Tổng quan
Trong 10 năm trở lại đây, nền công nghiệp sản xuất ô tô đã chứng kiến sự xuất hiện của nhiều công nghệ mới rất đáng chú ý Sự phát triển của công nghệ ngành cơ điện tử, của những bộ vi xử lý tốc độ khiến ô tô ngày càng hoàn thiện hơn Một số công nghệ gần đây giúp hệ thống phanh ô tô hoạt động hiệu quả hơn và tăng cường sự kiểm soát khi điều khiển xe trong tình trạng môi trường xấu ABS (Anti-lock
Hệ thống phanh (Braking System) mặc dù đã được biết đến từ những năm cuối thập niên 70, nhưng ban đầu vẫn chưa hoàn thiện Hiện nay, công nghệ này đã trở thành một phần phổ biến và được trang bị trên nhiều loại ô tô, bao gồm cả xe buýt.
Hệ thống ABS trên xe giúp kiểm soát trượt lết bằng cách sử dụng cảm biến, ECU-ABS và các van điều khiển áp suất Khi phanh, hệ thống này điều chỉnh chế độ trượt của các bánh xe để duy trì khả năng bám tối ưu giữa lốp xe và mặt đường, đảm bảo an toàn trong quá trình lái.
Mô men phanh và lực phanh cực đại của xe phụ thuộc vào điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường Khi mô men phanh vượt quá khả năng bám, bánh xe sẽ trượt lết, dẫn đến mất ổn định và tăng độ mài mòn Trên những bề mặt có hệ số bám thấp như đường tuyết hoặc đường lầy, bánh xe có thể trượt ngay cả ở tốc độ thấp, đặc biệt khi phanh đột ngột Điều này khiến người lái khó kiểm soát và có thể duy trì lực phanh không đúng cách Để khắc phục tình trạng này, nhiều xe buýt hiện đại được trang bị hệ thống phanh ABS, giúp giảm mô men phanh tại các bánh xe đang trượt lết.
Bài viết này tập trung vào việc mô phỏng hoạt động của hệ thống phanh ABS trên ô tô buýt tiêu chuẩn, nhấn mạnh tầm quan trọng của việc điều khiển của người lái xe để đạt được lực phanh phù hợp với điều kiện bám đường Nghiên cứu sẽ xác định quan hệ động lực học của ô tô và mô phỏng chuyển động của ô tô buýt tiêu chuẩn trang bị ABS, đồng thời phân tích và đánh giá các phương pháp điều khiển liên quan.
Tình hình sử dụng xe chở khách ở Việt nam
Xe buýt thành phố được thiết kế để vận chuyển hành khách và hành lý xách tay trong khu vực ven nội Các trạm dừng xe buýt nằm gần nhau, cho phép hành khách di chuyển từng đoạn ngắn Do đó, xe buýt thường không có nhiều chỗ ngồi mà chủ yếu dành không gian cho hành khách đứng, với sàn thấp và tốc độ di chuyển trung bình khoảng 30 km/h.
Các thành phố lớn ở Việt Nam hiện nay đang chuyển hướng sử dụng xe buýt sàn thấp hoặc bán thấp để tạo thuận lợi cho hành khách khi lên xuống Với đặc thù vận tốc di chuyển không cao và hệ thống đường tốt, nhiều xe buýt không được trang bị phanh ABS mà thay vào đó sử dụng hệ thống phanh khí nén thông thường.
Xe buýt đường dài chuyên chở hành khách và hành lý, thường không có chỗ đứng, với sàn cao và tốc độ di chuyển lớn từ 70 đến 80 km/h Để đảm bảo an toàn, xe thường được trang bị hệ thống phanh ABS khí nén hoặc tích hợp cùng các hệ thống khác như ABS + ASR, ABS + ASC.
Tai nạn giao thông thường xảy ra do sự cố ở hệ thống phanh, vì vậy hệ thống phanh trên xe buýt đường dài rất quan trọng Hầu hết các xe buýt này được trang bị hệ thống phanh ABS để đảm bảo an toàn khi lưu thông.
Với các loại xe khác nhau có sự khác biệt rất lớn trong hệ thống phanh như:
Hệ thống phanh khí nén, phanh thủy lực điều khiển bằng khí nén Sự đa dạng như
Việc nghiên cứu các loại hệ thống phanh cần được phân nhóm, trong đó đề tài này tập trung vào nghiên cứu hệ thống phanh khí nén.
Tình hình và phương pháp sử dụng ABS cho xe buýt trên thế giới
Hiện nay, hầu hết các xe buýt trên thế giới đều được trang bị hệ thống phanh ABS, và tại các nước phát triển, xe buýt thường tích hợp ABS với các hệ thống an toàn khác Mặc dù các hệ thống này đã được nhập khẩu vào Việt Nam, nhưng hiện tại không có tài liệu rõ ràng, gây khó khăn cho việc nghiên cứu và khai thác.
Nghiên cứu về hệ thống phanh ABS chủ yếu dựa trên thực nghiệm cho các loại xe cụ thể, từ đó xác định thông số hiệu chỉnh Tuy nhiên, những thông tin này thường không được công bố hoặc chuyển giao cho người khai thác sử dụng tài liệu.
Hệ thống ABS trên xe buýt hiện nay có nhiều dạng với các modul khác nhau: + 3 kênh điều khiển
Ngày nay trên xe buýt với hệ thống phanh khí nén thường sử dụng Modul 4 kênh điều khiển:
Các xe buýt nhập khẩu vào Việt Nam thường trang bị hệ thống phanh ABS hoặc ABS kết hợp, nhưng thông số thiết kế của chúng không được công bố Điều này dẫn đến việc thiếu tài liệu nghiên cứu và khai thác kỹ thuật, cũng như sự thiếu hụt kiến thức chuyên sâu về hệ thống ABS Do đó, đề tài này tập trung vào việc mô phỏng hoạt động của hệ thống phanh ABS khí nén cho các loại xe buýt tiêu chuẩn hiện nay.
Tổng quan các nghiên cứu trong nước
Các nghiên cứu hiện nay chủ yếu tập trung vào xe con với hệ thống phanh thủy lực, sử dụng mô hình lốp đơn giản để khảo sát hiện tượng trượt theo thông số độ trượt Tuy nhiên, mô hình không gian toàn xe lại không tính đến mô men đàn hồi ở bốn bánh xe (Msi), điều này dẫn đến sự không chính xác trong các kết quả nghiên cứu.
