ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB – SIMULINK KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH KHỞI HÀNH VÀ TĂNG TỐC CỦA Ô TÔ
3.2.1 Giới thiệu về Matlab – Simulink
Để giải mô hình toán đã xây dựng, ta sử dụng phương pháp mô phỏng. Đây là cách thức mô phỏng thông qua các vật chuẩn và liên kết vật chuẩn có sẵn trong thư viện của phần mềm chuyên dụng. Để thực hiện theo phương pháp này, ta chia hệ thống nghiên cứu thành các khối và liên kết chúng lại thông qua các đường nối.
Hệ thống truyền lực của ô tô có thể chia thành các khối liên kết với nhau nhờ các trục nối và trục liên kết, gồm: khối động cơ, khối ly hợp và hộp số, khối truyền lực cuối cùng, khối bánh xe.hiện nay có rất nhiều phần chuyên dụng như Alaska, Adam, Matrix và matlab với thư viện SIMDRIVELINE. Việc mô phỏng được thực hiện bằng cách phát triển các khối sơ đồ mô phỏng, sử dụng các khối được định nghĩa từ trước như: khối tổng, khối tích phân, khối nhân hệ số, các khối hiển thị,.... mà các khối này đã chứa đựng các dữ liệu định nghĩa, các phương trình vi phân hay tích phân của hệ thống.
Hiện nay ở nước ta, phần mềm matlab là một trong những phần mềm khá thông dụng và có nhiều tác giả nghiên cứu nên ta chọn phần mềm này để làm công cụ nghiên cứu.
Simulink là phần chương trình mở rộng của Matlab nhằm mục đích mô hình hoá, mô phỏng và khoả sát các hệ thống động học. Giao diện đồ hoạ trên màn hình Simulink cho phép thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối
chức năng quen thuộc. Simulink cung cấp cho người sử dụng một thư viện rất phong phú, có sẵn với số lượng lớn các khối chức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến và gián đoạn. Hơn thế, người sử dụng có thể tạo khối cho riêng mình. Một tính năng đặc biệt khác của Simulink là có thể nhận tín hiệu trực tiếp từ các phần mềm khác giống như nhận tín hiệu từ bên ngoài vào để xử lý của một số phần mềm Dasylab...sau khi xử lý nó có thể phản hồi tín hiệu trở lại để điều khiển đối tượng đó.
.
Hình 3.1: Màn hình Matlab
Trên hình 3.1 thể hiện màn hình làm việc của Matlab, đây là màn hình chính điều khiển toàn bộ tất cả các quá trình diễn ra ở Matlab
Hình 3.2- Màn hình xây dựng sơ đồ khối (New model window) Trên hình 3.2 biểu diễn một màn hình mới chuẩn bị cho quá trình lập trình với các phần tử có sẵn trong Matlab-Simulink.
Simulink là một toolbox của matlab, dùng để mô phỏng động học một cách nhanh chóng và thuận tiện. Thông thường công cị này được dùng thiết kế hệ thống điều khiển, hệ thống thông tin và các ứng dụng mô phỏng khác, cho phép mô tả hệ thống tuyến tính, hệ thống phi tuyến, các mô hình trong miền thời gian liên tục và gián đoạn cho kết quả nhanh chóng và chính xác. Bộ lệnh của phần mềm này lên tới hàng nghìn và được mở rộng thông qua các hàm tạo lập bơi người sử dụng, hay thông qua các thư viện. Simulink sử dụng giao diện đồ họa xây dựng và sử dụng mô hình bằng cách lựa chọn các đối tượng có sẵn trong thư viện của Simulink vào hệ thống, nhờ vậy mô hình được quan sát một cách trực quan.
