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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN VĂN THOAN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC CỦA Ô TÔ TẢI NHẰM HẠN CHẾ TRƢỢT QUAY BÁNH XE CHỦ ĐỘNG Ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số: 9520116 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội - 2018 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS TS.Hồ Hữu Hải PGS TS Đàm Hoàng Phúc Phản biện 1: PGS.TS Dương Văn Tài Phản biện 2: PGS.TS Trần Quang Hùng Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường, họp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Hầu hết xe tải nước ta sử dụng động diezel sử dụng bơm cao áp khơng có điều khiển điện tử chưa trang bị hệ thống chống trượt quay Vì vậy, việc nghiên cứu, tìm giải pháp tác động vào trình điều khiển hệ thống nhiên liệu nhằm hạn chế tượng trượt quay bánh xe ô tô di chuyển đường trơn trượt cần thiết nhằm tăng tính ổn định khả động cho xe Chính vậy, đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực ô tô tải nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động” cơng trình khoa học cần thiết nhằm góp phần tạo dựng sở lý thuyết phục vụ cho việc nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển mức tải động nhằm hạn chế độ trượt quay bánh xe chủ động ô tô tải nhỏ sản xuất lắp ráp Việt Nam, góp phần đại hóa nhà máy tơ phục vụ nghiên cứu đào tạo Mục đích luận án: Nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển mức tải động nhằm hạn chế độ trượt quay bánh xe chủ động ô tô tải nhỏ sản xuất lắp ráp Việt Nam Đối tƣợng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu luận án lựa chọn ô tô tải 2,98 tấn, công thức bánh xe 4x2 trang bị động diezel Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu điều khiển thay đổi mức tải động nhằm hạn chế tượng trượt quay bánh xe chủ động ô tô hoạt động đường thẳng, xấu trơn trượt đồng Nội dung bố cục luận án: Nội dung nghiên cứu luận án gồm chương: chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu; chương 2: Mơ hình mơ chuyển động thẳng ô tô; chương 3: Xây dựng điều khiển mô hoạt động hệ thống điều khiển; chương 4: Thiết kế chế tạo thực nghiệm hệ thống Những kết luận án: - Mơ hình mơ chuyển động thẳng tơ có xét đến đặc tính động đốt sử dụng bơm cao áp dãy - Thuật toán điều khiển giá trị tham số điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe phương pháp điều khiển công suất động - Các kết mô lý thuyết hoạt động hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe - Mẫu điều khiển cấu chấp hành (chế tạo thử nghiệm lần đầu) hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Trên thực tế nay, hãng ô tô giới có nhiều phương pháp để điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe chủ động ô tô tập trung chủ yếu điều khiển công suất động tác động vào hệ thống phanh nhằm giúp tơ chuyển động an tồn Một số nghiên cứu ứng dụng sử dụng kết hợp hai phương pháp nhằm nâng cao tốc độ hiệu điều khiển Tại Việt Nam có nhiều nghiên cứu hệ thống hạn chế trượt lết bánh xe nhiên chưa có cơng trình nghiên cứu đáng kể hệ thống hạn chế trượt quay Hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay hệ thống phức tạp, việc nghiên cứu đòi hỏi kết hợp nhiều lĩnh vực kiến thức: khí động lực, kỹ thuật điện tử, cảm biến cấu chấp hành kỹ thuật điều khiển, đề tài luận án có tính khoa học Tại Việt Nam nay, xe tải sử dụng động diesel sử dụng phổ biến Các loại xe