Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh

Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.Nghiên cứu điều khiển ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng hệ thống phanh.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐÀO HUY HẢI NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ BẰNG HỆ THỐNG PHANH LUẬN ÁN TIẾN SỸ HÀ NỘI, 06-2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐÀO HUY HẢI NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ BẰNG HỆ THỐNG PHANH Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 52 01 16 LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1- PGS TS Nguyễn Tuấn Anh 2- TS Đặng Việt Hà HÀ NỘI, 06-2023 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh TS Đặng Việt Hà Các số liệu, kết nghiên cứu luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày Thay mặt tập thể hướng dẫn khoa học tháng Tác giả Đào Huy Hải năm 2023 ii LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Giao thơng vận tải, Phịng Đào tạo sau Đại học tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh thực luận án Trường Đại học Giao thông vận tải Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn tập thể hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh TS Đặng Việt Hà tận tình hướng dẫn việc định hướng nghiên cứu phương pháp giải vấn đề cụ thể đặt để thực hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin cảm ơn thầy, Bộ mơn Cơ khí tơ - Trường Đại học Giao thông vận tải giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành luận án Nghiên cứu sinh xin cảm ơn Cục Đăng kiểm Việt Nam, Trung tâm thử nghiệm xe giới ủng hộ, động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi trình học tập nghiên cứu Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn đến chuyên gia ngành Động lực đóng góp ý kiến quý báu để luận án hoàn thiện Cuối nghiên cứu sinh xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình bạn bè, người động viên, khuyến khích suốt thời gian tham gia nghiên cứu thực cơng trình Tác giả Đào Huy Hải iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC BẢNG BIỂU .x DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU xi DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT xvi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .4 1.1 Tai nạn giao thông ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô 1.1.1 Số liệu thống kê 1.1.2 Nguyên nhân gây ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô 1.2 Các giải pháp ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô 11 1.2.1 Ổn định quỹ đạo chuyển động điều khiển hệ thống lái 12 1.2.2 Ổn định quỹ đạo chuyển động điều khiển lực phanh 13 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 15 1.3.1 Các cơng trình nghiên cứu nước 15 1.3.2 Tình hình nghiên cứu nước 20 1.4 Mục tiêu, phương pháp nội dung nghiên cứu 22 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 22 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 22 1.4.3 Nội dung nghiên cứu .23 1.5 Kết luận Chương 24 CHƯƠNG XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG PHANH ABS DẪN ĐỘNG THỦY LỰC 25 2.1 Mơ hình động lực học hệ thống phanh ABS dẫn động thủy lực 25 2.1.1 Động lực học xilanh phanh 26 2.1.2 Động lực học dòng chảy thủy lực 27 2.1.3 Động lực học bơm thủy lực 29 2.1.4 