Luận văn Nghiên cứu ứng dụng các hệ thống kỹ thuật cơ điện tử trong ô tô và đề xuất giải pháp mô hình cho bài toán cân bằng trên xe du lịch

94 1.1K 1
Luận văn Nghiên cứu ứng dụng các hệ thống kỹ thuật cơ điện tử trong ô tô và đề xuất giải pháp mô hình cho bài toán cân bằng trên xe du lịch

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HỒ VĂN ĐÀM NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC HỆ THỐNG KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ TRONG ÔTÔ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP MƠ HÌNH CHO BÀI TỐN CÂN BẰNG TRÊN XE DU LỊCH Chuyên ngành: Sư phạm kỹ thuật LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TẠ DUY LIÊM HÀ NỘI LỜI CAM ĐOAN Bản luận văn nghiên cứu thực hướng dẫn PGS.TS Tạ Duy Liêm Tơi xin cam đoan mà tơi viết luận văn tìm hiểu nghiên cứu thân Mọi kết nghiên cứu ý tưởng tác giả khác có trích dẫn đầy đủ Luận văn chưa bảo vệ hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ toàn quốc nước chưa công bố phương tiện thơng tin Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm mà tơi cam đoan Tác giả Hồ Văn Đàm LỜI CẢM ƠN Bản luận văn thực Khoa Cơ Khí Khoa Sư phạm kỹ thuật - trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Tạ Duy Liêm hướng dẫn, động viên bảo tận tình suốt trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, thầy cô giáo trường Cao đẳng nghề kỹ thuật công nghiệp Việt Nam - Hàn Quốc, tạo điều kiện thời gian để thực luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân đồng nghiệp quan tâm giúp đỡ, ủng hộ tinh thần lẫn vật chất Tác giả Hồ Văn Đàm M ỤC L ỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN CƠ ĐIỆN TỬ 1.1 Cơ sở kỷ thuật chuyên ngành điện tử 1.1.1 Vai trị cơng nghệ tích hợp sản suất hàng hoá 10 13 13 13 công nghệ cao thời kỳ kinh tế trí thức 1.1.2 Mục tiêu, phương hướng nghiên cứu phát triển điện tử Việt Nam năm tới 1.1.3 Xu hướng phát triển điện tử giới 1.1.4 Cơ điện tử 1.1.5 Lịch sử phát triển 1.2 Cơ điện tử khoa học hệ thống 1.2.1 Ví dụ hệ thống điện tử 1.2.2 Các thành phần hệ thống điện tử 1.2.2.1 Hệ thống cảm biến 1.2.2.2 Cơ cấu chấp hành 1.2.2.3 Hệ thống xử lý thông tin 1.2.2.4 Hệ thống khí biến đổi lượng 1.2.2.5 Các hệ thống khác 1.2.3 Cấu trúc chung hệ thống điện tử 1.3 Những khả ứng dụng điện tử cơng nghệ cao nói chung cơng nghệ ơtơ đại nói riêng 1.3.1 Những khả ứng dụng điện tử công nghệ cao 1.3.2 Những khả ứng dụng điện tử công nghệ ôtô đại Chương NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ỨNG 16 18 20 24 27 27 27 28 29 30 31 32 32 34 34 38 41 DỤNG TRONG KỸ THUẬT ÔTÔ Cơ điện tử Ơtơ 2.1.1 Xu hướng tích hợp cơng nghệ điện tử Ơtơ 2.1.2 Các thành phần điện tử Ơtơ 2.1.3 Hệ thống trợ giúp 2.1.3.1 Hệ thống tự động cân ESP 2.1.3.2 Hệ thống chống bó cứng phanh ABS 2.2 Dao động cân dao động 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Các thiết bị giảm chấn xe Ơtơ 2.2.2.1 Nhíp xe 2.2.2.2 Giảm xóc lò xo 2.2.2.3 Giảm xóc khí - thủy lực 2.3 Hệ thống giảm xóc đại Chương THIẾT LẬP CÁC MƠ HÌNH HỆ THỐNG CHO BÀI TOÁN DAO ĐỘNG VÀ CÂN BẰNG DAO ĐỘNG TRÊN ƠTƠ 3.1 Mơ hình hệ thống giảm xóc xe ôtô 41 41 49 51 51 52 60 60 61 61 61 62 63 67 67 3.1.1.Mơ hình giao động ôtô 3.1.2 Mơ hình bốn bánh 3.1.3 Mơ hình nửa Ơtơ 3.1.4 Mơ hình phần tư ơtơ 3.2 Hệ thống giảm xóc tự động 3.3 Hệ thống giảm xóc bán chủ động 3.3.1 Các phương pháp điều khiển 3.3.2 Điều khiển Skyhook 3.3.3 Điều khiển Groundhook 3.4 Mô hình tốn học hệ thống giảm xóc bị động 3.4.1 Hệ thống giảm xóc bị động 3.4.2 Dao động hệ thống với kích động điều hồ 3.5 Mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc bán chủ động 3.5.1 Mơ hình thống giảm xóc bán chủ động 3.5.2 Hệ thống Skyhook 3.5.3 Hệ thống Groundhook Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIẢM XÓC BÁN CHỦ ĐỘNG 4.1 Thành phần hệ thống giảm xóc bán chủ động 4.1.1 