Luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực của ô tô tải nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Văn Thoan NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC CỦA Ô TÔ TẢI NHẰM HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY BÁNH XE CHỦ ĐỘNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2018 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Trần Văn Thoan NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC CỦA Ô TÔ TẢI NHẰM HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY BÁNH XE CHỦ ĐỘNG Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Hồ Hữu Hải PGS.TS Đàm Hoàng Phúc Hà Nội – 2018 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Cơng trình đƣợc thực Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Hồ Hữu Hải PGS.TS Đàm Hoàng Phúc Các số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Ngƣời hƣớng dẫn Ngƣời hƣớng dẫn khoa học khoa học PGS TS Hồ Hữu Hải PGS.TS Đàm Hoàng Phúc tháng năm 2018 Người cam đoan Trần Văn Thoan i Luận án tiến sĩ Kĩ thuật LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí động lực, Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng giảng dạy, bảo tạo điều kiện giúp đỡ NCS suốt trình học tập, nghiên cứu mơn để hồn thành luận án NCS xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến tập thể hƣớng dẫn PGS.TS Hồ Hữu Hải, PGS.TS Đàm Hoàng Phúc - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội ngƣời trực tiếp tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng, đào tạo giúp đỡ NCS suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận án NCS xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng - Viện Cơ khí động lực - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, bảo tạo điều kiện giúp đỡ NCS suốt trình nghiên cứu mơn để hồn thành luận án NCS xin chân thành cảm ơn thầy, cô đồng nghiệp Khoa Cơ khí Động lực, lãnh đạo trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Hƣng Yên tạo điều kiện giúp đỡ khuyến khích giúp đỡ NCS suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận án NCS xin chân thành ghi nhận cơng sức, đóng góp q báu nhiệt tình NCS, học viên cao học sinh viên khóa thuộc Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng Viện Cơ khí Động lực - Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội; Khoa Cơ khí Động lực Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Hƣng Yên nhiệt tình hỗ trợ, động viên suốt thời gian NCS thực luận án Cuối cùng, NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè quan tâm động viên khuyến khích, tiếp thêm nghị lực cho NCS suốt thời gian học tập, nghiên cứu Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Nghiên cứu sinh Trần Văn Thoan ii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện tượng trượt quay bánh xe sở lý thuyết hạn chế tượng trượt quay 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước 17 1.3 Đối tượng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 17 1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 17 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 17 1.4 Mục tiêu phương pháp nghiên cứu 18 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu 18 1.4.2 Phương pháp nghiên cứu 18 1.5 Nội dung nghiên cứu 19 1.6 Kết luận chương 19 CHƢƠNG 2: MƠ HÌNH MƠ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ 20 2.1 Xây dựng mơ hình mơ 20 2.1.1 Xây dựng đặc tính tốc độ động diezen 20 2.1.2 Mô tả hệ thống truyền lực 29 2.1.3 Mơ hình mơ bánh xe 30 2.1.4 Mơ hình mơ chuyển động thẳng xe 36 2.2 Khảo sát đặc tính tăng tốc tơ hệ số bám thay đổi 37 2.2.1 Khảo sát đặc tính tăng tốc tơ đường có hệ số bám thấp cao 38 2.2.2 Khảo sát đặc tính tăng tốc ô tô đường xấu có hệ số bám thấp 41 2.3 Kết luận chương 45 CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 46 iii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 3.1 Đề xuất cấu trúc hệ thống 46 3.2 Bộ điều khiển phương pháp xác định tham số điều khiển 48 3.3 Mô