Nghiên cứu, thiết kế mô phỏng hệ thống phanh ABS và EBD trên xe BMW X7 và BMW 320i bằng phần mềm Matlab Simulink và Carsi (Trần Hải Đăng) Full

1. Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế mô phỏng hệ thống phanh ABS và EBD trên xe BMW X7 và BMW 320i bằng phần mềm Matlab Simulink và Carsim.

2. Nhiệm vụ đề tài:

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về phanh, hệ thống chống phanh bó cứng (ABS) và phân phối lực phanh điện tử (EBD).

- Xây dựng thuật toán điều khiển và mô phỏng ABS, EBD trên phần mềm Matlab Simulink và Carsim.

- Phân tích các kết quả mô phỏng thông qua đồ thị và video.

NỘI DUNG:

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................................... 1

1.1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 1

1.2. Mục đích của việc nghiên cứu đề tài ......................................................................... 1

1.3. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................... 2

1.4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 3

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 4

2.1. Tổng quan về lý thuyết phanh ô tô ............................................................................ 4

2.1.1. Lực phanh và momen phanh cần thiết trên ô tô ................................................. 4

2.1.1.1. Lực phanh và các momen tác dụng lên bánh xe khi phanh ......................... 4

2.1.1.2. Lực phanh ô tô và điều kiện đảm bảo phanh tối ưu ..................................... 5

2.1.1.3. Phân bố lực phanh và momen của xe ô tô khi phanh .................................. 8

2.1.1.4. Momen phanh cần thiết tại các cơ cấu phanh ............................................ 10

2.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ............................................................... 12

2.1.2.1. Gia tốc chậm dần khi phanh ...................................................................... 12

2.1.2.2. Thời gian phanh ......................................................................................... 13

2.1.2.3. Quãng đường phanh ................................................................................... 14

2.1.2.4. Lực phanh và lực phanh riêng ................................................................... 15

2.1.3. Ổn định của ô tô khi phanh nếu các lực phanh phân bố không đều. ................ 15

2.1.4. Vấn đề chống hãm cứng bánh xe khi phanh..................................................... 19

2.2. Tổng quan về hệ thống ABS ................................................................................... 20

2.2.1. Giới thiệu chung về hệ thống ABS ................................................................... 20

2.2.2. Mục tiêu hệ thống ABS .................................................................................... 21

2.2.3. Ưu và khuyết điểm của hệ thống ABS ............................................................. 23

2.2.3.1. Ưu điểm ..................................................................................................... 23

2.2.3.2. Khuyết điểm ............................................................................................... 24

2.2.4. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết hệ thống ABS ................. 24

2.2.4.1. Cảm biến tốc độ bánh xe ........................................................................... 26

2.2.4.2. Hộp điều khiển điện tử (ECU) ................................................................... 28

2.2.4.3. Bộ chấp hành thủy lực ............................................................................... 29

2.2.5. Các trạng thái làm việc của hệ thống ABS ....................................................... 32

2.2.5.1. Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động) ....................................... 33

2.2.5.2. Khi phanh gấp (ABS hoạt động) ............................................................... 33

2.2.6. Phạm vi điều khiển của hệ thống ABS ............................................................. 34

2.2.7. Chu trình điều khiển của hệ thống ABS ........................................................... 36

2.3. Tổng quan hệ thống phân bố lực phanh điện tử EBD ............................................. 37

2.3.1. Giới thiệu hệ thống EBD .................................................................................. 37

2.3.2. Ưu và khuyết điểm của hệ thống EBD ............................................................. 38

2.3.2.1. Ưu điểm ..................................................................................................... 38

2.3.2.2. Khuyết điểm ............................................................................................... 39

2.3.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống EBD ............................................................ 39

2.3.3.1. Vai trò và cấu tạo của hệ thống phân bố lực phanh điện tử trên ô tô ........ 40

2.3.3.2. Cách thức hoạt động của hệ thống EBD .................................................... 40

2.4. Giới thiệu tổng quan về đối tượng nghiên cứu mô phỏng ...................................... 41

2.4.1. Giới thiệu xe BMW X7 (G07) .......................................................................... 41

2.4.2. Giới thiệu xe BMW 320i (G20) ....................................................................... 42

CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ABS TRÊN PHẦN MỀM CARSIM VÀ

