Nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực của ô tô tải nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động

Ký hiệu bằng chữ cái La tinh a, b, c Hệ số đặc tính đáp ứng của bộ điều tốc có dạng bậc hai a 1 , b 1 Hệ số đặc tính đáp ứng của bộ điều tốc có dạng bậc nhất a 2 , b 2 , c 2 Các hệ số

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Công trình được thực hiện tại

Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hồ Hữu Hải và PGS.TS Đàm Hoàng Phúc Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào khác

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Người cam đoan

Người hướng dẫn

khoa học 1

Người hướng dẫn khoa học 2

PGS TS Hồ Hữu Hải PGS.TS Đàm Hoàng Phúc Trần Văn Thoan

Trang 4

LỜI CẢM ƠN

Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí động lực, Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ NCS trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại bộ môn

để hoàn thành luận án này

NCS xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến tập thể hướng dẫn là PGS.TS Hồ Hữu Hải, PGS.TS Đàm Hoàng Phúc - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là những người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo và giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án

NCS xin chân thành cảm ơn các thầy giáo ở Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng - Viện

Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu tại bộ môn để hoàn thành luận án này

NCS xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí Động lực, lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo điều kiện giúp đỡ và khuyến khích và giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án

NCS xin chân thành ghi nhận công sức, những đóng góp quý báu và nhiệt tình của các NCS, học viên cao học và sinh viên các khóa thuộc Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng - Viện Cơ khí Động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; Khoa Cơ khí Động lực - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã nhiệt tình hỗ trợ, động viên trong suốt thời gian NCS thực hiện luận án

Cuối cùng, NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè đã quan tâm động viên khuyến khích, tiếp thêm nghị lực cho NCS trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Nghiên cứu sinh

Trần Văn Thoan

Trang 5

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 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Hiện tượng trượt quay bánh xe và cơ sở lý thuyết hạn chế hiện tượng trượt quay 4

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 7

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 7

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 17

1.3 Đối tượng nghiên cứu và 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 và 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 1 19

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ 20

2.1 Xây dựng mô hình mô phỏng 20

2.1.1 Xây dựng đặc tính tốc độ động cơ diezen 20

2.1.2 Mô tả hệ thống truyền lực 29

2.1.3 Mô hình mô phỏng bánh xe 30

2.1.4 Mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của xe 36

2.2 Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô khi hệ số bám thay đổi 37

2.2.1 Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô trên đường có hệ số bám thấp và cao 38

2.2.2 Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô trên các đường xấu có hệ số bám thấp 41

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 46

Trang 6

3.1 Đề xuất cấu trúc của hệ thống 46

3.2 Bộ điều khiển và phương pháp xác định tham số điều khiển 48

3.3 Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi có bộ điều khiển 52

3.3.1 Kết quả mô phỏng quá trình khởi hành ở tay số 1, xe đầy tải (PA3) 53

3.3.2 Kết quả mô phỏng quá trình khởi hành ở tay số 2, xe không tải (PA4) 58

3.4 Nghiên cứu xác định vùng điều khiển có hiệu quả trên đường khác nhau 62

3.4.1 Kết quả mô phỏng khảo sát và xác định các vùng làm việc của bộ điều khiển (PA5) 62

3.4.2 Kết quả mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản lăn tới vùng làm việc hiệu quả của bộ điều khiển (PA6) 64

CHƯƠNG 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 ô tô 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 và 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 và kết quả thực nghiệm 87

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98

TÀI LIỆU THAM KHẢO 100

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN 103

Trang 7

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1 Ký hiệu bằng chữ cái La tinh

a, b, c Hệ số đặc tính đáp ứng của bộ điều tốc có dạng bậc hai

a 1 , b 1 Hệ số đặc tính đáp ứng của bộ điều tốc có dạng bậc nhất

a 2 , b 2 , c 2 Các hệ số thực nghiệm của động cơ

a 3 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước m

a max Gia tốc lớn nhất m/s 2

b 3 Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau m

f Hệ số cản lăn

F k Lực đẩy từ khung xe lên bánh xe N

F wx Lực cản không khí tại tâm chính diện của xe N

F z Phản lực thẳng đứng của mặt đường tác dụng lên bánh xe N

F zs Phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe chủ

h g Chiều cao trọng tâm xe m

i 0 Tỉ số truyền của truyền lực chính

i c Tỉ số truyền ly hợp

i h Tỉ số truyền của hộp số

i tl Tỉ số truyền chung của hệ thống truyền lực

J bxs Mô men quán tính khối lượng của bánh xe chủ động kg.m 2

J bxt Mô men quán tính khối lượng của bánh xe bị động kg.m 2

J qd Mô men quán tính của bánh xe và các chi tiết liên quan quy

dẫn về bánh xe

kg.m 2

k LH Hệ số thể hiện mức độ đóng ly hợp

Trang 8

L Chiều dài cơ sở của xe m

M fs Mô men cản lăn trên bánh xe chủ động N.m

M ft Mô men cản lăn trên bánh xe bị động N.m

M x Mô men chủ động từ động cơ truyền đến bánh xe chủ động N.m

*

e

M Mô men xoắn xác định theo đặc tính ngoài của động cơ N.m

n bca Vận tốc góc của bơm cao áp v/p

n e Vận tốc góc của động cơ v/p

N e Công suất có ích của động cơ kW

N max Công suất có ích cực đại kW

n N Vận tốc góc của trục khuỷu ứng với công suất có ích cực đại v/p

n r Số xung đo từ cảm biến

N r Số vấu trên vành răng cảm biến

p dk Mức tải động cơ được hiệu chỉnh bởi bộ điều khiển

P in Mức tải thực tế của động cơ

P lv Công suất làm việc động cơ W

P nl Mức tải động cơ do người lái thiết lập (thông qua vị trí bàn

T r Khoảng thời gian đếm xung từ cảm biến s

T t Mô men xoắn trên trục động cơ bước N.m

v l Vận tốc tiếp tuyến của bánh xe chủ động m/s

Trang 9

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 Cơ cấu chấp hành

ESP Hệ thống cân bằng điện tử (Electronic Stability Program)

Trang 10

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Thông số đối tượng nghiên cứu 17

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật cơ bản của băng thử NT 3000 25

Bảng 2.2: Quy trình thí nghiệm xác định đặc tính của bộ điều tốc 26

Bảng 2.3: Các phương án mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của mức tải động cơ 38

Tiếp tục khảo sát mô phỏng trên các đường có hệ số bám thấp (φ=0,25:0,05:0,55) với các mức tải động cơ P in =(10:10:100)% theo phương án PA2, luận án đã tổng hợp các giá trị gia tốc lớn nhất a max và độ trượt λ amax tại thời điểm ô tô đạt gia tốc a max trong Bảng 2.4.Bảng 2.4: Gia tốc cực đại, độ trượt tại thời điểm gia tốc đạt cực đại (amax, λamax) trong quá trình khởi hành với các mức tải động cơ (Pin) và hệ số bám (φ) khác nhau 42

Bảng 3.1: Thông số xác định tham số bộ điều khiển 51

Bảng 3.2: Giá trị các tham số của các bộ điều khiển 51

Bảng 3.3: Phương án mô phỏng nhằm đánh giá hiệu quả bộ điều khiển 53

Bảng 3.4: Các phương án mô phỏng vùng điều khiển 62

Bảng 3.5: Các giá trị hệ số cản lăn và hệ số bám mô phỏng 65

Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật cảm biến đo vận tốc góc bánh xe 69

Bảng 4.2: Các giá trị thông số tính chọn động cơ 72

Bảng 4.3: Thông số động cơ bước YH42BYGH47 73

Bảng 4.4: Các thống số mô đun TB6600-4A 74

Bảng 4.5: Thực nghiệm kiểm tra hoạt động của cơ cấu chấp hành 87

Bảng 4.6: Thực nghiệm hoạt động của hệ thống điều khiển 89

Bảng 4.7: Tổng hợp các kết quả thí nghiệm TN1 93

Bảng 4.8: Tổng hợp các kết quả thí nghiệm TN2 96

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động 5

Hình 1.2 Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe 6

Hình 1.3 Hệ thống hạn chế trượt bằng phương pháp thay đổi độ bám đường 7

Hình 1.4 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo 8

Hình 1.5 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo của Tetsuhiro Yamashita 8

Hình 1.6 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo bằng điều khiển hệ thống phanh và nhiệt độ khí xả 9

