(R )( b RR ).a
3.6.Xây dựng sơ đồ mô phỏng bằng Simulik
Giới thiệu sơ luợc phần mềm Matlab-Simulink
Gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, với rất nhiều phân mềm tính toán, mô phòng mạnh ra đời và liên tục được hoàn thiện. Đầy là những công cụ rất tốt trong việc phân tích các quá trình cơ học. Nhờ các phần mềm này các quá trình cơ học được phân tích rất nhanh chóng, kết quả phân tích chính xác hơn, đồng thời có thể phân tích được rất nhiều yếu tố.
Trong lĩnh vực phân tích quá trình động học chuyển động ô tô rất nhiều tác giả đã ứng dụng Matlab-Simulink để khảo sát các quá trình khác nhau với các mục đích nghiên cứu khác nhau và đã mạng lại nhiều kết quả tốt. Không nằm ngoài xu thế đó trong đề tài chúng tôi ứng dụng các chưc năng của phần mềm Matlab-Simulink để mô phỏng động lực học quá trình phanh xe ô tô có trang bị hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS.
Nguyên tắc làm việc trong Simulink:
Trong thư viện simulink có các khối chức năng lập trình sẵn theo kiểu hộp đen cơ bản chúng có các thông số đầu vào, các thông số đầu ra, các tham số của khối. Quan hệ giữa thông số đầu vào, đầu ra, tham sô đuợc mô tả bằng
các quan hệ toán học, quan hệ logic tuỳ thuộc vào chức năng của khối. Theo nguyên tắc mỗi khối chức nặng sẽ thực hiện một yêu cầu cụ thể nào đó. Tuy nhiên trong Simulink cho phép kết nối các khối chức năng khác nhau bằng việc kết nối các thông số đầu vào và đầu ra giữa các các khối. Việc kết nối đựơc thực hết sức trực quan đơn giản. Điều này cho phép ta có thể mô phỏng khảo sát những hệ thống phực tạp một cách khoa học.
Trong thư viện mẫu các khối chức năng cơ sở của simulink được chia thành các nhóm khối có chức năng cơ bản như nhau. Trong cùng một nhóm các khối khác nhau sẽ cung cấp công cụ đáp ứng từng yêu cầu cụ thê.
Một số nhóm các khối chức năng cơ bản:
+ Thư viện Sources
Trong thư viện Sources có các các khối nguồn phát tín hiệu, các khối
còn cho phép nhập số liệu từ một file, hay từ Matlab Workspace. Ở đây ta
điểm qua một số khối cơ bản thông dụng.
Khối Constant tạo nên một hằng số không phụ thuộc thời gian. Hằng số cố thể là giá trị vô hướng hay một vector hoặc một ma trận.
Khối phát sóng hình sin.
+ Thư viện khối hiển thị
Bao gồm các khối suất chuẩn của simulink.bên cạnh khẳ năng hiển thị đơn giản bằng số, còn có khối dao động ký để biểu diện các các thông số phụ thuộc vào thời gian. Ngoài ra có các khối lưu và cất dữ liệu thành file.
Khối Scope cho phép hiện thị dưới dạng đồ thị theo thời gian. Khối XYGaph cho phép hiện thị đồ thị quan hệ giữa hai tín hiệu
Khối To workspace gửi dữ liệu đầu vào của khối đến tới môi
trường Matlab workspace dưới dạng mảng Array.
Thư viện math bào gồm các khối có chức năng thực hiện các phép tính số học như: cộng, trừ và các phép tính toán học khác như sin, cos..v..v…
+ Thư viện lôgic
Thư viện logic and operations bao gồm các khối có chức năng thực
hiện các phép tính logic.
Ngoài ra trong thư viện Simulink còn có rất nhiều khối chức năng khác cho phép ta mô phỏng chính xác các hiên tương, quá trình cơ học khác nhau, cũng như các yêu cầu kỹ thuật.
Nói chung nguyên tắc của các khối là có đầu vào, đầu ra dữ liệu và các tham biến của khối. Khi ta sử dụng các khối có yêu cầu nhập tham số trong các sơ đồ mô phỏng cần phải cung cấp đầy đủ và chính xác các tham số để phản ánh đúng nhất thông số của mô hình thật.
Trên cơ sở các phương trình vi phân chuyển động của xe cùng phương trình chuyển động quay của bánh xe ta thiết lập sơ đồ mô phỏng như sau:
Sơ đồ kết nối mô phỏng động lực học quá trình phanh tác động của hệ thống ABS
Với thông số đầu vào của mô hình:
- Trọng lượng của xe ô tô: G=2170Kg
- Mô men quán tính bánh xe: J=4.8 Kg.m2
- Hệ số bám : ϕ =(−0.5961+7.0001δ).e−5.δ +0.0961
- Hệ số bám lớn nhất:φmax=0.68
Thông số đầu vào khảo sát: V(Km/h)
Thông số đầu ra của mô hình
- Quãng đường phanh: Sp
- Thời gian phanh: tp
- Đường cong trượt δ(t)
Giải thích một số khối cơ bản mô hình:
Khối Sign có nhiêm vụ mô phỏng van điện từ đóng mở đường áp suất dầu.
Khối tranrefer có chức năng mô phỏng độ trê quá trình lan truyền áp suất dầu.
Khối tích phân có nhiệm vụ mô tả quá trình tăng, giảm áp suất dầu
Khối lấy tính phân vận tốc thực của xe
Khối lấy tích phân quãng đường phanh.
Khối tính độ trượt δ
Khối có nhiệm vụ dừng quá trình tính toán khi vận tốc bằng không.
Khối mô tả đường cong trượt
Như vậy, mô hình mô phỏng trên mô phổng động lực quá trình phanh trong dó có kể đến sự thay đổi hệ số bám φ theo độ trượt δ, điều này sẽ cho ra kết quả chính xác hơn các chỉ tiêu cơ bản quá trình phanh.
Các phương án khảo sát:
Quá trình phanh ô tô trên mỗi loại địa hình là một quá trình diễn ra hết sức phức tạp, trong đó mỗi đại lượng biến đổi không ngừng và phụ thuộc lẫn nhau. Vì vậy, việc đưa ra một phương án để xét đến tất cả các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phanh gặp rất nhiều khó khăn. Mặt khác phanh ô tô chỉ là một trong một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm ba yếu tố: Con người – thiết bị – môi trường, mà yếu tố 1 và 3 không ngừng biến đổi. Để nghiên cứu quá trình phanh người ta có thể chia ra làm nhiều phương án, giải từng trường hợp cụ thể, thậm chí cho từng loại đường cụ thể. Không ngoài mục đích nhằm đơn giản phương án khảo sát, tuy nhiên vẫn giữ được tính tổng quát của nó trước khi trình bày các phương án khảo sát đề nghị chấp nhận một số giả thiết đã nêu:
+ Quá trình phanh là phanh gấp
+ Quá trình phanh diễn ra khi đã cắt ly hợp
+ Coi mômen phanh trên bốn bánh của ô tô là như nhau.
+ Tình trạng mặt đường, tình trạng lốp xe trên bốn bánh là như nhau
PAKS Đường cong bám V0 (km/h)
Phanh trong trường hợp không có ABS
PAKS 1.1 Đường cong 1(trên đường bê tông nhựa) 40
PAKS 1.2 Đường cong 1(trên đường bê tông nhựa) 60
PAKS 1.3 Đường cong 1(trên đường bê tông nhựa) 80
Phanh trong trường hợp có tác động của ABS
PAKS 2.1 Đường cong 1(trên đường bê tông nhựa) 40
PAKS 2.2 Đường cong 1(trên đường bê tông nhựa) 60
PAKS 2.2 Đường cong 1(trên đường bê tông nhựa) 80
+ Quá trình phanh diễn ra trên đường phẳng không có độ dốc dọc và dốc ngang
Bảng 3.1. Các phương án khảo sát
Phương án khảo sát 1.1 V0 =40Km/h
+ Độ trượt của bánh xe.
