Nghiên cứu động lực học và điều khiển hệ thống cân bằng điện tử ô tô - Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ kỹ thuật Ô tô (Trần Thanh Sang)
Thật khó để có thể mơ tả hết mọi thứ của hệ thống cân bằng điện tử cũng như khảnăng tuyệt vời mà chúng đem lại. Chúng em đã cố gắng gói gọn chúng trong đề tài “Nghiên
cứu động lực học và điều khiển hệ thống cân bằng điện tử ô tô”. Cụ thể, đề tài sẽ giới
thiệu sơ lược về hệ thống cân bằng điện tử được trang bị trên ơ tơ chở khách, sau đó tập
trung vào hai mảng chính đó là nghiên cứu về động lực học và phương pháp điều khiển hệ
thống, xoáy sâu vào hai hệ thống chính trên ơ tơ: hệ thống phanh và hệ thống lái. Các kết
quả mô phỏng bằng Matlab/Simulink sẽ mang lại cái nhìn trực quan nhất, tuy nhiên đây
chỉ là những mơ phỏng mang tính thực nghiệm, ước lượng có thể chỉ gần giống với thực
tế. Mong đề tài tham khảo này sẽ đóng góp ít nhiều sự hiểu biết của bạn đọc về một hệ
thống an tồn ơ tơ.
Cụ thể nội dung đề tài sẽ được thể hiện qua 6 chương:
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ (ESP)
Chương 3. LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ
Chương 4. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ (ESP)
Chương 5. MƠ HÌNH HĨA ESP VỚI PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... vii
TÓM TẮT ........................................................................................................................ viii
MỤC LỤC ..........................................................................................................................ix
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .........................................................xi
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................................xv
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .................................................1
1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .............................................................................................. 1
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU........................................................................................2
1.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ....................................................................................2
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............................................................................2
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ (ESP) .................3
2.1. GIỚI THIỆU ...............................................................................................................3
2.1.1. Khái niệm .............................................................................................................3
2.1.2. Lịch sử phát triển hệ thống ...................................................................................4
2.1.3. Nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống ESP ...................................................5
2.2. MATLAB/SIMULINK VÀ ỨNG DỤNG ..................................................................5
Chương 3. LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ .................................................7
3.1. CÁC LỰC VÀ MÔ-MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG ............7
3.2. ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ KHI PHANH .....................................................................9
3.3. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG LÁI ...........................................11
3.3.1. Động học hệ thống lái .........................................................................................11
3.3.2. Động lực học hệ thống lái...................................................................................15
3.3.3. Quay vòng trung tính, quay vịng thiếu, quay vịng thừa và sự ảnh hưởng của
chúng đến sự ổn định ô tô khi quay vòng ......................................................................18
Chương 4. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ (ESP) ......................23
4.1. BA HỆ THỐNG CHỦ LỰC HỖ TRỢ HOẠT ĐỘNG ESP .....................................23
4.1.1. ABS, TCS và EBD ............................................................................................. 23
4.1.2. Sự can thiệp của ESP vào ba hệ thống ABS, TCS và EBD ............................... 24
4.2. CÁC CHỨC NĂNG KHÁC CỦA ESP ....................................................................26
4.3. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ ...............................................27
4.3.1. Hệ thống phanh vi sai .........................................................................................28
4.3.1.1. Mơ hình xe .................................................................................................28
4.3.1.2. Cấu trúc điều khiển ....................................................................................32
4.3.1.3. Vận tốc lệch mong muốn ...........................................................................33
4.3.1.4. Góc trượt ngang mong muốn .....................................................................33
4.3.1.5. Giá trị giới hạn trên của vận tốc lệch và góc trượt mong muốn ................35
4.3.1.6. Thiết kế bộ điều khiển phía trên ................................................................ 36
4.3.1.7. Thiết kế bộ điều khiển phía dưới ............................................................... 39
4.3.2. Hệ thống lái điện tử ............................................................................................ 40
4.3.2.1. Giới thiệu ...................................................................................................40
4.3.2.2. Phân tích và tách các động lực gây nhiễu loạn điều khiển lái ...................41
4.3.2.3. Thiết kế bộ điều khiển ...............................................................................43
4.3.3. Phân bổ mô-men xoắn dẫn động đến tất cả bánh xe độc lập.............................. 45
4.3.3.1. Hệ thống dẫn động bốn bánh truyền thống ................................................45
4.3.3.2. Chuyển mô-men xoắn giữa bánh trái và bánh phải bằng bộ vi sai ............47
4.3.3.3. Kiểm sốt chủ động việc truyền mơ-men xoắn tới tất cả các bánh xe ......48
4.3.4. Cần phải kiểm sốt cả vận tốc lệch hướng và góc trượt .....................................51
Chương 5. MƠ HÌNH HĨA ESP VỚI PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK ...........53
5.1. THIẾT LẬP SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN ..........................................................................53
5.2. CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ..................................................................................61
5.2.1. Trường hợp 1: Xe chuyển động trên đường trơn trượt, với mu = 0,4 vận tốc 50
km/h, góc đánh lái là π rad (180 độ) từ giây số 20 ........................................................61
5.2.2. Trường hợp 2: Xe chuyển động trên đường tốt, với mu = 0,9 vận tốc 50 km/h,
góc đánh lái là π rad (180 độ) từ giây số 20 ..................................................................66
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...........................................................................72
6.1. KẾT LUẬN ...............................................................................................................72
6.2. ĐỀ NGHỊ...................................................................................................................72
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................73
PHỤ LỤC..
