Nghiên cứu thiết kế bộ quan sát hệ số trượt và ước lượng tốc độ tuyệt đối cho điều khiến lực kéo của ô tô điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Võ Duy Thành NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT HỆ SỐ TRƯỢT VÀ ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ TUYỆT ĐỐI CHO ĐIỀU KHIỂN LỰC KÉO CỦA Ô TÔ ĐIỆN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội, 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Võ Duy Thành NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT HỆ SỐ TRƯỢT VÀ ƯỚC LƯỢNG TỐC ĐỘ TUYỆT ĐỐI CHO ĐIỀU KHIỂN LỰC KÉO CỦA Ô TÔ ĐIỆN Ngành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Tạ Cao Minh Hà Nội, 2019 LÍI CAM ĐOAN Tơi xin cam oan luên ỏn tián s "Nghiờn cựu thiát ká bë quan sát h» sè trưđt ưỵc lưđng tèc đë tuy»t đèi cho đi·u khiºn lüc kéo cõa ô tơ đi»n" cơng trình nghiên cùu cõa cá nhân tụi dợi sỹ hợng dăn cừa ngới hợng dăn khoa hồc Cỏc kát quÊ trỡnh by luên ỏn l trung thüc chưa đưđc cơng bè bði b§t kỳ tác gi£ khác Tồn bë nëi dung k¸ thứa v tham khÊo Ãu ủc trớch dăn, tham chiáu đ¦y đõ Hà Nëi, ngày 29 tháng năm 2019 Giỏo viờn hợng dăn Nghiờn cựu sinh i LI CM N Mởt iÃu nhên thĐy ối vợi viằc nghiờn cùu hồn thành mët quyºn báo cáo ph¦n Kát luên ủc t cuối quyn lÔi l phƯn mà ngưíi nghiên cùu s³ ph£i hồn thành nëi dung cõa đ¦u tiên; đó, ph¦n Líi c£m n t Ưu quyn thỡ ủc viát sau cựng Khơng ph£i bði t¦m quan trång cõa ph¦n mà bði ch¿ sau hồn thành xong tồn bë đóng gói đưđc mët quyºn luên ỏn thỡ ta mợi nhỡn lÔi cÊ mởt chng đưíng dài làm vi»c th¦m c£m ơn nhúng ngưíi ta st thíi gian Tơi thùc b£o v» đ· cương Nghiên cùu sinh vào Ưu thỏng 5/2013 vợi tờn à ti ban Ưu ủc gủi ý bi Tián s Nguyạn Bỡnh Minh, ngới ó có nhi·u cơng trình nghiên cùu thành cơng v· tụ iằn tÔi Nhêt BÊn Sau trỡnh by à cng, cú khụng ớt ý kián cho rơng, à ti ny khú lm, thiáu tớnh thỹc tiạn, khụng cú c s nghiờn cựu trờn thá giợi BÊn thõn mỡnh tÔi thới im ú, tụi cng tỹ nhên thĐy rơng nởi dung ó à xuĐt khỏ m hỗ v thiáu tớnh hàn lâm Ph£i m§t nhi·u thíi gian kiên trì tìm hiºu, trao đêi khám phá, cëng vỵi sü ởng viờn, giỳp ù cừa ngới thƯy hợng dăn khÊ kớnh v tên tửy, Phú Giỏo s TÔ Cao Minh, tụi mợi thĐy thỹc sỹ yờu thớch à ti ny v biát rơng mỡnh ó cú nhỳng lỹa chồn sỏng suốt Vỡ vêy, lới cÊm n Ưu tiờn tụi xin ủc gỷi tợi ngới thƯy cừa tụi, Phú Giỏo s TÔ Cao Minh, ngới ó khụng quÊn