Ứng dụng máy tính trong mô phỏng và thiết kế ô tô

Trường: ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
Khoa: CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO CUỐI KỲ

Mơn: ỨNG DỤNG MÁY TÍNH TRONG THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG Ơ TƠ
Đề tài: Ứng dụng máy tính trong mơ phỏng điều khiển hệ thống
Cruise Control

Tp. HCM, ngày 28 tháng 05 năm 2019

1


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU...................................................................................................2
MỤC LỤC.........................................................................................................3
DANH MỤC HÌNH ẢNH................................................................................4
NỘI DUNG.......................................................................................................5
1. Cơ sở lý thuyết........................................................................................5
1.1. Thông số kỹ thuật của xe.................................................................5
1.2. Công thức tính tốn:........................................................................6
2. Các bước thực hiện.................................................................................8
2.1. Khởi động simscape:........................................................................8
2.2. Thành lập các cơng thức tính tốn..................................................9
2.3. Chạy thử nghiệm mô phỏng:.........................................................17
3. Kết luận:................................................................................................20

2

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 .Mở simscape.........................................................................................7
Hình 2.Tạo vận tốc mong muốn.........................................................................8
Hình 3.Thiết lập cơng thức tính Xdes................................................................8
Hình 4: Cảm biến đo số quay vịng của động cơ…………………...
………………..9
Hình 5.Bảng Clutch Schedule............................................................................9
Hình 6.Tỉ số truyền tương ứng với từng tay số và xuất ra 1/R........................10
Hình 7.Các giá trị đầu vào để tính Tnet...........................................................11
Hình 8:Thiết lập cơng thức tính Ca..................................................................12
Hình 9.Thiết lập cơng thức tính Je...................................................................12
Hình 10.Thiết lập cơng thức tính Tnet.............................................................13
Hình 11.Thiết lập cơng thức tính Pe................................................................14
Hình 12.Thiết lập cơng thức tính Thelta..........................................................14
Hình 13.Xuất giá trị.........................................................................................15
Hình 14.Mơ hình của mơ phỏng đã hồn tất....................................................16
Hình 15.Thay đổi giá trị vận tốc mong muốn..................................................16
Hình 16.Tốc độ mong muốn tại 5m/s..............................................................17
Hình 17.Tốc độ mong muốn tại 10/s................................................................17
Hình 18.Tốc độ mong muốn tại 15m/s............................................................18
Hình 19. Tốc độ mong muốn tại 20m/s...........................................................18
Hình 20.Tốc độ mong muốn tại 25m/s............................................................19

3


NỘI DUNG
1. Cơ sở lý thuyết
Hệ thống Cruise Control nhằm giúp chiếc xe có thể tự vận hành ở tốc độ
mong muốn của người lái xe, từ đó giảm tải việc phải liên tục giữ chân ga

trên một quãng đường dài, giúp chiếc xe tiết kiệm nhiên liệu bởi chân ga và
tốc độ luôn đều đặn.
Ứng dụng Simscape và Simulink, từ mơ hình Vehicle with four-speed
transmission trong phần Example của Simscape driveline. Dùng một khối
Constant để đặt vận tốc yêu cầu mà xe phải chạy khi Cruise control hoạt
động. Tạo mơ hình hệ thống điều khiển Cruise control như thuật tốn bên
dưới. Mơ phỏng đáp ứng vận tốc của ơ tô với các giá trị vận tốc yêu cầu
khác nhau.

1.1. Thông số kỹ thuật của xe
Hộp số

Số sàn 5 cấp số

Cơng suất cực đại (W /
Rpm)
Số vịng quay cực
đại(Rpm)
Hệ thống nhiên liệu

150000/ 4500

Chiều dài cơ sở (mm)

2660

Chiều rộng cơ sở (trước /
sau) (mm)

1400 / 1600

Khoảng sáng gầm xe (mm)

500

6000
Xăng

Trọng lượng khơng tải (kg) 1200
Cầu chủ động

Cầu trước chủ động

Qn tính lốp xe Iw : 0.01 (kg/m^2)
4


Bán kính lăn reff :
Hệ số kéo:

0.3 (m)

0.4

Mật độ khơng khí: 1.18 (kg/m^3)
Qn tính động cơ Ie: 0.08 kg.m^2
Kp=0.145
Ki=0.015
1.2. Cơng thức tính tốn:
Trong một hệ thống kiểm sốt hành trình tiêu chuẩn, tốc độ của xe được

điều khiển đến một giá trị mong muốn bằng cách sử dụng đầu vào điều
khiển bướm ga. Kiến trúc hệ thống điều khiển theo chiều dọc cho
phương tiện điều khiển hành trình sẽ được thiết kế theo cấp bậc, với bộ
điều khiển cấp trên và bộ điều khiển cấp thấp hơn .
Bộ điều khiển cấp trên xác định gia tốc mong muốn cho xe. Bộ điều
khiển mức thấp hơn xác định đầu vào bướm ga cần thiết để theo dõi gia
tốc mong muốn.
1.2.1.
Khoảng cách để xe đạt được tốc độ mong muốn:

Vx: tốc độ thực tế của xe
Vref: tốc độ xe mong muốn

1.2.2.

Mô men xoắn:

R: tỉ số truyền của hệ truyền động
Rx:lực cản lăn

5


reff: bán kính hiệu quả của bánh xe
We: số vịng quay của động cơ

1.2.2.1.

Quán tính hiệu quả của động cơ:

Ie: quán tính động cơ
It: quán tính cánh quạt
Iw: quán tính bánh xe
1.2.2.2.

Lực kéo khí động học:

F  ca  reff Re  
2

1.2.2.3.

1
 Cd Af V 2
2

Độ mở bướm ga:
th 

Pe
� �
Pe max � e  � e
�


�
� ep � ep

2

� �e

�
� �
�
� �ep

3
��
�
�
��
��

Pe= Tnet * We

6


1.

Các bước thực hiện

2.1. Khởi động simscape:
 Khởi động simulink
 Vào Examples gõ vào ơ tìm kiếm “Vehicle with Four-Speed
Transmission” và mở ví dụ này lên

Hình 1 .Mở simscape

 Xóa khối “Driver inputs” thay bằng 2 khổi hằng số:
1. Khối thông số phanh, giá trị khối bằng 0
2. Khối giá trị Vref, giá trị vận tốc thay đổi mong muốn

7


Hình 2.Tạo vận tốc mong muốn

2.2. Thành lập các cơng thức tính tốn
2.2.1. Tính tốn Xdes:
 Dựa vào cơng thức, trước tiên ta tính hiệu của Vx với Vref rồi
tích phân
 Cho khối Mux nhận 3 thơng tin là tích phân vừa tìm dc, Vx,Vf

Hình 3.Thiết lập cơng thức tính Xdes
 Tạo khối Fnc và dùng cơng thức tính xdes “ -0.145*(u(2)-u(1))0.015*u(3) ”
 Tính ra được xdes
2.2.2. Đo số vịng quay của động cơ:

8


 Tạo Ideal Rotational Motion Sensor
 Rồi nối các C và R vào động cơ
 Đầu W của cảm biến đo được số vòng
quay của động cơ (We)
 Ta dùng PS-Simulink Converter để
simulink đọc được giá trị We của cảm
biến từ đầu W.

2.2.3.




Hình 4:Cảm biến đo
số vịng quay của
động cơ

Lấy tỉ số truyền từ hộp số:
Vào khối hộp số Transmission, chọn xem khối Clutch Schedule
Nhận thấy hộp số tính làm 6 số lần lượt là:4,3,2,1,R,N.
Đọc được lần lượt các tỉ số truyền, ở mỗi số từ bảng Clutch
Schedule

Hình 5.Bảng Clutch Schedule


Quay lại hệ thống tổng, tạo Multiport Switch, input đầu vào là từ



Gear của Shift Logic
Ở mục Data port indices, tạo lần lượt như Select Clutch States



vừa xem là “ {4,3,2,1,-1,0}”
Tạo các tỉ số truyền cho các số bằng các Constant

9


Hình 6.Tỉ số truyền tương ứng với từng tay số và xuất ra 1/R

2.2.4.Tính tốn Tnet:
 Tạo Subsystem với 4 input gồm :1/R,xdes,Vx,We và 1 output là
Tnet
 1/R là từ tỉ số truyền ta lấy được từ hộp số ở 2.4,We từ cảm biến
số vòng quay động cơ,xdes từ 2.2 , Vx là vận tốc thực tế của xe
 Tạo các hằng số đã biết là m,Rx,reff,Ie,It,Iw,1/2*(p*Cd*Af)

10


Hình 7.Các giá trị đầu vào để tính Tnet



Dùng cơng thức tính lực kéo khí động học là
F  ca  reff Re  
2

1
 Cd Af V 2
2

Để tìm ra Ca

11

Hình 8:Thiết lập cơng thức tính Ca


Tính Je bằng cơng thức

Hình 9.Thiết lập cơng thức tính Je

12


 Vậy là đủ các giá trị cần thiết trong việc tính mơ men xoắn Tnet
với cơng thức
là:

Hình 10.Thiết lập cơng thức tính Tnet
 Trong đó Fnc có hàm là “
u(4)*u(3)^3*u(2)^3*u(1)^2+u(3)*(u(2)*u(5)) ”
 Xuất ra kết quả mô men xoắn Tnet ra khỏi Subsystem.
2.2.5. Tính góc mở bướm ga
 Tạo Subsystem mới với input là Pe và We, output là “Thdelta”.
 Với Pe được tính bởi cơng thức Pe=Tnet*W

13


Hình 11.Thiết lập cơng thức tính Pe



Lập hằng số đã biết là Pemax và Wep
th 



Cơng thức tính Thelta:

Pe
� �
Pe max � e  � e
�

�
� ep � ep

2

� �e

�
� �
�
� �ep

3
��
�
�
��

��

Hình 12.Thiết lập cơng thức tính Thelta
 Trong đó hàm Fnc là “ u(1)/(u(2)*(u(3)+u(3)^2-u(3)^3)) ”

2.2.6. Xuất giá trị của góc mở bướm ga

14


 Để xuất được giá trị góc mở bướm ga để điều khiển động cơ, ta
phải cho giá trị Thelta tính được từ 2.6 vào khối Saturation để
tạo ra các giá trị đầu ra là giá trị của tín hiệu đầu vào được giới
hạn bằng các giá trị bão hòa và cho chạy từ 0 – 1
 Rồi cho đi qua khối Memory để tạo thành vectơ và gửi tín hiệu
đến cho động cơ

Hình 13.Xuất giá trị

2.2.7. Mơ phỏng hồn thành:

15


Hình 14.Mơ hình của mơ phỏng đã hồn tất
2.3. Chạy thử nghiệm mô phỏng:
Đặt giá trị vận tốc mong muốn vào ô giá trị “ vận tốc xe “ đã tạo từ trước.

Hình 15.Thay đổi giá trị vận tốc mong muốn
Vận tốc mong muốn là 5m/s.

16


Hình 16.Tốc độ mong muốn tại 5m/s

Vận tốc mong muốn là 10m/s

Hình 17.Tốc độ mong muốn tại 10/s

17


Vận tốc mong muốn là 15m/s

Hình 18.Tốc độ mong muốn tại 15m/s
Vận tốc mong muốn là 20m/s

Hình 19. Tốc độ mong muốn tại 20m/s
Vận tốc mong muốn là 25m/s

18


Hình 20.Tốc độ mong muốn tại 25m/s
3. Kết luận:
 Hệ thống Cruise Control làm việc hiệu quả nhất khi đặt vận tốc ở 15m/s
 Hệ thống Cruise Control làm việc ổn định khi ta đặt vận tốc trong
khoảng từ 5-25 m/s
 Hệ thống Cruise Control làm việc ln có sai số

 Khi xe đạt vận tốc cao hơn vận tốc đã đặt thì người lái mới sử dụng
được Cruise control ở tốc độ đặt ra ban đầu
 Dựa vào mỗi đặc tính khác nhau của xe và điều kiện khách quan bên
ngồi mà hệ thống Cruise Control có sai số khác nhau.

19