Hình 1.7 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo bằng cách tác động vào góc đánh lửa và thay đổi độ dài đường nạp 10

Hình 1.8 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thông qua điều khiển bướm ga 10

Hình 1.9 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thông qua bướm ga phụ 11

Hình 1.10 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thông qua điều khiển bướm ga chính 11 Hình 1.11 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo bằng hệ thống nhiên liệu 12

Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay theo nhiệt độ môi trường 13

Hình 1.13 Hệ thống hạn chế trượt quay cho ô tô tải của hãng Wabco 14

Hình 1.14 Bộ điều khiển MTTE 14

Hình 1.15 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển theo thuật toán điều khiển trượt (SMC) 15

Hình 1.16 Sơ đồ khối điều khiển lực kéo ở bánh xe chủ động tại từng bánh xe 15

Hình 1.17 Thí nghiệm đo lực kéo trên đường tuyết 16

Hình 1.18 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mô men trên đường tuyết và băng 16

Hình 2.1 Sơ đồ mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô 20

Hình 2.2 Sơ đồ mô hình xác định mô men của động cơ đốt trong 22

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của băng thử 22

Hình 2.4 Thiết bị thử nghiệm và ví trí lắp đặt bơm cao áp 23

Trang 11

Hình 2.5 Đặc tính tốc độ ngoài của bơm cao áp 23

Hình 2.6 Đặc tính tốc độ của bơm 24

Hình 2.7 Mô hình bơm cao áp [8] 25

Hình 2.8 Băng thử bơm cao áp NT 3000 và vị trí gá đặt bơm cao áp, vòi phun 25

Hình 2.9 Vị trí lắp đặt các cảm biến và thiết bị đo ghi đa kênh DEWE2600 26

Hình 2.10 Đặc tính điều chỉnh vị trí thanh răng theo vận tốc góc của bơm cao áp tại mức ga 80% 26

Hình 2.11 Đặc tính điều chỉnh vị trí thanh răng theo vận tốc góc của bơm cao áp tại mức ga 60% 27

Hình 2.12 Đặc tính ngoài động cơ 28

Hình 2.13 Đặc tính mô men của động cơ 29

Hình 2.14 Sơ đồ hệ thống truyền lực 29

Hình 2.15 Quy luật biến thiên của hệ số thể hiện mức độ đóng ly hợp trong mô hình mô phỏng 30

Hình 2.16 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị động 32

Hình 2.17 Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt dọc[3] 35

Hình 2.18 Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động 36

Hình 2.19 Mô hình mô phỏng hệ thống 38

Hình 2.20 Gia tốc ô tô, vận tốc ô tô và độ trượt bánh xe tại mức tải 40% 39

Hình 2.23 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô và độ trượt bánh xe ô tô khi tăng tốc trên đường có hệ số bám φ=0,45 tại mức tải 10%; 20%; 30% 41

Hình 2.24 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô và độ trượt bánh xe ô tô khi tăng tốc trên đường có hệ số bám φ=0,3 tại mức tải 10%; 20%; 30% 42

Hình 2.25 Mối quan hệ giữa thời gian có độ trượt lớn hơn 30% khi khởi hành trên đường có hệ số cản lăn f=0,15 với các hệ số bám khác nhau và mức tải khác nhau 44

Hình 3.1 Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống điều khiển 46

Hình 3.2 Sơ đồ mô hình hệ thống điều khiển công suất động cơ 47

Hình 3.3 Sơ đồ các tín hiệu vào và tín hiệu ra của hệ thống 47

Hình 3.4 Sơ đồ thuật toán điều khiển PID 48

Hình 3.5 Hệ thống điều khiển sử dụng thuật toán PID 49

Hình 3.6 Mô phỏng khảo sát lựa chọn hệ số kc 50

Hình 3.7 Kết quả mô phỏng trên đường có hệ số bám φ=0,3; hệ số cản lăn f=0,15; mức tải 80% với các hệ số kC khác nhau 51

Hình 3.8 Kết quả mô phỏng trên đường có hệ số bám φ=0,3; hệ số cản lăn f=0,15; mức tải 80% với các bộ điều khiển khác nhau 52

Hình 3.9 Mô hình mô phỏng hệ thống khi có bộ điều khiển 53

Hình 3.10 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe chủ động, mức ga người lái 80% trên đường có hệ số bám φ=0,3 khi không có và có bộ điều khiển 54

Hình 3.13 Tổng thời gian bánh xe có độ trượt λ>30% khi đi trên đường φ=0,3 với các mức ga khác nhau 56

Hình 3.15 Thời gian đạt vận tốc v=1(m/s) khi đi trên đường φ=0,3 với các mức ga khác nhau 57

Trang 12

Hình 3.16 Thời gian đạt vận tốc v=1(m/s) khi đi trên đường φ=0,35 với các mức ga khác

nhau 57

Hình 3.24 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động cơ khi không có bộ điều khiển tại hệ số cản lăn f=0,06 63

Hình 3.25 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động cơ khi có bộ điều khiển tại hệ số cản lăn f=0,06 63

Hình 3.26 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động cơ khi không có bộ điều khiển tại hệ số bám =0,06 64

Hình 3.27 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động cơ khi có bộ điều khiển tại hệ số bám =0,06 65

Hình 3.28 Các vùng làm việc của hệ thống điều khiển theo đặc tính bám và cản của mặt đường 66

Hình 4.1 Cảm biến tiệm cận PRT08-1.5DO (shielded - NPN - NO) 69

Hình 4.2 Sơ đồ ng ra điều khiển của cảm biến 69

Hình 4.3 Thông số kỹ thuật của vành răng với cảm biến tiệm cận PRT08-1.5DN 70

Hình 4.4 Chi tiết giá đỡ cảm biến 70

Hình 4.5 Sơ đồ bố trí cơ cấu chấp hành 71

Hình 4.6 Sơ đồ tổng thể cơ cấu chấp hành 71

Hình 4.7 Thông số và kích thước động cơ bước YH42BYGH47 73

Hình 4.8 Mô đun TB6600-4A 74

Hình 4.9 Thông số kích thước của thanh ray, con trượt 74

Hình 4.10 Thông số của trục vít 75

Hình 4.11 Khớp nối 75

Hình 4.12 Giá đặt động cơ và giá bắt dây ga 76

Hình 4.13 Vị trí lắp đặt cơ cấu chấp hành 76

Hình 4.14 Thiết kế đồ gá và vị trí lắp đặt cơ cấu chấp hành trên khung xe 77

Hình 4.15 Cấu trúc bộ điều khiển điện tử của hệ thống 77

Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu từ cảm biến vận tốc góc bánh xe phía trước 78

Hình 4.17 Mạch in sau khi thiết kế và mạch in hoàn thiện 79

Hình 4.18 Sơ đồ chân trên giắc cắm bộ điều khiển 79

Hình 4.19 Xe thử nghiệm 82

Hình 4.20 Vị trí lắp đặt và cảm biến dịch chuyển mức ga 82

Hình 4.21 Bộ xử lý dữ liệu và giao diện hiển thị 83

Hình 4.22 Sơ đồ nguồn nuôi bộ xử lý tín hiệu đo 83

Hình 4.23 Sơ đồ nối dây cảm biến vận tốc góc bánh xe 84

Trang 13

Hình 4.24 Sơ đồ nối dây cảm biến vị trí dịch chuyển chân ga 84

Hình 4.25 Mô đun đo vị trí dịch chuyển chân ga 85

Hình 4.26 Phương pháp đo tần số 85

Hình 4.27 Mô đun đo vận tốc góc các bánh xe 86

Hình 4.28 Giao diện phần mềm xử lý số liệu 86

Hình 4.29 Mức ga khi không điều khiển 87

Hình 4.30 Mức ga khi có điều khiển 88

Hình 4.31 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 89

Hình 4.32 Vận tốc góc các bánh xe khi không điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ 90

Hình 4.33 Mức ga khi không điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ 90

Hình 4.34 Độ trượt bánh xe chủ động khi không điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ 91

Hình 4.35 Vận tốc góc các bánh xe khi có điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ 91

Hình 4.36 Mức ga khi có điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ 92

Hình 4.37 Độ trượt khi có điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ 92

Hình 4.38 Vận tốc góc các bánh xe khi không có điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét 93

Hình 4.39 Mức ga khi không có điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét 94

Hình 4.40 Độ trượt khi không có điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét 94

Hình 4.41 Vận tốc góc các bánh xe khi có điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét 95

