vi c s d ng b ệ ử ụ ộ

lọc Kalman để i b các thành ph n nhiloạ ỏ ầ ễu do môi trường tác động, k t h p vế ợ ới

vi c s d ng b u khi n kiệ ử ụ ộ điề ể ểu trượt để điề u khiển động l c h c d c c a xe Hự ọ ọ ủ ạn chế ủa đề c tài là s d ng b u khiử ụ ộ điề ển trượt điều khiển độ trư t cợ ủa xe và do đó

mức độ nghiên c u cứ ủa đềtài vẫn ch d ng mỉ ừ ở ức nghiên cứu lý thuy ết

Nghiên cứu “Robust Fuzzy Sliding Mode Control for Antilock Braking System

“ của M Oudghiri, M Chadli, A El Hajjaji công b ố năm 2007 đã đề xu t phát tri n ấ ểphương pháp điều khi n theo kiể ểu trượt và logic m ờ để điều ch nh l c phanh ỉ ựNghiên cứu này cũng sử ụng mô hình điề d u khiển trượt để nghiên c u quá trình ứphanh ô tô Tuy nhiên, nghiên cứu có đưa vào sử ụng phương d pháp logic m t ờ để ổ

h p b u khiợ ộ điề ển Phương pháp logic mờ trong nghiên cứu này được s dử ụng đểđánh giá các thông số đầu vào chưa biế ủt c a b u khi n ABS Nghiên c u này ộ điề ể ứ

mới dừng lại ở nghiên c u lý thuyứ ết điều khiển độ trượt và mô ph ng trên máy tính ỏ

1.4.2 M t s k t qu nghiên c ộ ố ế ả ứu trong nướ c

Việt Nam đã có mộ ốt s nghiên c u ti p c n v i h th ng phanh ABS Nh ng ứ ế ậ ớ ệ ố ữnghiên cứu ban đầu đa số là nghiên c u lý thuy t và mô ph ng h ng ABS b ng ứ ế ỏ ệ thố ằcác ph n m m mô ph ng Nh ng nghiên c u này ch y u quan tâm t i hi u qu cầ ề ỏ ữ ứ ủ ế ớ ệ ả ủa ABS trong quá trình phanh, ảnh hưởng t i đ ng l c h c cớ ộ ự ọ ủa xe

Các nghiên cứu trước đây chưa chú trọng tới phương pháp điều khi n h ng, ể ệthố

đặc biệt là phương pháp điều khi n ti p c n v i th c t mà ch d ng l i m c xây ể ế ậ ớ ự ế ỉ ừ ạ ở ứ

28

d ng mô hình ự Đã có m t s tài ti n hành nghiên c u xây d ng th nghi m b ộ ố đề ế ứ ự ử ệ ộđiều khiển ABS, đề tài đã có những đánh giá liên quan tới b u khi n này tuy ộ điề ểnhiên chưa đưa ra được thuật toán điều khi n c th ể ụ ể

Nghiên cứu “Động l c h c c a quá trình phanh ô tô có tr ng b b ự ọ ủ ạ ị ộ chống hãm

cứng bánh xe (ABS)” của tác gi Nguy n Mả ễ ạnh Cường công b ố năm 1996 đã bước

đầu nghiên c u các nguyên lý chung c a h th ng ABS Trong nghiên c u, tác gi ứ ủ ệ ố ứ ả

có đề ậ c p t i ớ ảnh hưởng của tương tác lố –p mặt đường, và mô hình tính toán phanh Nghiên cứu này cũng đề ậ c p t i mớ ột phương pháp điều khiển ABS là điều khi n theo giá tr ể ị độ trượ ối ưu và các phương án điềt t u khiển xoay quanh phương pháp này Tuy nhiên phương pháp điều khi n này có h n ch là ch phù h p v i m t ể ạ ế ỉ ợ ớ ộ

loại đường nh t đ nh, trong khi th c tế ấ ị ự là giá trị độ trượt luôn luôn thay đổi

