Mô phỏng quá trình điều khiển hệ thống truyền lực ô tô

Mô phỏng quá trình điều khiển hệ thống truyền lực ô tô Mô phỏng quá trình điều khiển hệ thống truyền lực ô tô Mô phỏng quá trình điều khiển hệ thống truyền lực ô tô Mô phỏng quá trình điều khiển hệ thống truyền lực ô tô Mô phỏng quá trình điều khiển hệ thống truyền lực ô tô

TÓM TẮT

Luận văn này trình bày việc mô hình hóa và mô phỏng quá trình điều khiển hệ thống truyền lựctrên xe du lịch: hộp số tự động và hệ thống kiểm soát hành trình bằng logic mờ Mô phỏng sẽ làm nền tảng cho việc thiết kế phần cứng để điều khiển

hệ thống truyền lực, giúp cho việc nghiên cứu, phát triển điều khiển hệ thống truyền lực ngày càng hoàn thiện và ít tốn kém

Mô phỏng điều khiển hộp số tự động sử dụng hai tín hiệu đầu vào: Vị trí bướm ga và tốc độ động cơ Sử dụng logic mờ để thiết lập điều khiển lựa chọn số ở tín hiệu đầu ra dựa vào hai tín hiệu đầu vào, tín hiệu lựa chọn số sẽ đưa vào mô hình động học xe và thay đổi tốc độ xe theo các tín hiệu đầu vào

Mô phỏng điều khiển hệ thống kiểm soát hành trình sự dụng hai tín hiệu đầu vào: Độ chênh lệch vận tốc và gia tốc hiện tại so với vận tốc thiết lập Sử dụng logic

mờ để thiết lập điều khiển tăng hoặc giảm tốc độ, tín hiệu này sẽ đưa vào mô hình động học xe và thay đổi tốc độ xe theo tín hiệu tốc độ thiết lập

Kết quả mô phỏng cho kết quả sát với thực tế và đạt yêu cầu đề ra

ABSTRACT

This thesis presents the modeling and simulation process drivetrain controls

on passenger cars: automatic transmission and cruise control system based on fuzzy logic The simulation results may be used to design the hardware to control,

research, development drivetrain controls become more complete and less

expensive

The simulation uses two input signals: throttle position and vehicle speed Fuzzy logic was used to establish control output signal based on the two input signals Gear-shifting signals are sent to vehicle model to change their speed

according to the input signal

Simulated controlled cruise control system uses two input signals: difference

in velocity and acceleration compared to current velocity setting Using fuzzy logic controller to set the speed increase or decrease, these signals will be sent to car model and vehicle speed changes according to the speed setting signal

Simulation results approached practical models

MỤC LỤC

Quyết định giao đề tài

AVHN: Thêm giá trị dương rất lớn

AHN: Thêm giá trị dương lớn

AMP: Thêm giá trị dương trung bình

ASP: Thêm giá trị dương nhỏ

ANO: Không thêm

ASN: Thêm giá trị âm nhỏ

AMN: Thêm giá trị âm trung bình

AHN: Thêm giá trị âm lớn

AVHN: Thêm giá trị âm rất lớn

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Hình 2.28: Mô tả liên kết chưa đúng 29

Hình 3.13: Hàm thành viên đầu ra vị trí số (gear) 51

Hình 4.4: Hàm thành viên đầu vào chênh lệch vận tốc thiết lập và vận tốc xe (e) 65

Hình 4.14: Thiết lập tốc độ đầu vào khi giảm ga tuyến tính 70

DANH SÁCH CÁC BẢNG

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN

1.1 Các kết quả nghiên cứu

Ứng dụng logic mờ trong việc chuyển số [1], nhóm tác giả S.Sakaguchi, I.Sakai, T.Haga đã nhận định lái xe lên dốc, xuống dốc phương pháp mờ hóa so với các phương pháp thay đổi số trong hộp số tự động thông thường đã cải thiện đáng

kể trong tính năng lái, giảm tiêu hao nhiên liệu Nhưng giới hạn đề tài chỉ ứng dụng trên xe hộp số 4 cấp, ngày nay hộp số 8 cấp đang được ứng dụng rộng rải nên đề tài không ứng dụng trên xe hiện nay được

Mô hình hóa động học và mô phỏng hộp số tự động trên xe bánh xích sử dụng điều khiển mờ [2], nhóm tác giả Wu Shijing , Li Qunli, Zhu Enyong, Zhang Dawei, Xie Jing đã nhận định phương pháp thay đổi số bằng mờ hóa đã cải thiện khả năng

di chuyển xe bánh xích theo các điều kiện lái xe khác nhau và làm giảm tần số chuyển số và tránh chu trình chủ động chuyển có hiệu quả Nhưng giới hạn đề tài chỉ cho xe bánh xích, hộp số 4 cấp nên tôi phát triển phương pháp điều khiển này để điều khiển số trên xe du lịch, hộp số 8 cấp