chưa trang bị hệ thống chống trượt quay bánh xe (Anti-Spin Regulation) Trong phương tiện hoạt động loại đường xấu vùng nông thôn, miền núi công trường xây dựng bánh xe dễ bị trượt quay, làm giảm khả động xe Nội dung nghiên cứu luận án góp phần làm sở để tiến tới làm chủ công nghệ điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe chủ động áp dụng cho xe tải sản xuất, lắp ráp Việt Nam Do đề tài có ý nghĩa thực tiễn CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hiện tƣợng trƣợt quay bánh xe sở lý thuyết hạn chế tƣợng trƣợt quay Trong trình chuyển động, lực mô men tác dụng lên bánh xe chủ động thể hình 1.1 sau[26]: Hình 1.2 Sự thay đổi hệ số bám dọc ngang theo độ trượt bánh xe Hình 1.1 Sơ đồ lực mô men tác dụng lên bánh xe chủ động Nếu mô men động truyền đến bánh xe lớn mô men bám cực đại ( M x  M  max ) làm cho bánh xe bị trượt quay đến mức gây hại Hệ số bám dọc, hệ số bám ngang bánh xe mặt đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tình trạng mặt đường, kiểu lốp, chất lượng lốp, nhiệt độ, vận tốc, độ trượt Với φx φy hệ số bám dọc hệ số bám ngang bánh xe Nhiều nghiên cứu cho thấy độ trượt nằm khoảng 10% - 30% hệ số bám theo phương dọc φx lớn đạt giá trị lớn [3];[7];[18];[38] hệ số bám ngang có xu hướng giảm giá trị cao 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc 1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu hệ thống chống trượt quay Các nghiên cứu hạn chế tượng trượt quay tập trung vào giải pháp điều khiển hệ thống phanh, điều khiển công suất động cơ, kết hợp điều khiển công suất phanh hợp lý:[20],[21],[22],[27],[28], [30],[31],[32],[33],[34],[35],[40],[41],[42],[44],[46],[49,[50],[51],[52],[53],[54],[55] 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc Tại Việt Nam có số cơng trình nghiên cứu hệ thống chống trượt lết bánh xe [2];[3];[4] nhiên chưa có cơng trình đáng kể nghiên cứu hệ thống điều khiển chống trượt quay bánh xe ô tô 1.3 Đối tƣợng nghiên cứu phạm vi nghiên cứu 1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu Luận án lựa chọn đối tượng nghiên cứu ô tô tải nhỏ sử dụng động diezel (bơm cao áp dãy), công thức bánh xe 4x2 1.3.2 Phạm vi nghiên cứu Việc điều khiển lúc hai giải pháp phức tạp, khuôn khổ luận án nghiên cứu phần giải pháp điều khiển giảm công suất (mô men) động thông qua điều khiển tải động nhằm giảm độ trượt bánh xe chủ động ô tô hoạt động đường xấu trơn trượt đồng 1.4 Mục tiêu phƣơng pháp nghiên cứu 1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm mẫu đầu hệ thống điều khiển giảm công suất động nhằm hạn chế độ trượt quay bánh xe chủ động ô tô tải nhỏ sản xuất lắp ráp Việt Nam chạy đường có hệ số bám thấp 1.4.2 Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu thực nghiệm 1.5 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động ô tô, xây dựng mơ hình mơ chuyển động thẳng tơ; - Khảo sát đặc tính tăng tốc tơ tải đường có hệ số bám khác nhau; - Nghiên cứu đề xuất thuật toán điều khiển xác định thông số điều khiển; - Mô hệ thống điều khiển, xác định vùng làm việc điều khiển; - Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định đặc tính cục bộ, đặc tính ngồi bơm cao áp dãy, đặc tính điều tốc; - Thiết kế chế tạo điều khiển, cụm cấu chấp hành hệ thống; - Thực nghiệm hoạt động hệ thống CHƢƠNG 2: MƠ HÌNH MƠ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ơ TƠ Mơ hình mơ gồm mơ hình động cơ, mơ tả hệ thống truyền lực, mơ hình bánh xe mơ hình