Cảm biến 4.1.2 Giảm chấn biến đổi 4.1.2.1 Giảm chấn van thay đổi 4.1.2.2 Giảm chấn từ biến 4.2 Cấu trúc hoạt động hệ thống giảm xóc bán chủ động 4.2.1 Cấu trúc hệ thống 4.2.2 Hoạt động hệ thống KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 69 70 71 71 73 73 75 77 78 78 79 82 82 83 86 90 90 90 91 92 92 95 94 96 97 100 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh ABC Automatic Body Control ABS Anti - block Brake System AFL Adaptive Forward Light ASR Anti - Spin Regulation Tiếng Việt Hệ thống tự động điều chỉnh ổn định tồn xe Hệ thống phanh chống bó cứng Thay đổi độ rộng góc quét dải sáng theo hướng xe chạy Hệ thống kiểm soát độ bám đường CAE Computer Aided Engineering Gia công trợ giúp máy tính CAN Controller Area Network Computer Intergrated Hệ truyền liệu điện tử Hệ thống gia công điều khiển Manufacturing mạng vi tính kết nối CIM DGPS ESP FMS Micro MEMS NEMS TCS VDC Differential Global Possitioning Systems Electronic Stability Program Hệ thống định vị toàn cầu sai phân Chương trình quản lý độ ổn định điện tử Flexible Manufacturing System Hệ thống tự động linh hoạt Micro Electro Mechatronic System Nano Electronics Mechatronics System Traction Control System Hệ vi điện tử Hệ thống siêu vi điện tử Hệ thống điều khiển khả bám đường Vehicle Dynamic Control Hệ thống điều khiển động lực ơtơ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1 Các tiêu chí hình thái sản xuất – Đặc trưng kinh tế tri thức Hình 1.2 Cơ điện tử, khoa học nhiều ngành nghiên cứu Hình 1.3 Lịch sử phát triển hệ thống kỹ thuật từ khí túy đến hệ điện - tử ngày Hình 1.4 Sơ đồ thành phần hệ thống điện tử Hình 1.5 Mơ hình cảm biến (Sensor) Hình 1.6 Mơ hình cấu chấp hành (Actuator) Hình 1.7 Cụm cấu chấp hành Hình 1.8 Sơ đồ khối vi điều khiển Hình 1.9 Sơ đồ khối vi xử lý Hình 1.10 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điện tử Hình 1.11 Cơ điện tử điều khiển chạy dao máy công cụ CNC Hình 1.12 Robot HRP-3 Promet Mk-II giống y người Hình 1.13 Mẫu robot “Asendro” hệ robot bảo vệ Hình 2.1 Sử dụng Rada đo khoảng cách vận tốc để tự động điều chỉnh khoảng cách xe ôtô Hình 2.2 Thiết kế hệ thống ơtơ tự hành với cảm biến cấu chấp 16 24 26 28 28 29 29 30 31 33 35 36 37 45 47 hành Hình 2.3 Các khu vực ứng dụng hệ thống điện tử xe ôtô Hình 2.4 % đóng góp giá thành điện tử ơtơ Hình 2.5 Sự phát triển hệ thống an toàn điện tử ơtơ khuynh hướng Hình 2.6 Hệ thống tự động cân ơtơ (ESP) Hình 2.7 Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) Hình 2.8 Sơ đồ khối hệ thống điều tiết Distronic Hình 2.9 Đặc tuyến áp lực phanh theo thời gian với hệ thống trợ giúp thuỷ lực Hình 2.10 Các phương án phanh thuỷ lực ABS Hình 2.11 Hệ thống phanh điện tử "Elektromechanische Bremse" Hình 2.12 Bộ cảm biến số vòng quay bánh xe với hiệu ứng cảm ứng điện từ Hình 2.13 Nhíp xe ơtơ Hình 2.14 Gảm xóc kết hợp với xi lanh dầu Hình 2.15 Giảm xóc khí nén - thủy lực Hình 2.16 Hệ thống treo khí nén Airmatic Mecerdes Hình 3.1 Xe ơtơ du lịch với hệ thống giảm xóc trước sau Hình 3.2 Hệ thống giảm xóc bánh Hình 3.3 Xe ôtô du lịch với nhiều phận chi tiết Hình 3.4 Mơ hình bốn bánh hệ thống giảm xóc Hình 3.5 Mơ hình bánh với hai bánh bên (a) hai bánh đồng trục (b) Hình 3.6 Mơ hình bánh (một phần tư ơtơ) hệ thống giảm xóc Hình 3.7 Hệ thống giảm xóc LEM hãng Bose Hình 3.8 Mơ hình phần tư ơtơ Hình 3.9 Điều khiển Skyhook, ý tưởng (a) thực (b) Hình 3.10 Điều khiển Groundhook, ý tưởng (a) thực (b) Hình 3.11 Hệ thống giảm xóc bị động Hình 3.12 Hệ thống bị động với kích động điều hịa Hình 3.13 Các dao động thân xe bánh xe theo thời gian Hình 3.14 Hệ thống giảm xóc bán chủ động Hình 3.15 Dao động thân xe bánh xe hệ thống Skyhook Hình 3.16 Dao động thân xe bánh xe hệ thống Groundhook Hình 4.1 Cảm biến gia tốc TI CAS Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý giảm chấn