Xây dựng mô hình nghiên cứu đặc tính điều khiển của hệ thống lái trợ lực điện

MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU III DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ V LỜI NÓI ĐẦU VIII CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nghiên cứu biện pháp tăng tính an toàn điều khiển xe chạy tốc độ cao 1.2 Nhiệm vụ yêu cầu hệ thống lái 1.2.1 Nhiệm vụ 1.2.2 Yêu cầu 1.3 Yêu cầu hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi 1.3.1 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực .6 1.3.2 Yêu cầu tỉ số truyền thay đổi 1.3.3 Hệ thống lái trợ lực điện 11 1.4 Đề xuất đề tài luận văn 12 CHƢƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG EPS .16 2.1 Phân loại đặc điểm hệ thống EPS xe đại 2.2 Sơ đồ hệ thống 2.3 Nguyên lý hoạt động 16 20 21 2.4 Các cụm chi tiết 22 2.4.1 Các cảm biến 22 2.4.2 Motor trợ lực cấu giảm tốc 30 2.4.3 ECU EPS 33 2.3 Hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 34 2.3.1 Kết cấu cụm chi tiết 34 2.3.2 Sơ đồ khối điều khiển 38 2.3.3 Nguyên lý điều khiển 40 CHƢƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG EPS .41 I 3.1 Mục đích xây dựng mơ hình 41 3.2 Mơ hình tính tốn động lực học hệ thống EPS xe Kia 41 3.2.1 Các phương trình động lực học hệ thống EPS 41 3.2.2 Quan hệ mômen trả lái theo thông số hình học xe 43 3.3 Mơ hình ô tô 45 3.3.1 Hệ phương trình vi phân mô tả chuyển động xe 46 3.3.2 Quan hệ động học 49 3.4 Mơ hình ECU EPS 50 3.5 Mơ hình motor trợ lực 51 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG SỐ 53 4.1 Mục đích mơ số 4.2 Phần mềm Matlab – Simulink 53 53 4.3 Bộ số liệu mơ 4.4 Xây dựng chương trình mơ 54 55 4.4.1 Chương trình mơ quy luật góc quay trục lái 55 4.4.2 Chương trình mơ góc quay bánh xe dẫn hướng 56 4.4.3 Chương trình mơ quy luật góc quay trục motor 56 4.4.4 Chương trình mơ mơmen trả lái 57 4.4.5 Chương trình mơ góc xoay thân xe 58 4.4.6 Chương trình mơ góc lệch bên thân xe 59 4.4.7 Chương trình mơ góc lệch bánh xe 60 4.4.8 Chương trình mơ lực dọc Fx, lực ngang Fy 60 4.4.9 Chương trình mơ mômen trợ lực 62 4.4.9 Chương trình mơ motor trợ lực 64 4.5 Phân tích kết mơ 64 4.5.1 Phân tích kết khảo sát phụ thuộc mômen trả lái Msat 65 4.5.2 Khảo sát thay đổi góc δ có tỷ số truyền cố định thay đổi 66 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC 73 II DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT, CÁC KÝ HIỆU  TT Danh mục từ viết tắt: Chữ Tên đầy đủ viết tắt Ý nghĩa EPS Electric Power Steering Hệ thống lái trợ lực điện HPS Hydraulic Power Steering Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực EHPS ECU EBD ABS Anti-lock Brake System DC Direct current Electric Hydraulic Power Steering Hệ thống lái trợ lực điện- thuỷ lực Bộ điều khiển điện tử Electronic Control Unit Electronic Brake Distribution Hệ thống phân phối lực phanh điện tử System Hệ thống chống bó cứng bánh xe phanh Dòng điện chiều III  Danh mục ký hiệu: TT Ký hiệu Giải thích ký hiệu Đơn vị  Độ trượt % Pf Lực cản lăn N β Góc lệch bánh xe dẫn hướng rad α Góc lệch thân xe so với phương chuyển động rad ε Góc quay thân xe rad l Chiều dài sở m a Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến trục cầu trước m b Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến trục cầu sau m h Chiều cao trọng tâm m 10 v Vận tốc chuyển động ô tô 11 Fl Lực dọc bánh xe N 12 Fy Lực bên bánh xe N 13 Pfi Lực cản lăn bánh xe N 14 g Gia tốc trọng trường m/s2 15 Msat Mơ men trả lái N.m 16 θc Góc quay trục lái rad 17 Jc Mơmen qn tính trục lái 18 Ms Mômen tác động lên vành tay lái N.m 19 δ Góc quay bánh xe dẫn hướng rad 20 ir tỷ số truyền cấu lái 21 Jm Mơmen qn tính motor điện Kg.m2 22 Km Hệ số mômen motor điện N.m/A 23 xr Chuyển vị IV m/s Kg.m2 m DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Hình 1.1 Góc Caster khoảng Caster .3 Hình 1.2 Biến dạng lốp Hình 1.3 Đường đặc tính trợ lực Hình 1.4 Hệ thống lái trợ lực thủy lực .6 Hình 1.5: Quan hệ Ms Ma v khác .10 Hình 1.6 Hệ thống lái trợ lực điện kiểu trợ lực bố trí trục lái 11 Hình 2.1: Sơ đồ EPS kiểu motor lắp trục lái 16 Hình 2.2: Sơ đồ EPS kiểu motor lắp cấu lái .18 Hình 2.3: Sơ đồ EPS kiểu motor lắp 19 Hình 2.4: Sơ đồ bố trí chung cụm chi tiết EPS 20 Hình 2.5: Cấu tạo cảm biến mô men xoắn 23 Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động cảm biến mô men xoắn 23 Hình 2.7 Cấu tạo cảm biến mơ men loại vành dây .24 Hình 2.8 Hoạt động cảm biến mơ men loại vành dây 24 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý xung điện đầu cảm biến mơ men loại vành dây 24 Hình 2.10: Cảm biến mô men 25 Hình 2.11 Cấu tạo roto .25 Hình 2.12 Bộ phận cảm ứng .26 Hình 2.13: Tín hiệu cảm biến 27 Hình 2.14: Cấu tạo tín hiệu cảm biến tốc độ đánh lái loại phát điện 27 Hình 2.15: Cấu tạo tín hiệu cảm biến tốc độ đánh lái loại Hall 28 Hình 2.16: Ba loại cảm biến tốc độ ô tô 29 Hình 2.17: Ba cảm biến tốc độ ô tô loại MRE 30 Hình 2.18: Motor điện chiều có chổi than 31 Hình 2.19: Motor điện chiều khơng chổi than chổi than lắp 31 Hình 2.20: Kết cấu phận motor điện chiều không chổi than chổi than dùng nam châm vĩnh cửu 32 Hình 2.21: Cơ cấu giảm tốc loại ê cu-bi 32 V Hình 2.22: Motor điện chiều không chổi than chổi than lắp trục lái 32 Hình 2.23 Tín hiệu vào ECU EPS .33 Hình 2.24 Đặc tính ECU EPS 34 Hình 2.25 Kết cấu hệ thống EPS xe Kia 34 Hình 2.26 Kết cấu cụm trợ lực điện 35 Hình 2.27: Tín hiệu cảm biến 36 Hình 2.28 Sơ đồ kết nối xung tín hiệu cảm biến tốc độ tơ 37 Hình 2.29: Mạch điều khiển motor trợ lực .38 Hình 2.30: Sơ đồ khối điều khiển hệ thống lái trợ lực điện xe Kia 38 Hình 2.31: Bề mặt đặc tính trợ lực 39 Hình 3.1 Mơ hình tính tốn hệ thống EPS xe Kia 41 Hình 3.2: Khoảng Caster biến dạng lốp .44 Hình 3.3: Quan hệ mơmen cản vận tốc 44 Hình 3.4: Mơ hình vết ơtơ 45 Hình 3.5: Lực mômen tác dụng lên bánh xe ôtô 46 Hình 3.6: Quan hệ động học mơ hình vết 49 Hình 3.7: Đặc tính điều khiển hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 50 Hình 3.8: Sơ đồ mạch điện motor chiều 51 Hình 3.9: Sơ đồ khối điều khiển motor điện EPS .52 Hình 4.1: Chương trình mơ góc quay trục lái 55 Hình 4.2: Chương trình mơ Jeq Beq 56 Hình 4.3: Chương trình mơ góc quay trục motor 57 Hình 4.4: Chương trình mơ mômen trả lái 57 Hình 4.5: Chương trình mơ góc xoay thân xe 58 Hình 4.6: Chương trình mơ góc lệch bên thân xe 59 Hình 4.7: Chương trình tính tốn góc lệch bên bánh xe 60 Hình 4.8: Chương trình mơ lực dọc Fx1 lực ngang Fy1 .61 Hình 4.9: Chương trình mơ lực dọc Fx2 lực ngang Fy2 .62 Hình 4.10: Đặc tính điều khiển hệ thống lái trợ lực điện xe KIA 63 VI Hình 4.11: Chương trình mô mômen trợ lực 63 Hình 4.12: Chương trình mơ điện áp motor trợ lực 64 Hình 4.13: Quan hệ phụ thuộc Msat với góc quay dẫn hướng 65 Hình 4.14: Quan hệ phụ thuộc Msat với vận tốc .66 Hình 4.15: Quan hệ Msat với vận tốc góc quay bánh xe dẫn hướng Error! Bookmark not defined Hình 4.16: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng tăng vận tốc ôtô trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định .67 Hình 4.17: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng tăng vận tốc với hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi 68 Hình 4.18: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng tăng vận tốc với hệ thống lái có tỷ số truyền cố định Error! Bookmark not defined Hình 4.19: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng tăng vận tốc ôtô trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi.Error! defined VII Bookmark not LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, kinh tế Việt Nam phát triển mạnh, đời sống người dân tăng cao, nhu cầu lại, mua sắm phương tiện cá nhân tăng theo Khi điều kiện đường xá cải thiện nhiều, tiến KHKT lĩnh vực công nghệ ô tô giúp cho tốc độ xe ngày tăng giúp cho thời gian lưu thơng ngắn lại, mang lại nhiều lợi ích mặt kinh tế khi tốc độ ô tô tăng lên dẫn đến vấn đề an tồn giao thơng ngày tăng Xét mặt kỹ thuật phương tiện giao thơng nói chung tơ nói riêng phải đảm bảo tính điều khiển hướng tốt trình chuyển động, đặc biệt tốc độ cao Việc nghiên cứu nâng cao tính an tồn điều khiển hướng cho tơ chuyển động tốc độ cao cần thiết, sở để đánh giá chất lượng loại ôtô nhập vào Việt Nam, sở để đánh giá chất lượng loại ôtô cải tiến, lắp rắp, hốn cải mục đích sử dụng nâng cao an toàn chuyển động xe, từ góp phần đẩy nhanh kinh tế thực nghị định Chính phủ an tồn giao thơng Xuất phát từ u cầu thực tế, tác giả lựa chọn đề tài “Xây dựng mơ hình nghiên cứu đặc tính điều khiển hệ thống lái trợ lực điện” với mong muốn đóng góp phần cơng sức vào vấn đề an tồn giao thơng có kiến thức an tồn điều khiển ơtơ chạy tốc độ cao, phục vụ cho công việc tác giả sau Trong thời gian làm luận văn tác giả luôn nhận hướng dẫn, bảo tận tình thầy giáo hướng dẫn: PGS TS Phạm Hữu Nam thầy giáo Bộ môn ôtô trường ĐH Bách khoa Hà nội Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Hữu Nam thầy Bộ mơn bạn đồng nghiệp tận tình giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn Hà nội, tháng năm 2013 Học viên thực Phạm Văn Kiêm VIII CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Nghiên cứu biện pháp tăng tính an tồn điều khiển xe chạy tốc độ cao Ngày với tiến khoa học kỹ thuật, xu hướng tăng tốc độ xe áp dụng hầu hết dòng xe ô tô đại Khi ô tô chuyển động với tốc độ cao cần sơ xuất nhỏ người điều khiển dẫn tới quỹ đạo chuyển động ô tô gây tai nạn giao thông Quỹ đạo chuyển động ô tô liên quan đến tính dẫn hướng