Nghiên ứu hệ thống trợ lái dùng động ơ nam hâm vĩnh ửu ự hìm ho ô tô điện

` BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -TRẦN QUANG THỦY NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TRỢ LÁI DÙNG ĐỘNG CƠ NAM CHÂM VĨNH CỬU CỰC CHÌM CHO Ô TÔ ĐIỆN Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN – TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TẠ CAO MINH Hà Nội – Năm 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205300831000000 ` LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu hệ thống trợ lái dùng động nam châm vĩnh cửu cực chìm cho tơ điện” tơi tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo PGS.TS Tạ Cao Minh Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày 27 tháng 03 năm 2011 Học viên thực Trần Quang Thủy ` MỤC LỤC Trang TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN T 13 T 13 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT i T 13 T 13 DANH MỤC CÁC BẢNG ii T 13 T 13 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ iii T 13 T 13 MỞ ĐẦU v T 13 T 13 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ ĐIỆN (ELECTRIC VEHICLE – EV) T 13 1.1 T 13 T 13 Lịch sử phát triển ô tô điện (EV) T 13 T 13 1.1.1 T 13 T 13 1.1.2 T 13 T 13 1.1.3 T 13 T 13 1.2 T 13 T 13 Giới thiệu chung T 13 T 13 Các dạng ô tô điện sử dụng ngày T 13 T 13 Xu hướng tương lai T 13 T 13 Hệ thống lái ô tô (Steering System) T 13 T 13 1.2.1 Giới thiệu hệ thống lái T 13 T 13 1.2.2 Chức hệ thống lái T 13 T 13 1.2.3 Kết cấu hệ thống lái T 13 T 13 1.2.4 Lực momen tác động lên hệ thống lái 13 T 13 T 13 1.3 T 13 T 13 Tổng quan hệ thống trợ lái (Power Steering System) 15 T 13 T 13 1.3.1 T 13 T 13 1.3.2 T 13 T 13 Hệ thống trợ lái thủy lực HPS (Hydraulic Power Steering Systems) 16 T 13 T 13 Hệ thống trợ lái điện EPS (Electric Power Steering Systems) 18 T 13 T 13 CHƯƠNG HỆ THỐNG TRỢ LÁI ĐIỆN EPS (ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM) 21 T 13 2.1 Giới thiệu chung 21 T 13 T 13 2.2 Phân loại hệ thống EPS 22 T 13 T 13 2.2.1 Hệ thống trợ lái kiểu trụ 23 T 13 T 13 2.2.2 Hệ thống trợ lái kiểu bánh 23 T 13 T 13 2.2.3 Hệ thống trợ lái kiểu 24 T 13 T 13 2.3 Nguyên lý hoạt động chức EPS 25 T 13 T 13 ` 2.3.1 Nguyên lý hoạt động 25 T 13 T 13 2.3.2 Chức hệ thống trợ lái điện 28 T 13 T 13 2.4 Cấu trúc chung hệ thống trợ lái điện EPS 28 T 13 T 13 2.4.1 Cảm biến momen (cảm biến độ xoắn) 28 T 13 T 13 2.4.2 Động trợ lái 32 T 13 T 13 2.4.3 Khối điều khiển (Electronic Control Unit – ECU) 39 T 13 T 13 2.5 Ưu nhược điểm hệ thống trợ lái điện EPS 41 T 13 T 13 CHƯƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG 43 T 13 3.1 Xây dựng mơ hình hệ thống lái trợ lái 43 T 13 T 13 3.1.1 Quan hệ vô lăng trục lái 44 T 13 T 13 3.1.2 Thành phần mô men dọc trục lái 44 T 13 T 13 3.1.3 Động trợ lái 44 T 13 T 13 3.1.4 Kết cấu bánh - 45 T 13 T 13 3.2 Xây dựng mơ hình động học xe 48 T 13 T 13 3.3 Ước lượng nhiễu tác động lên dẫn hướng 52 T 13 T 13 3.3.1 Ước lượng nhiễu lực dọc trục sinh 52 T 13 T 13 3.3.2 Ước lượng nhiễu lực bên sinh 54 T 13 T 13 3.3 Mô MATLAB/SIMULINK 55 T 13 T 13 3.3.1 Sơ đồ chung hệ thống điều khiển 55 T 13 T 13 3.3.