Hình 4.42 Mức ga khi có điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét 95

Hình 4.43 Độ trượt khi có điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét 96

Trang 14

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Trên thế giới, nền công nghiệp ô tô đã có lịch sử phát triển lâu đời và đạt được nhiều thành tựu lớn Tại Việt Nam, ngành công nghiệp ô tô và công nghiệp phụ trợ ô tô đang được đầu tư phát triển Đã có nhiều doanh nghiệp tham gia sản xuất và lắp ráp ô tô phục vụ thị trường trong nước và xuất khẩu Việc nghiên cứu tiến tới làm chủ công nghệ sản xuất ô tô nhằm nâng cao chất lượng và cạnh tranh được với các ô tô nhập khẩu là vấn

đề cấp thiết

Kinh tế nước ta ngày càng phát triển dẫn đến nhu cầu vận chuyển hàng hóa càng lớn Nhiều tuyến đường mới được mở cùng với các phương tiện vận tải ngày càng đa dạng Các xe tải ở Việt Nam hoạt động đa dạng ở các địa hình và đường xá khác nhau Ở vùng nông thôn khi di chuyển trên các đường xấu như đường bùn đất, đá cấp phối có khả năng

xe bị trượt quay dẫn tới giảm tính năng động lực học, giảm tính ổn định của xe gây ra tổn hao nhiên liệu, hao mòn lốp và giảm khả năng điều khiển xe

Trên thế giới, các hãng ô tô đã có nhiều nghiên cứu và sáng chế hệ thống hạn chế trượt quay cho ô tô và đã được ứng dụng trên nhiều dòng xe thương mại Tuy nhiên, giá thành của các hệ thống này rất cao Thêm vào đó việc công bố các tài liệu nghiên cứu của hãng rất hạn chế do vấn đề bản quyền và bí mật công nghệ

Trong khi đó, hầu hết các xe tải tại nước ta sử dụng động cơ diezel sử dụng bơm cao áp không có điều khiển điện tử và chưa được trang bị hệ thống hạn chế trượt quay Vì vậy, việc nghiên cứu, tìm ra giải pháp tác động vào quá trình điều khiển của hệ thống nhiên liệu nhằm hạn chế hiện tượng trượt quay bánh xe trên ô tô khi di chuyển trên đường trơn trượt là cần thiết nhằm tăng tính ổn định và khả năng cơ động cho xe

Từ thực trạng trên, nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ

thống động lực của ô tô tải nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động” nhằm đề xuất

một hệ thống hạn chế hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động áp dụng cho ô tô tải nhỏ

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển mức tải động cơ nhằm hạn chế độ trượt quay của bánh xe chủ động trên ô tô tải nhỏ sản xuất lắp ráp tại Việt Nam

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan

- Xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô tải nhỏ trang bị động cơ diezel Trong đó, luận án xác định đặc tính động cơ diezel, xây dựng mô hình mô phỏng bánh xe,

mô hình mô phỏng chuyển động của xe theo phương dọc

- Mô phỏng khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô trên đường có hệ số bám thay đổi

- Lựa chọn thuật toán điều khiển, xác định các tham số của điều khiển và nghiên cứu xác

định vùng điều khiển hiệu quả

- Thiết kế, chế tạo và thực nghiệm đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống

Trang 15

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Ô tô tải 2,98 tấn, công thức bánh xe 4x2 trang bị động cơ diezel Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu điều khiển thay đổi mức tải của động cơ nhằm hạn chế

hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động của ô tô khi hoạt động trên đường thẳng, xấu trơn trượt và đồng nhất

Phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu mô phỏng lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

Nghiên cứu mô phỏng lý thuyết trên máy tính nhằm khảo sát các ảnh hưởng của mức tải động cơ tới đặc tính tăng tốc của ô tô tải ở các loại đường, xác định sơ bộ vùng điều khiển hiệu quả, xác định sơ bộ các tham số của bộ điều khiển

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

- Thực nghiệm trong phòng thí nghiệm nhằm xác định đặc tính bơm cao áp (làm cơ

sở để xây dựng đặc tính tốc độ động cơ)

- Thực nghiệm trên đường thực và đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động được trang bị trên ô tô

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Trên thực tế hiện nay, các hãng ô tô trên thế giới có nhiều phương pháp để điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe chủ động của ô tô nhưng tập trung chủ yếu là điều khiển công suất động cơ và tác động vào hệ thống phanh nhằm giúp ô tô chuyển động an toàn Một số nghiên cứu ứng dụng sử dụng kết hợp hai phương pháp trên nhằm nâng cao tốc độ

và hiệu quả điều khiển Tại Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về hệ thống hạn chế trượt lết bánh xe tuy nhiên chưa có các công trình nghiên cứu đáng kể nào về hệ thống hạn chế trượt quay Hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay là một hệ thống phức tạp, việc nghiên cứu đòi hỏi kết hợp nhiều lĩnh vực kiến thức: cơ khí động lực, kỹ thuật điện tử, cảm biến

và cơ cấu chấp hành và kỹ thuật điều khiển, do vậy đề tài luận án có tính khoa học

Tại Việt Nam hiện nay, các xe tải sử dụng động cơ diesel được sử dụng phổ biến Các loại xe này hầu như chưa được trang bị hệ thống chống trượt quay bánh xe (Anti-Spin Regulation) Trong khi các phương tiện này hoạt động trên các loại đường xấu ở các vùng nông thôn, miền núi hoặc các công trường xây dựng các bánh xe rất dễ bị trượt quay, làm giảm khả năng cơ động của xe Nội dung nghiên cứu của luận án góp phần làm cơ sở để tiến tới làm chủ công nghệ điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe chủ động và áp dụng cho các xe tải sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam Do vậy đề tài có ý nghĩa thực tiễn, phù hợp với điều kiện ở Việt Nam

Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung luận án được trình bày trong bốn chương:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Trang 16

Trình bày tổng hợp các nghiên cứu về điều khiển hạn chế hiện tượng trượt quay trên thế giới và tình hình nghiên cứu trong nước qua đó xác định giải pháp nghiên cứu phù hợp với điều kiện thực tế của đề tài

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ

Xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô có tính đến mô hình động cơ Thực nghiệm đặc tính cục bộ, đặc tính ngoài và mô hình bộ điều tốc Thực hiện khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô trên đường có hệ số bám khác nhau với các mức tải động cơ khác nhau

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Đề xuất cấu trúc của hệ thống, lựa chọn và xác định các thông số của bộ điều khiển Khảo sát vùng làm việc hiệu quả của hệ thống tương ứng trên các loại đường xấu khác nhau

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG

Trình bày các bước thiết kế chế tạo và lắp đặt các cảm biến, cơ cấu chấp hành và bộ điều khiển điện tử Tiến hành thực nghiệm hiệu quả làm việc của hệ thống

Phần kết luận và kiến nghị: Đánh giá các kết quả của luận án, đề xuất hướng nghiên cứu

phát triển tiếp theo để từng bước hoàn thiện hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động

Các kết quả nghiên cứu mới của luận án

Luận án trình bày các kết quả nghiên cứu mới sau:

- Mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô có xét đến đặc tính động cơ đốt trong sử dụng bơm cao áp dãy

- Thuật toán điều khiển và giá trị các tham số của bộ điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe bằng phương pháp điều khiển công suất động cơ

- Các kết quả mô phỏng lý thuyết hoạt động của hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe

- Mẫu bộ điều khiển và cơ cấu chấp hành (chế tạo thử nghiệm lần đầu) của hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động

Trang 17

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các hệ thống an toàn trên ô tô ngày càng phát triển hoàn thiện về kết cấu và quá trình điều khiển Các hệ thống này có vai trò hỗ trợ tích cực cho người điều khiển ô tô hiệu quả và an toàn Hệ thống hạn chế trượt quay bánh

xe chủ động của ô tô có vai trò hỗ trợ người lái điều khiển xe vượt qua những đoạn đường xấu trơn trượt Trong chương này, luận án sẽ tìm hiểu tình hình các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam, từ đó đề xuất phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.1 Hiện tượng trượt quay bánh xe và cơ sở lý thuyết hạn chế hiện tượng trượt quay

Hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động:

Hiện tượng trượt quay xẩy ra với các bánh xe chủ động là do sự biến dạng tiếp tuyến của lốp theo chiều ngược với chiều quay của bánh xe và biến dạng tiếp tuyến của mặt đường theo chiều ngược với chiều chuyển động của ô tô