tơ, khả giữ hướng chuyển động tơ theo góc quay vành lái chịu tác động lực mô men ngoại cảnh Do đó, quỹ đạo chuyển động tơ khả điều khiển xe Cần thiết phải đảm bảo mối tương quan quỹ đạo chuyển động góc quay vành lái cách chặt chẽ, tức vấn đề liên quan đến an toàn quỹ đạo chuyển động xe Chính vậy, nâng cao tốc độ ô tô cần phải đảm bảo mối tương quan quỹ đạo chuyển động góc quay vành lái phải chặt chẽ Giải vấn đề an tồn q trình điều khiển xe chuyển động tốc độ cao, hãng xe tập trung nghiên cứu ứng dụng công nghệ kỹ thuật cao vào cải tiến số hệ thống kết cấu xe đặc biệt hệ thống phanh hệ thống lái, cụ thể sau: Nâng cao độ tin cậy hoạt động hệ thống phanh để giảm thiểu tai nạn đáng tiếc xảy trình điều khiển xe việc đưa cụm điều khiển điện tử vào hệ thống phanh hệ thống phanh ABS, hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD,… Khi chuyển động với vận tốc cao đường vòng, gặp chướng ngại vật, phanh xe ngặt dẫn đến bó lết bánh xe làm khả điều khiển gia tốc hướng tâm tăng lên đột ngột dẫn đến tượng trượt bên bánh xe gây nên lật đổ hệ thống ABS EBD chống tượng bó lết phân phối lực phanh bánh xe khác giúp xe ổn định trình quay vịng Đặc biệt nghiên cứu tính an tồn điều khiển xe chạy tốc độ cao, hệ thống lái có vai trị quan trọng Hệ thống lái tơ ngày có khả đảm bảo tính an tồn điều khiển xe chạy tốc độ cao việc sử dụng cụm trợ lực lái điện tử Cụ thể, ôtô quay vòng tốc độ cao, lúc lực ly tâm (hay lực ngang) lớn làm cho bánh xe dẫn hướng bị biến dạng dẫn đến tiếp xúc lốp với mặt đường thay đổi, hay nói cách khác góc quay bánh xe dẫn hướng bị thay đổi, khơng cịn đảm bảo quan hệ hình học hệ thống lái ban đầu Điều làm cho xe rơi vào tượng quay vòng thiếu quay vòng thừa gây tai nạn Do đó, cần phải có tỷ số truyền động học có khả thay đổi để đáp ứng nhu cầu chuyển động xe Trong đó, để chế tạo cấu lái có khả thay đổi tỷ số truyền địi hỏi phức tạp Do đó, ngày người ta có xu hướng giữ nguyên tỷ số truyền cố định cấu lái Đồng thời sử dụng truyền hành tinh, kết hợp với motor điện, để đơn giản mặt chế tạo mà đáp ứng yêu cầu thay đổi tỷ số truyền Ngoài ra, xe quay vịng tốc độ cao, mơmen trả lái giảm đáng kể, để tạo cảm giác cho người lái tức ta phải giữ nguyên lực đánh lái, phải giảm mơmen trợ lực dẫn đến tỷ số truyền lực thay đổi 1.2 Nhiệm vụ yêu cầu hệ thống lái 1.2.1 Nhiệm vụ Hệ thống lái điều khiển hướng chuyển động ô tơ theo quỹ đạo xác định đó, thực từ vành lái tới bánh xe dẫn hướng 1.2.2 Yêu cầu Hệ thống lái ôtô có yêu cầu sau: đảm bảo hướng chuyển động thẳng, đảm bảo quỹ đạo chuyển động xe phù hợp với điều khiển người lái tăng tính an tồn điều khiển q trình chuyển động xe Đối với hệ thống lái ôtô đặc điểm khác so với hệ thống lái lắp phương tiện khác sau thực quay vịng, người lái khơng cần tác động lực lên vành lái mà bánh xe dẫn hướng có khả tự động quay trạng thái chuyển động thẳng Điều thực nhờ mômen trả lái về, mômen xuất quan hệ hình học hệ thống lái 4.4.7 Chương trình mơ góc lệch bánh xe Để mơ góc lệch bên bánh xe chương trình Simulink với thơng số đầu vào chương trình: góc quay bánh xe dẫn hướng , góc lệch bên thân xe, vận tốc góc xoay thân xe, thông