hoạt động hệ thống có điều khiển 52 3.3.1 Kết mô trình khởi hành tay số 1, xe đầy tải (PA3) 53 3.3.2 Kết mơ q trình khởi hành tay số 2, xe không tải (PA4) 58 3.4 Nghiên cứu xác định vùng điều khiển có hiệu đường khác 62 3.4.1 Kết mô khảo sát xác định vùng làm việc điều khiển (PA5) 62 3.4.2 Kết mô khảo sát ảnh hưởng hệ số cản lăn tới vùng làm việc hiệu điều khiển (PA6) 64 3.5 Kết luận chương 66 CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG 68 4.1 Thiết kế chế tạo hệ thống 68 4.1.1 Cảm biến vận tốc góc bánh xe tơ 68 4.1.2 Cơ cấu chấp hành 70 4.1.3 Bộ điều khiển 77 4.2 Thực nghiệm hệ thống 81 4.2.1 Mục đích phương pháp thực nghiệm 81 4.2.2 Đối tượng thực nghiệm 81 4.2.3 Thiết bị thử nghiệm 82 4.2.4 Trình tự kết thực nghiệm 87 4.3 Kết luận chương 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN 103 iv Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu chữ La tinh Ký hiệu Giải thích a, b, c Hệ số đặc tính đáp ứng điều tốc có dạng bậc hai a1, b1 Hệ số đặc tính đáp ứng điều tốc có dạng bậc a2, b2, c2 a3 amax Đơn vị Các hệ số thực nghiệm động Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước Gia tốc lớn b3 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau f Hệ số cản lăn m m/s2 m Fk Lực đẩy từ khung xe lên bánh xe N Fwx Lực cản khơng khí tâm diện xe N Fx Tổng hợp phản lực dọc mặt đường tác dụng lên bánh xe N Fxs Tổng hợp phản lực dọc mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động N Fxt Tổng hợp phản lực dọc mặt đường tác dụng lên bánh xe bị động N Fz Phản lực thẳng đứng mặt đường tác dụng lên bánh xe N Fzs Phản lực thẳng đứng đường tác dụng lên bánh xe chủ động N Fzt Phản lực thẳng đứng đường tác dụng lên bánh xe bị động N Lực bám cực đại N Fφs Lực bám sinh bánh xe chủ động N G Tải trọng xe N g Gia tốc trọng trường Fφmax m/s2 Gbs Tải trọng tác dụng lên bánh xe chủ động N Gbt Tải trọng tác dụng lên bánh xe bị động N hg Chiều cao trọng tâm xe m i0 Tỉ số truyền truyền lực ic Tỉ số truyền ly hợp ih Tỉ số truyền hộp số itl Tỉ số truyền chung hệ thống truyền lực Jbxs Mơ men qn tính khối lượng bánh xe chủ động kg.m2 Jbxt Mô men quán tính khối lượng bánh xe bị động kg.m2 Jqd Mơ men qn tính bánh xe chi tiết liên quan quy dẫn bánh xe kg.m2 kLH Hệ số thể mức độ đóng ly hợp v Luận án tiến sĩ Kĩ thuật L Chiều dài sở xe m m Khối lượng xe kg Me Mô men động N.m Mfs Mô men cản lăn bánh xe chủ động N.m Mft Mô men cản lăn bánh xe bị động N.m Mx Mô men chủ động từ động truyền đến bánh xe chủ động N.m M e* Mô men xoắn xác định theo đặc tính ngồi động N.m nbca Vận tốc góc bơm cao áp v/p ne Vận tốc góc động v/p Ne Cơng suất có ích động kW Cơng suất có ích cực đại kW nN Vận tốc góc trục khuỷu ứng với cơng suất có ích cực đại v/p nr Số xung đo từ cảm biến Nr Số vấu vành cảm biến p Bước ren trục vít Nmax pdk Mức tải động hiệu chỉnh điều khiển Pin Mức tải thực tế động Plv Công suất làm việc động Pnl Mức tải động người lái thiết lập (thơng qua vị trí bàn đạp chân ga) mm W Qb (nbca ) Đặc tính phun nhiên liệu cục bơm cao áp g/chu trình Qb max(nbca ) Đặc tính phun nhiên liệu ngồi bơm cao áp g/chu trình rd Bán kính lăn bánh xe m Tr Khoảng thời gian đếm xung từ cảm biến s Tt Mô men xoắn trục động bước N.m vl Vận tốc tiếp tuyến bánh xe chủ động m/s vx Vận tốc ô tô m/s z Số mối ren trục vít Ký hiệu chữ Hy Lạp λ Độ trượt bánh xe % Độ trượt thời điểm gia tốc lớn % tt Độ trượt thực tế % w Độ trượt mong ước % t Vận tốc góc bánh xe bị động rad/s s Vận tốc góc bánh xe chủ động rad/s λamax vi Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Gia tốc góc bánh xe chủ động rad/s2 t Gia tốc góc bánh xe bị động rad/s2 e Vận tốc góc động v/p e* Vận tốc góc động có kể đến ảnh hưởng độ trễ (đặc tính động học) điều tốc v/p 0 Vận tốc góc ban đầu động rad/s obx Vận tốc góc ban đầu bánh xe rad/s s φ Hệ số bám bánh xe mặt đường φx Hệ số bám dọc bánh xe mặt đường φy Hệ số bám ngang bánh xe mặt đường  x max  Hệ số bám dọc cực đại Hệ số cản tổng cộng Các