4.2.1. Xây dựng và thiết lập số liệu để mô phỏng trên CARSIM
4.2.1.1.Thiết lập các kích thước mô phỏng xe giống với thực tế
Để thiết lập mô phỏng giống như mô hình xe điện thực tế nhóm đã tiến hành thu thập số liệu xe thật để đưa vào mô phỏng, do trong quá trình thu thập kích thước đã thiếu thiết bị cần thiết nên có một số kích thước chỉ mang tính gần đúng.
Hình 4. 19 Chọn thông số kích thước dựa trên mô hình thực tế
Để mô phỏng đúng với thực tế mô hình nhóm sử dụng dữ liệu phần CATIA để thêm vào CARSIM, tiến hành thay đổi tỉ lệ sao cho phù hợp với mô phỏng mà vẩn đảm bào kích thước thực tế như:
Thay đổi khung xe. Thay đổi bánh xe. Thay đổi lốp xe.
Hình 4. 20 Khung xe được thay đồi từ phần mềm CATIA
Hình 4. 22 Loại bỏ một số chi tiết không cần thiết
Hình 4. 23 Mô phỏng xe điện trong CARSIM sau khi thay đổi
4.2.1.2.Chọn thông số kỹ thuật cho trước
Hệ thống lái: Steering Driver path follower. Hệ thống phanh: Không.
Vận tốc lúc ban đầu: 10 km/h. Thời gian mô phỏng: 15s
Chọn kiểu đường thử nghiệm: 5m Grid.
Hình 4. 24 Thiết lập các thông số kỹ thuật cho trước 4.2.1.3.Chọn thông số đầu ra đầu vào.
Thông số đầu vào là tín hiệu điều khiển từ Simulink gửi đến Carsim: IMP_MYO_L2: Mô ment ngoại lực tác động vào bánh sau trái. IMP_MYO_R2: Mô ment ngoại lực tác động vào bánh sau phải. Thông số đầu ra từ Carsim:
Steer_L1, Steer_R1: tín hiệu góc bánh xe trước trái và trước phải Ax: gia tốc dọc.
Ay: gia tốc ngang.
Steer_SW: tín hiệu góc lái. Vx: tín hiệu vận tốc xe.
Kappa: độ trượt theo chiều dọc của bánh xe. AVz: Yaw rate.
Beta: góc trượt bên.
Xo: quỹ đạo chuyển động. AVy: Tốc độ của bánh xe.
Lat_Targ: Quỹ đạo chuyển động mong muốn. Lat_Veh: Quỹ đạo thực tế của xe.
Hình 4. 25 Thông số đầu ra của xe
4.2.2. Giao tiếp giữa CarSim và Matlab/Simulink
Hình 4. 27 Chương trình giao tiếp giữa Carsim và Simulink
4.2.3. Mô phỏng và đánh giá
Hình 4.28 cho thấy khi xe có sử dụng hệ thống vi sai điện tử thì góc đánh lái nhỏ hơn so
với xe không sử dụng vi sai điện tử, giúp xe di chuyển ổn định hơn mà không cần đánh lái quá lớn.
Hình 4. 29 Biểu đồ quỹ đạo xe (φ=0.85)
Hình 4.29 cho thấy xe có trang bị hệ thống vi sai điện tử thì quỹ đạo chuyện động sát
với quỹ động mong muốn hơn.
Hình 4. 30 Biểu đồ thể hiện Yaw rate của xe (φ=0.85)
Hình 4.30 cho thấy xe có trang bị hệ thống vi sai điện tử thì tốc độ ổn định hơn so với
Hình 4. 31 Biểu đổ vận tốc của xe (φ=0.85)
Hình 4. 33 Biểu đồ thể hiện vận tốc 4 bánh xe (φ=0.85)
Hình 4.31, hình 4.32 và hình 4.33 cho ta thấy khi vào đường cua, xe không trang bị vi sai điện tử thì tốc độ 2 bánh sau gần như không đổi làm tăng độ trượt của bánh, khiến xe bị mất ổn định. Ngược lại xe được trang bị vi sai điện tử thì tốc độ 2 bánh sau thay đổi tùy theo vòng trái hay vòng phải, giảm được độ trượt và làm xe ổn định khi quay vòng.
Hình 4. 35 Biểu đồ thể hiện gia tốc dọc của dọc của xe (φ=0.85)
Hình 4.34 cho ta thấy gia tốc dọc của cả 2 xe gần như nhau trong trường hợp này. Hình 4.35 cho ta thấy gia tốc ngang của xe có trang bị vi sai điện tử nhỏ hơn khi vào
đường vòng so với xe không có vi sai điện tử, hạn chế độ trượt của xe, giúp xe chuyển động ổn định hơn.