chuyển động theo phương dọc xe Hình 2.1 Sơ đồ mơ hình mô chuyển động ô tô 2.1 Xây dựng mơ hình mơ 2.1.1 Xây dựng đặc tính tốc độ động diezen Mơ men động tính theo cơng thức sau:[37] M e  M e* Qb (nbca ) (2.1) Qb max(nbca ) 2.1.1.1 Xây dựng đặc tính ngồi bơm cao áp: Đặc tính ngồi bơm Qb max(nbca ) thể mối quan hệ lượng phun nhiên liệu với số vòng quay khác mức ga 100% chế độ thực nghiệm ổn định xác định phần thực nghiệm bơm cao áp 2.1.1.2 Xây dựng đặc tính cục bơm cao áp: Đặc tính cục bơm Qb (nbca ) xác định thực nghiệm thể mối quan hệ 0.09 0.09 0.08 0.08 0.07 luong phun nhien lieu (cm3/chutrinh) luong phun nhien lieu (cm3/chutrinh) lượng phun nhiên liệu với vận tốc góc bơm cao áp mức ga khác 100% 0.06 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 400 600 800 1000 1200 Van toc goc bom cao ap (v/p) 1400 0.07 80% 0.06 Hình 2.5 Đặc tính tốc độ bơm cao áp 70% 0.05 60% 0.04 50% 0.03 0.02 0.01 00% 400 1600 90% 40% 30% 20% 10% 600 800 1000 1200 Van toc goc bom cao ap (v/p) 1400 1600 Hình 2.6 Đặc tính tốc độ bơm cao áp 2.1.1.3 Xây dựng mơ hình điều tốc khí ly tâm đa chế độ Đặc tính đáp ứng trễ vị trí theo thay đổi vị trí bàn đạp ga cần thiết mơ tả mơ hình bơm cao áp Hàm truyền điều tốc có dạng: W(s)  a1.s b1 (2.2) Từ kết thực nghiệm bơm cao áp Ứng dụng công cụ System Identification Parameters Matlab, luận án xác định thông số mơ hình điều tốc bơm cao áp (a1=0,2; b1=1) 2.1.1.4 Xây dựng đặc tính mơ men động Trong mơ hình mơ phỏng, đặc tính ngồi động đưa vào dạng bảng giá trị tham chiếu lookup tables- theo mối quan hệ sau: Từ đặc tính ngồi bơm, đặc tính cục bơm, đặc tính ngồi động cơ, áp dụng cơng thức 2.1 luận án xây dựng đặc tính mơ men động thể Hình 2.13 360 320 280 320 240 200 Me (Nm) Me (Nm) 240 160 160 120 80 80 100 80 0 40 60 800 500 40 1600 1000 1500 2000 ne (v/p) 2500 3000 2400 3500 ne (v/p) muc ga (%) 20 3200 4000 Hình 2.13 Đặc tính mơ men động Hình 2.12 Đặc tính ngồi động 2.1.2 Mơ tả hệ thống truyền lực Hình 2.14 Sơ đồ hệ thống truyền lực Phạm vi nghiên cứu luận án giới hạn tượng trượt quay trường hợp xe thẳng đường đồng nhất, vi sai khơng làm việc nên luận án khơng xét đến mơ hình vi sai Với giả thiết trên, luận án coi hệ thống truyền lực hệ thống có tỉ số truyền cố định cho trước 2.1.3 Mơ hình mơ bánh xe Các lực mô men tác dụng lên bánh xe chủ động: Phương trình chuyển động quay bánh xe chủ động sau: J qd s  M x  M fs  Fxs rd Các lực mô men tác dụng lên bánh xe bị động: Trên bánh xe bị động, chuyển động có lực mơ men tác dụng sau: Hình 2.16 Lực mô men tác dụng lên bánh xe bị động Phương trình chuyển động quay bánh xe bị động có dạng sau: (2.7) J bxt t  M ft  Fxt rd (2.12) Quan hệ hệ số bám dọc tức thời theo độ trượt Trong mơ hình mơ phỏng, hệ số bám dọc đưa vào mơ cách nội suy tuyến tính (sử dụng lookup table) điểm đường đặc tính quan hệ hệ số bám dọc với độ trượt lốp xe ô tô nghiên cứu, lực bám dọc phụ thuộc vào độ trượt  xác định từ thực nghiệm [3] Hình 2.17 Quan hệ hệ số bám độ trượt dọc[3] 2.1.4 Mơ hình mơ động lực học theo phƣơng dọc xe Hình 2.18 Sơ đồ lực tác dụng lên tơ q trình chuyển động Phương trình chuyển động xe theo phương dọc viết sau: m x  2( Fxs  Fxt ) Tổng hợp phương trình mơ tả chuyển động tô đường thẳng gồm: (2.27) m x  2(Fxs  Fxt ) Fxt  Fzt x (t ) Fxs  Fzs x (s ) J qd s  M x  M fs  Fxs rd (2.30) J bxt t   M ft  Fxt rd M ft  Gbt f rd M fs  Gbs f rd Mx  M e itl k LH 2.2 Khảo sát đặc tính tăng tốc ô tô hệ số bám