Kết quả của các biến dạng đó làm mất vận tốc của ô tô Tại vùng tiếp xúc, lốp xe dịch chuyển tương đối với mặt đường theo chiều ngược với chiều chuyển động của ô tô

Từ hai nguyên nhân trên cho thấy hiện tượng trượt quay của bánh xe chủ động luôn tồn tại Trong trường hợp không đủ bám, bánh xe chủ động sẽ bị trượt quay hoàn toàn

Hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động gây ảnh hưởng xấu đến tính năng động lực học, tính ổn định hướng chuyển động, gây tổn hao nhiên liệu và hao mòn lốp của ô tô

Khi chuyển động, độ trượt λ của bánh xe chủ động có thể xác định theo vận tốc ô tô

vx, vận tốc góc của các bánh xe chủ động và bán kính bánh xe Khi xe chuyển động trên

đường thẳng với vận tốc v x, độ trượt (quay) của bánh xe có thể xác định theo công thức:[55]

v l là vận tốc tiếp tuyến của bánh xe chủ động:

Vận tốc tiếp tuyến của bánh xe chủ động v được xác định theo công thức sau: l

d s

s

r v r

Cơ sở lý thuyết hạn chế trượt quay: Trong quá trình chuyển động, giả thiết không

xét đến lực ngang và các mô men do góc đặt bánh xe gây nên

Trang 18

Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động được thể hiện trên Hình 1.1 như sau

[26]:

M fs : Mô men cản lăn trên bánh xe chủ động;

F xs : Tổng hợp phản lực dọc do mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động;

M x: Mô men chủ động (truyền từ động cơ);

F zs: Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe

Hình 1.1 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động

Tổng hợp phản lực dọc do mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động phụ thuộc vào độ

trượt của bánh xe và được xác định như sau:

( )

Trong đó : F zs: Phản lực thẳng đứng của mặt đường tác dụng lên bánh xe chủ động;

 x( )s : Hàm biểu diễn quan hệ giữa hệ số bám dọc (tức thời) theo độ trượt Lực kéo lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám giữa bánh xe và mặt đường, được đặc trưng bởi hệ số bám xmax thông qua mối quan hệ sau:

Trang 19

Khi mô men của động cơ truyền đến bánh xe lớn hơn mô men bám cực đại

 ) bánh xe sẽ bị trượt quay đến mức gây hại

Hệ số bám dọc, hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tình trạng mặt đường, kiểu lốp, chất lượng lốp, nhiệt độ, vận tốc, độ trượt Quy luật điển hình giữa hệ số bám dọc, hệ số bám ngang và độ trượt của bánh xe được thể hiện trên Hình 1.2

Hình 1.2 Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe

Với φ x và φ y là hệ số bám dọc và hệ số bám ngang của bánh xe Nhiều nghiên cứu cho thấy khi độ trượt nằm trong khoảng 10% - 30% thì hệ số bám theo phương dọc φx lớn và đạt giá trị lớn nhất [3]; [7]; [18]; [38] trong khi đó hệ số bám ngang đang có

xu hướng giảm nhưng vẫn ở giá trị cao Vượt ra ngoài khoảng này các hệ số bám dọc và bám ngang đều giảm nhanh chóng, như vậy lực bám giữa lốp và đường cũng giảm Dựa vào tín hiệu độ trượt λ thu được, cần điều khiển lực phanh tác động vào bánh xe bị trượt hoặc cơ cấu điều khiển mô men

Mục tiêu của hệ thống hạn chế trượt quay là điều khiển mô men truyền đến bánh xe chủ động vừa đủ để bánh xe làm việc trong vùng có mô men bám lớn qua đó giúp ô tô có thể chuyển động Để tận dụng tối đa khả năng bám, độ trượt (λ) cần thay đổi trong phạm vi hẹp quanh giá trị trượt tối ưu (10-30)%, tại đó mô men bánh xe cần được giảm một lượng

nhất định để lực kéo (F x) đạt giá trị cực đại, đồng thời cải thiện tính ổn định và tính dẫn hướng của ô tô [6];[15]

Trên thực tế, khi hiện tượng trượt quay xảy ra người lái xe khó cảm nhận được tình trạng trượt quay cụ thể của bánh xe chủ động Điều này có thể dẫn đến việc điều khiển xe không hợp lý làm xe vẫn trượt hoặc trượt dữ dội hơn Có nhiều giải pháp để hạn chế hiện tượng trượt quay của bánh xe chủ động như: điều khiển giảm công suất động cơ, tạo mô men phanh tại các bánh xe một cách thích hợp hoặc kết hợp điều khiển giảm công suất động cơ và tạo mô men hợp lý tại các bánh xe

Trang 20

Các giải pháp này sẽ được trình bày r hơn trong phần tình hình nghiên cứu trong

và ngoài nước

1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống hạn chế hiện tượng trượt quay Có thể kể đến các công trình nghiên cứu nổi trội như sau:

- Năm 1989, hai tác giả người Mỹ là Michael H.Quinn và Paul H Quinn [42] đã sử dụng bột đá cẩm thạch được nằm trong một thùng chứa hình phễu (số 8 trên Hình 1.3) đặt

ở gần bánh xe Hệ thống hoạt động nhờ một solenoid điều khiển nắp 6 đóng mở qua một công tắc (số 1 trên Hình 1.3) trên vôlăng Trong những điều kiện đường trơn trượt, băng tuyết người lái ô tô có thể ấn công tắc kích hoạt hệ thống hoạt động, bột đá sẽ làm thay đổi

hệ số bám của đường và qua đó làm tăng lực bám giữa bánh xe và mặt đường như Hình 1.3

Hệ thống tuy đơn giản nhưng khó có thể ứng dụng vào trong thực tế vì không thể

bố trí được thùng đựng bột đá gần với bánh xe, hơn thế phương pháp này mang lại hiệu quả không cao, không điều khiển được lực bám phù hợp với từng bánh xe và dẫn tới ô tô mất ổn định

Hình 1.3 Hệ thống hạn chế trượt bằng phương pháp thay đổi độ bám đường

- Renpei Matsumoto đã công bố công trình nghiên cứu “Kiểm soát lực kéo để ngăn trượt ô tô trên đường cong và khi quay vòng” năm 1990 [46] Nghiên cứu sử dụng các cảm biến: vận tốc xe (vehicle speed sensor), vận tốc góc các bánh xe, góc đánh lái, trạng thái lốp, gia tốc xe từ đó điều khiển mô tơ bướm ga (số 40 trên Hình 1.4) và cơ cấu phanh trong trường hợp phát hiện sự trượt quay của bánh xe Sơ đồ bố trí của hệ thống được thể hiện trên Hình 1.4

Khi ô tô tăng tốc và người lái đánh lái nhanh có thể dẫn đến các bánh xe bên trong trượt quay, bánh bên ngoài nhấc lên khỏi đường khi đó mô đun điều khiển (traction control circuit) sẽ điều chỉnh mô tơ bướm ga mở nhỏ hơn mức đạp ga để giảm công suất của ô tô dẫn tới ô tô quay vòng tốt hơn Khi phát hiện độ trượt của bánh xe nào cao hơn độ trượt cho phép, bộ điều khiển sẽ điều khiển thực hiện phanh bánh xe đó cho đến khi độ trượt đạt giá trị cho phép Trường hợp người lái đạp ga đột ngột làm công suất động cơ tăng quá lớn

Trang 21

gây trượt quay tại các bánh xe chủ động, bộ điều khiển sẽ điều khiển mức độ làm việc của

mô tơ bướm ga thấp hơn để hạn chế trượt quay Nghiên cứu này áp dụng với ô tô 4 bánh dùng phanh đĩa đẫn động thủy lực ở cả 4 bánh xe

Hình 1.4 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo

- Tetsuhiro Yamashita và các cộng sự đã công bố nghiên cứu “Hệ thống kiểm soát lực kéo cho ô tô” vào năm 1996 [49] Hệ thống này thực hiện kiểm soát độ bám đường cho

ô tô và đặc biệt là ngăn chặn sự trượt khi ô tô quay vòng Nghiên cứu đã sử dụng 4 cảm biến đo vận tốc góc cho 4 bánh xe trong đó có 2 cảm biến của 2 bánh xe chủ động (số 11

và 12) và 2 cảm biến cho bánh xe bị động (số 13 và 14), 1 cảm biến góc đánh lái (số 16) như trên Hình 1.5

