Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Cơ Điện Tử: Ứng Dụng Mô Hình Động Lực Học Xe Bốn Bánh Vào Hệ Thống Labcar

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật cơ điện tử ứng dụng mô hình động lực học xe bốn bánh vào hệ thống LabCar, nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ hiện đại.

• Tác giả: Nguyễn Tấn Lộc
• Người hướng dẫn: TS. Trần Việt Hồng
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ điện tử
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình Động Lực Học Xe Bốn Bánh Trong Hệ Thống Labcar
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.2. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống ABS
• 1.3. Nghiên cứu hệ thống ESP
• 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.5. Tính cấp thiết của luận văn
• 1.6. Bài toán mô phỏng bài và giới hạn đề tài
• 1.7. Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ
• 2.1. Hệ thống ABS
• 2.1.1. Nguyên lý hoạt động
• 2.2. Hệ thống ESP

Tóm tắt

I. Mô hình động lực học xe bốn bánh

Mô hình động lực học là nền tảng để phân tích và mô phỏng hành vi của xe bốn bánh. Trong luận văn, mô hình này được xây dựng với ba bậc tự do, bao gồm chuyển động tịnh tiến, quay và lắc. Phân tích động lực học giúp hiểu rõ các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống như lực ma sát, hệ số trượt và điều kiện Ackermann. Mô hình toán học được áp dụng để mô phỏng các tình huống thực tế, từ đó đưa ra các giải pháp điều khiển tối ưu.

1.1. Mô hình hóa hệ thống ABS

Hệ thống ABS được mô hình hóa dựa trên nguyên lý điều khiển hệ số trượt. Khi hệ số trượt vượt quá ngưỡng tối ưu, hệ thống sẽ giảm áp lực phanh để bánh xe không bị bó cứng. Mô hình này sử dụng các phương trình động lực học để tính toán lực ma sát và vận tốc góc của bánh xe. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của bộ điều khiển bang-bang trong việc duy trì hệ số trượt ở mức tối ưu.

1.2. Mô hình hóa hệ thống ESP

Hệ thống ESP được nghiên cứu dựa trên mô hình động lực học phức tạp hơn, bao gồm cả góc trượt và vận tốc xoay của xe. Mô hình này yêu cầu nhiều đầu vào hơn như góc lái, gia tốc và vận tốc góc. Bộ điều khiển ESP được thiết kế để phân bố lực phanh hợp lý trên các bánh xe, giúp xe duy trì ổn định trong các tình huống nguy hiểm.

II. Hệ thống Labcar và ứng dụng công nghệ

Hệ thống Labcar là công cụ quan trọng trong việc kiểm thử phần mềm nhúng cho các hệ thống ABS và ESP. Luận văn tập trung vào việc kết hợp mô hình mô phỏng với Labcar CS1000 để tạo ra môi trường kiểm thử gần giống thực tế. Các đầu vào như vận tốc, gia tốc và vận tốc góc được mô phỏng để kích hoạt các chức năng cần kiểm thử. Phân tích hệ thống cho thấy khả năng ứng dụng cao của Labcar trong việc giảm chi phí và thời gian kiểm thử.

2.1. Cấu tạo và hoạt động của Labcar CS1000

Labcar CS1000 là hệ thống thí nghiệm được sử dụng để mô phỏng các đầu vào cho phần mềm nhúng. Cấu tạo của Labcar bao gồm các module phần cứng và phần mềm, cho phép kết nối với các thiết bị ngoại vi. Cách thức đưa đầu vào vào Labcar được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác trong quá trình kiểm thử.

2.2. Phương án sử dụng file ICS

Phương án sử dụng file ICS được đề xuất để tối ưu hóa quá trình mô phỏng. File ICS chứa các thông số đầu vào như vận tốc, gia tốc và vận tốc góc, giúp Labcar tạo ra các tín hiệu phù hợp với điều kiện thực tế. Phân tích phương án này cho thấy hiệu quả trong việc giảm thời gian và chi phí kiểm thử.

III. Thực nghiệm và đánh giá kết quả

Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả của mô hình động lực học và hệ thống Labcar trong việc kiểm thử các chức năng ABS và ESP. Các kết quả mô phỏng được so sánh với dữ liệu thực tế để đánh giá độ chính xác. Hướng phát triển của đề tài bao gồm việc mở rộng mô hình để kiểm thử các chức năng phức tạp hơn và tích hợp thêm các công nghệ mới.

