Ứng dụng máy tính trong thiết kế và mô phỏng ô tô

Hệ thống Cruise Control nhằm giúp chiếc xe có thể tự vận hành ở tốc độ mong muốn của người lái xe, từ đó giảm tải việc phải liên tục giữ chân ga trên một quãng đường dài, giúp chiếc xe tiết kiệm nhiên liệu bởi chân ga và tốc độ luôn đều đặn. Ứng dụng Simscape và Simulink, từ mô hình Vehicle with fourspeed transmission trong phần Example của Simscape driveline. Dùng một khối Constant để đặt vận tốc yêu cầu mà xe phải chạy khi Cruise control hoạt động. Tạo mô hình hệ thống điều khiển Cruise control như thuật toán bên dưới. Mô phỏng đáp ứng vận tốc của ô tô với các giá trị vận tốc yêu cầu khác nhau

Trường: ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH Khoa: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO CUỐI KỲ

Môn: ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG Ô TÔ

Đề tài: Ứng dụng máy tính trong mô phỏng điều khiển hệ thống

Cruise Control

Tp.HCM, ngày 28 tháng 05 năm 2019

LỜI MỞ ĐẦU

Lời đầu tiên nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn thầy đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện môn học này!

Mục tiêu của nhóm là hoàn thành đề tài này tốt nhất có thể, đây là một đề tài hay để chúng em có thể thực hiện được các mô phỏng, so sánh xe trên máy tính Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm được sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy, đã học được nhiều kiến thức hữu ích hỗ trợ chúng em rất nhiều trong quá trình học tập

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ của thầy trong thời gian thực hiện đề tài để chúng em hoàn thành đề tài này tốt nhất và mong nhận được sự giúp đỡ của các tầy trong những lần thự44c hiện sau Xin chân thành cảm ơn!

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 Mở simscape 8

Hình 2.Tạo vận tốc mong muốn 9

Hình 3.Thiết lập công thức tính Xdes 9

Hình 4: Cảm biến đo số quay vòng của động cơ……… ……… 9

Hình 5.Bảng Clutch Schedule 10

Hình 6.Tỉ số truyền tương ứng với từng tay số và xuất ra 1/R 11

Hình 7.Các giá trị đầu vào để tính Tnet 12

Hình 14.Mô hình của mô phỏng đã hoàn tất 17

Hình 15.Thay đổi giá trị vận tốc mong muốn 18

Hình 16.Tốc độ mong muốn tại 5m/s 18

Hình 17.Tốc độ mong muốn tại 10/s 19

Hình 18.Tốc độ mong muốn tại 15m/s 19

Hình 19 Tốc độ mong muốn tại 20m/s 20

Hình 20.Tốc độ mong muốn tại 25m/s 20

NỘI DUNG

1 Cơ sở lý thuyết

Hệ thống Cruise Control nhằm giúp chiếc xe có thể tự vận hành ở tốc độ mong muốn của người lái xe, từ đó giảm tải việc phải liên tục giữ chân ga trên một quãng đường dài, giúp chiếc xe tiết kiệm nhiên liệu bởi chân ga và tốc độ luôn đều đặn Ứng dụng Simscape và Simulink, từ mô hình Vehicle with four-speed transmission trong phần Example của Simscape driveline Dùng một khối Constant để đặt vận tốc yêu cầu mà xe phải chạy khi Cruise control hoạt động Tạo mô hình hệ thống điều khiển Cruise control như thuật toán bên dưới Mô phỏng đáp ứng vận tốc của ô tô với các giá trị vận tốc yêu cầu khác nhau

1.1 Thông số kỹ thuật của xe

Công suất cực đại (W / Rpm) 150000/ 4500

Chiều rộng cơ sở (trước / sau) (mm)

1400 / 1600

Quán tính lốp xe Iw : 0.01 (kg/m^2)

Bán kính lăn reff : 0.3 (m)

Trong một hệ thống kiểm soát hành trình tiêu chuẩn, tốc độ của xe được điều khiển đến một giá trị mong muốn bằng cách sử dụng đầu vào điều khiển bướm ga Kiến trúc hệ thống điều khiển theo chiều dọc cho phương tiện điều khiển hành trình sẽ được thiết kế theo cấp bậc, với bộ điều khiển cấp trên và bộ điều khiển cấp thấp hơn