Thiết kế hệ thống kiểm soát hành trình dựa trên bộ điều khiển tỉ lệ vi phân [11], kết quả phân tích cho thấy tăng thời gian phản ứng trung bình Thí nghiệm ô tô chỉ

ra hệ thống hoạt động hiệu quả và ổn định Chưa sử dụng logic mờ để điều khiển

kiểm soát hành trình

1.2 Lý do chọn đề tài

Hệ thống truyền lực quyết định sức mạnh, tiêu hao nhiên liệu, an toàn, tiện nghi của xe Vì vậy các nhà khoa học nỗ lực nghiên cứu, phát triển điều khiển hệ thống truyền lực, nhưng gặp rất nhiều khó khăn và tốn kém nếu sử dụng vật thật

Từ những công trình nguyên cứu trên cho thấy tính ưu việt của phương pháp điều khiển bằng logic mờ

Khi mô phỏng hoàn thiện sẽ làm nền tảng để chế tạo phần cứng điều khiển hệ thống truyền lực

1.3 Mục đích nghiên cứu , đối tượng nghiên cứu

1.3.1 Mục đích nghiên cứu

Mô phỏng ứng dụng để nghiên cứu và phát triển phần cứng điều khiển hệ thống truyền lực bao gồm: Hộp số tự động điều khiển bằng điện tử (ECT), hệ thống kiểm soát hành trình (CCS)

1.3.2 Đối tượng nghiên cứu

Quá trình điều khiển hệ thống truyền lực

Phần mềm ứng dụng mô phỏng MATLAB Simulink, công cụ Fuzzy Logic

1.4 Nhiệm vụ, phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu

Mô phỏng quá trình điều khiển hệ thống truyền lực, từ đó giúp cho việc nguyên cứu và phát triển hệ thống truyền lực ngày càng hoàn thiện và ít tốn kém

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

Mô phỏng quá trình điều khiển hệ thống truyền lực trên xe Lexus GS 460 đời

2008 bao gồm 2 nội dung:

Quá trình điều khiển ECT bằng logic mờ

Quá trình điều khiển CCS bằng logic mờ

1.5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tham khảo tài liệu trong và ngoài nước về mô phỏng quá trình điều khiển hệ thống truyền lực trên ô tô

Phương pháp quan sát khoa học về hoạt động điều khiển hệ thống truyền lực thực tế trên ô tô và kết quả mô phỏng

1.6 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu đề tài khi thành công, sẽ góp phần giải quyết những khó khăn trong việc nguyên cứu và phát triển phần cứng điều khiển hệ thống truyền

lực

1.7 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần danh mục các tài liệu tham khảo, nội dung của luận văn gồm 5 chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Mô phỏng ECT bằng logic mờ

Chương 4: Mô phỏng CCS bằng logic mờ

Chương 5: Kết luận và đề nghị

Chương 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Hộp số tự động điều khiển điện tử (ECT)

2.1.1 Điều khiển thời điểm chuyển số

ECU động cơ & ECT được lập trình vào trong bộ nhớ về phương thức chuyển số tối ưu tại mỗi vị trí cần số và chế độ lái Trên cơ sở phương thức chuyển số, ECU sẽ Bật hoặc Tắt các van điện từ dựa theo các tín hiệu tốc độ xe, góc mở bướm ga và các tín hiệu khác của các cảm biến/ công tắc Với phương thức điều khiển như vậy, ECU vận hành các van điện từ, mở hoặc đóng các đường dầu vào các li hợp và phanh để chuyển số

Hình 2.1: Điều khiển thời điểm chuyển số [3]

Hình 2.2: Bản đồ sang số [3]

Khi lái, trong khi vẫn giữ độ mở của bàn đạp ga không đổi, tốc độ xe tăng lên và

hộp số được chuyển lên số trên Khi bàn đạp ga được nhả ra ở điểm A (trong hình

2.2) và độ mở của bàn đạp ga đạt điểm B, thì hộp số sẽ chuyển từ số 3 lên số O/D

Ngược lại, nếu tiếp tục đạp ga ở điểm A và độ mở của bàn đạp ga đạt điểm C, thì hộp số sẽ chuyển từ số 3 về số 2

Sự điều khiển thời điểm chuyển số khác nhau tuỳ theo chế độ của công tắc chọn phương thức lái ECU xác định phương thức lái để áp dụng và điều khiển thời điểm chuyển số