Mô phỏng trên đường ướt với hệ số bám φ=0.5:
Hình 4. 36 Biểu đổ góc lái của xe (φ=0.5)
Hình 4.36 cho thấy khi di chuyển trên đường ướt với hệ số bám thấp thì xe gần như mất
Hình 4. 37 Biểu đồ thể hiện quỹ đạo của xe (φ=0.5)
Hình 4.37 cho ta thấy khi xe chạy thẳng thì cả 2 xe đều giữ được quỹ đạo chuyển động
mong muốn, nhưng khi vào đường cua thi xe không có trang bị vi sai điện tử ngay lập tức mất lái dẫn đến chệch đi quỹ đạo chuyển động mong muốn, ngược lại xe có trang bị vi sai điện tử thi vẫn chuyển động tốt.
Hình 4. 38 Biểu đồ thể hiện Yaw rate của xe (φ=0.5)
Hình 4.38 cho ta thấy tốc độ xoay xe của xe trang bị vi sai điện tử vẫn đủ để đáp ứng
được chuyển động, còn xe không được trang bị thì không đủ để đáp ứng nên xe mất ổn định lệch khỏi quỹ đạo mong muốn.
Hình 4. 39 Biểu đồ thể hiện tốc độ của xe (φ=0.5)
Hình 4.39 cho thấy tốc độ của xe bị giảm khi bắt đầu quay vòng do xe bị trượt lệch khỏi
quỹ đạo chuyển động.
Hình 4. 41 Biểu đồ thể hiện tốc độ 4 bánh xe (φ=0.5)
Hình 4.40 và hình 4.41 cho ta thấy khi xe bắt đầu vào đường vòng, xe không có trang bị vi sai điện tử thì 2 bánh sau tốc độ không đổi, 2 bánh trước độ trượt tăng đột ngột do độ bám mặt đường kém làm cho xe bị mất lái, lệch khỏi quỹ đạo chuyển động. Xe được trang bị vi sai điện tử thỉ tốc độ 2 bánh xe sau thay đổi khi quay vòng, độ trượt 4 bánh nhỏ đảm bảo đánh lái và di chuyển ổn định.
Hình 4. 43 Biểu đồ thể hiện gia tốc ngang của xe (φ=0.5)
Hình 4.43 cho ta thấy gia tốc ngang của 2 xe chênh lệch khá lớn, đối với xe có vi sai
điện tử thì gia tốc ngang phù hợp với quỹ đạo chuyển động của xe làm xe vẫn chuyển động ổn định, còn xe không có trang bị vi sai điện tử thì không đủ để đáp ứng chuyển động.
Hình 4. 44 Biểu đồ thể hiện gia tốc dọc của xe (φ=0.5)
Qua kết quả mô phỏng nhóm đứa ra kết luận: Ngay cả trên điều kiện đường khô có đô ̣ bám cao hay đường ướt có độ bám thấp thì xe có trang bị hệ thống vi sai điện từ vẫn đảm bảo xe chuyển động tốt, an toàn, giảm góc đánh lái và bánh xe ít bị trượt khi quay vòng.
Chương 5. QUÁ TRÌNH THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE ĐIỆN 5.1. KẾT QUẢ NGHIỆM THU PHẦN CƠ KHÍ
Phần cơ khí của xe khi nghiệm thu bao gồm: Thành phẩm khung chịu lực chính.
Hệ thống treo cầu trước, cầu sau. Hệ thống lái hoàn chỉnh.
Sàn xe đảm bảo chịu được tải.
Thành phẩm hệ thống phanh hoàn chỉnh – 04 phanh đĩa cho 04 bánh. Hệ thống lái đảm bảo điều hướng khí chuyển động.
Hệ thống điều chỉnh góc đặt bánh dẫn hướng đã tinh chỉnh phù hợp.
04 bánh xe hoàn chỉnh với 02 bánh trước và 02 bánh sau tích hợp HUB BLDC. Các chi tiết cơ khí nhỏ khác (gá đỡ cảm biến, cần số, gá công tắc nguồn…).
-
5.2. THỬ NGHIỆM KHI XE CHẠY THẲNG
Điều kiện thử nghiê ̣m khi góc lái bằng không.
Trong quá trình thử nghiệm, nhóm đã gặp phải những khó khăn sau:
Tín hiệu từ cảm biến góc lái cũng như tín hiệu từ bàn đạp ga bị nhiễu do chất lượng dây dẫn, chất lượng cảm biến chưa cao.
Chất lượng đường thử còn hạn chế do trường đang trong thời gian sữa chữa. Tín hiệu cảm biến từ cảm biến hall bị nhiễu.
Tín hiệu điều khiển bị nhiễu từ motor do motor sử dụng nam châm bên trong. Vì vậy, dẫn đến việc điều khiển gặp khó khăn.
Do cần số dạng công tắc trượt nên trong quá trình thay đổi số tín hiếu bị nhiều làm mất ổn định cho hệ thống.
Để khắc phục những nhược điểm trên nhóm đã tiến hành thay thế dây dẫn, sử dụng hộp kim loại để cách nhiễu cho bộ driver.
Hình 5. 2 Board điều khiển
Khi cho xe chạy thẳng (góc lái xấp xỉ bằng không):
Xe khởi động êm, nhưng hơi bị giật nhất là khi sử dụng cần số đảo chiều (do hệ số
Tốc độ hai bánh, bánh trái và bánh phải có cùng tốc độ giúp xe ổn định khi chạy thẳng. Với việc sử dụng bộ điều khiển PID giúp cho việc điều khiển tốc độ hai bánh đồng tốc và đạt giá trị mong muốn nhanh hơn. Sai số tốc độ của hai bánh so với tốc độ mong muốn tương đối nhỏ.
Đồ thị hình 5.3 cho ta thấy khi xe chạy thẳng với góc lái bằng không thì lúc xe khởi động để tốc độ hai bánh trái và bánh phải đạt gần được giá trị mong muốn. Nguyên nhân sự sai lệch ở trên là do giá trị mong muốn là khi ở chế độ không tải, nên khi thực nghiệm thì do trọng lượng xe và nguồn điện dẫn đến sự sai lệch này.
Đồ thị hình 5.4 cho ta thấy: khi xe chạy thẳng điện áp của 2 bánh tiêu thụ gần như nhau. Do nhóm sử dụng hai bộ điều tốc của xe đạp điện không giống nhau, nên lương điện tiêu
Hình 5. 3 Đồ thị hiển thị tốc độ góc khi góc lái bằng không
thụ điện của bánh phải lớn hơn điện áp tiêu thụ ở bánh trái. Song nhìn vào đồ thị ta thấy lượng thay đổi của hai bánh có phần tỉ lệ như nhau.
5.3. THỬ NGHIỆM KHI XE QUAY VÒNG
Giả thuyết thử nghiệm:
Nhóm quyết định thử nghiệm trên loại đường nhựa, xung quanh khuôn viên trường học. Đoạn đường thử nghiệm đầu tiên cho xe chạy thẳng 10m sau đó quay vòng phải, và tiếp tục chạy thẳng thêm 10m.
Đoạn đường thử nghiệm nhỏ, có mấp mô do đó tín hiệu góc lái có những sự sai lệch nhỏ.
.
Hình 5. 6 Kích thước đoạn đường quay vòng trá i & phải
Hình 5. 8 Đoạn đường quay vòng phải trên thực tế
Hình 5. 9 Tốc độ góc của hai bánh xe khi quay vòng
Đồ thi ̣ Hình 5.9 cho ta thấy khi xe bắt đầu quay vòng phải, do bánh xe trái quay bên ngoài vòng cua nên tốc độ của bánh trái tăng lên và đồng thời bánh xe phải quay bên trong vòng cua (bá n kính quay nhỏ hơn bánh trái) nên tốc độ bánh phải giảm xuống. Vì vâ ̣y giúp xe chuyển động ổn định khi vào cua.
Hình 5. 10 Đồ thị gia tốc dọc khi quay vòng
Hình 5. 11 Đồ thị gia tốc ngang khi quay vòng
Đồ thi ̣ hình 5.10 và hình 5.11 cho ta thấy khi xe vào vòng cua thì giá tri ̣ gia tốc do ̣c và giá tri ̣ gia tốc ngang của xe tương đối nhỏ, thay đổi rất ít. Vì vậy khi xe vào vòng cua không có hiện tượng trượt bánh và xe chuyển đô ̣ng ổn đi ̣nh khi xe vào vòng cua.
Kết luận:
Khi tăng tốc với góc lái bằng không ta thấy tốc độ hai bánh xe tăng đều nhau.
Lúc quay vòng phải ta thấy tốc độ của bánh trái tăng lên, tốc độ bánh phải giảm xuống. Giá trị tốc độ tăng của bánh này bằng giá trị giảm của bánh kia. Vì vậy giúp cho xe quay vòng được tốt hơn.
Việc sử dụng thuật toán PID giúp cho tốc độ của hai bánh bằng nhau và đạt được giá trị mong muốn.
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1. NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT DƯỢC
Nắm được một số hàm cơ bản trong MATLAB/SIMULINK để có thể giao tiếp và lập trình trên board STM32F4.
Nắm được cơ sở lý thuyết sử dụng CATIA.
Hoàn thành phần cơ khí của xe với các bộ phận như: khung sườn, bánh xe, cơ cấu lái, cần số, phanh, bàn đạp ga, ghế ngồi, sàn xe.