ngÔi thới gian, cụng sực i cựng tụi tứ Ưu tợi cuối cụng trình, ngưíi kiên trì gi£i thích, trđ, gi£ng gi£i nhúng khúc m-c trình nghiên cùu, kº c£ nhúng câu häi "ngu ngơ" nh§t, ngưíi bä c£ nhúng búa tèi vỵi gia đình ch¿ đº nghe tơi trình bày ý tưðng sûa chúa nhúng sai sút cỏc cụng trỡnh nghiờn cựu Vợi thƯy, tơi đưđc ngưíi cõa khoa håc, đưđc dũng c£m thº hi»n t§t c£ nhúng mỡnh ang thiáu sút m khụng cÊm thĐy bĐt k ngÔi ngựng gỡ CÊm n Tián s Nguyạn Binh Minh gđi ý ban đ¦u cho đ· tài nghiên cùu, m°c dù có nhúng sü thay đêi, bê sung nhĐt nh nhng xng sống v nh hợng cừa à ti văn ủc giỳ vỳng tứ Ưu tợi cuối cụng trỡnh Mội lƯn bỏo cỏo nh k cỏc kát quÊ nghiờn cựu tÔi n v o tÔo, Bở mụn Tỹ ởng húa Cụng nghiằp, Viằn iằn, trớng Ôi hồc Bỏch Khoa Hà Nëi, ln có mët ngưíi th¦y ph£n bi»n rĐt gay g-t Mội lƯn bỏo cỏo nh vêy l nhỳng cuởc tranh luên rĐt sụi nời v thng th-n Ch¿ tỵi tơi trình bày hồn ch¿nh nghiên cùu cõa tơi mët cách có h» thèng, k¸t hđp vợi quỏ trỡnh trin khai thỹc nghiằm, tụi mợi nhên ủc "cỏi gêt Ưu" cừa thƯy Tụi nhên thĐy rơng, nhỳng cuởc tranh luên, nhỳng ý kián phÊn biằn gay g-t m s-c sÊo ú ó tÔo ởng lỹc nghiờn cùu cho tơi, kích thích tính "hi¸u thng khoa håc", v ụi khi, sỹ ỗng ý cừa thƯy giống nh mët đích đ¸n mà tơi ln né lüc h¸t sùc Ôt ủc Náu khụng cú nhỳng sỹ kiằn Đy, tụi khụng biát tợi bao giớ mợi hon thnh ủc nghiên cùu Ngưíi th¦y th¦y Phó Giáo s TrƯn Trồng Minh Xin cÊm n thƯy vỡ tĐt c£ sü quan tâm, sát sao, đëng viên ch¿ b£o st thíi gian qua Tơi xin đưđc c£m ơn th¦y giáo Bë mơn Tü đëng hóa, nơi tơi cơng tác, anh chà em ỗng nghiằp ó ởng viờn, cờ v tụi tụi c£m nhªn đưđc ni·m vui ii nghiên cùu khoa håc Tơi xin đ°c bi»t c£m ơn th¦y Phó Giáo sư Nguy¹n Văn Li¹n, Phó Giáo sư Bùi Qc Khánh, Giáo sư Nguy¹n Phùng Quang sü quan tâm, góp ý, đëng viên coi tơi mët ngưíi cừa Tỹ ởng húa ỗng thới, tụi cng xin chõn thnh cÊm n cỏc thƯy Phú Giỏo s Hỗ Húu H£i Phó Giáo sư Đàm Hồng Phúc cụng tỏc tÔi Viằn C khớ ởng lỹc, H BKHN nhúng trao đêi góp ý đº hồn thiằn nhỳng thiáu sút cừa mởt "k ngoÔi Ôo" cừa ngnh ụ tụ nh tụi TÔi Trung tõm Nghiờn cựu ng dửng v Sỏng tÔo Cụng nghằ, trớng Ôi hồc Bỏch Khoa H Nởi, tụi cú nhỳng ngới ỗng nghiằp, ngới bÔn ó cho tụi khụng khớ nghiờn cựu khoa håc nghĩa b¬ng nhúng trao đêi chun mơn, nhúng thÊo luên chi tiát, i vo bÊn chĐt cừa cỏc vĐn à nghiờn cựu Cỏm n bÔn Nguyạn BÊo Huy vỡ nhỳng trao ời rĐt