Hình 1.5 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo của Tetsuhiro Yamashita

Trang 22

Độ trượt của bánh xe chủ động được xác định bằng cách tính toán độ chênh lệch giữa vận tốc góc của bánh xe chủ động với vận tốc của ô tô được tính từ vận tốc góc của bánh xe ô tô bị động từ đó điều khiển giảm lượng nhiên liệu hoặc hệ thống đánh lửa Khi ô

tô quay vòng sẽ gây ra sự khác nhau về vận tốc giữa 2 bánh xe dẫn hướng gây ra độ trượt lớn hơn trường hợp đi thẳng, gây lực ly tâm lớn gây mất an toàn và làm người lái khó điều khiển hơn, khi đó cần điều khiển giảm công suất của động cơ nhiều hơn để ô tô dễ điều khiển khi quay vòng và đảm bảo an toàn Tín hiệu góc đánh lái có vai trò chuyển đổi điều khiển trượt cho 2 trường hợp ô tô chạy thẳng và ô tô quay vòng

Năm 1997 một nghiên cứu tiếp theo của Tetsuhiro Yamashita và các cộng sự [50]

về kiểm soát lực kéo cho ô tô dựa trên việc điều khiển cơ cấu phanh và nhiệt độ khí xả Trong đó việc điều khiển nhiệt độ khí xả thông qua bộ xúc tác nhằm thay đổi thông số đầu vào của bộ điều khiển động cơ để thay đổi công suất của động cơ Khi xảy ra trượt quay,

bộ điều khiển (control unit) thực hiện điều khiển bộ xúc tác làm tăng nhiệt độ khí xả dẫn đến bộ điều khiển động cơ tính toán giảm lượng nhiên liệu cung cấp, thay đổi góc đánh lửa nhằm giảm công suất động cơ để hạn chế trượt quay Sơ đồ bố trí hệ thống được thể hiện trên Hình 1.6

Hình 1.6 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo bằng điều khiển hệ thống phanh và

nhiệt độ khí xả

Trong hệ thống này việc tăng nhiệt độ của bộ xúc tác cần một lượng điện năng lớn, bên cạnh đó thời gian từ khi phát hiện bánh xe ô tô bị trượt quay để thay đổi nhiệt độ bộ xúc tác đến khi bộ điều khiển công suất động cơ thay đổi mất nhiều thời gian dẫn đến hiệu quả hạn chế trượt quay không cao

Trang 23

Năm 2000, Tetsuhiro Yamashita và các cộng sự [51] công bố nghiên cứu hệ thống điều khiển lực kéo cho ô tô Nghiên cứu thực hiện tác động vào góc đánh lửa và thay đổi

độ dài đường nạp nhằm giảm công suất của động cơ khi phát hiện trượt quay Cấu trúc của

hệ thống được thể hiện trên Hình 1.7

Hệ thống này yêu cầu hệ thống đánh lửa phải được điều khiển điện tử và kết cấu đường nạp phải đủ lớn để có thể bố trí cơ cấu thay đổi đường đi của không khí nạp

Hình 1.7 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo bằng cách tác động vào góc đánh lửa và

thay đổi độ dài đường nạp

- Toru Ikeda và các cộng sự [54] công bố nghiên cứu về điều khiển lực kéo cho ô tô năm 1998 Khi đối chiếu sự sai khác về vận tốc góc các bánh xe và so sánh với giá trị tham khảo trượt để phát hiện bánh xe trượt từ đó điều khiển giảm công suất của động cơ thông qua mô tơ điều khiển bướm ga (số 6) như trên Hình 1.8

Hình 1.8 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thông qua điều khiển bướm ga

Trang 24

Nghiên cứu này sử dụng mô tơ điều khiển bướm ga nên áp dụng được với động cơ xăng

Cùng năm 1998, Tomohiro Fukumura và các công sự [53] công bố nghiên cứu: Điều khiển lực kéo cho ô tô Nghiên cứu sử dụng thêm một bướm ga phụ (số 42 trên Hình 1.9) để điều khiển giảm công suất của động cơ khi phát hiện trượt quay thông qua bộ điều khiển số 30 (controller) Sơ đồ bố trí của hệ thống được thể hiện trên Hình 1.9

Hình 1.9 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thông qua bướm ga phụ

Với phương pháp của nhóm tác giả thì kết cấu đường nạp phải đủ lớn để thiết kế thêm một bướm ga phụ, đồng thời phải tính toán tới mức cản gió của bướm ga phụ

Hình 1.10 Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thông qua điều khiển bướm ga chính

Trang 25

- Tháng 1 năm 2002, Dong-Chul Shin [22] công bố nghiên cứu phương pháp điều khiển trượt với hệ thống điều khiển lực kéo thông qua hệ thống dẫn động bướm ga chính MTA (cụm chi tiết số 2 trên Hình 1.10) Phương pháp sử dụng mô hình chân ga điện tử áp dụng với các ô tô đời mới có cảm biến vị trí bàn đạp ga như Hình 1.10

- Kenneth J Potter và các cộng sự [35] công bố công trình nghiên cứu quản lý mô men xoắn dựa trên kiểm soát lực kéo bằng cách tích hợp điểu khiển động cơ hoặc phanh năm 2003

- Tháng 6 năm 2004, Paul Antony Fawkes và các cộng sự [44] công bố nghiên cứu

hệ thống điều khiển lực kéo thông qua hệ thống quản lý động cơ EMS điều khiển mô men xoắn đầu ra của động cơ và hệ thống phanh khi xảy ra trượt quay

- Hirofumi Michioka và Toshiya Mori [27] công bố nghiên cứu hệ thống kiểm soát lực kéo trên ô tô bằng cách can thiệp vào hệ thống nhiên liệu: cắt nhiên liệu tới các xilanh kết hợp với điều khiển hộp số tự động (automatic transaission) nhằm hạn chế trượt quay tốt

và êm dịu Nghiên cứu được công bố năm 2004 Sơ đồ bố trí của hệ thống được thể hiện trên Hình 1.11

Hình 1.11 Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo bằng hệ thống nhiên liệu

Việc điều khiển đồng thời hai phương pháp thay đổi lượng nhiên liệu và điều khiển hộp số đem lại kết quả cao tuy nhiên vấn đề điều khiển rất phức tạp

- Tháng 3 năm 2005, Thomas Sauter và các cộng sự [52] công bố nghiên cứu hệ thống kiểm soát lực kéo nhằm giảm trượt của bánh xe bên ngoài khi quay vòng Hệ thống điều khiển hạn chế trượt cho các bánh xe dẫn động ở bên trong và bên ngoài khi ô tô quay vòng với mặt đường có độ bám thấp

Trang 26

- Davor Hrovat và các cộng sự [21] có một cách tiếp cận mới về điều khiển hạn chế trượt quay đó là thay đổi giá trị ngưỡng trượt cho ô tô khi nhiệt độ môi trường thay đổi Nghiên cứu được công bố năm 2007 Sơ đồ bố trí của hệ thống được thể hiện trên Hình 1.12

Điều kiện này áp dụng với các vùng có nhiệt độ thấp có thể dẫn tới đóng băng gây trượt lớn Nghiên cứu này đặc biệt phù hợp với các quốc gia hoặc vùng lãnh thổ có sự thay đổi lớn về nhiệt độ môi trường, tuy nhiên rất ít khi xảy ra các trường hợp ô tô di chuyển giữa các vùng khí hậu khác biệt lớn trong khoảng thời gian ngắn

Hình 1.12 Sơ đồ hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay theo nhiệt độ môi trường

- Tháng 5 năm 2009, Hongtei Eric Tseng và các cộng sự [28] nghiên cứu hệ thống hạn chế trượt quay điều khiển các cơ cấu phanh tại các bánh xe nhưng có tính đến bán kính lốp (trong trường hợp ô tô thay lốp dự phòng không đủ kích thước theo tiêu chuẩn)

- Tháng 8 năm 2009, Michael Fodor [40] và các đồng nghiệp tiếp tục công bố nghiên cứu Điều khiển lực kéo trong trường hợp ô tô thay đổi trạng thái đột ngột

Nghiên cứu sử dụng các cảm biến gia tốc dọc, gia tốc ngang, vận tốc góc bánh xe

và cảm biến góc lắc ngang thân ô tô

- Tháng 7 năm 2010, Davor Herovat và các cộng sự [20] công bố nghiên cứu phương pháp kiểm soát lực kéo cho ô tô ô tô sử dụng nhiều phương pháp cùng lúc đó là thay đổi lượng nhiên liệu phun vào buồng đốt, góc đánh lửa và điều khiển bướm ga

