Ước lượng trạng thái của ôtô tải bằng bộ quan sát Kalman-Bucy

Bài viết này đề xuất bộ quan sát Kalman-Bucy để ước lượng các biến trong véctơ trạng thái của ô tô tải hai trục nhằm mục tiêu nghiên cứu hệ thống ổn định ngang chủ động. Tín hiệu kích thích duy nhất của hệ thống là góc đánh lái được khảo sát ở 3 chế độ đặc trưng là dạng quay vòng đều, sine và dạng chuyển làn. Vận tốc ô tô được xem xét từ 10 km/h đến 130 km/h.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ước lượng trạng thái của ôtô tải bằng bộ quan sát Kalman-Bucy Tuyển tập Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ nhất về Động lực học và Điều khiển Đà Nẵng, ngày 19-20/7/2019, tr. 111-116, DOI 10.15625/vap.2019000265 Ước lượng trạng thái của ôtô tải bằng bộ quan sát Kalman-Bucy Vũ Văn Tấn, Đinh Đức Thiện, Đỗ Trọng Tú Bộ môn Cơ khí ô tô, Khoa Cơ khí, Trường đại học Giao thông Vận tải Email: vvtan@utc.edu.vn Tóm tắt Mất ổn định ngang là một trong những nguyên nhân Các hệ thống tự động điều khiển ngày càng được sử dụng nhiều gây tan nạn hàng đầu của các ô tô tải trọng lớn. Những vụ trên ô tô hiện đại trong đó có các ô tô tải trọng lớn để nâng cao tai nạn do ô tô bị lật thường gây nên những hậu quả nặng an toàn chuyển động. Bên cạnh bộ điều khiển và cơ cấu chấp nề về tính mạng con người cũng như phương tiện. Bên hành thì các cảm biến để xác định các tín hiệu đầu vào là rất cạnh các hệ thống chủ động như: treo, phanh, lái… thì hệ quan trọng. Tuy nhiên không phải các tín hiệu nào cũng có thể thống ổn định ngang được đánh giá là có hiệu quả cao dễ dàng đo trực tiếp bằng cảm biến hoặc giá thành của chúng nhất để nâng cao độ ổn định của ô tô. Tuy nhiên việc áp quá cao. Bài báo này đề xuất bộ quan sát Kalman-Bucy để ước dụng các cảm biến hiện đại trên ô tô tải trọng lớn là vấn lượng các biến trong véctơ trạng thái của ô tô tải hai trục nhằm đề chưa được quan tâm nhiều do đòi hỏi mức độ hoàn mục tiêu nghiên cứu hệ thống ổn định ngang chủ động. Tín hiệu chỉnh của các hệ thống vẫn chưa được cao. Do vậy việc kích thích duy nhất của hệ thống là góc đánh lái được khảo sát ở ước lượng các tín hiệu thông qua một số cảm biến có sẵn 3 chế độ đặc trưng là dạng quay vòng đều, sine và dạng chuyển trên ô tô tải là cần thiết trong thực tế. làn. Vận tốc ô tô được xem xét từ 10 km/h đến 130 km/h. Kết Với mục tiêu nghiên cứu hệ thống ổn định ngang chủ quả khảo sát cho thấy, tín hiệu ước lượng được thông qua quan động trên ô tô tải trọng lớn, việc xác định các tín hiệu của sát Kalman-Bucy có độ chính xác lên đến trên 99% so với tín véctơ trạng thái là rất quan trọng. Do vậy mục tiêu chính hiệu của ô tô thực. của nghiên cứu này là áp dụng phương pháp Kalman- Bucy để ước lượng véctơ trạng thái của ô tô tải. Từ khóa: Động lực học ô tô, Bộ quan sát, Kalman filter, Ổn định ngang, Ô tô tải trọng lớn. 2. Mô hình ô tô 1. Mở đầu Gần đây, với sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ, ngành công nghiệp ô tô trên thế giới đã có sự thay đổi mạnh mẽ trong quá trình nghiên cứu, thiết kế và sản xuất để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng. Ngày nay, mô phỏng máy tính đã trở thành một phần thiết yếu của quá trình này. Đối với hầu hết các hệ thống tự động điều khiển trên ô tô đều bao gồm 3 bộ phận cơ bản: các cảm biến, cơ cấu chấp hành và bộ điều khiển. Mặc dù với phát triển nhanh chóng của công nghệ trong việc chế tạo cảm biến, tuy nhiên có rất nhiều tín hiệu hiện nay vốn chưa đo được thông qua cảm biến hoặc giá thành Hình 1. Mô hình Yaw-roll của ô tô tải 2 trục [11]. các cảm biến quá cao. Do vậy đòi hỏi có các phương pháp hiện đại để ước lượng các tín hiệu cần thiết thông Mô hình ô tô tải được sử dụng trong nghiên cứu này qua các cảm biến có giá thành thấp và dễ áp dụng trên ô là Yaw-Roll của ô tô đơn 2 trục sử dụng hệ thống treo phụ tô thực tế. thuộc [10, 11], được thể hiện trong hình 1. Mô hình gồm 3 phần: khối lượng được treo ms , khối lượng không Có nhiều phương pháp thiết kế bộ quan sát để ước lượng giá trị của tín hiệu như: Kalman, H2, H  , PI…. được treo cầu trước muf , khối lượng không được treo cầu Tuy nhiên bộ quan sát Kalman luôn được đánh giá là dễ sau mur . nhất để thiết kế và áp dụng trong thực tế, mà vẫn đảm bảo Phương trình động lực học của ô tô được xác định được hiệu quả mong muốn. Bộ quan sát Kalman thường như sau: áp dụng cho tín hiệu rải rác trong các hệ thống thực. Tuy m.v.(    )  ms .h.   Fyf  Fyr (1) nhiên một giải pháp hiệu quả là Kalman-Bucy có thể được sử dụng để ước lượng các tín hiệu thay đổi liên tục theo thời gian. Vũ Văn Tấn, Đinh Đức Thiện, Đỗ Trọng Tú Bảng 1.Thông số mô hình [11].  I xz .   I zz   Fyf .l f  Fyr .lr (2) Tên gọi Kí hiệu ( Izz  ms .h ).   ms .g.h.  ms .v.h.(   )   Ixz . 2 Khối lượng được treo ms k f ( tf )  bf (  tf ) (3) Khối lượng không được treo cầu trước muf kr (  tr ...