số kết cấu a, b vận tốc v ô tô Các khối sử dụng: Khối nhân Product, khối số const thông qua chương trình tính tốn góc lệch bên bánh xe trước, sau theo thời gian quay vịng Kết tính tốn hiển thị khối Scope khối Workspace để lưu kết tính tốn Hình 4.7: Chương trình tính tốn góc lệch bên bánh xe 4.4.8 Chương trình mơ lực dọc Fx, lực ngang Fy Mơ chương trình tính tốn lực dọc, lực ngang theo mơ hình Dugoff Từ phương trình tính tốn lực dọc lực ngang: Fx = ; Fy = Xây dựng chương trình tính tốn theo Simulink với thơng số đầu vào độ cứng dọc Cl, độ cứng bên Cs, độ trượt dọc bánh xe S1, góc lệch bên bánh xe  độ giảm ma sát muy Lực dọc Fx1 lực ngang Fy1 tính theo chương 60 trình hình 4.8 sử dụng chương trình Simulink tính tốn giá trị biến trung gian Z biến đổi trung gian f(z) Đưa vào chương trình giá trị vận tốc ban đầu xe giá trị góc lệch bên bánh xe trước, sau Chương trình cho kết lực dọc Fx lực ngang Fy Hình 4.8: Chương trình mô lực dọc Fx1 lực ngang Fy1 61 Hình 4.9: Chương trình mơ lực dọc Fx2 lực ngang Fy2 4.4.9 Chương trình mơ mơmen trợ lực Mơ chương trình tính tốn mơmen trợ lực cần thiết cho motor theo công thức (3.33) ta cần thông số đầu vào vận tốc v, mômen người lái tác động lên vành tay lái Khối sử dụng bảng Lookup – table 2D Bảng tham chiếu Lookup-table 2D lấy số liệu tham khảo xe KIA Sau có thơng số đầu vào, bảng Lookup- table2D nội suy cường độ dịng điện, qua khối Gain để mơmen trợ lực Mm Kết hiển thị khối Scope, vào khối Workspce để lưu 62 Hình 4.10: Đặc tính điều khiển hệ thống lái trợ lực điện xe KIA Hình 4.11: Chương trình mơ mơmen trợ lực  Các điều kiện đầu tính tốn: Vận tốc: v =20 140 km/h, hệ số bám:   muy  0.85 (khi chưa để ý đến độ suy giảm trạng thái tối ưu ban đầu) Hệ số cản lăn: f V  0.018 Hàm điều khiển: Kích động mơmen tác động lên vành lái, thời gian đánh tay lái kéo dài 1,5 s trường hợp thứ đạt mômen vành lái lớn 6N.m, trường hợp thứ hai đạt mômen tác dụng lên vành tay lái lớn 8N.m 63 4.4.9 Chương trình mơ motor trợ lực Mơ chương trình tính tốn cho motor theo cơng thức (3.32): Hình 4.12: Chương trình mơ điện áp motor trợ lực Các thơng số đầu vào cường độ dịng trợ lực từ ECU, hệ số Kt, L, vận tốc góc motor để tính điện áp motor 4.5 Phân tích kết mơ Trong chương trình mô khảo sát thông số sau: - Mơmen trả lái Msat tương ứng với góc đánh lái vận tốc chuyển động xe khác - Theo kết cấu trình bày chương hệ thống lái trợ lực điện xe KIA đảm bảo khả thay đổi tỷ số truyền động lực Vì vậy, cần phải kiểm tra thay đổi (sai số) góc quay bánh xe dẫn hướng trình hệ thống làm việc Trong chương trình mơ khảo sát sai số góc quay bánh xe dẫn hướng trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền khơng đổi (cụ thể trường hợp ta giữ nguyên đặc tính trợ lực động điện ứng với vận tốc v  km/h) trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi (ứng với đặc tính hình 4.10) - Phân tích sai số góc quay bánh xe dẫn hướng trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền khơng đổi tỷ số truyền thay đổi để thấy ưu việt hệ thống lái trợ lực điện 64 4.5.1 Phân tích kết khảo sát phụ thuộc mômen trả lái Msat Trong trường hợp này, ta khảo