Động lực học động dẫn động bơm thủy lực 30 2.1.5 Động lực học tích thủy lực 31 iv 2.1.6 Động lực học van điện từ 31 2.1.7 Động lực học xilanh phanh bánh xe .34 2.2 Mô động lực học chấp hành ABS dẫn động thủy lực 34 2.2.1 Chế độ phanh bình thường 36 2.2.2 Chế độ phanh tự động – hệ thống ESP làm việc 39 2.3 Kết luận Chương 46 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ BẰNG HỆ THỐNG PHANH 47 3.1 Mô hình động lực học tơ 47 3.1.1 Mơ hình chuyển động hai vết ô tô 47 3.1.2 Mơ hình bánh xe đàn hồi 48 3.1.3 Mơ hình dao động tơ khơng gian 53 3.2 Thiết kế điều khiển lực phanh 54 3.2.1 Cơ sở lý thuyết điều khiển PID .55 3.2.2 Thiết kế điều khiển PID tự động điều khiển hệ thống phanh 57 3.3 Khảo sát tính ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô 63 3.3.1 Cấu trúc mơ hình động lực học tổng quát ô tô Matlab Simulink 64 3.3.2 Khảo sát khả ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô 65 3.4 Kết luận Chương 74 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .75 4.1 Mục đích phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 75 4.1.1 Mục đích, đối tượng thơng số cần đo 75 4.1.2 Phương pháp thực nghiệm 77 4.2 Thiết kế chế tạo mơ hình thực nghiệm 80 4.2.1 Kết cấu khí 80 4.2.2 Cảm biến đo hành trình dịch chuyển piston 82 4.2.3 Cảm biến đo áp suất dầu xilanh phanh bánh xe 84 4.2.4 Cảm biến đo góc quay vô lăng 85 4.2.5 Máy tính kết nối 86 4.3 Bộ điều khiển hệ thống phanh ABS – ESP 87 4.3.1 Tổng quan điều khiển 87 4.3.2 Các khối chức 88 4.4 Quy trình thực nghiệm 93 4.4.1 Các thông số kỹ thuật 93 v 4.4.2 Các bước thực nghiệm .93 4.4.3 Đánh giá sai số mô hình thực nghiệm .94 4.5 Kết thực nghiệm .95 4.5.1 Chế độ đạp phanh 95 4.5.2 Chế độ không đạp phanh, điều khiển bơm dầu van hoạt động 99 4.5.3 Chế độ quay vòng thiếu vận tốc 60 Km/h 104 4.5.4 Chế độ quay vòng thừa vận tốc 60 Km/h 108 4.6 Kết luận Chương 111 KẾT LUẬN 112 TÀI LIỆU THAM KHẢO 115 PHỤ LỤC 1: Các thông số mơ hình động lực học chấp hành hệ thống phanh ABS dẫn động thủy lực 121 PHỤ LỤC 2: Kết đo áp suất dầu phanh xilanh phanh bánh xe thực tế mô 123 PHỤ LỤC 3: Code Matlab 146 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM 164 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Mơ hình vết xác định bán kính quay vịng tơ lốp xe khơng biến dạng (a) lốp xe biến dạng bên (b) Hình 1.2 Ảnh hưởng gió ngang biến dạng lốp đến khả ổn định quỹ đạo chuyển động Hình 1.3 Mất ổn định hướng lực phanh không đồng 10 Hình 1.4 Ảnh hưởng bó cứng bánh xe cầu 10 Hình 1.5 Sơ đồ khối mơ hình điều khiển ô tô .12 Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động hệ thống lái chủ động AFS 13 Hình 1.7 Cấu trúc điều khiển lực phanh hệ thống ESP chế độ quay vòng thiếu (a) quay vòng thừa (b) .14 Hình 2.1 Mơ hình động lực học hệ thống phanh ABS dẫn động thủy lực 26 Hình 2 Sơ đồ mơ động lực học xilanh phanh Matlab Simulimk 27 Hình 2.3 Mơ hình động lực học dịng chảy thủy lực 27 Hình 2.4 Kết cấu bơm thủy lực tích 30 Hình 2.5 Sơ đồ lực tác dụng van tăng áp làm việc .32 Hình 2.6 Sơ đồ mơ động lực học chấp hành hệ thống phanh ABS dẫn động thủy lực Matlab Simulink .35 Hình 2.7 Quan hệ áp suất dầu xilanh phanh bánh xe hành trình dịch chuyển piston xilanh ABS không làm việc 36 Hình 2.8 Sự thay đổi áp suất xilanh phanh bánh xe ABS hoạt động với tần số làm việc