Đối với chế độ tải nặng, điểm chuyển số và điểm khoá biến mô được đặt ở một tốc độ động cơ cao hơn so với chế độ bình thường

Hình 2.3: Điều khiển thời điểm chuyển số theo phương thức lái [3]

Tốc độ mà tại đó hộp số chuyển lên số cao và xuống số thấp xảy ra trong một khoảng nhất định bất kỳ ở số nào Khoảng này được gọi là độ trễ Độ trễ là một đặc tính được thiết kế cho mọi hộp số tự động để ngăn không cho phép hộp số chuyển

số lên và xuống quá thường xuyên

2.1.2 Tính năng của biến mô

Hình 2.4 Tính năng của biến mô [3]

 Tỉ số truyền tốc độ = Tốc độ bánh tua bin/ tốc độ của bánh bơm

Độ khuyếch đại mômen do bộ biến mô sẽ tăng theo tỉ lệ với dòng xoáy Có nghĩa

là mômen sẽ trở thành cực đại khi bánh tua bin dừng Hoạt động của bộ biến mô được chia thành hai dải hoạt động:

 Dải biến mô, trong đó có sự khuyếch đại mômen

 Dải khớp nối, trong đó chỉ thuần tuý diễn ra việc truyền mômen và sự

khuyếch đại mômen không xảy ra

Điểm li hợp là đường phân chia giữa hai phạm vi đó Do mômen được truyền với

tỉ số gần 1:1 trong khớp thuỷ lực nên hiệu suất truyền động trong dải khớp nối sẽ tăng tuyến tính và tỉ lệ với tỉ số tốc độ Khi bánh tua bin bắt đầu quay và tỉ số truyền tốc độ tăng lên, sự chệnh lệch tốc độ quay giữa bánh tua bin và bánh bơm bắt đầu giảm xuống Tuy nhiên, ở thời điểm này hiệu suất truyền động tăng Hiệu suất truyền động đạt lớn nhất ngay trước điểm li hợp Khi tỷ số tốc độ đạt tới một trị số nào đó thì tỉ số truyền mômen trở nên gần bằng 1:1

2.1.3 Điều khiển khoá biến mô

Hình 2.5: Cơ cấu khóa biến mô [3]

Cơ cấu li hợp khoá biến mô giúp truyền công suất từ động cơ đến hộp số tự động một cách trực tiếp và cơ học Do bộ biến mô sử dụng dòng thuỷ lực để gián tiếp truyền công suất nên có sự tổn hao công suất Vì vậy, li hợp được lắp trong bộ biến

mô để nối trực tiếp động cơ với hộp số để giảm tổn thất công suất Khi xe đạt được một tốc độ nhất định, thì cơ cấu li hợp khoá biến mô được sử dụng để nâng cao hiệu quả sử dụng công suất và nhiên liệu Li hợp khoá biến mô được lắp trong moayơ của bánh tuabin, phía trước bánh tuabin Lò xo giảm chấn sẽ hấp thụ lực xoắn khi

ăn khớp li hợp để ngăn không cho sinh ra va đập Một vật liệu ma sát được gắn lên

vỏ biến mô hoặc píttông khoá của bộ biến mô để ngăn sự trượt ở thời điểm ăn khớp

li hợp

ECU động cơ & ECT được lập trình trong bộ nhớ một phương thức vận hành khoá biến mô cho từng chế độ lái Trên cơ sở phương thức khoá biến mô, ECU sẽ bật hoặc tắt van điện từ dựa vào các tín hiệu tốc độ xe và góc mở bướm ga

Hình 2.6: Điều khiển khóa biến mô [3]

ECU sẽ bật van điện từ để vận hành khoá biến mô nếu đạt 3 điều kiện sau:

1 Xe đang chạy ở số 2 hoặc số 3 hoặc ở số O/D (dãy ”D”)

2 Tốc độ xe và góc mở bướm ga bằng hoặc cao hơn giá quy định

3 ECU không nhận được tín hiệu hủy khoá biến mô

Nếu hộp số chuyển số lên hoặc xuống trong khi hệ thống khoá biến mô đang hoạt động thì ECU sẽ huỷ khoá biến mô Điều này giúp giảm chấn khi chuyển số Sau khi việc chuyển số lên hoặc xuống được hoàn tất thì ECU sẽ tái kích hoạt hệ thống khoá biến mô Tuy nhiên, ECU sẽ buộc phải huỷ khoá biến mô trong các điều kiện sau:

o Công tắc đèn phanh chuyển sang “ON” (trong khi phanh)

o Tiếp điểm IDL của cảm biến vị trí bướm ga đóng

o Nhiệt độ nước làm mát thấp hơn nhiệt độ quy định

o Tốc độ xe tụt xuống khoảng 10 km/giờ hoặc thấp hơn so với tốc độ quy định, trong khi hệ thống điều khiển chạy xe tự động vẫn đang hoạt động

