CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1 Cơ sở lý thuyết
Hệ thống lái SBW là một hệ thống cơ học gồm nhiều bậc tự do và liên kết phức tạp, trong mơ hình động lực học thường gồm có các phần tử có khối lượng và các liên kết, để xây dựng mơ hình tốn có thể sử dụng nhiều phương pháp như phương trình Lagrange loại 2, nguyên lý Dalambe, phương pháp họa đồ (bond graph), phương pháp hệ thống con...Trong nội dung nghiên cứu trình bày hai phương pháp phổ biến để xây dựng mơ hình tốn cho hệ động lực học đó là phương phương trình Lagrange loại 2 và nguyên lý Dalambe để chuyển bài toán động lực học về bài toán tĩnh học bằng cách đưa các mơ men qn tính khối lượng, khối lượng qn tính vào cơ hệ. Khi đó phương trình chuyển động sẽ được thiết lập trên cơ sở lấy tổng các mô men, lực tác dụng lên cơ hệ [7].
Trong hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực ln có một số các thành phần phi tuyến trong hệ thống như mô men ma sát giữa trục vành lái và giá đỡ, trong động cơ DC, giữa các cụm bánh răng trong cơ cấu lái, pít tơng và xy lanh trong cụm thủy lực, trụ quay của bánh xe dẫn hướng, được tính tốn như sau [13]:
𝑇𝑓 = 𝐹𝑓𝑠𝑖𝑔𝑛(𝜃̇𝑓) (2.1)
Với: 𝑇𝑓 - mô men ma sát Coulomb, 𝐹𝑓 - hằng số ma sát Coulomb. 𝑠𝑖𝑔𝑛(𝜃̇𝑓) được biểu diễn như sau:
𝑠𝑖𝑔𝑛(𝜃̇𝑓) = {
1, 𝑘ℎ𝑖 𝜃̇𝑓 > 0 0, 𝑘ℎ𝑖 𝜃̇𝑓 = 0 −1, 𝑘ℎ𝑖 𝜃̇𝑓 < 0
(2.2)
Các liên kết với động cơ điện; thanh xoắn; cơ cấu lái, thanh dẫn động; góc chuyển vị của thanh xoắn điều khiển van thủy lực là liên kết giữa hệ cơ khí và hệ thủy lực; độđàn hồi của lốp được mơ hình hóa thành các hệ lị xo và giảm chấn.
Sơ đồ khối hệ thống lái trợ lực thủy lực trên ô tô tải được biểu diễn như Hình 2.1 bao gồm: Vành lái, trục lái, cơ cấu lái, bộ trợ lực thủy lực, hình thang lái, các bánh xe dẫn hướng.
Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống lái trợ lực thủy lực trên ô tô tải
Sơ đồ khối hệ thống lái Steer by wire điện tử - thủy lực được biểu diễn như Hình 2.2 gồm có:
(1) Cụm vành lái: Vành lái, cảm biến góc quay, động cơ điện DCM1 (tạo cảm giác lái), bộ giảm tốc.
(2) Bộ chấp hành dẫn hướng: Động cơ điện DCM2, hộp giảm tốc, trợ lực thủy lực, cơ cấu lái, hình thang lái và bánh xe dẫn hướng.
(3) Cơ cấu an toàn: Khi hệ thống SBW gặp sự cố thì cơ cấu an tồn sẽ đóng lại để hệ thống lái có thể hoạt động như hệ thống lái cơ khí.
(4) Bộ điều khiển SBW: Nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý tín hiệu và điều khiển cấp điện áp, dịng điện cho động cơ điện DCM1 và DCM2.
Hình 2. 2: Sơ đồ khối hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực
Sơ đồ hoạt động hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực ở Hình 2.3 như sau: - Hoạt động dẫn hướng: Thay vì sử dụng trục lái để truyền lực và góc đánh lái từ người lái đến cơ cấu lái (hệ thống lái truyền thống), khi lái xe quay vành lái, hệ thống sẽ thiết lập tín hiệu góc đánh lái, mơ men đánh lái làm tín hiệu đầu vào bộ điều khiển SBW, bộ điều khiển sẽ tính tốn cung cấp dịng, điện áp cho động cơ DCM2 và đầu ra là góc quay và mơ men của động cơ DCM2, làm quay trục cơ cấu lái qua địn quay, hình thang lái làm quay bánh xe dẫn hướng.
- Ở chiều ngược tạo cảm giác lái: Vì khơng có liên kết cơ khí giữa vành lái và cơ cấu lái do đó người lái khơng cảm nhận được các lực, mô men cản trong hệ thống lái. Lúc này bộ điều khiển SBW sẽ nhận tín hiệu đo dịng, áp (từ khối đo dịng, áp) để tính tốn cung cấp dịng, áp cho động cơ DCM1 tương ứng với mô men cản trong hệ thống lái với đầu ra là góc quay và mơ men của động cơ DCM1 tạo cảm giác lái phù hợp với điều kiện hoạt động cụ thể.
Hình 2. 3: Sơ đồ hoạt động của hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực
2.2 Xây dựng mơ hình động lực học hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực 2.2.1 Các giả thiết xây dựng mơ hình