van điện từ 10 HZ 37 Hình 2.9 Sự thay đổi áp suất xilanh phanh bánh xe ABS hoạt động với tần số làm việc van điện từ 25 HZ 38 Hình 2.10 Sự thay đổi áp suất xilanh phanh bánh xe ABS hoạt động với tần số làm việc van điện từ 50 HZ 38 Hình 2.11 Các thơng số tín hiệu xung PWM 39 vii Hình 2.12 Sự thay đổi chu kỳ làm việc DC tín hiệu xung PWM theo điện áp vào U(t) 40 Hình 2.13 Áp suất xilanh phanh bánh xe biến đổi dạng hình thang theo điện áp điều khiển van tăng áp van giảm áp 42 Hình 2.14 Áp suất xilanh phanh bánh xe biến đổi dạng bậc thang theo điện áp điều khiển van tăng áp van giảm áp 44 Hình 2.15 Điều khiển độc lập áp suất xilanh phanh bánh xe phanh tự động 45 Hình 3.1 Mơ hình chuyển động hai vết tơ 47 Hình 3.2 Các lực tác dụng từ mặt đường lên bánh xe 49 Hình 3.3 Các góc quay bánh xe 49 Hình 3.4 Ý nghĩa tham số công thức Magic Formula 51 Hình 3.5 Quan hệ phản lực ngang Fy góc lệch bên α 52 Hình 3.6 Quan hệ phản lực dọc Fxi phản lực ngang Fyi bánh xe .52 Hình 3.7 Mơ hình dao động tơ khơng gian 53 Hình 3.8 Sơ đồ khối mô động lực học chuyển động tơ 55 Hình 3.9 Mơ hình cấu trúc điều khiển PID 56 Hình 3.10 Điều khiển độc lập lực phanh chế độ quay vòng thiếu quay vòng thừa 58 Hình 3.11 Sự thay đổi điểm tìm kiếm thuật tốn PSO .60 Hình 3.12 Cấu trúc mơ hình điều khiển PID sử dụng thuật tốn PSO 61 Hình 3.13 Lưu đồ giải thuật thuật toán tối ưu bầy đàn PSO .62 Hình 3.14 Kết tối ưu K p , Ki , Kd dựa thuật toán PSO 63 Hình 3.15 Mơ hình động lực học ô tô với hệ thống ESP Matlab Simulink 65 Hình 3.16 Góc quay bánh xe dẫn hướng chế độ tơ quay vịng thiếu .67 Hình 3.17 Quỹ đạo chuyển động tơ chế độ quay vịng thiếu 67 Hình 3.18 Vận tốc xe, vận tốc góc quay thân xe, gia tốc ngang, sai lệch e chế độ tơ quay vịng thiếu 68 Hình 3.19 Lực phanh bánh xe chế độ ô tơ quay vịng thiếu 68 viii Hình 3.20 Góc quay bánh xe dẫn hướng chế độ tơ quay vịng thừa 69 Hình 3.21 Quỹ đạo chuyển động ô tô chế độ ô tô quay vịng thừa 70 Hình 3.22 Vận tốc xe, vận tốc góc quay thân xe, gia tốc ngang, sai lệch e chế độ tơ quay vịng thừa 70 Hình 3.23 Lực phanh bánh xe chế độ tơ quay vịng thừa 71 Hình 3.24 Kích thước đường thử nghiệm chuyển kép theo tiêu chuẩn ISO 38882:2011 71 Hình 3.25 Quỹ đạo chuyển động tô chuyển kép 72 Hình 3.26 Góc xoay bánh xe dẫn hướng, vận tốc góc xoay thân xe, gia tốc ngang, sai lệch e ô tô chế độ ô tô chuyển kép 72 Hình 3.27 Lực phanh bánh xe trường hợp chuyển kép 73 Hình 4.1 Sơ đồ bố trí mơ hình thực nghiệm 77 Hình 4.2 Sơ đồ khối mô nguyên tắc hoạt động điều khiển mơ hình thực nghiệm 78 Hình 4.3 Mơ hình hệ thống phanh ABS – ESP 80 Hình 4.4 Cụm xilanh phanh chính, trợ lực phanh chấp hành thủy lực 81 Hình 4.5 Đĩa phanh, Xilanh phanh bánh xe 81 Hình 4.6 Cảm biến đo hành trình dịch chuyển piston 82 Hình 4.7 Các vùng đo cảm biến siêu âm 83 Hình 4.8 Cảm biến áp suất 250 bar keller model PA-21Y (Thụy Sĩ) 84 Hình 4.9 Encoder Omron E6B2-CWZ6C (Nhật Bản) 85 Hình 4.10 Máy trạm HP Z600 .86 Hình 4.11 ECU chuyển đổi liệu điều khiển hệ thống ABS-ESP .87 Hình 4.12 Sơ đồ khối điều khiển .88 Hình 4.13 Sơ đồ khối chuyển đổi điện áp 89 Hình 4.14 Sơ đồ khối đọc giá trị cảm biến 89 Hình 4.15 Sơ đồ khối đọc cảm biến góc xoay vơ lăng 90 Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý điều khiển van điện từ 90 Hình 4.17 Sơ đồ khối điều khiển van 90