Nghiên cứu “Tổng h p b u khiợ ộ điề ển điệ ửn t và mô ph ng h ng phanh có ỏ ệ thốABS trên ô tô du lịch” của tác gi Lả ại Năng Vũ năm 2007 đã trình bày mô hình ABS ½ xe và phương pháp điều khi n ABS theo giá tr gia tể ị ốc góc ngưỡng Tác gi ảcũng đã xây dựng m t mô hình th c nghiộ ự ệm ABS để ớ ộ điề v i b u khi n ABS g c và ể ố

b u khi n ABS xây dộ điề ể ựng để ểm tra đánh giá lạ ế ki i k t qu H n ch c a nghiên ả ạ ế ủ

c u là các giá tr gia tứ ị ốc ngưỡng đưa ra chủ ế y u theo kinh nghiệm, chưa có cơ sởtính toán cũng như kiểm nghiệm tính h p lý c a các tr s này ợ ủ ị ố

Luận văn “Nghiên c u k thuứ ỹ ật điều khiển để đạ ự t l c phanh l n nh t trong h ớ ấ ệ

thống phanh ABS” của tác gi Nguyả ễn Thanh Tùng năm 2011 đề xu t m t thuấ ộ ật toán, đồng th i xây d ng b u khiờ ự ộ điề ển điện t ng d ng thuử ứ ụ ật toán này để điề u khi n ABS Tác gi xây d ng ể ả ự thuật toán u khi n tìm giá tr gia t c góc bánh xe điề ể ị ố

ứng v i h s bám cao nh t trong quá trình phanh dớ ệ ố ấ ựa trên động l c h c bánh xe ự ọThuật toán này đã được th nghiử ệm trên băng thử và cho th y s c i thiấ ự ả ện đáng kể

so với các phương pháp điều khi n ABS truy n th ng ể ề ố

1.5 Đặ t vấ ề n đ nghiên c u ứ

Như đã trình bày, mặc dù h thệ ống ABS đã đượ ức ng d ng trên ô tô t ụ ừ hơn 60 năm trở ề v trước, nhưng các vấn đề ề v thi t k thuế ế ật toán điều khi n ABS v n cho ể ẫ

thấy có một số ạ h n ch và cế ần được cải thi n ệ

29

Các thuật toán điều khi n ABS cho tể ới nay đều s d ng m t giá tr gử ụ ộ ị ọi là độtrượ ối ưu ặc ngưỡt t ho ng tối ưu và th a nh n r ng t i , h s bám d c là l n nh t ừ ậ ằ ạ đó ệ ố ọ ớ ấTuy nhiên điều kiện phanh luôn thay đổi trong m t kho ng rộ ả ộng, đồng th i b n thân ờ ả

h ng ABS là m t h phi tuy n ệ thố ộ ệ ế có độ hotrễ ạt động trong môi trường có nhi u ễtác động không xác định M t khác ặ quá trình thay đổi đột ng t gi a các ch tăng, ộ ữ ế độ

gi và giữ ảm áp cũng ảnh hưởng xấu đến chất lượng điều khi n Vì v y các h ng ể ậ ệthốABS ngày nay t ra kém hi u qu ỏ ệ ả hơn so với các h ng phanh truy n th ng khi ệ thố ề ốphanh trên các mặt đường có h s bám p ệ ố thấ

Do các nguyên nhân nêu trên, ngày nay các thuật toán điều khi n ABS vể ẫn đang được nghiên c u và hoàn thi n ứ ệ theo hướng sau

• Điều khiển ABS đáp ứng được với điều kiện bám thay đổi

• Điều khiển đóng/mở các van điệ ừ theo độ ộn t r ng xung (PWM)