van điều khiển Hình 4.3 Tính chất chất lỏng từ biến Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý giảm chấn MR Hình 4.5 Giảm chấn Delphi MagneRide hãng Delphi Hình 4.6 Các thành phần hệ thống giảm xóc bán chủ động Hình 4.7 Sơ đồ hệ thống giảm xóc bán chủ động 48 48 49 51 53 55 56 57 58 59 61 62 63 64 67 68 68 69 70 71 72 74 74 77 78 80 82 82 86 88 91 92 93 94 95 95 96 LỜI MỞ ĐẦU Cơ điện tử mở phương pháp ứng dụng kỹ thuật thực bao trùm lên diện mạo giới đại Cơ điện tử thực chất công nghệ tích hợp hữu nhiều cơng nghệ truyền thống khác thể thống nhất, sản phẩm điện tử trước hết phải bắt nguồn từ thiết kế tối ưu mà cấu trúc nguyên lý hoạt động quan niệm thể sống Các phận cấu thành modul khí, điện điện tử, khí nén thuỷ lực phần tử điều khiển (Sensor: cảm biến đo lường, actuator: điều khiển điều chỉnh), phần mềm tin học đơn vị sản phẩm phải xương thịt nhau, bắp trí tuệ có ảnh hưởng lẫn tạo nên thể thống hữu Từ nhu cầu phát triển sản phẩm cần cơng nghệ tích hợp liên ngành khí điện, điện tử, cơng nghệ thơng tin điều khiển hệ thống Những hệ thống chuyển từ hệ điện với phần điện khí riêng rẽ sang hệ điện tích hợp với cảm biến, cấu chấp hành, mạch điện tử số micro Sự tích hợp tạo nên cơng nghệ mới, có chuyển biến chất tư công nghiệp mà trọng tâm tư công nghệ tạo nên đổi xúc tiến phương pháp giải vấn đề kỹ thuật tổng hợp Công nghệ tạo nhiều sản phẩm cung cấp giải pháp tăng hiệu tính thiết bị cơng nghiệp, dân dụng Từ đến nay, điện tử phát triển không ngừng, kỹ thuật vi xử lý đời làm cho điện tử có vai trị quan trọng khoa học công nghệ Sản phẩm điện tử ngày tích hợp nhiều cơng nghệ cao hơn, mức độ thơng minh ngày mạnh kích thước ngày rút gọn Trong tương lai, phát triển hệ điện tử thúc đẩy phát triển lĩnh vực có liên quan Những tiến lĩnh vực truyền thống tạo động lực cho phát triển hệ điện tử thông qua việc cung cấp "công nghệ khả thi" Chẳng hạn, việc phát minh vi xử lý có ảnh hưởng sâu rộng đến q trình tái thiết kế hệ khí q trình thiết kế hệ điện tử Chúng ta nên hy vọng vào tiến không ngừng vi xử lý vi điều khiển, phát triển cảm biến cấu chấp hành dựa việc ứng dụng tiến hệ thống vi điện tử MEMS "Micro Electronics Mechanics System" hệ thống siêu vi điện tử NEMS "Nano Electronics Mechatronics System", phương pháp điều khiển thích nghi phương pháp lập trình tốc độ xử lý máy tính, cơng nghệ mạng cơng nghệ khơng dây, kỹ thuật gia công trợ giúp máy tính CAE (Computer Aided Engineering) dùng cho việc lập mơ hình hệ thống tiên tiến, tạo mẫu ảo thử nghiệm Sự phát triển nhanh chóng ngành giúp tăng tốc độ phát triển sản phẩm thông minh Mạng Intermet công cụ ứng dụng kết hợp với công nghệ không dây có khả tạo sản phẩm điện tử Khi phát triển thiết bị tự động cung cấp cho ví dụ sinh động phát triển Cơ điện tử, có hàng loạt ví dụ hệ thống thông minh tất lĩnh vực đời sống xã hội, bao gồm thiết bị gia dụng thông minh, lĩnh vực "thiết bị thân thiện với người" (thuật ngữ H.Kobayashi(Guest Editoria), IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol.2No.4,1997,P.217 đưa ra) hy vọng vào những tiến lĩnh vực điện tử đem lại lợi ích cho lĩnh vực khác rõ rệt, chế tạo máy, vũ trụ, công nghệ sản xuất ôtô Tương lai Cơ điện tử ngày mở rộng 10 Trong luận văn nêu phần ứng dụng điện tử ngành khí ơtơ Ơtơ đời từ trăm năm ngày trở đáp ứng tốt nhu cầu người Với nhiều phận, có đóng góp khí, điện, điện tử, điều khiển, cơng nghệ thơng tin, vật liệu mới, Ơtơ đại sản phẩm kết hợp nhiều ngành khoa học kỹ thuật Sẽ khó khăn cho việc thiết kế tách riêng hệ thống ôtô thành lĩnh vực khoa học kỹ thuật riêng biệt khác Giải pháp cho vấn đề đó, điện tử đời đóng vai trị khoa học hệ thống có khả kết nối ngành khoa học kỹ thuật, ngày đóng góp phần lớn vào ngành cơng nghiệp nói chung cơng nghiệp ơtơ nói riêng Bài tốn cân ơtơ mà trọng tâm hệ thống giảm xóc vấn đề