báo cáo cuối kỳ mô hình hóa và mô phỏng cruise control trên matlab simulink

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

<b>TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH</b>

<b>MƠN HỌC: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ</b>

<b>BÁO CÁO CUỐI KỲ</b>

<b>MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG CRUISE CONTROL TRÊN</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

<b>MỤC LỤC</b>

<b>1. Mơ hình động lực học xe:...32. Mơ hình hệ thống động lực xe dùng động cơ đốt trong...83. Mơ hình cruise control dùng hộp số tự động và dùng PID...11</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>1. Mơ hình động lực học xe:</b>

Việc nghiên cứu ô tô chuyển động theo phương dọc trục, phương chuyển động về phía trước, liên quan đến đặc tính kéo của ơ tơ. Hệ thống điều khiển ga tự động đã được phát triển và lắp đặt trên ô tô hiện nay.

Khi ô tô chuyển động về phía trước với vận tốc , các lực cản tác động lên<i>V</i>

xe ô tô như sau:

- Lực cản do chuyển động lăn của lốp xe

- Lực cản khí động học do chuyển động tiến về phía trước.

<b> Hình 2.1: Các lực tác động lên ô tô đang chuyển động</b>

Lực cản lăn được đặt ở cả 2 cầu xe, lực cản lăn tổng cộng là:

<i>Fr=c mgcos<small>r</small></i> (<i>α</i>)

Trong đó, là hệ số cản lăn. là gia tốc trọng trường. Lực cản lăn <i>c<small>r</small>g (F<small>r</small>) của</i>

lốp xe có thể ước lượng xấp xỉ bằng 2% trọng lượng của xe. Lực cản gió được tính theo cơng thức:

2<i>ρ .C_D. A . V</i><small>2</small>

Trong đó,

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

<i>ρ khối lượng riêng của khơng khí (1.167 kg/m trong điều kiện tiêu chuẩn)A là tiết diện mặt trước của ô tô</i>

<i>C<small>D</small></i> là hệ số cản gió

<i>V là vận tốc chuyển động về phía trước của xe.</i>

Lực cản leo dốc được tính theo cơng thức:

<i>F_P=mg. sin</i>(<i>α</i>) Trong đó, là độ dốc của mặt đường.<i>α</i>

Áp dụng định luật II Newton, ta có phương trình động lực học ơ tơ chuyển động về phía trc:

<i>măx =F<small>x</small>F<small>r</small></i>¹₂<i> .CD. A . V</i>²<i>mg . sin</i>(<i></i>)

Trong ú, là lực kéo của xe. Như vậy, nếu lớn hơn tổng tất cả lực cản<i>F<small>x</small>F<small>x</small></i>

lên ô tô thì ơ tơ sẽ tăng tốc. Ngược lại, ơ tơ sẽ giảm tốc.

<b>Thông số xe Lamboghini Diablo [1] :</b>

Suy ra bán kính hiệu quả Reff = 0,98*Rg= 359,6mm Giả thiết: động cơ quay 5000 rpm = 523 rad/s

Giả thiết: biến mơ đang bị khố : w = 523, T = T , w/w = 0,9

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

Mô men bánh tua bin ( hộp số) [2]:

Thay số, được T = 435 N.m<small>T</small>

Suy ra lực kéo mỗi bánh xe Fx = T /Reff = 435/0,3596 = 1200 N <small>1T</small>

Tổng lực kéo Fx = 4800 N (xe 4 bánh chủ động)

Mơ hình xe chuyển động trên đường nghiêng với góc anpha:

Áp dụng định luật II Newton, ta có phương trình động lực học ô tô chuyển

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Kết quả:x và x’:

Sau 10s, vận tốc xe tăng từ 0 đến 100 km/h.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

Sau 10s, xe đi được quãng đường khoảng 150m.

Nhận xét: kết quả mô phỏng khác biệt tương đối so với thực tế vì sai số trong quá trình tính tốn, đặt nhiều giả thiết.

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

<b>2. Mơ hình hệ thống động lực xe dùng động cơ đốt trong</b>

Tác giả vẫn dùng thông số xe giống phần 1. Mơ hình lực kéo có bổ sung bản đồ động cơ engine map.

Bản đồ động cơ có dạng 2D-lookup table, từ input %ga và tốc độ động cơ ( rpm) , output sau khi tra bảng là moment động cơ Te. Cơng thức tính lực kéo từ

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Kết quả mô phỏng:

Ta thấy, sau khoảng 40s, xe đã đạt tốc độ mong muốn là 110 km/h, sau đó tiếp tục tăng do đầu vào bướm ga đang mở 100%.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

Nhận xét: do lực kéo nhỏ nên thời gian xe đạt tốc độ mong muốn còn chậm, chưa đúng với thực tế do mơ hình dùng nhiều cơng thức và giả thiết.

Lực kéo ban đầu là 1200 N sau đó tăng lên cực đại gần 2200 N sau đó ở giây 50 giảm xuống do vận tốc xe ngày càng tăng, lực kéo giảm do tỉ lệ nghịch với vận tốc.

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<b>3. Mơ hình cruise control dùng hộp số tự động và dùng PID</b>

Bộ điều khiển PID gồm có 3 khâu: khâu P tỉ lệ, khâu I tích phân, khâu D đạo hàm. Đây là một bộ điều khiển được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. Biểu thức của giải thuật PID là: Trong đó, các thơng số điều chỉnh là:

Độ lợi tỉ lệ, K : giá trị càng lớn thì đáp ứng càng nhanh nên sai số càng lớn,<small>p</small>

bù khâu tỉ lệ càng lớn. giá trị K càng lớn thì hệ thống có đáp ứng mất ổn định và<small>p</small>

dao động.

Độ lợi tích phân, K : giá trị càng lớn thì sai số ổn định bị khử càng nhanh<small>i</small>

nhưng vọt lố sẽ càng lớn, bất kì sai số âm nào được tích phân trong suốt q trình đáp ứng quá độ phải được triệt tiêu tích phân bằng sai số dương trước khi tới trạng thái ổn định.

Độ lợi vi phân, K : giá trị càng lớn thì càng giảm vọt lố, nhưng làm chậm<small>d</small>

đáp ứng và có thể dẫn tới mất ổn định do khuếch đại nhiễu tín hiệu trong phép vi phân sai số

Các thơng số của hộp số được minh họa như hình dưới:

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Mơ hình Simulink:

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Kết quả:

Với bộ điều khiển PID và hộp số, mơ hình tốn 25s để đạt được tốc độ mong muốn 100 km/h. Đáp ứng của hệ thống dao động rất nhỏ ở khoảng từ 25s đến 47s sau đó mới ổn định từ giây 47 trở đi.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Độ lớn lực kéo của mơ hình như hình trên, lực kéo lớn nhất 4500N. Nhờ hộp số nên lực kéo tăng nhanh ở dãy số thấp, sau đó lực kéo giảm do hộp số chuyển số OD, sau khi đạt được tốc độ mong muốn, lực kéo giữ nguyên để giữ vận tốc không đổi.

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<b>TÀI LIỆU THAM KHẢO</b>

1. Lamborghiniconfiguration,o/ense/lamborghini/diablo/ diablo-sv-m5-1997-27790/specs,7/4/2024.

2. Rajesh Rajamani, Vehicle Dynamics and Control. Springer Singapore (2012).

</div>