SIMULINK ........................................................................................................................ 44

3.1. Tổng quan về phần mềm Simulink ......................................................................... 44

3.2. Giới thiệu phần mềm Carsim .................................................................................. 44

3.3. Hệ thống điều khiển được tích hợp vào hệ thống phanh trên ô tô .......................... 45

3.3.1. Hệ thống điều khiển vòng kín .......................................................................... 45

3.3.2. Bộ điều khiển Bang-Bang ................................................................................ 45

3.3.3. Bộ điều khiển PID ............................................................................................ 45

3.4. Nhiệm vụ và mục tiêu của thiết kế mô phỏng ......................................................... 46

3.5. Xây dựng, thiết lập thông số của xe và các điều kiện mô phỏng trên Simulink và

Carsim ............................................................................................................................ 47

3.5.1. Thông số kỹ thuật của BMW X7 (G07) và BMW 320i (G20) ........................ 47

3.5.2. Xây dựng và thiết lập các trường hợp mô phỏng ............................................. 53

3.5.3. Thiết lập các thông số điều khiển đầu vào đầu ra liên kết với Simulink trên

Carsim ......................................................................................................................... 59

3.6. Xây dựng và thiết lập mô hình các khối điều khiển trên Simulink ......................... 60

3.6.1. Sơ đồ khối điều khiển phanh ABS ................................................................... 60

3.6.2. Độ trượt mong muốn ........................................................................................ 61

3.6.3. Các bộ điều khiển ............................................................................................. 63

3.6.3.1. Bộ điều khiển ON/OFF .............................................................................. 63

3.6.3.2. Bộ điều khiển PID ..................................................................................... 65

3.6.3.3. Khối điều khiển EBD ................................................................................. 68

3.6.4. Khối bộ chấp hành phanh và hàm truyền thủy lực ........................................... 72

3.6.5. Khối liên kết Carsim bên simulink ................................................................... 74

3.6.6. Khối tính toán độ trượt ..................................................................................... 74

3.6.7. Thiết lập đồng hồ đo đồ thị mô phỏng trên Simulink ...................................... 75

CHƯƠNG 4. ĐỒ THỊ VÀ NHẬN XÉT ............................................................................ 77

4.1. Trên đường thẳng có hai hệ số bám ........................................................................ 77

4.1.1. Các bộ điều khiển với xe BMW X7 ................................................................. 77

4.1.1.1. Đồ thị vận tốc ............................................................................................. 77

4.1.1.2. Đồ thị độ trượt ........................................................................................... 79

4.1.1.3. Đồ thị áp suất phanh .................................................................................. 80

4.1.1.4. Đồ thị quãng đường phanh ........................................................................ 81

4.1.1.5. Kết luận ...................................................................................................... 82

4.1.2. Hai phân khúc với bộ điều khiển ON/OFF ...................................................... 83

4.1.2.1. Đồ thị vận tốc ............................................................................................. 83

4.1.2.2. Đồ thị trượt ................................................................................................ 84

4.1.2.3. Đồ thị áp suất phanh .................................................................................. 85

4.1.2.4. Đồ thị quãng đường phanh ........................................................................ 86

4.1.2.5. Kết luận ...................................................................................................... 86

4.2. Phanh trên đoạn đường cong ................................................................................... 87

vii

4.2.1. Các bộ điều khiển với xe BMW X7 ................................................................. 87

4.2.1.1. Đồ thị vận tốc ............................................................................................. 87

4.2.1.2. Đồ thị độ trượt ........................................................................................... 89

4.2.1.3. Đồ thị áp suất phanh .................................................................................. 90

4.2.1.4. Đồ thị quãng đường phanh ........................................................................ 91

4.2.1.5. Kết luận ...................................................................................................... 92

4.2.2. Hai phân khúc với bộ điều khiển ON/OFF ...................................................... 93

4.2.2.1. Đồ thị vận tốc ............................................................................................. 93

4.2.2.2. Đồ thị độ trượt ........................................................................................... 94

4.2.2.3. Đồ thị áp suất phanh .................................................................................. 95

4.2.2.4. Đồ thị quãng đường phanh ........................................................................ 96

4.2.2.5. Kết luận ...................................................................................................... 96

4.3. Phanh né vật cản ...................................................................................................... 97

4.3.1. Các khối điều khiển của xe BMW X7 .............................................................. 97

4.3.1.1. Đồ thị vận tốc ............................................................................................. 97

4.3.1.2. Đồ thị độ trượt ........................................................................................... 99

4.3.1.3. Đồ thị áp suất phanh ................................................................................ 100

4.3.1.4. Đồ thị quãng đường phanh ...................................................................... 101

4.3.1.5. Nhận xét ................................................................................................... 102

4.3.2. Hai phân khúc với bộ điều khiển ON/OFF .................................................... 102

4.3.2.1. Đồ thị vận tốc ........................................................................................... 102

4.3.2.2. Đồ thị độ trượt ......................................................................................... 104

4.3.2.3. Đồ thị áp suất phanh ................................................................................ 104

viii

4.3.2.4. Đồ thị quãng đường phanh ...................................................................... 105

4.3.2.5. Kết luận .................................................................................................... 105

CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ....................................................................... 106

5.1. Kết luận ................................................................................................................. 106

5.2. Kiến nghị ............................................................................................................... 107

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 108

PHỤ LỤC .

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1. Sơ đồ lực và momen tác dụng lên bánh xe khi phanh .........................................4

Hình 2.2. Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh.....................................................................5

Hình 2.3. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa momen phanh với hệ số bám .......................9

Hình 2.4. Đường đặc tính phanh lý tưởng của ô tô .............................................................9

Hình 2.5. Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh trước và sau.......10

Hình 2.6. Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh mà có hiện tượng quay xe do lực phanh

phân bố không đều .............................................................................................................16

Hình 2.7. Sự thay đổi hệ số bám dọc và hệ số bám ngang theo độ trượt tương đối của bánh

xe khi phanh.......................................................................................................................19

Hình 2.8. Sự thay đổi momen phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của bánh xe khi có

ABS....................................................................................................................................21

Hình 2.9. Sự thay đổi góc ωb của bánh xe, vận tốc v, độ trượt λ theo thời gian t .............23

Hình 2.10. Sơ đồ các thành phần của hệ thống phanh.......................................................25

Hình 2.11. Cảm biến tốc độ bánh xe..................................................................................26

Hình 2.12. Cấu tạo của cảm biến tốc độ bánh xe hệ thống ABS.......................................27

Hình 2.13. Hoạt động của cảm biến tốc độ bánh xe ..........................................................28

Hình 2.14. Bộ phận chấp hành thủy lực ............................................................................30

Hình 2.15. Motor và bơm ..................................................................................................31

Hình 2.16. Bình tích áp......................................................................................................31

Hình 2.17. Công tắc áp suất...............................................................................................32

Hình 2.18. Sơ đồ bộ chấp hành thủy lực............................................................................33

Hình 2.19. Phạm vi điều khiển của ABS trên các điều kiện đường ..................................35

Hình 2.20. Phạm vi điều khiển của ABS với các góc trượt khác nhau .............................36

Hình 2.21. Hệ thống EBD..................................................................................................38

Hình 2.22. Tải trọng tác động lên bánh xe trong các trường hợp cụ thể ...........................39

Hình 2.23. Lực phanh ở các bánh xe khi xe vào cua .........................................................41

Hình 2.24. Xe BMW X7 (G07) .........................................................................................42

Hình 2.25. Xe BMW 320i (G20) .......................................................................................43

Hình 3.1. Sơ đồ khối bộ điều khiển PID............................................................................46

Hình 3.2. Thông số kết cấu xe BMW X7 (G07)................................................................48

Hình 3.3. Thiết lập thông số động cơ và hộp số BMW X7 (G07).....................................49

Hình 3.4. Thông số hệ thống treo trước BMW X7 (G07) .................................................49

Hình 3.5. Thông số hệ thống treo sau BMW X7 (G07) ....................................................50

Hình 3.6. Thông số lốp BMW X7 (G07)...........................................................................50

Hình 3.7. Thông số kết cấu BMW 320i (G20) ..................................................................51

Hình 3.8. Thông số động cơ và hộp số BMW 320i (G20) ................................................51

Hình 3.9. Thông số lốp xe BMW 320i (G20)....................................................................51

Hình 3.10. Thông số hệ thống treo cầu trước của xe BMW 320i (G20) ...........................52

Hình 3.11. Thông số hệ thống treo cầu sau của xe BMW 320i (G20) ..............................52

Hình 3.12. Thiết lập phanh trong điều kiện mặt đường thẳng bình thường ......................53

Hình 3.13. Thiết lập quá trình phanh BMW X7 (G07) .....................................................53

Hình 3.14. Loại đường và hệ số bám mặt đường ..............................................................54

Hình 3.15. Thiết lập mô phỏng đường hai hệ số bám........................................................54

Hình 3.16. Thiết lập hình dạng đường mô phỏng..............................................................54

Hình 3.17. Thiết lập hệ số bám hai mặt đường..................................................................55

Hình 3.18. Thiết lập mô phỏng phanh khi vào cua trên đường cong ................................55

Hình 3.19. Thiết lập hình ảnh dạng mô phỏng đường khúc cua hệ số bám là 0.75 ..........56

Hình 3.20. Thiết lập mô phỏng phanh và đánh lái né vật cản ...........................................56

Hình 3.21. Thiết lập mô phỏng né vật cản.........................................................................57

Hình 3.22. Chọn vật thể né ................................................................................................57

Hình 3.23. Thiết lập tọa độ của vật thể né .........................................................................58

Hình 3.24. Thiết lập quá trình đánh lái..............................................................................58

Hình 3.25. Liên kết điều khiển hai phần mềm...................................................................59

Hình 3.26. File liên kết ......................................................................................................59

Hình 3.27. Các thông số điều khiển đầu vào đầu ra của Carsim .......................................60

Hình 3.28. Sơ đồ khối hệ thống ABS ................................................................................60

Hình 3.29. Hệ thống phanh ABS trên Simulink ................................................................61

Hình 3.30. Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh..............................................................62

Hình 3.31. Thiết lập độ trượt mong muốn trên Simulink ..................................................62

Hình 3.32. Khối Sum trên Simulink ..................................................................................62

Hình 3.33. Bộ điều khiển ON/OFF trên Simulink.............................................................63

Hình 3.34. Tín hiệu điều khiển ON/OFF...........................................................................64

Hình 3.35. Khối điều khiển PID cổ điển............................................................................65

Hình 3.36. Khối điều khiển PID của xe BMW X7 (G07) LF trên Simulink.....................66

Hình 3.37. Độ trượt thực tế sau khi thiết lập BMW 320i (G20) RR .................................68

Hình 3.38. Hệ thống phanh EBD trên Simulink ................................................................69

Hình 3.39. Lực pháp tuyến trên các bánh xe .....................................................................70

Hình 3.40. Thiết lập khối EBD trên Simulink ...................................................................71

Hình 3.41. Thiết lập khối chấp hành phanh trên Simulink................................................72

Hình 3.42. Khối Carsim liên kết bên Simulink..................................................................74

Hình 3.43. Thiết lập khối tính toán độ trượt thực tế ..........................................................75

Hình 3.44. Khối thời gian thực mô phỏng trên Simulink ..................................................75

Hình 4.1. Đồ thị vận tốc của xe trên đường hai hệ số bám................................................77

Hình 4.2. Đồ thị vận tốc xe khi phóng to cho ba bộ điều khiển ........................................77

Hình 4.3. Đồ thị vận tốc của các bánh xe LF - RF - LR - RR trên đường hai hệ số bám .78

Hình 4.4. Đồ thị độ trượt của các bánh xe LF - RF - LR - RR trên đường hai hệ số bám 79

Hình 4.5. Đồ thị áp suất phanh của các bánh xe LF - RF - LR - RR trên đường hai hệ số

bám.....................................................................................................................................80

Hình 4.6. Đồ thị quãng đường phanh trên đường hai hệ số bám.......................................81

