Ở xe khơng có TCS: Khi người lái dậm chân ga, hệ thống sẽ tính tốn lực kéo của động cơ mà người lái mong muốn, và hệ thống điều khiển các chỉ số nhiên liệu để động cơ cung cấp lực kéo đạt mức yêu cầu.
Ở xe có TCS: Hệ thống TCS sẽ tính tốn và kiểm sốt lực kéo từ động cơ truyền xuống các bánh xe, kết hợp áp dụng hệ thống phanh để làm giảm lực kéo.
Hình 4.39. Đồ thị vận tốc các bánh xe, xe của 2 xe với chế độ mở hồn tồn bướm ga
Hình 4.40. Đồ thị áp suất phanh từng bánh xe của hai xe với chế độ mở hoàn toàn bướm ga
Ở xe khơng có TCS: khi vừa xuất phát, ở các bánh xe chủ động xuất hiện hiện tượng thừa lực kéo, nên vận tốc tại các bánh này tăng nhanh. Khi bánh xe bắt đầu vào đoạn đường có hệ số bám thấp, theo nguyên lý làm việc, vi sai sẽ truyền lực kéo xuống các bánh xe bên trái (các bánh xe chạy ở mặt đường có hệ số bám thấp) nhiều hơn, nên các bánh xe bên trái sẽ có tốc độ cao hơn các bánh xe bên phải. Đến một tốc độ nhất định nào đó, xe sẽ mất khả năng dẫn hướng, chuyển động không ổn định và gây nguy hiểm. Tùy thuộc vào độ mở bướm ga mà người lái yêu cầu, nếu độ mở bướm ga yêu cầu cung cấp một vận tốc không quá lớn, xe vẫn sẽ mất ổn định, nhưng sau một khoảng thời gian, xe vẫn di chuyển ổn trên đường và chạy với tốc độ tương ứng với độ mở bướm ga. Trong suốt quá trình này, không hề xuất hiện lực phanh tại các bánh xe.
Ở xe có TCS: khi vừa xuất phát, các bánh xe chủ động vẫn sẽ xuất hiện hiện tượng thừa lực kéo, nhưng khi hệ thống TCS phát hiện điều này thông qua các cảm biến đặt ở bánh xe, hệ thống lập tức tác động lực phanh vào các bánh xe để giảm lực kéo tác dụng lên các bánh xe và làm các bánh xe quay chậm lại, ở các bánh xe chủ động sẽ nhận một lực phanh lớn hơn. Khi các bánh xe bước vào đoạn đường có hệ số bám thấp, các bánh xe sẽ bắt đầu quay nhanh hơn, hệ thống tiếp tục can thiệp lực phanh nhấp nhả để duy trì khả năng dẫn hướng của bánh xe, giúp xe chuyển động ổn định. Tuy nhiên, vì ln chạy trên đường xấu, nên hệ thống TCS sẽ ln kiểm sốt lực kéo của xe, nên xe có TCS sẽ khơng có vận tốc cao đúng như người lái mong muốn.
Hình 4.41. Đồ thị hệ số trượt từng bánh xe của hai xe TCS và khơng TCS
Hình 4.42. Đồ thị hệ số trượt từng bánh xe của xe TCS
Ở xe có TCS, các bánh xe bên phải chạy trên đường có hệ số bám bình thường nên hệ số trượt tại các bánh này có giá trị thấp và ổn định. Cịn ở các bánh xe bên trái, vì chạy ở đường có hệ
số bám thấp, nên hệ thống TCS phải can thiệp điều khiển bằng lực phanh để kiểm soát hệ số trượt tại các bánh xe, giá trị của hệ số trượt tại các bánh bên trái được kiểm soát ổn định nằm trong khoảng 0,02 – 0,1.
Ở xe khơng có TCS, khi xe bước vào đoạn đường có 2 làn đường khác nhau, xe mất ổn định và xoay vịng trên đường, vì vậy nên hệ số trượt tại các bánh xe có giá trị rất lớn và thay đổi liên tục.
4.2.2. Mơ phỏng xe có TCS và khơng có TCS chạy trên đường dốc có hệ số bám 0.34.2.2.1. Các bước thiết lập 4.2.2.1. Các bước thiết lập
Tiến hành tạo một dataset mới bằng cách copy dataset từ Carsim. Ở dataset này sẽ là dữ liệu mô phỏng của xe có TCS:
Bước 1:
Hình 4.43. Tạo dataset mới
- (1): Đặt tên Dataset phù hợp.