sát mômen Msat cách giữ nguyên vận tốc, thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng Khi góc quay bánh xe dẫn hướng tăng, mômen trả lái tăng, nhìn vào hình 4.13 ta thấy với góc quay bánh xe dẫn hướng tốc độ cao, mômen trả lái giảm dần giá trị gần Cũng tương tự vậy, ta giữ nguyên góc quay bánh xe dẫn hướng thay đổi vận tốc v từ 20 km/h lên đến 140 km/h, ta giá trị mômen Msat tương ứng hình vẽ 4.14 Hình 4.13: Quan hệ phụ thuộc Msat với góc quay dẫn hướng Khi trị số góc quay bánh xe dẫn hướng thay đổi mơmen Msat thay đổi theo quy luật tuyến tính 65 Hình 4.14: Quan hệ phụ thuộc Msat với vận tốc Khi trị số góc quay bánh xe dẫn hướng nhỏ (δ =0.2) thay đổi vận tốc từ 20 km/h đến 140 km/h Msat giảm từ 790 N.m xuống cịn 498 N.m Khi trị số góc quay bánh xe dẫn hướng nhỏ (δ =0.6) thay đổi vận tốc từ 20 km/h đến 140 km/h Msat giảm từ 1734 N.m xuống cịn 1412 N.m Nhận xét: Trong q trình ơtơ chuyển động đường vòng tác dụng lực ly tâm làm biến dạng lốp, góc đặt bánh xe sinh mômen trả lái Mômen đặc trưng cho làm việc hệ thống lái, mặt giá trị Msat tỷ lệ với vận tốc góc quay bánh xe dẫn hướng 4.5.2 Khảo sát thay đổi góc δ có tỷ số truyền cố định thay đổi Trong trường hợp khảo sát này, người lái tác động lên vành lái mômen Ms, với biến đổi vận tốc vào đường vòng làm cho bánh xe dẫn hướng thay đổi góc khác Ta khảo sát 02 trường hợp: tỷ số truyền cố định tỷ số truyền thay đổi - Trường hợp 1: Người lái tác động mômen Ms= N.m, mô men trợ lực giữ nguyên Mm (trường hợp tỷ số truyền cố định), vận tốc v thay đổi từ 20 ÷ 140 km/h Mơ chương trình Matlab&Simulink cho ta kết hình 4.15 66 Hình 4.15: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng tăng vận tốc ôtô trường hợp hệ thống lái có tỷ số truyền cố định Kết hình 4.15, ta thấy góc quay bánh xe dẫn hướng khoảng (s) đến 1,5 (s) tăng dần sau ổn định Về hướng vận tốc tăng góc quay bánh xe dẫn hướng δ tăng Tương ứng: Với vận tốc v = 20 km/h δ= 0.1611 (rad) Với vận tốc v=140 km/h δ= 0.2942 (rad) Như thay đổi δ là: Δ δ=0.2942-0.1611= 0,1331 (rad) 7.60 Độ sai lệch tương đối là:d = x100% = 82% - Trường hợp 2: Người lái tác động mômen Ms= N.m, mômen trợ lực giảm dần (trường hợp tỷ số truyền thay đổi), vận tốc v thay đổi từ 20 ÷ 140 km/h Mơ chương trình Matlab&Simulink cho ta kết hình 4.16 67 Hình 4.16: Sự thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng tăng vận tốc với hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi Kết tính toán Matlab&Simuliank cho ta giá trị sau: Ứng với vận tốc v = 20 km/h δ= 0.1611 (rad) Với vận tốc v=140 km/h δ= 0.1670 (rad) Ở đây, thay đổi δ là: Δ δ=0.1670-0.1611= 0.0059 (rad) 0.330 Độ sai lệch tương đối là: d = x100% = 3.5% Như vậy, với vận tốc tăng lên mơmen trả lái giảm, ta không giảm mômen trợ lực xuống dẫn đến người lái giữ nguyên mômen vành tay lái góc quay bánh xe dẫn hướng bị sai lệch nhiều so quan hệ hình học trước Điều đặc biệt nguy hiểm, gây an tồn chuyển động cho lái xe khơng có kinh nghiệm Qua phân tích kết khảo sát, ta có nhận xét sau: Mơ men trả lái phụ thuộc vào giá trị vận tốc góc quay bánh xe dẫn hướng Cụ thể giữ nguyên góc đánh lái, mô men trả lái giảm