3.1. Kết quả kiểm thử ABS

Kết quả kiểm thử ABS cho thấy hệ thống hoạt động hiệu quả trong việc duy trì hệ số trượt ở mức tối ưu. Áp suất phanh được điều chỉnh chính xác trên các bánh xe, giúp xe duy trì ổn định trong các tình huống phanh gấp.

3.2. Kết quả kiểm thử ESP

Kết quả kiểm thử ESP cho thấy khả năng phân bố lực phanh hợp lý trên các bánh xe, giúp xe duy trì ổn định trong các tình huống bẻ lái. Các thông số như góc trượt và vận tốc xoay được kiểm soát chặt chẽ, đảm bảo an toàn cho người lái.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tai nạn giao thông đường bộ là một trong những nguyên nhân hàng đầu gây tử vong trên toàn cầu, với khoảng 1.25 triệu người chết mỗi năm theo báo cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Đặc biệt, 90% các vụ tai nạn xảy ra tại các quốc gia có thu nhập trung bình và thấp, ảnh hưởng nghiêm trọng đến kinh tế và xã hội. Trong bối cảnh đó, việc nâng cao an toàn giao thông thông qua các hệ thống cân bằng điện tử như ABS (Anti-lock Braking System) và ESP (Electronic Stability Program) trở nên cấp thiết. Tại Việt Nam, mặc dù các nghiên cứu về mô phỏng hệ thống phanh ABS đã được thực hiện, việc ứng dụng mô hình động lực học xe bốn bánh kết hợp với thiết bị kiểm thử thực tế vẫn còn hạn chế.

Luận văn này tập trung nghiên cứu và phát triển mô hình động lực học xe bốn bánh với ba bậc tự do, nhằm tạo ra môi trường mô phỏng chính xác để kích hoạt và kiểm thử các chức năng ABS và ESP trên hệ thống LABCAR CS1000. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi mô phỏng xe di chuyển trên mặt phẳng, với giả định bỏ qua các yếu tố như điều khiển hộp số và động cơ, nhằm đơn giản hóa bài toán. Mục tiêu chính là nâng cao hiệu quả kiểm thử phần mềm nhúng cho các sản phẩm an toàn của công ty BOSCH, giảm thiểu chi phí và thời gian thử nghiệm trên đường thử thực tế.

Việc kết hợp mô hình mô phỏng với thiết bị LABCAR CS1000 không chỉ giúp tạo ra các đầu vào vận tốc, gia tốc, vận tốc góc hợp lý mà còn chứng minh được khả năng đáp ứng các yêu cầu cơ bản của phần mềm điều khiển ABS và ESP. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cải tiến quy trình phát triển và kiểm thử sản phẩm an toàn ô tô, góp phần giảm thiểu tai nạn giao thông và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: mô hình động lực học xe bốn bánh và nguyên lý hoạt động của hệ thống cân bằng điện tử ABS và ESP. Mô hình động lực học xe được xây dựng với ba bậc tự do trong mặt phẳng chuyển động, bao gồm chuyển động theo phương dọc trục (x), phương ngang (y) và chuyển động quay quanh trục vuông góc với mặt phẳng (z). Mô hình này cho phép mô phỏng các lực tác động lên từng bánh xe, bao gồm lực ma sát, lực phanh và lực hướng tâm khi xe rẽ.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS dựa trên việc duy trì hệ số trượt bánh xe trong khoảng tối ưu để tránh bó cứng bánh khi phanh gấp, giúp xe vẫn có thể điều khiển được. Hệ thống ESP nâng cao hơn, điều khiển lực phanh chủ động trên từng bánh xe nhằm duy trì sự cân bằng và ổn định của xe khi vào cua hoặc trong các tình huống nguy hiểm. Các thuật toán điều khiển như bang-bang và PID được áp dụng để thiết kế bộ điều khiển cho ABS, trong khi ESP sử dụng các mô hình phức tạp hơn để điều phối lực phanh và mô men xoắn.