chữ viết tắt Ký hiệu Giải thích TCS Hệ thống điều khiển lực kéo (Traction Control System) PID Bộ điều khiển theo quy luật tỉ lệ-tích phân-vi phân (Proportional Integral Derivative) ECU Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit) CCCH ESP Cơ cấu chấp hành Hệ thống cân điện tử (Electronic Stability Program) vii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Thông số đối tƣợng nghiên cứu 17 Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật băng thử NT 3000 25 Bảng 2.2: Quy trình thí nghiệm xác định đặc tính điều tốc 26 Bảng 2.3: Các phƣơng án mô khảo sát ảnh hƣởng mức tải động 38 Tiếp tục khảo sát mơ đƣờng có hệ số bám thấp (φ=0,25:0,05:0,55) với mức tải động Pin=(10:10:100)% theo phƣơng án PA2, luận án tổng hợp giá trị gia tốc lớn amax độ trƣợt λamax thời điểm ô tô đạt gia tốc amax Bảng 2.4.Bảng 2.4: Gia tốc cực đại, độ trƣợt thời điểm gia tốc đạt cực đại (amax, λamax) trình khởi hành với mức tải động (Pin) hệ số bám (φ) khác 42 Bảng 3.1: Thông số xác định tham số điều khiển 51 Bảng 3.2: Giá trị tham số điều khiển 51 Bảng 3.3: Phƣơng án mô nhằm đánh giá hiệu điều khiển 53 Bảng 3.4: Các phƣơng án mô vùng điều khiển 62 Bảng 3.5: Các giá trị hệ số cản lăn hệ số bám mô 65 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật cảm biến đo vận tốc góc bánh xe 69 Bảng 4.2: Các giá trị thơng số tính chọn động 72 Bảng 4.3: Thông số động bƣớc YH42BYGH47 73 Bảng 4.4: Các thống số mô đun TB6600-4A 74 Bảng 4.5: Thực nghiệm kiểm tra hoạt động cấu chấp hành 87 Bảng 4.6: Thực nghiệm hoạt động hệ thống điều khiển 89 Bảng 4.7: Tổng hợp kết thí nghiệm TN1 93 Bảng 4.8: Tổng hợp kết thí nghiệm TN2 96 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ lực mô men tác dụng lên bánh xe chủ động Hình 1.2 Sự thay đổi hệ số bám dọc ngang theo độ trƣợt bánh xe Hình 1.3 Hệ thống hạn chế trƣợt phƣơng pháp thay đổi độ bám đƣờng Hình 1.4 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm sốt lực kéo Hình 1.5 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm sốt lực kéo Tetsuhiro Yamashita Hình 1.6 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm sốt lực kéo điều khiển hệ thống phanh nhiệt độ khí xả Hình 1.7 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo cách tác động vào góc đánh lửa thay đổi độ dài đƣờng nạp 10 Hình 1.8 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thông qua điều khiển bƣớm ga 10 Hình 1.9 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thông qua bƣớm ga phụ 11 Hình 1.10 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thơng qua điều khiển bƣớm ga 11 Hình 1.11 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo hệ thống nhiên liệu 12 Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống điều khiển hạn chế trƣợt quay theo nhiệt độ môi trƣờng 13 Hình 1.13 Hệ thống hạn chế trƣợt quay cho ô tô tải hãng Wabco 14 Hình 1.14 Bộ điều khiển MTTE 14 Hình 1.15 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển theo thuật tốn điều khiển trƣợt (SMC) 15 Hình 1.16 Sơ đồ khối điều khiển lực kéo bánh xe chủ động bánh xe 15 Hình 1.17 Thí nghiệm đo lực kéo đƣờng tuyết 16 Hình 1.18 Sơ đồ cấu trúc điều khiển mô men đƣờng tuyết băng 16 Hình 2.1 Sơ đồ mơ hình mơ chuyển động tơ 20 Hình 2.2 Sơ đồ mơ hình xác định mơ men động đốt 22 Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu băng thử 22 Hình 2.4 Thiết bị thử nghiệm ví trí lắp đặt bơm cao áp 23 viii Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Hình 4.31 Sơ đồ bố trí thí nghiệm Bảng 4.6: Thực nghiệm hoạt động hệ thống điều khiển Nội dung thí nghiệm Mục đích thí nghiệm Thơng số đo Đánh giá hiệu điều khiển hệ thống Vận tốc góc bánh xe, mức ga ngƣời lái mức tải động TN1: Khởi hành xƣởng công nghiệp, bôi mỡ (=0,11;  =0,018) TN2: Trên bê tông phẳng - bùn sét (=0,22;  =0,024) Trình tự thí nghiệm sau: - Kiểm tra cảm biến dịch chuyển lắp đặt vào cấu chấp hành; - Kiểm tra cảm biến vận tốc góc lắp đặt bánh xe; - Kiểm tra áp suất lốp đảm bảo tiêu