vận tốc tăng 68 dần ngược lại giữ nguyên vận tốc, mô men trả lái tăng dần tăng giá trị góc đánh lái Với quy luật điều khiển lực (của nhà chế tạo) xe KIA đáp ứng yêu cầu xác quỹ đạo chuyển động đặc biệt quay vành tay lái với mômen lớn cho sai lệch tương đối góc quay bánh xe dẫn hướng nhỏ Sự thay đổi mô men trợ lực theo vận tốc khác tạo cho người lái có cảm giác ổn định xe vào đường vòng Cụ thể với tốc độ cao giữ quỹ đạo chuyển động xe, cần thay đổi mô men trợ lực Trong hệ thống lái giữ nguyên cảm giác đánh lái người lái quay vòng tốc độ khác (độ sai lệch tương đối không đáng kể, 3.5%) 69 KẾT LUẬN Qua nội dung kết nghiên cứu đạt được, luận văn đáp ứng mục tiêu nghiên cứu đặt ra: - Đã phân tích yêu cầu đặt xe chạy tốc độ cao, từ đưa yêu cầu để đảm bảo quỹ đạo chuyển động ổn định xe phải thay đổi tỷ số truyền - Phân tích lực tác dụng vào ô tô, nguyên nhân, yếu tố ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động tơ Xây dựng phương trình mơ tả quỹ đạo chuyển động ô tô thông qua chương trình khảo sát Tác giả đưa mơ hình vết để làm tảng cho việc nghiên cứu Khi khảo sát mơ hình vết trường hợp xe quay vòng đảm bảo yêu cầu nghiên cứu quỹ đạo chuyển động trọng tâm ô tô, thấy nhân tố ảnh hưởng đến tính ổn định xe - Đã xây dựng mơ hình tính tốn hệ thống lái trợ lực điện có tính đến yếu tố ảnh hưởng lực dọc, lực ngang, khả biến dạng lốp, mômen trả lái Sử dụng công cụ Matlab_ Simulik để tính tốn thơng số khảo sát đặc tính điều khiển hệ thống - Sử dụng thông số xe cụ thể để tính tốn, khảo sát thông số ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động, đặc tính điều khiển hệ thống, kết tính tốn cho sai lệch tương đối góc quay bánh xe dẫn hướng vận tốc tăng từ 20 km/h đến 140km/h xấp xỉ 3,5% phù với quy luật nghiên cứu lý thuyết Ý nghĩa thực tế đề tài nhằm cải thiện tính quay vịng cho xe tơ thơng qua hệ thống lái có tỷ số truyền thay đổi Các nội dung phân tích, nghiên cứu lý thuyết kết đạt chạy chương trình mơ làm tài liệu tham khảo cho sở nâng cấp, thiết kế, đánh giá chất lượng xe ô tô có sử dụng hệ thống lái trợ lực điện Trong thời gian học tập, nghiên cứu thực luận văn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, hướng dẫn tận tình PGS TS Phạm Hữu Nam 70 Thầy, Viện Cơ khí động lực với nỗ lực, cố gắng thân, tác giả hoàn thành đề tài với mục tiêu đề Tuy nhiên hạn chế thời gian, tài liệu tham khảo, điều kiện thực nghiệm thực tế nên luận văn nhiều điểm thiếu sót, tác giả mong nhận bảo góp ý kiến Thầy giáo bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày 25 tháng 09 năm 2013 Phạm Văn Kiêm 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Cẩn, Dư quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng Lý thuyết Ơ tơ - Máy kéo Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - Hà Nội (1988) Nguyễn Hữu Cẩn, Phạm Hữu Nam Thí nghiệm Ô tô Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - Hà nội (2004) Nguyễn Phùng Quang Matlab & Simulink Nhà xuất Khoa học kỹ thuật - Hà nội (2006) Nguyễn Khắc Trai Tính điều khiển quỹ đạo chuyển động Ơ tơ Nhà xuất giao thông vận tải (1997) Lê Đức Hiếu Luận văn thạc sỹ khoa học "Nghiên cứu đặc tính