thiết lập các mô hình hệ thống cho bài toán dao động và cân bằng dao động trên ôtô

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HỒ VĂN ĐÀM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC HỆ THỐNG KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ TRONG ÔTÔ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP MƠ HÌNH CHO BÀI TỐN CÂN BẰNG TRÊN XE DU LỊCH Chuyên ngành: Sư phạm kỹ thuật LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TẠ DUY LIÊM HÀ NỘI - 2009 LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn nghiên cứu thực hướng dẫn PGS.TS Tạ Duy Liêm Tơi xin cam đoan mà tơi viết luận văn tìm hiểu nghiên cứu thân Mọi kết nghiên cứu ý tưởng tác giả khác có trích dẫn đầy đủ Luận văn chưa bảo vệ hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ toàn quốc nước ngồi chưa cơng bố phương tiện thông tin Tôi xin hồn tồn chịu trách nhiệm mà tơi cam đoan Vinh, ngày 12 tháng 11 năm 2009 Tác giả Hồ Văn Đàm LỜI CẢM ƠN Bản luận văn thực Khoa Cơ Khí Khoa Sư phạm kỹ thuật - trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Tạ Duy Liêm hướng dẫn, động viên bảo tận tình suốt trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, thầy cô giáo trường Cao đẳng nghề kỹ thuật công nghiệp Việt Nam - Hàn Quốc, tạo điều kiện thời gian để thực luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân đồng nghiệp quan tâm giúp đỡ, ủng hộ tinh thần lẫn vật chất Vinh, ngày 12 tháng 11 năm 2009 Tác giả Hồ Văn Đàm M ỤC L ỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN CƠ ĐIỆN TỬ 1.1 Cơ sở kỷ thuật chuyên ngành điện tử 1.1.1 Vai trị cơng nghệ tích hợp sản suất hàng hố cơng nghệ cao thời kỳ kinh tế trí thức 1.1.2 Mục tiêu, phương hướng nghiên cứu phát triển điện tử Việt Nam năm tới 1.1.3 Xu hướng phát triển điện tử giới 1.1.4 Cơ điện tử 1.1.5 Lịch sử phát triển 1.2 Cơ điện tử khoa học hệ thống 1.2.1 Ví dụ hệ thống điện tử 1.2.2 Các thành phần hệ thống điện tử 1.2.2.1 Hệ thống cảm biến 1.2.2.2 Cơ cấu chấp hành 1.2.2.3 Hệ thống xử lý thông tin 1.2.2.4 Hệ thống khí biến đổi lượng 1.2.2.5 Các hệ thống khác 1.2.3 Cấu trúc chung hệ thống điện tử 1.3 Những khả ứng dụng điện tử công nghệ cao nói chung cơng nghệ ơtơ đại nói riêng 1.3.1 Những khả ứng dụng điện tử công nghệ cao 1.3.2 Những khả ứng dụng điện tử công nghệ ôtô đại Chương NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT ÔTÔ Cơ điện tử Ôtô 2.1.1 Xu hướng tích hợp cơng nghệ điện tử Ơtơ 2.1.2 Các thành phần điện tử Ơtơ 10 13 13 13 16 18 20 24 27 27 27 28 29 30 31 32 32 34 34 38 41 41 41 49 2.1.3 Hệ thống trợ giúp 2.1.3.1 Hệ thống tự động cân ESP 2.1.3.2 Hệ thống chống bó cứng phanh ABS 2.2 Dao động cân dao động 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Các thiết bị giảm chấn xe Ơtơ 2.2.2.1 Nhíp xe 2.2.2.2 Giảm xóc lị xo 2.2.2.3 Giảm xóc khí - thủy lực 2.3 Hệ thống giảm xóc đại Chương THIẾT LẬP CÁC MƠ HÌNH HỆ THỐNG CHO BÀI TOÁN DAO ĐỘNG VÀ CÂN BẰNG DAO ĐỘNG TRÊN ƠTƠ 3.1 Mơ hình hệ thống giảm xóc xe ôtô 3.1.1.Mô hình giao động ơtơ 3.1.2 Mơ hình bốn bánh 3.1.3 Mơ hình nửa Ơtơ 3.1.4 Mơ hình phần tư ôtô 3.2 Hệ thống giảm xóc tự động 3.3 Hệ thống giảm xóc bán chủ động 3.3.1 Các phương pháp điều khiển 3.3.2 Điều khiển Skyhook 3.3.3 Điều khiển Groundhook 3.4 Mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc bị động 3.4.1 Hệ thống giảm xóc bị động 3.4.2 Dao động hệ thống với kích động điều hồ 3.5 Mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc bán chủ động 3.5.1 Mơ hình thống giảm