hiằu quÊ Mội lƯn Huy và nợc l mội lƯn "khụng khớ khoa hồc" cừa Trung tõm lÔi ủc thời bựng lờn mởt cỏch hựng khði Cám ơn chà Nguy¹n Thu Hà, m°c dù chuyên mụn và Kinh tá nhng văn kiờn trỡ ngỗi nghe tụi giÊi thớch cỏc vĐn à khoa hồc k thuêt tng nh rĐt khụ khan Cú ủc nhỳng kát quÊ nghiên cùu hơm khơng thº khơng nh-c tỵi sü giỳp ù cừa cỏc bÔn sinh viờn ngnh Tỹ ởng húa Cỏc bÔn ó giỳp tụi trin khai thỹc tá cỏc ý tng nghiờn cựu CÊm n cỏc bÔn vỡ nhỳng lƯn cÊ thƯy v trũ ăm mỗ hụi xưðng vào nhúng ngày hè đº gi£i mã thông tin trờn xe ụ tụ iằn, vỡ nhỳng lƯn "câu" xe ụ tụ i Nam nh o Ôc c tớnh ởng hồc, vỡ nhỳng lƯn b vỡ cố chÔy thüc nghi»m nèt l¦n cuèi chưa thành l¦n ci Đó ln nhúng tr£i nghi»m mà khơng làm thỹc sỹ thỡ khụng bao giớ cú ủc ỗng thới, tụi cng xin cÊm n bÔn Nguyạn Trung Kiờn, giÊng viờn trớng Ôi hồc S phÔm K thuêt Nam nh v cỏc ỗng nghiằp cựng Bở mụn cừa Kiờn ó giúp đï tơi q trình làm thüc nghi»m lĐy c tớnh trờn xe ụ tụ tÔi Nam nh Cuối cựng v quan trồng nhĐt văn luụn l gia đình Tơi có mët gia đình r§t tuy»t víi Đó cha mµ tơi, nhúng ngưíi quan tâm đëng viên khơng h· gây sùc ép sđ tơi ph£i v§t v£ làm vi»c, chăm lo cho tơi mët cách vơ tư nh§t thâm tâm tơi ln biát rơng, cha mà rĐt lo l-ng và tián nghiên cùu cõa tơi khơng bao gií nói ú l vủ tụi, ngới bÔn ới luụn i cựng tụi, hộ trủ tụi cÊ và vêt chĐt lăn tinh thƯn nhỳng lỳc khú khn nhĐt, ó "chu ỹng" tơi sỵm v· mn, giúp tơi gánh vác cc sèng gia đình Đó trai tơi, đùa tr´ mà méi l¦n tơi nhìn đ·u méi l¦n tụi thĐy mỡnh ủc tiáp thờm ởng lỹc lm viằc Tơi xin dành líi c£m ơn sâu s-c chân thnh nhĐt tợi gia ỡnh cừa mỡnh, mởt chộ dỹa vúng ch-c nh§t mà tơi khơng thº tìm th§y đưđc ð b§t kỳ khác Hà Nëi, tháng năm 2019 iii Mưc lưc Mð đ¦u Têng quan 1.1 Khái quát đèi tưñng nghiên cùu 1.2 Möc tiêu nghiên cùu 1.2.1 Đi·u khiºn chuyºn đëng xe ô tô đi»n 1.2.2 Cỏc trÔng thỏi c bÊn cừa xe ô tô 1.2.3 Giợi hÔn nởi dung nghiờn cựu v à xuĐt yờu cƯu cừa luên ỏn 1.3 Têng quan tình hình nghiên cùu 1.3.1 Ưỵc lưđng trÔng thỏi xe ụ tụ iằn 1.3.2 Các nghiên cùu v· đi·u khiºn lüc kéo - TCS 1.4 à xuĐt phng hợng thüc hi»n nghiên cùu Kát luên chng Mơ hình hóa mô phäng xe ô tô đi»n 5 11 16 17 17 22 27 29 30 Tóm t-t nëi dung 2.1 C§u hình mơ hình mơ phäng 2.2 Mơ hình hóa đëng håc đëng lüc håc xe ô tô đi»n 2.2.1 Đëng håc xe ô tô 2.2.2 Đëng lüc håc xe ô tô 2.2.3 Mô phäng kiºm chùng 2.3 Xây düng h» thèng