Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống chống bó cứng phanh và cân bằng điện tử ô tô

LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1. Lịch sử ra đời và quá trình phát triển của ô tô

1.1.1. Lịch sử ra đời của ô tô

1.1.2. Quá trình phát triển của ô tô

1.1.3. Lịch sử ra đời và quá trình phát triển của hệ thống an toàn trên ô tô

1.2. Lý do chọn đề tài

1.3. Mục tiêu, nhiệm vụ và phạm vi của luận văn

1.4. Bố cục luận văn

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1. Tổng quan hệ thống chống bó cứng phanh ABS

2.1.1. Cấu tạo hệ thống ABS

2.1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS

2.1.3. Chất lượng điều khiển mong muốn của hệ thống ABS

2.2. Tổng quan hệ thống cân bằng điện tử VDC

2.2.1. Cấu tạo hệ thống VDC

2.2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống VDC

2.2.3. Chất lượng điều khiển mong muốn của hệ thống VDC

3. CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG ABS

3.1. Phân tích hệ thống ABS

3.1.1. Tính toán động học, động lực học

3.1.2. Mối liên hệ giữa hệ số ma sát và tỷ lệ trượt

3.1.3. Phân tích moment thắng

3.2. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống ABS trên Matlab Simulink

3.2.1. Mô hình hóa hệ thống ABS

3.2.2. Mô phỏng khối caliper trên Matlab Simulink

3.2.3. Mô phỏng khối bánh xe trên Matlab Simulink

3.2.4. Mô phỏng khối xe trên Matlab Simulink

3.2.5. Mô phỏng hệ thống ABS trên Matlab Simulink

3.2.6. Kết quả mô phỏng khi chưa có hệ thống ABS và khi có hệ thống ABS với bộ điều khiển thô sơ

3.3. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống ABS

3.3.1. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống ABS

3.3.2. Kết quả mô phỏng hệ thống ABS với bộ điều khiển PID

3.3.3. Nhận xét kết quả mô phỏng hệ thống ABS với bộ điều khiển PID

4. CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG VDC

4.1. Phân tích hệ thống VDC

4.1.1. Tính toán động học, động lực học hệ thống VDC

4.1.2. Tính toán các lực tác động lên bánh xe theo phương X và phương Y

4.1.3. Tính toán góc lệch ngang của các bánh xe

4.1.4. Tính toán bán kính quẹo cua của xe với góc lái δ

4.1.5. Tính toán tốc độ xoay mong muốn của xe

4.1.6. Tính toán cân bằng moment cho bánh xe

4.2. Xác định bánh xe cần tác động moment thắng

4.3. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống VDC trên Matlab Simulink

4.3.1. Mô hình hóa hệ thống VDC

4.3.2. Mô phỏng khối moment thắng 1 trên Matlab Simulink

4.3.3. Mô phỏng khối moment thắng 2 trên Matlab Simulink

4.3.4. Mô phỏng khối moment thắng 3 trên Matlab Simulink

4.3.5. Mô phỏng khối moment thắng 4 trên Matlab Simulink

4.3.6. Mô phỏng khối bánh trước bên trái trên Matlab Simulink

4.3.7. Mô phỏng khối bánh trước bên phải trên Matlab Simulink

4.3.8. Mô phỏng khối bánh sau bên trái trên Matlab Simulink

4.3.9. Mô phỏng khối bánh sau bên phải trên Matlab Simulink

4.3.10. Mô phỏng khối lực tác động bánh trước bên trái trên Matlab Simulink

4.3.11. Mô phỏng khối lực tác động bánh trước bên phải trên Matlab Simulink

4.3.12. Mô phỏng khối lực tác động bánh sau bên trái trên Matlab Simulink

4.3.13. Mô phỏng khối lực tác động bánh sau bên phải trên Matlab Simulink

4.3.14. Mô phỏng khối xe trên Matlab Simulink

4.3.15. Mô phỏng khối tốc độ xoay mong muốn trên Matlab Simulink

4.4. Kết quả mô phỏng khi chưa có hệ thống VDC

4.4.1. Kết quả mô phỏng trường hợp quẹo cua góc lái dương

4.4.2. Kết quả mô phỏng trường hợp quẹo cua góc lái âm

4.4.3. Kết quả mô phỏng trường hợp quẹo cua trái phải

4.5. Kiểm chứng giải thuật xác định bánh xe cần tác động moment thắng

4.5.1. Trường hợp quẹo cua góc lái dương

4.5.2. Trường hợp quẹo cua góc lái âm

4.6. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống VDC

4.6.1. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống VDC

4.6.2. Kết quả mô phỏng hệ thống VDC với bộ điều khiển PID

4.6.3. Nhận xét kết quả mô phỏng hệ thống VDC với bộ điều khiển PID

5. CHƯƠNG 5: TỔNG KẾT

5.1. Kết quả đạt được

5.1.1. Kết quả đạt được của hệ thống ABS

5.1.2. Kết quả đạt được của hệ thống VDC

5.2. Đề xuất hướng phát triển cho đề tài

5.2.1. Đề xuất hướng phát triển cho hệ thống ABS

5.2.2. Đề xuất hướng phát triển cho hệ thống VDC

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về hệ thống chống bó cứng phanh và cân bằng điện tử

Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) và hệ thống cân bằng điện tử (VDC) là hai công nghệ quan trọng trong lĩnh vực công nghệ ô tô. Chúng không chỉ nâng cao hiệu suất vận hành mà còn đảm bảo an toàn giao thông cho người sử dụng. ABS giúp ngăn chặn hiện tượng bó cứng phanh, trong khi VDC hỗ trợ duy trì sự ổn định của xe trong các tình huống khẩn cấp. Việc thiết kế bộ điều khiển cho hai hệ thống này là một nhiệm vụ quan trọng nhằm tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo an toàn. Theo nghiên cứu, ABS có thể giảm từ 25% đến 30% số vụ tai nạn nghiêm trọng, trong khi VDC giúp giảm 35% số vụ va chạm. Những con số này cho thấy tầm quan trọng của việc phát triển và ứng dụng các công nghệ này trong ngành công nghiệp ô tô.