• Giảm s lư ng c m bi n s d ng trong h th ng ố ợ ả ế ử ụ ệ ố ABS

T các phân tích trênừ , đề tài “Xây dựng mô hình điều khiển trượt để điề u khiển

tối ưu quá trình phanh ô tô” đã chọn n i dung nghiên c u, áp d ng lý thuyộ ứ ụ ết điều khi n Sliding Mode cho h ng ABS Trong các ô tô hi n nay, h ng phanh ể ệ thố ệ ệ thốABS s d ng b ử ụ ộchấp hành th y l c- n t ủ ự điệ ừ đang đượ ử ục s d ng r ng rãi vộ ới các ưu điểm như giá thành thấp, độ tin c y cao, k t c u g n nhậ ế ấ ọ ẹ, độ nh y caoạ … Do vậy h ệthống phanh ABS th y lủ ực được chọn làm đối tượng của đề tài C thụ ể, đề tài đã sử

dụng băng thử phanh ABS mô hình ¼ đặ ạt t i Phòng thí nghiệm Điện và Điều khi n ể

t ự động trên ô tô, địa ch ỉ 304/C3, Đạ ọi h c Bách Khoa Hà N i, s ộ ố 1 Đại C ồViệt, Hà

N i ph c v cho quá trình th nghi m, hoàn thi n ộ để ụ ụ ử ệ ệ thuật toán điều khi n ABS ểBăng thử ABS mô hình ¼ cho phép ki m tra nh ể ả hưởng c a thuủ ật toán đến hi u q a ệ ủphanh và độ trư t trong quá trình phanh, phù h p v i yêu c u th nghi m cợ ợ ớ ầ ử ệ ủa đềtài

Để ự th c hiện đề tài, tác gi ả đã đề ra các mục tiêu như sau

•Nghiên cứu phương pháp điều khi n Sliding Mode, xây d ng thuể ự ật toán điều khi n Sliding Mode cho ABS d a trên h ng phanh ABS có s n ể ự ệthố ẵ

30

•Xây d ng mô hình mô ph ng h ng phanh ABS k t h p th nghi m trên ự ỏ ệ thố ế ợ ử ệbăng thử phanh ABS mô hình ¼, x lý d liử ữ ệu và đánh giá kết qu th nghi m ả ử ệ

Nội dung của luận văn được trình bày qua các chương

• Chương 1: ổT ng quan vấn đề nghiên c u - Nghiên c u t ng quan v u ứ ứ ổ ề điềkhi n ABS và các thành t u nghiên cể ự ứu trong nước và thế ớ gi i

• Chương 2: Thuật toán điều khi n Sliding Mode cho h th ng ABS ể ệ ố –Phân tích thuật toán điều khi n Sliding Mcode và ng d ng xây d ng ể ứ ụ ựthuật toán điều khi n ABS ể

• Chương 3: Băng thử phanh ABS ¼ - C i t o nâng cả ạ ấp băng thử phanh ABS mô hình ¼ Mô ph ng h ng phanh ABS lỏ ệthố ắp đặt trên băng thử

• Chương 4: Các k t qu th nghiế ả ử ệm và đánh giá - Thu th p, phân tích và ậđánh giá ệhi u qu đi u khi n ABS ả ề ể

Việ ực l a chọn đối tượng nghiên c u và m c tiêu cứ ụ ủa đề tài như trên sẽ giúp định hướng cho quá trình nghiên cứu, đảm b o thành công và tính hi n th c cả ệ ự ủa đềtài

31

Chương 2 Thu ật toán điề u khi n Sliding Mode cho h th ng ABS ể ệ ố

2.1 Thu ật toán điề u khi n Sliding Mode ể

2.1.1 Khái ni m Sliding Mode ệ

Điều khi n Sliding Mode là m t trong các d ng cể ộ ạ ủa điều khi n b n vể ề ững, được nghiên c u và phát tri n t nhứ ề ừ ững năm 1950 tại Liên bang Xô Vi t, d a trên lý ế ựthuyết điều khi n có h i ti p không liên t c Trong lý thuyể ồ ế ụ [9] ết điều khiển, điều khi n Sliding Mode (SMC Sliding Mode Control) là mể – ột phương pháp điều khiển phi tuyến, trong đó tín hiệu điều khi n không liên t ể ục