quan trọng thiết kế ôtô Với lịch sử phát triển lâu dài với nhiều cải tiến đáng kể, hệ thống giảm xóc thơng thường đáp ứng tốt hai yêu cầu tốn cân bằng, thoải mái an toàn mâu thuẫn hai tiêu dường giới hạn khó vượt qua yếu tố điều khiển tự động áp dụng vào hệ thống giảm xóc Một hệ giảm xóc tự động đời kết vận dụng điện tử vào tốn cân dao động Bằng phương pháp mơ hình hóa mơ phỏng, tơi bước đầu nghiên cứu ứng dụng điện tử để giải tốn cân xe ơtơ du lịch Bên cạnh tiếp cận với phương pháp điều khiển hệ thống giảm xóc Groundhook Skyhook dựa phương pháp mơ hình hóa mơ Chương TỔNG QUAN CƠ ĐIỆN TỬ 1.1 Cơ sở kỷ thuật chuyên ngành điện tử 80 Do đó:  y1  y  1 1 1  y  M KBy  M by2  M F Hệ phương trình viết dạng: y  Ay  h Trong  010 y1 0  E  Y=; A=; O = ; E = ; h=   M 1C0  110 M  1    y2 F   B  M Với thơng số ta có phương trình MATLAB: Khảo sát dao động hệ với: v0 = 10(m/s), h0 = 0,1(m), L = 2(m), bgnd = 4000 Do đó: zr = 0,1sin(10πt) Khai báo hệ phương trình vi phân: Function v = dsys3(t,y) M = diag([ 250,45]); C= [ 16000, -16000, -16000, 160000 + 16000]; B = [ -4000; 4000] f = [0; 0.1*sin(2*3.14*5*t)]; h = [0; 0; inv(M)*f] ; A= [zeros(2) eye(2) ; -inv(M)*C; -inv(M)*B]; v = A*y+ h; Chương trình chính: Clear all; y0 = [ 0; 0; 0; 0]; ts= [0 1]; [t, y] = ode45( ‘ dsys3’ , ts, y0); figure; plot(t, y(:, 1), t, y(:,2)); xlabel( ‘t[s] ’); 81 legend( ‘than xe’ , ‘banh xe’); grid on Trái nược với hệ thống điều khiển Skyhook, hệ thống Groundhook giảm dao động bánh xe (độ bám mặt đường tăng lên) lại không cải thiện dao động thân xe (hình.3.16) Do hệ thống Groundhook đảm bảo u cầu an tồn lại khơng đáp ứng yêu cầu tiện lợi, thoải mái cho người ngồi xe 82 Hình 3.16 Dao động thân xe bánh xe hệ thống Groundhook Tóm lại hệ thống Groundhook Skyhook có ưu điểm nhược điểm riêng Trong thiết kế người ta khắc phục nhược điểm giải pháp kỹ thuật Tuy nhiên có ý tưởng kết hợp hai điều khiển Groundhook Skyhook đáp ứng hai yêu cầu an tồn tiện nghi điều khiển lai Để lựa chọn hệ thống điều khiển cho giảm xóc, tùy trường hợp cụ thể mà người ta chọn phương pháp thích hợp, Skyhook cho tiện nghi hay Groundhook cho chất lượng an toàn Kết luận chương Trong chương thiết lập mơ hình hệ thống cho toán dao động cân dao động ơtơ, cụ thể - Mơ hình hệ thống giảm xóc xe ơtơ nêu rõ c ác chức hệ thống giảm xóc, đưa mơ hình giao động ơtơ gồm phần: mơ hình bốn bánh, mơ hình nửa ơtơ, mơ hình phần tư ơtơ - Cấu tạo tổng thể phần hệ thống giảm xóc tự động ứng dụng nguyên lý điều khiển Skyhook, Groudhook hệ thống - Nêu đặc điểm ứng dụng hệ thống giảm xóc bán chủ động, phương pháp điều khiển như: điều khiển Skyhook liên tục, điều khiển Groundhook liên tục, phương pháp điều khiển lai (giữa Skyhook Groundhook), Phương pháp điều khiển mờ, phương pháp điều khiển tối ưu Trong luân văn nghiên cứu sâu điều khiển Skyhook Groundhook 83 - Mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc bị động, phân tích tốn hệ thống giảm xóc bị động, dao động hệ thống với kích động điều hồ có ứng dụng phần mềm MATLAB để kiểm định - Mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc bán chủ động, phân tích tốn hệ thống giảm xóc bán chủ động, toán hệ thống Skyhook, hệ thống Groundhook có ứng dụng phần mềm MATLAB để kiểm định Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG GIẢM XÓC BÁN CHỦ ĐỘNG 4.1 Thành phần hệ thống giảm xóc bán chủ động Các phân tích từ chương cho thấy dao động không mong muốn xe ôtô nguyên nhân gây hậu nghiêm trọng, từ khó chịu bất tiện cho người ngồi xe rạn nứt kết cấu xe dẫn đến tai nạn thảm khốc Do biến đổi phức tạp nguyên nhân gây dao động, để đạt mục đích cân cần phải tự động điều khiển hoạt động hệ thống giảm xóc Đó ngun nhân đời hệ thống giảm xóc tự động Hệ thống giảm xóc tự động nói chung hệ thống giảm xóc bán chủ động nói riêng trọng phát triển ba thập kỷ gần thu