- Theo công bố về hệ thống hạn chế trượt quay của hãng WABCO [55] tác động điều khiển vào dây ga và cụm cơ cấu chấp hành Hãng sử dụng phương pháp điều khiển

Trang 27

lượng nhiên liệu vào động cơ thông quá cơ cấu dẫn động thanh răng bơm cao áp bằng một

xi lanh khí nén có điều khiển như Hình 1.13 Một giải pháp khác đó là chế tạo cụm van điều khiển lực phanh tại các bánh xe khác nhau

Hình 1.13 Hệ thống hạn chế trượt quay cho ô tô tải của hãng Wabco

- Một số nghiên cứu nghiên cứu của các tác giả:

Tác giả Nathan Ewin [41] đã đề xuất phương pháp ước lượng mô men cực đại có thể truyền và điều khiển giới hạn mô men sinh ra lớn nhất của động cơ nhằm điều khiển hạn chế trượt quay vào năm 2011 Sơ đồ bộ điều khiển của hệ thống này được thể hiện trên Hình 1.14

Hình 1.14 Bộ điều khiển MTTE

Năm 2012, các tác giả Jan Erik Stellet, Martin Giessler, Frank Gauterin, Fernando Puente León [32] đã sử dụng thuật toán điều khiển trượt (SMC) để điều khiển mô men tới từng bánh xe Việc điều khiển này nhằm điều khiển ổn định hướng và khả năng tăng tốc

Trang 28

của xe Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển của nghiên cứu này được thể hiện trên Hình 1.15

Hình 1.15 Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển theo thuật toán điều khiển trượt (SMC)

Năm 2013, Jaewon Nah, Kyongsu Yi, Wongun Kim và Yeogiel Yoon [31] đã giới thiệu thuật toán điều khiển lực kéo ở bánh xe chủ động tại từng bánh xe bằng phương pháp điều khiển PID nhằm điều khiển cả tính năng tăng tốc và độ ổn định hướng chuyển động của xe 6 bánh Kết quả mô phỏng đã cho thấy hiệu quả của bộ điều khiển Sơ đồ khối của

bộ điều khiển được thể hiện trên Hình 1.16

Hình 1.16 Sơ đồ khối điều khiển lực kéo ở bánh xe chủ động tại từng bánh xe

Năm 2015, Kanghyun Nam, Yoichi Hori, Choonyoung Lee [33] đã giới thiệu luật điều khiển mô men bánh xe chủ động độc lập tới từng bánh xe dựa trên thuật toán quan sát được độ trượt của bánh xe chủ động

Tuy nhiên, các phương pháp điều khiển này chỉ ứng dụng cho ô tô điện có đặc tính

mô men là tuyến tính Muốn áp dụng cho động cơ nhiệt với đặc tính phi tuyến đòi hỏi phải

có những thuật giải rất phức tạp khó có khả năng áp dụng theo thời gian thực trên ô tô

- Các tác giả Kazushi Hosomi, Akira Nagae, Shinsuke Yamamoto,Yosuke Takahira

và Masamichi Koizumi [34] của hãng Toyota đã công bố thuật toán điều khiển hạn chế trượt bao gồm các phương pháp điều khiển công suất động cơ, điều khiển lực phanh và điều khiển vi sai để điều khiển hạn chế trượt quay năm 2000 Trong công bố này, các tác giả đã công bố các chế độ làm việc và hiệu quả của hệ thống trên đường có hệ số bám đồng

Trang 29

nhất hoặc đi trên đường dốc và bánh xe bị sụt hố Tuy nhiên, nghiên cứu này không công

bố thuật toán và các tham số điều khiển cụ thể

- Năm 2006, các tác giả Giorgio Previati, Massimiliano Gobbi and Giampiero Mastinu [25] đã giới thiệu phương pháp đo lực kéo trên đường tuyết và băng khi không có

và khi có hệ thống hạn chế trượt quay bằng phương pháp 2 xe kéo nhau

Hình 1.17 Thí nghiệm đo lực kéo trên đường tuyết

Với phương pháp này xe phía trước được trang bị hệ thống hạn chế trượt quay kéo

xe phía sau thông qua cảm biến lực kéo (load cell) như trên Hình 1.17

Hình 1.18 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mô men trên đường tuyết và băng

- Năm 2014, tác giả Ivan Dunđerski [30] đã công bố phương pháp điều khiển công suất động cơ đốt trong nhằm đảo bảo khả năng tăng tốc và sang số êm dịu khi đi vào vùng trượt Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển của hệ thống được thể hiện trên Hình 1.18 Tuy

Trang 30

nhiên, trong phương pháp này hệ phương trình mô phỏng đã không xét đến đặc tính đàn hồi của lốp (đặc tính trượt)

Các nghiên cứu hạn chế hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động trên thế giới tập trung vào

3 giải pháp đó là điều khiển hệ thống phanh, điều khiển công suất động cơ, kết hợp điều khiển công suất và phanh hợp lý

Các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học và hãng sản xuất ô tô trên thế giới

đã được ứng dụng nhiều trên các dòng ô tô du lịch, ô tô buýt, ô tô khách, ô tô tải Tuy nhiên, do vấn đề bảo mật nên việc tiếp cận tài liệu và triển khai áp dụng cho các dòng ô tô tại Việt Nam gặp nhiều khó khăn

1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về hệ thống hạn chế trượt lết bánh xe [2]; [3]; [4] tuy nhiên chưa có công trình đáng kể nào nghiên cứu hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe ô tô

Việc nghiên cứu hệ thống điều khiển nhằm hạn chế hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động của ô tô cần được nghiên cứu nhằm tiến tới ứng dụng trên các ô tô sản xuất và lắp ráp trong nước

1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu

Luận án đã lựa chọn đối tượng nghiên cứu là ô tô tải nhỏ sử dụng động cơ diezel (bơm cao áp dãy), công thức bánh xe 4x2 với các thông số cơ bản như trong Bảng 1.1

Bảng 1.1: Thông số đối tượng nghiên cứu

Mô men xoắn cực đại/số vòng quay 320/2000(Nm/v/p)

Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước 2,2(m)

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu

Trên thế giới, các ô tô tải có trang bị hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay bánh

xe đã khá phổ biến tuy nhiên các ô tô tải được sử dụng tại Việt Nam hầu như chưa được trang bị hệ thống này

Trang 31

Các giải pháp hạn chế trượt quay hiện nay tập trung vào ba giải pháp là điều khiển giảm công suất (mô men) động cơ; điều khiển tạo mô men phanh ở bánh xe một cách hợp lý; điều khiển công suất động cơ kết hợp với việc tạo ra mô men phanh hợp lý ở các bánh

xe

Để điều khiển hiệu quả, hầu hết các nghiên cứu ứng dụng đã kết hợp hai giải pháp: khi xảy ra hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động hệ thống vừa điều khiển giảm công suất động cơ và kết hợp tạo ra lực phanh hợp lý tại các bánh xe bị trượt quay

Việc điều khiển cùng lúc hai giải pháp rất phức tạp, vì vậy trong khuôn khổ luận án này chỉ giới hạn nghiên cứu một phần của giải pháp điều khiển giảm công suất (mô men) động cơ thông qua điều khiển tải của động cơ nhằm giảm độ trượt của các bánh xe chủ động của ô tô khi hoạt động trên đường thẳng, xấu trơn trượt và đồng nhất

Các xe tải khi đi trên các đường xấu như ở đường nông thôn, đường lâm nghiệp, đường trong các công trường…có khả năng gây ra trượt quay bánh xe chủ động Trong trường hợp đạp ga đột ngột ở mức lớn cũng có thể gây ra trượt, tuy nhiên quá trình này diễn ra ngắn trong khi hệ thống điều khiển gồm nhiều khâu có đặc tính động học không nhanh nên bộ điều khiển có thể vẫn hoạt động nhưng không có hiệu quả mà độ trượt bánh

xe tự giảm do đặc tính tốc độ của động cơ

Việc nghiên cứu, chế tạo bộ điều khiển và tiến hành lắp ráp, thử nghiệm thực tế nhằm hướng tới chế tạo hệ thống có khả năng hạn chế hiện tượng trượt quay bánh xe và lắp trên các ô tô tải đang lưu hành, góp phần hiện đại hóa các nhà máy ô tô và phục vụ những nghiên cứu trong đào tạo