Các nghiên cứu hiện nay về xe con chủ yếu tập trung vào hệ thống cầu trước chủ động, dẫn đến sự khác biệt trong quan hệ động lực học so với xe buýt Bên cạnh đó, nghiên cứu về điều khiển ABS cho hệ thống phanh khí nén tại Việt Nam vẫn còn hạn chế và chưa được công bố nhiều.
Một số nghiên cứu gần đây:
Nghiên cứu của tác giả Trần Duy Hải (2008) về "Khảo sát quá trình chuyển động quay vòng của ôtô có bố trí ABS+VDC" được thực hiện trên phần mềm Matlab Simulink Nghiên cứu này nhằm phân tích và đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh ABS và hệ thống điều khiển ổn định VDC trong việc cải thiện khả năng điều khiển và an toàn khi ôtô thực hiện các thao tác quay vòng.
Nghiên cứu về hoạt động của hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) trong bánh xe do tác giả Lại Năng Vũ thực hiện vào năm 2007, đã trình bày những vấn đề chính liên quan đến quan hệ động học giữa bánh xe và hệ thống phanh ABS.
Đề tài khảo sát của tác giả Nguyễn Tiến Vũ Linh về hệ thống ABS và ASR được thực hiện trên phần mềm Matlab, nhằm mô tả động học và động lực học của ôtô.
Đề tài nghiên cứu của tác giả Phạm Huy Hoàng tập trung vào quá trình chuyển động của ôtô được trang bị hệ thống ABS và ASR, đồng thời xem xét chế độ làm việc của động cơ Nghiên cứu này được thực hiện bằng phần mềm Matlab và Simulink, nhằm mô phỏng và phân tích hiệu suất của xe trong các điều kiện khác nhau.
Trong các nghiên cứu lý thuyết, việc điều khiển theo nhiều tham số gặp nhiều khó khăn, đặc biệt là trong việc tích hợp đồng thời điều khiển theo hệ số bám μo và gia tốc góc bánh xe a Tuy nhiên, vấn đề này đã được giải quyết trong đề tài nghiên cứu.
Mục đích của đề tài
- Tìm hiểu cấu trúc điều khiển ABS trên xe buýt
- Đề tài được thực hiện để phục vụ cho nghiên cứu hệ thống phanh ABS khí nén cho xe buýt tiêu chuẩn
- Sử dụng bộ số liệu của xe buýt tiêu chuẩn đang sử dụng ở Việt nam để tính toán
Chúng tôi không tập trung vào việc giải quyết độ chậm tác dụng, mà chú trọng vào việc điều khiển tổ hợp đồng thời dựa trên độ trượt và gia tốc góc của bánh xe Mục tiêu chính của chúng tôi là tối ưu hóa hiệu suất và khả năng xử lý của hệ thống.
+ Lựa chọn các thông số điều khiển để tìm hiểu về quá trình điều khiển ABS cho hệ thống phanh khí nén trên xe buýt
+ Xây dựng modul điều khiển ABS
Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu cụ thể của đề tài
Để tiến hành thực hiện mô phỏng với nội dung đề tài, có thể thực hiện theo nhiều phương pháp:
Khảo sát bằng thực nghiệm trên các bãi thử chuyên dụng là một phương pháp hiệu quả, mặc dù tốn kém về chi phí và thời gian Phương pháp này mang lại những kết quả thực tiễn có thể áp dụng trong thực tế.
Khảo sát qua mô hình trên máy tính cho phép chúng ta nhanh chóng xác định kết quả, đồng thời tạo nền tảng vững chắc cho việc thực hiện các khảo sát thực nghiệm sau này.
Trong khuôn khổ Luận văn Thạc sỹ, đề tài khảo sát mô hình trên máy tính nhằm kiểm nghiệm các kết quả trước khi đưa ra kết luận cuối cùng Phương pháp này được cho là phù hợp với điều kiện Việt Nam hiện nay Đề tài “Mô phỏng sự làm việc của hệ thống phanh ABS trên ô tô buýt tiêu chuẩn” sẽ được mở rộng và phát triển thêm ở một số điểm quan trọng.
+ Đề tài đã sử dụng mô hình không gian toàn xe có cả các thành phần mô men đàn hồi (Msi ) ở bốn bánh xe
+ Đề tài đã mô phỏng, xây dựng và phân tích các phương pháp điều khiển kết hợp theo độ trượt và gia tốc góc bánh xe
+ Đề tài sử dụng mô hình lốp mô tả đầy đủ mối quan hệ động lực học của bánh xe
+ Giải thích các kết cấu của hệ thống phanh ABS trên xe buýt
Với việc bổ sung và phát triển thêm như trên đề tài đã cho kết quả mô phỏng kỹ lưỡng các trạng thái của ô tô
Các vấn đề thực hiện trong đề tài - Nhiệm vụ của đề tài
1 Tìm hiểu các loại ô tô buýt tiêu chuẩn đang sử dụng ở Việt nam hiện nay
2 Xây dựng phương pháp mô phỏng toán học
3 Lập trình giải bài toán mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm MATLAB SIMULINK Chọn một bộ số liệu tính toán cho xe để ứng dụng vào tính toán mô phỏng
4 Đưa ra các kết quả cụ thể bằng đồ thị
5 Phân tích, nhận xét kết quả
Nội dung của luận văn được thực hiện bao gồm 4 chương:
Chương I: Tổng quan đề tài
Chương II: Cơ sở lý luận
Chương IV: Kết quả - Nhận xét
Cơ sở lý thuyết chung về ABS
2.1.1 Định nghĩa hệ thống phanh
Hệ thống phanh là thiết bị an toàn chủ động của ôtô, có chức năng giảm tốc độ hoặc dừng xe khi cần thiết Đây là một trong những hệ thống quan trọng, đảm bảo sự ổn định của ôtô trong quá trình di chuyển.
2.1.2 Cơ sở lý thuyết điều khiển
Một thách thức trong hoạt động của hệ thống phanh là việc thiếu hệ thống ABS trên xe khi phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường trơn, đường lầy hay đường cát Điều này có thể dẫn đến hiện tượng hãm cứng bánh xe, làm giảm hiệu quả phanh và gây mất ổn định hướng di chuyển Khi phanh, nếu bánh xe trước bị bó cứng, xe sẽ không thể chuyển hướng theo ý muốn của người lái; ngược lại, nếu bánh xe sau bị bó cứng, đuôi xe sẽ bị lạng và có nguy cơ trượt ngang Đặc biệt, trong trường hợp xe quay vòng, hiện tượng trượt ngang có thể dẫn đến quay vòng thiếu hoặc thừa, làm mất tính ổn định Cụ thể, ở xe quay vòng thừa, bánh xe phía trước bên ngoài đường cong sẽ bị phanh quá cứng, trong khi ở xe quay vòng thiếu, bánh xe phía sau bên trong đường cong cũng bị phanh quá cứng, gây ra tình huống quay vòng nguy hiểm.