xóc bán chủ động 3.5.2 Hệ thống Skyhook 3.5.3 Hệ thống Groundhook Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIẢM XÓC BÁN CHỦ ĐỘNG 4.1 Thành phần hệ thống giảm xóc bán chủ động 4.1.1 Cảm biến 4.1.2 Giảm chấn biến đổi 4.1.2.1 Giảm chấn van thay đổi 4.1.2.2 Giảm chấn từ biến 4.2 Cấu trúc hoạt động hệ thống giảm xóc bán chủ động 4.2.1 Cấu trúc hệ thống 4.2.2 Hoạt động hệ thống KẾT LUẬN 51 51 52 60 60 61 61 61 62 63 67 67 68 69 70 71 71 73 73 75 77 78 78 79 82 82 83 86 90 90 90 91 92 92 95 94 96 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Hệ thống tự động điều chỉnh ổn ABC Automatic Body Control ABS Anti - block Brake System AFL Adaptive Forward Light ASR Anti - Spin Regulation CAE Computer Aided Engineering CAN Controller Area Network Computer Intergrated tính Hệ truyền liệu điện tử Hệ thống gia công điều khiển Manufacturing Differential Global mạng vi tính kết nối Hệ thống định vị tồn cầu sai Possitioning Systems phân Chương trình quản lý độ ổn định CIM DGPS ESP FMS Micro MEMS NEMS TCS VDC Electronic Stability Program định toàn xe Hệ thống phanh chống bó cứng Thay đổi độ rộng góc quét dải sáng theo hướng xe chạy Hệ thống kiểm sốt độ bám đường Gia cơng trợ giúp máy điện tử Flexible Manufacturing System Hệ thống tự động linh hoạt Micro Electro Mechatronic Hệ vi điện tử System Nano Electronics Mechatronics Hệ thống siêu vi điện tử System Hệ thống điều khiển khả Traction Control System bám đường Vehicle Dynamic Control Hệ thống điều khiển động lực ôtô DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Các tiêu chí hình thái sản xuất – Đặc trưng kinh tế tri thức Hình 1.2 Cơ điện tử, khoa học nhiều ngành nghiên cứu Hình 1.3 Lịch sử phát triển hệ thống kỹ thuật từ khí túy đến hệ điện - tử ngày Hình 1.4 Sơ đồ thành phần hệ thống điện tử Hình 1.5 Mơ hình cảm biến (Sensor) Hình 1.6 Mơ hình cấu chấp hành (Actuator) Hình 1.7 Cụm cấu chấp hành Hình 1.8 Sơ đồ khối vi điều khiển Hình 1.9 Sơ đồ khối vi xử lý Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điện tử Hình 1.11 Cơ điện tử điều khiển chạy dao máy cơng cụ CNC Hình 1.12 Robot HRP-3 Promet Mk-II giống y người Hình 1.13 Mẫu robot “Asendro” hệ robot bảo vệ Hình 2.1 Sử dụng Rada đo khoảng cách vận tốc để tự động điều chỉnh khoảng cách xe ôtô Hình 2.2 Thiết kế hệ thống ôtô tự hành với cảm biến cấu chấp hành Hình 2.3 Các khu vực ứng dụng hệ thống điện tử xe ôtô Hình 2.4 % đóng góp giá thành điện tử ơtơ Hình 2.5 Sự phát triển hệ thống an toàn điện tử ơtơ khuynh hướng Hình 2.6 Hệ thống tự động cân ơtơ (ESP) Hình 2.7 Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ thống điều tiết Distronic Hình 2.9 Đặc tuyến áp lực phanh theo thời gian với hệ thống trợ giúp 16 24 26 28 28 29 29 30 31 33 35 36 37 45 47 48 48 49 51 53 55 56 thuỷ lực Hình 2.10 Các phương án phanh thuỷ lực ABS 57 Hình 2.11 Hệ thống phanh điện tử "Elektromechanische Bremse" 58 Hình 2.12 Bộ cảm biến số vịng quay bánh xe với hiệu ứng cảm ứng 59 điện từ Hình 2.13 Nhíp xe ơtơ Hình 2.14 Gảm xóc kết hợp với xi lanh dầu Hình 2.15 Giảm xóc khí nén - thủy lực Hình 2.16 Hệ thống treo khí nén Airmatic Mecerdes Hình 3.1 Xe ơtơ du lịch với hệ thống giảm xóc trước sau Hình 3.2 Hệ thống giảm xóc bánh Hình 3.3 Xe ơtơ du lịch với nhiều phận chi tiết Hình 3.4 Mơ hình bốn bánh hệ thống giảm xóc Hình 3.5 Mơ hình bánh với hai bánh bên (a) hai bánh đồng trục (b) Hình 3.6 Mơ hình bánh (một phần tư ơtơ) hệ thống giảm xóc Hình 3.7 Hệ thống giảm xóc LEM hãng Bose Hình 