1.4 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm được mẫu đầu hệ thống điều khiển giảm công suất động cơ nhằm hạn chế độ trượt quay của bánh xe chủ động trên ô tô tải nhỏ sản xuất lắp ráp tại Việt Nam khi chạy trên đường có hệ số bám thấp

Các mục tiêu cụ thể gồm xây dựng được mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô; lựa chọn được thuật toán điều khiển và xác định các tham số điều khiển; thiết kế, chế tạo được bộ điều khiển và cơ cấu chấp hành, tiến hành thực nghiệm đánh giá bước đầu hoạt động của hệ thống

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu

Để tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình nghiên cứu, luận án sử dụng kết hợp hai phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm

Phương pháp lý thuyết được sử dụng để mô phỏng (trên máy tính) quá trình khởi hành của xe khi trên đường thẳng trơn trượt, đề xuất và mô phỏng xác định các tham số của bộ điều khiển:

Trang 32

Phương pháp thực nghiệm được sử dụng để xác định đặc tính bơm cao áp làm cơ sở xây dựng đặc tính tốc độ của động cơ đốt trong, thiết kế chế tạo và thực nghiệm hoạt động của hệ thống khi ô tô khởi hành trên đường thẳng có hệ số bám thấp khác nhau

1.5 Nội dung nghiên cứu

Phần nghiên cứu lý thuyết của luận án thực hiện các nội dung:

- Nghiên cứu hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động của ô tô;

- Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô;

- Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô tải trên đường có hệ số bám khác nhau;

- Nghiên cứu đề xuất thuật toán điều khiển và xác định các thông số của bộ điều khiển;

- Mô phỏng hệ thống điều khiển;

- Nghiên cứu xác định vùng làm việc của bộ điều khiển

Phần nghiên cứu thực nghiệm của luận án thực hiện các nội dung:

- Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định đặc tính cục bộ, đặc tính ngoài của bơm cao áp dãy, đặc tính bộ điều tốc;

- Thiết kế chế tạo bộ điều khiển, cụm cơ cấu chấp hành của hệ thống;

- Thực nghiệm hoạt động của hệ thống

Các ô tô tải lắp ráp và sử dụng ở Việt Nam hoạt động đa dạng ở các địa hình và đường xá khác nhau Ở vùng nông thôn khi di chuyển trên các đường xấu như đường bùn đất, đá cấp phối có khả năng ô tô bị trượt quay dẫn tới giảm tính năng động lực học của

ô tô gây ra tổn hao nhiên liệu, hao mòn lốp và giảm khả năng điều khiển ô tô Tuy nhiên,

do giá thành cao và vấn đề bảo mật nên việc tiếp cận tài liệu và triển khai áp dụng cho các dòng ô tô sản xuất lắp ráp tại nước ta gặp nhiều khó khăn

Tại Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về hệ thống hạn chế trượt lết bánh xe, tuy nhiên chưa có công trình đáng kể nào nghiên cứu hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe ô tô Cần thiết có nhiều nghiên cứu làm cơ sở cho việc thiết kế, chế tạo

và thử nghiệm hệ thống hạn chế trượt quay Trong khuôn khổ của luận án, chỉ giới hạn nghiên cứu một phần của giải pháp điều khiển giảm công suất động cơ nhằm hạn chế hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động của ô tô

Trang 33

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG

có hệ số bám khác nhau Mô hình mô phỏng gồm mô hình động cơ, mô tả hệ thống truyền lực, mô hình bánh xe và mô hình chuyển động theo phương dọc của xe Mối quan hệ giữa các mô hình mô phỏng kể trên trong mô hình hệ thống tổng thể được thể hiện trên Hình 2.1:

Hình 2.1 Sơ đồ mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô

Chương này gồm 2 nội dung chính là xây dựng mô hình mô phỏng (bao gồm các

mô hình thành phần kể trên và mô phỏng khảo sát quá trình khởi hành của xe trên các loại đường với các mức tải động cơ khác nhau)

2.1 Xây dựng mô hình mô phỏng

2.1.1 Xây dựng đặc tính tốc độ động cơ diezen

Để đề xuất và mô phỏng đánh giá hệ thống hạn chế trượt quay cần thiết mô phỏng

mô men của động cơ truyền tới bánh xe chủ động của ô tô Mô men này phụ thuộc vào

Trang 34

hành trình bàn đạp ga, vận tốc góc động cơ Trong mục này, luận án trình bày phương pháp xây dựng đặc tính tốc độ của động cơ diezel

Hiện nay, để xây dựng đặc tính tốc độ của động cơ diezel có thể kể đến các phương pháp mô phỏng động cơ thường dùng như sau:

Phương pháp toán học

Một số phần mềm mô phỏng động cơ như phần mềm BOOST, FIRE, TYCON, BRICKS, EXCITE, GLITDE….Nhưng nhược điểm của phương pháp này chỉ đúng trong từng dạng động cơ nhất định, phải xác định các thông số kết cấu và kết hợp các thông số thực nghiệm

Phương pháp thực nghiệm trên động cơ:

Phương pháp này được ứng dụng rộng rãi vì có thể xây dựng chính xác đặc tính của động cơ Tuy nhiên để thực nghiệm đo trên động cơ cần có bệ thử công suất động cơ, tháo động cơ trên ô tô lắp trên bệ thử Việc này đòi hỏi thời gian, công sức và thiết bị phức tạp dẫn đến chi phí rất lớn

Phương pháp mô hình mô phỏng bằng đặc tính bơm cao áp kết hợp với đặc tính ngoài

Trên động cơ sử dụng bơm cao áp, có thể thực nghiệm đặc tính của bơm trên bệ thử bơm cao áp sau đó kết hợp với đặc tính ngoài của động cơ để mô phỏng động cơ đốt trong

Sau khi tìm hiểu các phương pháp mô phỏng động cơ, luận án đã lựa chọn phương

án mô hình mô phỏng bằng đặc tính bơm cao áp kết hợp với đặc tính ngoài Ưu điểm của

phương án này là thay vì phải thực nghiệm toàn bộ động cơ chỉ cần thực nghiệm đặc tính của bơm cao áp kết hợp với đường đặc tính ngoài động cơ Việc thực nghiệm đặc tính của bơm cao áp phù hợp với điều kiện thực tế của luận án, vì vậy luận án đã thực hiện phương

án này

Với phương pháp mô hình mô phỏng bằng đặc tính bơm cao áp kết hợp với đặc tính ngoài, đặc tính của động cơ có thể được tính thông qua mức tải và mômen của đặc tính ngoài động cơ Mức tải động cơ được tính bằng tỷ lệ giữa lượng phun nhiên liệu tại các mức ga với lượng phun nhiên liệu ở mức ga lớn nhất tương ứng với từng số vòng quay động cơ Theo tài liệu [37] mô phỏng hoạt động của xe nâng hàng có sử dụng động cơ đốt trong, trong đó có phương pháp xác định đặc tính bơm cao áp và động cơ Khi đó mô men động cơ có thể tính theo công thức sau:

Q : Đặc tính phun nhiên liệu cục bộ của bơm cao áp;

max(n )

bca b

Q : Đặc tính phun nhiên liệu ngoài của bơm cao áp;

: Mô men xác định theo đặc tính ngoài của động cơ

Sơ đồ mô hình động cơ (xác định quan hệ giữa mô men động cơ M e theo mức tải

thực tế của động cơ P in và vận tốc góc động cơ ω e) như trên Hình 2.2

Trang 35

Trong đó, *

e

 là thông số thể hiện vận tốc góc của động cơ có kể đến ảnh hưởng độ trễ (đặc tính động học) của bộ điều tốc

Hình 2.2 Sơ đồ mô hình xác định mô men của động cơ đốt trong

Để xác định mô men của động cơ cần thiết phải xác định đặc tính tốc độ (đặc tính ngoài và đặc tính cục bộ) của bơm cao áp Mục tiếp theo sẽ trình bày nội dung thực nghiệm xác định các đặc tính này

2.1.1.1 Xây dựng đặc tính ngoài của bơm cao áp

Đặc tính ngoài của bơm max(n )

bca b

Q thể hiện mối quan hệ giữa lượng phun nhiên liệu với các

số vòng quay khác nhau tại mức ga 100% ở chế độ thực nghiệm ổn định

1 Bơm cao áp 2 Vòi phun chuẩn 3 Ống đo

4 Phao báo mức nhiên liệu 5 Nhiệt kế 6, 10 Thùng chứa nhiên

7 Bơm cấp nhiên liệu 8 Bầu lọc nhiên liệu 9 Áp kế

11 Van khóa 12 Khay hứng nhiên liệu 13 Bơm chuyển nhiên liệu

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của băng thử

Trang 36

Đặc tính này được xác định bằng thực nghiệm trên băng thử bơm cao áp đặt tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Sơ đồ bố trí thiết bị và vị trí lắp đặt bơm cao áp được thể hiện trên Hình 2.3 và Hình 2.4

Hình 2.4 Thiết bị thử nghiệm và ví trí lắp đặt bơm cao áp

Quá trình thực nghiệm xác định đặc tính này như sau: điều khiển thay đổi vận tốc góc của bơm cao áp nbca= (400  1600) v/p tương ứng với vận tốc góc của động cơ ne=(800

÷ 3200) v/p, với bước nhảy vận tốc góc của bơm cao áp là 20 v/p ở lần lượt các vị trí mức tải điều khiển bơm cao áp thay đổi từ (0  100)% Lượng phun nhiên liệu sau 500 chu trình làm việc của bơm được đo, từ đó tính ra lượng phun trong một chu trình tương ứng với mức ga và vận tốc góc bơm cao áp Đặc tính tốc độ ngoài của bơm cao áp ở mức tải 100% được thể hiện trên Hình 2.5

Hình 2.5 Đặc tính tốc độ ngoài của bơm cao áp

2.1.1.2 Xây dựng đặc tính cục bộ của bơm cao áp

Đặc tính cục bộ của bơm (n )

bca b

Q được xác định bằng thực nghiệm thể hiện mối quan

hệ giữa lượng phun nhiên liệu với vận tốc góc của bơm cao áp ở các mức ga khác nhau

Trang 37

Từ số liệu thử nghiệm bơm cao áp trên có thể xây dựng được đồ thị thể hiện đặc tính cục bộ của bơm với các mức tải từ 0 đến 90% ở chế độ thực nghiệm ổn định và được thể hiện trên Hình 2.6

Hình 2.6 Đặc tính tốc độ của bơm

Trong mô hình mô phỏng động cơ, bảng dữ liệu lượng phun trên các Hình 2.5 và Hình 2.6 được đưa vào ở dạng bảng giá trị tham chiếu lookup tables

2.1.1.3 Xây dựng mô hình bộ điều tốc cơ khí ly tâm đa chế độ

Mô hình thể hiện mối quan hệ giữa hành trình bàn đạp ga, vận tốc góc của động cơ tới hành trình dịch chuyển của thanh răng bơm cao áp, qua đó quyết định đến lượng phun của vòi phun Khi bàn đạp ga ở một vị trí nào đó, nếu không có lực ly tâm thì thanh răng sẽ

ở vị trí xác định tương ứng với vị trí bàn đạp ga, sự thay đổi vị trí của bàn đạp ga sẽ dẫn tới

sự thay đổi vị trí của thanh răng một cách đồng bộ về thời gian (gần như tức thời) Thực tế khi động cơ quay với một vận tốc nào đó, có lực ly tâm tác dụng trên các quả văng của bộ điều tốc làm cho vị trí thanh răng bị điều chỉnh so với vị trí xác định bởi vị trí bàn đạp ga khi không có lực ly tâm Cũng do sự tồn tại của lực ly tâm đó, sự thay đổi vị trí của thanh răng diễn ra trễ hơn so với sự thay đổi vị trí của bàn đạp ga

Lượng phun tương ứng với vị trí thanh răng ở trạng thái xác lập (khi vận tốc góc của bơm cao áp không thay đổi) đã được xác định từ thực nghiệm như trên Hình 2.5 và Hình 2.6

Đặc tính đáp ứng trễ của vị trí thanh răng theo sự thay đổi vị trí của bàn đạp ga cần thiết được mô tả trong mô hình bơm cao áp Đặc tính này đã được các tác giả mô tả bởi một khâu động học bậc hai như trên Hình 2.7 [8];[37]

Đối với một bơm cao áp chia, các thông số a, b, c của khâu động học đó đã được xác định với hệ số a rất nhỏ (a=0,005816; b=0,208105; c=1) [8]

Trang 38

Hình 2.7 Mô hình bơm cao áp [8]

Cũng có tác giả đề xuất sử dụng khâu động học bậc nhất để mô tả đặc tính đáp ứng của bộ điều tốc [12] Để đơn giản hóa mô hình mô phỏng, luận án sử dụng khâu bậc nhất

để mô tả bộ điều tốc Hàm truyền của bộ điều tốc có dạng:

1W(s)

Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật cơ bản của băng thử NT 3000

Hình 2.8 Băng thử bơm cao áp NT 3000 và vị trí gá đặt bơm cao áp, vòi phun

Trang 39

Bảng 2.2: Quy trình thí nghiệm xác định đặc tính của bộ điều tốc

Pin= (0; 20; 40; 60; 80; 100)%

- Vận tốc góc của bơm cao áp

- Hành trình dịch chuyển thanh răng bơm cao áp

Luận án sử dụng thiết bị đo ghi đa kênh (DEWE 2600-Trường Đại học SPKT Hưng Yên) kết hợp với cảm biến AH49E đo hành trình hồi vị dịch chuyển thanh răng của bơm cao áp và cảm biến đo vận tốc góc loại điện từ nhằm xác định vận tốc góc của bơm cao áp Quá trình lắp đặt và đo ghi kết quả được thể hiện trên Hình 2.9

Hình 2.9 Vị trí lắp đặt các cảm biến và thiết bị đo ghi đa kênh DEWE2600

Đo dịch chuyển của thanh răng kết hợp đo tốc độ của bơm cao áp để xác định độ trễ của bộ điều tốc Kết quả đặc tính điều chỉnh vị trí thanh răng theo vận tốc góc của bơm cao áp tại các mức ga 80% và 60% được trình bày trên Hình 2.10 và Hình 2.11

Hình 2.10 Đặc tính điều chỉnh vị trí thanh răng theo vận tốc góc của bơm cao áp tại mức

ga 80%

Trang 40

Hình 2.11 Đặc tính điều chỉnh vị trí thanh răng theo vận tốc góc của bơm cao áp tại mức

ga 60%

Từ các kết quả đo vận tốc góc bơm cao áp và mức dịch chuyển thanh răng trên hình Hình 2.10 và Hình 2.11 cho thấy khi vận tốc góc bơm cao áp thay đổi thì vị trí của thanh răng cũng thay đổi theo, tuy nhiên sự thay đổi vị trí thanh răng diễn ra trễ hơn so với sự thay đổi vận tốc một khoảng thời gian Δt Độ trễ này được thể hiện bởi các giá trị hệ số a1

và b1 trong hàm truyền bộ điều tốc (công thức 2.2) Từ các kết quả đo độ dịch chuyển của thanh răng khi vận tốc góc của bơm cao áp thay đổi (được xác định bằng phương pháp thực nghiệm), ứng dụng công cụ System Identification Parameters của phần mềm Matlab, luận án xác định được các thông số của hàm truyền bộ điều tốc bơm cao áp lần lượt là:

a1=0,2 và b1=1

2.1.1.4 Xây dựng đặc tính mô men của động cơ

Đặc tính ngoài động cơ thể hiện mối quan hệ giữa công suất và mô men của động

cơ ứng với vận tốc góc của động cơ ở chế độ toàn tải

Hiện nay đặc tính ngoài của động cơ thường được xác định bằng thực nghiệm trên thiết bị chuyên dụng với quy trình thực hiện khá phức tạp Tuy nhiên, trong điều kiện khó khăn về thiết bị, luận án sử dụng công thức kinh nghiệm Lây Đécman để mô tả đặc tính ngoài của động cơ

Việc sử dụng quan hệ giải tích giữa công suất, mômen xoắn với vận tốc góc của động cơ (ví dụ như công thức Lây Đécman) để tính toán sức kéo sẽ thuận lợi hơn so với khi dùng đồ thị đặc tính ngoài bằng thực nghiệm

Công thức kinh nghiệm Lây Đécman thể hiện quan hệ giữa công suất có ích theo vận tốc góc như sau: [14]

max 2 e 2 e 2 e e

Định dạng
Số trang	116
Dung lượng	5,44 MB