mô phäng Signal Hardware-in-the-loop cho xe ô tô đi»n 2.3.1 Mụ phọng Hardware-in-the-loop - nh ngha v phõn loÔi 2.3.2 C§u hình h» thèng mô phäng Signal Hardware-in-the-loop cho xe ô tô đi»n 2.3.3 Mơ hình h» thèng truy·n đëng xe tơ đi»n 2.3.4 Thi¸t k¸ ghép nèi ph¦n têng thº h» thèng 2.4 K¸t qu£ kiºm chùng mơ hình 2.4.1 Các kàch b£n thû nghi»m 2.4.2 K¸t qu£ K¸t luªn chương ợc lủng trÔng thỏi xe ụ tụ iằn 30 30 32 32 33 37 38 38 Tóm t-t nëi dung 3.1 Têng hđp dú li»u đa c£m bi¸n - mơ hỡnh v mởt số vĐn à cƯn giÊi quyát 3.2 Nõng cao tốc trớch mău cừa cÊm bián bơng bở lồc Multirate Kalman 3.2.1 Giỵi thi»u chung 3.2.2 Bë låc Multirate Kalman 3.2.3 à xuĐt cÊi tián bở lồc Multirate Kalman 54 54 57 57 59 61 iv 44 45 46 47 47 48 52 54 MƯC LƯC 3.2.4 K¸t qu£ mơ phäng 3.3 ợc lủng trỹc tiáp hằ số trủt xe ụ tụ đi»n 3.3.1 Mơ hình thu gån xe tơ đi»n 3.3.2 Thiát ká bở ợc lưđng trüc ti¸p h» sè trưđt 3.3.3 Thi¸t k¸ bë quan sát trüc ti¸p h» sè trưđt 3.3.4 K¸t qu£ mơ phäng 3.3.5 Nhªn xét 3.4 Ưỵc lưđng tèc đë dài sû dưng Têng hđp dú li»u đa c£m bi¸n 3.4.1 Đ°t v§n đ· 3.4.2 Têng hđp tèi ưu thơng tin tø nhiÃu nguỗn dỳ liằu 3.4.3 Ùng döng cho ợc lủng vên tốc tuyằt ối Kát luên chng Đi·u khiºn h» sè trưñt 63 66 66 67 68 70 71 71 71 73 75 76 77 Tóm t-t nëi dung 4.1 Giỵi thi»u chung 4.2 Đi·u khiºn giỵi hÔn hằ số trủt 4.2.1 C§u hình h» thèng đi·u khiºn đ· xu§t 4.2.2 Xây düng bë đi·u khiºn 4.2.3 K¸t qu£ mơ phäng 4.3 iÃu khin chống trủt trờn c s giợi hÔn mụ men truyÃn cỹc Ôi 4.3.1 ợc lủng mụ men truyÃn cỹc Ôi MTTE (Maximum Transmissible Torque Estimation) 4.3.2 C£i ti¸n bë đi·u khiºn giợi hÔn mụ men cỹc Ôi 4.3.3 Phân tích kh£o sát tính ên đành 4.3.4 K¸t qu£ mơ phäng Kát luên chng Xây düng h» thèng thüc nghi»m k¸t qu£ 77 77 78 78 79 82 86 Tóm t-t nëi dung 5.1 Xây düng h» thèng thüc nghi»m 5.1.1 Đ°t v§n đ· 5.1.2 Thiát ká hằ thống phƯn cựng 5.1.3 H» thèng tham chi¸u DAS-3 5.1.4 L-p đ°t h» thèng 5.1.5 Xây düng h» thèng thüc nghi»m đi·u khiºn Signal Hardware-in-the-loop104 5.2 K¸t qu£ thüc nghi»m 5.2.1 c im ớng chÔy thỷ 5.2.2 Phương pháp đánh giá k¸t qu£ ưỵc lưđng 105 5.2.3 Thû nghi»m đëc lªp h» thèng thu thªp dú li»u 107 5.2.4 Thû nghi»m thuªt toỏn nõng cao tốc trớch mău 109 5.2.5 Ưỵc lưđng tham sè xe tơ đi»n 5.2.6 Đi·u khiºn chuyºn đëng xe ô tô đi»n 115 86 87 88 91 95 96 96 96 96 97 101 102 105 105 111 Kát luên chng 122 Kát luên Danh mửc