2.1.3 Điều khiển khoá biến mô linh hoạt

Hệ thống khoá biến mô linh hoạt mở rộng phạm vi hoạt động của nó bằng cách

ổn định và giữ một độ trượt nhẹ của li hợp khoá biến mô để giảm tiêu hao nhiên liệu ECU động cơ và ECT quyết định phạm vi hoạt động của khoá biến mô linh hoạt dựa vào tín hiệu góc mở bướm ga và tốc độ xe, sau đó ECU phát một tín hiệu

tới van điện từ tuyến tính (SLU)

Hình 2.7: Điều khiển khóa biến mô linh hoạt [3]

Ngoài ra, ECU còn sử dụng tín hiệu cảm biến tốc độ động cơ và tốc độ đầu vào hộp số để phát hiện sự chênh lệch giữa tốc độ bánh bơm bộ biến mô (động cơ) và tốc độ bánh tua-bin (hộp số) Điều này tạo ra sự điều khiển phản hồi để tối ưu hoá việc truyền công suất của bộ biến mô và li hợp, khoá biến mô

2.2 Hệ thống kiểm soát hành trình (Cruise Control System)

2.2.1 Giới thiệu

Hệ thống kiểm soát hành trình là một hệ thống cho phép xe duy trì một tốc độ cài đặt trước mà tài xế không cần tác động vào bàn vào bàn đạp ga, bằng cách tự động thay đổi vị trí cánh bướm ga  thay đổi tốc độ động cơ  thay đổi tỉ số truyền hộp

số  thay đổi tốc độ xe

Hầu hết các hệ thống kiểm soát hành trình sự kết hợp của các thành phần điện và

cơ khí Các thành phần được sử dụng phụ thuộc vào nhà sản xuất và thiết kế hệ thống Tuy nhiên, về nguyên tắc hoạt động là tương tự nhau

Những hệ thống kiểm soát hành trình trước đây hệ thống cơ điện (hình 2.6)

Hình 2.8: Các thành phần của hệ thống kiểm soát hành trình [4]

Hệ thống này sử dụng một bộ chuyển đổi để nhận biết tín hiệu tốc độ của xe thông qua cáp đồng hồ tốc độ Các tín hiệu điện từ công tắc điều khiển, công tắc phanh, hoặc công tắc ly hợp được gửi đến bộ chuyển đổi Ngoài ra, bộ chuyển đổi cũng nhận tín hiệu áp thấp trên đường ống nạp của động cơ Nó điều khiển áp thấp đến bộ trợ lực thông qua các tín hiệu điện đã nhận được

Bộ trợ lực được kết nối với cánh bướm ga bằng một thanh hoặc cáp và điều khiển

vị trí cánh bướm ga Bộ trợ lực duy trì tốc độ thiết lập bằng cách tiếp nhận áp thấp điều khiển từ bộ chuyển đổi Khi áp thấp lớn đưa đến bộ trợ lực, lò xe bị nén về phía bên phải và cánh bướm ga sẽ di chuyển để tăng tốc độ Khi không có áp thấp,

lò xe sẽ trả về phía trái cánh bướm ga đóng bớt lại để giảm tốc độ động cơ

Bộ trợ lực

Cáp đồng hồ tốc độ trên

Công tắc điều khiển

Bộ điều khiển

áp thấp Cáp đồng hồ

tốc độ dưới

Bộ chuyển

đổi

Hình 2.9: Mặt cắt của bộ trợ lực áp thấp được sử dụng mở bướm ga [4]

Hình 2.10: Sơ đồ khối của hệ thống kiểm soát hành trình bằng điện tử [4]

Trợ lực điều khiển tốc độ

Khếch đại điều khiển tốc

Công tắc máy ON

Công tắc đèn Stop

Resume Coast

SetAccel

Bộ chấp hành

Hình 2.11: Công tắc điều khiển được gắn trên cần bật tín hiệu rẽ tay lái [4]

Hệ thống kiểm soát hành trình bằng điện tử được xây dựng trên hệ thống điện cơ nhằm điều khiển tốc độ chính xác hơn và hoạt động an toàn hơn

Hệ thống kiểm soát hành trình điện tử sử dụng một mô-đun điện tử để vận hành

cơ cấu chấp hành điều khiển vị trí bướm ga (hình 2.11) Các lợi ích khác bao gồm: Bướm ga điều chỉnh thường xuyên hơn trên mỗi giây