Vi sai điê ̣n tử của xe hoa ̣t đô ̣ng như mô ̣t chiếc vi sai cơ khí thông thường. Cần số có thể điều khiển chiều chuyển động của xe
Nghiên cứu về động cơ BLDC, về nguyên lý hoạt động cũng như cách điều khiển loại động cơ này.
Ứng dụng thực tế động cơ BLDC vào mô hình ô tô điện.
Sử dụng phần mềm Matlab/Simulink lập trình điều khiển cho board STM32F4. Sử dụng dữ liệu để mô phỏng qua phần mềm CARSIM.
Thu thập dữ liệu trên xe gửi về máy tính thông qua module UART. Thiết kế hoàn chỉnh bộ vi sai điện tử sử dụng PID để điều khiển.
6.2. HẠN CHẾ CỦA ĐỀ TÀI
Chưa hoàn thành vỏ xe.
Thuật toán mô phỏng trên SIMULINK còn chưa tối ưu. Việc điều khiển vẫn chưa được tối ưu hóa.
Các cảm biến thu thâ ̣p dữ liê ̣u vẫn còn bi ̣ nhiễu khá nhiều.
Năng lượng sử dụng còn hạn chế, không đủ đáp ứng trong thời gian dài.
6.3. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
Sử dụng thuật toán mới cải thiện bộ điều khiển vi sai điện tử hoạt động tốt hơn nữa. Lập trình điều khiển bộ trợ lực lái điện phục vụ hệ thống tự lái.
Thiết kế hệ thống ABS, EC, TCS, EPS, …
Thông qua module UART thiết kế xe điều khiển từ xa thông qua module blutooth, module wifi để thu thập dữ liệu trên xe.
PHỤ LỤC
1. Hướng dẫn cài đặt thư viện WaijungBlockset vào thư viện Matlab/Simulink
Các bước thực hiện để thêm thư viện Waijungblockset vào thư viện của MATLAB/SIMULINK
Bước 1: Truy cập vào địa chỉ wed: http://waijung.aimagin.com/
Để cài đặt được thư viện Waijung Blockset vào thư viện Simulink ta vào địa chỉ trang web trên. Sau đó nhấp vào biểu tượng Download Soflware (vị trí đã được khoanh tròn) như hình….
Sau khi nhấp chuột thì ta được giao diện web mới như hình…. Tiếp sau đó ta nhấp chuột tiếp vào biểu tượng Dowload Now (vị trí được khoanh tròn tròn trong hình) để download thư viện Waijung Blockset về máy tính.
Khi hoàn tất quá trình tải ta được 1 tệp có tên là “waijung17_03a”. Để cài đặt được thư viện ta cần phải giải nén tệp vào vị trí nào đó trên máy tính, mà thấy là thuận tiện.
Bước 2: Cài đặt thư viện waijungblockset vào thư viện của Matlab/Simulink.
Hình 7. 1 Giao diện Website Waijung Blockset (1)
Để cài đặt ta cần chạy phần mềm Matlab/Simulink bằng cách đúp chuột phải vào biểu tượng Matlab, kích vào chạy Run as administrator như hình vẽ ... để tránh tình trạng xảy ra lỗi trong quá trình làm việc.
Sau khi chạy phần mềm Matlab/Simulink xong ta được màn hình như hình… Tiếp theo ta cần phải nhấp vào Curent Directory của Matlab để tìm đường dẫn đến thư mục “waijung17_3a” đã được giải nén lúc trước như trong hình… (vị trí khoanh tròn thứ 1).
Hình 7. 4 Thư viện phần mềm Simulink (1)
Tiếp theo nhấp đúp chuột vào install_waijung.m (vị trí khoanh tròn thứ 2) để cài đặt thư viện.
Khi quá trình cài đặt hoàn tất. Ta mở thư viện của Simulink ra nếu xuất hiện thêm thư viện Waijung Blockset như hình … (vị trí khoanh tròn như hình trên) thì việc cài đặt thư viện Waijung Blockset thành công.
Bước 3: Nạp thử một chương trình vào bo mạch STM32F4
Trong thư mục “Waijung17_3a” nhà cung cấp đã cho người dùng phần mềm những ví dụ cơ bản.
Ta dùng thử một demo đó là cho 4 đèn led trên bo STM32 chớp tắt bằng cách vào đường dẫn như sau: waijung17_03a\targets\stm32f4_target\stm32f4\demo\digital_output_demo ở tool Current Directoty của phần mềm Matlab.
Hình 7. 5 Thư viện phần mềm Simulink (2)
Để nạp được code này vào bo STM32 ta cần kết nối board bằng dây cáp qua công USB