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển MATLAB/SIMULINK 57 T 13 T 13 3.3.3 Kết mô 58 T 13 T 13 CHƯƠNG CẢI THIỆN CẢM GIÁC LÁI CỦA HỆ THỐNG TRỢ LÁI BẰNG ĐIỀU CHỈNH ĐƯỜNG CONG TRỢ LÁI 66 T 13 4.1 Tổng quát 66 T 13 T 13 4.2 Các thông số đặc trưng cho cảm giác lái 67 T 13 T 13 4.2.1 Quan hệ gia tốc bên momen đặt 68 T 13 T 13 4.2.2 Quan hệ góc lái đặt momen lái 69 T 13 T 13 4.3 Điều chỉnh đường cong trợ lái 70 T 13 T 13 KẾT LUẬN 81 T 13 T 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 T 13 T 13 ` PHỤ LỤC 85 T 13 T 13 ` DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT EV Electric Vehicle Ơ tơ điện HPS Hydraulic Power Steering Trợ lái thủy lực EHPS Electro-Hydraulic Power Steering Trợ lái điện – thủy lực EPS Electric Power Steering Trợ lái điện ECU Electronic Control Unit Khối điều khiển BLDCM Brushless Direct Current Motor Động chiều không chổi than DCM Direct Current Motor Động chiều IM Induction Motor Động không đồng IPM Interior Permanent Magnet Động đồng NCVC cực chìm SRM Switch Reluctance Motor Động từ trở 4WS Four Wheel Steering Hệ thống lái bánh NCVC Nam châm vĩnh cửu i ` DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 So sánh đặc điểm số loại động 34 T 13 T 13 Bảng P.1 Tham số động dùng mô 85 T 13 T 13 Bảng P.2 Tham số xe dùng mô 85 T 13 T 13 Bảng P.3 Tham số hệ thống lái dùng mô 85 T 13 T 13 Bảng P.4 Bảng tra dịng điện đặt vào động [A] theo mơ men lái [Nm] vận tốc T 13 xe [km/h] 86 T 13 ii ` DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Chiếc xe taxi điện New York năm 1901[16] T 13 T 13 Hinh 1.2 So sánh lượng xăng (dầu) pin chì-axit[16] T 13 T 13 Hình 1.3 Tác động quay bánh cấu 4WS[13] T 13 T 13 Hình 1.4 Bánh xe hệ thống lái hai bánh trước rẽ[9] T 13 T 13 Hình 1.5 Cách bố trí hệ thống lái ô tô T 13 T 13 Hình 1.6 Các kết cấu hệ dẫn hướng[9] 10 T 13 T 13 Hình 1.7 Liên kết truyền tác động lái phụ thuộc 11 T 13 T 13 Hình 1.8 Liên kết truyền tác động lái độc lập 11 T 13 T 13 Hình 1.9 Cơ cấu dẫn động lái Davis 12 T 13 T 13 Hình 1.10 Cơ cấu dẫn động lái Ackermann 13 T 13 T 13 Hình 1.11 Các lực mô men tác dụng lên lốp[9] 15 T 13 T 13 Hình 1.12 Hệ thống trợ lái thủy lực HPS[10] 17 T 13 T 13 Hình 1.13 Hệ thống trợ lái điện EPS xe Toyota Prius[12] 19 T 13 T 13 Hình 2.1 Sự phát triển EPS[31] 22 T 13 T 13 Hình 2.2 Hệ thống trợ lái kiểu trụ[8] 23 T 13 T 13 Hình 2.3 Hệ thống trợ lái kiểu bánh răng[8] 24 T 13 T 13 Hình 2.4 Hệ thống trợ lái kiểu răng[8] 24 T 13 T 13 Hình 2.5 Cấu hình hệ thống trợ lái điện đơn giản[17] 25 T 13 T 13 Hình 2.6 Đồ thị quan hệ vận tốc xe, mơ men lái dịng điện đặt vào động cơ[31] 27 T 13 T 13 Hình 2.7 Một số loại cảm biến độ xoắn[2] 31 T 13 T 13 Hình 2.8 Cảm biến độ xoắn dựa tượng cảm ứng điện từ Delphi[2] 32 T 13 T 13 Hình 2.9 Cấu trúc điều khiển mạch vòng dòng điện cho động IPM 38 T 13 T 13 Hình 2.10 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống EPS[19] 40 T 13 T 13 Hình 3.1 Mơ hình động học hệ thống trợ lái[18] 44 T 13 T 13 Hình 3.2 Mơ hình tương đương hai bánh xe ô tô[9] 48 T 13 T 13 Hình 3.3 Góc trượt bánh