(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu lý thuyết về việc điều khiển hệ thống kiểm soát lực kéo hệ thống điều khiển lực phanh trên xe hybrid

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ QUÃNG MINH ÐẰNG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ VIỆC ÐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LỰC KÉO HỆ THỐNG ÐIỀU KHIỂN LỰC PHANH TRÊN XE HYBRID NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ÐỘNG LỰC - 605246 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 4/2016 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ QUÃNG MINH ĐẰNG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ VIỆC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LỰC KÉO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LỰC PHANH TRÊN XE HYBRID NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC-605246 Tp Hồ Chí Minh, 04/2016 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH  LUẬN VĂN THẠC SĨ QUÃNG MINH ĐẰNG NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VỀ VIỆC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LỰC KÉO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LỰC PHANH TRÊN XE HYBRID NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC-605246 Hướng dẫn khoa học: TS LÂM MAI LONG Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2016 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ tên: QUÃNG MINH ĐẰNG Giới tính:NAM Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1987 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Mỏ Cày Nam, Bến Tre Dân tộc: Kinh Nơi thường trú: 620B/1 Kp Phường Trung Mỹ Tây Quận 12 Tp Hồ Chí Minh Điện thoại: 0982129959 II Email: dangqmspkt@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo: 2008-2012 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ Khí Động Lực III Q TRÌNH CƠNG TÁC TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Năm 2013 - Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Quản Lý Xưởng 53 Võ Văn Ngân Phường Linh Chiểu Quận Thủ Đức Tp Hồ Chí Minh XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN HVTH: Quãng Minh Đằng MSHV: 138520116004 Luan van NGƯỜI KHAI LÝ LỊCH i Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 04 năm 2016 (Ký tên ghi rõ họ tên) Quãng Minh Đằng HVTH: Quãng Minh Đằng MSHV: 138520116004 Luan van ii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long LỜI CÁM ƠN Hoàn thiện luận văn tốt nghiệp cao học này, muốn gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, q Thầy Cơ giúp tơi hồn thành luận văn Xin chân thành cám ơn tất q Thầy Cơ Khoa Cơ Khí Động Lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, Thầy cô giảng dạy học phần chương trình mà tơi học tập Trường, đặc biệt giảng viên hướng dẫn Thầy TS Lâm Mai Long, Thầy phản biện PGS.TS Nguyễn Văn Phụng, PGS.TS Nguyễn Hữu Hường hướng dẫn giúp đỡ, góp ý tận tình đầy nhiệt huyết giúp tơi hồn thành luận văn Xin cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện học tập, làm việc đến Ban giám hiệu, Trưởng Khoa Cơ Khí Trường Cao đẳng Cơng nghệ Thủ Đức giúp tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2016 Quãng Minh Đằng HVTH: Quãng Minh Đằng MSHV: 138520116004 Luan van iii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long TÓM TẮT Tên đề tài: Nghiên cứu lý thuyết việc điều khiển hệ thống kiểm soát lực kéo, hệ thống điều khiển lực phanhh xe Hybrid Trong luận văn này, trình bày phương pháp nghiên cứu lý thuyết việc điều khiển hệ thống kiểm soát lực kéo ASR (Anti Slip Regulation) hệ thống điều khiển lực phanh ASB (Anti – Lock System Braking) xe ô tô Hybrid Khi ô tô Hybrid hoạt động có hai nguồn lượng hoạt động động đốt (ICE) motor MG2 hoạt động tùy theo trạng thái chuyển động