Theo đồ thị, phanh xe hoạt động hiệu quả nhất khi bánh xe quay trong giới hạn độ trượt Tại điểm này, hệ số bám dọc và bám ngang đạt mức cao nhất, giúp cường độ phanh và khả năng giữ ổn định hướng của ô tô đạt hiệu quả tối ưu.
Để duy trì hiệu suất tối ưu cho các bánh xe trong vùng có hệ số trượt và tránh hiện tượng khóa cứng, cần điều chỉnh áp suất khí nén đến bầu phanh Việc điều chỉnh này được thực hiện dựa trên một trong các tín hiệu đầu vào nhất định.
- Theo giá trị độ trượt cho trước
- Theo gia tốc chậm dần của các bánh xe được phanh
- Theo giá trị của tỷ số giữa vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó
Hệ thống ABS trong ôtô giúp điều chỉnh liên tục mômen ma sát của phanh, ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe khi di chuyển trên bề mặt có hệ số bám cao.
Hình 2.2: Minh họa tác dụng của hệ thống phanh ABS
Các thiết bị điện tử trong hệ thống phanh ôtô phối hợp với lực và hành trình bàn đạp phanh để kiểm soát hiệu quả việc phanh bánh xe trong giới hạn trượt tối ưu Trong tình huống khẩn cấp, việc phanh gấp có thể gây ra hiện tượng bó cứng bánh xe, đặc biệt trên bề mặt đường trơn, dẫn đến mất ổn định trong hướng di chuyển của ôtô Việc sử dụng hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) giúp loại bỏ những tình huống nguy hiểm này, từ đó nâng cao đáng kể an toàn chủ động cho xe.
Nguyên lý chung của hệ thống ABS
Phanh của bánh xe trên đường đạt hiệu quả tối ưu khi bánh xe quay trong giới hạn độ trượt từ 15% đến 30% Trong khoảng này, hệ số bám dọc và bám ngang đạt mức cao nhất, giúp cường độ phanh và khả năng giữ ổn định hướng của ô tô được cải thiện đáng kể.
Các thiết bị điện tử phối hợp với lực và hành trình bàn đạp phanh của ô tô giúp kiểm soát phanh bánh xe trong giới hạn trượt tối ưu Trong tình huống khẩn cấp, việc phanh gấp có thể gây bó cứng bánh xe, đặc biệt trên bề mặt trơn trượt, dẫn đến mất ổn định hướng chuyển động của xe Sử dụng hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) có thể ngăn chặn những tình huống nguy hiểm này, từ đó nâng cao đáng kể an toàn chủ động cho ô tô.
2.2.1 Nguyên lý chung của một mạch điều khiển ABS khí nén
Hệ thống ABS trong phanh khí nén tự động điều chỉnh áp suất khí nén vào xy lanh tại các bánh xe, giúp phù hợp với chế độ lăn của bánh xe Điều này nhằm loại bỏ nguy cơ trượt lết khi phanh, đảm bảo an toàn và hiệu suất phanh tối ưu.
Mạch điều khiển phanh ABS khí nén cơ bản cho một bánh xe bao gồm các thành phần chính như van phân phối, van khí nén điện từ 4, xy lanh phanh 5, và các bộ phận bổ sung như bộ điều khiển điện tử (ECU) 3, cảm biến đo tốc độ góc 1 và cơ cấu chấp hành 4 để điều chỉnh áp suất khí nén Sơ đồ mạch điều khiển này được trình bày trong hình 2.2.1.
Cảm biến tốc độ bánh xe 1 đóng vai trò quan trọng trong việc xác định tốc độ quay của bánh xe, hoạt động như một bộ đếm số vòng quay Tín hiệu từ cảm biến này được truyền về bộ điều khiển điện tử (ECU-ABS) Trên xe, cảm biến có thể được lắp đặt tại các vị trí như đĩa phanh, bán trục, tang trống hoặc bánh răng bị động của cầu.
Bộ điều khiển điện tử 3 hoạt động như một máy tính nhỏ với chương trình đã được lập trình sẵn, thực hiện các chức năng điều khiển logic và đánh giá Tín hiệu điều khiển cho van điện từ (output signal) được xác định dựa trên tín hiệu từ cảm biến (input signal).
Hình 2.3 S ơ đồ đơ n gi ả n m ộ t m ạ ch đ i ề u khi ể n phanh ABS
1 Cảm biến tốc độ bánh xe
3 Bộ điều khiển (ECU - ABS)
4 Van khí nén điện từ(Solenoid valev)
Chương trình vi xử lý bao gồm 12 bước, xác định chế độ làm việc của bánh xe dựa trên độ trượt, từ đó phát tín hiệu điều khiển cho van điều khiển (cơ cấu thừa hành) và thiết lập chế độ điều chỉnh áp suất dầu phanh tại bánh xe.
Van điều chỉnh áp suất 4, hay môdun điều khiển áp lực phanh, nằm giữa van phân phối khí nén và xy lanh bánh xe trong hệ thống phanh Đây là cơ cấu thừa hành của ABS, có nhiệm vụ điều chỉnh việc đóng mở đường khí nén đến xy lanh bánh xe dựa trên tín hiệu từ ECU-ABS Cấu trúc của van này bao gồm các van điện từ được điều khiển điện tử, giúp thay đổi áp suất trong xy lanh bánh xe, từ đó điều chỉnh mômen phanh để thực hiện phanh hoặc nhả phanh hiệu quả.
2.2.2 Nguyên lý làm việc cơ bản của ABS:
Khi phanh được kích hoạt, bánh xe quay với tốc độ giảm dần; nếu đạt gần giới hạn trượt, cảm biến gửi tín hiệu về ECU-ABS ECU-ABS lựa chọn chế độ và điều khiển van áp suất để duy trì hoặc ngắt dòng khí nén đến xy lanh bánh xe, ngăn không cho lực phanh tăng thêm Khi bánh xe có xu hướng lăn nhanh hơn, cảm biến lại gửi tín hiệu về ECU-ABS, từ đó ECU-ABS điều chỉnh van khí nén để giảm áp lực phanh, tránh hiện tượng bó cứng Nếu vận tốc góc bánh xe tăng, cảm biến tiếp tục cung cấp thông tin cho bộ điều khiển, giúp tăng áp suất điều khiển và duy trì khả năng phanh hiệu quả.