Ba khái niệm chính được sử dụng trong nghiên cứu gồm: hệ số trượt bánh xe, hệ số ma sát mặt đường, và góc lệch bánh xe theo định luật Ackermann. Mối quan hệ giữa hệ số trượt và hệ số ma sát được mô phỏng dựa trên các đặc tính mặt đường như nhựa, ướt, tuyết và băng, với điểm tối ưu hệ số trượt khoảng 18% trên mặt đường nhựa.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các tài liệu chuyên ngành, báo cáo kỹ thuật của công ty BOSCH, và các kết quả mô phỏng thực nghiệm trên phần mềm ASCET và thiết bị LABCAR CS1000. Cỡ mẫu nghiên cứu là mô hình động lực học xe bốn bánh với các thông số kỹ thuật lấy từ tài liệu tham khảo, bao gồm trọng lượng xe 1800 kg, bán kính bánh xe 0.3937 m, và các hệ số ma sát đặc trưng.

Phương pháp phân tích bao gồm xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động xe và bánh xe, mô phỏng các lực tác động, và thiết kế bộ điều khiển bang-bang và PID cho hệ thống ABS. Đối với ESP, mô hình được mở rộng với bảy không gian cấu hình (configuration spaces) để mô phỏng chuyển động và lực phanh trên từng bánh xe độc lập. Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ đầu năm đến cuối năm 2017 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.

Việc kết hợp mô hình mô phỏng với thiết bị LABCAR CS1000 được thực hiện thông qua phương pháp sử dụng file kịch bản (.lcs) để tạo ra các đầu vào vận tốc, gia tốc và góc lái theo thời gian, nhằm kích hoạt các chức năng ABS và ESP trên phần cứng thực tế. Phương pháp này giúp khắc phục hạn chế về độ trễ tín hiệu và đồng bộ dữ liệu giữa mô phỏng và thiết bị.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình động lực học xe bốn bánh với ba bậc tự do được xây dựng thành công, cho phép mô phỏng chính xác các lực tác động lên từng bánh xe trong mặt phẳng chuyển động. Kết quả mô phỏng cho thấy hệ số trượt tối ưu khoảng 18%, tương ứng với hệ số ma sát tối đa 0.38 trên mặt đường nhựa, phù hợp với các nghiên cứu quốc tế.

2. Bộ điều khiển bang-bang và PID cho hệ thống ABS được thiết kế và so sánh. Bộ điều khiển bang-bang đơn giản nhưng hiệu quả trong việc duy trì hệ số trượt trong khoảng tối ưu, trong khi bộ điều khiển PID cho phép điều chỉnh lực phanh mượt mà hơn, giảm dao động và tăng độ ổn định. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển PID giảm sai số hệ số trượt xuống khoảng 15% so với bang-bang.

3. Mô hình ESP với bảy không gian cấu hình cho phép điều khiển lực phanh chủ động trên từng bánh xe, giúp xe duy trì quỹ đạo mong muốn khi vào cua. Thí nghiệm mô phỏng cho thấy khi kích hoạt ESP, áp suất thắng trên bánh xe được phân bố hợp lý, giúp xe không bị mất cân bằng và giảm nguy cơ trượt bánh. So với xe không có ESP, tỷ lệ duy trì quỹ đạo chính xác tăng lên khoảng 30%.

4. Ứng dụng mô hình động lực học kết hợp với LABCAR CS1000 tạo ra môi trường mô phỏng thực tế, giúp kích hoạt các chức năng ABS và ESP trên phần cứng. Kết quả kiểm thử cho thấy thiết bị có thể xuất ra các tín hiệu vận tốc, gia tốc và góc lái phù hợp, với độ trễ đo đạc khoảng 100 ms, đáp ứng yêu cầu kiểm thử phần mềm nhúng. Việc sử dụng file kịch bản giúp giảm thiểu sai số và đồng bộ dữ liệu hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân thành công của mô hình là do việc áp dụng các giả định hợp lý như bỏ qua lực cản không khí và điều khiển hộp số, giúp đơn giản hóa bài toán mà vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết cho mục đích kiểm thử. So sánh với các nghiên cứu quốc tế, kết quả mô phỏng về hệ số trượt và ma sát tương đồng, chứng tỏ tính khả thi của mô hình trong điều kiện thực tế tại Việt Nam.

Việc thiết kế bộ điều khiển bang-bang và PID cho ABS cho thấy sự khác biệt rõ rệt về hiệu suất điều khiển, phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong thực tế. Bộ điều khiển PID được khuyến nghị sử dụng trong các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao và ổn định lâu dài.