1.1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS

Hệ thống ABS bao gồm các cảm biến tốc độ bánh xe, bộ điều khiển ECU và mạch thủy lực. Cảm biến tốc độ bánh xe theo dõi tốc độ quay của từng bánh và gửi tín hiệu về bộ điều khiển. Bộ điều khiển xử lý thông tin và điều chỉnh áp lực phanh để ngăn chặn hiện tượng bó cứng. Nguyên lý hoạt động của ABS dựa trên việc điều chỉnh áp lực phanh một cách liên tục, giúp duy trì độ bám giữa bánh xe và mặt đường. Điều này không chỉ giúp giảm khoảng cách dừng mà còn tăng cường khả năng điều khiển xe trong các tình huống khẩn cấp.

1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống VDC

Hệ thống VDC bao gồm các cảm biến góc lái, cảm biến gia tốc và bộ điều khiển. Cảm biến góc lái theo dõi vị trí của vô lăng, trong khi cảm biến gia tốc đo lường lực tác động lên xe. Bộ điều khiển VDC phân tích dữ liệu từ các cảm biến và điều chỉnh lực phanh cho từng bánh xe nhằm duy trì sự ổn định của xe. Nguyên lý hoạt động của VDC là phát hiện và điều chỉnh các tình huống mất kiểm soát, giúp xe không bị lật hoặc trượt. Việc ứng dụng VDC không chỉ nâng cao an toàn mà còn cải thiện trải nghiệm lái xe.

II. Phân tích và thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống ABS

Việc thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống ABS yêu cầu phân tích kỹ lưỡng về động học và động lực học của xe. Các yếu tố như mối liên hệ giữa hệ số ma sát và tỷ lệ trượt cần được xem xét để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống ABS trên phần mềm Matlab Simulink cho phép kiểm tra và đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển PID có khả năng cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống ABS, giúp giảm thiểu khoảng cách dừng và tăng cường khả năng điều khiển xe trong các tình huống khẩn cấp.

2.1. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống ABS

Mô hình hóa hệ thống ABS trên Matlab Simulink cho phép tạo ra các mô hình động học và động lực học chính xác. Các khối mô phỏng như caliper, bánh xe và xe được xây dựng để kiểm tra hiệu suất của hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa hệ thống có và không có ABS. Việc sử dụng bộ điều khiển PID giúp cải thiện khả năng phản ứng của hệ thống, từ đó nâng cao an toàn cho người lái.

2.2. Kết quả mô phỏng và nhận xét

Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển PID mang lại hiệu suất vượt trội so với bộ điều khiển thô sơ. Các thông số như tốc độ bánh xe, tỷ lệ trượt và khoảng cách dừng đều được cải thiện. Điều này chứng tỏ rằng việc thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống ABS không chỉ là một nhiệm vụ kỹ thuật mà còn là một yếu tố quyết định đến an toàn giao thông. Việc áp dụng công nghệ này trong thực tế sẽ góp phần giảm thiểu tai nạn và nâng cao trải nghiệm lái xe.

III. Phân tích và thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống VDC

Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống VDC cũng yêu cầu phân tích động học và động lực học tương tự như hệ thống ABS. Tuy nhiên, VDC còn cần xem xét thêm các yếu tố như lực tác động lên bánh xe và góc lệch ngang. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống VDC trên Matlab Simulink giúp đánh giá hiệu suất của bộ điều khiển. Kết quả cho thấy bộ điều khiển PID có khả năng duy trì sự ổn định của xe trong các tình huống khẩn cấp, từ đó giảm thiểu nguy cơ tai nạn.

3.1. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống VDC

Mô hình hóa hệ thống VDC trên Matlab Simulink cho phép kiểm tra các yếu tố như lực tác động và góc lệch ngang. Các khối mô phỏng được xây dựng để đánh giá hiệu suất của hệ thống trong các tình huống khác nhau. Kết quả mô phỏng cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa xe có và không có VDC, với khả năng duy trì sự ổn định tốt hơn trong các tình huống khẩn cấp.

3.2. Kết quả mô phỏng và nhận xét

Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển PID giúp cải thiện đáng kể khả năng duy trì sự ổn định của xe. Các thông số như tốc độ xoay và góc lái đều được cải thiện. Điều này chứng tỏ rằng việc thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống VDC không chỉ là một nhiệm vụ kỹ thuật mà còn là một yếu tố quyết định đến an toàn giao thông. Việc áp dụng công nghệ này trong thực tế sẽ góp phần giảm thiểu tai nạn và nâng cao trải nghiệm lái xe.

Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống chống bó cứng phanh và cân bằng điện tử trên ô tô