Hình 2.4 mô tả modul điều chỉnh với van R12, bao gồm các thành phần chính như cụm van điện từ cấp vào (a1), cụm van điện từ cấp ra (a2), pittong van (a3), bệ van (a4), lò xo (a5), van phân phối hai dòng (a6), bầu phanh (a7), đường xả khí (a8) và đường cấp khí (a9).
13 độ quay tới khi gần bó cứng Quá trình xảy ra được lặp lại theo chu kỳ liên tục, tới khi bánh xe dừng hẳn
Hệ thống điện tử hỗ trợ phanh duy trì chế độ lăn có trượt của bánh xe mà không làm thay đổi vị trí bàn đạp phanh.
Chu kỳ điều khiển của hệ thống ABS chỉ khoảng 1/5 giây, nhờ vào bộ tích áp suất khí nén và van giảm trễ, giúp giảm thiểu độ chậm tác dụng Điều này làm cho ABS hoạt động hiệu quả, ngăn ngừa hiện tượng bó cứng bánh xe Hệ thống này sử dụng mạch phản hồi để điều chỉnh mạch kín, đảm bảo bánh xe luôn ở trạng thái phanh với độ trượt tối ưu.
Trong kết cấu thực tế hệ thống được tổ hợp là nhiều mạch điều khiển khác nhau cho từng bánh xe hay một số bánh xe
2.2.3 Sơ đồ hệ thống phanh cơ bản
Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống phanh cơ bản
Kiểm soát độ trượt bánh xe gặp khó khăn do việc đo lường không chính xác Do đó, cần thiết phải thiết lập ngưỡng điều chỉnh Việc điều chỉnh theo gia tốc góc là cần thiết, xuất phát từ việc hệ thống không thể quản lý mặt đường, buộc phải giám sát tương tác giữa bánh xe và mặt đường để quản lý bánh xe theo gia tốc.
Quản lý theo gia tốc có thể dẫn đến sự không ổn định trong chuyển động của ô tô nếu ngưỡng điều chỉnh quá lớn, gây khó khăn trong việc điều khiển và làm tăng nguy cơ mất ổn định.
2.3 Cơ sở lý luận điều khiển ABS
2.3.1 Điều khiển theo độ trượt S0 Điều khiển theo độ trượt chỉ thực hiện hiệu quả khi sự biến đổi theo gia tốc rất nhỏ tương ứng khi xe chuyển động trên đường tốt, phanh nhẹ dẫn đến gia tốc quay bánh xe thay đổi từ từ
Mô hình cơ học về quỹ đạo chuyển động của ôtô
Nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ôtô cần được thực hiện trong hệ tọa độ không gian ba chiều, nhằm xem xét đầy đủ các điều kiện không gian Mặc dù có thể phân tích quỹ đạo chuyển động của ôtô trong mặt phẳng đường (tọa độ hai chiều), nhưng cần chú ý đến các đặc trưng kết cấu trong không gian.
Khi nghiên cứu quỹ đạo chuyển động của ôtô khi phanh, ôtô được xem như một hệ thống cơ học biến dạng Bằng cách gắn một hệ tọa độ qua trọng tâm ôtô vào thân xe, chúng ta có thể biểu thị sự biến dạng của hệ thống theo cả ba phương z, y.
Biến dạng của ôtô, bao gồm các phần tử đàn hồi, giảm chấn, bánh xe, khâu khớp đòn giằng và khung vỏ, cho thấy ôtô hoạt động như một hệ đàn hồi trên đường Ôtô chuyển động trong một hệ tọa độ cố định, với các dịch chuyển dọc theo ba trục và quay quanh ba trục, tạo ra tổng cộng sáu chuyển vị Tùy thuộc vào mục đích của từng bài toán, các chuyển vị này có thể được xem xét đồng thời hoặc độc lập.
Mô phỏng chuyển động ô tô khi phanh tập trung vào việc xác định vị trí theo tọa độ mặt đường cố định Ox 0 y 0 z 0, được biểu diễn bằng tọa độ x 0, y 0 và góc quay thân xe Vào mỗi thời điểm, vị trí của ô tô trong quỹ đạo chuyển động được xác định qua bộ giá trị này Tập hợp các điểm này theo thời gian tạo thành đường cong trong không gian, gọi là quỹ đạo chuyển động Do đó, để xác định quỹ đạo chuyển động của ô tô, cần xác định tọa độ y, x, góc lệch bên , góc quay thân xe , và vận tốc chuyển động tức thời v, bao gồm cả vận tốc góc quay thân xe và vận tốc biến đổi góc lệch bên.
Gia tốc hướng tâm ẏ̇ là đạo hàm của các chuyển vị như ε, α, x, y, và được xem là hàm mục tiêu trong bài toán quỹ đạo, được gọi chung là các thông số quỹ đạo.
Hệ thống cơ học của ôtô có tính chất đàn hồi, dẫn đến sự phức tạp trong quy luật hoạt động của nó Mối quan hệ giữa các thành phần trong hệ thống này có thể được biểu diễn một cách đơn giản qua hình ảnh minh họa.
Trong quá trình mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô khi phanh với ABS, cần khảo sát mối quan hệ giữa góc điều khiển vành lái, vì chuyển động thẳng chỉ là một trường hợp đặc biệt trong chuyển động quay vòng tổng quát Sự liên quan này thuộc lĩnh vực điều khiển quỹ đạo chuyển động, với phương pháp nghiên cứu dựa trên lý thuyết điều khiển tổng quát Có thể phân loại tính điều khiển thành hai loại: a) Khả năng điều khiển - xác định chuyển vị của quỹ đạo ô tô dưới các điều kiện tác động điều khiển cố định; b) Ổn định hướng chuyển động - khả năng duy trì hướng di chuyển khi góc quay vành lái không thay đổi dưới tác động lực ổn định.
Hình 3.1: Mô hình cơ học ôtô
19 chuyển động chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố đặc biệt là vận tốc và sự phát sinh lực trong vết bánh xe khi tăng tốc hay phanh
Phương pháp toán học mô tả quỹ đạo chuyển động của ôtô
Tuỳ theo mục đích nghiên cứu của đề tài mà có thể sử dụng các loại mô hình sau:
Mô hình một vết bánh xe được thể hiện trên mặt phẳng đường, phù hợp cho việc nghiên cứu mặt đường có hệ số bám đều cho các bánh xe, không xem xét ảnh hưởng của hệ thống treo.
Mô hình hai vết bánh xe được áp dụng để bỏ qua ảnh hưởng của lật nghiêng thân xe do lực ly tâm và hệ thống treo.
Mô hình không gian tổng thể cho phép thiết lập các quan hệ động lực học một cách đầy đủ, phản ánh tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống.