trước[26] 50 T 13 T 13 iii ` Hình 3.4 Lực dọc trục mô men hãm bánh trước 52 T 13 T 13 Hình 3.5 Phân bố lực mô men hai bánh trước[28] 53 T 13 T 13 Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống điều khiển 56 T 13 T 13 Hình 3.7 Một phần đường cong trợ lái 57 T 13 T 13 Hình 3.8 Sơ đồ hệ thống điều khiển 57 T 13 T 13 Hình 3.9 Sơ đồ khối điều khiển động IPM (IPM Controller) 58 T 13 T 13 Hình 3.10 Bộ điều khiển dòng (Current Controller) 58 T 13 T 13 Hình 3.11 Momen trợ lái động 59 T 13 T 13 Hình 3.12 Momen tạo cảm giác lái 60 T 13 T 13 Hình 3.13 Góc lái đặt 61 T 13 T 13 Hình 3.14 Gia tốc bên 62 T 13 T 13 Hình 3.15 Độ lắc 63 T 13 T 13 Hình 3.16 Quan hệ góc lái đặt momen đặt 64 T 13 T 13 Hình 3.16 Quan hệ gia tốc bên momen đặt 65 T 13 T 13 Hình 4.1 Mối quan hệ gia tốc bên momen đặt 68 T 13 T 13 Hình 4.2 Mối quan hệ góc lái đặt momen lái 69 T 13 T 13 Hình 4.3 Thay đổi dạng momen trợ lái động 70 T 13 T 13 Hình 4.4 Sơ đồ khối mô thay đổi đường cong trợ lái 71 T 13 T 13 Hình 4.5 Quan hệ gia tốc bên momen lái T d 72 T 13 R R T 13 Hình 4.6 Quan hệ góc lái đặt momen lái 73 T 13 T 13 Hình 4.7 Momen trợ lái động 74 T 13 T 13 Hình 4.8 Momen tạo cảm giác lái T c 74 T 13 R R T 13 Hình 4.9 Quan hệ gia tốc bên momen lái 75 T 13 T 13 Hình 4.10 Quan hệ góc lái đặt momen lái 76 T 13 T 13 Hình 4.11 Momen trợ lái động 77 T 13 T 13 Hình 4.12 Quan hệ gia tốc bên momen lái 78 T 13 T 13 Hình 4.13 Quan hệ góc lái đặt momen lái 79 T 13 T 13 Hình 4.14 Momen trợ lái động 80 T 13 T 13 iv ` MỞ ĐẦU Từ xuất hiện, ô tô trở thành phương tiện ưa thích người tồn giới tính tiện lợi, an toàn, thoải mái Với phát triển khoa học kỹ thuật, ngành công nghiệp sản xuất ô tơ phát triển mạnh mẽ để đáp ứng đòi hỏi khắt khe chất lượng người sử dụng Hiện nay, khủng hoảng lượng dầu mỏ đồng thời vấn đề ô nhiễm môi trường trở nên cấp bách mở hướng cho ngành công nghiệp ô tô với việc phát triển sản phẩm ô tô điện Trong cấu trúc tơ nói chung tơ điện nói riêng, hệ thống lái thành phần quan trọng xe, thông qua cấu này, người lái điều khiển xe chạy theo quỹ đạo mong muốn Vì thế, tính an tồn, thoải mái điều khiển dễ dàng mục tiêu chung việc phát triển hệ thống lái ngành công nghiệp sản xuất ô tô Từ hệ thống lái khí thơ sơ ban đầu thay hệ thống lái trợ lái thủy lực tương lai gần hệ thống trợ lái điện Hệ thống trợ lái điện giai đoạn đầu phát triển kết hợp với điều kiện nước việc thiết kế, chế tạo ô tô điện trọng việc đưa vào đề tài nghiên cứu cấp nhà nước định hướng PGS.TS Tạ Cao Minh – người có nhiều phát minh sáng chế hệ thống trợ lái điện lý để chọn đề tài nghiên cứu hệ thống trợ lái điện luận văn Mục đích luận văn nghiên cứu hệ thống trợ lái điện sử dụng động trợ lái động đồng NCVC cực chìm trọng vào việc nâng cao chất lượng cảm giác lái hệ thống Để thực điều đó, luận văn tơi đưa thuật tốn nhằm thay đổi đường cong trợ lái (được hãng sản xuất ô tô nghiên cứu sử dụng để tạo dòng điều khiển động trợ lái) Phương pháp nghiên cứu tìm hiểu hướng phát triển hệ thống trợ lái điện giới dựa vào báo viết đồng thời đưa đánh giá thân để xác định hướng phát triển Từ xây dựng mơ hình mơ v