- (2): Ở Vehicle, thiết lập xe mặc định từ dataset đã copy, khơng chỉnh sửa. - (3): Thiết lập Procedure để có được mặt đường chúng ta mong muốn.
- (4): Link Carsim với Simulink với bộ điều khiển “TCS Nhom 1”. - (5): Thiết lập điều chỉnh dạng đường.
Bước 2:
Hình 4.45. Thiết lập Driver Controls
- (1) Driver Controls: thiết lập lần lượt các chế độ vận hành của xe như trên ảnh minh họa. + Thiết lập vận tốc đầu của xe 0km/h vì xe sẽ xuất phát từ trạng thái đứng yên. + Xe mở hồn tồn bướm ga.
+ Khơng thực hiện phanh.
+ Xe chạy với tất cả các số, để mặc định của dataset, khơng chỉnh sửa. + Xe khơng đánh lái.
Sau khi hồn thành thiết lập, nhấn Send to Simulink → Run hoặc Run Now để chạy dữ liệu mô phỏng.
Tiến hành tạo một dataset mới khác bằng cách copy dataset từ Carsim. Ở dataset này sẽ là dữ liệu mơ phỏng của xe khơng có TCS:
Ở thiết lập xe khơng có TCS, giữ nguyên các dữ liệu mô phỏng của Vehicle, Procedure, chỉ ngắt kết nối với bộ điều khiển của Simulink. Sau đó chọn màu khác cho xe để dễ dàng quan sát trong q trình mơ phỏng. Khi đã hồn thành thiết lập, nhấn Run Math Model để chạy dữ liệu mơ phỏng.
4.2.2.2. Phân tích kết quả đạt được
Hình 4.46. Đồ thị momen của hai xe TCS và khơng TCS
Ở xe khơng có TCS: Vì khơng có sự can thiệp kiểm sốt của hệ thống TCS, khi người lái yêu cầu lực kéo bao nhiêu, động cơ sẽ cung cấp lực kéo bấy nhiêu.
Ở xe có TCS: Hệ thống TCS sẽ tính tốn và kiểm sốt lực kéo từ động cơ truyền xuống các bánh xe, kết hợp áp dụng hệ thống phanh để làm giảm lực kéo khi hệ thống nhận biết các bánh xe đang có xu hướng bị trượt quay.
Hình 4.47. Đồ thị vận tốc các bánh xe, xe của hai xe TCS và không TCS
Hình 4.48. Đồ thị áp suất phanh từng bánh xe của 2 xe TCS và khơng TCS
Ở xe khơng có TCS: Vì các bánh xe có xu hướng bị trượt quay nên vận tốc của các bánh xe ở xe khơng có TCS sẽ rất cao, nhưng vận tốc của xe thì lại thấp hơn đáng kể. Cịn ở
đồ thị áp suất phanh, thiết lập ban đầu ở Carsim không tác dụng lực phanh vậy nên cũng không hề xuất hiện áp suất phanh tại các bánh xe. Xe vẫn sẽ tăng tốc được trên đường dốc có hệ số bám thấp, tuy nhiên, vì khơng có hệ thống TCS, xe sẽ tăng tốc kém và xảy ra hiện tượng dư thừa lực kéo gây tiêu hao nhiên liệu vơ ích.
Ở xe có TCS: khi vừa bắt đầu xuất phát cũng như khi bắt đầu vào đoạn đường có hệ số bám thấp, ở các bánh xe bắt đầu có xu hướng bị trượt quay do bánh xe bám không tốt, hệ thống TCS nhận biết điều này và tiến hành can thiệp kiểm soát lực kéo bằng các tác động phanh tại các bánh xe, q trình nhấp nhả phanh vẫn xảy ra nhờ có hệ thống TCS mặc dù ban đầu đã thiết lập không tác dụng phanh trên Carsim. Nhờ quá trình nhấp nhả phanh mà các vận tốc các bánh xe được điều khiển ổn định, giúp xe chuyển động ổn định trên đoạn đường có hệ số bám thấp. Ở giai đoạn đầu khi xe đi vào đoạn đường mơ phỏng, vì các bánh xe chưa được kiểm soát ổn định nên hệ thống sẽ tiến hành giảm lực kéo nhiều, vậy nên lúc này xe sẽ có vận tốc chậm. Tuy nhiên, về sau, khi xe đã chuyển động ổn định, hệ thống TCS sẽ ngưng can thiệp và tốc độ của xe sẽ tăng. Qua đó thấy được hệ thống TCS giúp cải thiện khả năng tăng tốc ổn định của xe khi di chuyển trên đoạn đường có hệ số bám thấp.