tơ phương án phối hợp hoạt động hai động khác Trên ô tô Hybrid trang bị đầy đủ hệ thống kiểm soát lực kéo (ASR), hệ thống phanh ABS, VSC… Vì làm việc hệ thống kiểm soát lực kéo ASR hệ thống điều khiển lực phanh ABS ô tô Hybrid có điểm khác biệt so với tơ thơng thường Trong q trình kiểm sốt lực kéo điều khiển lực phanh xe Hybrid thu hồi phần lượng trình phanh hay giảm tốc Kết nghiên cứu giúp hiểu sâu sắc nguyên lý điều khiển làm việc hệ thống kiểm soát lực kéo, điều khiển lực phanh xe Hybrid Ngoài đề tài nghiên cứu sở lý thuyết phanh tái sinh lượng, tính tốn lượng thu dựa vào tính tốn lý thuyết tơ Hybrid Prius Từ sở nghiên cứu ta đến thiết kế chế tạo, hệ thống phanh tái sinh lượng kiểu khí ứng dụng loại ô tô thông thường hoạt động nước ta, nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường tiết kiệm lượng HVTH: Quãng Minh Đằng MSHV: 138520116004 Luan van iv Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long ABSTRACT Subject: Research of control theory traction control system, braking control system on Hybrid Vehicle In this thesis, presented theoretical research method of controlling traction control system ASR (Anti Slip Regulation) and braking force control system ASB (Anti - Lock Braking System) on Hybrid Vehicle Hybrid Vehicle operates when there are two active energy is the internal combustion engine (ICE) and the motor MG2 according to the state operation of the automobile motion the plans for coordination of activities between the two engines on the other also together Hybrid Vehicle is also equipped with full traction control system (ASR), ABS, VSC So the work of the control system ASR traction control system and ABS braking force on the box Hybrid vehicle are also different from conventional vehicle In the traction control and braking force control on Hybrid, we recovered a portion of energy during braking or deceleration The research results help us to understand more deeply the control principle and working of the traction control system, braking force control on Hybrid vehicle Besides, subject also researched the basis theoretical of regenerative braking energy, energy calculations obtained based on theoretical calculations Prius Hybrid vehicle From the research facility we can go to the designing, manufacturing, regenerative braking system type mechanical energy and can be applied on conventional vehicles are operating in our country, in order to limit pollution environment as well as save energy HVTH: Quãng Minh Đằng MSHV: 138520116004 Luan van v Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn Lý lịch khoa học i Lời cam đoan .ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Abstract v Mục lục vi Danh sách cách chữ viết tắt ix Danh sách hình x Chương 1: TỔNG QUAN 01 1.1 Tính cấp thiết đề tài 01 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 02 1.2.1 Khái quát xe Hybrid 02 1.2.2 Các cơng trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài nước ngồi 03 1.2.3 Các cơng trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài nước 03 1.3 Mục đích đề tài 03 1.4 Những nội dung cần giải nét luận văn 04 1.5 Phương pháp nghiên cứu 04 1.6 Giới hạn phạm vi nghiên cứu 04 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG PHANH ABS - HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LỰC KÉO ASR 05 2.1 Đặt vấn đề 05 2.2 Hệ số bám 06 2.3 Hiện tượng trượt lết bánh xe phanh 07 2.3.1 Lực moment tác dụng lên bánh xe phanh 07 2.3.2 Hiện tượng trượt lết bánh xe phanh 08 2.3.3 Đặc tính trượt phanh 10 HVTH: Quãng Minh Đằng MSHV: 138520116004 Luan van vi Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long 2.4 Hiện tượng trượt quay bánh xe kéo 12 Chương 3: LÝ THUYẾT KIỂM SOÁT