Hình 4.55: Đồ thị góc quay vành lái 𝜃𝑠𝑤𝑡𝑛và góc quay trục cơ cấu lái𝜃𝑚2𝑡𝑛 𝑖𝑚2
Hình 4.56: Đồ thị Sai lệch góc quay vành lái và góc quay trục vào cơ cấu lái 𝑒4
Hình 4.57: Đồ thị biểu diễn điện áp điều khiển động cơ DCM2𝑉𝑚2𝑡𝑛
- Trường hợp có trợ lực:
Hình 4.58 biểu diễn góc đánh lái 𝜃swtn: Đánh hết lái về bên phải, trả về 0, tiếp tục đánh hết lái về bên trái và trả về 0; Hình 4.59 biểu diễn góc quay trục cơ cấu lái 𝜃𝑚2𝑡𝑛
𝑖𝑚2 bám theo góc quay vành lái 𝜃swtn; Hình 4.60 biểu diễn sai lệch 𝑒4: Sai lệch bình phương trung bình RMS 𝑒4= 0,1 (rad), 𝑒4𝑚𝑎𝑥 = 0,17 (rad); Hình 4.61 biểu diễn điện áp điều khiển động cơ DCM2 𝑉m2tn max = 6 (V).
Hình 4.59: Đồ thị góc quay vành lái và góc quay trục vào cơ cấu lái
Hình 4.60: Đồ thị sai lệch góc quay vành lái và góc quay trục vào cơ cấu lái 𝑒4
Hình 4.61: Đồ thị biểu diễn điện áp cấp cho động cơ DCM2 𝑉𝑚2𝑡𝑛
Nhận xét kết quả thực nghiệm ở trạng thái tĩnh:
- Các kết quả thực nghiệm ở trạng thái tĩnh trong cả trường hợp không trợ lực và có trợ lực cho thấy: Sai lệch 𝑒4 giữa góc quay VL và góc quay trục cơ cấu lái rất nhỏ 𝑒4 → 0 cho thấy hệ thống lái hoạt động chính xác, tin cậy; Điện áp điều khiển
𝑉m2tn lớn nhất trong cả trường hợp không trợ lực và có trợ lực 𝑉m2tn𝑚𝑎𝑥= 10 (V) ≤ điện áp định mức (12V).
- Mối quan hệ giữa điện áp và mô men sinh ra của động cơ theo công thức:
𝑇𝑚 =𝐾𝑚
thống lái có trợ lực thủy lực giảm đi 59,22%, so với trường hợp hệ thống lái không trợ lực, bằng phương pháp nội suy ta có mơ men sinh ra bởi động cơ điện DCM2 trong trường hợp hệ thống lái có trợ lực giảm trung bình 59,22% so với trường hợp hệ thống lái không trợ lực thủy lực. Do đó hệ thống trợ lực thủy lực có thể hỗ trợ trung bình đến 59,22 % mô men cản trong hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực.
Thực nghiệm trên đường giao thông:
Để hệ thống lái hoạt động chính xác, tin cậy thì góc quay của trục cơ cấu lái
𝜃𝑚2𝑡𝑛
𝑖𝑚2 bám theo góc quay vành lái 𝜃swtn hay sai lệch 𝑒4 giữa góc quay VL và góc quay trục cơ cấu lái 𝑒4 = 𝜃swtn − 𝜃𝑚2𝑡𝑛
𝑖𝑚2 → 0; Điện áp điều khiển 𝑉m2tn lớn nhất ≤ điện áp định mức (12V). Hình 4.62 biểu diễn góc quay trục cơ cấu lái 𝜃𝑚2𝑡𝑛
𝑖𝑚2 bám theo góc quay vành lái 𝜃swtn; Hình 4.63 biểu diễn sai lệch 𝑒4: Sai lệch bình phương trung bình RMS 𝑒4 = 0,0184 (rad), 𝑒4𝑚𝑎𝑥 = 0,1189 (rad); Hình 4.64 biểu diễn điện áp điều khiển động cơ DCM2 𝑉m2tn max = 6 (V).
Hình 4.62: Đồ thị góc quay vành lái 𝜃𝑠𝑤𝑡𝑛 và góc quay trục vào cơ cấu lái 𝜃𝑚2𝑡𝑛 𝑖𝑚2
Hình 4.64: Đồ thị biểu diễn điện áp cấp cho động cơ DCM2 𝑉𝑚2
Nhận xét:
- Kết quả thực nghiệm trên đường giao thông cho thấy: Sai lệch 𝑒4giữa góc quay VL và góc quay trục cơ cấu lái rất nhỏ 𝑒4 → 0 cho thấy hệ thống lái hoạt động chính xác, tin cậy; Điện áp điều khiển 𝑉m2tn lớn nhất 𝑉m2tn𝑚𝑎𝑥= 6 (V) ≤ điện áp định mức (12V).
Thực nghiệm quỹđạo chuyển động ô tô:
Thực nghiệm quỹ đạo chuyển động (trên sa bàn) và quay vịng với bán kính quay vịng nhỏ nhất (đánh lái đến điểm giới hạn về một bên), việc thực nghiệm được tiến hành nhiều vòng liên tục (3÷5 vịng) trong cùng điều kiện như: người lái, đường thử, góc đánh lái, tốc độ…nhằm đánh giá sự hoạt động liên tục, ổn định của hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực được thiết kế trên xe HINO 300Series. Điều này được thể hiện thơng qua hình dạng của các đường biểu diễn quỹ đạo trên đồ thị: Các đường quỹ đạo phù hợp về hình dạng, đều (khơng bị gãy, gập), đường quỹ đạo liên tục (khơng bị đứt, hở) và có sự trùng khít tương đối giữa các đường quỹ đạo.