Hình 4.50. Đồ thị hệ số trượt từng bánh xe của xe có TCS
Ở xe có TCS, hệ thống TCS điều khiển hệ số trượt nằm trong khoảng 0.02 – 0.1, khoảng này vượt ngoài khoảng 0.05 – 0.1 là vì có độ trễ của hệ thống cơ khí. Tuy nhiên, khoảng hệ số trượt này vẫn nằm trong khoảng xe chuyển động ổn định trên đường dốc có hệ số bám thấp. Tại giây thứ 20, khi xe đã dần ổn định trên đường, hệ thống sẽ khơng cịn tác dụng lực phanh với tần số cao như trước nữa, lúc này, hệ thống không cịn kiểm sốt lực kéo giúp cho xe tăng tốc nhanh ở giai đoạn này.
Ở xe khơng có TCS, khi bắt đầu chuyển động và xe bắt đầu bước vào đoạn đường có hệ số bám thấp, các bánh xe sẽ xuất hiện hiện tượng thừa lực kéo nhưng tốc độ của xe vẫn cịn thấp, vì vậy nên lúc này hệ số trượt của xe rất cao, càng về sau, tốc độ của xe tăng dần và bắt kịp với vận tốc của bánh xe, nhờ vậy nên hệ số trượt của xe sẽ trở về giá trị khoảng 0.02, tuy nhiên, để xe đạt được độ ổn định phải mất đến 28 giây.
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ6.1. Kết luận 6.1. Kết luận
Qua đề tài nhóm thực hiện đã phần nào hiểu rõ hơn về Matlab Simulink, Carsim, cách sử dụng nó để mơ phỏng một động cơ hay hệ thống của ô tô, và ở đây là hệ thống ABS, TCS xe ơ tơ. Với những nghiên cứu của nhóm qua việc phân tích video và các đồ thị đặc tính của hệ thống ABS, TCS, nhóm thực hiện đã có một cái nhìn tổng quan nhất về hệ thống này, nó là một hệ thống mang lại một sự ổn định, những tính năng cơ động cần thiết cho xe.
Nhóm đã tìm hiểu các ngun lý cơ bản, cơ sở lý thuyết của Lý thuyết Ơ tơ để áp dụng trên xe ô tô, bám sát mục tiêu của ban đầu đề ra.
Phân tích và ứng dụng được phần mềm Matlab/Simulink, Carsim đã mô phỏng được cơ bản hệ thống ABS, TCS gồm các nội dung:
- Xây dụng được các mơ hình mơ phỏng. - Xác định các thơng số đầu vào, đầu ra.
- Xác định kết quả xuất ra: vận tốc bánh xe, độ trượt của bánh xe, vận tốc xe,… - Xác định và đánh giá được qua đồ thị quá trình vận hành của từng hệ thống trong trường hợp thay đổi khác nhau.
6.2. Đề nghị
Các hệ thống này bao gồm nhiều bộ phận điện tử khác nhau. Và chắc chắn những bộ phận này sẽ trở nên kém hiệu quả hay hư hỏng theo thời gian, cịn sửa chữa chúng thì khá tốn kém.
Trong đề tài này, nhóm đã thực hiện mơ phỏng trên một số các thông số và điều kiện có sẵn nên kết quả sẽ có sai số. Bên cạnh có là hạn chế về kiến thức phần mềm Carsim nên khơng thể tìm và phân tích một số đặc tính quan trọng khác của hệ thống ABS, TCS. Trong tương lai, nhóm thực hiện sẽ tìm cách khắc phục điểm hạn chế trên để đề tài hoàn thiện hơn, đồng thời can thiệp cũng như thay đổi một số thuộc tính của xe phù hợp với điều kiện đường xá, môi trường ở Việt Nam, giúp hệ thống hoạt động hiệu quả và sát thực tế nhất.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Đặng Quý, Giáo trình lý thuyết ơ tơ.
[2]. Nguyễn Trung Hiếu, Lecture 07 Control Theory - Controller design Hệ thống điều khiển tự động.
[3]. Uwe Kiencke, Lars Nielsen, Automotive Control Systems, 2nd edition.
[4]. International Journal of Engineering Research & Technology, Design and Analysis of Controller for Antilock Braking System in MatlabSimulation, Vol. 5 Issue 04, 2016.