Đồ Án Tốt Nghiệp: Mô Hình Hóa và Điều Khiển Hệ Thống Hỗ Trợ Phanh (BAS)

Tài liệu chi tiết về mô hình hóa và điều khiển hệ thống hỗ trợ phanh BAS. Phân tích nguyên lý, thuật toán và giải pháp nâng cao an toàn cho ô tô.

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Luận văn tốt nghiệp

2024

94
0
0

Phí lưu trữ

35 Point

Tóm tắt

I. Khái Niệm Cơ Bản Về Hệ Thống Hỗ Trợ Phanh BAS

Hệ thống hỗ trợ phanh BAS (Brake Assist System) là một công nghệ an toàn hiện đại được thiết kế để cải thiện hiệu suất phanh và rút ngắn khoảng cách dừng của phương tiện. BAS hoạt động bằng cách phát hiện tình huống khẩn cấp thông qua các cảm biến và tự động tăng áp lực phanh để giúp tài xế kiểm soát xe tốt hơn. Công nghệ này đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nguy hiểm tai nạn giao thông và nâng cao an toàn cho người lái xe và hành khách. Mô hình hóa hệ thống BAS yêu cầu hiểu sâu về các thành phần điều khiển, cảm biến, và các thuật toán logic điều khiển tích hợp.

1.1. Định Nghĩa Và Chức Năng Của BAS

Hệ thống BAS là hệ thống điều khiển tự động giúp tài xế trong tình huống phanh khẩn cấp. Chức năng chính của nó là phát hiện khi tài xế phanh nhanh chóng và tự động tăng áp lực phanh toàn bộ để đạt hiệu suất phanh tối đa. Điều này giúp rút ngắn khoảng cách dừng lên đến 20-30% so với phanh thông thường, từ đó cải thiện an toàn phanh và giảm rủi ro va chạm.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Mô Hình Hóa Điều Khiển BAS

Việc mô hình hóa hệ thống BAS giúp các kỹ sư hiểu rõ hành vi động của hệ thống trong các tình huống khác nhau. Mô hình chính xác cho phép kiểm tra hiệu suất, tối ưu hóa thuật toán điều khiển, và dự đoán phản ứng của xe trong các điều kiện phanh đột ngột. Đây là bước quan trọng để phát triển hệ thống BAS hiệu quả và đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn quốc tế.

II. Các Thành Phần Chính Của Hệ Thống BAS

Hệ thống hỗ trợ phanh BAS bao gồm nhiều thành phần điện tử và cơ khí hoạt động phối hợp để cung cấp điều khiển phanh thông minh. Các cảm biến ở bánh xe phát hiện tốc độ và gia tốc, trong khi đó bộ điều khiển điện tử (ECU) xử lý dữ liệu và ra quyết định. Bộ chuyển hướng áp suất phanh (pressure modulation valve) điều chỉnh lực phanh theo yêu cầu. Hiểu rõ từng thành phần giúp thiết kế mô hình điều khiển BAS chính xác và hiệu quả, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định trong mọi tình huống phanh.

2.1. Cảm Biến Và Bộ Cảm Biến Tốc Độ Bánh Xe

Các cảm biến ABS được lắp trên mỗi bánh xe để phát hiện tốc độ quay của bánh. Chúng gửi tín hiệu liên tục đến bộ điều khiển ECU để phát hiện hiện tượng bánh xe bị khóa (wheel lock). Khi phát hiện sự khác biệt tốc độ giữa các bánh, hệ thống sẽ kích hoạt cơ chế hỗ trợ phanh để tối ưu lực phanh và duy trì khả năng lái xe.

2.2. Bộ Điều Khiển Điện Tử ECU Và Thuật Toán Điều Khiển

Bộ điều khiển ECU là trái tim của hệ thống BAS, xử lý các tín hiệu từ cảm biến và ra quyết định điều khiển. Thuật toán điều khiển phức tạp được lập trình để phân tích dữ liệu phanh theo thời gian thực. ECU sử dụng logic mờ và điều khiển PID để điều chỉnh áp suất phanh, đảm bảo hiệu suất phanh tối đa mà không làm bánh xe bị khóa hoàn toàn.