thay đổi 2.2.1 Khảo sát đặc tính tăng tốc tơ đƣờng có hệ số bám thấp cao: Kết mơ q trình khởi hành tay số tơ có thơng số Bảng 1.1 với điều kiện phương án PA1 thể hình sau: Phƣơng án Mục đích Thơng số mơ PA1 φ =0,3; φ =0,8 Pin=(40;70;100)%; f=0,15 Khảo sát quan hệ thông số chuyển động xe theo mức tải đường có hệ số bám thấp cao PA2 φ=0,25:0,05:0,55 Pin=(10÷100)%; f=0,15 Khảo sát khả tăng tốc ô tô với mức tải đường có hệ số bám thấp khác V(m/s) V(m/s) 0 10 12 14 16 18 a(m/s2) 10 12 14 16 18 10 12 14 16 18 10 12 14 16 18 20 phi=0,3 phi=0,8 0.5 10 Thoi gian(s) 12 14 16 18 0.5 0 20 lambda(x100%) a(m/s2) lambda(x100%) 0.5 0 0 20 0 20 Hình 2.20 Gia tốc tơ, vận tốc tô độ trượt bánh xe mức tải 40% 0.5 0 20 phi=0,3 phi=0,8 10 Thoi gian(s) 12 14 16 18 20 Hình 2.21 Gia tốc ô tô, vận tốc ô tô độ trượt bánh xe mức tải 70% Từ kết mơ thấy tăng mức tải động (số vòng quay động tăng) dẫn đến: Trên đường có hệ số bám cao: độ trượt bánh xe chủ động ô tô nhỏ không phụ thuộc vào mức tải động Trên đường có hệ số bám thấp: độ trượt bánh xe ô tô lớn tỉ lệ với mức tải động (tổng thời gian có độ trượt lớn (  >30%) mức tải 40%; 70% 100% tăng lên 7,1s; 10,1s 13s ) bánh xe ô tô bị trượt lớn Các kết mô phản ánh mối quan hệ động lực học từ mô men động độ trượt bánh xe chủ động gia tốc ô tơ Mơ hình mơ ứng dụng để khảo sát, nghiên cứu tượng trượt quay hạn chế trượt quay bánh xe chủ động trình chuyển động đường xấu Trên đường có hệ số bám thấp tổng thời gian bánh xe chủ động có độ trượt (  >30%) tăng dần theo mức tải động 2.2.2 Khảo sát đặc tính tăng tốc tơ đƣờng xấu có hệ số bám thấp Ở nội dung này, luận án tiếp tục tiến hành mơ q trình khởi hành tơ đường có hệ số bám thấp (φ=0,25:0,05:0,55) với mức tải Pin=(10:10:100)% nhằm khảo sát ảnh hưởng mức tải động Pin tới khả tăng tốc ô tô V(m/s) 0 a(m/s2) lambda(x100%) Pin10% Pin20% Pin30% 0.5 0 10 10 Thoi gian(s) 10 0.5 0 Hình 2.23 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô độ trượt Hình 2.24 Vận tốc tơ, gia tốc tơ độ trượt bánh bánh xe ô tô tăng tốc đường có hệ số bám xe tơ tăng tốc đường có hệ số bám φ = 0,3 mức tải 10%; 20%; 30% φ = 0,45 mức tải 10%; 20%; 30% Bảng 2.4: Gia tốc cực đại, độ trượt thời điểm gia tốc đạt cực đại (amax, λamax) trình khởi hành với mức tải (Pin) hệ số bám (φ) khác Từ kết cho thấy: Tại thời điểm ô tô đạt gia tốc cực đại (amax) với hệ số bám (  ) khác có độ trượt (  30%) khơng tốt cho q trình tăng tốc tơ Hệ thống điều khiển theo thuật tốn PID mơ tả sau Hình 3.5 Hệ thống điều khiển sử dụng thuật toán PID Bước1: Đặt kI=0; kD=0, Tăng dần giá trị kP đến dao động tuần hoàn Đặt giá trị kP=kC xác định chu kỳ dao động Pc Tiến hành đánh giá tổng thời gian có độ trượt bánh xe chủ động (λ>30%) mức độ điều khiển điều khiển để xác định kC PC Luận án lựa chọn hệ số kC =1,5 có chu kỳ dao động PC=0,5 để xác định thông số điều khiển kP; kI; kD theo bảng lựa chọn thông số phương pháp Ziegler-Nichols [36] bước Bảng 3.1: Thông số xác định tham số điều khiển Loại điều khiển kP kI kD P 0.5kC - - PI 0.45kC 1,2kP/Pc - PID 0.6kC 2kP/Pc kP.Pc/8 Pdk(x100%) lambda(x100%) Từ cách xác định thông số Bảng với giá trị kC =1,5 PC =0,5 bước Để so sánh lựa chọn loại điều khiển phù hợp với yêu cầu Luận án tiến hành mô tổng thời gian có độ trượt bánh xe chủ động (λ>30%) mức điều khiển (pdk) với loại điều khiển có kết sau: P 0.5 00 lambda mong uoc PI PID P PID 10 Thoi gian(s) 10 -0.5 PI -1 Hình 3.8 Kết mơ đường có hệ số bám