Mô hình ESP với khả năng điều khiển lực phanh từng bánh xe giúp nâng cao an toàn khi xe vào cua hoặc trong các tình huống mất ổn định, phù hợp với xu hướng phát triển công nghệ an toàn ô tô hiện đại. Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua biểu đồ áp suất thắng từng bánh xe và quỹ đạo xe, giúp trực quan hóa hiệu quả của hệ thống.

Việc kết hợp mô hình mô phỏng với thiết bị LABCAR CS1000 là bước tiến quan trọng trong quy trình phát triển và kiểm thử sản phẩm, giúp giảm chi phí và thời gian thử nghiệm trên đường thử thực tế. Tuy nhiên, độ trễ tín hiệu và giới hạn về thời gian thực vẫn là thách thức cần được cải tiến trong các nghiên cứu tiếp theo.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa bộ điều khiển PID cho hệ thống ABS nhằm giảm thiểu dao động và tăng độ ổn định trong các điều kiện vận hành khác nhau. Thời gian thực hiện dự kiến 6 tháng, do phòng thí nghiệm và nhóm nghiên cứu kỹ thuật cơ điện tử đảm nhiệm.

2. Phát triển mô hình động lực học mở rộng cho chuyển động trong không gian ba chiều, bao gồm các yếu tố như lực cản không khí, điều khiển hộp số và động cơ, nhằm nâng cao độ chính xác mô phỏng. Dự kiến hoàn thành trong 12 tháng, phối hợp với các chuyên gia trong lĩnh vực ô tô và điều khiển tự động.

3. Cải tiến thiết bị LABCAR CS1000 để giảm độ trễ tín hiệu xuống dưới 50 ms, nâng cao khả năng đồng bộ dữ liệu thời gian thực giữa mô phỏng và phần cứng. Đề xuất hợp tác với nhà sản xuất thiết bị và các đơn vị nghiên cứu công nghệ điều khiển.

4. Xây dựng bộ kịch bản mô phỏng đa dạng cho các tình huống lái xe thực tế, bao gồm các loại mặt đường khác nhau và các tình huống khẩn cấp, nhằm kiểm thử toàn diện các chức năng ABS và ESP. Thời gian thực hiện 9 tháng, do nhóm phát triển phần mềm và kỹ sư kiểm thử đảm nhận.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật cơ điện tử và ô tô: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình động lực học xe và hệ thống cân bằng điện tử, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các đề tài liên quan.

2. Kỹ sư phát triển và kiểm thử phần mềm nhúng trong ngành công nghiệp ô tô: Nội dung luận văn giúp hiểu rõ quy trình mô phỏng và kiểm thử phần mềm điều khiển ABS, ESP, từ đó nâng cao hiệu quả công việc.

3. Các công ty sản xuất và phát triển thiết bị kiểm thử ô tô: Tham khảo phương pháp kết hợp mô hình mô phỏng với thiết bị LABCAR CS1000 để cải tiến sản phẩm, giảm chi phí và thời gian thử nghiệm.

4. Cơ quan quản lý và đào tạo về an toàn giao thông: Tài liệu cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá và áp dụng các công nghệ an toàn mới, góp phần xây dựng chính sách và chương trình đào tạo phù hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình động lực học xe bốn bánh có những giả định nào?
   Mô hình giả định xe di chuyển trên mặt phẳng, bỏ qua lực cản không khí, điều khiển hộp số và động cơ. Các bánh xe chịu lực ma sát và lực phanh đồng đều, giúp đơn giản hóa bài toán mà vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết cho kiểm thử.

2. Tại sao cần thiết kế bộ điều khiển bang-bang và PID cho ABS?
   Bộ điều khiển bang-bang đơn giản, dễ triển khai, phù hợp với các hệ thống yêu cầu phản ứng nhanh. Bộ điều khiển PID cho phép điều chỉnh lực phanh mượt mà, giảm dao động và tăng độ ổn định, thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao.

3. Làm thế nào để mô phỏng các chức năng ESP trên mô hình xe?
   ESP được mô phỏng bằng cách điều khiển lực phanh chủ động trên từng bánh xe dựa trên các cảm biến vận tốc, gia tốc và góc lái. Mô hình sử dụng bảy không gian cấu hình để mô phỏng chuyển động và lực phanh, giúp duy trì quỹ đạo xe khi vào cua.

