NHIỆM VU VA NỘI DUNG:Nhiệm vụ : Nghiên cứu mô hình động lực học xe bốn bánhTạo dựng mô hình với ba bậc tự do Nghiên cứu cách thức hoạt động của LABCAR CS1000Tìm cách kết hợp giữa mô hình
TONG QUAN
TONG QUAN 1.1 Hệ thống cân bang điện tứ, hệ thong LABCAR.
Nhăm ngăn chặn những tai nạn đường bộ liên quan đến xe bốn bánh, sản phẩm ABS đã được ra mat lần dau tiên vào năm 1983 với chức năng chống bó cứng bánh xe khi thang gấp Càng ngày, sản phẩm càng phát triển với nhiều chức nănh nâng cao mang tên ESP, chủ yếu liên quan đến việc điều phối lực thăng bốn bánh xe trong những tình huống nguy hiểm.
Hệ thống này là một hệ thống thủy lực, được điều khiến bởi một vi điều khiến.
Thông qua việc điều khiển một motor bơm va 12 van thủy lực, áp suất thang sẽ được phân bố lên bốn bánh xe một cách hợp lý để giúp người lái xe tránh và vượt qua những tình huông xâu.
Hình 1.1: Hệ thống tăng lực thắng lên bánh sau bên trái khi xe sắp mat kiểm soát
1.2 Tinh hình nghiên cứu ngoài nước
Các nghiên cứu ngoài nước đã đi sâu và phân tích cặn kẽ đặc điểm của hệ thống với nhiều dạng mô hình phương tiện từ cơ bản đến phức tạp và đưa ra các phương thức điều khiến.
1.2.1 Các nghiên cứu liên quan đến động lực học của oto
Cơ bản nhất là hệ thống ABS, được mô phỏng đơn giản nhất với một bánh xe duy nhất nham đưa ra khái niệm cơ bản nhất về mối liên quan giữa hệ số trượt của bánh xe và hệ số ma sát lên bánh đó Từ đó, ta có thé thay được việc điều khiến xe chỉ đạt mức tối ưu khi bánh xe ở một vùng hệ số trượt nhất định Việc phân tích động lực học lên bánh xe có thé thay ở nghiên cứu của Tianku Fu [13].
Radial tires on dry concrete
Bias-ply tires on wetasphalt c3
2ọš 0.4 oS - Radíal tires on snow
Radialtires on wet, slippery ice
Hình 1.3: Đồ thi về mỗi liên hệ giữa hệ số trượt và hệ số ma sát [13]
1.2.2 Thiết kế bộ điều khiến cho hệ thống ABS Từ mô hình hóa được một bánh xe, các nghiên cứu đã tiến đến mô hình hóa cả chiếc xe với bốn bánh và các chiều quay trong không gian và thiết kế bộ điều khiến sử dụng các giải thuật khác nhau cho ABS Cơ bản nhất là sử dụng bộ điều khiến bang-bang để nhả thăng khi hệ số trượt vượt mức tối ưu.
1 va TB.s+1 5 brake torque C) >>> $ lÌ Ww : ngư WheelSpeedBang-beng = Hydraulic Lag Brake Force & W heel controller pressure torque Speed
Hình 1.4: Bộ điều khiến bang bang cho hệ ABS [9]
1.2.3 Nghiên cứu hệ thống ESP
Tương tự với hệ thống ABS, việc nghiên cứu cho hệ thống ESP cũng dựa trên các tính chất động lực học cơ bản của xe, nhưng được nâng cao hơn do không chỉ phải đảm bảo hệ số trượt của các bánh nằm trong mức tối ưu mà còn phải đảm bảo phân bố lực thăng tăng hoặc giảm ở các bánh nhăm tác động lên vận tôc xoay cua xe, góc trượt cua
CHƯƠNG 1: TONG QUAN các bánh xe Trong nghiên cứu cua van Putten [14], sử dung mô hình xe với 7 configuration spaces, và thiết kế bộ điều khiến cho ra đáp ứng về góc trượt như hình dưới.
& là, ee ay aes side_slip_arngle (dec) (ESP_2) Sids_slip_angle [đeq] CESP_Dufsburg’) , i
Hình 1.5: Kết quả nghiên cứu về góc trượt [14]
1.3 Tinh hình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, tại thời điểm thực hiện đẻ tài (2017), hệ thống cân băng điện tử cũng đang dan được hiểu biết và nghiên cứu Dé tài điển hình như: “Ứng dụng phần mềm Matlab - Simulink mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch”[6].
Tuy nhiên, dé tài trên chi dừng lại ở mô phỏng và chưa liên quan đến quá trình sản suất sản phẩm Cụ thé, ứng dụng với phan cứng dé mô phỏng và kiểm thử phần mềm nhúng cho sản phẩm thực tế hiện tại chưa có.