φ=0,3; hệ số cản lăn f=0,15; mức tải 80% Các phân tích kết cho thấy ưu điểm điều khiển PID giảm nhanh tổng thời gian có độ trượt bánh xe chủ động λ>30% có mức điều khiển pdk hợp lý, luận án lựa chọn sử dụng phương pháp điều khiển theo sai số giá trị độ trượt mong muốn giá trị độ trượt thực tế theo quy luật PID với hệ số là: kP=0,9; kI=3,6; kD=0,056 3.3 Mô hoạt động hệ thống có điều khiển 11 Với nội dung mục này, luận án trình bày kết mơ khảo sát q trình khởi hành tơ nhằm phân tích hiệu điều khiển hai trường hợp có điều khiển khơng có điều khiển theo Bảng 6: Phương án mô nhằm đánh giá hiệu điều khiển Phƣơng án Mục đích Thơng số mơ PA3: Khởi hành tay số 1, đầy tải Pnl=(20-100)%; f=0,15; φ =(0,3; 0,35; 0,4); ih1=7.31; m=7685 kg Đánh giá hiệu điều khiển PA4: Khởi hành tay số 2, không tải Pnl=(20-100)%; f=0,15; φ =(0,3; 0,35; 0,4); ih2=4.31; m=4510 kg Đánh giá hiệu điều khiển v(m/s) 10 12 14 16 18 20 0.5 0 10 12 14 16 18 20 kdk codk 0.5 0 100 muctai(%) 2 10 12 14 16 18 20 50 0 10 thoi gian(s) 12 14 16 18 20 a(m/s2) lambda(x100%) 0 muctai(%) lambda(x100%) a(m/s2) v(m/s) 3.3.1 Kết mơ q trình khởi hành tay số 1, xe đầy tải (PA3) 0 10 12 14 16 18 10 12 14 16 18 20 0.5 0 20 codk kdk 0.5 0 10 12 14 16 18 20 10 thoi gian(s) 12 14 16 18 20 100 50 0 Hình 3.10 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh Hình 3.11 Vận tốc tơ, gia tốc tô, độ trượt bánh xe xe chủ động, mức ga người lái 80% đường có chủ động, mức ga người lái 80% đường có hệ số bám φ=0,35 khơng có có điều khiển hệ số bám φ=0,3 khơng có có điều khiển Từ kết cho thấy đường có hệ số bám φ=0,3 φ=0,35 cho thấy hiệu điều khiển giảm thời gian có độ trượt (λ>30%) rút ngắn thời đạt vận tốc (m/s) Tiếp tục khảo sát với mức ga người lái Pnl=(20-100)% đường có hệ số bám φ=0,3 φ=0,35 Tổng thời gian bánh xe chủ động có độ trượt (λ>30%) thời gian để tơ đạt vận tốc (m/s) với đường có hệ số bám thấp khác mức ga người điều khiển thiết lập khác hai trường hợp có khơng có điều khiển trình bày hình sau: 12 10 ko dk co dk thoi gian (s) thoi gian(s) 10 6 2 20 ko dk co dk 30 40 50 60 70 80 90 20 100 30 40 50 60 70 80 90 100 muc ga nguoi lai (%) muc ga nguoi lai (%) Hình 3.13 Tổng thời gian có (λ>30%) đường φ=0,3 Hình 3.14 Tổng thời gian có (λ>30%) đường φ=0,35 12 3.2 thoi gian (s) thoi gian (s) 3.4 ko dk co dk ko dk co dk 2.8 2.6 2.4 2.2 20 30 40 50 60 70 muc ga nguoi lai (%) 80 90 20 100 Hình 3.15 Thời gian đạt vận tốc v=1(m/s) đường φ=0,3 30 40 50 60 70 muc ga nguoi lai (%) 80 90 100 Hình 3.16 Thời gian đạt vận tốc (v=1m/s) đường φ=0,35 Các kết khảo sát tổng thời gian ô tô có độ trượt lớn (  >30%) thời gian ô tô đạt vận tốc (Vx=1m/s) có điều khiển cho thấy hiệu điều khiển giúp tăng khả tăng tốc tơ đường có hệ số bám thấp v(m/s) 0 0.5 10 15 20 25 10 15 20 25 muctai% lambda(x100%) 0.25 0 kdk codk 0.5 0 100 10 15 20 25 50 0 10 thoi gian(s) 15 20 25 muctai% lambda(x100%) a(m/s2) a(m/s2) v(m/s) 3.3.2 Kết mơ q trình khởi hành tay số 2, xe không tải (PA4) 0 0.5 0 10 15 20 10 15 20 25 kdk codk 0.5 0 100 25 10 10 15 20 25 15 20 25 50 0 thoi gian(s) Hình 3.17 Vận tốc tơ, gia tốc tơ, độ trượt bánh Hình 3.18 Vận tốc tơ, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe chủ động, mức ga người lái 80% đường có xe chủ động, mức ga người lái 80% đường có hệ số bám φ=0,3 khơng có có điều khiểnhệ số bám φ=0,35 khơng có có điều khiển Kết mơ q trình khởi hành tơ có thơng số (Bảng 1) với điều kiện phương án PA4 (ở Bảng 6) có khơng có điều khiển tương tự phương án PA3, đường có hệ số bám φ=0,3 φ=0,35 cho thấy hiệu điều khiển giảm thời gian có độ trượt (λ>30%) rút ngắn thời đạt vận tốc (m/s) Tiếp tục khảo sát với mức ga người lái Pnl=(20-100)%; đường có hệ số bám φ=0,3 φ=0,35 Các thông số tổng thời gian bánh xe chủ động có độ trượt (λ>30%) thời gian để tơ đạt vận tốc 3(m/s) với đường có hệ số bám thấp khác mức ga người điều khiển thiết lập khác hai trường hợp có khơng có điều khiển trình bày hình sau: 13 12 24 ko dk co dk 16 thoi gian (s) thoi gian (s) 20 12 ko dk co dk 4 20 30 40 50 60 muc ga (%) 70 80 100 20 90 Hình 3.20 Tổng thời gian có (λ>30%) đường φ=0,3 20 11 50 60 70 muc ga nguoi lai (%) 80 90 100 ko dk co dk 10 16 thoi gian (s) thoi gian (s) 40 Hình 3.21.Tổng thời gian có (λ>30%) đường φ=0,35 ko dk co dk 18 30 14 12 10 50 55 60 65 70 75 80 muc ga nguoi lai (%) 85 90 95 100 50 55 60 65 70 75 80 muc ga nguoi lai (%) 85 90 95 100 Hình 3.23.Thời gian đạt vận tốc (v=3m/s) Hình 3.22.Thời gian đạt vận tốc (v=3m/s) đường φ=0,35 đường φ=0,3 Kết mô theo phương án PA3 PA4 với tay số tải trọng khác cho thấy phương pháp điều khiển mức tải động theo sai số giá trị độ trượt mong muốn giá trị độ trượt thực tế theo quy luật PID có hiệu sử dụng để điều khiển hạn chế độ trượt quay bánh xe chủ động, tăng khả chuyển động xe tải Bộ điều khiển đề xuất giúp giảm đáng kể tổng thời gian có độ trượt lớn (  > 30%) rút ngắn thời gian tăng tốc (Vx=1m/s) (Vx=3m/s) ô tô 3.4 Nghiên cứu xác định vùng điều khiển có hiệu đƣờng khác Với mục đích khảo sát đánh giá vùng điều khiển có hiệu đánh giá ảnh hưởng điều kiện mặt đường đến khả làm việc điều khiển Luận án tiến hành mô khảo sát khả chuyển động thẳng tơ tải nhỏ có thông số theo Bảng với phương án mô theo Bảng sau: Bảng 7: Các phương án mô vùng điều khiển Phƣơng án mô Mục tiêu Thông số mô PA5 Khảo sát xác định vùng làm việc điều khiển f =0,06 với φ=[0,05:0,05:0,55] Pnl=100% PA6 Khảo sát ảnh hưởng hệ số cản lăn tới vùng làm việc hiệu điều khiển φ =0,3 với f=[0,05:0,01:0,15] Pnl=100% 3.4.1 Kết mô khảo sát xác định vùng làm việc điều khiển (PA5) 14 Phương án nhằm xác định vùng làm việc điều khiển khảo sát ảnh hưởng hệ số bám  tới vùng làm việc v(m/s) 10 phi=0,1 phi=0,2 phi=0,4 0.5 0 15 10 a(m/s2) 0 muctai(%) lambda(x100%) muctai(%) lambda(x100%) a(m/s2) v(m/s) 15 0.5 0 100 10 10 0 15 10 0 15 f=0,05 f=0,1 0.5 10 15 10 15 10 15 0.5 0 100 15 50 0 50 0 Thoigian(s) Thoigian(s) Hình 3.24 Vận tốc tơ, gia tốc tơ, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động có điều khiển hệ số cản lăn f=0,06 Hình 3.25 Vận tốc tơ, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động có điều khiển hệ số bám  =0,06 Trên đường có hệ số bám φ=0,1, điều khiển điều khiển hết khả (Pdk=100%) dẫn đến (Pin=0%) không cải thiện khả tăng tốc ô tô (a=0; v=0), bánh xe ô tô chủ động bị trượt quay hồn tồn (λ=100%) Như vùng có (Pdk=100%; λ=100%) vùng điều khiển khơng có hiệu Trên đường có hệ số bám φ=0,4, tín hiệu điều khiển (Pdk=0) dẫn đến khơng có tác động thay đổi, mức ga người lái mức tải động (Pnl= Pin=100%) Độ trượt bánh xe ô tô chủ động ln nằm vùng (λ30%) 6,8s + Khi có điều khiển hệ thống: Kết đo vận tốc góc bánh xe mức tải động trường hợp thể đồ thị sau: lambda(x100%) 0.8 lambda thuc te 0.6 lambda mong uoc 0.4 0.2 Hình 4.41 Vận tốc góc bánh xe có điều khiển đường bê tơng cứng có bùn sét 91 92 93 94 95 thoi gian (s) 96 97 98 99 Hình 4.43 Độ trượt có điều