Luật điều khi n tr ng thái h i ti p trong Sliding Mode không ph i là m t hàm ể ạ ồ ế ả ộliên t c theo thụ ời gian, thay vào đó là hai hàm điều khi n liên t c riêng bi t T i mể ụ ệ ạ ỗi thời điểm đối tượng điều khi n s ể ẽ được điều khi n theo m t trong hai luể ộ ật điều khi n liên t nói trên d a vào tr ng thái hi n t i c a h ng trong không gian ể ục ự ạ ệ ạ ủ ệ thốtrạng thái Theo ý tưởng này, quá trình điều khi n có th ể ể đơn giản ch là hai tr ng ỉ ạthái (ví d ụ như đóng-mở, tăng ả-gi m), vì vậy quá trình điều khi n Sliding Mode có ểđặc điểm ít ho c không ch u ặ ị ảnh hưởng c a sai s trong phép ủ ố đo các trạng thái cũng như sự ấ ị b t đ nh c a các nhi u t ủ ễ ừ môi trường

Xét một hệ ần điề c u khi n có tr ng thái ể ạ được cho như sau

0 1

n

xx

T p h p các tr ng thái c a h theo th i gian ậ ợ ạ ủ ệ ờ Xt t o thành mạ ột đường

cong trong Zn g i là qu o tr ng thái cọ ỹ đạ ạ ủa hệ

32

Giả ử bài toán điề s u khiển đặt ra là c n điềầ u khi n h trên theo m t s các thông ể ệ ộ ố

s ng thái, ví d ốtrạ ụ như x t0( ); ;x tm( ) (0 m n) v ng thái mong mu n ềtrạ ố

( )

* 0

( )

* 0

* 1

m n

ta có phương pháp điều khi n Sliding Mode b c 2… ể ậ

Đặt t0=0, ta có điều khiển Sliding Mode là điều khiển đưa trạng thái c a h t ủ ệ ừ

( )0

X t v ng thái ề trạ X t( )1 S (t h u h n ữ ạ 0 ) và sau đó giữ cho tr ng thái c a h ạ ủ ệ

n m trong m t ph ng ằ ặ ẳ S (t t 1) Các quá trình điều khi n trên có th ể ể được mô t ả

với trường hợp điều khi n Sliding Mode b c nhể ậ ất đơn giả như hình sau.n

Hình 2.1 Mô t quá trình ả điều khi n Sliding Mode ể

33

Trong hình 2.1 mô t m t không gian tr ng thái t o b i hai thông s ng thái ả ộ ạ ạ ở ố trạ

là x và x S là mặt phẳng (đường cong) chứ ạ thái mong muốa tr ng n

Do điều khi n Sliding Mode có luể ật điều khi n không liên t c N u ch n hai ể ụ ế ọtrạng thái điều khi n n m v hai phía c a m t ph ng ể ằ ề ủ ặ ẳ Svà luật điều khi n h p lý, thì ể ợtrạng thái X t( ) s p c n v ẽ tiế ậ ề S trong m t kho ng th i gian h u h n Vì vộ ả ờ ữ ạ ậy điều khiển Sliding Mode có đặc điểm bề ững trước các hệ thốn v ng phi tuy n ế

T các phân tích trên, có th k t lu n rừ ể ế ậ ằng điều khi n Sliding Mode có th ể ể có các ưu điểm như sau

• Có kh ả năng bền vững trước các h ệ thống phi tuy n, vế ới các đặc điểm và thông số ấ ị b t đ nh

• Lượng thông tin tr ng thái c a h th ng c n thiạ ủ ệ ố ầ ết để điề u khiển ít hơn so với các phương pháp điều khi n khác ể

• Có khả năng ổn định các h th ng phi tuy n ệ ố ế

Trong điều khi n Sliding Mode, qu o tr ng thái ể ỹ đạ ạ X t( ) được điều khiển đi về

m t ph ng ặ ẳ S trong th i gian ờ t1 h u hữ ạn và sau đó nằm trên m t ph ng này trong ặ ẳcác quá trình điều khi n ti p theo Quá trình qu o ể ế ỹ đạ X t( ) n v m t ph ng tiế ề ặ ẳ S gọi

là quá trình ti p c n (1) Quá trình qu o ế ậ ỹ đạ X t( ) n m trằ ên S gọi là quá trình trượt (2), vì vậy m t phẳng ặ S được gọi là mặt phẳng trượt