chuẩn; - Chuẩn bị đƣờng thử nghiệm (nền xƣởng công nghiệp, bôi mỡ bê tông phẳng - bùn sét); - Kết nối cảm biến qua thiết bị đo hiển thị kết đo máy tính, khởi động hệ thống đo; kết nối máy tính; - Chạy động ổn định chỗ phút để nạp khí nén; - Quá trình khởi hành trình từ lúc xe đứng im, tiến hành ngắt ly hợp, gài số sau đạp nhanh lên mức ga 100%, nhả nhanh ly hợp cho xe chuyển động Thực nghiệm hệ thống khơng có điều khiển có điều khiển đƣờng xấu có hệ số bám thấp (trên xƣởng công nghiệp, bôi mỡ bê tông phẳng - bùn sét); - Lƣu xử lý kết đo phân tích đồ thị kết đo Kết thí nghiệm TN1: + Khi khơng có điều khiển hệ thống Kết đo vận tốc góc bánh xe mức tải động trƣờng hợp đƣợc thể đồ thị Hình 4.32 Hình 4.33: 89 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Hình 4.32 Vận tốc góc bánh xe khơng điều khiển xưởng công nghiệp bôi mỡ a Độ dịch chuyển bàn đạp ga quy vị b Mức dịch chuyển cần bơm cao áp trí lắp CCCH Hình 4.33 Mức ga khơng điều khiển xưởng công nghiệp bôi mỡ Các kết cho thấy: Khi ngƣời lái đạp ga hết mức 100% (tại thời điểm 1141s), sau thời gian 2s (ở 1143s) bánh xe chủ động đạt đến vận tốc cực đại 12 (rad/s) Trong bánh xe bị động (thể vận tốc chuyển động xe) đạt 1(rad/s) Điều cho thấy bánh xe chủ động có độ trƣợt lớn Độ trƣợt bánh xe chủ động đƣợc tính tốn từ cơng thức (1.4) chƣơng 1, từ giá trị luận án thực biểu diễn dƣới dạng đồ thị nhƣ Hình 4.34 Thời gian bánh xe bị động đạt vận tốc (rad/s) 5,5s 90 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Hình 4.34 Độ trượt bánh xe chủ động không điều khiển xưởng công nghiệp bôi mỡ Từ kết độ trƣợt đồ thị Hình 4.34 nhận thấy: sau 5s (ở giây thứ 1146), độ trƣợt thực tế sai khác với độ trƣợt mong muốn (  =30%) 46% chƣa xác lập + Khi có điều khiển hệ thống Kết đo vận tốc góc bánh xe mức tải động trƣờng hợp đƣợc thể đồ thị Hình 4.35 Hình 4.36 Hình 4.35 Vận tốc góc bánh xe có điều khiển xưởng công nghiệp bôi mỡ 91 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật a Độ dịch chuyển bàn đạp ga quy vị b Mức dịch chuyển cần bơm cao áp trí lắp CCCH Hình 4.36 Mức ga có điều khiển xưởng cơng nghiệp bôi mỡ Khi ngƣời lái đạp ga hết mức (từ thời điểm 69s đến 78s), sau thời gian 1,8s (ở giây thứ 70,8s) bánh xe chủ động đạt đến vận tốc cực đại xấp xỉ 12 (rad/s) Trong bánh xe bị động (thể vận tốc chuyển động xe) đạt 1(rad/s) Điều cho thấy bánh xe chủ động có độ trƣợt lớn Khi điều khiển hoạt động làm giảm mức dịch chuyển cần bơm cao áp (mức tải động cơ) làm vận tốc bánh xe chủ động giảm xuống tới giá trị nhỏ (rad/s) giây thứ 74s Đến điều khiển điều khiển tăng mức tải trở lại vận tốc bánh xe chủ động tiếp tục tăng Trong suốt trình vận tốc bánh xe bị động tiếp tục tăng lên đạt giá trị cực đại 4,4 (rad/s) Thời gian bánh xe bị động đạt vận tốc (rad/s) 4,9s, điều cho thấy xe tăng tốc nhanh so với khơng có điều khiển Giá trị độ trƣợt tính đƣợc biểu diễn dƣới dạng đồ thị nhƣ Hình 4.37 Hình 4.37 Độ trượt có điều khiển xưởng cơng nghiệp bôi mỡ Từ kết độ trƣợt đồ thị Hình 4.37 nhận thấy: Khi điều khiển hoạt động, sau 5s tác động độ trƣợt bánh xe chủ động xác lập quanh giá trị 50% (tức sai lệch so với độ trƣợt mong muốn 20% 92 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Tổng hợp kết thí nghiệm TN1 đƣợc trình bày Bảng 4.7 Bảng 4.7: Tổng hợp kết thí nghiệm TN1 Trị số Sai lệch độ trượt thực tế so với độ trượt mong muốn (λ>30%) sau giây (%) Thời gian bánh xe bị động đạt vận tốc rad/s (s) Không điều khiển 46% 5,5 Có điều khiển 20% 4,9 56,5% 10,9% Điều khiển Mức độ cải thiện (%) Kết thí nghiệm TN2: + Khi khơng có điều khiển hệ thống Kết đo vận tốc góc bánh xe mức tải động trƣờng hợp đƣợc thể đồ thị Hình 4.38 Hình 4.39: Hình 4.38 Vận tốc góc bánh xe khơng có điều khiển đường bê tơng cứng có bùn sét 93 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật a Độ dịch chuyển bàn đạp ga quy vị b Mức dịch chuyển cần bơm cao áp trí lắp CCCH Hình 4.39 Mức ga khơng có điều khiển đường bê tơng cứng có bùn sét Khi ngƣời lái đạp ga hết mức (tại thời điểm 1045s), sau thời gian 2s (ở 1047s) bánh xe chủ động đạt đến vận tốc cực đại (rad/s) Trong bánh xe bị động (thể vận tốc chuyển động xe) đạt 1(rad/s) Điều cho thấy bánh xe chủ động có độ trƣợt lớn Độ trƣợt bánh xe chủ động đƣợc biểu diễn dƣới dạng đồ thị nhƣ Hình 4.40 Thời gian bánh xe bị động đạt vận tốc (rad/s) 4,1s lambda(x100%) 0.8 lambda thuc te 0.6 lambda mong uoc 0.4 0.2 1046 1047 1048 1049 1050 1051 thoi gian (s) 1052 1053 1054 1055 Hình 4.40 Độ trượt khơng có điều khiển đường bê tơng cứng có bùn sét Từ kết độ trƣợt đồ thị Hình 4.40 nhận thấy: Tổng thời gian có độ trƣợt lớn (  >30%) 6,8s + Khi có điều khiển hệ thống Kết đo vận tốc góc bánh xe mức tải động trƣờng hợp đƣợc thể đồ thị Hình 4.41 Hình 4.42: 94 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Hình 4.41 Vận tốc góc bánh xe có điều khiển đường bê tơng cứng có bùn sét a Độ dịch chuyển bàn đạp ga quy vị b Mức dịch chuyển cần bơm cao áp trí lắp CCCH Hình 4.42 Mức ga có điều khiển đường bê tơng cứng có bùn sét Khi ngƣời lái đạp ga hết mức (từ thời điểm 90s đến 99s), sau thời gian 1,5s (ở giây thứ 91,5s) bánh xe chủ động đạt đến vận tốc cực đại 9,5 (rad/s) Trong bánh xe bị động (thể vận tốc chuyển động xe) đạt 1,9 (rad/s) Điều cho thấy bánh xe chủ động có độ trƣợt lớn Khi điều khiển hoạt động làm giảm mức dịch chuyển cần bơm cao áp (mức tải động cơ) làm vận tốc bánh xe chủ động giảm xuống tới giá trị nhỏ (rad/s) giây thứ 94s Đến điều khiển điều khiển tăng mức tải trở lại vận tốc bánh xe chủ động tiếp tục tăng Trong suốt trình vận tốc bánh xe bị động tiếp tục tăng lên đạt giá trị cực đại (rad/s) 95 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật Thời gian bánh xe bị động đạt vận tốc (rad/s) 2,4s, điều cho thấy xe tăng tốc nhanh so với khơng có điều khiển Giá trị độ trƣợt tính đƣợc biểu diễn dƣới dạng đồ thị nhƣ Hình 4.43 lambda(x100%) 0.8 lambda thuc te 0.6 lambda mong uoc 0.4 0.2 91 92 93 94 95 thoi gian (s) 96 97 98 99 Hình 4.43 Độ trượt có điều khiển đường bê tơng cứng có bùn sét Từ kết độ trƣợt đồ thị Hình 4.43 nhận thấy: Tổng thời gian có độ trƣợt lớn (  >30%) 3,6s Tổng hợp kết thí nghiệm TN2 đƣợc trình bày Bảng 4.8 Bảng 4.8: Tổng hợp kết thí nghiệm TN2 Trị số Tổng thời gian có Thời gian bánh xe bị Điều khiển độ trượt (λ>30%) (s) động đạt vận tốc rad/s (s) Không điều khiển 6,8 4,1 Có điều khiển 3,6 2,4 47,1% 41,5% Mức độ cải thiện (%) Từ kết thí nghiệm thí nghiệm đƣợc thể Bảng 4.7 Bảng 4.8 cho thấy có tác động điều khiển thực hiện: - Giảm đƣợc độ trƣợt bánh xe chủ động giảm tổng thời gian có độ trƣợt lớn - Giảm đƣợc thời gian bánh xe bị động (tƣơng ứng với vận tốc xe) tăng tốc từ đến rad/s Độ trƣợt bánh xe chủ động giảm thời gian tăng tốc nhanh làm tăng khả khởi hành ô tô loại đƣờng xấu trơn trƣợt Điều cho thấy hiệu điều khiển 96 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật 4.3 Kết luận chƣơng Trong chƣơng này, luận án tiến hành lắp đặt cảm biến vận tốc góc bánh xe; thiết kế, chế tạo lắp đặt cụm cấu chấp hành điều khiển mức tải động Thực thiết kế, chế tạo điều khiển điện tử nhằm hạn chế tƣợng trƣợt quay bánh xe chủ động Luận án sử dụng thiết bị đo để phục vụ đo thông số thực nghiệm phù hợp với điều kiện thực tế luận án Qua trình thực nghiệm, luận án tiến hành lắp đặt điều khiển cấu chấp hành chế tạo lên xe Luận án thực đo hành trình dịch chuyển dây ga vận tốc góc bánh xe khơng có điều khiển có điều khiển nhằm đánh giá hoạt động cấu chấp hành nhƣ hệ thống Các kết thực nghiệm cho thấy hệ thống hạn chế trƣợt quay bánh xe chủ động mà luận án nghiên cứu chế tạo có khả giảm tổng thời gian có độ trƣợt lớn  >30% bánh xe chủ động giảm đƣợc thời gian bánh xe bị động (tƣơng ứng với vận tốc xe) tăng tốc lên rad/s Kết thực nghiệm cụ thể loại đƣờng công nghiệp bôi mỡ bê tông cứng – bùn sét cho thấy điều khiển có khả giảm đƣợc (47,1÷ 56,5)% tổng thời gian có độ trƣợt lớn  >30% bánh xe chủ động giảm đƣợc thời gian bánh xe bị động (tƣơng ứng với vận tốc xe) tăng tốc lên rad/s từ (10,9÷ 41,5)% Các kết thu đƣợc từ thực nghiệm thể quy luật vật lý ô tô Các kết thực nghiệm cho thấy: điều khiển làm việc làm giảm độ trƣợt bánh xe chủ động, giảm tổng thời gian có độ trƣợt lớn giảm thời gian tăng tốc tơ qua cải thiện đƣợc khả động xe đƣờng xấu, trơn trƣợt 97 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Điều khiển hạn chế trƣợt quay cho ô tô cần thiết nhằm tăng khả di chuyển xe đƣờng xấu, trơn trƣợt Trên giới, hệ thống đƣợc lắp đặt nhiều cho phƣơng tiện lại vận chuyển hàng hóa, đặc biệt phƣơng tiện làm việc điều kiện khắc nghiệt có hệ số bám lốp mặt đƣờng thấp nhƣ vùng băng tuyết, đƣờng bùn lầy, đƣờng đá cấp phối Hệ thống góp phần nâng cao tính an tồn, khả chuyển động phát huy lực kéo bánh xe chủ động tơ góp phần tăng suất, vận tốc, tải trọng có ích, tăng tính kinh tế, giảm cƣờng độ làm việc cho ngƣời lái, giảm lƣợng nhiên liệu giảm lƣợng khí thải độc hại, độ an toàn cho ngƣời sử dụng Việc nghiên cứu, chế tạo điều khiển tiến hành lắp ráp, thử nghiệm thực tế nhằm hƣớng tới chế tạo hệ thống có khả hạn chế tƣợng trƣợt quay bánh xe lắp ô tô tải lƣu hành, góp phần đại hóa nhà máy tô phục vụ nghiên cứu đào tạo Việt Nam Hệ thống hạn chế trƣợt quay phức tạp, để nghiên cứu hồn chỉnh hệ thống địi hỏi nhiều nghiên cứu nhà khoa học với kinh phí thời gian lớn Với điều kiện nghiên cứu mình, luận án tiến hành đề xuất hệ thống điều khiển hạn chế tƣợng trƣợt quay thông qua phần giải pháp điều khiển công suất động Các kết nghiên cứu luận án kể đến sau: Nghiên cứu đề xuất đƣợc hệ thống hạn chế tƣợng trƣợt quay bánh xe chủ động cách điều chỉnh mức tải động cơ, xây dựng mơ hình mơ chuyển động thẳng ô tô với giả thiết đơn giản hóa mơ hình Luận án tiến hành thực nghiệm bơm cao áp nhằm xây dựng đặc tính cục đặc tính ngồi bơm cao áp Các đặc tính thơng số đầu vào để xây dựng đặc tính tốc độ động sử dụng đối tƣợng nghiên cứu cụ thể Luận án đề xuất đƣợc hệ thống điều khiển, lựa chọn thuật toán điều khiển PID xác định tham số điều khiển thích hợp Giá trị tham số điều khiển PID ô tô nghiên cứu đƣợc trình bày chƣơng Luận án tiến hành mô hệ thống điều khiển giảm công suất động ô tô đƣờng trơn trƣợt nhằm hạn chế tƣợng trƣợt quay bánh xe chủ động, kết mô cho phép nhận xét hiệu điều khiển hệ thống Luận án tiến hành chế tạo thử nghiệm mẫu cấu chấp hành điều khiển ban đầu Trong trình thực nghiệm, luận án tiến hành thực nghiệm loại đƣờng cụ thể: công nghiệp bôi mỡ bê tông cứng – bùn sét Luận án chƣa có điều kiện tiến hành nhiều thực nghiệm điều kiện chuyển động khác nhau, nhiên kết thu đƣợc từ thực nghiệm cụ thể cho thấy điều khiển làm việc, làm giảm đƣợc tổng thời gian bánh xe chủ động có độ trƣợt lớn  >30% bánh xe chủ động giảm thời gian tăng tốc ô tơ từ nâng cao khả tăng tốc ô tô Các giá trị hiệu 98 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật điều khiển thực nghiệm cụ thể loại đƣờng công nghiệp bôi mỡ bê tông cứng – bùn sét đƣợc trình bày kết luận chƣơng Các kết bƣớc đầu luận án cho thấy nghiên cứu để làm chủ cơng nghệ hạn chế trƣợt quay bánh xe, mẫu cấu chấp hành điều khiển mà luận án thiết kế chế tạo sử dụng nghiên cứu nhằm làm chủ công nghệ hạn chế trƣợt quay bánh xe ô tô Mơ hình mơ chuyển động thẳng tơ luận án thực đơn giản nhƣng tham khảo sử dụng cho nghiên cứu, phát triển hệ thống hạn chế trƣợt quay bánh xe chủ động ô tô Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo: Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hệ thống hạn chế trƣợt quay bánh xe chủ động phƣơng pháp điều khiển công suất động với nhiều điều kiện làm việc khác ô tô Thực nghiệm hiệu chỉnh tìm tham số điều khiển phù hợp với nhiều loại đƣờng khác nhau; Nghiên cứu tích hợp với mơ đun điều khiển mô men phanh làm sở tiến tới hoàn thiện hệ thống TCS; ESP…; Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy hệ thống điều khiển đồng thời nghiên cứu áp dụng mẫu xe tải khác 99 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đặng Việt Cƣơng (2008) Cơ ứng dụng kỹ thuật NXB Khoa học kỹ thuật [2] Hồ Hữu Hải (2015) Đề tài cấp nhà nước KC.03.05/11 Hà Nội [3] Hồ Hữu Hùng (2015) ”Nghiên cứu hệ thống phanh ABS khí nén” Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội [4] Lại Năng Vũ (2011) Nghiên cứu hệ thống điều khiển trình phanh ô tô Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội [5] Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên (1985) Thiết kế tính tốn tơ máy kéo NXB Đại học trung học chuyên nghiệp [6] Nguyễn Khắc Trai (1997) Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô NXB Giao thông vận tải, Hà Nội [7] Nguyễn Sĩ Đỉnh (2010) Nghiên cứu động lực học dẫn động điều khiển hệ thống phanh ô tô quân Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội [8] Nguyễn Thành Bắc (2017) Nghiên cứu chuyển đổi động diesel thành động lưỡng nhiên liệu diesel-ethanol Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội [9] Nguyễn Thị Phƣơng Hà (2005) Lý thuyết điều khiển tự động NXB ĐHQG TP HCM [10] Nguyễn Trọng Hiệp (2006) Chi tiết máy NXB giáo dục [11] Nguyễn Trọng Thuần (2000) Điều khiển logic ứng dụng NXB Khoa học Kỹ thuật [12] Nguyễn Văn Trụ (2015), Nghiên cứu điều tốc điện tử cho động diesel lai chân vịt tàu thủy Tạp chí Giao thơng vận tải,10.2015 [13] Phạm Cơng Ngơ (2006) Lý thuyết điều khiển tự động NXB Khoa học kỹ thuật [14] Phạm Minh Tuấn (2009) Lý thuyết động đốt NXB Khoa học kỹ thuật [15] Tài liệu đào tạo kỹ thuật viên Toyota (2008) TRC VSC ô tô Hãng Toyota [16] Trịnh Chất, Lê Văn Uyển (2006) Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí NXB giáo dục [17] V Văn Hƣờng, Nguyễn Tiến Dũng, Dƣơng Ngọc Khánh, Đàm Hoàng Phúc (2014) Động lực học ô tô NXB Giáo Dục Việt Nam Tiếng Anh [18] Ammon D (1997) Modellbildung und Systementwicklung in der Fahrzeugtechink, BG Teubner [19] Bendix (2005) Service Data - ABS/ATC/ESP Controllers (Advanced Models) USA [20] Davor Hrovat, Michael Fodor, Mitch McConnell (2010) Traction control system and method for a vehicle, United States Patent No US 7765050, 2010 100 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật [21] Davor Hrovat, Ralph Cunningham, Peter Lazarevski, Eric Tseng, Charles Bannon,Michael Fodor (2007) Temperature dependent trigger control for a traction control system, United States Patent No US 7266437, 2007 [22] Dong-Chul Shin (2002) Slip control method for traction control system, United States Patent No US 6334500, 2002 [23] F Yu, J.-Z Feng, J Li (2002) A fuzzy logic controller design for vehicle abs with a on-line optimized target wheel slip ratio International Journal of Automotive Technology, Vol 3, No 4, 2002, pp 165−170 [24] Georg Rill (2006) Vehicle Dynamics Regensburg, Germany [25] Giorgio Previati, Massimiliano Gobbi and Giampiero Mastinu (2006) Friction Coefficient on Snowy and Icy Surfaces of Pneumatic Tires Fitted with or without Anti-Skid Devices, SAE Technica Paper Series, 2006 [26] Hans B.Pacejka (2003) Tyre and Vehicle Dynamics Netherlands [27] Hirofumi Michioka, Toshiya Mori, (2004) Vehicle traction control system, United States Patent No US 6782962, 2004 [28] Hongtei Eric Tseng, Michael Fodor, Davor Hrovat (2009) Adaptive traction control system, United States Patent No US 7529611, 2009 [29] Huiyi Wang (2004) Hardware-in-the-loop Simulation for Traction Control and the Debugs of its Electric Control Unit, SAE International 2004 [30] Ivan Dunđerski (2014), Managing Vehicle Acceleration Properties by Programming Functions for Engine Torque Control, Journal of Mechanical Engineering, 2014 [31] Jaewon Nah, Kyongsu Yi, Wongun Kim Yeogiel Yoon (2013) Torque Distribution Algorithm of Six-Wheeled Skid Steered Vehicles for On-Road and OffRoad Maneuverability, SAE International, 2013 [32] Jan Erik Stellet, Martin Giessler, Frank Gauterin, Fernando Puente León (2012) Model -Based Traction Control For Electric Vehicles, Karlsruhe Institute of Technology (KIT), 2013 [33] Kanghyun Nam, Yoichi Hori ,Choonyoung Lee (2015) Wheel Slip Control for Improving Traction-Ability and Energy Efficiency of a Personal Electric Vehicle, Open Access Energies journals, 2015 [34] Kazushi Hosomi, Akira Nagae, Shinsuke Yamamoto,Yosuke Takahira and Masamichi Koizumi (2000), Development of Active-Traction Control System, Toyota Motor Corp, 2000 [35] Kenneth J Potter, Dean A Celini, Daniel S Denton (2003) Torque management based traction control system, United States Patent No US 6615126, 2003 [36] Manjita Srivastava, MC Srivastava, Smriti Bhatnagar (2009) Control system Tata McGraw Hill Publishing Company Ltd 101 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật [37] Martin Murtagh, Robert Kee (2013) Development and Validation of a Forklift Truck Powertrain Simulation, SAE International 5/2013 [38] Meritor WABCO (2011) Anti-lock Braking System (ABS) for Trucks, Tractors and Buses USA [39] Michael Blundell, Damian Harty (2004) Multibody Systems Approach to Vehicle Dynamics Elsevier [40] Michael Fodor, Mitchell McConnell, Davor Hrovat (2009) Method for suppressing driveline shudder in a vehicle with a traction control system, United States Patent No US 7577510, 2009 [41] Nathan Ewin (2011), Traction Control for an Electric Vehicle, Balliol College, 2011 [42] Michael H.Quinn Paul H Quinn (1989) Traction control system, United States Patent No US 4852949, 1989 [43] Vehicle Dynamics, Elsevier’s Science anh Technology Right Department, Oxford [44] Paul Antony Fawkes, Simon Michael Dunning, (2004) Traction control system, United States Patent No US 6755488, 2004 [45] Rajesh Rajamani (2012) Vehicle Dynamics and Control, Springer New York [46] Renpei Matsumoto (1990) Vehicle traction control system for preventing vehicle turnover on curves and turns, Japan [47] Reza N.Jazar (2008) Vehicle Dynamics Springer [48] Sohel Anwar (2003) Brake-Based Vehicle Traction Control via Generalized Predictive Algorithm SAE International, 2003-01-0323 [49] Tetsuhiro Yamashita (1996) Traction control system for vehicle, United States Patent No US 5555499, 1996 [50] Tetsuhiro Yamashita (1997) Traction control system for vehicles,United States Patent No US 5609218, 1996 [51] Tetsuhiro Yamashita, Kazuaki Nada,Hideharu Sato, Koji Hirai (2000) Traction control system for vehicles, United States Patent No US 6141618, 2000 [52] Thomas Sauter, Helmut Wandel, (2005) Traction control system including individual slip threshold reduction of the drive wheel on the outside of the curve, United States Patent No US 6866349, 2005 [53] Tomohiro Fukumura, Hitoshi Ono (1998) Traction control system for automotive vehicles , United States Patent No US 5765657, 1998 [54] Toru Ikeda, Fumiaki Honjyo, Shuji Shiraishi,Osamu Yano (1998) Traction control system for vehicle, United States Patent No US 5737713, 1998 [55] Wabco (2011) Anti-Lock Braking System (ABS) and Anti Slip Regulation (ASR) 2nd edition, USA 102 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN [1]Trần Văn Thoan, Hồ Hữu Hải, Đàm Hồng Phúc, Dƣơng Ngọc Khánh (2017) Mơ hình mơ chuyển động ô tô tải đường thẳng có hệ số bám khác Tạp chí Giao thơng vận tải số tháng 7/2017, trang 79-81 [2] Trần Văn Thoan, Hồ Hữu Hải, Đàm Hoàng Phúc, Dƣơng Ngọc Khánh (2017) Khảo sát đặc tính tăng tốc tơ tải đường có hệ số bám thấp Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 9/2017, trang 57-62 [3] Trần Văn Thoan, Hồ Hữu Hải, Đàm Hoàng Phúc, Dƣơng Ngọc Khánh (2018) Nghiên cứu khả điều khiển hệ thống động lực xe tải nhằm tăng khả động xe loại đường trơn trượt khác Tạp chí Giao thơng vận tải số tháng 3/2018, trang 77-79 [4] Trần Văn Thoan, Hồ Hữu Hải, Đàm Hoàng Phúc, Dƣơng Ngọc Khánh (2018) Thực nghiệm đánh giá hiệu hệ thống điều khiển công suất động nhằm chống trượt quay bánh xe loại đường trơn trượt khác Tạp chí Giao thơng vận tải số tháng 9/2018, trang 102-105 103 Luận án tiến sĩ Kĩ thuật