LỰC KÉO ĐIỀU KHIỂN LỰC PHANH 14 3.1 Lý thuyết kiểm soát lực kéo 14 3.1.1 Khái niệm chung 14 3.1.2 Những yêu cầu hệ thống ASR 15 3.1.3 Phương pháp điều chỉnh tạo tín hiệu 15 3.1.4 Hệ thống điều khiển ASR với việc tác động vào động 19 3.1.5 Hệ thống ASR có tác động phanh 19 3.1.6 So sánh ưu điểm hạn chế phương pháp điều chỉnh 19 3.1.7 Nguyên tắc điều khiển ASR 21 3.2 Lý thuyết điều khiển lực phanh 24 3.2.1 Khái niệm chung 24 3.2.2 Những yêu cầu hệ thống phanh ABS 25 3.2.3 Phương pháp điều chỉnh tạo tín hiệu 26 3.2.4 Nguyên tắc điều khiển phanh ABS 28 3.2.5 Chu trình điều khiển ABS 32 Chương 4: NGUYÊN TẮC KIỂM SOÁT LỰC KÉO ĐIỀU KHIỂN LỰC PHANH TRÊN XE HYBRID 35 4.1 Nguyên lý điều khiển lực kéo xe Hybrid 36 4.1.1 Cụm truyền động Hybrid 36 4.1.1.1 Khái quát chung 36 4.1.1.2 Các qui ước 37 4.1.2 Các trạng thái làm việc điều khiển xe Hybrid 47 4.1.2.1 Khởi động động 47 4.1.2.2 Khởi động 48 4.1.2.3 Trong tăng tốc nhẹ động 50 4.1.2.4 Xe chạy tải thấp 51 4.1.2.5 Xe chạy chế độ giảm tốc 53 4.1.2.6 Chế độ lùi xe 55 HVTH: Quãng Minh Đằng MSHV: 138520116004 Luan van vii Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long Đường cát 0.1 Đất sau cày  0.3 0.12 Xác định thông số hệ thống phanh tái sinh RBS xe Hybrid Prius II Các thông số thu hồi lượng bao gồm: thông số tỷ số truyền truyền động bánh hành tinh, công suất máy phát điện điều khiển điện tử Phương pháp xác định: Dựa vào phương trình động lực học nghiên cứu thông số xe, ta xác định moment tốc độ góc bánh xe chủ động xe thực trình phanh hay giảm tốc Trước tiên ta xác định moment quán tính xe trình phanh giảm tốc Khi xe bắt đầu trình giảm tốc lực làm cho xe chuyển động lực quán tính thời điểm trừ lực cản gió, lực cản lăn… Lúc moment đặt vào bánh xe chủ động (xe cầu sau chủ động) là: Moment bánh xe chủ động = Moment quán tính xe + Moment cản dốc – Moment cản lăn – Moment cản gió M b  M j  M  M f  M a (5.6) Trong đó: M f  f mg cos  rb với rb bán kính bánh xe M a  0.5ρACD  V  Vwind  rb M  mg sin  rb M j moment quán tính xe quy bánh xe chủ động bao gồm moment quán tính chuyển động tịnh tiến moment quán tính chi tiết chuyển động quay hệ thống truyền lực bao gồm từ động cơ, hộp số, trục bánh xe chủ động Để xác định moment quán tính xe ta tính lực quán tính trường hợp Trang 87 HVTH: Quãng Minh Đằng Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long Lực quán tính Fj tác động lên tơ chuyển động là: 𝐹𝑗 = 𝐹𝑗′ + 𝐹𝑗" (5.7) Trong lực quán tính chuyển động tịnh tiến Fj' xác định theo biểu thức sau : F j'  m dv dt F j" lực quán tính chi tiết chuyển động quay xác định theo biểu thức sau: Fj"  Mj rb   dv I e it2 t   I n in2 n   I b rb dt  Trong đó: Ie – moment qn tính bánh đà động chi tiết quay khác động quy dẫn trục khuỷu; In – moment quán tính chi tiết quay thứ n hệ thống truyền lực trục quay Ib – moment quán tính bánh xe chủ động trục quay it - tỷ số truyền hệ thống truyền lực in - tỷ số truyền tính từ chi tiết quay thứ n hệ thống truyền lực đến bánh xe chủ động ηt - hiệu suất hệ thống truyền lực ηn - hiệu suất tính từ chi tiết quay thứ n hệ thống truyền lực tới bánh xe chủ động Từ ta có lực qn tính tổng cộng xe là: Fj  m dv dv   I e it2 t   I n in2 n   I b  dt rb dt Fj  m  dv  j I e it2 t   I n in2 n   Ib  1  dt  m.rb    Trang 88 HVTH: Quãng Minh Đằng Luan van Luận văn tốt nghiệp Đặt: i   GVHD: TS Lâm Mai Long j I I i t   I n in2 n   I b     e t m.rb m.rb2 Trong I moment qn tính tổng cộng chi tiết chuyển động quay tính từ động tới bánh xe chủ động Do lực quán tính tổng cộng xe là: Fj  m dv  i dt (5.8) Suy moment quán tính tổng cộng xe quy bánh xe chủ động xác định theo công thức: M j  F j rb  rb m dv  i dt (5.9) i: Hệ số tính đến ảnh hưởng khối lượng chuyển động quay quy