luận án tiến sĩ nghiên cứu nâng cao hiệu quả thu hồi năng lượng của hệ thống phanh tái sinh trên ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH DƯƠNG TUẤN TÙNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU HỒI NĂNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH TRÊN Ô TÔ LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ Tp Hồ Chí Minh, tháng 06/2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH DƯƠNG TUẤN TÙNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU HỒI NĂNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH TRÊN Ơ TƠ NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 9520103 Hướng dẫn khoa học: PGS-TS ĐỖ VĂN DŨNG PGS-TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: LÝ LỊCH KHOA HỌC CỦA NGHIÊN CỨU SINH I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ tên: DƯƠNG TUẤN TÙNG Ngày, tháng, năm sinh: 15/07/1980 Quê quán: Hà Nam Học vị cao nhất: Thạc Sy Chức vụ: Trưởng ngành CNKT ô tô Khoa Đào tạo Chất lượng cao Đơn vị công tác : Trường Đại học Sư Phạm Ky Thuật TP.Hồ Chí Minh Chỗ ở riêng địa liên lạc: 40A, tổ 9, khu phố 3, phường An Bình, TP Biên Hịa, Tỉnh Đồng Nai Điện thoại liên hệ: 0914805623 Email: tungdt@hcmute.edu.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Đại học - Hệ đào tạo: Chính qui - Nơi đào tạo: Trường Đại học Sư hạm Ky thuật TP HCM - Ngành học: Cơ khí động lực Nước đào tạo: Việt Nam Năm tốt nghiệp: 2004 Sau đại học - Thạc sĩ chuyên ngành: Cơ khí tơ Năm cấp bằng: 2010 Nơi đào tạo: trường Đại học Sư phạm Ky thuật Tp HCM – Việt Nam - Ngoại ngữ: Tiếng Anh III Mức độ sử dụng: Giao tiếp tốt Q TRÌNH CƠNG TÁC - 2004-2005: Làm việc công ty ô tô TOYOTA Biên Hòa 2005 đến nay: Giảng viên Trường Đại học Sư phạm Ky thuật Tp.HCM IV LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU/CHUN MƠN - Hệ thống truyền lực tơ - Hệ thống điều khiển chuyển động ô tô - Hệ thống phanh tái sinh ô tô - Ky thuật sửa chữa thân vỏ sơn xe i V CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 5.1 TT Các cơng trình cơng bố ii 10 11 5.2 TT Các đề tài nghiên cứu khoa Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo mơ hình hệ thống sơn tự động iii 56 57 Bảng số liệu moment thu xe bắt đầu phanh ở tốc độ xe 50 km/h - Vận tốc xe bắt đầu phanh 50km/h Thời gian phanh 17s Thời gian bánh đà quay tự 40s Thời gian lấy mẫu: 1s Hệ số qui đổi: 2.34 mV/Nm Thời gian 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 Code SPline Ta xây dựng hàm cubicspline () để nội suy: function y = cubicspline (xData, yData, x) %Ham xap xi bang da thuc bac spline %Cu phap: [yi,f] = cubicspline(xData, yData, x) n = length(xData); c = zeros(n‐1, 1); d = ones(n, 1); e = zeros(n‐1, 1); k = zeros(n, 1); c(1:n‐2) = xData(1:n‐2) ‐ xData(2:n‐1); d(2:n‐1) = 2*(xData(1:n‐2) ‐ xData(3:n)); e(2:n‐1) = xData(2:n‐1) ‐ xData(3:n); k(2:n‐1) = 6*(yData(1:n‐2) ‐ yData(2:n‐1)) /(xData(1:n‐2) ‐ xData(2:n‐1)) ‐ 6*(yData(2:n‐1) ‐ yData(3:n)) ./(xData(2:n‐1) ‐ xData(3:n)); [c, d, e] = band3(c, d e); k = band3sol(c, d, e, k); i = findseg(xData, x); h = xData(i) ‐ xData(i+1); y = ((x ‐ xData(i+1))^3/h ‐ (x ‐ xData(i+1))*h)*k(i)/6.0 ‐ ((x ‐ xData(i))^3/h ‐ (x ‐ xData(i))*h)*k(i+1)/6.0 + yData(i)*(x ‐ xData(i+1))/h ‐ yData(i+1)*(x ‐ xData(i))/h; Ta có chương trình ctcubicspline.m dùng nội suy: clear all, clc x1 = 0:0.1:5; y1 = (x1+1).