4. Ưu điểm của việc sử dụng LABCAR CS1000 trong kiểm thử phần mềm là gì?
   LABCAR CS1000 giúp tạo ra các tín hiệu đầu vào vật lý như vận tốc, gia tốc và góc lái, mô phỏng các tình huống lái xe thực tế. Thiết bị giúp giảm chi phí và thời gian thử nghiệm trên đường thử thực tế, đồng thời hỗ trợ kiểm thử phần mềm nhúng hiệu quả.

5. Những hạn chế hiện tại của mô hình và thiết bị là gì?
   Mô hình chưa bao gồm các yếu tố như lực cản không khí, điều khiển hộp số và động cơ, giới hạn trong mô phỏng chuyển động trên mặt phẳng. Thiết bị LABCAR CS1000 có độ trễ tín hiệu khoảng 100 ms, chưa đáp ứng hoàn toàn yêu cầu thời gian thực, cần cải tiến thêm.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình động lực học xe bốn bánh với ba bậc tự do, mô phỏng chính xác các lực tác động và chuyển động trong mặt phẳng.
• Thiết kế và so sánh bộ điều khiển bang-bang và PID cho hệ thống ABS cho thấy bộ điều khiển PID có hiệu suất điều khiển vượt trội.
• Mô hình ESP với bảy không gian cấu hình giúp điều khiển lực phanh chủ động, nâng cao an toàn và ổn định xe khi vào cua.
• Kết hợp mô hình mô phỏng với thiết bị LABCAR CS1000 tạo ra môi trường kiểm thử phần mềm nhúng hiệu quả, giảm chi phí và thời gian thử nghiệm thực tế.
• Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo bao gồm mở rộng mô hình, cải tiến thiết bị và xây dựng kịch bản mô phỏng đa dạng nhằm nâng cao chất lượng nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.

Luận văn mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi trong phát triển và kiểm thử các hệ thống an toàn ô tô hiện đại. Các nhà nghiên cứu và kỹ sư được khuyến khích tiếp tục phát triển các giải pháp nâng cao hiệu quả mô phỏng và kiểm thử, góp phần giảm thiểu tai nạn giao thông và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TONG QUAN chi phí. Công đoạn nay sé được kiểm định với phan cứng trong phòng LAB, cụ thé là với LABCAR CS1000. Vì giới hạn về thời gian và khả năng nên ta giới han dé tài như sau: - _ Giới hạn mô phỏng xe di chuyển trong mặt phăng. - Tao ra điều kiện đủ dé kích hoạt hai chức năng chính là ABS va ESP.

- Cho răng hệ điều khiến trực tiếp momen thang. - Bỏ qua việc điều khiển hộp số và động cơ Mục tiêu và nhiệm vụ đề tài. Mục tiêu: - Nghiên cứu mô hình động lực học của xe bốn bánh - - Xây dựng mô hình mồ phỏng. - Ap dụng kết hợp giữa mô hình mô phỏng và thiết bị nhằm kích hoạt hai chức năng chính cần kiểm thử là ABS và ESP.

Nhiém vu: - Neghién cứu mô hình động lực học xe bốn bánh - Tao dựng mô hình với ba bậc tự do - _ Nghiên cứu cách thức hoạt động của LABCAR CS1000 - Tim cách kết hợp giữa mô hình mô phỏng và thiết bị - Danh giá kết quả kiểm thử với một phan mềm nhất định CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ CHUONG 2 PHAN TICH HE THONG CAN BANG DIEN TU Trong chương nay, ta sẽ tiến hành phân tích các chức năng can kiểm định, cu thé là ABS và ESP, từ đó phân tích các đầu vào cần thiết khi mô phỏng. Hệ thống ABS là hệ thống cơ bản và khá đơn giản, trong khi hệ ESP cần nhiều đầu vào hơn và giải thuật cũng phức tạp hơn nhiều. Lan lượt ở mỗi chức năng ra sẽ tìm hiểu chức năng, cách hoạt động và các inputs can thiệt. Về cơ bản, hệ thống VDC có các thành phần của hệ thống ABS như bộ điều biến thủy lực (1), cảm biến tốc độ bánh xe (2) và bộ điều khiến ECU (5).

Thêm vào đó, sản pham ESP sẽ có khác biệt về thành phan của bộ điều biến thủy lực và sử dụng thêm hai cảm biến là góc lái chủ động trên vô lăng (3) và cảm biến gia tốc (4). CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ 2. Hệ thống ABS 2.1 Nguyén lý hoạt động Hệ thống ABS là một chuẩn an toàn trong xe hơi, mục đích chính của hệ thống này nhằm xác định được sự bó cứng của bánh xe từ đó giảm áp suất thăng trên bánh đó. Điều này giúp cho bánh xe có thé tiếp tục bám đường và tiếp tục lăn, người lái có thể rẽ được trong lúc thăng.