Mục tiêu của nghiên cứu là mô phỏng quá trình chuyển động quay vòng và phanh đồng thời của ôtô buýt 4 bánh xe, sử dụng bánh kép cho cầu sau và dẫn động cầu trước Nghiên cứu thiết lập các phương trình động học và động lực học, khảo sát trên mô hình không gian phi tuyến từng phần Bài toán quỹ đạo chuyển động bao gồm việc xác định tọa độ trọng tâm, góc lệch hướng chuyển động α, góc quay thân xe ε, vận tốc chuyển động tức thời v và mômen vành lái.
Các lực kích động tác động lên ôtô rất phức tạp, và trong các bài toán về điều khiển và ổn định hướng, cần tập trung vào các tác động liên quan đến góc quay của vành lái Dựa trên những phân tích này, việc điều chỉnh hệ thống là cần thiết để đảm bảo tính ổn định của quỹ đạo chuyển động ôtô.
Quan hệ động lực học trong mô hình toàn xe, xây dựng các phương trình cân
3.2.1 Mô hình không gian của ôtô Để xây dựng mô hình động lực học của ôtô, ta sử dụng một số giả thiết sau:
+ Ôtô chuyển động trên mặt đường bằng phẳng
+ Bỏ qua dao động theo phương thẳng đứng
+ Bỏ qua lực cản của không khí theo phương dọc x là P
+ Bỏ qua lực gió bên theo phương ngang y là N
+ Các lực dọc và ngang của bánh xe được khảo sát trong quan hệ với biến dạng bánh xe
Mô hình được phát triển dựa trên chuyển động song phẳng của ôtô, trong đó chiều cao tác động đến các lực và mômen, được thể hiện qua các tải trọng tác động lên từng bánh xe.
+ Các bánh xe quay xung quanh trục đứng với các góc dẫn hướng như nhau
Các thành phần lực và mômen trong mô hình bao gồm:
- Các lực dọc theo phương x và mômen M X quanh trục ox
- Các lực ngang theo phương y và mômen M Y quanh trục oy
- Các lực thẳng đứng theo phương z và mômen M Z quanh trục oz
Các thành phần lực và mômen trong quá trình ôtô chuyển động theo các phương, bao gồm:
Trọng tâm của ôtô T nằm tại vị trí cách tâm trục cầu trước một khoảng a và cách tâm trục cầu sau một khoảng b, với chiều cao trọng tâm là h g so với mặt đường.
- Trọng lực của ôtô G mg
- Lực quán tính ly tâm P LT m y mv ( α ε )
- Lực cản của không khí (kể cả của gió) đặt tại điểm C cách trọng tâm một đoạn là e và chia làm hai thành phần:
Các lực và mômen tác dụng đặt tại các bánh xe:
+ Lực kéo chủ động đặt tại các bánh chủ động X i
+ Phản lực thẳng đứng Z i tại vết bánh xe
+ Các góc quay của bánh xe dẫn hướng ti khi chuyển động
+ Chỉ số i có giá trị 1, 2, 3, 4 tuỳ thuộc vào cách đánh số thứ tự của các bánh xe
Khi xe quay, mômen quán tính xung quanh trục T Z, đi qua trọng tâm T, sẽ xuất hiện với giá trị J Z Trong đó, J Z là mômen quán tính của ôtô đối với trục T Z và là gia tốc góc quay của thân xe.
Các thông số hình học trên mô hình:
+ Các kích thước chiều rộng vết lốp cầu trước là t t , của cầu sau t S
+ Góc lệch bên của thân xe so với trục dọc của ô tô là
+ Góc quay của thân xe so với hệ trục tọa độ cố định
Hình 3.2: Mô hình động lực học của ôtô
Xây dựng phương trình quay vòng ôtô
Theo nguyên lý Đalambe ta viết các phương trình cân bằng lực và mômen như sau:
Phương trình cân bằng lực theo phương dọc ôtô: m x
1 2 1 2 1 2 3 4 3 4 cos ( )sin ( )sin t ( f f ) cos t f f 0 mv mv S S X X P P P X X P P
Phương trình cân bằng lực theo phương ngang ôtô: m y
1 2 1 2 1 2 3 4 sin ( ) cos ( ) cos t ( f f )sin t 0 mv m S S X X P P S S N
PT cân bằng mômen đối với trọng tâm T của ôtô:
Hình 3.3: Mô hình tính toán cho ôtô
Từ mô hình và các phương trình cân bằng lực và mômen đã trình bày ở trên (chú ý
t 1 t 2 ; P 0; N 0) ta rút gọn thành các phương trình vi phân chuyển động sau:
Để giải các phương trình vi phân, cần đưa ra các phương trình phụ phù hợp với ẩn số của bài toán Những phương trình này mô tả chuyển động của ôtô khi bánh xe dẫn hướng lệch một góc βt, được gọi là phương trình quay vòng của ôtô Chúng có dạng phương trình vi phân bậc hai liên quan đến các biến số như vận tốc (ν), góc lái (α), và độ lệch (ε), với các hàm kích động là mômen, phản lực mặt đường Zi và góc quay vành lái βV.
Mô hình hệ thống lái
Hệ thống lái của ôtô buýt là một cơ cấu cơ học đàn hồi, trong đó góc quay của bánh xe dẫn hướng (βt) được giả định là đồng nhất, mặc dù thực tế có sự khác biệt Tuy nhiên, điều quan trọng hơn là xác định mối quan hệ giữa góc quay vành lái (βv) và góc quay bánh xe dẫn hướng (βt).
Ta sử dụng mô hình tính toán với công thức sau: l v t i
Khi sử dụng phương trình này, đề tài có chấp nhận giả thiết sau:
- Góc quay các bánh xe dẫn hướng là như nhau
- Các tác động của hệ thống treo đến bánh xe dẫn hướng được bỏ qua
Quan hệ động học của ôtô trong mô hình phẳng
Mô hình đơn giản nhất để khảo sát là mô hình không gian mở rộng từ mô hình phẳng với hai vết bánh xe, trong đó trọng tâm ôtô được coi là nằm trên mặt đường Mô hình này bỏ qua ảnh hưởng của góc nghiêng thân xe và xem xét tác động của sự thay đổi các phản lực thẳng đứng khi ôtô chuyển động trên bốn bánh xe.
Hình (3.5) thể hiện quỹ đạo chuyển động của ôtô dưới dạng một đường cong, được xác định bởi các vị trí liên tiếp của trọng tâm ôtô T trong hệ tọa độ di động.