Bộ điều khiển cấp trên xác định gia tốc mong muốn cho xe Bộ điều khiển mức thấp hơn xác định đầu vào bướm ga cần thiết để theo dõi gia tốc mong muốn

Vx: tốc độ thực tế của xe

Vref: tốc độ xe mong muốn

R: tỉ số truyền của hệ truyền động

Rx:lực cản lăn

reff: bán kính hiệu quả của bánh xe

We: số vòng quay của động cơ

Ie: quán tính động cơ It: quán tính cánh quạt

• Xóa khối “Driver inputs” thay bằng 2 khổi hằng số:

1 Khối thông số phanh, giá trị khối bằng 0

2 Khối giá trị Vref, giá trị vận tốc thay đổi mong muốn

Hình 2.Tạo vận tốc mong muốn

2.2 Thành lập các công thức tính toán 2.2.1 Tính toán Xdes:

• Dựa vào công thức, trước tiên ta tính hiệu của Vx với Vref rồi tích phân

Hình 3.Thiết lập công thức tính Xdes

• Tạo khối Fnc và dùng công thức tính xdes “ -0.145*(u(2)-u(1))-0.015*u(3) ”

• Tính ra được xdes

2.2.2 Đo số vòng quay của động cơ:

• Tạo Ideal Rotational Motion Sensor • Rồi nối các C và R vào động cơ

• Đầu W của cảm biến đo được số vòng quay của động cơ (We)

• Quay lại hệ thống tổng, tạo Multiport Switch, input đầu vào là từ Gear của Shift Logic

• Ở mục Data port indices, tạo lần lượt như Select Clutch States vừa

Hình 6.Tỉ số truyền tương ứng với từng tay số và xuất ra 1/R

2.2.4 Tính toán Tnet:

• Tạo Subsystem với 4 input gồm :1/R,xdes,Vx,We và 1 output là Tnet • 1/R là từ tỉ số truyền ta lấy được từ hộp số ở 2.4,We từ cảm biến số

vòng quay động cơ,xdes từ 2.2 , Vx là vận tốc thực tế của xe • Tạo các hằng số đã biết là m,Rx,reff,Ie,It,Iw,1/2*(p*Cd*Af)

Hình 7.Các giá trị đầu vào để tính Tnet

Hình 8:Thiết lập công thức tính Ca

Hình 9.Thiết lập công thức tính Je

• Vậy là đủ các giá trị cần thiết trong việc tính mô men xoắn Tnet với

• Tạo Subsystem mới với input là Pe và We, output là “Thdelta” • Với Pe được tính bởi công thức Pe=Tnet*W

2.2.6 Xuất giá trị của góc mở bướm ga

• Để xuất được giá trị góc mở bướm ga để điều khiển động cơ, ta phải cho giá trị Thelta tính được từ 2.6 vào khối Saturation để tạo ra các giá trị đầu ra là giá trị của tín hiệu đầu vào được giới hạn bằng các giá trị bão hòa và cho chạy từ 0 – 1

• Rồi cho đi qua khối Memory để tạo thành vectơ và gửi tín hiệu đến cho động cơ

Hình 13.Xuất giá trị

2.2.7 Mô phỏng hoàn thành:

Hình 14.Mô hình của mô phỏng đã hoàn tất

2.3 Chạy thử nghiệm mô phỏng:

Đặt giá trị vận tốc mong muốn vào ô giá trị “ vận tốc xe “ đã tạo từ trước

Hình 15.Thay đổi giá trị vận tốc mong muốn

Vận tốc mong muốn là 5m/s

Hình 16.Tốc độ mong muốn tại 5m/s

3 Kết luận:

• Hệ thống Cruise Control làm việc hiệu quả nhất khi đặt vận tốc ở 15m/s • Hệ thống Cruise Control làm việc ổn định khi ta đặt vận tốc trong khoảng từ

5-25 m/s

• Hệ thống Cruise Control làm việc luôn có sai số

• Khi xe đạt vận tốc cao hơn vận tốc đã đặt thì người lái mới sử dụng được Cruise control ở tốc độ đặt ra ban đầu

• Dựa vào mỗi đặc tính khác nhau của xe và điều kiện khách quan bên ngoài mà hệ thống Cruise Control có sai số khác nhau