2.1.2 Luậ điề t u khi n Sliding Mode ể

Để quá trình (1) và (2) như trên hình 2.1 xảy ra, có th ể dùng phương pháp điều khi n PID hoể ặc phương pháp của Lyapunov C ả hai phương pháp này đều d a vào ựgiá tr ịsai số, được tính b ng hi u giằ ệ ữa trạng thái của hệ và tr ng thái mong mu n ạ ố

34

khác nhau c a sai s u vào và phân b khuủ ố đầ ố ếch đại (Gain Scheduling) v i các b ớ ề

mặt đường khác nhau nhằm thích ứng với sự thay đổi của các điều ki n phanh ệ

35

Trong đó  ; là các tham s c a hàm phi tuyố ủ ến Thông thường giá tr cị ủa

(0;1

 , khi  =1 ta có hàm tuy n tính ế y x= như nguyên thủy  có giá tr ị dường

nh v i mỏ ớ ục đích tạo ra m t vùng tuy n tính n m t i lân c n cộ ế ằ ạ ậ ủa điểm ( )0;0 So sánh v i hàm tuy n tính ớ ế y x= , hàm phi tuy n trình bày trên có khuế ở ếch đạ ới l n khi

x có giá nh , và có khutrị ỏ ếch đại nh khi ỏ x có giá tr l n Viị ớ ệc điều ch nh khuỉ ếch

đại theo giá tr cị ủa x cũng có thể được th c hi n vự ệ ới điều khi n PID tuy n tính, ể ếnhưng phả ử ụng phương pháp phân bối s d khuếch đại (khuếch đại được điều ch nh ỉtheo giá tr c a sai sị ủ ố) Trong khi đó, bằng vi c s d ng hàm phi tuy n có th ệ ử ụ ế ể đạt được việc thay đổi trên m t cách đơn gi n và có tính h thộ ả ệ ống hơn nhiều

b) Phương pháp Lyapunov:

Phương pháp của Lyapunov thường được dùng để xác định đặc tính ổn định t i ạ

một trạng thái trong khi không c n giầ ải phương trình trạng thái Trong phương pháp này, b mề ặt trượt được định nghĩa như sau

X t là sai số ữ ạng thái đầ gi a tr u ra và tr ng thái mong mu n ạ ố

s s

X t =X t −X t

( )

*

X t là trạng thái mong mu n ốTheo Lyapunov, quá trình điều khi n tr ng thái c a h th ng t i tr ng thái ể ạ ủ ệ ố ớ ạmong mu n ố X t*( ) có th ể được th c hi n b ng cách xét s ự ệ ằ ự ổn định b c nh t cậ ấ ủa s Khi điều khi n, v i ể ớ s X t( , ) được ch n m t cách phù h p, s m b o cho quá trình ọ ộ ợ ẽ đả ảtiế ận và quá trình trượ ảy ra Cũng theo Lyapunov, điềp c t x u kiện để ch n s có th ểọđược cho như sau

( )2

2

dt  −

36

Trong đó:  là một hằng s ố dương

Điều ki n ệ ( )2.4 và ( )2.5 m b o r ng qu o tr ng thái c a h ng s p đả ả ằ ỹ đạ ạ ủ ệthố ẽ tiế

c n v b mậ ề ề ặt trượt trong m t kho ng th i gian h u h n, và s n m trên b mộ ả ờ ữ ạ ẽ ằ ề ặt trượt trong kho ng thả ời gian sau đó Theo công thức ( )2.5 , đạo hàm c a ủ s 2 luôn luôn âm, giá tr ịs 2 gi m theo th i gian, nói cách khác qu o tr ng thái c a h ả ờ ỹ đạ ạ ủ ệthống luôn chuyển động v phía b mề ề ặt trượt Theo công th c ứ ( )2.4 quá trình tiếp

c n s k t thúc sau m t kho ng th i gian h u h n Th t v y, gi s r ng t i thậ ẽ ế ộ ả ờ ữ ạ ậ ậ ả ử ằ ạ ời điểm ban đầu t0=0, gọi t * là thời gian để quá trình ti p c n k t thúc, trong kho ng ế ậ ế ả

*

0;

t  t  thì giá trị ủa s luôn âm ho c ặc luôn dương Từ( )2.5 ta có

( ) ( )

s s t

s tt

gi nữ ằm trong bề ặt trượt sau khi quá trình tiế ậ ết thúc như m p c n k trong hình 2.1

2.1.3 Hi ện tượ ng dao động củ a tr ng thái ạ

Trong nh ng h ữ ệ thống th c t , các h ự ế ệ thống ch p hành (ECU ABS, b ấ ộ chấp hành và h ng th y lệ thố ủ ực…) có các giớ ại h n v t n s làm viề ầ ố ệc đối đa, độ h trễ ệthống và đặc tính điều khi n không liên t c Dể ụ o các đặc điểm trên, khi tr ng thái ạ

Hình 2.3 Hiện tượng tr ng thái ạ X t( ) dao động quanh m t ph ng ặ ẳ S

Hiện tượ dao động ng này có ảnh hưởng x u t i hi u qu u khi n, c th là ấ ớ ệ ả điề ể ụ ểquá trình phanh ABS, cơ cấu ch p hành ph i dao d ng v i t n s r t cao, có th ấ ả ộ ớ ầ ố ấ ểvượt quá kh ả năng thự ếc t , làm gi m hi u qu u khi n c a h th ng, th m chí ả ệ ả điề ể ủ ệ ố ậ

d n t i mẫ ớ ất ổn định Quá trình dao động cũng gây ra mài mòn ở các chi tiết cơ khí chuyển động và mất mát năng lượng trong các mạch điện điều khi n ể dưới d ng ạnhi t ệ [9] Đã có mộ ố thay đổi để ảt s gi m thi u ho c tri t tiêu hiể ặ ệ ện tượng dao động

bằng cách thay đổi hàm điều khi n t i lân c n b mể ạ ậ ề ặt trượt, ví d ụ như thay hàm dấu

b ng m t hàm liên t c ti m c n Các hàm liên t c này có th là hàm sigmoid hoằ ộ ụ ệ ậ ụ ể ặc hàm bão hòa

Hình 2.4 Hàm sigmoid (trái) và hàm bão hòa (ph i) ả

Hình 2.5 Quá trình điều khi n Sliding Mode v i hai b m t biên ể ớ ề ặ

B ng cách l a ch n hai b m t biên thích h p có th gi m thiằ ự ọ ề ặ ợ ể ả ểu đáng kể ệ hi n tượng dao động quanh b mề ặt trượt Tuy nhiên, với các thay đổi trên, m c dù có th ặ ểtriệt tiêu được hiện tượng dao động, nhưng tính bền v ng cữ ủa điều khi n Sliding ểMode cũng bị ả gi m bớt Để ả gi i quy t vế ấn đề ộ m t cách triệt để hơn, có thể ử ụ s d ng

m t cách ti p cộ ế ận khác, đó là áp dụng các lý thuy t v u khi n Sliding Mode bế ề điề ể ậc cao [9]

2.2 ng d Ứ ụng Sliding Mode cho điề u khi n ABS ể

T các k t qu ừ ế ả phân tích trên, đề tài ti n hành xây dế ựng và đề xu t m t thuấ ộ ật toán ứng d ng Sliding Mode, s dụ ử ụng PWM để đi u khiề ển ABS Quá trình điều khi n Sliding Mode trong thuể ật toán đề xu t d a trên thông s ng thái gia t c góc ấ ự ốtrạ ố

của bánh xe

Thuật toán điều khi n này s có m t số đặể ẽ ộ c điểm như sau

• S d ng c m bi n v n tử ụ ả ế ậ ốc góc bánh xe

39

• Gia tốc góc bánh xe được so sánh v i các gia tớ ốc ngưỡng để ự đoán trạ d ng thái của bánh xe trong khi phanh

• Giai đoạn ki m tra tể hay cho giai đoạn gi áp s dữ ử ụng để đánh giá độ trượt

• Luật điều khi n lể ật được điều chỉnh để ạ h n ch hiế ện tượng dao động b ng ằcách sử ụ d ng hàm bão hòa