khiển đường bê tơng cứng có bùn sét Thời gian bánh xe bị động đạt vận tốc 3(rad/s) 2,4s, điều cho thấy xe tăng tốc nhanh so với khơng có điều khiển Tổng thời gian có độ trượt lớn (  >30%) 3,6s 22 Bảng 4.8: Tổng hợp kết thí nghiệm TN2 Trị số Tổng thời gian có độ trƣợt (λ>30%) (s) Thời gian bánh xe bị động đạt vận tốc rad/s (s) Khơng điều khiển 6,8 4,1 Có điều khiển 3,6 2,4 47,1% 41,5% Điều khiển Mức độ cải thiện (%) Từ kết TN1 TN2 cho thấy có tác động điều khiển thực hiện: - Giảm độ trượt bánh xe chủ động giảm tổng thời gian có độ trượt lớn - Giảm thời gian bánh xe bị động (tương ứng với vận tốc xe) tăng tốc từ đến rad/s Độ trượt bánh xe chủ động giảm thời gian tăng tốc nhanh làm tăng khả khởi hành ô tô loại đường xấu trơn trượt Điều cho thấy hiệu điều khiển 4.4 Kết luận chƣơng Trong chương này, luận án tiến hành lắp đặt cảm biến vận tốc góc bánh xe; thiết kế, chế tạo lắp đặt cụm cấu chấp hành điều khiển mức tải động Thực thiết kế, chế tạo điều khiển điện tử nhằm hạn chế tượng trượt quay bánh xe chủ động Luận án sử dụng thiết bị đo để phục vụ đo thông số thực nghiệm phù hợp với điều kiện thực tế luận án Qua trình thực nghiệm, luận án tiến hành lắp đặt điều khiển cấu chấp hành chế tạo lên xe Luận án thực đo hành trình dịch chuyển dây ga vận tốc góc bánh xe khơng có điều khiển có điều khiển nhằm đánh giá hoạt động cấu chấp hành hệ thống Các kết thực nghiệm cho thấy hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động mà luận án nghiên cứu chế tạo có khả giảm tổng thời gian có độ trượt lớn  >30% bánh xe chủ động giảm thời gian bánh xe bị động (tương ứng với vận tốc xe) tăng tốc lên 2rad/s Kết thực nghiệm cụ thể loại đường công nghiệp bôi mỡ bê tông cứng – bùn sét cho thấy điều khiển có khả giảm (47,1÷ 56,5)% tổng thời gian có độ trượt lớn  >30% bánh xe chủ động giảm thời gian bánh xe bị động (tương ứng với vận tốc xe) tăng tốc lên rad/s từ (17,6÷ 46,7)% KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Điều khiển hạn chế trượt quay cho ô tô cần thiết nhằm tăng khả di chuyển xe đường xấu, trơn trượt Trên giới, hệ thống lắp đặt nhiều cho phương tiện lại vận chuyển hàng hóa, đặc biệt phương tiện làm việc điều kiện khắc nghiệt có hệ số bám lốp mặt đường thấp vùng băng tuyết, đường bùn lầy, đường đá cấp phối Hệ thống góp phần nâng cao tính an tồn, khả chuyển động phát huy lực kéo bánh xe chủ động tơ góp phần tăng suất, vận tốc, tải trọng có ích, tăng tính kinh tế, giảm cường độ làm việc cho người lái, giảm lượng nhiên liệu giảm lượng khí thải độc hại, độ an toàn cho người sử dụng Việc nghiên cứu, chế tạo điều khiển tiến hành lắp ráp, thử nghiệm thực tế nhằm hướng tới chế tạo hệ thống có khả hạn chế tượng trượt quay bánh xe lắp ô tô tải lưu hành, góp phần đại hóa nhà máy ô tô phục vụ nghiên cứu đào tạo Việt Nam 23 Hệ thống hạn chế trượt quay phức tạp, để nghiên cứu hoàn chỉnh hệ thống đòi hỏi nhiều nghiên cứu nhà khoa học với kinh phí thời gian lớn Với điều kiện nghiên cứu mình, luận án tiến hành đề xuất hệ thống điều khiển hạn chế tượng trượt quay thông qua phần giải pháp điều khiển công suất động Các kết nghiên cứu luận án kể đến sau: Nghiên cứu đề xuất hệ thống hạn chế tượng trượt quay bánh xe chủ động cách điều chỉnh mức tải động cơ, xây dựng mơ hình mơ chuyển động thẳng ô tô với giả thiết đơn giản hóa mơ hình Luận án tiến hành thực nghiệm bơm cao áp nhằm xây dựng đặc tính cục đặc tính ngồi bơm cao áp Các đặc tính thơng số đầu vào