3.8 Mơ hình phần tư ôtô Hình 3.9 Điều khiển Skyhook, ý tưởng (a) thực (b) Hình 3.10 Điều khiển Groundhook, ý tưởng (a) thực (b) Hình 3.11 Hệ thống giảm xóc bị động Hình 3.12 Hệ thống bị động với kích động điều hịa Hình 3.13 Các dao động thân xe bánh xe theo thời gian Hình 3.14 Hệ thống giảm xóc bán chủ động Hình 3.15 Dao động thân xe bánh xe hệ thống Skyhook Hình 3.16 Dao động thân xe bánh xe hệ thống Groundhook Hình 4.1 Cảm biến gia tốc TI CAS Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý giảm chấn van điều khiển Hình 4.3 Tính chất chất lỏng từ biến Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý giảm chấn MR Hình 4.5 Giảm chấn Delphi MagneRide hãng Delphi Hình 4.6 Các thành phần hệ thống giảm xóc bán chủ động Hình 4.7 Sơ đồ hệ thống giảm xóc bán chủ động 61 62 63 64 67 68 68 69 70 71 72 74 74 77 78 80 82 82 86 88 91 92 93 94 95 95 96 LỜI MỞ ĐẦU Cơ điện tử mở phương pháp ứng dụng kỹ thuật thực bao trùm lên diện mạo giới đại Cơ điện tử thực chất cơng nghệ tích hợp hữu nhiều công nghệ truyền thống khác thể thống nhất, sản phẩm điện tử trước hết phải bắt nguồn từ thiết kế tối ưu mà cấu trúc nguyên lý hoạt động quan niệm thể sống Các phận cấu thành modul khí, điện điện tử, khí nén thuỷ lực phần tử điều khiển (Sensor: cảm biến đo lường, actuator: điều khiển điều chỉnh), phần mềm tin học đơn vị sản phẩm phải xương thịt nhau, bắp trí tuệ có ảnh hưởng lẫn tạo nên thể thống hữu Từ nhu cầu phát triển sản phẩm cần cơng nghệ tích hợp liên ngành khí điện, điện tử, công nghệ thông tin điều khiển hệ thống Những hệ thống chuyển từ hệ điện với phần điện khí riêng rẽ sang hệ điện tích hợp với cảm biến, cấu chấp hành, mạch điện tử số micro Sự tích hợp tạo nên cơng nghệ mới, có chuyển biến chất tư công nghiệp mà trọng tâm tư công nghệ tạo nên đổi xúc tiến phương pháp giải vấn đề kỹ thuật tổng 10 hợp Công nghệ tạo nhiều sản phẩm cung cấp giải pháp tăng hiệu tính thiết bị cơng nghiệp, dân dụng Từ đến nay, điện tử phát triển không ngừng, kỹ thuật vi xử lý đời làm cho điện tử có vai trị quan trọng khoa học cơng nghệ Sản phẩm điện tử ngày tích hợp nhiều cơng nghệ cao hơn, mức độ thơng minh ngày mạnh kích thước ngày rút gọn Trong tương lai, phát triển hệ điện tử thúc đẩy phát triển lĩnh vực có liên quan Những tiến lĩnh vực truyền thống tạo động lực cho phát triển hệ điện tử thông qua việc cung cấp "công nghệ khả thi" Chẳng hạn, việc phát minh vi xử lý có ảnh hưởng sâu rộng đến q trình tái thiết kế hệ khí q trình thiết kế hệ điện tử Chúng ta nên hy vọng vào tiến không ngừng vi xử lý vi điều khiển, phát triển cảm biến cấu chấp hành dựa việc ứng dụng tiến hệ thống vi điện tử MEMS "Micro Electronics Mechanics System" hệ thống siêu vi điện tử NEMS "Nano Electronics Mechatronics System", phương pháp điều khiển thích nghi phương pháp lập trình tốc độ xử lý máy tính, cơng nghệ mạng công nghệ không dây, kỹ thuật gia cơng trợ giúp máy tính CAE (Computer Aided Engineering) dùng cho việc lập mơ hình hệ thống tiên tiến, tạo mẫu ảo thử nghiệm Sự phát triển nhanh chóng ngành giúp tăng tốc độ phát triển sản phẩm thông minh Mạng Intermet công cụ ứng dụng kết hợp với cơng nghệ khơng dây có khả tạo sản phẩm điện tử Khi phát triển thiết bị tự động cung cấp cho ví dụ sinh động phát triển Cơ điện tử, có hàng loạt ví dụ hệ thống thơng minh tất lĩnh vực đời sống xã hội, bao gồm thiết bị gia dụng thông minh, lĩnh vực "thiết bị thân thiện với người" (thuật ngữ H.Kobayashi(Guest 89 Hình 3.16 Dao động