Ở xe có ABS, hệ thống ABS tác động lực phanh lên các bánh xe và giúp kiểm soát độ trượt tại các bánh xe để đảm bảo bánh xe vẫn lăn tốt trên đường, nhưng theo đồ thị ta thấy, độ vọt lố của hệ số trượt vượt xa ngoài khoảng 5% - 10% đã thiết lập ở bộ điều khiển vì mặt đường mơ phỏng có hệ số bám rất thấp và độ trễ của hệ thống của hệ thống cơ khí. Mặc dù vậy, xe vẫn sẽ được kiểm sốt tốt, tuy nhiên, tần số tác động của bộ điều khiển cao là nhược điểm của bộ điều khiển on – off.
Ở xe khơng có ABS, các bánh xe nhận hồn tồn lực phanh và lập tức bị bó cứng nên hệ số trượt tại các bánh xe đạt giá trị -1, khi xe bị quay vòng, làm vận tốc đổi chiều nên hệ số trượt tại các bánh xe đạt giá trị 1.
4.1.2. Mô phỏng ABS khi xe chạy với vận tốc 120km/h vào cua và phanh4.1.2.1. Các bước thiết lập 4.1.2.1. Các bước thiết lập
Thực hiện tạo case mới “ABS case 2” và “No ABS case 2”. Ở trường hợp này về thông số kết cấu xe và bộ điều khiển ABS bằng Simulink không thay đổi, chúng ta chỉ cần thiết lập như các bước trên.
Cịn về phương thức vận hành/Procedure thì sẽ cần phải thay đổi chế độ vận hành và loại đường.
Phương thức vận hành/Procedure:
Hình 4.17. Thiết lập phương thức vận hành
- (1): Chế độ vận hành của xe: Vận tốc ban đầu 120 km/h. + Đóng bướm ga hồn tồn.
+ Tác dụng bàn đạp phanh để áp suất phanh đạt 15 MPa trong 0,3 giây. + Xe chạy với tồn bộ tay số.
+ Khơng đánh lái.
- (2): Loại đường là đường cong với hệ số bám là 0,85 trên toàn bộ mặt đường. - (3): Hiệu chỉnh lại các thơng số, vị trí cho phù hợp với đường.
Hình 4.18. Thiết lập vị trí xuất phát
+ Chỉnh lại thời gian phanh cho hợp lý. Ở đây vì chúng ta can thiệp vào thơng số nên cần phải copy and link để tạo một case mới “Spike: 15 MPa @ 0.3 sec. Case 2”. Trong trường hợp này nhóm chỉnh thời gian bắt đầu phanh vào giây thứ 6.
Hình 4.19. Thiết lập thời gian bắt đầu phanh
Thực hiện chạy và so sánh:
- (1): Bấm “Run now/Run Math Model” ở cả 2 case “ABS case 2” và “No ABS case 2” để hệ thống chạy lại những thông số đã thay đổi.
- (2): Tích mở Overlay videos, sau đó chọn “No ABS case 2” để có thể chạy cùng lúc nhiều trường hợp.
Hình 4.20. Thực hiện chạy và so sánh
4.1.2.2. Phân tích đồ thị kết quả đạt được
Ở trường hợp này khi đang đi với tốc độ cao (120 km/h) và vào cua buộc chúng ta phải phanh để tránh bị lật xe.
Xe khơng có ABS: Các bánh xe nhận tồn bộ áp suất phanh khi người điều khiển đạp phanh, làm các bánh xe bị bó cứng dẫn đến tốc độ của các bánh xe giảm nhanh về 0 km/h. Lúc này 2 bánh trước mất đi tính dẫn hướng dẫn đến khi vào cua xe sẽ không đi theo hướng mong muốn mà sẽ văng ra ngồi đường theo lực qn tính.
Xe có ABS: Hệ thống ABS thực hiện việc nhấp nhả phanh liên tục giúp vận tốc bánh xe được kiểm soát theo tốc độ xe nhưng khơng bị bó cứng từ đó bánh xe trước vẫn có thể dẫn hướng theo như mong muốn.
Hình 4.24. Đồ thị hệ số trượt các bánh xe của xe có ABS
Xe có ABS: Để thấy rõ hơn về sự can thiệp của ABS thì ta nhìn vào đồ thị từ giây 6,15 đến 6,55. Hệ thống ABS đã hiệu chỉnh lực phanh trên các bánh xe và kiểm soát độ trượt giúp các bánh xe dẫn hướng vào cua. Nhưng ở đây vẫn có sự vọt lố ngồi khoảng 5% - 10% của hệ thống đã thiết lập ban đầu do bị ảnh hưởng độ trễ của vận hành cơ khí.