Hình 3.3 Hệ thống thư viện phần mềm Matlab - Smulink
Continuous: các phần tử liên tục
Discontinuous: các phần tử không liên tục Look-up Table: tổ hợp bảng tìm kiếm Math operation: tổ hợp sử lý toán học Mode-Verification: tổ hợp mô đun kiểm tra
Mode- Wide Utilities: tổ hợp mô dun tiện tích mở rộng Porte & Subsystems: tổ hợp các phần tử mô phỏng Signal routing: định tuyến tín hiệu
Signal Attributes: tổ hợp các thuộc tính tín hiệu Sinks: tổ hợp biểu diễn tín hiệu
Sources: tổ hợp nguồn tín hiệu
Từ phiên bản 7.04, Matlab có thêm Simdriveline là chương trình phát triển của simulink nhằm mục đích mô hình hóa, mô phỏng, khảo sát động lực học của cơ hệ dọc theo dòng lực trong cơ hệ. Simdriveline cung cấp cho người sử dụng một thư viện đủ để biểu diễn và tính toán động lực học cho cho vật và hệ vật, đặc biệt là hệ thống truyền động, truyền lực trên các loại xe,… Simdriveline có thể liên kết trở lại với Matlab-Simulink để thay đổi các thông số cho phù hợp với các bài toán thật.
Hình 3.4 Thư viện của Simdriveline
Dynamic Elements: các phần tử động lực, gồm các khối như bộ ly hợp, biến mô men, bộ lò xo-giảm chấn, bộ hãm cứng.
Gears: các bộ truyền bánh răng, gồm các bộ truyền bánh răng như cặp bánh răng đơn, cặp bánh răng có tỷ số truyền thay đổi, bộ truyền hành tinh, bộ truyền vi sai…
Sensors & Actuators: bộ phát mô men, gồm các khối kích động bằng lực và chuyển động, các cảm biến đo chuyển động và lực, khối điều kiện đầu.
Solver & Interias: khối môi trường, quán tính, gồm các khối môi trường ngoài, giá và vỏ hộp, các chi tiết chuyển động quay và môi trường trung gian. Transmission Templates: khối hộp số chuẩn, gồm các hộp số hành tinh khác nhau.
Utlities: cổng kết nối
Vehicle Comonents: các phần tử xe, gồm các khối mô hình động cơ đốt trong, khối mô hình lốp và khối mô hình động lực học dọc của ô tô.
Các khối cơ bản:
Khối Driveline Environment (khối môi trường): chỉ định chế độ tính toán mô phỏng động lực học hoặc chế độ mô phỏng tuyến tính.
Ở chế độ mô phỏng động lực học, Simdriveline sẽ giải phương trình chuyển động của hệ thống theo các bước thời gian bắt đầu từ điều kiện đầu và sử dụng các mô men, ràng buộc,…
Với chế độ tuyến tính hóa Simdriveline cũng giải phương trình chuyển động của hệ thống theo thời gian nhưng nó đơn giản hóa sử lý của một số khối nhất định.
Khối share Environment (chia sẻ môi trường): là khối được dùng để nối các sơ đồ khối Simdriveline thành một sơ đồ chung với môi trường xác định thống nhất. Nó là sự kết nối phi vật lý nên không truyền bất kỳ đại lượng vật lý nào qua lại giữa hai sơ đồ.
Khối Hard Stop: để mô tả sự nối hai trục quay với nhau bằng nội lực lò xo giảm chấn quan hệ với góc và vận tốc góc dịch chuyển tương đối của hai trục đo. Khi góc dịch chuyển tương đối của hai trục đó lớn hơn giá trị giới hạn trên hay nhỏ hơn giá trị giới hạn dưới thì nội lực lò xo, hệ số cản giảm chấn xuất hiện trong các khớp nối.
Các giá trị độ cứng của lò xo, hệ số giảm chấn cũng như các giá tri giới hạn trên và dưới được nhập vào từ hộp thoại của khối.
Khối Innitial Condition: thiết lập giá trị vận tốc góc ban đầu khác không cho một trục quay.
Khối motion actuator: kích động một trục quay với chuyển động cụ thể. Các giá trị thiết lập có thể là vận tốc góc hoặc gia tốc góc.
Khối motion sensor: đo chuyển động của một trục quay bằng cách nối khối với trục quay cần đo. Đầu ra của khối có thể bao gồm chuyển vị, vận tốc, gia tốc tùy theo lựa chọn trong hội thoại của khối.
Khối Torque actuator: đặt một mô men vào một trục quay
Khối Torque sensor: đo mô men xoắn trên một trục bằng cách nối khối này vào trục cần đo, khối này không có tham số cần thiết lập.
Khối Connection Port: tạo cổng nối vật lý cho một mô hình con, ta cần đánh số cho cổng nối và định vị của cổng nối ở bên trái hay bên phải của mô hình con.