Vận tốc tức thời của ôtô Txyz được xác định trong hệ tọa độ cố định gắn với mặt đường Ox 0 y 0 z 0 Tại trọng tâm, vận tốc này là v, tiếp tuyến với quỹ đạo chuyển động và tạo với trục dọc ôtô một góc α, được gọi là góc lệch hướng chuyển động Góc quay tương đối giữa hai hệ tọa độ là ε, đồng thời cũng là góc quay của trục dọc ôtô trong quá trình di chuyển Các công thức liên quan đến vận tốc và các góc này bao gồm v(ε+α)sin(ε+α) và vcos(ε+α), thể hiện sự tương tác giữa các thành phần vận tốc và góc lệch hướng.
Hình 3.4: Quan hệ động học của ôtô trong mô hình phẳng tổng quát
Chiếu vận tốc v lên hai trục Ox 0 và Oy 0 ta có tốc độ của trọng tâm xe:
Vị trí của ôtô tại một thời điểm cụ thể (sau khoảng thời gian từ 0 đến t) được xác định theo hình (3.6) Để tính toán vị trí tọa độ trọng tâm, ta sử dụng phương pháp tích phân.
Để xác định vị trí ôtô trên mặt đường, cần biết hệ tọa độ mặt đường cùng với tọa độ x₀, y₀ và các góc α, ε tại một thời điểm nhất định Mục tiêu của bài toán là xác định các thông số này, vì chúng là hàm mục tiêu của đề tài Khi ôtô di chuyển, góc α cho biết độ lệch của trục dọc thân xe so với vận tốc tức thời, ảnh hưởng đến cảm giác lái và khả năng điều chỉnh hướng di chuyển Trong khi đó, góc quay ε thể hiện góc quay của thân xe trên mặt đường quanh trục thẳng đứng Oz.
Hình 3.5: Xác định vị trí trọng tâm ôtô tại một thời điểm nhất
26 rất quan trọng, nó đóng vai trò chính trong việc khảo sát tính ổn định chuyển động của ôtô
Các thông số khác cần xác định trên hình (3.5) là:
Gia tốc hướng tâm (y ) là loại gia tốc xuất hiện khi ôtô di chuyển trên một quỹ đạo cong, trong đó gia tốc chuyển động tịnh tiến không trùng với vận tốc v.
Trong đó R i là bán kính cong tức thời của quỹ đạo
Từ hình (3.2) và các công thức đã nêu, ta có thể tính toán đạo hàm theo thời gian của v xo và v yo để xác định các thành phần gia tốc của trọng tâm trong hệ tọa độ cố định Cụ thể, gia tốc v xo được tính bằng công thức: \( \dot{v_{xo}} = v(\dot{\alpha} + \dot{\varepsilon}) \cdot \sin(\alpha) + \dot{v} \cdot \cos(\alpha) \) và gia tốc v yo được tính bằng công thức: \( \dot{v_{yo}} = v(\dot{\alpha} + \dot{\varepsilon}) \cdot \cos(\alpha) + \dot{v} \cdot \sin(\alpha) \) Trong đó, \( v(\dot{\alpha} + \dot{\varepsilon}) \) là gia tốc hướng tâm, được ký hiệu là \( \ddot{y} \).
Gia tốc tiếp tuyến và gia tốc hướng tâm được xác định theo hình (3.7) Khoảng cách TP' biểu thị bán kính cong của quỹ đạo R i, trong khi khoảng cách TP đại diện cho bán kính quay của trọng tâm ôtô.
Hình 3.6: Sơ đồ xác định gia tốc trọng tâm ôtô
Sau mỗi bước tính toán, chúng ta xác định các tham số , , và tại trọng tâm để tính toán lực trong vết, điều này giúp xác định quan hệ chuyển vị của các bánh xe Quan hệ này là yếu tố quan trọng trong quá trình phân tích và thiết kế.
Quan hệ động học giữa lực bên S i và góc lệch thân xe trong chuyển động của ôtô liên quan đến góc quay bánh xe t được thiết lập thông qua mô hình hai vết bánh xe, như thể hiện trong hình 3.6.
Trên sơ đồ quay vòng ta có:
' b Đối với bánh xe trước, góc quay bánh xe dẫn hướng t bao gồm: góc lệch bên
t , góc lệch thân xe , góc quay do vận tốc quay thân xe ε gây nên
Do vậy: - Đối với bánh xe cầu trước: t t v a
- Đối với bánh xe cầu sau ( S 0 ): v b s
Trong đó: a ' ,b ' là khoảng cách từ trọng tâm ôtô đến tâm trục xoay đứng cầu trước và cầu sau
Hình 3.7: Quan hệ động học mô hình hai vết
Xây dựng chương trình điều khiển ABS cho xe buýt
3.3.1 Lựa chọn phương án mô phỏng cho xe buýt
- Xe buýt một cầu sau chủ động
- Hệ thống dẫn động điều khiển 4S/4K
Xe khảo sát Xe buýt Daewoo BH115E sản xuất năm 2004 đang được sử dụng tại
Hình 3.17: Kích thước xe buýt tham khảo
Bảng 3.1: THÔNG SỐ VÀ SỐ LIỆU XE BUÝT DAEWOO BH115E
Kích thước (mm) kích thước ( dài x rộng x cao) 11.550 x 2.490 x 3.225
Trọng lượng toàn bộ (kg) 16,000
Trọng lượng bản thân (kg) 11,150
Tốc độ lớn nhất (km/h) 113
Góc quay nhỏ nhất (m) 11.7 Độ vượt dốc (%) 32.1 Động cơ
Loại DE12TIS EURO II
Kiểu 4 Thì, 6 xilanh thẳng hàng, làm mát bằng nuớc,
Dung tích (cc) 11051 Đường kính x hành trình (mm x mm) 123 x 155
Công suất lớn nhất (ps/rpm) 310 / 2100
Mô men xoắn lớn nhất (kg.m/rpm) 125 / 1260
Nhiên liệu sử dụng DIESEL
Loại hộp số 5 số tiến , 1 số lùi
Kiểu Hệ thống treo khí nén
Lốp Lốp loại không săm 11R22.5-16PR
Phanh chính Dạng tang trống, dẫn động bằng khí nén, tự động điều chỉnh khe hở
Phanh đỗ xe Kiểu lò xo tác động lên bầu hơi phanh sau
Phanh bỗ trợ Tác động lên ống xả, dẫn động bằng điện
Phanh an toàn ABS & ARS Có
Kiểu Đĩa đơn ma sát khô, trợ lực dầu, tự đồng điều
Ghế lái Điều khiển bằng khí nén
Ghế hành khách Có vai tựa, ngả được phía sau
Ghế hướng dẫn Kiểu gấp được