Hình 4.7. Phóng lớn đồ thị quãng đường phanh trên đường hai hệ số bám ......................82

Hình 4.8. Đồ thị vận tốc xe giữa hai phân khúc ................................................................83

Hình 4.9. Phóng to đồ thị vận tốc giữa hai phân khúc.......................................................83

Hình 4.10. Đồ thị vận tốc của các bánh xe LF - RF - LR - RR hai phân khúc trên đường

hai hệ số bám .....................................................................................................................84

Hình 4.11. Đồ thị độ trượt thực tế của các bánh xe LF - RF - LR -RR hai phân khúc trên

đường hai hệ số bám ..........................................................................................................84

Hình 4.12. Đồ thị áp suất phanh của bánh xe LF - RF - LR - RR hai phân khúc trên đường

hai hệ số bám .....................................................................................................................85

Hình 4.13. Đồ thị quãng đường phanh hai phân khúc trên đường hai hệ số bám .............86

Hình 4.14. Đồ thị vận tốc của xe phanh trên đường cong .................................................87

Hình 4.15. Phóng to đồ thị vận tốc xe phanh trên đường cong .........................................87

Hình 4.16. Đồ thị vận tốc của các bánh xe LF - RF - LR - RR trên đường cong..............88

Hình 4.17. Đồ thị độ trượt của các bánh xe LF - RF - LR - RR trên đường cong.............89

Hình 4.18. Đồ thị áp suất phanh của các bánh xe LF - RF - LR - RR trên đường cong ...90

Hình 4.19. Đồ thị quãng đường phanh trên đường cong ...................................................91

Hình 4.20. Phóng to đồ thị quãng đường phanh trên đường cong.....................................92

Hình 4.21. Đồ thị vận tốc xe giữa hai phân khúc phanh trên đường cong ........................93

Hình 4.22. Phóng to đồ thị vận tốc xe giữa hai phân khúc phanh trên đường cong..........93

Hình 4.23. Đồ thị vận tốc của các bánh xe LF - RF - LR - RR trên đường cong hai phân

khúc....................................................................................................................................94

Hình 4.24. Đồ thị trượt của các bánh xe LF - RF - LR - RR trên đường con hai phân khúc

............................................................................................................................................95

Hình 4.25. Đồ thị áp suất phanh của các bánh xe LF - RF - LR - RR trên đường cong hai

phân khúc ...........................................................................................................................95

Hình 4.26. Đồ thị quãng đường phanh trên đường cong hai phân khúc............................96

Hình 4.27. Đồ thị vận tốc xe phanh và né vật cản .............................................................97

Hình 4.28. Phóng to đồ thị vận tốc xe phanh và né vật cản...............................................97

Hình 4.29. Đồ thị vận tốc của các bánh xe LF - RF - LR - RR phanh né vật cản .............98

Hình 4.30. Đồ thị độ trượt thực tế của các bánh xe LF - RF - LR - RR phanh né vật cản 99

Hình 4.31. Đồ thị áp suất phanh của các bánh xe LF - RF - LR - RR phanh né vật cản.100

Hình 4.32. Đồ thị quãng đường phanh né vật cản ...........................................................101

Hình 4.33. Phóng to đồ thị quãng đường phanh né vật cản.............................................101

Hình 4.34. Đồ thị vận tốc xe phanh và né vật cản hai phân khúc....................................102

Hình 4.35. Phóng to đồ thị vận tốc xe phanh và né vật cản hai phân khúc .....................103

Hình 4.36. Đồ thị vận tốc của các bánh xe LF - RF - LR - RR phanh né vật cản hai phân

khúc..................................................................................................................................103

Hình 4.37. Đồ thị độ trượt thực tế của các bánh xe LF - RF - LR - RR phanh né vật cản hai

phân khúc .........................................................................................................................104

Hình 4.38. Đồ thị áp suất phanh của các bánh xe LF - RF - LR - RR phanh né vật cản hai

phân khúc .........................................................................................................................104

Hình 4.39. Đồ thị quãng đường phanh và né vật cản hai phân khúc

LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK DOWNLOAD (TÀI LIỆU VIP MEMBER)