III. Phương Pháp Mô Hình Hóa Hệ Thống BAS

Mô hình hóa hệ thống BAS sử dụng các kỹ thuật toán học và mô phỏng để biểu diễn hành vi động của hệ thống phanh. Có nhiều phương pháp mô hình hóa điều khiển khác nhau như mô hình tuyến tính, mô hình phi tuyến, và mô phỏng bằng công nghệ. Phần mềm như MATLAB/Simulink, CarMaker hoặc IPG được sử dụng để xây dựng mô hình hóa BAS chi tiết. Các mô hình này cho phép kiểm tra hiệu suất phanh trong nhiều kịch bản khác nhau, từ đó tối ưu hóa thuật toán điều khiển BAS trước khi tích hợp vào xe thực.

3.1. Mô Hình Tuyến Tính Và Phi Tuyến

Mô hình tuyến tính được sử dụng để mô tả hành vi hệ thống BAS khi hoạt động ở khoảng làm việc bình thường. Tuy nhiên, mô hình phi tuyến cần thiết để mô tả các tình huống phanh khẩn cấp phức tạp. Mô hình phi tuyến bao gồm các phương trình động học bánh xe, ma sát lốp, và động lực phương tiện. Sự kết hợp của cả hai mô hình giúp tạo ra điều khiển BAS chính xác và đáp ứng tốt trong thực tế.

3.2. Công Cụ Mô Phỏng Và Xác Thực Mô Hình

Các công cụ mô phỏng như MATLAB Simulink cho phép xây dựng mô hình hóa hệ thống BAS chi tiết với giao diện trực quan. Công nghệ hardware-in-the-loop (HIL) được sử dụng để xác thực mô hình trong điều kiện gần với thực tế. Qua mô phỏng, các kỹ sư có thể kiểm tra hiệu suất phanh, độ ổn định của hệ thống điều khiển, và tối ưu hóa tham số trước khi triển khai thực tế.

IV. Chiến Lược Điều Khiển Và Tối Ưu Hóa BAS

Chiến lược điều khiển BAS tập trung vào việc phát hiện tình huống phanh khẩn cấp và tự động tăng áp lực phanh một cách hiệu quả. Điều khiển BAS sử dụng các thuật toán tiên tiến như điều khiển mờ, mạng nơ-ron, và machine learning để cải thiện hiệu suất. Tối ưu hóa thuật toán bao gồm điều chỉnh các tham số điều khiển, thời gian phản ứng, và mức độ tăng áp suất phanh. Mục tiêu là rút ngắn khoảng cách dừng đáng kể, cải thiện an toàn giao thông, và đảm bảo ổn định của xe trong các tình huống phanh đột ngột.

4.1. Thuật Toán Điều Khiển Thông Minh Cho BAS

Điều khiển PID là thuật toán cơ bản được sử dụng trong hệ thống BAS để điều chỉnh áp lực phanh. Điều khiển mờ (fuzzy control) được áp dụng để xử lý tính không chắc chắn và phi tuyến của hệ thống phanh. Machine learningmạng nơ-ron được sử dụng để dự đoán hành vi tài xế và tối ưu hóa chiến lược điều khiển. Những thuật toán này giúp hệ thống BAS phản ứng nhanh và chính xác hơn, từ đó cải thiện hiệu suất phanh đáng kể.

4.2. Đánh Giá Hiệu Suất Và Tiêu Chuẩn An Toàn

Hiệu suất BAS được đánh giá thông qua các chỉ số như khoảng cách dừng, gia tốc giảm tốc, và thời gian phản ứng hệ thống. Tiêu chuẩn an toàn quốc tế như ECE R13, FMVSS 135 yêu cầu hệ thống BAS phải đáp ứng các điều kiện phanh nghiêm ngặt. Mô hình hóa và điều khiển BAS phải tuân thủ các tiêu chuẩn này để đảm bảo sản phẩm an toàn. Thử nghiệm trên băng chạy, mô phỏng, và thử nghiệm thực địa là các bước thiết yếu để xác thực hệ thống BAS trước khi đưa vào sản xuất.