thân xe bánh xe hệ thống Groundhook Tóm lại hệ thống Groundhook Skyhook có ưu điểm nhược điểm riêng Trong thiết kế người ta khắc phục nhược điểm giải pháp kỹ thuật Tuy nhiên có ý tưởng kết hợp hai điều khiển Groundhook Skyhook đáp ứng hai yêu cầu an toàn tiện nghi điều khiển lai Để lựa chọn hệ thống điều khiển cho giảm xóc, tùy trường hợp cụ thể mà người ta chọn phương pháp thích hợp, Skyhook cho tiện nghi hay Groundhook cho chất lượng an toàn Kết luận chương Trong chương thiết lập mơ hình hệ thống cho tốn dao động cân dao động ơtơ, cụ thể 90 - Mơ hình hệ thống giảm xóc xe ơtơ nêu rõ chức hệ thống giảm xóc, đưa mơ hình giao động ơtơ gồm phần: mơ hình bốn bánh, mơ hình nửa ơtơ, mơ hình phần tư ơtơ - Cấu tạo tổng thể phần hệ thống giảm xóc tự động ứng dụng nguyên lý điều khiển Skyhook, Groudhook hệ thống - Nêu đặc điểm ứng dụng hệ thống giảm xóc bán chủ động, phương pháp điều khiển như: điều khiển Skyhook liên tục, điều khiển Groundhook liên tục, phương pháp điều khiển lai (giữa Skyhook Groundhook), Phương pháp điều khiển mờ, phương pháp điều khiển tối ưu Trong luân văn nghiên cứu sâu điều khiển Skyhook Groundhook - Mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc bị động, phân tích tốn hệ thống giảm xóc bị động, dao động hệ thống với kích động điều hồ có ứng dụng phần mềm MATLAB để kiểm định - Mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc bán chủ động, phân tích tốn hệ thống giảm xóc bán chủ động, tốn hệ thống Skyhook, hệ thống Groundhook có ứng dụng phần mềm MATLAB để kiểm định Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIẢM XÓC BÁN CHỦ ĐỘNG 4.1 Thành phần hệ thống giảm xóc bán chủ động Các phân tích từ chương cho thấy dao động không mong muốn xe ôtô nguyên nhân gây hậu nghiêm trọng, từ khó chịu bất tiện cho người ngồi xe rạn nứt kết cấu xe dẫn đến tai nạn thảm khốc Do biến đổi phức tạp nguyên nhân gây dao động, để đạt mục đích cân cần phải tự động điều khiển hoạt động hệ thống giảm xóc Đó nguyên nhân đời hệ thống giảm xóc tự động Hệ thống giảm xóc tự động nói chung hệ thống giảm xóc bán chủ động nói 91 riêng trọng phát triển ba thập kỷ gần thu nhiều thành tựu Một hệ thống giảm xóc bán chủ động đại có diện nhiều cơng nghệ thành tự khoa học mới, vật liệu thông minh, bán dẫn lý thuyết điều khiển Các hệ thống khác vài điểm hãng sản xuất ơtơ khác nhau, mang kết cấu chung định Ngoài thành phần lị xo giảm chấn thơng thường trình bày chương trước, sau xét đến thành phần đặc trưng hệ thống giảm xóc bán chủ động 4.1.1 Cảm biến Để xác định cảm biến cần thiết cho hệ thống giảm xóc bán chủ động, cần thiết phải dựa công thức sơ đồ điều khiển hệ thống đạt từ chương Do hệ thống bán chủ động Skyhook hay Groundhook có phản hồi vận tốc, nên phải có thiết bị đo vận tốc trực tiếp gián tiếp Việc đo trực tiếp vận tốc thân xe vận tốc tương đối thực tế khó thực hiện, người ta thường dùng cảm biến gia tốc, sau tích phân để có gia tốc Cảm biến gia tốc loại cảm biến dùng để đo gia tốc, có ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, ứng dụng thương mại ôtô, tàu biển, dụng cụ thể thao, ứng dụng công nghiệp rô bốt v v Một loại cảm biến gia tốc thường sử dụng cho nhiều hệ thống giảm xóc bán chủ động Texas Instruments Capacitive Acceleration Sensor (CAS) Được thiết kế cho ứng dụng ôtô, CAS cảm biến thích hợp mạnh cho hệ thống giảm xóc bán chủ động 92 Hình 4.1 Cảm biến gia tốc TI CAS Để đo vận tốc tuyệt đối phần gắn lò xo (thân xe) vận tốc tương đối phần gắn lò