NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ

Chia sẻ: Nguyen Hoang Hung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

131
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo đề xuất bộ điều khiển logic mờ điều khiển chuyển động ổn định của ô tô thông qua việc phân phối lực phanh tại mỗi bánh xe. Dựa vào tốc độ góc xoay thân xe thực tế được cung cấp bởi cảm biến bộ điều khiển sẽ so sánh với với giá trị mong muốn. Thông qua tín hiệu sai lệch này, bộ chấp hành sẽ thực hiện phanh tại bánh xe điều chỉnh quỹ đạo chuyển động của ô tô gần với mong muốn. Hệ thống được mô phỏng khi ô tô thực hiện chuyển làn, tín...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT BỘ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ỔN ĐỊNH CỦA Ô TÔ Nguyễn Thành Công(1), Đào Mạnh Hùng(1), Hồ Hữu Hải(2) (1) Trường Đại học Giao thông Vận tải, (2)Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt: Bài báo đề xuất bộ điều khiển logic mờ điều khiển chuyển động ổn định của ô tô thông qua việc phân phối lực phanh tại mỗi bánh xe. Dựa vào tốc độ góc xoay thân xe thực tế được cung cấp bởi cảm biến bộ điều khiển sẽ so sánh v ới v ới giá tr ị mong muốn. Thông qua tín hiệu sai lệch này, bộ chấp hành sẽ thực hi ện phanh t ại bánh xe đi ều chỉnh quỹ đạo chuyển động của ô tô gần với mong muốn. Hệ th ống đ ược mô ph ỏng khi ô tô thực hiện chuyển làn, tín hiệu điều khiển vành lái dạng hình Sin. Đánh giá tác đ ộng c ủa bộ điều khiển quá trình mô phỏng được thực hiện khi có và không có tác động c ủa bộ đi ều khiển với các vận tốc khác nhau. I. Đặt vấn đề L Cotgβ t 2 − Cotgβ t1 = (1) Nghiên cứu quỹ đạo chuyển động B của ô tô là vấn đề rất phức tạp. Khi ô tô Khi ô tô quay vòng với vận tốc chuyển động trên đường với tốc độ cao không đổi bán kính quay vòng Rqv được có thể xảy ra quay vòng không theo quỹ xác định từ sơ đồ (hình 1) như sau: đạo người điều khiển mong muốn làm L mất ổn định dẫn tới những tai nạn đáng R qv = (2) tg(β t − α t ) + tgα s tiếc. Các nghiên cứu gần đây cho thấy điều khiển mô men xoay thân xe là Trong đó: L-chiều dài cơ sở của ô phương pháp hiệu quả để cải thiện tính tô [m]; βt- góc quay bánh xe dẫn chuyển động ổn định của ô tô. Phương h ướ ng[rad]; αt-góc biến dạng bên của pháp này tập trung vào điều khiển vận cầu trước [rad]; αs- góc biến dạng bên tốc góc xoay thân xe. Khi mất ổn định hệ của cầu sau[rad]. thống điều khiển sẽ đưa ra tín hiệu điều Nếu xe quay vòng với βt nhỏ thì ta chỉnh mô men xoay thân xe bằng cách có thể coi: tg(βt-αt) ≈βt-αt; tgαs ≈αs phân phối lực phanh hoặc điều khiển lực kéo để giữ ô tô chuyển động ổn định. Trong bài này, tác giả đưa ra bộ điều khiển logic mờ để điều khiển chuyển động của ô tô thông qua việc phân phối lực phanh tại mỗi bánh xe. Điều khiển mờ sử dụng các kỹ năng của người điều khiển có kinh nghiệm hoặc các tri thức chuyên gia, có thể sử dụng các tiêu chí được mô tả bằng ngôn ngữ hoặc không định nghĩa được rõ ràng. Vì thế, điều khiển mờ thường được dùng Hình 1. Xác định bán kính quay vòng theo khi tiến trình điều khiển không được biết L, β, αt, αs rõ hoặc khó mô tả chính xác vì quá phức - Khi ( αt -αs ) = 0 là trạng thái quay tạp chẳng hạn. vòng đúng. Bán kính quay vòng không II.Trạng thái chuyển động và đề xuất phụ thuộc vào gia tốc bên (Rqv = const). bộ điều khiển 2.1 Các trạng thái quay vòng của ô tô - Khi ( αt -αs ) < 0 là trạng thái Điều kiện để các bánh xe dẫn quay vòng thiếu. Khi đó bán kính quay hướng với hệ thống lái 2WS không bị vòng tăng, để thực hiện quay vòng theo trượt bên khi xe quay vòng thoả mãn: bán kính R thì người lái phải tăng góc quay vành lái một lượng Δβvl. 1