18/12/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION GRADUATION THESIS AUTOMOTIVE ENGINEERING TECHNOLOGY MODELLING AND CONTROLING BRAKE ASSIST SYSTEM (BAS) INSTRUCTOR: NGUYEN MANH CUONG, Ph. STUDENT: LE DUC CHINH VO NGOC KHOI NGUYEN SKL012843 Ho Chi Minh City, June 2024 Y55HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF INTERNATIONAL EDUCATION GRADUATION PROJECT MODELLING AND CONTROLING BRAKE ASSIST SYSTEM (BAS) LE ĐUC CHINH Student ID: 2014403 VO NGOC KHOI NGUYEN Student ID: 20145015 Major: AUTOMOTIVE ENGINEERING TECHNOLOGY Supervisor: NGUYEN MANH CUONG, Ph. Ho Chi Minh City, June 2024 THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, January 20, 2023 GRADUATION PROJECT ASSIGNMENT Student name: Lê Đức Chính Student ID: 20145403 Student name: Võ Ngọc Khôi Nguyên Student ID: 20145015 Major: Automotive Engineering Technology Class: 20145CLA1-2 Supervisor: Nguyễn Mạnh Cường, Ph.D Phone number: _________________ Date of assignment: _____________________ Date of submission: _____________ 1. Initial materials provided by supervisor: ___________________________________ 3.

Content of the project: _________________________________________________ 4. Final product: ________________________________________________________ CHAIR OF THE PROGRAM SUPERVISOR (Sign with full name) (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- ---- SUPERVISOR’S EVALUATION SHEET Student name: Lê Đức Chính Student ID: 20145403 Student name: Võ Ngọc Khôi Nguyên Student ID: 20145015 Major:. Supervisor: Nguyễn Mạnh Cường, Ph. Content of the project:.

Approval for oral defense? (Approved or denied). Ho Chi Minh City, month day, year SUPERVISOR (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- PRE-DEFENSE EVALUATION SHEET Student name: Le Đuc Chinh Student ID: 20145403 Student name: Vo Ngoc Khoi Nguyen Student ID: 20145015 Major:. Name of Examiner:. Content and workload of the project.

Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, month day, year EXAMINER (Sign with full name) THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- EVALUATION SHEET OF DEFENSE COMMITTEE MEMBER Student name: Le Đuc Chinh Student ID: 20145403 Student name: Vo Ngoc Khoi Nguyen Student ID: 20145015 Major:. Name of Defense Committee Member:. Content and workload of the project .) Ho Chi Minh City, month day, year COMMITTEE MEMBER (Sign with full name) Acknowledgements First and foremost, we would want to express our gratitude to our families and friends for their unconditional support, motivation, and encouragement during our academic pursuits. Despite all the difficulties encountered while working on this project, we would want to express our gratitude to our families for their constant support.

Even in the face of hardship, their dedication, love, and inspiration kept us moving forward. We thank everyone who helped finish this project report and appreciate their efforts. We would like to express our gratitude to HCMUTE and our project advisor, Ph. Nguyen Manh Cuong, for giving us the chance to work on this project and for their ongoing assistance and direction throughout the procedure.

We also want to express our appreciation to the Faculty of International Education for giving us the knowledge and resources necessary to complete this project. We are inspired to strive for the same level of success in all of our academic endeavors by their commitment to quality in the curriculum. We sincerely thank everyone who contributed to the project and the study subjects since without them, this project would not have been feasible. We also like to once more thank Ph.

Nguyen Manh Cuong, the project committee’s chair, for spending time to evaluate and review our project. Finally, we want to take a moment to appreciate every individual who has crossed our path and contributed to inspire and mold our thoughts, ideas, and creativity. We would like to once more extend our sincere thanks to everyone who aided us finish this project report in such way. i Abstract In order to improve vehicle safety and avoid accidents, a major focus in recent years has been the development of modern automobile safety systems.

Brake Assist technologies (BAS), one of these technologies, are crucial for shortening stopping distances and enhancing overall braking performance. The topic of modeling and managing brake assist systems is covered in this abstract, along with a review of the important ideas, approaches, and developments in the area. The abstract's first section explains the underlying ideas that underlie brake assist systems, emphasizing the necessity of precise modeling to comprehend their behavior and enhance performance. It explores how the different sensors, actuators, and control algorithms included in a conventional BAS interact to provide efficient braking assistance.

The problems and prospects in modeling and regulating braking assist systems are covered in the abstract's conclusion. It addresses the necessity for thorough validation procedures that consider human variables and real-world circumstances. It also draws attention to the potential application of cutting-edge technology, such artificial intelligence and machine learning, to improve the functionality and security of braking assist systems. In conclusion, this abstract offer information about the modeling and regulating facets of brake assist systems.

Researchers and engineers may efficiently enhance brake assist systems, contributing significantly to overall vehicle safety and accident avoidance, by understanding the underlying concepts, modelling approaches, and control tactics. ii Table of Contents Acknowledgements. ii Table of Contents. iii List of Figures .v List of Tables.

viii List of Abbreviation. ix Chapter 1: INTRODUCTION .2 Related works / Lit review .3 Study range and planning .9 Chapter 2: THEORETICAL BASIS .1 Factors affecting to braking efficieny .6 Maintenance and Service .2 Brake performance assessment criteria .4 Braking force and individual braking force .3 Brake Assist System types .1 Mechanical Brake Assist .2 Hydraulic Brake Assist .34 Chapter 3: MODELLING AND SIMULATING.2 ABS and BAS Simulation .56 Chapter 4: Case studies .1 At the initial speed of 80 kph .2 At the initial speed of 100kph .74 iv List of Figures Fig 1. Presentation of the development of friction material formulations during the past 20 years. Hydraulic braking system.

Reasons Why Brakes Fail. The electrical circuit for recording the brake pedal course time on the roller brake tester. The braking distance based on the state of the asphalt surface. Heavy metal contamination of roads and rivers.

Turnkey brake tester. Details on the regulatory valves and plunger of a conventional vacuum booster. EVA 2 activation prevents brake fluid from reaching the reaction piston. In EVA 2, the boost ratio is determined by the flow of brake fluid to the response piston during gradual braking.

Regulation Valves of EV3. Detail of element 3 in Figure 2. Brake Assist System ‘s diagram: a - Brake servo, b - Brake pressure sensor, c - Brake light switch, d - Hydraulic unit, e - Return flow pump, f - Control unit, g - Brake slave cylinder, h - Speed sensor. The trigger conditions.

Brake Pressure and Pedal Pressure. Wheel speed sensor simulation. Bang-bang Controller calculation. Hydraulic lag block.

Relative slip calculator block. Output of ABS. Braking force calculation. Braking distance of ABS.

Braking distance in idea 1. Brake pressure in idea 1. Relative slip ratio of ABS. Relative slip ratio of BAS in idea 1.

Matlab Function block. Brake pressure in idea 2. Relative slip ratio in idea 2. Braking distance in idea 2.

Wheel speed in idea 2. Braking efficiency in idea 2. ABS + BAS in idea 3. Brake pressure in idea 3.

Braking distance in idea 3. Relative slip ratio in idea 3. Braking efficiency in idea 3. Braking distance at 80kph of vehicle with ABS only (simualtion time 15).

Brake pressure at 80kph (idea 1). Braking distance at 80kph (idea 1). Relative slip ratio at 80kph (idea 1). Relative slip ratio at 80kph of vehicle with ABS only.

Braking distance of vehicle with ABS only at 80kph (simulation time 14). Braking distance of BAS at 80kph (idea 2). Brake pressure at 80kph (idea 2). Relative slip ratio at 80 kph (idea 2).