^2; while x = input(ʹx = ʹ); if isempty(x) fprintf(ʹKet thucʹ); break end y = cubicspline(xData, yData, x) fprintf(ʹ\nʹ) end Trendline1 moothing spline: f(x) = piecewise polynomial computed from p Smoothing parameter: p = 0.9999952 Goodness of fit: SSE: 1.03e+05 R-square: 0.8158 Adjusted R-square: 0.7154 RMSE: 28.71 Code function [fitresult, gof] = createFit(v, nl) %CREATEFIT(V,NL) % Create a fit % % Data for 'trendline1' fit: % X Input : v % Y Output: nl % Output: % fitresult : a fit object representing the fit % gof : structure with goodness-of fit info % % See also FIT, CFIT, SFIT % Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:01:24 %% Fit: 'trendline1' [xData, yData] = prepareCurveData( v, nl ); % Set up fittype and options ft = fittype( 'smoothingspline' ); opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); opts.SmoothingParam = 0.9999951973847; % Fit model to data [fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); % Plot fit with data figure( 'Name', 'trendline1' ); h = plot( fitresult, xData, yData ); legend( h, 'nl vs v', 'trendline1', 'Location', 'NorthEast' ); % Label axes xlabel v ylabel nl grid on ################################################################### Trendline2 Smoothing spline: f(x) = piecewise polynomial computed from p Smoothing parameter: p = 0.99988886 Goodness of fit: SSE: 1.511e+05 R-square: 0.7161 Adjusted R-square: 0.5666 RMSE: 23.75 Code function [fitresult, gof] = createFit(v2, nl2) %CREATEFIT(V2,NL2) % Create a fit % Data for 'trendline2' fit: % X Input : v2 % Y Output: nl2 % Output: % fitresult : a fit object representing the fit % gof : structure with goodness-of fit info % % See also FIT, CFIT, SFIT % Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:07:34 %% Fit: 'trendline2' [xData, yData] = prepareCurveData( v2, nl2 ); % Set up fittype and options ft = fittype( 'smoothingspline' ); opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); opts.SmoothingParam = 0.999888858650065; % Fit model to data [fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); % Plot fit with data figure( 'Name', 'trendline2' ); h = plot( fitresult, xData, yData ); legend( h, 'nl2 vs v2', 'trendline2', 'Location', 'NorthEast' ); % Label axes xlabel v2 ylabel nl2 grid on ################################################################### Trendline3 Smoothing spline: f(x) = piecewise polynomial computed from p Smoothing parameter: p = 0.9999997 Goodness of fit: SSE: 1.439e+06 R-square: 0.6752 Adjusted R-square: 0.3238 RMSE: 69.4 function [fitresult, gof] = createFit(v3, nl3) %CREATEFIT(V3,NL3) % Create a fit % Data for 'trendline3' fit: % X Input : v3 % Y Output: nl3 % Output: % fitresult : a fit object representing the fit % gof : structure with goodness-of fit info % % See also FIT, CFIT, SFIT % Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:14:21 %% Fit: 'trendline3' [xData, yData] = prepareCurveData( v3, nl3 ); % Set up fittype and options ft = fittype( 'smoothingspline' ); opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); opts.SmoothingParam = 0.999999695868438; % Fit model to data [fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); % Plot fit with data figure( 'Name', 'trendline3' ); h = plot( fitresult, xData, yData ); legend( h, 'nl3 vs v3', 'trendline3', 'Location', 'NorthEast' ); % Label axes xlabel v3 ylabel nl3 grid on ########################################################### Smoothing spline: f(x) = piecewise polynomial computed from p Smoothing parameter: p = 0.99996173 Goodness of fit: SSE: 2.815e+06 R-square: 0.511 Adjusted R-square: 0.3288 RMSE: 55.83 Code function [fitresult, gof] = createFit(v4, nl4) %CREATEFIT(V4,NL4) % Create a fit % Data for 'trendline4nl' fit: % X Input : v4 % Y Output: nl4 % Output: % fitresult : a fit object representing the fit % gof : structure with goodness-of fit info % See also FIT, CFIT, SFIT % Auto-generated by MATLAB on 10-Feb-2020 22:21:35 %% Fit: 'trendline4nl' [xData, yData] = prepareCurveData( v4, nl4 ); % Set up fittype and options ft = fittype( 'smoothingspline' ); opts = fitoptions( 'Method', 'SmoothingSpline' ); opts.SmoothingParam = 0.999961729799589; % Fit model to data [fitresult, gof] = fit( xData, yData, ft, opts ); % Plot fit with data figure( 'Name', 'trendline4nl' ); h = plot( fitresult, xData, yData ); legend( h, 'nl4 vs v4', 'trendline4nl', 'Location', 'NorthEast' ); % Label axes xlabel v4 ylabel nl4 Tính tốn, thiết kế cụm chi tiết cho hệ thống thu hồi lượng Trục 7.1 Xác định số vòng quay trục Công suất trục vào: Chọn sơ ty số truyền: Số vòng quay trục vào Số vòng qua trục Số vòng quay bánh trung tâm: n 01 n Z21 Trục vào 7.2 Xác định mô men xoắn trục Từ số vịng quay cơng suất trục vào ta chọn sơ momen xoắn trục sau: + Mômen xoắn trục vào T01 = 9,55 106 P01 = 88017(N mm) n + Mômen xoắn bánh mặt trời sau 01 T12 = 79216(N mm) + Mômen xoắn bánh hành tinh trước T21 = 55042(N mm) 7.3 Tính tốn thông số bánh hành tinh kép Xác định ứng suất cho phép  Đối với cặp bánh ăn khớp Ứng suất tiếp xúc cho phép σ =( H δH )Z Z K K V R XH σ0Hlim HL Trong đó: : ứng suất tiếp xúc cho phép, tra bảng 6.2 [2]: Cấp nhanh: σ0Hlim = 2HRC + 70 = 2.290 + 700 = 650MPa Cấp chậm: σ0Hlim = 17HRC + 200 = 17.50 + 200 = 1050MPa +σ + ZR : hệ số xét đến độ nhám bề mặt làm việc + ZV : hệ số xét đến ảnh hưởng vận tốc vòng + KXH : hệ số xét đến ảnh hưởng kích thước bánh + KHL : hệ số tuổi thọ + H : hệ số an toàn tiếp xúc, tra bảng Hlim - Cấp nhanh : H = 1,1 - Cấp chậm : H = 1,2 Khi thiết kế sơ chọn: ZVZRKXH = Cơng thức tính ứng suất tiếp xúc có dạng: [σH] = ( Hlim ) KHL σ δH KHL = Trong đó: NHO: số chu kì thay đổi ứng suất sở thử tiếp xúc - 2,4 2,4 Cấp nhanh: NHO2 = 30HB = 30.290 = 624,37.106 2,4 2,4 Cấp chậm:NHO1 = 30HB = 30.482 = 82,50.10 mH: bậc đường cong mỏi thử tiếp xúc HB: độ cứng Brinen: - Cấp nhanh: HB = 290 - Cấp chậm: HB = 482 (HRC = 50) + NH: Số chu kì thay đổi ứng suất tương đương NH2 = 60ctΣ(n2 − n0) NH1 = 60ctΣ(n1 − n0) Trong đó: - c: số bánh vệ tinh, c = - t : tổng thời gian làm việc (tải tĩnh) 24 tΣ = 24 365.10 = 46720(h) Với cấp nhanh: truyền (Z12 - Z22) N H12 = 6,8241 10 N N H12 H22 = 8535 106 N H22 Do với bánh thẳng: [σH] = [σH12] = [σH22] = - Với cấp chậm: truyền (Z11 - Z21) - NH21 = 60.46720(n 21 − n01) = 3240,49 10 N >N => K =1 N Do với bánh thẳng [σH] = [σH21] = [σH11] = H21 H11 >N H01 H01 => K HL2 HL1 =1 Ứng suất uốn cho phép [σF] = ( Flim σ0 ) YRYSKXFKFCKFL δF Trong đó: + [σF] : ứng suất uốn cho phép +[σ0Flim ] : ứng suất giới hạn, tra bảng 6.2 [2]: - Cấp nhanh: σ0Flim = 1,5HB = 1,5.290 = 522MPa Cấp chậm : σ0Flim = 550MPa + δF : hệ số an tồn tính uốn, tra bảng 6.2 [2] δF = 1,75 + YR: hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhám bề mặt lượn chân + + + + YS : hệ số xét đến ảnh hưởng độ nhạy ứng suất vật liệu tập trung ứng suất KXF: hệ số xét đến kích thước bánh ảnh hưởng đến độ bền uốn KFC: hệ số xét đến ảnh hưởng đặt tải trọng KFL : hệ số tuổi thọ KFL = Trong đó: mF: bậc đường cong mỏi thử tải uốn; NF0: chu kì thay đổi ứng suất, NF0 = 10 ; NF : số chu kì thay đổi ứng suất tương đương Vì: NF1 = NH1; NF2 = NH2 Vậy : Với bánh trung