• Áp suất phanh được điều chỉnh tăng hoặc giảm theo các lượng nh trong quá ỏtrình kiểm tra Việc tăng hay ả gi m áp su t này s d ng PWM ấ ử ụ

2.2.1 Xác đị nh mặ t ph ẳng trượ t

B mề ặt trượt là m t khái ni m quan trộ ệ ọng trong điều khi n Sliding Mode, có ý ểnghĩa là giá trị tham chi u t i m i thế ạ ỗ ời điểm điều khi n Vi c ch n b mể ệ ọ ề ặt trượt cũng như các giá trị biên thích h p ợ là điều ki n cệ ần để điề u khi n ABS có hi u qu ể ệ ảTrong điều khi n ABS ng d ng Sliding Mode, b mể ứ ụ ề ặt trượt là t p h p các tr ng ậ ợ ạthái c a h ng ABS theo th i gian mà tủ ệ thố ờ ại đó hế ố s bám  ( ) được xem là lớn

nh ất

B mề ặt trượt được xác định trong không gian tr ng thái ạ Zn c a ô tô trong quá ủtrình phanh Các thông s này bao g m phố ồ ản lực tác d ng lên bánh xe, tụ ốc độ và gia

t c bánh xe, tố ốc độ và gia t c xe, áp suố ất phanh… Tuy nhiên do chỉ ử ụ s d ng cảm

bi n tế ốc độ bánh xe, nên trong quá trình điều khi n ch có th ể ỉ ể đo được các thông s ố

v n t c góc bánh xe ậ ố bx, gia t c góc bánh xe ố bx, đạo hàm b c hai c a v n t c góc ậ ủ ậ ốbánh xe bx… Trong đó vậ ốn t c góc bánh xe được đo nhờ ả c m bi n v n t c ki u ế ậ ố ểđiện t bừ ằng phương pháp đếm s xung cố ủa vành răng cảm bi n trên mế ột đơn vịthời gian l y m u Các thông s ấ ẫ ố khác như gia tốc góc bánh xe…được tính b ng bi n ằ ếthiên của vậ ốn t c góc bánh xe trên một đơn vị ờth i gian lấy m u ẫ

40

Chọn các thông s trố ạng thái cho điều khi n Sliding Mode là gia t c góc bánh ể ố

xe  và th i gian ờ t Khi đó mặt phẳng trượt trong thuật toán đề xuất được suy bi n ếthành qu o ỹ đạ S= trong m t ph ng ặ ẳ  ng v i m i m t h ng ABS duy Ứ ớ ỗ ộ ệ thố

nh t hoấ ạt động trong các điều kiện phanh đồng nh t s có mấ ẽ ột đường bi u di n duy ể ễnhất S, v i gi ớ ả thiế ại đó quá trình phanh đượt t c xem là tối ưu Trong thự ếc t cácđiều ki n trên không bao gi x y ra, do vệ ờ ả ậy để áp d ng vào b u khiụ ộ điề ển, đề tài s ử

d ng m t mi n giá tr cụ ộ ề ị ủa gia tốc góc bánh xe và gi ảthiế ằt r ng mi n này chề ứa S Miền giá tr ị  chứ ề ặt trượt a b m S được xây d ng t bi u thự ừ ể ức tính độtrượt

( )2.8

bx

v rv



= −Trong đó v là v n t c thân xe, ậ ố  là v n t c góc bánh xe, ậ ố rbx là bán kính bánh

xe T ừ( )2.8 suy ra

bx

vr

Trong khi phanh, h s ệ ố trượt  và bán kính bánh xe rbx thay đổi Theo định nghĩa, mặt phẳng trượt S ng v i h s ứ ớ ệ ố trượt * sao cho h s bám ệ ố  ( )* l n nhớ ất Xét trường hợp các điều kiện phanh không đổi (lý tưởng) và h s ệ ố trượt  = * thì gia t c phanh ố v và gia tốc góc bánh xe  không đổi theo thời gian

Hình 2.6 V n t c và gia t c góc bánh xe khi phanh vậ ố ố ới  = * Trong điều kiện lý tưởng, l c phanh b ng l c bám, gia tự ằ ự ốc phanh được tính theo công th c.ứ