Hệ thống điều hòa Đặt trên nóc, dẫn điện trực tiếp 26000 kcal/h
Tủ nóng lạnh Tùy chọn
Máy sấy nóng không khí Có
Khoang hành lý Có – cửa đóng mở kiểu trượt
Bảng 3.2: Số liệu tính toán
TT Tên gọi Ký hiệu Đơn vị Giá trị
1 Khối lượng toàn bộ xe khi đầy tải mv kg 16000
2 Khối lượng của phần được treo mmv kg -
3 Chiều dài cơ sở ôtô lv m 6100
4 Khoảng cách từ trọng tâm - cầu trước lp m -
5 Khoảng cách từ trọng tâm - cầu sau lz m -
6 Momen qtính của bánh xe quanh trụ đứng cầu trước Jrp kg.m 2 -
7 Momen qtính của bánh xe quanh trụ đứng cầu sau Jrz kg.m 2 -
8 Momen qtính của bxe quanh trục quay bxe cầu trước Jkp kg.m 2 -
9 Momen qtính của bxe quanh trục quay bxe cầu sau Jkz kg.m 2 -
10 Momen quán tính ôtô quanh trục thẳng đứng Jz kg.m 2 -
11 Chiều rộng vết lốp bánh xe trước sp m 2050
12 Chiều rộng vết lốp bánh xe sau sz m 1853
13 Chiều cao trọng tâm ôtô hv m -
14 Chiều cao trọng tâm của phần được treo h o m -
15 Bán kính bánh xe tĩnh rbxt m
16 Tỷ số truyền của hệ thống lái i r - 22,4:1
17 Hệ số độ cứng bậc nhất của góc lệch bên L α1 1/rad -
18 Hệ số độ cứng bậc hai của góc lệch bên L α2 1/kNrad -
19 Hệ số độ cứng bậc nhất của biến dạng dọc lốp xe L s1 1/rad -
20 Hệ số độ cứng bậc hai của biến dạng dọc lốp xe L s2 1/kNrad -
Bánh xe Crbx có độ cứng hướng kính 21 kN/m, thuộc loại xe buýt đường dài với khoang hành lý được thiết kế dưới sàn xe và khoang hành khách có sàn cao.
Hình 3.18: Bố trí ghế ngồi và khoang hành lý
Hệ thống phanh được trang bị trên xe:
Hình 3.19: Sơ đồ hệ thống phanh
2: Bộ sấy và làm khô khí nén
3: Bộ lọc và làm sạch khí nén
6: Bộ đảm bảo áp suất
7: Van đảo chiều hai ngả
8: Van xả nước bình hơi
9: Đồng hồ báo áp suất 10: Van phân phối 11: Van phanh tay 12: Van R12 13: Van một chiều 14: Van một chiều kép 15: Bầu phanh trước
16: Bầu phanh sau 17: Van điện từ 18: Công tắc áp suất thấp 19: Van xả khí hệ thống 20: Van QR1C
21: Van xả khí nhanh 22: Modul ABS 23: Cảm biến
Hệ thống ABS phanh khí nén hoàn toàn gặp khó khăn trong việc chẩn đoán hư hỏng và bảo dưỡng sửa chữa do thiếu tài liệu chuyên sâu và mô tả đầy đủ Nhiều đơn vị sử dụng phương tiện đã tháo bỏ ABS vì không có kiến thức cần thiết về hệ thống này.
Nhu cầu nghiên cứu mô hình mô phỏng nhằm hiểu rõ cấu trúc điều khiển ABS rất quan trọng, giúp các kỹ thuật viên có kiến thức sâu sắc hơn Từ đó, họ có khả năng phục hồi các bộ ABS hư hỏng hoặc khôi phục những bộ ABS bị gỡ bỏ do sự cố.
Trong hệ thống phanh ABS, việc mô tả rõ ràng cách thức điều khiển là rất quan trọng để thiết lập mối quan hệ logic trong quá trình điều khiển.
3.3.2 Xây dựng Modul điều khiển
Cấu trúc ABS điều khiển hệ thống bằng cách sử dụng các tín hiệu đầu vào như độ trượt và gia tốc của bánh xe Hệ thống tác động qua cơ cấu chấp hành (van khí nén điện từ) để điều chỉnh tần số phù hợp.
Quá trình mô phỏng hệ thống được thực hiện với tất cả các lực và tín hiệu đầu vào, với giả định hệ số bám của mặt đường là như nhau cho tất cả các bánh xe Từ đó, modul điều khiển được xây dựng kết hợp giữa độ trượt và gia tốc bánh xe nhằm khảo sát khả năng điều khiển ở từng bánh xe, đặc biệt là modul điều khiển theo độ trượt S0.
Mục tiêu của nghiên cứu này là xây dựng bài toán ổn định hướng chuyển động của ô tô khi thực hiện phanh trong trạng thái đánh lái, với các giả thiết đã xác định về vận tốc giới hạn, vận tốc ban đầu và độ trượt của các bánh xe.
Modul điều khiển ABS cần xác định vùng làm việc của các bánh xe phanh trong khoảng độ trượt tối ưu, với giá trị S0gh là 0,2 Độ trượt của các bánh xe được điều chỉnh xung quanh giá trị độ trượt giới hạn này để đảm bảo hiệu suất phanh tốt nhất.
Quá trình điều khiển theo độ trượt S0 được mô tả qua sơ đồ sau:
Hình 3.20: Khối điều khiển theo độ trượt S0
Quá trình tạo tín hiệu bắt đầu bằng việc so sánh tín hiệu độ trượt của bánh xe S0 với giá trị độ trượt giới hạn S0gh = 0,2 Khi S0 vượt quá S0gh, tín hiệu logic sẽ được phát ra để điều khiển giảm độ trượt xuống mức S0gh bằng cách giảm áp suất (tín hiệu 0 hoặc -1) Ngược lại, nếu S0 thấp hơn S0gh, hệ thống sẽ điều chỉnh áp suất tương ứng.
Lựa chọn điều khiển theo gia tốc bánh xe:
Giá trị ngưỡng gia tốc âm -a được xác định là 8 m/s², tương đương với gia tốc góc 16 rad/s² Việc lựa chọn giá trị -a = 8 m/s² đảm bảo lớn hơn 5,6 m/s², giúp đáp ứng yêu cầu về quãng đường phanh theo tiêu chuẩn Tuy nhiên, nếu giá trị -a được chọn quá cao cho xe buýt, điều này có thể dẫn đến mất ổn định trong hướng chuyển động do Jz lớn và chiều rộng của xe.
B bị giới hạn bởi tiêu chuẩn
Giá trị ngưỡng gia tốc dương được chọn là +a = 2,3 m/s² nhằm đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất Việc hạn chế gia tốc nhanh dần của xe là cần thiết để duy trì an toàn trong quá trình phanh.