Xe khơng có ABS: Vào giây 4,5 xe bắt đầu phanh và vào cua, nhưng ngay sau đó các bánh xe nhận tồn bộ lực phanh dẫn đến bị bó cứng và hệ số trượt giảm nhanh về -1. Làm bánh xe trước khơng cịn tính dẫn hướng, theo quán tính bị văng ra khỏi đường.
4.1.3. Mô phỏng ABS khi xe đi trên đường, đột ngột gặp vật cản, phanh và đánh lái tránhvật cản vật cản
4.1.3.1. Các bước thiết lập
Tiến hành tạo một dataset mới bằng cách copy dataset từ Carsim. Ở dataset này sẽ là dữ liệu mơ phỏng của xe có ABS:
Bước 1: Tạo dataset mới.
Hình 4.25. Tạo dataset mới
- (1): Đặt tên Dataset phù hợp.
- (2): Ở Vehicle, thiết lập xe mặc định từ dataset đã copy, không chỉnh sửa. - (3): Thiết lập Procedure để có được mặt đường chúng ta mong muốn. - (4): Link Carsim với Simulink với bộ điều khiển “ABS Nhom 1”.
Hình 4.26. Thiết lập các thông số
- (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 100km/h.
+ Không mở bướm ga trong quá trình mơ phỏng.
+ Thiết lập áp suất phanh và thời gian đạp phanh qua dataset được copy từ dataset Spike: 15 MPa @ 0.3 sec.
Hình 4.27. Thiết lập thời gian phanh
+ Xe chạy với tất cả các số, để mặc định của dataset, không chỉnh sửa.
+ Thiết lập chế độ đánh lái của xe qua dataset được Copy and Link từ dataset Accident Avoidance Path, khi gặp vật cản, xe sẽ đánh lái để tránh va chạm với vật:
Hình 4.28. Thiết lập đánh lái
- (2): Miscellaneous 3D Road: Copy and Link Dataset từ Many Lanes 4 Lanes Section (Adjacent Lanes) để có được một đoạn đường với bề rộng lớn và tiến hành đặt tên, chỉnh sửa thơng số Dataset.
Hình 4.29. Thiết lập dạng đường
+ (1) Reference Path: Path Segment Builder: Copy and Link Dataset từ dataset Curves Single Curve và tiến hành chỉnh sửa thông số dataset. Ở đây, vì muốn xe chạy trên
đường thẳng nên nhóm tắt độ cong của đường để có được một đoạn đường thẳng với nhiều làn đường.
+ (2) 3D Shapes: Repeated Object: Copy and Link Dataset từ dataset Railroad Crossing và tiến hành thiết lập loại vật cản và tọa độ vị trí của vật cản trên đường như ảnh minh họa:
Hình 4.30. Thiết lập tọa độ vật cản
Ở trường hợp mô phỏng này, chúng ta phải thiết lập thời điểm phanh, tọa độ để xe thực hiện đánh lái, và tọa độ vị trí của vật cản phải ăn khớp với nhau để q trình mơ phỏng diễn ra đúng với thực tế (khi gặp vật cản bất ngờ, tài xế sẽ phanh và thực hiện đánh lái gấp).
Sau khi hoàn thành thiết lập, nhấn Send to Simulink Run hoặc Run Now để chạy dữ liệu mô phỏng.
Bước 3: Tạo một dataset mới xe khơng có ABS.
Tiến hành tạo một dataset mới khác bằng cách copy dataset từ Carsim, ở dataset này sẽ là dữ liệu mô phỏng của xe khơng có ABS:
- Đặt tên Dataset phù hợp.
- Ở Vehicle, thiết lập xe mặc định từ dataset đã copy, sau đó ngắt hệ thống ABS trên xe bằng cách chọn vào B-Class, Hatchback w/o (without) ABS.
- Thiết lập Procedure, dùng dữ liệu từ “Case 3 (ne vat can)” để 2 xe cùng chạy trên một đường và có cùng một thiết lập điều khiển xe.
- Xe khơng có ABS sẽ khơng link Simulink và Carsim. Sau khi thiết lập hồn thành, cho màu khác cho xe khơng có ABS giúp dễ dàng quan sát so sánh hơn, sau đó nhấn Run Math Model để chạy dữ liệu mơ phỏng.
Hình 4.31. Đồ thị vận tốc xe, bánh xe của 2 xe ABS và không ABS
Ở xe khơng có ABS: Khi thực hiện q trình phanh, các bánh xe sẽ bị bó cứng, do đó, qua biểu đồ, ta thấy được vận tốc của cả 4 bánh xe đột ngột giảm nhanh về 0. Khi đó, các bánh xe đã bị bó cứng và trượt trên đường, làm mất tính dẫn hướng của xe, người lái khơng thể điều khiển được hướng lái mong muốn, còn xe sẽ trượt theo quán tính. Vậy nên, trong video mơ phỏng, xe khơng có ABS sẽ trượt và va vào vật cản trên đường.