để xây dựng đặc tính tốc độ động sử dụng đối tượng nghiên cứu cụ thể Luận án đề xuất hệ thống điều khiển, lựa chọn thuật toán điều khiển PID xác định tham số điều khiển thích hợp Giá trị tham số điều khiển PID ô tô nghiên cứu trình bày chương Luận án tiến hành mô hệ thống điều khiển giảm công suất động ô tô đường trơn trượt nhằm hạn chế tượng trượt quay bánh xe chủ động, kết mô cho phép nhận xét hiệu điều khiển hệ thống Luận án tiến hành chế tạo thử nghiệm mẫu cấu chấp hành điều khiển ban đầu Trong trình thực nghiệm, luận án tiến hành thực nghiệm loại đường cụ thể: công nghiệp bôi mỡ bê tông cứng – bùn sét Luận án chưa có điều kiện tiến hành nhiều thực nghiệm điều kiện chuyển động khác nhau, nhiên kết thu từ thực nghiệm cụ thể cho thấy điều khiển làm việc, làm giảm tổng thời gian bánh xe chủ động có độ trượt lớn  >30% bánh xe chủ động giảm thời gian tăng tốc tơ từ nâng cao khả tăng tốc ô tô Các giá trị hiệu điều khiển thực nghiệm cụ thể loại đường công nghiệp bôi mỡ bê tơng cứng – bùn sét trình bày kết luận chương Các kết bước đầu luận án cho thấy nghiên cứu để làm chủ công nghệ hạn chế trượt quay bánh xe, mẫu cấu chấp hành điều khiển mà luận án thiết kế chế tạo sử dụng nghiên cứu nhằm làm chủ công nghệ hạn chế trượt quay bánh xe tơ Mơ hình mơ chuyển động thẳng ô tô luận án thực cịn đơn giản tham khảo sử dụng cho nghiên cứu, phát triển hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động ô tô Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo: Tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động phương pháp điều khiển công suất động với nhiều điều kiện làm việc khác ô tô Thực nghiệm hiệu chỉnh tìm tham số điều khiển phù hợp với nhiều loại đường khác nhau; Nghiên cứu tích hợp với mơ đun điều khiển mơ men phanh làm sở tiến tới hoàn thiện hệ thống TCS; ESP…; Nghiên cứu đánh giá độ tin cậy hệ thống điều khiển đồng thời nghiên cứu áp dụng mẫu xe tải khác 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN [1] Trần Văn Thoan, Hồ Hữu Hải, Đàm Hoàng Phúc, Dương Ngọc Khánh (2017) Mơ hình mơ chuyển động tơ tải đường thẳng có hệ số bám khác Tạp chí Giao thơng vận tải số tháng 7/2017, trang 79-81 [2] Trần Văn Thoan, Hồ Hữu Hải, Đàm Hồng Phúc, Dương Ngọc Khánh (2017) Khảo sát đặc tính tăng tốc tơ tải đường có hệ số bám thấp Tạp chí Cơ khí Việt Nam số 9/2017, trang 57-62 [3] Trần Văn Thoan, Hồ Hữu Hải, Đàm Hoàng Phúc, Dương Ngọc Khánh (2018) Nghiên cứu khả điều khiển hệ thống động lực xe tải nhằm tăng khả động xe loại đường trơn trượt khác Tạp chí Giao thơng vận tải số tháng 3/2018, trang 7779 [4] Trần Văn Thoan, Hồ Hữu Hải, Đàm Hoàng Phúc, Dương Ngọc Khánh (2018) Thực nghiệm đánh giá hiệu hệ thống điều khiển công suất động nhằm chống trượt quay bánh xe loại đường trơn trượt khác Tạp chí Giao thông vận tải số tháng 9/2018, trang 102-105 ... tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động có điều khiển hệ số cản lăn f=0,06 Hình 3.25 Vận tốc tơ, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động có điều khiển. .. hành mơ hệ thống điều khiển giảm công suất động ô tô đường trơn trượt nhằm hạn chế tượng trượt quay bánh xe ô tô chủ động Các kết hiệu điều khiển hệ thống thông qua thông số động lực học ô tô Từ... nhiều nghiên cứu hệ thống hạn chế trượt lết bánh xe nhiên chưa có cơng trình nghiên cứu đáng kể hệ thống hạn chế trượt quay Hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay hệ thống phức tạp, việc nghiên cứu