Hình 3.21: Khối điều khiển theo gia tốc bánh xe
Tạo tín hiệu Gia tốc bánh xe a
Quá trình tạo tín hiệu bắt đầu bằng việc đưa tín hiệu gia tốc a vào Modul điều khiển, sau đó so sánh với giá trị gia tốc giới hạn Khi bánh xe đang trong quá trình gia tăng gia tốc chậm dần, gia tốc a sẽ tiến gần đến ngưỡng –a = 2,3 m/s² Nếu gia tốc bánh xe a vượt qua ngưỡng này, cần phát tín hiệu logic (gồm -1 hoặc 0) để điều khiển giảm quá trình gia tăng gia tốc chậm dần của bánh xe.
Khi bánh xe đang gia tăng gia tốc nhanh dần và gia tốc a tiến gần đến ngưỡng +a, hệ thống sẽ so sánh giá trị gia tốc a với ngưỡng này Nếu gia tốc a vượt quá ngưỡng +a, hệ thống sẽ phát tín hiệu logic (+1) để điều khiển giảm tốc độ gia tăng của bánh xe bằng cách tăng áp suất.
Quá trình tạo tín hiệu logic để điều khiển theo gia tốc bao gồm việc tổng hợp tín hiệu logic cho cả hai trường hợp: gia tăng gia tốc nhanh dần và gia tăng gia tốc chậm dần của bánh xe Điều này cho phép kết hợp điều khiển dựa trên cả hai thông số quan trọng: độ trượt và gia tốc.
Hình 3.22: Khối điều khiển kết hợp theo 2 thông số
Tín hiệu điều khiển được truyền qua một khối tổng hợp tín hiệu, nơi tín hiệu đến trước sẽ được ưu tiên thực hiện Kết quả là, một tín hiệu điều khiển duy nhất được tạo ra để điều chỉnh áp suất phanh.
Giới thiệu về Matlab Simulink
Với nhiệm vụ mô phỏng của đề tài, vấn đề nêu trên có thể thực hiện bằng một trong hai phương pháp:
- Lập trình trong Matlab thông thường
Simulink là một phần mở rộng của Matlab, chuyên dùng để mô hình hóa, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học Giao diện đồ họa của Simulink cho phép người dùng thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc Ngoài ra, Simulink còn cung cấp một thư viện phong phú với nhiều khối chức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến và gián đoạn.
Matlab Simulink là công cụ mạnh mẽ cho việc mô phỏng và tính toán hệ thống, giúp giải quyết các vấn đề mô phỏng một cách linh hoạt và hiệu quả Công cụ này cho phép khảo sát các đối tượng hay hệ thống mà không cần đến mô hình thực, từ đó rút ngắn thời gian và chi phí nghiên cứu, phát triển sản phẩm mà vẫn đạt được kết quả gần với thực tế Để thực hiện mô phỏng hệ thống động lực trên máy tính, chúng ta cần tuân theo các bước cụ thể.
Xây dựng mô hình toán học bao gồm việc thiết lập các phương trình vi phân nhằm mô tả hệ thống và thể hiện các quy luật vật lý cơ bản.
Xác định giá trị các thông số của mô hình là bước quan trọng, thường bao gồm các hằng số không thay đổi hoặc thay đổi chậm hơn so với các biến động lực học được tính toán trong quá trình mô phỏng.
Các hệ thống thường phản ứng với một hoặc nhiều tín hiệu đầu vào, vì vậy việc xác lập các kích động đưa vào hệ thống là rất quan trọng Để mô phỏng hiệu quả, cần đảm bảo rằng các yêu cầu này được đáp ứng đầy đủ.
+ Xác định các điều kiện đầu
Khi lựa chọn các phương thức xuất kết quả, mô phỏng thường không yêu cầu chỉ định cụ thể các kết quả đầu ra Thay vào đó, các kết quả này thường là các biến vật lý của hệ thống, phụ thuộc vào thời gian.
Để thực hiện quá trình mô phỏng hiệu quả, cần xác định các thông số điều khiển như giá trị, lựa chọn và phương pháp số phù hợp Những thông số này thường bao gồm bước thời gian, khoảng tích phân và thuật toán tích phân, giúp đảm bảo tính chính xác và hiệu quả của mô phỏng.
Đề tài đã xây dựng các phương trình toán học để mô tả quỹ đạo chuyển động của ôtô và thực hiện mô phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink 7.8 Sử dụng thuật toán Variable step với Ode45, mô phỏng dựa trên phương pháp Runge Kutta bậc 4 theo một sơ đồ logic cụ thể.
Hình 3.4.1 S ơ đồ logic t ổ ng quát c ủ a mô hình tính toán
Tính toán điều kiện đầu
Gi ả i ph ươ ng trình vi phân
Hàm điều khiển vành lái
Các phương trình vi phânLực trong vết tiếp xúc
Chương trình mô phỏng
Từ các phương pháp quản lý: theo độ trượt, theo gia tốc góc, chương trình mô phỏng được xây dựng gồm các phần cơ bản sau:
- 8 phương trình vi phân xác định chuyển động của ôtô và 4 bánh xe
- Các phương trình thiết lập quan hệ động học
- Các phương trình xác định tải trọng thẳng đứng
- Các phương trình xác định lực dọc, lực ngang của bánh xe
- Các phương trình tính toán mô men điều khiển bánh xe có ABS:
+ Chương trình điều khiển theo độ trượt
+ Chương trình điều khiển theo gia tốc bánh xe
- Các giá trị đầu vào
Chương trình chính được mô tả trên hình 3.5.1
Chương trình chính gồm 11 chương trình con (Subsystem) trong đó:
- Chương trình tính cho các bánh xe, mỗi bánh xe bao gồm các chương trình con:
+ Quan hệ động học bánh xe
+ Tính lực trong vết tiếp xúc bánh xe
+ Sự cân bằng mô men bánh xe
+ Chương trình điều khiển ABS
- Chương trính tính tải trọng thẳng đứng gồm 3 chương trình con
Như vậy chương trình mô phỏng chính gồm 3 lớp chương trình
Hình 3.5 1 Ch ươ ng trình mô ph ỏ ng c h ính
Hình 3.5.2: Modul tính toán cho bánh xe 1
Hình 3.5.3: Modul điều khiển ABS
Hình 3.5 4 Modu l t ính toán tron g v ế t bán h xe 1
Hình 3.5.5: Sự cân bằng momen quay bánh xe 1
Hình 3.5.6: Quan hệ động học bánh xe 1