Ở xe có ABS: nhờ có ABS, khi thực hiện phanh, hệ thống sẽ điều khiển nhấp nhả phanh làm bánh xe vẫn lăn trên đường, từ đó đảm bảo tính dẫn hướng của xe và người lái có thể đánh lái theo hướng mong muốn để tránh các vật cản.
Hình 4.32. Đồ thị áp suất phanh tại các bánh xe của 2 xe có ABS và khơng có ABS
Ở xe khơng có ABS: vì thiết lập giá trị cực đại của áp suất phanh trong Carsim là 15 MPa, vậy nên khi thực hiện phanh, các bánh xe phía trước của xe sẽ lập tức đạt giá trị 15 MPa trong 0.3s, còn các bánh xe sẽ chỉ đạt giá trị xấp xỉ 6 MPa vì Carsim được thiết lập tuân theo nguyên tắc phân bố trọng lượng xe khi phanh. Việc đạt giá trị cực đại của áp suất phanh và không thay đổi thay đổi trong một khoảng thời gian chứng tỏ bánh xe bị bó cứng và dẫn đến hiện tượng trượt lếch.
Ở xe có ABS: Tuân theo nguyên tắc phân bố trọng lượng xe khi phanh nên các bánh xe phía trước cũng sẽ nhận một áp suất phanh lớn hơn các bánh xe phía sau. Trong q trình phanh, hệ thống điều khiển nhấp nhả phanh để bánh xe khơng bị bó cứng nên đồ thị lực phanh có hình dạng như hình ảnh.
Hình 4.33. Đồ thị hệ số trượt các bánh xe của 2 xe có ABS và khơng có ABS
Hình 4.34. Đồ thị hệ số trượt các bánh xe của xe có ABS trong khoảng 4,2 đến 6,8 giây
Xe có ABS: Để thấy rõ hơn về sự can thiệp của ABS thì ta nhìn vào đồ thị từ giây 4,2 đến 6,8. Hệ thống ABS đã hiệu chỉnh lực phanh trên các bánh xe và kiểm soát độ trượt giúp
các bánh xe dẫn hướng đánh lái né vật cản. Nhưng ở đây vẫn có sự vọt lố ngồi khoảng 5% - 10% của hệ thống đã thiết lập ban đầu và hơi mất ổn định do trong trường hợp xe thực hiện phanh và đánh lái gấp, 1 phần bị ảnh hưởng độ trễ của vận hành cơ khí. Tuy xe vẫn có thể kiểm sốt phanh và đánh lái né vật cản nhưng vẫn chưa có sự tối ưu nhất, qua đó có thể thấy được nhược điểm của bộ điều khiển on – off trong các trường hợp phanh và đánh lái khẩn cấp.
Xe khơng có ABS: Tương tự TH2 vào giây thứ 4 xe phanh đột ngột và đánh lái. Lúc này các bánh xe bị bó cứng và hệ số trượt giảm nhanh về -1 dẫn đến xe mất tính dẫn hướng, theo quán tính xe tiếp tục trượt về trước và tông vào vật cản.
4.2. Các trường hợp mô phỏng hệ thống TCS bằng Simulink/Carsim
4.2.1. Mơ phỏng hệ thống TCS trên đường có 2 hệ số bám khác nhau4.2.1.1. Các bước thiết lập 4.2.1.1. Các bước thiết lập
Tiến hành tạo một dataset mới bằng cách copy dataset từ Carsim. Ở dataset này sẽ là dữ liệu mơ phỏng của xe có TCS:
Bước 1: 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): Ngắt kết nối dạng đường Miscellaneous vì ở Case Study này nhóm khơng sử dụng dạng đường mặc định của Dataset.
Bước 2: Thiết lập các thơng số
Hình 4.36. Thiết lập các thơng số
- (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 sẽ mở hồn tồn bướm ga trong 0.1s trong q trình mơ phỏng.
+ Không thực hiện phanh trong trường hợp mô phỏng này.
+ Xe chạy với tất cả các số, để mặc định của dataset, không chỉnh sửa. + Xe không đánh lái.
Sau khi hoàn thành thiết lập, nhấn Send to Simulink Run hoặc Run Now để chạy dữ liệu mô phỏng.
Bước 3: Tạo dataset xe khơng có TCS
Tiến hành tạo một dataset mới khác bằng cách copy dataset từ Carsim. Ở dataset này sẽ là dữ liệu mô phỏng của xe không có TCS:
Hình 4.37. Tạo dataset 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 hoàn thành thiết lập, nhấn Run Math Model để chạy dữ liệu mơ phỏng.
4.2.1.2. Phân tích đồ thị kết quả đạt được
Hình 4.38. Đồ thị momen của hai xe với chế độ mở hoàn toàn bướm ga
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 hồn tồn 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 q trình này, khơng 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