nhiều thành tựu Một hệ thống giảm xóc bán chủ động đại có diện nhiều công nghệ thành tự khoa học mới, vật liệu thông minh, bán dẫn lý thuyết điều khiển Các hệ thống khác vài điểm hãng sản xuất ôtô khác nhau, mang kết cấu chung định Ngồi thành phần lị xo giảm chấn thơng thường trình bày chương trước, sau xét đến thành phần đặc trưng hệ thống giảm xóc bán chủ động 4.1.1 Cảm biến Để xác định cảm biến cần thiết cho hệ thống giảm xóc bán chủ động, cần thiết phải dựa công thức sơ đồ điều khiển hệ thống đạt từ chương Do hệ thống bán chủ động Skyhook hay Groundhook có phản hồi vận tốc, nên phải có thiết bị đo vận tốc trực tiếp gián tiếp Việc đo trực tiếp vận tốc thân xe vận tốc tương đối thực tế khó thực hiện, người ta thường dùng cảm biến gia tốc, sau tích phân để có gia tốc Cảm biến gia tốc loại cảm biến dùng để đo gia tốc, có ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, ứng dụng thương mại ôtô, tàu biển, dụng cụ thể thao, ứng dụng công nghiệp rô bốt v v 84 Một loại cảm biến gia tốc thường sử dụng cho nhiều hệ thống giảm xóc bán chủ động Texas Instruments Capacitive Acceleration Sensor (CAS) Được thiết kế cho ứng dụng ơtơ, CAS cảm biến thích hợp mạnh cho hệ thống giảm xóc bán chủ động Hình 4.1 Cảm Để đo biến gia tốc TI CAS vận tốc tuyệt đối phần gắn lò xo (thân xe) vận tốc tương đối phần gắn lị xo với phần khơng gắn lị xo (trục bánh xe) theo phương thẳng đứng, cảm biến gia tốc đặt thân xe cảm biến gia tốc truyền vào điều khiển, tích phân theo tín hiệu số tương tự đạt vận tốc 4.1.2 Giảm chấn biến đổi Một giảm chấn thơng thường với đặc tính hay thơng số kỹ thuật thay đổi Các thông số giảm chấn nhà sản xuất xác định thơng qua mơ thí nghiệm để phù hợp với điều kiện định tình trạng xe mặt đường Trên thực tế, yếu tố thay đổi, với mâu thuẫn điều kiện tiện lợi, thoải mái (Comfort) điều kiện an toàn (Safety), nên thật khó khăn để chọn thơng số giảm chấn để đáp ứng đầy đủ tất yêu cầu Giải pháp cho vấn đề giảm chấn biến đổi Giảm chấn biến đổi (variable damper) giảm chấn thay đổi hệ sổ giảm chấn, từ thay đổi lực tác dụng vào thành phần hệ nhằm cân dao động chúng Có nhiều loại giảm chấn thay đổi dựa nguyên lý khác nhau, giảm chấn van thay đổi, giảm chấn điện biến (ER) giảm chấn từ biến (MR) Trong giảm chấn van thay đổi thiết kế mang tính truyền thống, giảm chấn điện biến giảm chấn từ biến ứng 85 dụng loại vật liệu thông minh mà cụ thể trường hợp chất lỏng điện biến chất lỏng từ biến 4.1.2.1 Giảm chấn van thay đổi Hình 4.2 mô tả giảm chấn dầu bao gồm xy lanh nối liền nhau, hệ số giảm chấn thay đổi cách thay đổi độ mở van điều chỉnh Độ mở van tiếp tục điều khiển tín hiệu, điện tử Độ mở lớn tương ứng với khả giảm chấn nhỏ độ mở nhỏ tương ứng với khả giảm chấn lớn Giảm chấn van điều chỉnh hoạt động cấu chấp hành hệ thống giảm chấn bán chủ động, độ mở van xác định thời gian thực theo qui luật điều khiển có hồi tiếp Vỳ hệ số giảm chấn hay khả giảm chấn biến đổi theo thời gian phù hợp với tình trạng xe điều kiện mặt đường Tín hiệu điều khiển Van điều chỉnh Piston Xy lanh Hướng di động Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý giảm chấn van điều khiển 4.1.2.2 Giảm chấn từ biến Thay sử dụng dầu giảm chấn thơng thường, giảm chấn từ biến sử dụng loại chất lỏng chất lỏng từ biến Chất lỏng từ biến (MR) chất lỏng có thay đổi đặc tính (độ đàn hồi, độ dẻo độ nhớt) có biến đổi từ trường bên ngồi 86 Hình 4.3 Tính chất chất lỏng từ biến Hình 4.3 cho thấy tính chất đặc biệt chất lỏng từ biến, có từ trường tác dụng bên ngồi nó, phân tử từ trạng thái xếp hỗn độn biến thành trạng thái xếp phân dòng theo hướng từ trường Khi từ trường đi, chúng lại trở lại tình trạng bình thường mà khơng bị từ hóa Một loại chất lỏng khác có dạng tính chất với chất lỏng từ biến chất lỏng điện biến, tính chất thay đổi thay đổi điện trường bao quanh Tuy nhiên, có số hạn chế chất lỏng điện biến, biến đổi nhỏ thay đổi thuộc tính nhiệt độ lớn Bên cạnh đó, chất lỏng điện biến cần hiệu điện cao cường độ dòng điện cực thấp chất lỏng từ biến yêu cầu hiệu điện cường độ dòng điện thấp sử dụng mức lượng Vì vậy, chất lỏng từ biến ứng dụng nhiều chất lỏng điện biến ứng dụng vật liệu thông minh Dây nguồn nam châm Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý giảm chấn MR Cấu trúc giảm chấn từ biến đưa Hình 4.4 Cũng giống giảm chấn bình thường, có dạng piston, xy lanh, piston có lỗ xuyên qua Tuy nhiên điểm khác biệt piston có gắn cuộn dây đóng vai trò nam châm điện, bên xy lanh chứa chất lỏng từ biến thay dầu Trên piston, tùy theo từ trường đặt piston, lực giảm chấn sinh khác thay đổi tính chất chất lỏng chảy 87 xuyên qua piston vào từ trường, dẫn đến áp lực chất lỏng thay đổi Do đó, lực giảm chấn điều khiển cách thay đổi điện đặt vào cuộn dây Mới đây, hãng Delphi, tập đoàn hàng đầu thiết bị ôtô giới thiệu hệ thống giảm chấn MagneRide sử dụng công nghệ chất lỏng từ biến Là dòng sản phẩm cao cấp hệ thống giảm chấn bán chủ động, có khả đáp ứng thời gian thực tình trạng thái xe điều kiện mặt đường Hình 4.5 Giảm chấn Delphi MagneRide hãng Delphi 4.2 Cấu trúc hoạt động hệ thống giảm xóc bán chủ động 4.2.1 Cấu trúc hệ thống 88 Là hệ thống điện tử, hệ thống giảm xóc bán chủ động có thành phần hệ thống điện tử đặc trưng phân tích chương Nó bao gồm khối điều khiển xử lý thơng tin điều khiển, khối cấu chấp hành giảm chấn, khối cảm biến đo lường có cảm biến gia tốc, cụm khí biến đổi lượng hệ thống giảm xóc 4.2.2 Hoạt động Hình 4.6 Các thành phần hệ thống giảm xóc bán chủ động hệ thống Xét bánh, hệ thống giảm xóc bán chủ động mơ tả hình 4.7 Các tín hiệu gia tốc từ cảm biến sau biến đổi sang tín hiệu số qua biến đổi tương tự/số ADC truyền vào vi điều khiển Trong vi điều khiển cài sẵn phần mềm (mã) nhớ, phần mềm thuật tốn xử lý thơng tin nhằm tính tốn hệ số giảm chấn thích hợp Q trình thực vi điều khiển đảm nhận sau truyền tín hiệu điều khiển nhằm thiết đặt hệ số giảm chấn thích hợp đến giảm chấn Trên toàn xe, điều khiển gia tốc bốn bánh, sau thực phân tích trạng thái động lực học xe đưa tín hiệu điều khiển bốn bánh cách thống 89 Hình 4.7 Sơ đồ hệ thống giảm xóc bán chủ động Hệ thống giảm xóc bán chủ động trình bày luận văn cấu trúc chung hệ thống giảm xóc bán chủ động Skyhook Groundhook Nó phức tạp áp dụng vào thực tế thêm cảm biến đo góc, đo tải trọng xe, để đạt chất lượng điều khiển tốt Kết luận chương Đã trình bày phương hướng thiết kế hệ thống giảm xóc tự động, làm tiền đề cho hướng phát triển luận văn sau Trong chương nêu thành phần kết cấu hệ thống giảm xóc tự động, hoạt động 90 KẾT LUẬN Nhờ quan tâm giúp đỡ Thầy hướng dẫn, luận văn đạt mục tiêu đề ra, Nêu vấn đề, vai trị cơng nghệ tích hợp kinh tế tri thức Một số mục tiêu, phương hướng nghiên cứu phát triển điện tử Việt Nam năm tới, xu hướng phát triển điện tử giới - Làm rõ ứng dụng quan trọng điện tử số lĩnh vực Như ứng dụng robot công nghiệp ứng dụng hệ thống vi điện tử, sản phẩm hàng hóa, sản phẩm thông minh đặc biệt quan tâm đến vấn đề ứng dụng ứng dụng điện tử xe ôtô - Tìm hiểu nghiên cứu chất khoa học - công nghệ ngành điện tử Làm sáng tỏ cấu trúc tổng quát hệ điện tử Trình bày nguyên lý làm việc linh kiện thiết yếu như: Hệ thống cảm biến, cấu chấp hành, hệ thống xử lý thơng tin, hệ thống khí biến đổi lượng hệ thống khác V V tích hợp thành phần (phần cứng, phần mềm) Từ đưa cấu trúc chung hệ thống điện tử Nghiên cứu số ví dụ điển hình vấn đề can thiệp điện tử vào cơng nghệ ơtơ Trình bày giới thiệu khuynh hướng phát triển ôtô đại sản xuất với công nghệ cao, sản phẩm thông minh tương lai - Lấy phương án hệ thống phanh thủy lực ABS làm điển hình Bài tốn điều khiển hệ thống ABS đặt với giả thiết ma sát Counlomb tác động phanh - Giới thiệu giao động cân dao động ôtô, giới thiệu từ loại hệ thống treo xe khí đơn giãn đến loại hệ thống treo xe đại 91 Những hệ thống giới thiệu lắp đặt ôtô Mục đích làm cho ơtơ ngày tiện nghi an toàn Từ vấn đề nghiên cứu cân xe Mối liên quan trực tiếp đến lý thuyết dao động cân dao động Đối với xe du lịch thiết lập ba mô hình tính Dạng điểm (1/4), dạng đường (1/2) vết dọc trọc vết ngang, dạng mặt (1) dạng mặt Từ thiết lập mơ hình vật lý toán cân - Cấu tạo tổng thể phần hệ thống giảm xóc tự động ứng dụng nguyên lý điều khiển Skyhook, Groudhook hệ thống để điều khiển - Nêu đặc điểm ứng dụng hệ thống giảm xóc bán chủ động, phương pháp điều khiển như: điều khiển Skyhook liên tục, điều khiển Groundhook liên tục, phương pháp điều khiển lai (giữa Skyhook Groundhook), phương pháp điều khiển mờ, phương pháp điều khiển tối ưu Trong luận văn nghiên cứu sâu điều khiển Skyhook Groundhook - Các mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc, phân tích tốn hệ thống giảm xóc, dao động hệ thống với kích động điều hồ, tốn hệ thống Skyhook, hệ thống Groundhook có ứng dụng phần mềm MATLAB để kiểm định Tuy nhiên, luận văn nêu giải pháp ban đấu cho tốn cân ơtơ du lịch, vấn đề nghành công nghiệp ôtô quan tâm có lịch sử nghiên cứu hàng chục năm Hơn thế, ý tưởng nêu luận văn tiền đề cho hướng phát triển sâu rộng hơn, tạo khả ứng dụng thực tế nhiều tương lai TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 92 GS.TSKH Nguyễn Văn Khang (2004), Dao động kỹ thuật, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội PGS.TS Tạ Duy Liêm, Công nghệ điện tử ngành chế tạo ơtơ TS Trương Hữu Trí - TS Võ Thị Ry (2005), Cơ điện tử - Các thành phần bản, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Robert H Bishop - The mechatronics Handbook (Cơ điện tử) tập Biên dịch: Phạm Anh Tuấn NXBĐH Quốc Gia Hà Nội (2006) Đỗ Thanh Việt; Nguyễn Hoài Sơn; Bùi Xuân Lâm (2000): Ứng dụng MATLAB tính tốn kỹ thuật, Tập NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh Viện nghiên cứu chiến lược, sách cơng nghiệp - Bộ Cơng nghiệp (2007), Điều tra đánh giá thực trạng đề xuất giải pháp phát triển sản phẩm Cơ điện tử ứng dụng cơng nghiệp khí địa bàn Hà Nội Trung tâm công nghệ Cơ điện tử www.mechatronics.org.vn Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần Cơ điện tử (2002) Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần Cơ điện tử (2004) 10 Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần VCM Cơ điện tử (2006) 11 Http//Vietnamcar.com 12 Http//my.pera.com/congngheoto 13 Http//www.codientu.com/ Tiếng Anh 14 Bishop, R.H (Editor in Chief): The Mechatronics Handbook CRC Press, Boca Raton 2002 15 Tạp chí IEEE/ASME Transactions on Mechatronics Http://www.ieee-asme-mechatronics.org/ 16 Website Robotics & Mechatronics IEE: Http:/www.iee.org/Oncomms/pn/mechatronics/ TÓM TẮT Luận văn thạc sỹ: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống kỹ thuật điện tử ơtơ đề xuất giải pháp mơ hình cho toán cân xe du lịch Luận văn gồm chương, nội dung đưa sau: 93 Chương 1: Tổng quan điện tử Trong chương trình bày cách tổng quan điện tử, vai trị cơng nghệ tích hợp sản xuất hàng hóa cơng nghệ cao thời kinh tế trí thức Chương 2: Nghiên cứu hệ thống điện tử ứng dụng kỹ thuật Xu hướng tích hợp cơng nghệ điện tử ơtơ, trình bày khuynh hướng phát triển cơng nghệ ôtô sản xuất với công nghệ cao sản phẩm thông minh Giới thiệu cấu trúc điện tử hệ thống phanh ABS (Antilock Brake System) Nêu loại hệ thống treo từ loại hệ thống treo xe khí đơn giãn đến loại hệ thống treo xe đại Những hệ thống lắp đặt ơtơ Mục đích làm cho ơtơ ngày tiện nghi an toàn Ở nội dung luận văn ta nghiên cứu sâu tốn dao động cân ơtơ Chương 3: Thiết lập mơ hình hệ thống cho toán dao động cân dao động xe Đưa mơ hình giao động ơtơ gồm phần: mơ hình bốn bánh, mơ hình nửa ơtơ, mơ hình phần tư ơtơ Nêu đặc điểm ứng dụng hệ thống giảm xóc bán chủ động, phương pháp điều khiển như: Skyhook liên tục, Groundhook liên tục, lai (giữa Skyhook Groundhook ), điều khiển mờ, điều khiển tối ưu Luận văn nghiên cứu sâu điều khiển Skyhook Groundhook Mơ hình tốn học hệ thống giảm xóc bị động, bán chủ động, phân tích tốn hệ thống giảm xóc, dao động hệ thống với kích động điều hồ, tốn hệ thống Skyhook, hệ thống Groundhook có ứng dụng phần mềm MATLAB để kiểm định Chương 4: Thiết kế hệ thống giảm xóc bán chủ động Đã trình bày phương hướng thiết kế hệ thống giảm xóc tự động, làm tiền đề cho hướng phát triển luận văn sau Đã nêu thành phần kết cấu hệ thống giảm xóc tự động, hoạt động Abstract Masters thesis: Applied research on engineering systems of automotive electronic and propose solutions for model balancing problems on passenger cars Thesis includes four chapters, the main content is given as follows: 94 Chapter 1: Overview of Mechatronics This chapter presents an overview of Mechatronics and the role of integration technology in commodity production of advanced technology at knowledge based economy stage Chapter 2: Study of applied Mechatronics systems in engineering This chapter presents the trend of integration Mechatronics technology in automobiles and the development trend of automobile in advanced technology production and intelligent products It also presents the structure of Mechatronics in ABS system (Antilock Brake System) and the types of vehicle suspension systems both the most modern and the simplest suspension type At the same time, this thesis studies systems installed in cars Its purpose is to make cars be more and more comfortable and safer However, within limited scale, this thesis only focused on studying variability and balance issues in the car Chapter 3: Development of a system model for variability and balance issues on a car in the car This chapter introduces the variability model of automobile which includes following parts: four-wheel model, half - car model and a quarter car model In addition, it also presents the characteristics and applications of semi active shock absorbers systems as well as control methods such as continuous Skyhook, continuous Groundhook, and mixed type (between Skyhook and Groundhook) or fuzzy, optimal types Thesis only focuses on studying the control system of Skyhook and Groundhook by development of mathematical model of the semi – active and passive shock absorbers systems And then, the thesis starts to analyze the model of shock absorbers system and the variability system with the size of the air condition And as well it analyzes the mathematical model of Skyhook system and the Groundhook which applied MATLAB software for verification Chapter 4: Design the semi-active shock absorbers system This chapter presents the designing orientation and structure of the automatic shock absorbers system as well as its operation This is known as the foundation for developing the thesis later Key word: Mechatronics, semi-active shock absorbers system, variability, balance ... Chương NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT ÔTÔ Cơ điện tử Ơtơ 2.1.1 Xu hướng tích hợp cơng nghệ điện tử ? ?tô Cơ điện tử giai đoạn tự nhiên trình phát triển mạnh mẽ kỹ thuật. .. Manufacturing), loại robot, ứng dụng hệ thống vi điện tử Những ứng dụng điện tử công nghệ ? ?tô đại, đặc biệt quan tâm đến giải pháp ứng dụng hệ thống điện tử xử lý vấn đề cân xe du lịch nghiên cứu cụ thể chương... khả ứng dụng điện tử công nghệ ? ?tô đại Một ứng dụng lớn ứng dụng hệ thống điện tử ngành ? ?tô Các hệ thống điện tử chiếm tỷ trọng ngày nhiều cấu giá thành ? ?tô (khoảng 16 đến 35% tuỳ theo mức ứng dụng

Ngày đăng: 14/12/2016, 22:06

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan