80
Luận văn mô phỏng trạng thái chuyển động chuyển làn của xe tại vận tốc gần như không đổi và bằng 60 km/h, trên đường có hệ số bám cực đại là 0.7. Tín hiệu điều khiển của người lái có dạng hình sin với biên độ 60 (ứng với góc lái 60 độ), chu kỳ 2 giây (ứng thời gian chuyển làn là 2 giây) như hình 3-12a. Mô hình mô phỏng cho hệ truyền động bốn động cơ điện dẫn động trực tiếp bốn bánh xe.
Khi không điều khiển, xe chuyển động quay vòng thiếu. Bộ điều khiển tác động thay đổi dòng điện tới các động cơ. Khi đó, momen cấp xuống hai động cơ bên trái tăng lên, momen hai hai động cơ bên phải giảm xuống làm thay đổi tốc độ của các động cơ điện tương ứng hỗ trợ chuyển động quay vòng của xe, giúp xe quay vòng theo quỹ đạo đúng như hình 3-14.e. Khi đó, độ trượt của các bánh xe giảm (hình 3-14.d - độ trượt bánh xe sau trái); trước và sau khi chuyển làn góc quay thân xe bằng không; và khi trả thẳng lái quỹ đạo xe có thể trở về vị trí chuyển động thẳng mà không cần sự điều chỉnh từ người lái (hình 3-14.e). Khi xe chuyển làn với cùng một góc quay vành lái thì dịch chuyển của xe khi có bộ điều khiển sẽ lớn hơn, do đó, để đạt được cùng một góc quay thì người lái chỉ cần đánh lái với góc quay nhỏ hơn khi có bộ điều khiển tác động.
81
a) Quy luật đánh lái hình sin b) Vận tốc góc quay thân xe
d) Độtrượt bánh xe sau trái
e) Quỹđạo chuyển động f) Momen của 4 động cơ
(rad/s) Thời gian (s) c) Góc quay thân xe ε (rad) Time (s) X(m) Y(m) Time (s) Độ trượt (%) Time (s) Time (s)
M(Nm) Momen 2 động cơ bên trái Momen 2 động cơ bên phải
M(Nm)
Hình 3-14: Chuyển làn với góc quay vô lăng 600 tại tốc độ gần 60 km/h Thời gian (s) Thời gian (s) Thời gian (s) G óc q ua y và nh lá i [đ ộ ]
82
3.5.2. Quay vòng ở tốc độ thấp
Luận văn mô phỏng chuyển động quay vòng ở tốc độ thấp với góc quay vành lái tương đối lớn (1800 và 2400). Kết quả mô phỏng chuyển động quay vòng khi quay vòng với góc quay vành lái không đổi và bằng 2400 khi tốc độ chuyển động của xe là 30 km/h, trên đường có hệ số bám cực đại là 0,7 như trên hình 3-15.
Kết quả mô phỏng trên cho thấy, độ trượt của bánh xe bên trái giảm xuống, còn độ trượt bánh xe bên phải tăng, vận tốc góc quay thân xe lớn hơn so với trạng thái chưa điều khiển nên xe quay vòng nhanh hơn làm giảm bán kính quay vòng. Nhờ đó quỹ đạo chuyển động của xe gần với điều kiện động học đúng. Tuy nhiên, gia tốc ngang thân xe lại lớn hơn (hình 3-15e) so với khi chưa điều khiển, gây cảm giác xe quay vòng ngoặt cho người ngồi trên xe, làm giảm tính tiện nghi sử dụng.
Khi giữ góc quay vành lái không đổi, quỹ đạo chuyển động của xe khi quay vòng đúng là một cung tròn bán kính R. Khi không sử dụng bộ điều khiển, xe chuyển động trên các cung tròn khác nhau và ngày càng đi lệch quỹ đạo mong muốn nếu không có hiệu chỉnh của người lái. Khi bộ điều khiển làm việc, bán kính quay vòng của xe giảm xuống, và xe chuyển động trên quỹ đạo tròn với bán kính không đổi (hình 3-15f). Như vậy, để khắc phục quỹ đạo cho trước, với bộ điều khiển hỗ trợ ch-uyển động thì lái xe chỉ cần đánh lái ít hơn để quay vòng.
83
c) Momen của 4 động cơ d) Bán kính quay vòng
Hình 3-15: Xe quay vòng với góc quay vô lăng bằng 2400 tại tốc độ 30km/h a) Vận tốc góc quay thân xe b) Độtrượt bánh xe sau trái
e) Gia tốc ngang thân xe f) Quỹđạo chuyển động của xe Thời gian (s) (rad/s) Thời gian (s) M(Nm) Thời gian (s) Thời gian (s) R(m) ay (m/s2) Thời gian (s) Y(m) X(m) Độtrượt (%)
84
KẾT LUẬN
Kế thừa những mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô đã được xây dựng và công bố trước đây, luận văn đã xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô điện sử dụng hệ truyền động 4 động cơ điện dẫn động độc lập cho 4 bánh xe và đề xuất bộ điều khiển hỗ trợ chuyển động quay vòng của xe. Qua khảo sát kết quả mô phỏng vận tốc lớn nhất của xe có thể đạt được có thể đánh giá một số tính năng chuyển động của xe mà không cần tính toán sức kéo của ôtô. Việc điều khiển các động cơ điện một cách độc lập giúp cho quá trình quay vòng của xe gần với trạng thái quay vòng đúng. Luận văn đã sơ bộ đề xuất được bộ điều khiển mờ với luật điều khiển PID. Nhưng các thông số của bộ điều khiển PID được hiệu chỉnh thông qua quá trình mô phỏng.
Kết quả luận văn có thể là cơ sở cho các hướng nghiên cứu về điều khiển chuyển động và điều khiển ổn định của ô tô điện. Tuy nhiên, các kết quả của luận văn mới chỉ là kết quả nghiên cứu bước đầu. Luận văn cần được phát triển và nghiên cứu thêm nhằm có thể ứng dụng vào thực tiễn lớn hơn. Hướng phát triển của luận văn là hoàn thiện các bộ điều khiển và thực hiện mô phỏng Hardware - in - the - loop.
85
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Ngọc Trung, "Mô phỏng chuyển động của ô tô 4 bánh dẫn hướng", Luận văn thạc sỹ khoa học, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2008.
[2] Nguyễn Khắc Trai, "Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô", Nhà xuất bản Giao thông vận tải, 1997.
[3] Nguyễn Xuân Trung, "Nghiên cứu mô phỏng hệ thống động lực ô tô điện", luận văn thạc sỹ, Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, 2012.
[4] Reza N. Jazar, "Vehicle Dynamic: Theory and Application", Springer, 2008.
[5] Kiyotaka Kawashima, Toshiyuki Uchida, Yoichi Hori, "Rolling Stability Control Based on Electronic Stability Program for In-wheel-motor Electric Vehicle", World Electric Vehicle Journal Vol.3, May 13-16, 2009.
[6] Rongrong Wang and Junmin Wang, "Stability Control of Electric Vehicles with Four Independently Actuated Wheels", 2011 50th IEEE Conference on Decision and Control and European Control Conference (CDC-ECC) Orlando, FL, USA, December 12-15, 2011.
[7] Iqbal Husain, "Electric and Hybrid Vehicles Design Fundamentals", CRC PRESS Boca Raton London New York Washington, D.C, 2005.
[8] Gianfranco Pistoia, "Electric and Hybrid Vehicles Power Sources,Models, Sustainability, Infrastructure and the Market", Elsevier Radarweg 29, PO Box 211, 1000 AE Amsterdam, The Netherlands Linacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 8DP, UK, 2010.
[9] James Larminie, John Lowry, "Electric Vehicle Technology Explained, John Wiley & Sons, 2003.
[10] Published by InTech, "Electric Vehicles – Modelling and Simulations", Published by InTech Janeza Trdine 9, 51000 Rijeka, Croatia, 2011.
86
[11] Thomas D.Gillespie, "Fundmentals of Vehicle Dynamics", Published by Society of Automotive Engineers, Ilic.
[12] M. Zeraoulia, M.E.H. Benbouzid, D. Diallo, "Electric Motor Drive Selection Issues for HEV Propulsion Systems: A Comparative Study", 2006.