xo với phần khơng gắn lị xo (trục bánh xe) theo phương thẳng đứng, cảm biến gia tốc đặt thân xe cảm biến gia tốc truyền vào điều khiển, tích phân theo tín hiệu số tương tự đạt vận tốc 4.1.2 Giảm chấn biến đổi Một giảm chấn thông thường với đặc tính hay thơng số kỹ thuật khơng thể thay đổi Các thơng số giảm chấn nhà sản xuất xác định thông qua mô thí nghiệm để phù hợp với điều kiện định tình trạng xe mặt đường Trên thực tế, yếu tố ln thay đổi, với mâu thuẫn điều kiện tiện lợi, thoải mái (Comfort) điều kiện an tồn (Safety), nên thật khó khăn để chọn thông số giảm chấn để đáp ứng đầy đủ tất yêu cầu Giải pháp cho vấn đề giảm chấn biến đổi Giảm chấn biến đổi (variable damper) giảm chấn thay đổi hệ sổ giảm chấn, từ thay đổi lực tác dụng vào thành phần hệ nhằm cân dao động chúng Có nhiều loại giảm chấn thay đổi dựa nguyên lý khác nhau, giảm chấn van thay đổi, giảm chấn điện biến (ER) giảm chấn từ biến (MR) Trong giảm chấn van thay đổi thiết kế mang tính truyền thống, giảm chấn điện biến giảm chấn từ biến ứng dụng loại vật liệu thông minh mà cụ thể trường hợp chất lỏng điện biến chất lỏng từ biến 4.1.2.1 Giảm chấn van thay đổi Hình 4.2 mơ tả giảm chấn dầu bao gồm xy lanh nối liền nhau, hệ số giảm chấn thay đổi cách thay đổi độ mở van điều chỉnh Độ 93 mở van tiếp tục điều khiển tín hiệu, điện tử Độ mở lớn tương ứng với khả giảm chấn nhỏ độ mở nhỏ tương ứng với khả giảm chấn lớn Giảm chấn van điều chỉnh hoạt động cấu chấp hành hệ thống giảm chấn bán chủ động, độ mở van xác định thời gian thực theo qui luật điều khiển có hồi tiếp Vỳ hệ số giảm chấn hay khả giảm chấn biến đổi theo thời gian phù hợp với tình trạng xe điều kiện mặt đường Tín hiệu điều khiển Van điều chỉnh Piston Xy lanh Hướng di động Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý giảm chấn van điều khiển 4.1.2.2 Giảm chấn từ biến Thay sử dụng dầu giảm chấn thông thường, giảm chấn từ biến sử dụng loại chất lỏng chất lỏng từ biến Chất lỏng từ biến (MR) chất lỏng có thay đổi đặc tính (độ đàn hồi, độ dẻo độ nhớt) có đổi từ trường ngồi biến bên 94 Hình 4.3 Tính chất chất lỏng từ biến Hình 4.3 cho thấy tính chất đặc biệt chất lỏng từ biến, có từ trường tác dụng bên ngồi nó, phân tử từ trạng thái xếp hỗn độn biến thành trạng thái xếp phân dòng theo hướng từ trường Khi từ trường đi, chúng lại trở lại tình trạng bình thường mà khơng bị từ hóa Một loại chất lỏng khác có dạng tính chất với chất lỏng từ biến chất lỏng điện biến, tính chất thay đổi thay đổi điện trường bao quanh Tuy nhiên, có số hạn chế chất lỏng điện biến, biến đổi nhỏ thay đổi thuộc tính nhiệt độ lớn Bên cạnh đó, chất lỏng điện biến cần hiệu điện cao cường độ dòng điện cực thấp chất lỏng từ biến yêu cầu hiệu điện cường độ dòng điện thấp sử dụng mức lượng Vì vậy, chất lỏng từ biến ứng dụng nhiều chất lỏng điện biến ứng dụng vật liệu thơng minh Dây nguồn nam châm 95 Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý giảm chấn MR Cấu trúc giảm chấn từ biến đưa Hình 4.4 Cũng giống giảm chấn bình thường, có dạng piston, xy lanh, piston có lỗ xuyên qua Tuy nhiên điểm khác biệt piston có gắn cuộn dây đóng vai trị nam châm điện, bên xy lanh chứa chất lỏng từ biến thay dầu Trên piston, tùy theo từ trường đặt piston, lực giảm chấn sinh khác thay đổi tính chất chất lỏng chảy xuyên qua piston vào từ trường, dẫn đến áp lực chất lỏng thay đổi Do đó, lực giảm chấn điều khiển cách thay đổi điện đặt vào cuộn dây Mới đây, hãng Delphi, tập đoàn hàng đầu thiết bị ôtô giới thiệu hệ thống giảm chấn MagneRide sử dụng cơng nghệ chất lỏng từ biến Là dịng sản phẩm cao cấp hệ thống giảm chấn bán chủ động, có khả đáp ứng thời gian thực tình trạng thái xe điều kiện mặt đường 96 Hình 4.5 Giảm chấn Delphi MagneRide hãng Delphi 4.2 Cấu trúc hoạt động hệ thống giảm xóc bán chủ động 4.2.1 Cấu trúc hệ thống Là hệ thống điện tử, hệ thống giảm xóc bán chủ động có thành phần hệ thống điện tử đặc trưng phân tích chương Nó bao gồm khối điều khiển xử lý thông tin điều khiển, khối cấu chấp hành giảm chấn, khối cảm biến đo lường có cảm biến gia tốc, cụm khí biến đổi lượng hệ thống giảm xóc 4.2.2 Hình 4.6 Các thành phần hệ thống giảm xóc bán chủ động Hoạt động hệ thống Xét bánh, hệ thống giảm xóc bán chủ động mơ tả hình 4.7 Các tín hiệu gia tốc từ cảm biến sau biến đổi sang tín hiệu số qua biến đổi tương tự/số ADC truyền vào vi điều khiển Trong vi điều khiển cài sẵn phần mềm (mã) nhớ, phần mềm thuật toán xử lý thơng tin nhằm tính tốn hệ số giảm chấn thích hợp 97 Q trình thực vi điều khiển đảm nhận sau truyền tín hiệu điều khiển nhằm thiết đặt hệ số giảm chấn thích hợp đến giảm chấn Trên tồn xe, điều khiển gia tốc bốn bánh, sau thực phân tích trạng thái động lực học xe đưa tín hiệu điều khiển bốn bánh cách thống Hình 4.7 Sơ đồ hệ thống giảm xóc bán chủ động Hệ thống giảm xóc bán chủ động trình bày luận văn cấu trúc chung hệ thống giảm xóc bán chủ động Skyhook Groundhook Nó phức tạp áp dụng vào thực tế thêm cảm biến đo góc, đo tải trọng xe, để đạt chất lượng điều khiển tốt Kết luận chương 98 Đã trình bày phương hướng thiết kế hệ thống giảm xóc tự động, làm tiền đề cho hướng phát triển luận văn sau Trong chương nêu thành phần kết cấu hệ thống giảm xóc tự động, hoạt động KẾT LUẬN Nhờ quan tâm giúp đỡ Thầy hướng dẫn, luận văn đạt mục tiêu đề ra, 99 Nêu vấn đề, vai trị cơng nghệ tích hợp kinh tế tri thức Một số mục tiêu, phương hướng nghiên cứu phát triển điện tử Việt Nam năm tới, xu hướng phát triển điện tử giới - Làm rõ ứng dụng quan trọng điện tử số lĩnh vực Như ứng dụng robot công nghiệp ứng dụng hệ thống vi điện tử, sản phẩm hàng hóa, sản phẩm thơng minh đặc biệt quan tâm đến vấn đề ứng dụng ứng dụng điện tử xe ơtơ - Tìm hiểu nghiên cứu chất khoa học - công nghệ ngành điện tử Làm sáng tỏ cấu trúc tổng quát hệ điện tử Trình bày nguyên lý làm việc linh kiện thiết yếu như: Hệ thống cảm biến, cấu chấp hành, hệ thống xử lý thông tin, hệ thống khí biến đổi lượng hệ thống khác V V tích hợp thành phần (phần cứng, phần mềm) Từ đưa cấu trúc chung hệ thống điện tử Nghiên cứu số ví dụ điển hình vấn đề can thiệp điện tử vào công nghệ ôtô Trình bày giới thiệu khuynh hướng phát triển ôtô đại sản xuất với công nghệ cao, sản phẩm thông minh tương lai - Lấy phương án hệ thống phanh thủy lực ABS làm điển hình Bài tốn điều khiển hệ thống ABS đặt với giả thiết ma sát Counlomb tác động phanh - Giới thiệu giao động cân dao động ôtô, giới thiệu từ loại hệ thống treo xe khí đơn giãn đến loại hệ thống treo xe đại Những hệ thống giới thiệu lắp đặt ơtơ Mục đích làm cho ôtô ngày tiện nghi an toàn Từ vấn đề nghiên cứu cân xe Mối liên quan trực tiếp đến lý thuyết dao động cân dao động Đối với xe du lịch thiết lập ba mơ hình tính Dạng điểm (1/4), dạng đường (1/2) vết dọc trọc vết 100 ngang, dạng mặt (1) dạng mặt Từ thiết lập mơ hình vật lý tốn cân - Cấu tạo tổng thể phần hệ thống giảm xóc tự động ứng dụng nguyên lý điều khiển Skyhook, Groudhook hệ thống để điều khiển - Nêu đặc điểm ứng dụng hệ thống giảm xóc bán chủ động, phương pháp điều khiển như: điều khiển Skyhook liên tục, điều khiển Groundhook liên tục, phương pháp điều khiển lai (giữa Skyhook Groundhook), phương pháp điều khiển mờ, phương pháp điều khiển tối ưu Trong luận văn nghiên cứu sâu điều khiển Skyhook Groundhook - Các mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc, phân tích tốn hệ thống giảm xóc, dao động hệ thống với kích động điều hồ, tốn hệ thống Skyhook, hệ thống Groundhook có ứng dụng phần mềm MATLAB để kiểm định Tuy nhiên, luận văn nêu giải pháp ban đấu cho toán cân ôtô du lịch, vấn đề nghành công nghiệp ôtô quan tâm có lịch sử nghiên cứu hàng chục năm Hơn thế, ý tưởng nêu luận văn tiền đề cho hướng phát triển sâu rộng hơn, tạo khả ứng dụng thực tế nhiều tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 101 GS.TSKH Nguyễn Văn Khang (2004), Dao động kỹ thuật, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội PGS.TS Tạ Duy Liêm, Công nghệ điện tử ngành chế tạo ôtô TS Trương Hữu Trí - TS Võ Thị Ry (2005), Cơ điện tử - Các thành phần bản, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Robert H Bishop - The mechatronics Handbook (Cơ điện tử) tập Biên dịch: Phạm Anh Tuấn NXBĐH Quốc Gia Hà Nội (2006) Đỗ Thanh Việt; Nguyễn Hoài Sơn; Bùi Xn Lâm (2000): Ứng dụng MATLAB tính tốn kỹ thuật, Tập NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh Viện nghiên cứu chiến lược, sách công nghiệp - Bộ Công nghiệp (2007), Điều tra đánh giá thực trạng đề xuất giải pháp phát triển sản phẩm Cơ điện tử ứng dụng cơng nghiệp khí địa bàn Hà Nội Trung tâm công nghệ Cơ điện tử www.mechatronics.org.vn Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần Cơ điện tử (2002) Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần Cơ điện tử (2004) 10 Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần VCM Cơ điện tử (2006) 11 Http//Vietnamcar.com 12 Http//my.pera.com/congngheoto 13 Http//www.codientu.com/ Tiếng Anh 14 Bishop, R.H (Editor in Chief): The Mechatronics Handbook CRC Press, Boca Raton 2002 15 Tạp chí IEEE/ASME Transactions on Mechatronics Http://www.ieee-asme-mechatronics.org/ 16 Website Robotics & Mechatronics IEE: Http:/www.iee.org/Oncomms/pn/mechatronics/ TÓM TẮT 102 Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống kỹ thuật điện tử ôtô đề xuất giải pháp mơ hình cho tốn cân xe du lịch Luận văn gồm chương, nội dung đưa sau: Chương 1: Tổng quan điện tử Trong chương trình bày cách tổng quan điện tử, vai trị cơng nghệ tích hợp sản xuất hàng hóa cơng nghệ cao thời kinh tế trí thức Chương 2: Nghiên cứu hệ thống điện tử ứng dụng kỹ thuật Xu hướng tích hợp cơng nghệ điện tử ơtơ, trình bày khuynh hướng phát triển công nghệ ôtô sản xuất với công nghệ cao sản phẩm thông minh Giới thiệu cấu trúc điện tử hệ thống phanh ABS (Antilock Brake System) Nêu loại hệ thống treo từ loại hệ thống treo xe khí đơn giãn đến loại hệ thống treo xe đại Những hệ thống lắp đặt ôtô Mục đích làm cho ơtơ ngày tiện nghi an toàn Ở nội dung luận văn ta nghiên cứu sâu toán dao động cân ôtô Chương 3: Thiết lập mơ hình hệ thống cho tốn dao động cân dao động xe Đưa mơ hình giao động ơtơ gồm phần: mơ hình bốn bánh, mơ hình nửa ơtơ, mơ hình phần tư ôtô Nêu đặc điểm ứng dụng hệ thống giảm xóc bán chủ động, phương pháp điều khiển như: Skyhook liên tục, Groundhook liên tục, lai (giữa Skyhook Groundhoo k), điều khiển mờ, điều khiển tối ưu Luận văn nghiên cứu sâu điều khiển Skyhook Groundhook Mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc bị động, bán chủ động, phân tích tốn hệ thống giảm xóc, dao động hệ thống với kích động điều hồ, tốn hệ thống Skyhook, hệ thống Groundhook có ứng dụng phần mềm MATLAB để kiểm định Chương 4: Thiết kế hệ thống giảm xóc bán chủ động Đã trình bày phương hướng thiết kế hệ thống giảm xóc tự động, làm tiền đề cho hướng phát triển luận văn sau Đã nêu thành phần kết cấu hệ thống giảm xóc tự động, hoạt động Abstract 103 Masters thesis: Applied research on engineering systems of automotive electronic and propose solutions for model balancing problems on passenger cars Thesis includes four chapters, the main content is given as follows: Chapter 1: Overview of Mechatronics This chapter presents an overview of Mechatronics and the role of integration technology in commodity production of advanced technology at knowledge based economy stage Chapter 2: Study of applied Mechatronics systems in engineering This chapter presents the trend of integration Mechatronics technology in automobiles and the development trend of automobile in advanced technology production and intelligent products It also presents the structure of Mechatronics in ABS system (Antilock Brake System) and the types of vehicle suspension systems both the most modern and the simplest suspension type At the same time, this thesis studies systems installed in cars Its purpose is to make cars be more and more comfortable and safer However, within limited scale, this thesis only focused on studying variability and balance issues in the car Chapter 3: Development of a system model for variability and balance issues on a car in the car This chapter introduces the variability model of automobile which includes following parts: four-wheel model, half - car model and a quarter car model In addition, it also presents the characteristics and applications of semi active shock absorbers systems as well as control methods such as continuous Skyhook, continuous Groundhook, and mixed type (between Skyhook and Groundhook) or fuzzy, optimal types Thesis only focuses on studying the control system of Skyhook and Groundhook by development of mathematical model of the semi – active and passive shock absorbers systems And then, the thesis starts to analyze the model of shock absorbers system and the variability system with the size of the air condition And as well it analyzes the mathematical model of Skyhook system and the Groundhook which applied MATLAB software for verification Chapter 4: Design the semi-active shock absorbers system This chapter presents the designing orientation and structure of the automatic shock absorbers system as well as its operation This is known as the foundation for developing the thesis later Key word: Mechatronics, semi-active shock absorbers system, variability, balance ... 2.3 Hệ thống giảm xóc đại Chương THIẾT LẬP CÁC MƠ HÌNH HỆ THỐNG CHO BÀI TOÁN DAO ĐỘNG VÀ CÂN BẰNG DAO ĐỘNG TRÊN ƠTƠ 3.1 Mơ hình hệ thống giảm xóc xe ơtơ 3.1.1.Mơ hình giao động. .. 3.4 Mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc bị động 3.4.1 Hệ thống giảm xóc bị động 3.4.2 Dao động hệ thống với kích động điều hồ 3.5 Mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc bán chủ động ... nối hệ thống phương tiện cho phép thành phần hệ thống máy tính giao tiếp với hệ thống khác 1.2.2.4 Hệ thống khí biến đổi lượng Các hệ thống khí hệ thống vật lý trực tiếp thực nhiệm vụ hệ thống