Ứng dụng máy tính trong mô phỏng và thiết kế 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 Mơn: ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG Ơ TƠ Đề tài: Ứng dụng máy tính mô điều khiển hệ thống Cruise Control Tp HCM, ngày 28 tháng 05 năm 2019 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC .3 DANH MỤC HÌNH ẢNH NỘI DUNG .5 Cơ sở lý thuyết 1.1 Thông số kỹ thuật xe .5 1.2 Cơng thức tính tốn: Các bước thực .8 2.1 Khởi động simscape: 2.2 Thành lập cơng thức tính tốn 2.3 Chạy thử nghiệm mô phỏng: .17 Kết luận: 20 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Mở simscape .7 Hình 2.Tạo vận tốc mong muốn .8 Hình 3.Thiết lập cơng thức tính Xdes Hình 4: Cảm biến đo số quay vịng động cơ………………… ……………… Hình 5.Bảng Clutch Schedule Hình 6.Tỉ số truyền tương ứng với tay số xuất 1/R 10 Hình 7.Các giá trị đầu vào để tính Tnet 11 Hình 8:Thiết lập cơng thức tính Ca 12 Hình 9.Thiết lập cơng thức tính Je 12 Hình 10.Thiết lập cơng thức tính Tnet 13 Hình 11.Thiết lập cơng thức tính Pe 14 Hình 12.Thiết lập cơng thức tính Thelta 14 Hình 13.Xuất giá trị .15 Hình 14.Mơ hình mơ hồn tất 16 Hình 15.Thay đổi giá trị vận tốc mong muốn 16 Hình 16.Tốc độ mong muốn 5m/s 17 Hình 17.Tốc độ mong muốn 10/s 17 Hình 18.Tốc độ mong muốn 15m/s 18 Hình 19 Tốc độ mong muốn 20m/s 18 Hình 20.Tốc độ mong muốn 25m/s 19 NỘI DUNG Cơ sở lý thuyết Hệ thống Cruise Control nhằm giúp xe tự vận hành tốc độ mong muốn người lái xe, từ giảm tải việc phải liên tục giữ chân ga quãng đường dài, giúp xe tiết kiệm nhiên liệu chân ga tốc độ đặn Ứng dụng Simscape Simulink, từ mơ hình Vehicle with four-speed transmission phần Example Simscape driveline Dùng khối Constant để đặt vận tốc yêu cầu mà xe phải chạy Cruise control hoạt động Tạo mơ hình hệ thống điều khiển Cruise control thuật toán bên Mô đáp ứng vận tốc ô tô với giá trị vận tốc yêu cầu khác 1.1 Thông số kỹ thuật xe Hộp số Số sàn cấp số Công suất cực đại (W / Rpm) Số vòng quay cực đại(Rpm) Hệ thống nhiên liệu 150000/ 4500 Chiều dài sở (mm) 2660 Chiều rộng sở (trước / sau) (mm) 1400 / 1600 Khoảng sáng gầm xe (mm) 500 6000 Xăng Trọng lượng không tải (kg) 1200 Cầu chủ động Cầu trước chủ động Quán tính lốp xe Iw : 0.01 (kg/m^2) Bán kính lăn reff : Hệ số kéo: 0.3 (m) 0.4 Mật độ khơng khí: 1.18 (kg/m^3) Qn tính động Ie: 0.08 kg.m^2 Kp=0.145 Ki=0.015 1.2 Cơng thức tính tốn: Trong hệ thống kiểm sốt hành trình tiêu chuẩn, tốc độ xe điều khiển đến giá trị mong muốn 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 thiết kế theo cấp bậc, với điều khiển cấp điều khiển cấp thấp Bộ điều khiển cấp xác định gia tốc mong muốn cho xe Bộ điều khiển mức thấp xác định đầu vào bướm ga cần thiết để theo dõi gia tốc mong muốn 1.2.1 Khoảng cách để xe đạt tốc độ mong muốn: Vx: tốc độ thực tế xe Vref: tốc độ xe mong muốn 1.2.2 Mô men xoắn: R: tỉ số truyền hệ truyền động Rx:lực cản lăn reff: bán kính hiệu bánh xe We: số vòng quay động 1.2.2.1 Quán tính hiệu động cơ: Ie: quán tính động It: quán tính cánh quạt Iw: quán tính bánh xe 1.2.2.2 Lực kéo khí động học: F  ca  reff Re   1.2.2.3  Cd Af V 2 Độ mở bướm ga: th  Pe � � Pe max � e  � e �   � � ep � ep � �e  � � � � � �ep �� � � �� �� Pe= Tnet * We Các bước thực 2.1 Khởi động simscape:  Khởi động simulink  Vào Examples gõ vào tìm kiếm “Vehicle with Four-Speed Transmission” mở ví dụ lên Hình Mở simscape  Xóa khối “Driver inputs” thay khổi số: Khối thông số phanh, giá trị khối Khối giá trị Vref, giá trị vận tốc thay đổi mong muốn Hình 2.Tạo vận tốc mong muốn 2.2 Thành lập công thức tính tốn 2.2.1 Tính tốn Xdes:  Dựa vào cơng thức, trước tiên ta tính hiệu Vx với Vref tích phân  Cho khối Mux nhận thơng tin tích phân vừa tìm dc, Vx,Vf Hình 3.Thiết lập cơng thức tính Xdes  Tạo khối Fnc dùng cơng thức tính xdes “ -0.145*(u(2)-u(1))0.015*u(3) ”  Tính xdes 2.2.2 Đo số vịng quay động cơ:  Tạo Ideal Rotational Motion Sensor  Rồi nối C R vào động  Đầu W cảm biến đo số vòng quay động (We)  Ta dùng PS-Simulink Converter để simulink đọc giá trị We cảm biến từ đầu W 2.2.3    Hình 4:Cảm biến đo số vòng quay động Lấy tỉ số truyền từ hộp số: Vào khối hộp số Transmission, chọn xem khối Clutch Schedule Nhận thấy hộp số tính làm số là:4,3,2,1,R,N Đọc tỉ số truyền, số từ bảng Clutch Schedule Hình 5.Bảng Clutch Schedule  Quay lại hệ thống tổng, tạo Multiport Switch, input đầu vào từ  Gear Shift Logic Ở mục Data port indices, tạo Select Clutch States  vừa xem “ {4,3,2,1,-1,0}” Tạo tỉ số truyền cho số Constant Hình 6.Tỉ số truyền tương ứng với tay số xuất 1/R 2.2.4.Tính tốn Tnet:  Tạo Subsystem với input gồm :1/R,xdes,Vx,We output Tnet  1/R từ tỉ số truyền ta lấy từ hộp số 2.4,We từ cảm biến số vòng quay động cơ,xdes từ 2.2 , Vx vận tốc thực tế xe  Tạo số biết m,Rx,reff,Ie,It,Iw,1/2*(p*Cd*Af) 10 Hình 7.Các giá trị đầu vào để tính Tnet  Dùng cơng thức tính lực kéo khí động học F  ca  reff Re    Cd Af V 2 Để tìm Ca 11 Hình 8:Thiết lập cơng thức tính Ca  Tính Je cơng thức Hình 9.Thiết lập cơng thức tính Je 12  Vậy đủ giá trị cần thiết việc tính mơ men xoắn Tnet với cơng thức là: Hình 10.Thiết lập cơng thức tính Tnet  Trong Fnc có hàm “ u(4)*u(3)^3*u(2)^3*u(1)^2+u(3)*(u(2)*u(5)) ”  Xuất kết mơ men xoắn Tnet khỏi Subsystem 2.2.5 Tính góc mở bướm ga  Tạo Subsystem với input Pe We, output “Thdelta”  Với Pe tính cơng thức Pe=Tnet*W 13 Hình 11.Thiết lập cơng thức tính Pe  Lập số biết Pemax Wep th   Cơng thức tính Thelta: Pe � � Pe max � e  � e �  � � ep � ep � �e  � � � � � �ep �� � � �� �� Hình 12.Thiết lập cơng thức tính Thelta  Trong hàm Fnc “ u(1)/(u(2)*(u(3)+u(3)^2-u(3)^3)) ” 2.2.6 Xuất giá trị góc mở bướm ga 14  Để xuất giá trị góc mở bướm ga để điều khiển động cơ, ta phải cho giá trị Thelta tính từ 2.6 vào khối Saturation để tạo giá trị đầu giá trị tín hiệu đầu vào giới hạn giá trị bão hòa cho chạy từ –  Rồi cho qua khối Memory để tạo thành vectơ gửi tín hiệu đến cho động Hình 13.Xuất giá trị 2.2.7 Mơ hồn thành: 15 Hình 14.Mơ hình mơ hồn tất 2.3 Chạy thử nghiệm mô phỏng: Đặt giá trị vận tốc mong muốn vào ô giá trị “ vận tốc xe “ tạo từ trước Hình 15.Thay đổi giá trị vận tốc mong muốn Vận tốc mong muốn 5m/s 16 Hình 16.Tốc độ mong muốn 5m/s Vận tốc mong muốn 10m/s Hình 17.Tốc độ mong muốn 10/s 17 Vận tốc mong muốn 15m/s Hình 18.Tốc độ mong muốn 15m/s Vận tốc mong muốn 20m/s Hình 19 Tốc độ mong muốn 20m/s Vận tốc mong muốn 25m/s 18 Hình 20.Tốc độ mong muốn 25m/s Kết luận:  Hệ thống Cruise Control làm việc hiệu đặt vận tốc 15m/s  Hệ thống Cruise Control làm việc ổn định ta đặt vận tốc khoảng từ 5-25 m/s  Hệ thống Cruise Control làm việc ln có sai số  Khi xe đạt vận tốc cao vận tốc đặt người lái sử dụng Cruise control tốc độ đặt ban đầu  Dựa vào đặc tính khác xe điều kiện khách quan bên mà hệ thống Cruise Control có sai số khác 19 ... tương ứng với tay số xuất 1/R 10 Hình 7.Các giá trị đầu vào để tính Tnet 11 Hình 8 :Thiết lập cơng thức tính Ca 12 Hình 9 .Thiết lập cơng thức tính Je 12 Hình 10 .Thiết. .. vào để tính Tnet  Dùng cơng thức tính lực kéo khí động học F  ca  reff Re    Cd Af V 2 Để tìm Ca 11 Hình 8 :Thiết lập cơng thức tính Ca  Tính Je cơng thức Hình 9 .Thiết lập cơng thức tính. .. giá trị cần thiết việc tính mơ men xoắn Tnet với cơng thức là: Hình 10 .Thiết lập cơng thức tính Tnet  Trong Fnc có hàm “ u(4)*u(3)^3*u(2)^3*u(1)^2+u(3)*(u(2)*u(5)) ”  Xuất kết mô men xoắn Tnet