tâm Z11, Z12: KFC = - bánh làm việc phía [σ F11 [σ F12 Với bánh vệ tinh Z21, Z22: KFC = 0,75 - bánh làm việc phía [σF22] = [σF12] 0,75 = 298,29.0,75 = 223,71MPa [σF21] = [σF11] 0,75 = 314,29.0,75 = 235,72MPa Đối với cặp bánh ăn khớp Ứng suất tiếp xúc cho phép bánh cấp nhanh Z32 N HO Trong đó: NH22 = 8535 10 ; u22−32 = Tra bảng:  Với bánh cấp chậm Z31 N Trong đó: q = 4; NH21 = 3240,49 10 ; u21−31 Tra bảng 6.2 [2]: δh = 1,1 Ứng suất uốn cho phép σ [σF]3 = Flim K FCKFL δF Trong đó: σ Vì: N F31 Flim=1,8HB=1,8.230=414=MPa; =N δF = 1,75 H31 ;N F32 =N [σ ] ; Nên N H32 F3 = [σ KFC = (bánh làm việc phía) F31 >N F31] = [σF32] = FO 1,75 ;N F32 >N FO = 236,57MPa => K FL32 =K FL31 414 = 1; N F31 >N ;N FO F32 >N FO 7.4 Xác định thông số truyền bánh hành tinh kép Do vật liệu bánh ăn khớp bánh ăn khớp khác nhau, số truyền chọn trước thoả mãn yêu cầu ty số truyền kích thước hình học nên ta tính thiết kế truyền ăn khớp ngồi (Z 11 - Z21) (Z12 - Z22) Với truyền ăn khớp (Z21 - Z31) (Z22 - Z32) tính kiểm nghiệm bền Tính truyền bánh ăn khớp Bộ truyền cấp nhanh (Z12 - Z22) Đường kính vịng lăn bánh nhỏ được xác định theo cơng thức sau: Trong đó: + + dw22 : đường kính bánh hành tinh sau Kd : hệ số phụ thuộc vào vật liệu cặp bánh loại bánh răng,tra bảng Kd = 77MPa1/3 : Mômen xoắn bánh hành tinh + Tn Tn = T 12 = 19804(Nmm) [σH] : ứng suất tiếp xúc cho phép: [σH] = 590,91 MPa + +q + ψbd : số bánh vệ tinh, q = : hệ số, tra bảng 4.2 [1]: ψbd = bw d wn Với truyền đồng A, tra bảng 6.28 [2]: Chọn ψbd = 0,63 + u : ty số truyền: u = Z12 = 2,29 Z 22 Với Z22, Z12 chọn ở phần trước + KHΣ: hệ số kể đến phân bố không tải trọng chiều rộng vành cho bánh vệ tinh: KHΣ = Kc + K0Hβ − Với : - KC : hệ số phân bố không tải trọng cho bánh vệ tinh Kc = 1,1 (khi sử dụng bánh trung tâm bánh vệ tinh) K Hβ : hệ số phân bố không tải trọng chiều rộng vành KHβ0 = 1,2 với c = ψbd = 0.63 Ta có: Thay số vào công thức (2.5): KHΣ =1,1+ + Chiều rộng vành răng: bw12 = Ψbd12 dw12 = 0,63.42.5 = 26 (mm) Chọn bw = 30 Theo 6.8 [2] ta có : m= (12÷15) bw12 = 30 (12÷15) = (2 ÷ 2.5) Tra bảng 6.8 [2]: Chọn m = 2,5 + Đường kính vịng lăn bánh vệ tinh Z22 dw22 = mZ22 = 2,5.17 = 42,5 (mm) + Đường kính vịng lăn bánh bao Z32 dw32 = mZ32 = 2,5 73 = 182.5 (mm) + Đường kính vịng lăn bánh trung tâm Z12 dw12 = mZ12 = 2,5.39 = 97,5 (mm) Tính truyền cấp chậm (Z11 - Z21) Tương tự với truyền (Z11 - Z21) Ta có: Kd = 77MPa1/3; Tn = T11/4 = 55042(Nmm); q = 4; u = Z11 = Z 1,4 21 ψbd31 = 0,63; + KFΣ = 1,2 Chọn bw = 30, m = 2,5 + Đường kính vịng lăn bánh vệ tinh cấp chậm Z21 21 = 22 = 2,5.19 = 47,5 ( ) + Đường kính vịng lăn bánh trung tâm Z11 11 = 11 = 2,5.27 = 67.5 ( ) + Đường kính vịng lăn bánh trung tâm Z31 31 = 22 = 2,5.65 = 162,5 ( ) ... thống Nghiên cứu điều khiển hệ thống thu hồi lượng qn tính tơ dựa hệ thống phanh tái tạo lượng Nghiên cứu vấn đề quản lý lượng thu hồi phân phối lực phanh hệ thống phanh tái sinh ô tô Nghiên cứu. .. Trường Đại học Sư phạm Ky thu? ??t Tp.HCM IV LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU/CHUYÊN MÔN - Hệ thống truyền lực ô tô - Hệ thống điều khiển chuyển động ô tô - Hệ thống phanh tái sinh ô tô - Ky thu? ??t sửa chữa thân vỏ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THU? ??T THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH DƯƠNG TUẤN TÙNG NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ THU HỒI NĂNG LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG PHANH TÁI SINH TRÊN Ô TÔ NGÀNH: KỸ THU? ??T CƠ KHÍ - 9520103 Hướng