quay vòng xe du lịch" (2007) HanB pacejka Type Mechanics and Vehicle Dynamics (2002) J.Y.Wong Theory of ground Vehicle Tonh Wiley & Sons, INC (2001) Georg Rill Vehicle Dynamics Lecture Notes (2005) Uwe Kienchke Lars Nielsen Automotive Controt Systems For Engine, Driveline, and Vehicle 10 Jhonghyun, Lee, Seung-jin, Heo A study of steering system model for steering feel’s improvement of steer by wire system 11 Wichai Siwakosit Improvement of Cornering characteristic Using Variable Steering Ratio 12 A Marouf, C Sentouh, M Djemaï and P Pudlo Control of an Electric Power Assisted Steering System Using Reference Model 72 PHỤ LỤC Chương trình m.file để mơ chương trình tính tốn Matlab clear all %% CHUONG TRINH M.FILE TINH TOAN HE THONG EPS %% %%%%% THONG SO CUA O TO %%%%% l=2.69; % Chieu dai co so [m] a=1.17; % Khoang cach tu tam den cau truoc [m] b=1.52; % Khoang cach tu tam den cau sau [m] hg=0.5121; % Chieu cao tam xe [m] alpha=pi/12; % Toc quay cua banh xe dan huong lon nhat [rad/s] deltamax=pi/12; % Goc quay cua banh xe dan huong lon nhat [rad/s] m=1860; % Khoi luong o to [kg] g=9.81; % Gia toc truong [m/s^2] %v=20/3.6:20/3.6:120/3.6; v=40/3.6; % Van toc oto [m/s] muy0=0.8; % He so bam toi da As=0.0115; % Do giam he so bam Jz=1925; % Mo men quan tinh voi truc z [kgm^2] Rbx=0.27; % Ban kinh banh xe [m] Cl=80e3; % Do cung doc [N/m] Cs=36e3; % Do cung ngang [N/m] Cr=143000; % Do cung cua lop theo phuong z [N/m] s1=0.25; % Do truot banh xe cau truoc s2=0.03; % Do truot banh xe cau truoc f=0.018; % He so can lan cua duong %%%%% TINH TOAN LUC %%%%% Fz1=m*g*b/l/2; % Phan luc phap tuyen len banh xe cau truoc [N] Fz2=m*g*a/l/2; % Phan luc phap tuyen len banh xe cau sau [N] Pf1=Fz1*f; % Luc can lan banh xe cau truoc [N] 73 Pf2=Fz2*f; % Luc can lan banh xe cau sau [N] kxi=0.06; %%%%% THONG SO HE THONG EPS %%%%% Jm=1.947; % momen quan tinh dong co [Kg.cm2] Jc=0.04; % momen quan tinh vanh lai [Kg.m2] Kc=115; % Do cung truc lai [Nm/rad] Kr=43000; % Do cung rang [Nm/rad] Bm=0.01; % He so can giam chan cua motor [Nms/rad] Bc=0.072; % He so can giam chan truc lai [Nms/rad] Br=3820; % He so can giam chan cua rang [Nms/rad] Mr=20; % Khoi luong rang [kg] Rp=0.008; % Ban kinh banh rang [m] ir=20; % Ty so truyen co cau lai N=13.65; % Ty so truyen bo giam toc cua motor Kt=0.5; % Cuong cam ung tu [v/rad.s^-1] Km=0.05; % He so momen cua motor [Nm/A] R=0.37; % Dien tro phan ung motor [Ohm] L=0.0127; % He so dien cam motor ln=0.3; % Khoang cach tu truc bx den rang [m] simulation_EPS 74 ... hình tính tốn hệ thống 40 CHƢƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN CỦA HỆ THỐNG EPS 3.1 Mục đích xây dựng mơ hình Mục đích việc xây dựng mơ hình lựa chọn loại hệ thống lái trợ lực. .. luận văn là: ? ?Xây dựng mơ hình nghiên cứu đặc tính điều khiển hệ thống lái trợ lực điện? ?? Đối tượng nghiên cứu đề tài là: Hệ thống lái trợ lực điện xe Kia Morning Mục đích nghiên cứu đề tài: phân... 1.3.1 Hệ thống lái trợ lực thuỷ lực Hình 1.4 Hệ thống lái trợ lực thủy lực Hệ thống lái trợ lực thủy lực sử dụng phần công suất động để dẫn động bơm trợ lực lái tạo áp suất dầu thủy lực hỗ trợ