Hình 4.65 biểu diễn quỹđạo chuyển động của xe trên xa bàn với với hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực. Đây là quỹ đạo chuyển động theo thời gian thực được thực nghiệm với xe HINO 300Series lắp hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực với các thiết bị thí nghiệm để đo được vận tốc, gia tốc, tọa độ, góc quay.
Hình 4.65: Đồ thị biểu diễn quỹđạo chuyển động ô tô HINO 300Series với hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực
Hình 4.66 biểu diễn quỹ đạo quay vòng của xe với với hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực với bán kính quay vịng nhỏ nhất (đánh lái đến điểm giới hạn về một bên): Cho xe chạy tại bãi thử với vận tốc không đổi (5km/h), tiến hành đánh lái đến điểm giới hạn về một phía và giữ nguyên tay lái.
Hình 4.66: Biểu diễn quỹđạo quay vịng với bán kính quay vịng nhỏ nhất
Nhận xét:
Thực nghiệm quỹ đạo chuyển động (trên sa bàn) Hình 4.65 và quay vịng với bán kính quay vịng nhỏ nhất (đánh lái đến điểm giới hạn về một bên) Hình 4.66, việc thực nghiệm được tiến hành nhiều vịng liên tục (3÷5 vịng) trong cùng điều kiện như: người lái, đường thử, góc đánh lái, tốc độ cho thấy: Các đường quỹ đạo phù hợp về hình dạng, đều (không bị gãy, gập), đường quỹ đạo liên tục (khơng bị đứt, hở) và có sự trùng khít tương đối giữa các đường quỹ đạo. Điều này thể hiện hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực thiết kế trên xe Hino 300Series hoạt động liên tục, ổn định.
4.5 Kiểm chứng mơ hình lý thuyết với thực nghiệm và đánh giá kết quả
Mơ hình lý thuyết được kiểm chứng trong cả hai trường hợp có trợ lực và khơng có trợ lực thủy lực bằng cách: Lấy số liệu thực nghiệm (góc đánh lái 𝜃swtn) làm đầu vào cho mơ hình lý thuyết. So sánh kết quả đầu ra (góc quay trục cơ cấu lái lý thuyết 𝜃𝑚2𝑙𝑡
𝑖𝑚2) của mơ hình của mơ hình lý thuyết và kết quả của thực nghiệm (góc quay trục cơ cấu lái thực nghiệm 𝜃𝑚2𝑡𝑛
𝑖𝑚2) với sai lệch 𝑒5. Mơ hình lý thuyết được đánh giá tin cây, chính xác khi sai lệch 𝑒5 =𝜃𝑚2𝑙𝑡
𝑖𝑚2 −𝜃𝑚2𝑡𝑛
𝑖𝑚2 → 0.
Trường hợp hệ thống lái không trợ lực:
Hình 4.67 biểu diễn góc đánh lái thực nghiệm 𝜃swtn: Đánh hết lái về bên phải, trả về 0, tiếp tục đánh hết lái về bên trái và trả về 0; Hình 4.68 biểu diễn góc quay trục cơ cấu lái mô phỏng lý thuyết 𝜃𝑚2𝑙𝑡
𝑖𝑚2 và góc quay trục cơ cấu lái thực nghiệm𝜃𝑚2𝑡𝑛
𝑖𝑚2; Hình 4.69 biểu diễn sai lệch 𝑒5: Sai lệch bình phương trung bình RMS = 0,0978 (rad), sai lệch lớn nhất = 0,15 (rad).
Hình 4.67: Đồ thị biểu diễn góc quay vành lái thực nghiệm 𝜃𝑠𝑤𝑡𝑛
Hình 4.68: Đồ thị góc quay trục cơ cấu lái lý thuyết 𝜃𝑚2𝑙𝑡
𝑖𝑚2 và thực nghiệm 𝜃𝑚2𝑡𝑛 𝑖𝑚2
Hình 4.69: Đồ thị sai lệch giữa góc quay trục cơ cấu lái lý thuyết và thực nghiệm 𝑒5
Trường hợp hệ thống lái có trợ lực:
Hình 4.70 biểu diễn góc đánh lái thực nghiệm 𝜃𝑠𝑤𝑡𝑛: Đánh hết lái về bên phải, trả về 0, tiếp tục đánh hết lái về bên trái và trả về 0; Hình 4.71 biểu diễn góc quay trục cơ cấu lái mơ phỏng lý thuyết 𝜃𝑚2𝑙𝑡
𝑖𝑚2 và góc quay trục cơ cấu lái thực nghiệm 𝜃𝑚2𝑡𝑛
𝑖𝑚2 ; Hình 4.72 biểu diễn sai lệch 𝑒5: Sai lệch bình phương trung bình RMS = 0,0338 (rad), sai lệch lớn nhất = 0,157 (rad).
Hình 4.70: Đồ thị biểu diễn góc quay vành lái thực nghiệm 𝜃𝑠𝑤𝑡𝑛
Hình 4.71: Đồ thị góc quay trục cơ cấu lái lý thuyết 𝜃𝑚2𝑙𝑡
𝑖𝑚2 và thực nghiệm𝜃𝑚2𝑡𝑛 𝑖𝑚2
Hình 4.72: Đồ thị sai lệch góc quay trục cơ cấu lái thuyết và thực nghiệm 𝑒5
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 thơng, 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, Cô hướng dẫn; sự quan tâm, hỗ trợ của các Thầy trong Bộ mơn cơ khí ơ tô – ĐH Giao thông 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 ơ tơ 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 thông 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 tô. Mô 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 mô 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 thơng 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 thông 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 ô 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 mơ 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 khơng trục lái qua phần mềm Labview”, Tạp chí cơ khí Việt Nam số 04 - 2012.