Bài 3 simulink và Ứng dụng trong kỹ thuật Ô tô

simulink và Ứng dụng trong kỹ thuật Ô tô simulink và Ứng dụng trong kỹ thuật Ô tô simulink và Ứng dụng trong kỹ thuật Ô tô simulink và Ứng dụng trong kỹ thuật Ô tô simulink và Ứng dụng trong kỹ thuật Ô tô

BÀI 3 SIMULINK VÀ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT Ô TÔ

1 Giới thiệu về SIMULINK

Simulink là một phần mềm mở rộng của MATLAB (1 Toolbox của Matlab) dùng để mô hình hóa, mô phỏng và phân tích một hệ thống động Thông thường dùng để thiết kế hệ thống điều khiển, thiết kế DSP, hệ thống thông tin và các ứng dụng mô phỏng khác Simulink cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ phi tuyến, các mô hình trong miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hoặc một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn

Cùng với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp chế tạo ô tô trên thế giới ngày nay được hoàn thiện và nâng cao Những hướng cơ bản ngành công nghiệp ô tô hướng tới là: Tiết kiệm nhiên liệu, giảm ô nhiễm môi trường, nâng cao tiện nghi và an toàn khi sử dụng, giảm giá thành chế tạo, đa dạng hóa đối tượng sử dụng, Trong các xu hướng nghiên cứu thì việc nâng cao an toàn và tiện nghi của ôtô trong quá trình sử dụng ngày càng được quan tâm, để thực hiện được điều này cần phải hoàn thiện các hệ thống treo, hệ thống lái, hệ thống phanh, Các hệ thống cũng như hoạt động của các hệ thống được tái thiết lập dưới dạng các sơ đồ khối miêu tả phương trình vi phân, tích phân

2 Tìm hiểu về Simulink và thư viện simulink

2.1 Khởi tạo Simulink

- Khởi tạo:

Cách 1: Gõ lệnh “simulink” trong môi trường matlab

Cách 2: Chọn trực tiếp trên thanh công cụ

Khi khởi động Simulink xong ta được màn hình cửa sổ Simulink Cửa sổ này hoạt động liên kết với cửa sổ lệnh Matlab

Để lấy các khối, ta tìm tới thư viện của phần mềm, nơi chứa các khối được lập trình sẵn:

2.2 Thư viện và các khối cơ bản

2.2.1 Khối nguồn: Sources

- Tạo ra các tín hiệu đầu vào là: hằng số, sin, xung, random, …

Tín hiệu là hằng số

Tín hiệu xung vuông

Tín hiệu dốc

Tín hiệu sóng sin

Tín hiệu số ngẫu nhiên

Lấy tín hiệu từ các file hoặc Workspace

của Malab

Tín hiệu bất kì (tự tạo)

2.2.2 Khối đầu đo: Sinks

- Chứa các khối là đầu ra của hệ thống: hiển thị, dừng chương trình mô phỏng, …

Đưa kiết quả ra file

Đưa kết quả ra workspace của Matlab

Hiển thị kết quả ở dạng số hoặc đồ thị

Kết thúc một đường tín hiệu dư

2.2.3 Khối tuyến tính: Contunous

- Chứa các khối mô phỏng các hệ liên tục

Khối đạo hàm

Khối tích phân

Khối thiết lập bộ điều khiển PID

2.2.4 Khối tính toán: Math Operations

- Cung cấp các khối thực hiện các phép toán khác nhau

Khuếch đại tín hiệu đầu vào thông qua 1

hệ số

2.2.5 Khối đầu nối: Signal Routing

Tách kênh tín hiệu

Dồn kênh tín hiệu

Lựa chọn các tín hiệu mong muốn từ 1

vecto tín hiệu

Phân công các kênh đầu vào

3 Mô phỏng trên Simulink

3.1 Thao tác

Bước 1: Đưa các khối tính toán cần thiết xuất hiện tại vùng làm việc của Simulink

Cách 1: Tìm mở thư viện Simulink, lựa chọn từng khối kéo vào vùng làm việc Cách 2: Click chuột trái vào vùng làm việc và gõ tên các khối cần thiết

Bước 2: Sắp xếp khoa học và vẽ đường nối giữa các khối

Nếu xem kỹ từng khối, chúng ta thấy dấu > ở bên phải của khối là dấu đầu nối dành cho ngõ ra của tín hiệu, còn dấu > ở bên trái là dấu đầu nối dành cho ngõ vào Tín hiệu đi

từ đầu ra của một khối tới đầu vào của khối khác theo một đường nối giữ hai khối Khi một khối đã được nối thì biểu tượng > cũng mất đi

Rẽ nhánh các đường nối bằng cách Giữ “Ctrl” và ấn trái chuột

Bước 3: (Có thể thực hiện trước bước 2) kích đúp chuột và các khối để thay đổi thông số

phù hợp với bài toán đang thực hiện

Có thể sử dụng lệnh Help để đọc hướng dẫn và xem ví dụ sử dụng lệnh

Bước 4: Sau khi mô hình hóa xong bài toán Ta đặt thời gian mô phỏng Stop time trên

thanh công cụ và ấn Run

Kết quả sẽ hiển thị trên các khối đầu đo

3.2 Ví dụ

VD1: Giải phương trình 5x + 10 = 0

Nhận xét:

- Các khối sử dụng: Constant, add, gain, algebraic constraint, display

- Đầu ra của solve là biến x được hiển thị trên màn hình Chính biến x được “Khuếch đại” 5 lần và + với hằng số 10

VD2: ax + b = 0

Nhận xét:

- Các hệ số được nhập trong môi trường matlab, ở đây đã nhập biến đầu vào theo cú pháp: a = 10; b= - 55

- Simulink vẫn đang liên kết với trang matlab đang chạy

VD3: x2 - 3x + 2 = 0

Nhận xét:

- Để giải phương trình bậc 2 Ta sử dụng thêm khối Square

- Phương trình bậc 2 được nêu trên có 2 nghiệm, Display hiển thị 1 nghiệm, ta có thể tìm nghiệm thứ 2 bằng cách thiết lập solve quét nghiệm trong khu vực lân cận: + Kích đúp vào khối solver và sửa Initial guess thành 10 (mặc định là 0 và sẽ quét nghiệm gần 0)

+ Run lại bài toán

- Vận dụng công thức tìm nghiệm thứ 2: x1.x2 = c/a => x2 = c/a : x1

Kết hợp đưa về tổng quát, Với a = 1; b = -3; c = 2 được nhập trong matla, ta có kết quả:

VD4: 𝑥̇ = 𝑎𝑥 𝑣ớ𝑖 𝑎 = 1/𝑇 ; T = 5 ; và 0 ≤ 𝑡 ≤ 25

VD5: 𝑥 = 𝐴 𝑐𝑜𝑠 (𝑤𝑡 + 𝜑) Với A = 5, w = 4𝜋, 𝜑 = 30o Tìm v

4 Ứng dụng Simulink để mô phỏng và đánh giá hệ thống treo

4.1 Một số khái niệm

Hệ thống treo Ô tô là bộ phận nối đàn hồi giữa bánh xe và thân xe, nối giữa khối lượng được treo và không được treo Phía trên hệ thống treo là khối lượng được treo, phía dưới hệ thống treo là khối lượng được treo

Hệ thống treo đầy đủ có 4 bộ phận:

● cơ cấu hướng

● phần tử đàn hồi

● phần tử giảm chấn

● thanh ổn định

Khối lượng của hệ thống treo gán cho khối lượng không được treo Cơ cấu hướng là

bộ phận nối động học khối lượng được treo và không được treo, khi bánh xe chuyển động lên xuống, vị trí hình học của bánh xe sẽ thay đổi so với khung Vì vậy, cũng thay đổi vị trí không gian của phần tử đàn hồi và giảm chấn nên phải mô tả khi dựa vào mô hình Khi mô hình hóa, ngoài việc phân tích cấu trúc để đưa ra mô hình vật lý phù hợp với cấu trúc và mục đích sử dụng còn phải xác định đặc tính đàn hồi và giảm chấm

Dao động ô tô là một hệ phức tạp, ta chỉ xét dao động biên độ lớn và tần số nhỏ Khi nghiên cứu dao động chúng ta thực hiện hai quá trình sau:

● Thiết lập mô hình vật lý;

● Tính toán, mô phỏng, đánh giá dao động

Khi thành lập mô hình vật lý, còn gọi là sơ đồ tương đương, ta cần phân tích cấu trúc, xác định khối lượng được tách, các lực tác dụng lên các khối lượng đó Chúng ta biết rằng,

hệ thống treo về động học phụ thuộc cấu trúc (kiểu treo) nên việc phân tích, đưa về sơ đồ tương đương là không dễ dàng, vì vậy, để đơn giản hóa cần đưa ra một số giả thiết và giới hạn nghiên cứu tính toán

4.2 Mô phỏng dao động hệ thống treo theo phương thẳng đứng

4.2.1 Xây dựng các mô hình

a, Mô hình mô tả mặt đường

loại 1: mô hình bậc, mô hình dạng hình chữ nhật, mô hình dạng hình thang

loại 2: mô hình dạng điều hòa: hình sin

loại 3: mô hình dạng ngẫu nhiên

b, Mô hình mô tả dao động

- Mô hình 1 khối lượng

- Mô hình ¼

- Mô hình ½

- Mô hình toàn xe

c, Phân tích mô hình ¼

Tách các khối lượng (các vật), bỏ các liên kết và thay bằng các lực ta có như sau: Đối với khối lượng được treo ma

Đối với khối lượng không được treo m

Như vậy, đối với mô hình ¼ ta có hệ phương trình:

{𝑚𝑧̈ + 𝐾(𝑧̇− 𝜉̇ )+ 𝐶(𝑧 − 𝜉)= 0𝑚𝜉̈ +(𝐾 + 𝐾𝐿)𝜉̇− 𝐾𝑧̇− 𝐶𝑧 + (𝐶 + 𝐶𝐿)𝜉 = 𝐾𝐿ℎ̇ + 𝐶𝐿ℎ

Với phương pháp như trên ta có thể lập hệ phương trình vi phân cho bất cứ mô hình nào

Số phương trình vi phân trong hệ bằng với số bậc tự do của hệ

d, Mô hình hóa mô phỏng

e chuyển Scope sang Figue

https://www.youtube.com/watch?v=_HNsVCpm0Ho