CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
2.1. Giới thiệu Carsim
2.1.1. Các mơ hình trong CarSim
CarSim cung cấp các mơ hình tốn học mơ phỏng các hệ thống trên xe cho phép tùy chỉnh các thơng số trong mơ hình để đưa bài tốn về tối ưu, đồng thời đưa ra các hành động ứng xử của xe trong q trình mơ phỏng. Ngồi ra, CarSim cho phép làm việc cùng một số phần mềm khác như Simulink, labView, ATAS ASCET, chương trình C/C++, Visual Basic,… để tự động hóa hay mở rộng ứng dụng của mơ hình.
Chức năng của bảng cấu hình
Có khả năng xác định mối quan hệ phi tuyến giữa các biến độc lập với các biến phụ thuộc trong VS (VehicleSim®). Các mối quan hệ này có thể biểu diễn dưới dạng hằng số, hệ số tuyến tính, bảng phi tuyến với phương pháp nội suy đối với một hay hai biến độc lập.
34
Nếu lựa chọn các phương pháp đơn giản để cấu hình (Sử dụng hệ số hay nội suy tuyến tính) sẽ rút ngắn được thời gian mô phỏng.
Không hạn chế độ dài của bảng khi xác định các hệ số sử dụng bảng
Điều khiển dẫn hướng
Tất cả các mơ hình điều khiển dẫn hướng được xác định bằng cách sử dụng mơ hình trong CarSim hay được lập trình từ các phần mềm khác.
Một mơ hình điều khiển lái cho phép người dùng điều khiển theo một quỹ đạo lập trình sẵn.
Các mơ hình điều khiển có thể kiểm sốt được tốc độ bằng cách đặt trước và khả năng gia tốc giới hạn, đường hình học 3D…
Có thể can thiệp vào hệ thống bằng cách điều khiển vịng kín hoặc vịng hở.
Hiệu ứng gió và khí động học
Có 6 lực và mơ men khí động được cấu hình cho khối lượng được treo của xe. Các lực và mô men này được cấu hình chức năng cho độ trượt của khí động, khoảng sáng gầm xe và các góc lượn.
Tốc độ của gió xung quanh và gió chính diện được thiết lập với các bảng, hàm thời gian hay có thể được nhập từ các phần mềm khác.
Hệ thống treo
Các mơ hình của hệ thống treo có đầy đủ các chuyển động phi tuyến và bất đối xứng. Mỗi hệ treo chịu tác động bởi lực dọc và lực theo phương thẳng đứng. góc đặt các bánh xe được xác định bởi góc camber và góc toe. Tất cả các thơng số có thể biểu diễn tuyến tính hoặc phi tuyến thơng qua bảng cấu hình.
Hệ treo cầu trước hay cầu sau có thể khai báo là hệ treo độc lập hoặc phụ thuộc. Đối với hệ treo phụ thuộc, khối cầu được coi khối rắn tuyệt đối, sự tương tác
35
giữa các bánh được khởi tạo thông qua tương tác của dầm. Đối với hệ treo độc lập, lò xo và giảm chấn được khai báo phi tuyến có tính đến độ trễ do ma sát.
Trong q trình mơ phỏng, người dùng cần khai báo các thông số về khối lượng được treo, độ cứng của lò xo và hệ số giảm chấn, chiều rộng cơ sở của xe, bán kính lăn bánh, các góc đặt bánh xe đồng thời khai báo đặc tính thay đổi của các góc đặt bánh xe khi có sự thay đổi về lực dọc, lực ngang, mô men lái…chi tiết cấc thơng số cụ thể được trình bày tại hình 2.1.
Hình 2. 1: Các thơng số của mơ hình hệ thống treo
Hệ thống lái
Sự tương tác giữa hệ thống treo, hệ thống lái, lốp xe và mặt đất được xử lý với một mơ hình chi tiết đa vật thể (multibody) có xét tới sự ảnh hưởng của góc kingpin.
36
Trong mơ hình hệ thống cho phép thay đổi tùy chọn lái thông thường hay trợ lực với một thời gian cố định.
Hàm mô phỏng được sử dụng cho tốc độ thấp là điều kiện để xác định mô men lái.
Trong q trình mơ phỏng hệ thống lái cần khai báo các đặc tính của trục lái như tính quán tính của trục và của hệ thống, hiện tượng trễ của mơ men lái, cần khai báo đặc tính của góc kingpin và kiểu hệ thống lái cho cầu trước. Người dùng có thể lựa chọn hệ thống lái 4 bánh (bốn bánh dẫn hướng). Chi tiết các thông số cần thiết cho mơ phỏng được trình bày trong hình 2.2 dưới đây.
Hình 2. 2: Các thơng số của mơ hình hệ thống lái
Hệ thống phanh
Trong mơ hình hệ thống phanh cho phép người sử dụng lựa chọn mơ hình phanh thường thủy lực 4 bánh, có sử dụng ABS hoặc khơng, được phép lựa chọn các chế độ hiệu ứng nhiệt khi phanh và trợ lực phanh.