- Khi ( αt -αs ) > 0 là trạng thái quay Khi xe quay vòng thiếu (hình 3-b) vòng thừa. Khi đó bán kính quay vòng xe được ổn định bằng cách tác dụng giảm, lực ly tâm gia tăng. Để khắc phục phanh ở bánh sau bên trong. Vì thế mô người lái phải giảm góc quay vành lái men quay vòng sẽ tăng, ô tô chuyển động một lượng Δβvl . ổn định. 2.2.Cấu trúc bộ điều khiển Cấu trúc bộ điều khiển được thể hiện ở hình 2. M TT M TT M TP M TP dr Mz Mz 1 Vx MST MST e x i_ d Vx r_ m 2 d e lta B o d ie u k h ie n m o MSP MSP d e lta R e fe re n c e m o d e l B o chap h an h d e lta M o h in h o to a)Xe quay vòng thừa b)Xe quay vòng thiếu Hình 2 Cấu trúc bộ điều khiển. FB- Lực phanh; FS- Lực bên Từ các tín hiệu đầu vào: tốc độ ô Hình 3 Trạng thái chuyển động của ô tô tô, góc quay vành lái, khối Reference khi có điều khiển và không điều khiển Model sẽ xác định tốc độ góc quay thân 2.3.Xây dựng bộ điều khiển mờ xe mong muốn. Biểu thức xác định tốc độ Sơ đồ điều khiển mờ như trên hình góc quay thân xe mong muốn như sau [7]: 4. v Biến vào tương tương ứng của bộ rm = ε& m = δ điều khiển như sau: m.v (lr C αr − lf Cαf ) 2 (3) L+ - dr: Sai lệch vận tốc góc xoay thân 2Cαf Cαr L xe, đánh giá sai lệch giữa giá trị thực Trong đó: v – vận tốc của ô tô [m/s]; tế(đo từ cảm biến) và giá trị mong muốn δ - góc quay của bánh xe dẫn hướng (xác định từ biểu thức 3). [rad]; m - khối lượng của ô tô [kg]; lf, lr - -ddr: Độ biến thiên sai lệch vận tốc khoảng cách từ trọng tâm ô tô tới tâm cầu góc xoay thân xe. Được xác định từ giá trị trước, cầu sau [m]; Cαf, Cαr - Độ cứng bên sai lệch vận tốc góc xoay thân xe tại thời của lốp trước, sau [N/rad] điểm tính toán với giá trị sai lệch vận tốc Từ tốc độ góc xoay thân xe thực xoay thân xe thời điểm trước đó, trong tế được đo bởi cảm biến. Bộ điều khiển khoảng thời gian trễ 0,005 (s). so sánh với giá trị mong muốn. Qua tín hiệu sai lệch này xác định giá trị mômen 1 dr -K - xoay thân xe. Từ đó bộ chấp hành sẽ thực K1 -K - 1 1 K3 Mz -K - S a tu ra tio n S a tu ra tio n 1 hiện phanh tại bánh xe để điều chỉnh quỹ z Un it De la y Add ddr K2 Fuzzy Logic Controller đạo chuyển động của ô tô. Khi xe quay vòng thừa (hình 3-a) xe được ổn định bằng cách tăng lực bên ở Hình 4 Sơ đồ mô phỏng khối điều khiển mờ bánh xe trước phía ngoài tạo ra mô men ngược chiều với mô men gây ra quay Biến vào được định lượng bằng 3 giá trị vòng thừa. Lực phanh tác dụng lên bánh ngôn ngữ (hình 5a): “Âm”, ký hiệu N xe phía trước cũng làm giảm tốc độ của (Negative),“Không“, ký hiệu Z (Zero), xe, vì thế tính ổn định của xe được đảm “Dương“, ký hiệu P (Positive). bảo. Biến ra được định nghĩa là mô men xoay thân xe (ký hiệu Mz). Được định 2
nghĩa bằng 5 giá trị ngôn ngữ (hình mềm Matlab-Simulink [3]. Các thông số 5b):“Âm lớn”, ký hiệu NL (Negative kỹ thuật của ô tô được cho trong bảng 2 . Large),“Âm nhỏ”, ký hiệu NS (Negative Bộ điều khiển logic mờ được tổng hợp Small), “Không”, ký hiệu Z bằng công cụ fuzzy logic toolbox của (Zero),“Dương nhỏ”, ký hiệu PS (Positive Matlab. Small),“Dương lớn”, ký hiệu PL (Positive 200 150 Large). 150 100 50 Bien do (do) 0 -50 -100 -150 -200 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 a)Sai lệch, độ biến thiên sai lệch vận tốc góc xoay Thoi gian (s) thân xe Hình 6 Tín hiệu góc quay vành lái Bảng 2 Thông số kỹ thuật của ô tô khảo sát Ký Đơn STT Thông số Giá trị hiệu vị Khối lượng toàn 1 m 1006 kg bộ xe Mô men quán 2 tính của khối Isy 1500 kg.m2 b) Mô men xoay thân xe lượng được treo Hình 5 Các hàm quan hệ giá trị ngôn ngữ Khoảng cách từ biến vào/ra bộ điều khiển mờ trọng tâm khối 3 lượng được treo a 0.8839 m đến tâm cầu Xây dựng tập luật điều khiển trước Tập luật điều khiển mờ được xây Khoảng cách từ trọng tâm khối dựng trên cơ sở nguyên lý điều khiển của 4 lượng được treo b 1.4261 m mô hình kết hợp với tri thức các chuyên đến tâm cầu sau gia, theo tiêu chí nâng cao chuyển động 5 Độ cứng bên của Cαf, 30000 N/rad lốp trước, sau Cαr ổn định của ô tô, gồm 9 luật thể hiện trong bảng 1. Kết quả mô phỏng thể hiện trên hình 7, đánh giá tác động của bộ điều Bảng 1 Tập luật điều khiển của bộ điều khiển, khi có và không có tác động c ủa khiển mờ bộ đều khiển. 0.8 Co dieu khien 0.6 Mong muon Khong dieu khien Van toc goc xoay than xe (rad/s) 0.4 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Thoi gian (s) III. Kết quả mô phỏng a. Vận tốc góc xoay thân xe Khi ô tô chuyển làn với vận tốc chuyển động 20 m/s. Điều khiển vành lái dạng hình Sin với biên độ đánh lái 150 0 (hình 6). Mô hình mô phỏng quỹ đạo chuyển động ô tô xây dựng trên phần 3
0.4 Co dieu khien không có điều khiển. 0.35 Mong muon Khong dieu khien IV.Kết luận: Goc xoay than xe (rad) 0.3 Tác giả đã đưa ra bộ điều khiển mờ để điều khiển chuyển động ổn định 0.25 0.2 0.15 của ô tô dựa vào việc phân phối lực 0.1 phanh tại mỗi bánh xe. Từ kết quả mô 0.05 phỏng thấy rằng khi có điều khiển ô tô 0 chuyển động ổn định hơn so với trường -0.05 0 0.5 1 1.5 2 Thoi gian (s) 2.5 3 3.5 4 hợp không có điều khiển. Kết quả của b. Góc xoay thân xe nghiên cứu có thể làm cơ sở để chế tạo 6 bộ điều khiển chuyển động ổ định của ô 5 Co dieu khien Khong dieu khien tô. 4 3 Tài liệu tham khảo: [1] Nguyễn Khắc Trai – Tính điều khiển Y (m) và quĩ đạo chuyển động của ô tô - Nhà 2 1 xuất bản Giao thông vận tải, Hà Nội, 0 1997. -1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 [2]. B.Bouchon-Meunier-Hồ Thuần- X (m) c. Quỹ đạo chuyển động Đặng Thanh Hà – Logic mờ và ứng dụng Hình 7 Kết quả mô phỏng chuyển động – Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà nội, Kết quả cho thấy khi ô tô chuyển 2007 làn: trường hợp không có điều khiển ô tô [3] Nguyễn Thành Công- Nghiên cứu ứng mất ổn định chuyển động do sai lệch vận dụng logic mờ trong điều khiển chuyển tốc góc xoay thân xe (hình 7a), mức mất động ổn định của ô tô, Luận văn thạc sĩ ổn định thể hiện qua sai lệch góc xoay khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội, thân xe (hình 7b). Khi có điều khiển vận 2009 tốc góc xoay thân xe được duy trì gần giá [4] Jong Hyeon Park and Woo Sung Ahn - trị mong muốn nên tăng mức ổn định H-infinite Yaw-Moment Control with chuyển động của ô tô. Brakes for Improving Driving Kết thúc chuyển làn góc xoay thân Performance and Stability – Proceedings xe mong muốn là 0o do sự biến dạng đàn of the 1999 IEEE/ASME International hồi của lốp trong quá trình trả lái nên có Conference on Advanced Advanced sự sai lệch góc xoay thân xe, do đó quỹ Mechatronics, September 1999, Atlanta, đạo chuyển động của ô tô (hình 7c) lệch USA với hướng chuyển động thẳng. Bộ điều [5] Rajesh Rajamani – Vehicle Dynamics khiển duy trì giá trị vận tốc xoay thân xe and control - Springer Science+Business, gần với giá trị mong muốn nhằm duy trì Inc., 233 Spring Street, New York, NY hướng chuyển động thẳng của ô tô. 10013, USA Kết quả mô phỏng cho thấy rằng [6] Sang-Jin Ko, Jeong-Jung Kim and Ju- quỹ đạo chuyển động phù hợp với tín Jang Lee - Yaw stabilization of a vehicle hiệu điều khiển góc quay vành lái, khi có by yaw stability controller based on Fuzzy điều khiển quỹ đạo chuyển động của ô Logic – 8th International Symposium on tô gần với quỹ đạo mong muốn hơn khi Advanced Intelligent System (ISIS2007), September 2007, Sokcho-City, Korea 4