dẫn bánh xe chủ động Sau xác định thông số để tính tốn moment qn tính xe ta xác định moment tác dụng lên trục bánh xe chủ động là: M b  M j  M f  M a  M   rb m M b  rb (m dv  i  fmg cos  rb  0.5ρAC D  V  Vwind  rb  mg sin  rb dt dv  i  fmg cos   0.5ρACD  V  Vwind   mg sin  ) dt (5.10) Tốc độ góc bánh xe chủ động: b  V rb (5.11) Sau xác định mô men tốc độ góc bánh xe chủ động hoạt động phạm vi dải tốc độ từ đến 80km/h ta tính số vịng quay truyền hành tinh cấp vào trục máy phát nằm phạm vi từ 705 đến 2813 vịng/phút Trong tốc độ hoạt động để đạt hiệu suất cao máy phát điện ô tô nằm phạm vi từ 1200 vòng/phút tới 3000 vòng/phút Thời gian lần tích Trang 89 HVTH: Quãng Minh Đằng Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long trữ lượng hoạt động khoảng từ đến 15 giây tùy theo chế độ điều khiển phanh giảm tốc Moment đặt vào trục máy phát là: Mmp = 4.113 𝑑𝑣 *r0* (m * δj – fmgcosθ – 0.5ρACD( V + Vwind)2 + mgsinθ ) 𝑑𝑡 Công suất sử dụng để phát điện xác định phương trình cân cơng suất: Bánh xe chủ động Bộ truyền lực Bộ truyền xích BRHT Máy phát điện Bộ tiết chế, chỉnh lưu Accu Công suất đầu = Công suất đặt vào trục máy phát – công suất tổn hao truyền động BRHT - công suất tổn hao máy phát – công suất tổn hao biến đổi điện Pout = Ptrục máy phát - Ptổn hao_cơ - Ptổn hao_máy phát – Ptổn hao_bộ biến đổi điện Tổn hao khí máy phát phân loại với tổn hao khí truyền động xích BRHT Trong tổn hao biến đổi điện phân loại với tổn hao điện máy phát Trang 90 HVTH: Quãng Minh Đằng Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long Xét sơ đồ tổng quát sau: Hình 5.9 Sơ đồ khối cụm hành tinh xe Hybrid Prius [10] Ta có: Vvehicle= ωwheel.r0 Suy ωwheel= Vvehicle /r0 Mà ωmotor = ωwheel.4,113 Do ωmotor = ωwheel.4,113 = Vvehicle /r0 4,113 Ta có Vvehicle max optima = 80 km/h = 22.2 m/s Vvehicle optima = 20km/h= 5.56 m/s → ωmotor = (294.5 ÷ 73.8) rad/s → nmotor = (2813 ÷ 705) v/ph Vậy ta thu động xe giảm tốc phanh cung cấp cho motor MG2 tương ứng với tốc độ nmotor Trang 91 HVTH: Quãng Minh Đằng Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long 5.2.3.4 Đồ thị mô tả mối quan hệ vận tốc góc cường độ dòng điện I sử dụng phanh tái sinh xe Hybrid Vẽ đồ thị I= (m*r2*δj*ω.k – P0/ω – 0.625*Cx*S*V2) *CM*ϕg Với thông số giá trị sau: m= 1379 kg: Khối lượng xe r = 0.295 m: Bán kính bánh xe Cx= 0.63: Hệ số cản khơng khí S= 2.1 m2: Diện tích cản gió diện CM= 1.1: Hệ số kết cấu máy phát ϕg = 0.45: Từ thông qua cặp cực V: Vận tốc xe (m/s) ωmotor = 4,113 ω.k ω.k (35.5 ÷ 13.5) rad/s ω motor = (146 ÷ 55.7) rad/s P0= 200 W: Công suất tổn hao không tải motor Phần code cho matlab clc; close all; clear all; % Thong so ban dau m=1379; %khoi luong xe r=0.295; %ban kinh banh xe cx=0.63; %he so can khong s=2.1; %dien tich can gio Trang 92 HVTH: Quãng Minh Đằng Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS Lâm Mai Long cm=1.1; %he so ket cau may phat phig=0.45;%tu thong qua moi cap cuc omegak=linspace(35.5,13.5,1000);%van toc goc banh xe omega=4.113*omegak;%van toc goc cap may phat v=omegak*r;%van toc xe deltaj=1;%he so quan tinh chuyen dong quay p0=200;%tong hao may phat I=(m*r^2*deltaj*omegak-p0./omega-0.625*cx*s*v.^2)*1/(cm*phig); figure set(gcf,'color','white') axis equal %set(gcf,'color','white') plot(omega,I/1000,'Linewidth',1.5) xlabel('Van toc goc cua motor omega (rad/s)') ylabel('Cuong dong dien I (A)') title('DUONG DAC TINH CUONG DO DONG DIEN THEO VAN TOC GOC') grid on ………………………………………………………………………………… function M = fcn(t) r0 = 0.31; m = 1379; delta = 1.5335; %, 1.2115, 1.0975, 1.065}; f = 0.015; %, 0.012, 0.023, 0.025, 0.005, 0.1}; g = 9.81; alpha = pi/6; M = 0.243*r0*(m*(-5)*delta-f*m*g*cos(alpha)-0.827*((805*t)^2)+m*g*sin(alpha)); % if (t