Braking Eficiency at 80kph (idea 2). Braking distance at 80kph (idea 3). Braking effciency at 80kph (idea 3). Relative slip ratio at 80kph (idea 3).

Brake pressure at 80kph (idea 3). Braking dis tance at 100kph (idea 1). Braking distance at 100kph of vehicle with ABS only. Brake pressure at 100 kph (idea 2).

Braking distance at 100kph (idea 2). Relative slip ratio at 100kph (idea 2). Braking efficiency at 100kph (idea 2). Braking distance at 100kph (idea 3).

Brake pressure at 100 kph (idea 3). Braking efficiency at 100kph (idea 3). Relative slip ratio at 100kph (idea 3).73 vii List of Tables TABLE 2. Mechanical characteristics of composites C/C-SiC.

Brake fluid boiling points according to absorbed humidity. Various pressures and braking efficiency on the roller brake testing. The adherence coefficients for various surface types.Testing vehicles in Malaysian study.1 Parameters of a Civic. Input parameters at 80kph.

Input parameters at 100kph.68 viii List of Abbreviation ABS: Anti-lock Braking System ADAS: Advanced Driver Assistance Systems BA: Brake Assist BAS: Brake Assist System BAP: Brake Assist Preview DC: Direct current DVSA: Driver Vehicle Standard Agency EBA: Emergency Brake Assist EBD: Electronic Braking Distribution EC: Euroupean Commission ECE 13: Economic Commission Europe ESC: Electronic Stability Control ESP: Electronic Stability Program EVA: Emergency Valve Assistance FAT: Final Acceptance Test ISP: Injury Severity Probability STRIDE: Science & Technology Research Institute for Defence TCS: Traction Control System WHO: World Health Organization ix Chapter 1: INTRODUCTION 1.1 Rationale The brake assist system, which gives drivers extra braking power in emergency circumstances, is essential to modern car safety. The necessity to create sophisticated models and control schemes for brake assist systems becomes more and more important as automotive technology advances. In order to avoid accidents and guarantee passenger safety, brake reaction must be effective. The brake assist system may be modelled and controlled to improve performance and provide a greater knowledge of the system dynamics.

Engineers may create cutting-edge control methods that improve the brake response and shorten stopping distances by precisely modeling the system using modeling techniques like physics-based or data-driven approaches. To work at their best, brake assist systems must perfectly mesh with the overall dynamics of a vehicle. The integration of the brake assist system with other vehicle systems, such as the electronic stability control (ESC) and anti-lock braking systems (ABS), is made easier by modelling and control approaches. Particularly in difficult driving conditions like slick roads or rapid lane changes, this integration enables synchronized control measures to ensure effective braking while preserving vehicle stability.

The brake assist system can be adjusted to suit different driving conditions and driver preferences using modeling and control strategies. Accurate modeling helps produce the right braking force based on factors like vehicle speed, pedal force, and driver behavior. Modern control algorithms enable on-the-fly adjustments to enhance the system's response under different conditions. Our project aims to model and control a prototype of a Brake Assistive System (BAS) using Matlab Simulink to examine its function.

We will build components and embed them into various situations to achieve specifications and validate BAS's functionality. This focus on modeling and control research will improve predictive braking, cooperative vehicle-to-vehicle communication, and autonomous driving.2 Objective • Develop accurtate models of Brake Assist System • Optimize the Performance of Brake Assist Systems 1 • Ensure Integration and Coordination with Other Safety Systems • Explore Future Technological Advancements • Improve Overall Vehicle Safety and Accident Prevention 1.3 Purpose • Identify and understand the key components and dynamics of brake assist systems. • Investigate control strategies and algorithms for brake assist systems. • Develop comprehensive validation methodologies that encompass real-world scenarios and driving conditions.

• Investigate the integration of emerging technologies, such as machine learning, artificial intelligence, and connectivity, into brake assist systems. • Enhance the performance and effectiveness of brake assist systems to reduce the risk of accidents.2 Related works / Lit review Nghien cuu he thong phanh ABS va cac he thong an toan khac tren o to An overview of ABS and other safety systems is provided in this paper.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