With ABS SS I § | __ l x7.2: So sánh giữa hệ thống có ABS và không có ABS. Ở hình trên, người lái vừa phát hiện vật cản vừa đạp thang và đánh lái. Nhờ có hệ thống ABS mà xe có thể rẽ và người lái điều khiến xe lách qua được vật cản. Trong hình dưới, tuy người lái cũng đánh lái về bên phải, tuy nhiên xe tiếp tục đi thăng.

Nguyên nhân là do lúc đó bánh xe đã ngừng xoay và không thé tạo được một lực ngang nào dé thay đôi quỹ đạo. Phuong thức điều khiển của hệ ABS này nhằm duy trì hệ số trượt trong khoảng tối ưu. Khi hệ số trượt năm trong khoảng này thì xe có thé bám đường. người lái có thé điều khiên xe trong khi thăng và hệ sô ma sát lúc này được giữ ở mức cao.

CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ 1.2 Radial tires on dry concrete 1 | -p ly tires on wetasphalt Bias c2 0.4 - Radialtires on snow S = nu. - mad Radialtires on wet, slippery ice 0 0 70 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Hình 2.3: Sơ đồ hệ số trượt và hệ số ma sát trên một số mặt đường. Hệ số trượt được tính như công thức sau.R 1 Trong đó: - 0 là vận tốc thật của xe. - _ œ là vận tốc góc của bánh xe.

- R là bán kính bánh xe. Dé tác động lên hệ số trượt này, hệ thong đưa ra các tín hiệu điều khiển các van thủy lực để giải phóng áp suất trên các bánh xe, từ đó các bánh xe có thể lăn trở lại. Mỗi bánh xe sẽ có hai van thủy lực tương ứng với hai đầu vào và ra.4 thể hiện hệ thống thủy lực của hệ thong ABS. Trong đó: - HZ là xi-lanh chính - RZ là phanh ở các bánh xe - PE là bơm hôi lưu - IV là van nạp - OV là van xa - AC là bình chứa dau phanh áp suất thấp 10 CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ - M là động cơ của bom hồi lưu - HL là bánh sau bên trái - HR là bánh sau bên phải - VR là bánh trước bên phải - VL là bánh trước bên trái ene UFBO749-1E 11 CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ | đu đa Hình 2.5: Trạng thái các van khi tạo áp lực phanh p IV 3 IV | " cực +) ov| OV để) (vn Hình 2.6: Trạng thái các van khi duy trì áp lực phanh 12 CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ OV OV (Ô)HL (®ve Hình 2.7: Trang thái các van khi giảm áp lực phanh Khi cần tăng áp lực thắng, người lái đạp vào chân thăng, tạo ra một lượng áp suất lớn, khoảng 200 bar.

Trong trường hợp chức năng ABS không hoạt động, van vào sẽ được mở và van xả sẽ đóng, nên áp suât tăng hay giảm là hoàn toàn tùy thuộc vào tài xê. Khi thấy áp suất thắng trên bánh đã đủ, hệ thống sẽ đóng cả hai van vào và ra, trạng thái này không thường được duy trì lâu do khi phanh, ở mỗi vận tốc xe khác nhau, bánh xe có một van toc mong muôn nhat định. Khi thấy áp suất trong bánh xe quá cao, vận tốc bánh xe giảm quá nhiễu so với vận tốc xe được hệ thong ước lượng, bộ điều khiến sẽ quyết định nhả thăng. Khi đó van vào được đóng dé dau từ buông chính không thé tiếp tục chảy vào, đồng thời van xả được mở, dầu trong bánh sẽ được dẫn về buồng chứa hoặc chạy lên bơm.

Trong giới hạn luận văn, ta không mô phỏng hệ thủy lực này mà chỉ mô hình hóa các bánh xe dé vi điều khiến có thé xác định được khi nào nó cần kích hoạt chức năng ABS. Các đầu vào va dau ra của hệ thống ABS Hệ sô trượt tôi ưu trên môi mặt đường là khác nhau. Phần mêm điêu khiên có thuật toán đê ước lượng ra mặt đường hiện tại có độ ma sát bao nhiêu. Việc xác định vận tôc 13 CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ các bánh dựa trên 4 wheel speed sensors đặt ở 4 bánh xe.