1.4 Tính cấp thiết của luận văn Theo báo cáo của WHO, mỗi năm có khoảng 1.25 triệu người chết trong các tai nạn đường bộ, 90% các tai nạn trên năm ở các nước có mức thu nhập bình quân đâu người từ
CHƯƠNG 1: TONG QUAN thâp đên trung bình, anh hưởng trực tiép dén nên kinh tê của các quéc gia đó Những nguyên nhân chính dân đên các tai nạn trên có thê kê đên là do 161 điêu khiên của con người và lỗi trong các phương tiện di chuyển:
Lỗi của con người: bao gồm các hành vi như lái xe quá tốc độ, lái xe trong lúc mat kiểm soát hành vi, sử dụng các chất kích thích và không tuân thủ các quy định an toàn khi sử dụng phương tiện như deo dây an toàn, đội nón bảo hiểm
Hình 1.6: Người lái xe không tuân thủ các quy định an toàn
Phương tiện di chuyển thiếu an toàn: Các phương tiện di chuyển thiếu bảo dưỡng thường xuyên, thiếu các tính năng an toàn như hệ thông ABS, ESP, hệ thống cảnh báo va chạm, túi khí.
Hình 1.7: So sánh giữa xe có ABS và không có ABS
Từ năm 2004, ở châu âu, tat cả các xe bốn bánh mới ra thị trường bat buộc phải có tính năng ABS, và bắt đầu từ năm 2014 tính năng ESP đã trở thành yêu cầu bắt buộc Tại các quốc gia phát triển mạnh như Trung Quốc, các hãng xe liên tục ra đời và mong muốn bat kịp công nghệ nên nhu cầu về lượng sản phẩm ABS, ESP gia tăng nhanh chóng Do đó, với nhu cau cao từ thị trường, việc kiểm thử phan mềm cần được cải tiễn nhằm giảm chi phí và nâng cao năng suất công việc Việc sử dụng LABCAR CS1000 đạt được tiêu chí tiết kiệm về giá cả nhưng năng suất chưa cao do khả năng mô phỏng còn hạn chế.
Thực tế này đặt ra một yêu câu cấp bách là nâng cao khả năng của thiết bị này thông qua việc ràng buộc các dau ra, tạo ra một môi trường gan giống thực tế để việc kiểm thử phan mềm trở nên đơn giản hơn.
1.5 Bai toán mô phỏng bài và giới han dé tài
PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ
PHAN TICH HE THONG CAN BANG DIEN TU
Trong chương nay, ta sẽ tiến hành phân tích các chức năng can kiểm định, cu thé là ABS và ESP, từ đó phân tích các đầu vào cần thiết khi mô phỏng Hệ thống ABS là hệ thống cơ bản và khá đơn giản, trong khi hệ ESP cần nhiều đầu vào hơn và giải thuật cũng phức tạp hơn nhiều Lan lượt ở mỗi chức năng ra sẽ tìm hiểu chức năng, cách hoạt động và các inputs can thiệt.
Về cơ bản, hệ thống VDC có các thành phần của hệ thống ABS như bộ điều biến thủy lực (1), cảm biến tốc độ bánh xe (2) và bộ điều khiến ECU (5) Thêm vào đó, sản pham ESP sẽ có khác biệt về thành phan của bộ điều biến thủy lực và sử dụng thêm hai cảm biến là góc lái chủ động trên vô lăng (3) và cảm biến gia tốc (4).
CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ
Hệ thống ABS là một chuẩn an toàn trong xe hơi, mục đích chính của hệ thống này nhằm xác định được sự bó cứng của bánh xe từ đó giảm áp suất thăng trên bánh đó Điều này giúp cho bánh xe có thé tiếp tục bám đường và tiếp tục lăn, người lái có thể rẽ được trong lúc thăng.
Hình 2.2: So sánh giữa hệ thống có ABS và không có ABS. Ở hình trên, người lái vừa phát hiện vật cản vừa đạp thang và đánh lái Nhờ có hệ thống ABS mà xe có thể rẽ và người lái điều khiến xe lách qua được vật cản Trong hình dưới, tuy người lái cũng đánh lái về bên phải, tuy nhiên xe tiếp tục đi thăng Nguyên nhân là do lúc đó bánh xe đã ngừng xoay và không thé tạo được một lực ngang nào dé thay đôi quỹ đạo.
Phuong thức điều khiển của hệ ABS này nhằm duy trì hệ số trượt trong khoảng tối ưu Khi hệ số trượt năm trong khoảng này thì xe có thé bám đường người lái có thé điều khiên xe trong khi thăng và hệ sô ma sát lúc này được giữ ở mức cao.
CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ
Radial tires on dry concrete
| Bias -p ly tires on wetasphalt
Radialtires on wet, slippery ice
Hình 2.3: Sơ đồ hệ số trượt và hệ số ma sát trên một số mặt đường.
Hệ số trượt được tính như công thức sau.
- 0 là vận tốc thật của xe.
- _ œ là vận tốc góc của bánh xe.
- R là bán kính bánh xe.
Dé tác động lên hệ số trượt này, hệ thong đưa ra các tín hiệu điều khiển các van thủy lực để giải phóng áp suất trên các bánh xe, từ đó các bánh xe có thể lăn trở lại Mỗi bánh xe sẽ có hai van thủy lực tương ứng với hai đầu vào và ra Hình 2.4 thể hiện hệ thống thủy lực của hệ thong ABS Trong đó:
- HZ là xi-lanh chính
- RZ là phanh ở các bánh xe
- PE là bơm hôi lưu
- AC là bình chứa dau phanh áp suất thấp
CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ
- M là động cơ của bom hồi lưu
- HL là bánh sau bên trái - HR là bánh sau bên phải - VR là bánh trước bên phải - VL là bánh trước bên trái ene
UFBO749-1E
MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HOC CUA XE
MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE Đề thực hiện mô phỏng nhằm tạo ra các đầu vào phù hợp theo thời gian như đã nói, ta cân xây dựng mô hình động lực học của xe bốn bánh Trong chương nay ta sẽ tiền hành phân tích sâu hơn về động lực học xe bốn bánh, hệ thống ABS, ESP.
3.1 M6 hình hóa hệ thống ABS đơn giản
Dé mô phỏng hệ thống ABS, ta chỉ cần mô phỏng bốn bánh xe với các áp suất tương ứng, để đơn giản hơn nữa, ta giả sử xe đang di chuyển trên một đường thắng, phản lực từ mặt đường lên 4 bánh xe là như nhau Do vậy, ra chỉ cần mô phỏng một bánh xe là đủ để biết được hệ hoạt động như thế nào Trong phạm vi dé tài, ta bỏ qua hệ thống phuộc nhún và cho răng xe chỉ đi theo phương thăng, các bánh xe chịu áp lực từ mặt đường như nhau và các lực thắng tác động cũng như nhau.
Hình 2.16: Mô hình chuyển động đơn giản của xe theo một phương.
Ta suy ra được phương trình vi phân mô tả chuyển động của xe như sau: d*x 2
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HOC CUA XE
- M là trọng lượng của xe.
- F,, Fy, F3, Fy, là các lực do mặt đường tác động lên 4 bánh xe theo phương x.
3.1.1 Mô hình hóa một bánh xe
Xét bánh xe là một vật răn, chủ yếu sẽ có các ngoại lực tác động gồm:
- Luc ma sát từ mặt đường, lực này sẽ chống lại sự di chuyển của xe nếu như xe đang phanh, và ngược lại sẽ là lực tạo ra sự di chuyển cho xe nếu như xe đang tăng tốc.
- Luc phanh là lực được tạo ra do sự ma sát giữa má phanh và đĩa thang Lực này luôn luôn có xu hướng chống lại sự xoay của bánh xe.
- Phan lực từ mặt đường va trọng lực của xe lên bánh, hai lực này gián tiếp ảnh hưởng đến sự xoay của bánh xe thông qua lực ma sát.
Hinh 2.17: m6 hinh mot banh xe
Ta có được phương trình động lực học vat rắn của bánh xe:
- qw là vận tốc góc bánh xe.
- J là momen quán tính của bánh xe.
- F,, là lực ma sát của mặt đường lên một bánh xe.
- R là bán kính một bánh xe.
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HOC CUA XE
- _ Mr là momen gây ra bởi lực thăng, được giả định là thông số mà hệ ABS trực tiếp tác động.
3.1.2 Liên hệ giữa hệ số ma sát và hệ số trượt
Luc ma sát từ mặt đường tác động lên xe được tính theo công thức [2].
- N là phản lực của mặt đường lên xe, ta giả định N = M.g/4
- (A) là hệ số ma sát, được xem như một hàm số với biến số là hệ số trượt A - v là vận tốc thật của xe.
- _ œ là vận tốc góc của bánh xe.
- - R là bán kính bánh xe.
Như đã nói trên, hệ số ma sát không phải cố định mà là một hàm số có liên hệ với hệ số trượt Đồ thị liên hệ giữa hệ số ma sát và hệ số trượt phụ thuộc vào bản chất mặt đường và bản chất bánh xe Trên các mặt đường khác nhau như mặt đường nhựa, đường băng tuyết, đường ướt, đường sỏi đá thì mối liên hệ này cũng khác nhau Hình dưới miêu tả một số đồ thị đặc trưng Đồ thị mà ta chọn để mô phỏng là đồ thị số 1, tương ứng với mặt đường nhựa Đường số 2 miêu tả tính chất của mặt đường ướt, đường số 3 miêu tả tính chất của mặt đường tuyết, đường số 4 miêu tả tính chất của mặt băng.
CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HOC CUA XE
Hình 3.1: Một đồ thị miêu ta sự liên hệ giữa hệ số ma sát và hệ số trượt.
Dé đơn giản bài toán, ta cho rang xe đang chạy trên mặt đường nhựa bình thường, đồ thị sẽ gôm hai đoạn đoạn 1 gần như tuyến tính đến khi chạm điểm tối uu, tại hệ số trượt là 0.18 và hệ số ma sát đạt 0.88 Phần thứ hai cũng được tuyến tính, là đường nối từ điểm tối ưu đã cho đến khi hệ số trượt đạt 100% tương ứng với hệ số ma sát đạt 0.7 Vì vậy ta có thể miêu tả đồ thị trên bang hé phuong trinh nhu sau:
Mp Fa A Ay aoằ Âp