+ Quãng đường phanh Sp = 11.58m
+ Quãng đường phanh tp =1.75s
Phương án khảo sát 1.2 V0 =60Km/h
+ Độ trượt của bánh xe.
+ Quãng đường phanh Sp = 23.28m + Thời gian phanh tp =2.48s
Phương án khảo sát 1.2 V0 =80Km/h
+ Đồ thị vận tốc góc lý thuyêt và thực tế của bánh xe
+ Quãng đường phanh Sp = 39m + Thời gian phanh tp =3.22
Qua quá trình khảo sát ta nhân thấy vận tốc băt đầu phanh càng lớn thì quãng đường phanh càng lớn.
+ V0=40 Km/h thì quãng đường phanh Sd = 11.58m + V0=60 Km/h thì quãng đường phanh Sd = 23.28m + V0=80 Km/h thì quãng đường phanh Sd = 39m
Nhìn trên đường cong vận tốc góc ta nhận thấy đoạn đầu quá trình phanh giảm chậm do quá trình tăng mô men phanh và độ trễ hệ thuỷ lực,
Đoạn sau giảm rất nhanh và có dạng tuyến tính điều đó là do mô men phanh lớn nhất bằng khả năng bám và duy trì không đổi.
Phương án khảo sát 2.1 Vo =40Km/h
+ Đồ thị vận tốc góc lý thuyêt và thực tế của bánh xe
+ Quãng đường phanh Sp = 11.48m + Thời gian phanh tp =1.725s
Phương án khảo sát 2.1 V0 =60Km/h
+ Độ trượt của bánh xe.
+ Quãng đường phanh Sp = 22.2m + Thời gian phanh tp =2.26
Phương án khảo sát 2.1 V0 =80Km/h
+ Đồ thị vận tốc góc lý thuyêt và thực tế của bánh xe
+ Quãng đường phanh Sp = 35.08
+ Thời gian phanh tp =2.805
Từ kết quả khảo sát ta có chỉ tiêu quãng đường phanh như sau: + V0=40 Km/h thì quãng đường phanh Sd = 11.48m + V0=60 Km/h thì quãng đường phanh Sd = 22.2 + V0=80 Km/h thì quãng đường phanh Sd = 39m
Qua kết quả khảo sát trên ta nhận thấy các chỉ tiêu đánh giá quá trình khi có sự tác động của hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS các chỉ tiêu cơ bản đánh giá quá trình phanh đựơc cải thiện rất nhiều quãng đường phanh, thời gian phanh nhỏ hơn, gia tốc phanh lớn hơn: tại vận tốc ban đầu phanh V0=80 Km thì quãng đường phanh khi không có ABS Sd = 39m, khi có tác động của hệ thông của hệ thống chống bó cứng ABS Sd = 35.08m. Như vậy, quãng đường phanh giảm được
%10 10 100 . 39 08 . 35 39 Sd= − = ∆
Tuy nhiên, Khi phanh ở vận tốc phanh ban đầu nhỏ V0 = 40 Km thì hiệu quả
phanh đuợc cải thiện không đáng kể. Cụ thể: 11.58 .100 0.8%
48. . 11 58 . 11 = − = ∆Sd
Ngoài ra trong hầu hết thời gian phanh bánh xe không bi bó cứng. Điều này giảm rất nhiều sự mất ổn định hướng và người lái xe vẫn có khả năng điều khiển xe, góp phần nâng cao an toàn giao thông rất nhiều.
Qua sự phân tích trên ta nhận thấy hiệu quả rõ rệt của hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh ABS. Đây là tiến bộ vượt bậc của kỹ thuật ô tô nó góp phần rất đáng kể trong tiến trình ngày càng hoàn thiên hơn tính năng vận hành an toan và tiện nghi sử dụng cho các phương tiên giao thông. Đặc biệt trong lĩnh vực an toàn giao thông khi mà nhu cầu giao thông ngày càng tăng và đa dạng.