37
Áp suất đầu vào của các xy lanh chính tuyến tính với áp suất bơm. Mơ men phanh được mô phỏng như một hàm phi tuyến với áp suất bơm. Trong mơ hình hệ thống cho phép người dùng tùy chọn cho việc có sử dụng ABS hay dùng thuật tốn tích hợp sẵn trong bộ điều khiển đơn giản. Chất lượng điều khiển hay hiệu quả của hệ thống phanh có xét tới sự ảnh hưởng của hiệu ứng nhiệt và động lực học trong truyền động của chất lỏng.
Trên hình 2.3 khai báo lựa chọn mơ hình phanh 4 bánh, bộ ABS có thể tắt để sử dụng chế độ phanh thường. Trên mơ hình cho phép người sử dụng khai báo mô men phanh tại các bánh. Để thuận lợi trong quá trình khảo sát, mơ hình cho phép đặt các ngưỡng điều khiển cho ABS, các ngưỡng này được kiểm soát theo độ trượt. Đồng thời cho lựa chọn vùng tốc độ thấp nhất để cắt ABS ra khỏi hệ thống.
Hình 2. 3: Các thơng số của mơ hình hệ thống phanh
Mơ hình lốp
Trong CarSim gồm nhiều mơ hình lốp, ln sẵn sàng để chạy với mơ hình cơ bản sử dụng bảng dữ liệu như các mơ hình mở rộng (sử dụng nhiều bảng và hiệu
38
ứng góc camber), phiên bản 5.2 Pacejka của phương pháp ma trận và mơ hình MF- tyre từ TNO.
Các mơ hình được xây dựng trong bảng phi tuyến cho lực bên, lực dọc, mô men quay là hàm của độ trượt, tải trọng và góc camber.
Lực dọc và lực bên được xác định nhờ thuyết trượt được công bố bởi Pacejka và Sharp.
Biến hệ số ma sát được cấu hình thủ cơng đây là điều kiện chính để duy trì cả hai tính chất tuyến tính và giới hạn đặc tính chuyển động của lốp.
Hình 2. 4: Các thơng số của mơ hình lốp
Các bánh xe khác nhau có thể sử dụng được mơ hình lốp khác nhau trên cùng một xe.
Vết tiếp xúc của lốp có thể khai báo với 1 đến 4 điểm để định nghĩa cho hình dạng và kích thước của vết tiếp xúc. Điều này đặc trưng cho chức năng như một hàm phi tuyến của độ nén lốp.
39
Các thông số cần thiết cung cấp cho mơ hình là bán kính lăn của bánh xe, bán kính tự nhiên của lốp, bước lị xo đặc trưng cho độ đàn hồi của lốp, tải trọng lớn nhất cho phép trên lốp, bề rộng lốp và các góc đặt bánh xe.
Hệ thống động lực
CarSim trình bày chi tiết mơ hình hệ thống truyền lực cho dẫn động bánh trước, dẫn động bánh sau và 4 bánh dẫn động. Ngồi ra cịn sử dụng một mơ hình nhỏ điều khiển tốc độ khi mô men trên các bánh dẫn động thay đổi.
Mô men xoắn của động cơ xác định dựa vào độ mở bướm ga và tốc độ quay của trục khủy. Mô men từ động cơ truyền tới hộp số thơng qua ly hợp cơ khí hoặc biến mơ thủy lực.
Hình 2. 5: Các thơng số của mơ hình hệ thống động lực
Trên hình 2.5. mơ tả hệ truyền truyền lực dẫn động 4 bánh. Dịng cơng suất của động cơ thông qua ly hợp tới hộp số và được phân chia tới cầu trước và cầu sau.
40
Để khảo sát mơ hình hệ thống truyền lực, người dùng cần khai báo đặc tính của động cơ đốt trong, ly hợp, số cấp số trong hộp số…
Cảm biến và hệ thống chiếu sáng
Trên các mơ hình sử dụng cảm biến ảo cho phép phát hiện nhiều xe đang chuyển động bao gồm các thông số về khả năng gia tốc, tốc độ và xác định được trước quỹ đạo chuyển động của xe sắp diễn ra.
Carsim hỗ trợ lên tới 99 đối tượng chuyển động trên mơ hình 3D, 20 phạm vi và cảm biến phát hiện chuyển động, 11 biến tín hiệu cung cấp cho bộ điều khiển bên ngoài.
Chuyển động của đối tượng có thể là hằng số hoặc thiết lập theo một phương trình đại số, phương trình vi phân hay tín hiệu từ một phần mềm khác.
Hình 2. 6: Các thơng số của mơ hình hệ chiếu sáng
Khi sử dụng mơ hình các cảm biến và hệ thống chiếu sáng cần khai báo tọa độ điểm đặt của các cảm biến theo 3 phương x,y,z và hướng chiếu là góc chếch so với các trục ox, oy, oz. Vùng hoạt động của cảm biến cần được định nghĩa hay khai báo trong một giới hạn nhất định.
41