Tốc độ động cơ tăng/giảm phù hợp hơn, bằng cách sử dụng tính năng tap-up/ tap-down.Tốc độ động cơ thay đổi theo tải trọng

Hạn chế giảm tốc nhanh, bằng cách thiết lập tỷ lệ giảm tốc độ không vượt quá giá trị của chương trình

Hạn chế sự trượt quay của bánh xe, bằng cách thiết lập tỷ lệ tăng tốc không vượt quá giá trị lập trình

Hạn chế trục trặc hệ thống bằng cách bố trí mô-đun xác định lỗi trong hệ thống

2.2.2 Các thành phần phổ biến

Các thành phần chung của hệ thống kiểm soát hành trình điện tử bao gồm:

1 Mô-đun kiểm soát: Mô-đun có thể là nằm riêng biệt để kiểm soát hành trình, hay trong PCM hoặc BCM

2 Công tắc điều khiển (hình 2.11): Tùy thuộc vào thiết kế hệ thống, công tắc kiểm soát nhằm kết nối mass cho các cơ cấu chấp hành thông qua các điện trở Bởi

vì mỗi điện trở có giá trị khác nhau, điện áp khác nhau được cung cấp cho mô-đun điều khiển Trong một số hệ thống, công tắc điều khiển sẽ gửi một tín hiệu 12-volt đến các chân khác nhau của mô-đun điều khiển

3 Công tắc phanh hoặc ly hợp

4 Công tắc giải phóng áp thấp

5 Cảm biến vị trí trợ lực thông báo cho người điều khiển các hoạt động và vị trí của trợ lực

6 Bộ trợ lực: Bộ trợ lực chân không là thiết bị chấp hành chính Chân không đến

bộ trợ được điều khiển bởi hai van điện từ: cấp và thoát Van thoát là van thường

mở và van cấp là thường đóng (hình 2.10) Bộ trợ lực nhận các tín hiệu từ bộ điều khiển để vận hành các van điện từ nhằm duy trì vị trí bướm ga cần thiết lập

Hình 2.12: Hoạt động của van trợ lực trong hệ thống điều khiển điện tử [4]

B+

Van điện từ cấp

áp thấp

Từ đường ống nạp

B+

CB vị trí

Từ đường ống nạp

Van điện từ xả

áp thấpB+

Cụm điều khiển

Cánh bướm ga

Tùy thuộc vào thiết kế hệ thống, các cảm biến được sử dụng như là tín hiệu đầu vào mô-đun điều khiển bao gồm:Cảm biến tốc độ xe, cảm biến vị trí bộ trợ lực và cảm biến vị trí bướm ga và các tín hiệu đầu vào khác như: công tắc phanh, công tắc bảng táp lô, công tắc điều khiển và chuyển đổi chế độ đậu và số 0

Mô-đun điều khiển nhận các tín hiệu từ cảm biến tốc độ và công tắc điều khiển Khi tốc độ xe đủ nhanh để cho phép kiểm soát hành trình hoạt động và người lái xe

ấn vào nút SET trên công tắc điều khiển, tín hiệu điện được gửi đến bộ điều khiển Mức điện áp được nhận từ bộ điều khiển được thiết lập trong bộ nhớ Tín hiệu này được sử dụng để tạo ra hai tín hiệu bổ sung Hai tín hiệu này để thiết lập giá trị trên

và dưới tốc độ quy định (1/4 mph) Cụm điều khiển sẽ sử dụng các giá trị so sánh để thay đổi độ chân không đến bộ trợ lực để duy trì tốc độ của xe

Ba chế độ an toàn được kiểm soát bởi mô-đun điều khiển:

1 Hạn chế giảm tốc nhanh: Nếu mô-đun xác định rằng tỷ lệ giảm tốc lớn hơn giá trị được lập trình, nó sẽ không cho phép hệ thống kiểm soát hành trình hoạt động và trở lại chế độ hoạt động bình thường của người lái xe

2 Hạn chế sự trượt quay của bánh xe: Nếu mô-đun điều khiển xác định rằng tỷ lệ tăng tốc vượt quá giá trị lập trình, nó sẽ không cho phép hệ thống kiểm soát hành trình hoạt động

3 Hạn chế hư hỏng hệ thống: Mô-đun điều khiển kiểm tra thường xuyên hoạt động của các công tắc, cảm biến và mạch điện Nếu xác định có lỗi, nó sẽ vô hiệu hóa hệ thống kiểm soát hành trình

2.2.3 Nguyên tắc hoạt động [4]

Khi người lái xe sẽ gửi một tín hiệu SET đến bộ điều khiển, nó sẽ thiết lập các tín hiệu điện áp nhận được từ cảm biến tốc độ xe (VSS) vào bộ nhớ Sau đó nó sẽ xác định tình trạng hiện tại bằng bộ so sánh cao và thấp

Bộ điều khiển cấp nguồn cho các van cấp và van thoát cho phép áp thấp hoặc áp suất vào trong bộ trợ lực Bộ trợ lực sử dụng chân không và áp lực để di chuyển cánh bướm ga và duy trì tốc độ thiết lập Tốc độ xe được duy trì bằng cách cân bằng chân không trong bộ trợ lực Chân không được sử dụng để di chuyển trong bộ trợ lực, có thể là chân không từ động cơ hoặc cung cấp bởi một máy tạo chân không Nếu tín hiệu điện áp từ VSS giảm xuống dưới giá trị so sánh thấp, mô-đun điều khiển sẽ cấp thêm nguồn đến van điện từ cấp để cho thêm áp thấp vào bộ trợ lực và làm bướm ga mở thêm Khi tín hiệu VSS trả về một giá trị trong phạm vi mức độ so sánh, van điện từ cấp giữ nguyên điện áp

Nếu tín hiệu VSS là lớn hơn giá trị so sánh cao, mô-đun điều khiển ngưng cấp nguồn đến van điện từ thoát để giải phóng chân không trong bộ trợ lực Tốc độ của

xe được giảm cho đến khi tín hiệu VSS nằm giữa các giá trị so sánh, lúc đó mô-đun điều khiển sẽ cấp nguồn cho van điện từ thoát trở lại Điều tiết các giá trị không đổi này của các van cấp và thoát nhằm duy trì tốc độ xe

Trong điều kiện hành ổn định, cả hai van được đóng lại và chân không ổn định được di trì trong bộ trợ lực

Hình 2.13: Sơ đồ khối của hệ thống kiểm soát hành trình sử dụng ECT [4]

Nhiều nhà sản xuất hiện nay sử dụng hệ thống điều khiển bướm ga điện tử (ETC) thay cho cáp để vận hành bướm ga Bướm ga điện tử sử dụng một động cơ điện để

ECU động

cơ

Mô tơ điều khiển bướm ga

Đồng hồ táp lô (Đèn chỉ báo)

Công tắc đèn phanh

Công tắc điều khiển

C/T khởi động TG

Tín hiệu tốc độ

quay cánh bướm ga Khi tài xế tác động vào bàn đạp ga thì sẽ có một tín hiệu gửi về PCM PCM sau đó trực tiếp điều khiển góc mở cánh bướm ga điện tử Khi ETC được sử dụng, bộ trợ lực điều khiển hành trình là không cần thiết Đầu vào và hoạt động cũng tương tự như loại vừa mô tả, ngoại trừ đầu ra là đến động cơ điện ở thân bướm ga ETC thay vì cuộn dây của bộ trợ lực

2.3 Thông số kỹ thuật của xe mô phỏng

Chọn xe mô phỏng: Lexus GS 460 đời 2008

Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật của xe mô phỏng – Lexus GS 460 2008 [5], [6]

Hệ thống phân phối khí 32 van , DOHC, Dual VVT-i Dung tích động cơ [cm3] 4608

Loại hệ thống nhiên liệu SFI

Công suất cực đại [kW/rpm] 283@6400

2.4 Simulink

2.4.1 Khái niệm về simulink:

Simulink là một phần mở rộng đồ họa của MATLAB để mô hình hóa và mô phỏng hệ thống Một trong những ưu điểm chính của Simulink là khả năng mô hình hóa một hệ thống phi tuyến Một ưu điểm khác của Simulink là khả năng đưa vào điều kiện ban đầu

Hình 2.14: Màn hình khởi động nhanh Simulink [7]

Khinó bắt đầu,Simulink mang lên một cửa sổ duy nhất, mang tên "Simulink Library Browser" mà có thể được nhìn thấy ở đây

Hình 2.15: Cửa sổ Simulink Library [7]

2.4.3 Mô hình tập tin

Trong Simulink, một mô hình là một tập hợp các khối mà, nói chung, đại diện cho một hệ thống Ngoài ra, để vẽ một mô hình thành một cửa sổ mô hình trống, mô hình các tập tin đã lưu trước đó có thể được nạp hoặc từ menu "File" hoặc từ dấu nhắc lệnh MATLAB

Mở tập tin này trong Simulink bằng cách nhập vào lệnh sau trong cửa sổ lệnh MATLAB (Ngoài ra, bạn có thể tải tập tin này bằng cách sử dụng "Open" trong menu "File" trong Simulink, hoặc bằng cách nhấn "Ctrl-O" trong Simulink)

Cửa sổ mô hình sẽ xuất hiện

Hình 2.16: Cửa sổ mô hình sau khi mở Simulink [7]

Một mô hình mới có thể được tạo ra bằng cách chọn "New" từ menu "File" trong bất kỳ cửa sổ Simulink (hoặc bằng cách nhấn "Ctrl-N")

2.4.4 Các thành phần cơ bản

Có hai loại chính của các mục trong Simulink: “blocks” và “lines” Blocks được

sử dụng để tạo, chỉnh sửa, kết hợp, đầu ra, và hiển thị tín hiệu Lines được sử dụng

để truyền tín hiệu từ một khối khác

Blocks

Có một số các lớp học nói chung của khối trong thư viện Simulink:

 Sources: được sử dụng để tạo ra các tín hiệu khác nhau

 Sinks: được sử dụng để đầu ra hoặc hiển thị tín hiệu

 Continuous: các yếu tố hệ thống liên tục thời gian

 Discrete: tuyến tính, các yếu tố hệ thống rời rạc thời gian

 Math Operations: chứa nhiều hoạt động toán học phổ biến (tăng, sum, sản phẩm, giá trị tuyệt đối, vv)

 Ports & Subsystems: chứa khối hữu ích để xây dựng một hệ thống

Blocks có số không đến một số thiết bị đầu vào và số không đến một số thiết bị đầu ra Thiết bị đầu vào không sử dụng được chỉ định bởi một tam giác nhỏ và mở Thiết bị đầu ra không sử dụng được chỉ định bởi một điểm nhỏ hình tam giác Các

khối hình dưới đây có một thiết bị đầu vào không sử dụng trên trái và một thiết bị đầu ra không sử dụng trên bên phải

Lines

Lines truyền tín hiệu theo hướng chỉ của mũi tên Đường dây phải luôn luôn truyền tín hiệu từ các thiết bị đầu ra của một khối để các thiết bị đầu vào của khối khác Một ngoại lệ là một dòng có thể gõ tắt của một dòng khác, tách tín hiệu với nhau của hai khối đích, như hình dưới đây

Hình 2.17: Đường liên kết các khối trong Simulink [7]

Lines không bao giờ có thể đưa một tín hiệu vào đường dây khác; "dòng" phải được kết hợp thông qua việc sử dụng một khối như một ngã ba tổng hợp

Một tín hiệu có thể là một tín hiệu vô hướng hoặc một tín hiệu vector Đối với đơn đầu vào, Single-Output (SISO) hệ thống, tín hiệu vô hướng thường được sử dụng Đối với Multi-Input, Multi-Output (MIMO) hệ thống, tín hiệu vector thường được sử dụng, bao gồm hai hoặc nhiều tín hiệu vô hướng Các "dây chuyền" được

sử dụng để truyền tải vô hướng và vector tín hiệu giống hệt nhau Các loại tín hiệu mang bởi một dòng được xác định bởi các khối ở hai đầu của dòng

2.4.5 Xây dựng hệ thống

Trong phần này, bạn sẽ tìm hiểu làm thế nào để xây dựng các hệ thống trong

Simulink sử dụng các nền tảng xây dựng “Block Libraries” của Simulink Bạn sẽ

xây dựng các hệ thống sau đây

Hình 2.18: Mô hình xây dựng hệ thống cơ bản [7]

Đầu tiên, bạn sẽ thu thập tất cả các khối cần thiết từ các thư viện khối Sau đó, bạn sẽ sửa đổi các khối để chúng tương ứng với các khối trong mô hình mong muốn Cuối cùng, bạn sẽ kết nối các khối với đường để tạo thành hệ thống hoàn chỉnh Sau này, bạn sẽ mô phỏng các hệ thống hoàn chỉnh để xác minh rằng nó hoạt động

a Tập hợp các khối

Thực hiện theo các bước dưới đây để thu thập các khối cần thiết:

•Tạo một mô hình mới (New từ menu File hoặc nhấn Ctrl-N) Bạn sẽ nhận được

một cửa sổ mô hình trống

• Nhấp chuột vào danh sách Sources trong cửa sổ Simulink chính

Hình 2.19: Cửa sổ lựa chọn các khối trong Simulink Libray [7]

• Điều này sẽ mang đến Sources thư viện khối Sources được sử dụng để tạo ra các tín hiệu

Hình 2.20: Thư viện khối của Source [7]

• Kéo khối từ cửa sổ "Sources" vào phía bên trái của cửa sổ mô hình của bạn

Hình 2.21: Chọn 1 khối trong thư viện khối của Source [7]

• Nhấp chuột vào danh sách Math Operations trong cửa sổ Simulink chính

• Từ thư viện này, kéo một Sum và Gain khối vào cửa sổ mô hình và đặt chúng vào bên phải của khối thứ tự đó

• Click vào Continuous danh sách trong cửa sổ Simulink chính

• Thứ nhất, từ thư viện này, kéo một khối điều khiển PID vào cửa sổ mô hình và đặt

nó bên phải của khối Gain

• Từ thư viện, kéo một khối chức năng chuyển vào cửa sổ mô hình và đặt nó bên phải của khối PID Controller

Hình 2.22: Chọn các khối cần thiết trong thư viện khối của Source [7]

• Nhấp chuột vào Sinks danh sách trong cửa sổ Simulink chính

• Kéo khối Scope vào phía bên phải của cửa sổ mô hình

Hình 2.23: Chọn tất cả khối cần thiết trong thư viện khối của Source [7]

b Điều chỉnh các khối

Thực hiện theo các bước sau để hiệu chỉnh các khối trong mô hình của bạn

• Double-click vào các khối Sum Vì bạn sẽ muốn đầu vào thứ hai để được trừ, nhập + - vào danh sách các trường có dấu hiệu Đóng hộp thoại

• Nhấp đúp vào khối Gain Thay đổi tăng lên 2,5 và đóng hộp thoại

• Nhấp đúp vào khối PID Controller và thay đổi tăng theo tỷ lệ 1 và đạt được

Integral 2 Đóng các hộp thoại

• Nhấp đúp vào khối Transfer Function Để lại tử số [1], nhưng thay đổi các mẫu

thức để [1 2 4] Đóng hộp thoại Mô hình này sẽ xuất hiện như:

Hình 2.24: Thay đổi giá trị khối Transfer Function [7]

• Thay đổi tên của các khối PID Controller và PI Controller bằng cách nhấn đúp chuột vào chữ PID Controller

Hình 2.25: Thay đổi giá trị khối PID Controller [7]

• Tương tự như vậy, thay đổi tên của các khối Transfer Function và Plant Bây giờ,

tất cả các khối được nhập đúng Mô hình của bạn sẽ xuất hiện như:

Hình 2.26: Mô hình hoàn chỉnh sau khi chỉnh sửa nội dung của các khối [7]

c Kết nối các khối bằng Lines

Bây giờ các khối được đặt đúng, bạn bây giờ sẽ kết nối chúng lại với nhau Thực hiện theo các bước sau

• Kéo chuột từ các thiết bị đầu ra của khối Step vào đầu dương của Sum Một lựa chọn khác là nhấp vào các khối Step và sau đó Ctrl-Click vào khối Sum để kết nối với nhau Bạn sẽ thấy sau đây

Hình 2.27: Liên kết khối Step vào dương của khối Sum [7]

• Các đường liên kết đúng cần phải có một mũi tên đầy Nếu các đầu mũi tên được

mở và đỏ, như hình dưới đây, nó có nghĩa là nó không được kết nối với bất cứ điều

gì

Hình 2.28: Mô tả liên kết chưa đúng [7]

• Bạn có thể tiếp tục các phần của đường bạn vừa vẽ bằng cách xử lý các đầu mũi tên mở như một thiết bị đầu ra và vẽ như trước Ngoài ra, nếu bạn muốn vẽ lại đường, hoặc nếu đường dây kết nối với các thiết bị đầu cuối không ổn, bạn nên xóa các đường và vẽ lại nó Để xóa một đường (hoặc bất kỳ đối tượng khác), chỉ cần nhấp vào nó để chọn nó và nhấn phím delete

• Vẽ một đường kết nối từ đầu ra của khối lượng Sum vào đầu vào Gain Cũng vẽ một đường từ Gain đến PI Controller, một đường từ PI Controller với Plant, và một đường từ Plant đến Scope Bây giờ bạn sẽ có sau

Hình 2.29: Liên kết các khối cơ bản hoàn chỉnh [7]

• Cuối cùng, nhãn sẽ được đặt trong mô hình để xác định các tín hiệu Để đặt một nhãn bất cứ nơi nào trong mô hình, double-click vào điểm mà bạn muốn nhãn được Bắt đầu bằng cách nhấn đúp chuột lên trên đường dẫn từ các khối Step Bạn sẽ nhận được một hộp văn bản trống với một con trỏ soạn thảo như hình dưới đây

Hình 2.30: Tạo liên kết phản hồi của mô hình [7]

• Nhập một số trong hộp này, ghi nhãn các tín hiệu tham chiếu và bấm vào bên ngoài nó để kết thúc chỉnh sửa

• Nhãn các lỗi (e) tín hiệu, điều khiển (u) tín hiệu, và đầu ra (y) tín hiệu trong cùng một cách thức Mô hình cuối cùng của bạn sẽ xuất hiện như: