Nhận xét:
- So sánh kết quả mô phỏng mơ hình lý thuyết và thực nghiệm với cùng đầu vào là góc quay vành lái thực nghiệm θswtn trong cả trường hợp khơng trợ lực và có trợ lực cho thấy: Sai lệch 𝑒5 rất nhỏ → 0. Do đó có thể khẳng định mơ hình lý thuyết chính xác, tin cậy.
4.6 Kết luận chương
- Đã chuyển đổi thành công hệ thống lái trợ lực thủy lực trên ô tô tải Hino 300Series thành hệ thống lái SBW điện tử- thủy lực. Hệ thống lái làm việc ổn định ở các chế độ tĩnh, chuyển động với vận tốc 5÷ 10 km/h trên đường giao thơng, quay vịng với bán kính nhỏ nhất.
- Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống lái làm việc ổn định, tin cây ở trạng thái tĩnh khơng trợ lực và có trợ lực thủy lực, hoạt động ổn định trên đường giao thông, quay vịng với bán kính nhỏ nhất thể hiện ở các sai lệch 𝑒4 rất nhỏ→ 0; Điện áp điều khiển lớn nhất trong các trường hợp 10 (V) nhỏhơn điện áp định mức (12V).
- Sai lệch giữa mơ hình lý thuyết và thực nghiệm 𝑒5 rất nhỏ → 0 cho thấy mơ hình lý thuyết tin cậy và chính xác.
KẾT LUẬN CHUNG
Sau một thời gian nghiên cứu, làm việc nghiêm túc của NCS cùng sự hướng dẫn tận tình, sâu sắc của Thầy, Cơ hướng dẫn; sự quan tâm, hỗ trợ của các Thầy trong Bộ mơn cơ khí ơ tơ – ĐH Giao thơng vận tải, của đồng nghiệp Khoa CN ô tô - ĐH Công nghiệp Hà nội, sự giúp đỡ của Công ty HINO Việt Nam, các chuyên gia trong lĩnh vực điện tử. Nghiên cứu về hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực đã hoàn thành đạt được những kết quả nhất định.
- Luận án TS với đề tài “Nghiên cứu hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực” là một cơng trình khoa học phù hợp với xu hướng phát triển của ngành cơng nghiệp ơ tơ, có tính cấp thiết bao gồm các nội dung: Nghiên cứu tổng quan về hệ thống lái SBW; Xây dựng mơ hình động lực học hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực trên ô tô tải HINO 300Series; Xây dựng mơ hình mơ phỏng tương ứng với mơ hình động lực học; Lựa chọn phương pháp điều khiển và xây dựng thuật tốn điều khiển phù hợp với mơ hình động lực học đã xây dựng; Nghiên cứu thực nghiệm lấy thơng số đầu vào cho các mơ hình mơ phỏng và kiểm chứng tính đúng đắn của các mơ hình lý thuyết.
- Mơ hình động lực học bao gồm mơ hình của các phần tử cơ khí, điện, thủy lực được xây dựng thành các cụm riêng rẽ như: Hệ thống trợ lực thủy lực, động cơ điện một chiều, cụm bánh xe dẫn hướng, cụm vành lái, bộ chấp hành dẫn hướng, đổi hướng chuyển động ô tơ. Mơ hình mơ phỏng sử dụng phần mềm Matlab/Simulik với các thông số đầu vào lấy từ kết quả thực nghiệm và các tài liệu tham khảo. Kết quả mơ phỏng với các sai lêch 𝑒1 giữa góc quay trục ĐC DCM1 mơ phỏng 𝜃𝑚1 và góc quay mong muốn 𝜃𝑚1𝑑 ; 𝑒2 giữa góc quay đầu ra ĐC DCM2 mơ phỏng 𝜃𝑚2 và góc quay mong muốn 𝜃𝑚2𝑑 ; 𝑒3 giữa góc quay bánh xe DH mơ phỏng 𝜃𝐹𝑊 và góc quay bánh xe DH mong muốn 𝜃𝐹𝑊𝑑 đều rất nhỏ → 0 đạt mục tiêu đề ra; Mô phỏng đổi hướng chuyển động tại các vận tốc khai thác 5 m/s, 10 m/s, 15 m/s và tại vận tốc lớn nhất của ô tô 30,5 m/s (109 km/h) cho thấy hệ thống hoạt động tốt. Bộ trợ lực thủy lực đảm nhiệm mô men cản trong hệ thống lái trung bình 401,88 (N), trợ lực 55,89% mơ men cản theo tính tốn.
- Đã chuyển đổi thành công hệ thống lái trợ lực thủy lực trên ô tô tải Hino 300Series thành hệ thống lái SBW điện tử- thủy lực: Hệ thống lái làm việc chính xác,
tin cậy ở trạng thái tĩnh, vận hành trên đường giao thông với vận tốc 5÷ 10 km/h được thể hiện ở các sai lệch 𝑒4 rất nhỏ → 0, điện áp điều khiển lớn nhất trong các trường hợp 10 (V) nhỏ hơn điện áp định mức (12V); Thực nghiệm quỹ đạo chuyển động (trên sa bàn) và quay vịng với bán kính nhỏ nhất (đánh lái đến điểm giới hạn về một phía) cho thấy hệ thống lái làm việc liên tục, ổn định, tin cây được thể hiện ở hình dáng các đường quỹ đạo đều, liên tục và trùng khít tương đối với nhau; Sai lệch giữa mơ hình lý thuyết và thực nghiệm 𝑒5 rất nhỏ → 0 cho thấy mơ hình lý thuyết tin cậy và chính xác
Đóng góp mới của luận án:
- Lần đầu tiên ở Việt Nam đã nghiên cứu nghiên cứu chuyển đổi thành công hệ thống lái trợ lực thủy lực ô tô tải sang hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực. Hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực lắp trên xe hoạt động ổn định, tin cậy ở các chếđộ khai thác trong thực tế: Đánh lái tại chỗ (có trợ lực thủy lực và khơng có trợ lực thủy lực), di chuyển trên đường giao thơng nội bộ với vận tốc 5 ÷ 10 km/h.
- Đã nghiên cứu tạo cảm giác lái cho hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực một cách đầy đủ nhất bao gồm: Tạo mô men cảm giác lái theo tốc độ chuyển động và tải trọng thực của xe; Giới hạn vành lái khi đánh hết lái về hai phía bằng điện; Tự động trả vành lái về vị trí ứng với khi ơ tơ chuyển động thẳng.
- Các sản phầm của LA như các mơ hình lý thuyết, phần mềm, các thiết bị cơ điện tử.v.v.có thể phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo về hệ thống này.
NHỮNG KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Kiến nghị:
Ơ tơ HINO 300Series sau khi chuyển đổi hệ thống lái hoạt động được ở tốc độ thấp, tải trọng nhỏ trên đường giao thông nội bộ. Kiến nghị cho phép thử xe trên bãi thử với tốc độ và tải trọng cao hơn theo quy chuẩn.
Hướng nghiên cứu tiếp theo:
- Nghiên cứu đưa bơm thủy lực trợ lực lái dẫn động bằng động cơ điện được điều khiển bởi bộ điều khiển của hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực.
- Đưa hệ thống tự chẩn đoán của hệ thống lái vào hệ thống chẩn đoán chung của xe.
- Nghiên cứu phương án an tồn dự phịng trong trường hợp hệ thống lái xảy ra sự cố về điện.
- Nghiên cứu tự động thay đổi tỷ số truyền của hệ thống lái theo điều kiện khai thác thực tế mơ phỏng theo hệ thống lái tích cực.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ
1. Trần Văn Lợi, Nguyễn Văn Bang, Trần Văn Như, Nguyễn Xuân Tuấn (2016), “Mô phỏng chuyển làn của ô tô sử dụng hệ thống lái Steer by wire”, Tạp chí khoa học & công nghệ số 33, tháng 4/2016.
2. Nguyễn Xuân Tuấn, Nguyễn Văn Bang, Trần Văn Như, Đinh Thị Thanh Huyền (2016), “Thiết kế bộđiều khiển lái cho hệ thống lái không trụ lái (Steer by wire) điện tử - thủy lực”, Tạp chí Cơ khí Việt Nam số đặc biệt, tháng 9/2016.
3. Nguyễn Xuân Tuấn, Nguyễn Văn Bang, Trần Văn Như, Lê Văn Anh, Chu Đức Hùng (2017), “Xây dựng mơ hình hệ thống lái Steer by wire điện tử - thủy lực” , Tạp chí khoa học & công nghệ số 38, tháng 2/2017.
4. Nguyễn Xuân Tuấn, Nguyễn Văn Bang, Trần Văn Như, Nguyễn Thế Anh (2018), “Ứng dụng Matlab/Simulink mơ hình hóa và mơ phỏng động lực học hệ thống thủy lực trợ lực lái ơ tơ”, Tạp chí khoa học & cơng nghệ số 47, tháng 8/2018.
5. N. X. Tuan, H. T. Dinh, and N. V. Bang (2019), “Research on Dynamic Modelling for Hydraulic Power Automotive Steering Systems with Nonlinear Friction” Springer Nat. Lect. Notes Netw. Syst. 104 Pp620-627, p. 8 (Scopus Q4), ISSN:2367-3370, E-ISSN: 2367-3389, Dec. 2019.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Trần Văn Lợi (2011), “Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống lái điều khiển qua dây dẫn”, NCKH, Trường Giao Thông Vận Tải.
2. Trần Văn Lợi, Đỗ Văn Dũng, Nguyễn Văn Bang (5/2015) “Nghiên cứu tạo cảm giác lái trên mơ hình hệ thống Steer-By –Wire”, Tạp chí khoa học giáo dục,
Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật TPHCM.
3. Trần Văn Lợi, Nguyễn Văn Bang (2012), “Thí nghiệm điều khiển hệ thống lái không trục lái qua phần mềm Labview”, Tạp chí cơ khí Việt Nam số 04 - 2012.
4. Trần Văn Lợi (2016), “Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển hệ thống lái qua dây dẫn”, NCKH, Trường ĐH Giao Thông Vận Tải.
5. Trần Văn Lợi, Nguyễn Văn Bang, Trần Văn Như, Nguyễn Xuân Tuấn (2016), “Mô phỏng chuyển làn của ô tô sử dụng hệ thống lái Steer by wire”, Tạp chí khoa học & cơng nghệ số 33, Trường ĐH Công Nghiệp Hà nội.
6. Trần Văn Lợi (2018), “Nghiên cứu điều khiển hệ thống lái điện trên ô tô con” Luận án tiến sỹ,Trường ĐH Giao Thông Vận Tải.
7. Nguyễn Xuân Tuấn, Trần Văn Như, Nguyễn Văn Bang, Lê Văn Anh, Chu Đức Hùng (2017), “Xây dựng mơ hình hệ thống lái Steer by wire điện tử - thủy lực”
Tạp chí Khoa học công nghệ, ĐH Công Nghiệp Hà Nội.
8. Trần Thiên Phúc (2011), “Thiết kế chi tiết máy công dụng chung”, NXB ĐH Quốc Gia TP HCM.
9. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng (2007), “Lý thuyết ô tô”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
10. M. Aga and A. Okada (2003), “Analysis of vehicle stability control (VSC)’s effectiveness from accident data”, Proceedings of the 18th International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles, Nagoya, Japan.
11. J. N. Dang (2004), “Preliminary results analyzing the effectiveness of electronic stability (ESC) systems”, NHTSA Evaluation Note DOT HS 809 790.
12. C. M. Farmer (2004), “Effects of electronic stability control on automobile crash risk” Traffic Injury Prevention, 5:317–325.
13. P. Yih (2005), “STEER-BY-WIRE: Implications for vehicle handling and safety”, Stanford university, p. 140, Jan.
14. Y.Tau (2006), “Vehicle Steer by wire System Control”, SAE Technical Paper No. 2006-01-1157.
15. Li Qiang, He Ren (2009), “Modeling and Simulation Study of the steer by Wire System Using Bond”, IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE 2009), Seoul Olympic Parktel, Seoul,Korea July 5-8.
16. Reza Kazemi (2011), “Yaw Moment Control of the passenger Car via Steer by Wire system”, ASME-International mechanical Engneering Congress& Exposition (IMECE 2011), Denver, Colorado USA, Nov 11.
17. S.Wook (2003), “The development of and advanced control method for SBW system to improve the vehicle maneuverability and stability”, SAE International Congress and Exhibition.
18. Masao nagai,Motoki shino, and Feng Gao (2002), “Study on integrated control Of active front steer angle and direct yaw moment,” JSAE, Society of Automotive Engineers of Japan, Inc and Elsevier Science B.V, JSAE Review
23 (2002) 309-315.
19. C. L. Seacord and D. K. Vaughn (1976), “Preliminary system design for a digital flyby-wire flight control system for an F-8C aircraft”, NASA Center for Aerospace Information NASA-CR-2609,.
20. Ba-Hai Nguyen, Jee-Hwan Ryu (2009), “Direct current measurement based steer- by-wire systems for realistic driving feeling”, ISIE Jul. 2009, pp. 1023–1028, doi: 10.1109/ISIE.2009.5221999.
21. Sheikh Muhamad Hafiz fahami1, Hairi Zamzuri2* ,Saiful Amri Mazlan3, Muhammad Aizzat Zakaria “Modeling and Simulation of vehicle steer by Wire System”, UTM-Proton Active Safety Laboratory, Universiti Teknology Malaysia, Kuala Lumpur.
22. P. Yih and J. C. Gerdes (2004), “Steer-by-wire for vehicle state estimation and control”, Proceedings of AVEC, 2004, vol. 4, Accessed: Apr. 10, 2017
23. Eid S. Mohamed. Saeed A. Albatlan (2014), “Modeling and Experimental Design Approach for integration”, Science and Education Publishing American Journal of Vehicle Design, Vol. 2, No. 1, 32-42 DOI:10.12691/ajvd-2-1-5.
24. A. Kader (2017), “Steer-by-Wire Control System”, Swarthmore College Department of Engineering, Accessed: Apr. 10 [Online].
25. Jack J. Kenned Professor V.R. Patil (2014), “Control Strategy and Simulation In Steer By Wire System”, International Journal of Scientific Engineering and
Technology, Jul. 01.
26. Chunyan Wang, Dong Zhou, Wanzhong Zhao, Xiaoyue Gu (2015), “Front wheel angle control of steering by wire system based on fuzzy adaptive PID algorithm”, Wseas Transactions on systems and control, E-ISSN: 2224-2856. 27. Salem Haggag, David Alstrom, Sabri Cetinkunt, and Alex Egelja, “Modeling, Control, and Validation of an Electro-Hydraulic Steer-by-Wire System for Articulated Vehicle Applications”.
28. Y. Yao (2017), “Vehicle steer-by-wire system control”, SAE World Congress Detroit, Michigan April 3-6, 2006. Accessed: Apr. 10 [Online].
29. S.-W. Oh, H.-C. Chae, S.-C. Yun, and C.-S. Han (2004), “The Design of a Controller for the Steer-by-Wire System”, JSME Int. J, Ser. C, vol. 47, no. 3, pp. 896–907, doi: 10.1299/jsmec.47.896.
30. H. Wang, H. Kong, Z. Man, D. M. Tuan, Z. Cao, and W. Shen (2014), “Sliding Mode Control for Steer-by-Wire Systems With AC Motors in Road Vehicles”,
IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 61, no. 3, pp. 1596–1611,
Mar. 2014, doi: 10.1109/TIE.2013.2258296.
31. K. Scicluna, C. Spiteri Staines, R. Raute, Ba-Hai Nguyen, Jee-Hwan Ryu, and Sheikh Muhamad Hafiz Fahami, Hairi Zamzuri, Saiful Amri Mazlan, Muhammad Aizzat Zakaria (2006), “A new reference model for steer-by-wire applications with embedded vehicle dynamics”, IEEE, Jun - 2006.
32. F. Bolourchi, J. Dmerly, S. Millsap (2004), “A Control System Methodology for Steer by wire Systems”, SAE Wolrd Congress, Steering and Suspension Technology Symposium, Detroit.
33. Ba-Hai-Nguyen, Jee-Hwan Ryu, “Semi-Experimental Results on a Measured Current Based Method for Reproducing Realistic Steering Feel of Steer-By- Wire Systems”.
34. Emad Mehdizadeh, Mansour Kabganian, and Reza Kazemi (2011), “A new force feedback for Steer-by-Wire vehicles via virtual vehicle concept”, IEEE
Conference on Decision and Control and European Control Conference
(CDC-ECC) Orlando, FL, USA, December 12-15.
35. S. C. Andrew Liu (1995), “force feedback in a stationary driving simulator”, IEEE
1995, 0-7803-2559.
36. N. X. Tuan, H. T. Dinh, and N. V. Bang (2019), “Research on Dynamic Modelling for Hydraulic Power Automotive Steering Systems with Nonlinear Friction,”, Springer Nature, Lecture notes in Networks and Systems, 104,
pp.620-627, p. 8, Dec. 2019, doi: doi.org/10.1007/978-3-030-37497-6_71. 37. A. Dell’Amico (2013), " Pressure Control in Hydraulic Power Steering Systems
", Institutionen för ekonomisk och industriell utveckling, Department of
Management and Engineering, Linköping University.
38. Marcus Răosth (2007), “Hydraulic Power Steering System Design in Road Vehicles.” Division of Fluid and Mechanical Engineering Systems Department of Mechanical Engineering, Linkăoping University.
39. A. Dell’Amico (2016), " On Electrohydraulic Pressure Control for Power Steering Applications Active Steering for Road Vehicles ", Institutionen för ekonomisk
och industriell utveckling, Department of Management and Engineering,
Linköping University.
40. E. Mehdizadeh, M. Kabganian, and R. Kazemi (2011), “A new force feedback for Steer-by-Wire vehicles via virtual vehicle concept”, Dec. 2011, pp. 2281– 2286, doi: 10.1109/CDC.2011.6160941.
41. H. Wang (2013), “Robust control for steer-by-wire systems in road vehicles”, Faculty of Engineering and Industrial Sciences Swinburne University of Technology Melbourne, Australia, p. 226.
42. M. T. Do, Z. Man, C. Zhang, H. Wang, and F. S. Tay (2014), “Robust Sliding Mode-Based Learning Control for Steer-by-Wire Systems in Modern
Vehicles”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 63, no. 2, pp.
580–590, Feb. 2014, doi: 10.1109/TVT.2013.2280459.
43. Z. Sun, J. Zheng, Z. Man, and H. Wang (2015), “Robust Control of a Vehicle Steer-by-Wire System Using Adaptive Sliding Mode”, IEEE Transactions on
Industrial Electronics, pp. 1–1, 2015, doi: 10.1109/TIE.2015.2499246.
44. H. Wang (2014), “Robust Control for Steer-by-Wire Systems With Partially Known Dynamics”, IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 10, no. 4, pp. 2003–2015, Nov. 2014, doi: 10.1109/TII.2014.2338273.
45. H. Chen, L. Zhu, X. Liu, S. Yu, and D. Zhao (2013), “Study on Steering by Wire Controller Based on Improved H∞ Algorithm”, IJOE, vol. 9, no. S2, pp. 35– 40.
46. Peng ZHai (2013), “Bilateral control of steer-by-wire vehicle”, University of Wollongong.
47. J. J. Kenned, V. R. Patil (2014), “Control Strategy and Simulation In Steer By Wire System”, International Journal of Scientific Engineering and Technology, vol. 3, pp. 994–997.
48. S. Mammar and D. Koenig (2002), “Vehicle handling improvement b y active steering”, Vehicle System Dynamics, 38:211–242.
49. N. Yuhara and J. Tajima (2000), “Advanced steering system adaptable to lateral control task and driver’s intention”, Vehicle System Dynamics, 36:119–158. 50. N. Yuhara, J. Tajima, S. Sano, and S. Takimoto (2000), “Steer-by-wire-oriented
steering system design: Concept and examination”, Vehicle System Dynamics, 33:692–703.
51. S. Horiuchi and N. Yuhara (2000), “An analytical approach to the prediction of handling qualities of vehicles with advanced steering control system using multi-input driver model”, ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 122:490–497.
52. J. Tajima and N. Yuhara (1999), “Effects of steering system characteristics on control performance from the viewpoint of steer-by-wire system design”, SAE
53. A. DellAmico and P. Krus (2015), “Modeling, Simulation, and Experimental Investigation of an Electrohydraulic Closed-Center Power Steering System”,
IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, vol. 20, no. 5, pp. 2452–2462,
Oct. 2015, doi: 10.1109/TMECH.2014.2384005.
54. S. M. H. Fahami, H. Zamzuri, S. A. Mazlan, and M. A. Zakaria (2012), “Modeling