Van tốc của xe sẽ được ước lượng thông qua các bánh không được truyền động trong trường hợp xe truyền động hai bánh. Trong trường hợp xe được dẫn động 4 bánh thì lúc này cần thêm một input là gia tốc theo phương ngang. Từ đó ta có thể thấy hệ ABS chỉ cần tối đa hai loại đầu vào. Điều khiển van thủy lực | Vận tốc 4 bánh ABS Điều khiển motor bơm | Gia tốc ax » Các tín hiệu CAN Hình 2.8: Các đầu vào và ra của hệ thong ABS 2.

Hệ thống ESP 2. Nguyên lý hoạt động Hệ thống ESP là một chức năng cao cấp hơn, nhăm giúp xe có thể cân băng khi người lái đánh lái ở vận tốc cao. Nguyên lý của hệ thống này ở việc thông qua các sensor, hệ xác định được khi xe có vận tốc góc thực tế khác với vận tốc góc mong muốn và kích hoạt chức năng. Chức năng chính của hệ là điều khiến thang, nhưng khác với ABS ở chỗ nó sẽ chủ động tăng áp suất thang ở các bánh một cách hợp lý để tạo một momen chống lại sự chệch hướng.

Hình dưới mô tả việc tăng áp suất thắng lên bánh trước phải và bánh trước trái trong khi bẻ lái trái và phải nhằm tạo một momen cân bang lại phương tiện di chuyên. 14 CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ Hình 2.9: Hệ thông ESP tăng lực thang lên các bánh khác nhau nhăm giúp xe cân băng trong khi bẻ lái phải và trái [2] Ở hình 2.9, hình phía bên trái miêu tả xe không được trang bị ESP. Phase 1: Tài xế quẹo phải, lực tác động do gia tốc ngang bat đầu hình thành. Phase 2: Xe bat đầu mat cân băng và tại thời điểm này xe can rẽ trái dé bám theo quỹ đạo.

Phase 3: Tài xế mat điều khiến xe, đánh lái qua trái nhưng xe không rẽ trái. Phase 4: Xe trở nên hoàn toàn mat điều khiến và ra khỏi quỹ đạo.9, hình phía bên phải miéu tả xe được trang bị ESP, hệ nay tác động lực thăng ở từng bánh xe giúp xe có sự cân bằng và bám theo quỹ đạo mong muốn. 15 CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ - Phase 1: Tài xế queo phải, lực tac động do gia tốc ngang bat đầu hình thành. - Phase 2: hệ ESP tác động phanh lên bánh xe phía trước bên trái.

- Phase 3: Xe vẫn có sự cân bang và tại thời điểm này xe cần rẽ trái dé bám theo quỹ đạo. - Phase 4: Tài xế đánh lái qua trái, hệ ESP tác động phanh lên bánh xe phía trước bên phải, xe lay được sự cân bang và bám theo quỹ đạo. Hệ thống ESP là một hệ thống phức tạp hơn, đòi hỏi phân cứng và phân mềm của sản phẩm cũng phức tạp hơn hệ thống ABS. Trong phần cứng, số valve được tăng lên 12 so với 8 của hệ ABS, lý do vì hệ thông ESP cần tăng lực thang chủ động trong các bánh xe.

Trong phan mém để đủ dữ liệu xử lý, số lượng đầu vào tương ứng cũng nhiều hơn.10 miêu tả hệ thống thủy lực của ESP. Trong đó: - HZ là xi-lanh chính. - RZ là phanh ở các bánh xe - HL là bánh sau bên trái - HR là bánh sau bên phải - VR là bánh trước bên phải - VL là bánh trước bên trái - IV là van nạp - OV là van xa - AC là bình chứa áp suất thấp - PE là bơm hồi lưu - M là động cơ bom hỗi lưu. - SV là van chuyển mạch.

- HSV là van chuyền mach áp suất cao. 16 CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ 8 Š = 5 = @UFBO752-1E Hình 2.11: Trang thái tao áp lực phanh bang bom Trong hệ thống ESP, điểm khác biệt so với ABS là khi ta cần tạo áp suất một cách chủ động lên một hoặc một số bánh nhất định mà không làm thay đổi áp suất thắng của 17 CHUONG 2: PHAN TÍCH HỆ THONG CAN BANG ĐIỆN TỬ các bánh khác.