cỏc cụng trỡnh ó cụng bố cõa luªn án v 123 126 MƯC LƯC Tài li»u tham kh£o 128 vi Danh sách b£ng 2.1 Các thông sè sû dưng mơ hình 5.1 Dú li»u mët sè b£n tin CAN 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 100 102 105 111 112 115 115 Các thơng sè cõa MyRIO 1900 Các thông sè cõa h» thèng DAS-3 Thơng sè đưíng thû nghi»m Ch§t lưđng phương pháp nâng cao tèc đë trích mău encoder bỏnh xe ChĐt lủng phng phỏp ợc lưđng trüc ti¸p h» sè trưđt ChĐt lủng phng phỏp ợc lủng tèc đë dài Ch§t lưđng phương pháp tính tốn h» sè trưđt thơng qua tèc đë dài vii 50 99 Danh sách hình v³ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.11 1.12 1.13 1.14 Các lỵp tốn đi·u khiºn xe ô tô đi»n Xe tơ ngưíi đi·u khiºn đi·u khiºn chuyºn đëng Các phương chuyºn đëng cõa xe ô tô Mơ hình chuyn ởng ngang Segel - Mụ hỡnh xe Ôp Các lüc tác döng lên xe theo phương dåc Cỏc trÔng thỏi cừa xe ụ tô Mèi quan h» giúa h» sè trưñt λ h» sè bám µ Quan h» giúa tèc đë bánh xe, tèc đë xe h» sè trưñt Bë s£n ph©m đo tèc đë cõa Kistler 1.10 Phõn loÔi cỏc nghiờn cựu và đi·u khiºn lüc kéo ô tô đi»n Đi·u khin lỹc kộo trờn c s mụ hỡnh mău Đi·u khiºn lüc kéo sð ưỵc lưđng đi·u ki»n m°t đưíng Đi·u khiºn lüc kéo khơng dùng thơng tin vªn tèc Đi·u khiºn h» sè trưñt kho£ng ên đành 1.15 C§u trúc h» đi·u khiºn h» sè trưñt sð đi·u khiºn trưñt 1.16 Các nhi»m vư cõa luªn án 6 12 12 13 14 22 23 23 24 25 26 28 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 Các hưỵng chuyºn đëng cõa xe tơ 30 Mơ hình xe tụ bêc tỹ vợi cỏc lỹc tỏc dửng 31 C§u hình h» thèng 31 Lu ỗ thuªt tốn thüc hi»n mơ hình xe tơ 36 Mô hình Simulink đëng lüc håc đëng håc xe tô 38 Trưíng hđp - Tèc đë bình thưíng 39 Trưíng hđp - Tèc đë cao 40 Trưíng hđp - Chuyºn hưỵng lái 41 Phõn loÔi mụ phọng Hardware-in-the-loop (a) Signal hardware-in-the-loop (b) Power Reduced-scale hardware-in-the-loop 43 2.10 Signal Hardware-in-the-loop vỵi h» đi·u khiºn cho xe ô tô đi»n 44 2.11 C§u hình đ· xu§t h» thèng mơ phäng Signal HIL 45 2.12 C§u hình h» thèng truy·n đëng xe ô tô đi»n 45 2.13 Mơ hình cõa h» thèng truy·n lüc xe ô tô đi»n 46 2.14 Mơ hình têng thº h» thèng Signal HIL cho xe ô tô đi»n 47 2.15 Ghép nèi ph¦n h» thèng 48 2.16 K¸t qu£ mơ phäng cho thû nghi»m th¯ng 49 2.17 K¸t qu£ đánh lái 51 3.1 Mơ hình q trình têng hđp c£m bi¸n JDL 55 3.2 Sü khỏc biằt và thới gian trớch mău mởt hằ thèng đi·u khiºn viii 57