Thật khó để có thể mơ tả hết mọi thứ của hệ thống cân bằng điện tử cũng như khảnăng tuyệt vời mà chúng đem lại. Chúng em đã cố gắng gói gọn chúng trong đề tài “Nghiên
cứu động lực học và điều khiển hệ thống cân bằng điện tử ô tô”. Cụ thể, đề tài sẽ giới
thiệu sơ lược về hệ thống cân bằng điện tử được trang bị trên ơ tơ chở khách, sau đó tập
trung vào hai mảng chính đó là nghiên cứu về động lực học và phương pháp điều khiển hệ
thống, xoáy sâu vào hai hệ thống chính trên ơ tơ: hệ thống phanh và hệ thống lái. Các kết
quả mô phỏng bằng Matlab/Simulink sẽ mang lại cái nhìn trực quan nhất, tuy nhiên đây
chỉ là những mơ phỏng mang tính thực nghiệm, ước lượng có thể chỉ gần giống với thực
tế. Mong đề tài tham khảo này sẽ đóng góp ít nhiều sự hiểu biết của bạn đọc về một hệ
thống an tồn ơ tơ.
Cụ thể nội dung đề tài sẽ được thể hiện qua 6 chương:
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ (ESP)
Chương 3. LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ
Chương 4. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ (ESP)
Chương 5. MƠ HÌNH HĨA ESP VỚI PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... vii
TÓM TẮT ........................................................................................................................ viii
MỤC LỤC ..........................................................................................................................ix
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .........................................................xi
DANH MỤC CÁC HÌNH ..................................................................................................xv
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU .................................................1
1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .............................................................................................. 1
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU........................................................................................2
1.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU ....................................................................................2
1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...............................................................................2
Chương 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ (ESP) .................3
2.1. GIỚI THIỆU ...............................................................................................................3
2.1.1. Khái niệm .............................................................................................................3
2.1.2. Lịch sử phát triển hệ thống ...................................................................................4
2.1.3. Nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống ESP ...................................................5
2.2. MATLAB/SIMULINK VÀ ỨNG DỤNG ..................................................................5
Chương 3. LÝ THUYẾT VỀ ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ .................................................7
3.1. CÁC LỰC VÀ MÔ-MEN TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI CHUYỂN ĐỘNG ............7
3.2. ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ KHI PHANH .....................................................................9
3.3. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG LÁI ...........................................11
3.3.1. Động học hệ thống lái .........................................................................................11
3.3.2. Động lực học hệ thống lái...................................................................................15
3.3.3. Quay vòng trung tính, quay vịng thiếu, quay vịng thừa và sự ảnh hưởng của
chúng đến sự ổn định ô tô khi quay vòng ......................................................................18
Chương 4. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ (ESP) ......................23
4.1. BA HỆ THỐNG CHỦ LỰC HỖ TRỢ HOẠT ĐỘNG ESP .....................................23
4.1.1. ABS, TCS và EBD ............................................................................................. 23
4.1.2. Sự can thiệp của ESP vào ba hệ thống ABS, TCS và EBD ............................... 24
4.2. CÁC CHỨC NĂNG KHÁC CỦA ESP ....................................................................26
4.3. ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ ...............................................27
4.3.1. Hệ thống phanh vi sai .........................................................................................28
4.3.1.1. Mơ hình xe .................................................................................................28
4.3.1.2. Cấu trúc điều khiển ....................................................................................32
4.3.1.3. Vận tốc lệch mong muốn ...........................................................................33
4.3.1.4. Góc trượt ngang mong muốn .....................................................................33
4.3.1.5. Giá trị giới hạn trên của vận tốc lệch và góc trượt mong muốn ................35
4.3.1.6. Thiết kế bộ điều khiển phía trên ................................................................ 36
4.3.1.7. Thiết kế bộ điều khiển phía dưới ............................................................... 39
4.3.2. Hệ thống lái điện tử ............................................................................................ 40
4.3.2.1. Giới thiệu ...................................................................................................40
4.3.2.2. Phân tích và tách các động lực gây nhiễu loạn điều khiển lái ...................41
4.3.2.3. Thiết kế bộ điều khiển ...............................................................................43
4.3.3. Phân bổ mô-men xoắn dẫn động đến tất cả bánh xe độc lập.............................. 45
4.3.3.1. Hệ thống dẫn động bốn bánh truyền thống ................................................45
4.3.3.2. Chuyển mô-men xoắn giữa bánh trái và bánh phải bằng bộ vi sai ............47
4.3.3.3. Kiểm sốt chủ động việc truyền mơ-men xoắn tới tất cả các bánh xe ......48
4.3.4. Cần phải kiểm sốt cả vận tốc lệch hướng và góc trượt .....................................51
Chương 5. MƠ HÌNH HĨA ESP VỚI PHẦN MỀM MATLAB/SIMULINK ...........53
5.1. THIẾT LẬP SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN ..........................................................................53
5.2. CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ..................................................................................61
5.2.1. Trường hợp 1: Xe chuyển động trên đường trơn trượt, với mu = 0,4 vận tốc 50
km/h, góc đánh lái là π rad (180 độ) từ giây số 20 ........................................................61
5.2.2. Trường hợp 2: Xe chuyển động trên đường tốt, với mu = 0,9 vận tốc 50 km/h,
góc đánh lái là π rad (180 độ) từ giây số 20 ..................................................................66
Chương 6. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...........................................................................72
6.1. KẾT LUẬN ...............................................................................................................72
6.2. ĐỀ NGHỊ...................................................................................................................72
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................73
PHỤ LỤC..
Không có nhận xét nào: