Thiết bị thực nghiệm: - Màn hình hiển thị kết quả Hình 4.49: Màn hình hiển thị kết quả - Máy tính kết nối Hình 4.50: Máy tính hiển thịvà lưu trữ kết quả
- Thiết bị định vị GPS như hình 4.51 bao gồm: Phần Anten thu GPS đặt ở đầu và đuôi xe và phần giải mã xử lý đặt trong ơtơ kết nối với máy tính qua cổng USB.
Hình 4.51: Lắp đặt thiết bịđịnh vị GPS
Các thơng tin GPS như vị trí, vận tốc, gia tốc, góc quay thân xe, góc Pitch, Roll … có thể lấy trực tiếp trên phần mềm Dewesoft X hoặc qua đầu ra của thiết bị như: Vận tốc hay quãng đường dịch chuyển. Nguồn nuôi thiết bị đo bằng nguồn 220VAC từ bộ nguồn rung EA-TWI 250-12.
- Phần mềm: Phần mềm Dewesoft là phần mềm được phát triển bởi hãng DEWETRON, nhận và xử lý tín hiệu đa dụng có chức năng nhận đúng tín hiệu do các cảm biến gửi đến đúng kênh đo, sau đó bằng chương trình do người đo thiết lập sẽ xử lý tín hiệu, trả kết quả đo bằng giá trị của đại lượng vật lý thực theo thời gian thực và ghi lại vào tệp tin lưu trữ trong máy tính.
Sơ đồ kết nối các thiết bị như hình 4.53 gồm: Các cảm biến, các thiết bị thu thập và chuyển đổi, hiệu chuẩn tín hiệu, máy tính với phần mềm chuyên dụng để xử lý kết quả thí nghiệm và nguồn cung cấp điện cho các thiết bị này.
Hình 4.53. Sơ đồđấu nối thiết bị thực nghiệm
Người lái và an toàn: 01 người lái có kinh nghiệm thực hiện lái xe suốt quá trình thực nghiệm, có người cảnh báo tại các vị trí trên đoạn đường thực nghiệm.
4.4.2 Phương pháp thực hiện:
Thực nghiệm được tiến hành theo các bài thực nghiệm sau [59]:
- Bài 1: Thực nghiệm ở trạng thái tĩnh (có trợ lực thủy lực và khơng trợ lực): Đánh lái lần lượt về hai phía với các góc vành lái khác nhau và vận tốc đánh lái khơng đổi và đánh hết lái (góc đánh lái lớn nhất).
- Bài 2: Thực nghiệm trên đường giao thông nội bộ: Lái xe trên đường giao thông nội bộnhư Hình 4.48, vận tốc xe từ (5 ÷ 10 km/h)
- Bài 3: Thực nghiệm quỹ đạo chuyển động ô tô: lái xe với vận tốc đều (5km/h) trên đường thử như Hình 4.49, thực hiện liên tục 04 vịng đường thử.
Các kết quả đo là giá trị đại lượng vật lý theo thời gian thực được lưu trữ trong máy tính kết nối với các thiết bị thực nghiệm, bao gồm: Góc quay, vận tốc, chiều quay của vành lái, bộ chấp hành dẫn hướng; Dòng và áp cấp cho động cơ DCM1 và DCM2; Các thông tin GPS như: Vị trí, vận tốc xe, gia tốc xe, góc quay thân xe, quãng đường dịch chuyển…Các giá trị đo đạc sử dụng các cảm biến, bộ xử lý điện tử cho kết quả chính xác.
4.4.3 Kết quả thực nghiệm
Để đánh giá sự hoạt động chính xác, tin cậy của hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực được thiết kế trên xe HINO 300Series thì thực nghiệm được tiến hành ở trạng thái tĩnh và vận hành trên đường giao thông.
Thực nghiệm ở trạng thái tĩnh:
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).
- Trường hợp không trợ lực:
Hình 4.54 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 4.55 biểu diễn góc quay trục cơ cấu lái
𝜃𝑚2𝑡𝑛
𝑖𝑚2 bám theo góc quay vành lái 𝜃swtn; Hình 4.56 biểu diễn sai lệch 𝑒4: Sai lệch bình phương trung bình RMS 𝑒4= 0,0978 (rad), 𝑒4𝑚𝑎𝑥 = 0,15 (rad); Hình 4.57 biểu diễn điện áp điều khiển động cơ DCM2 với giá trị 𝑉m2tn max = 10 (V).
Hình 4.54: Đồ thị góc quay vành lái 𝜃𝑠𝑤𝑡𝑛
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 khơng 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 khơng 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 % mơ 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 vòng với bán kính quay vịng nhỏ nhất (đánh lái đến điểm giới hạn về một bên), 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…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 (không bị gãy, gập), đường quỹ đạo liên tục (không 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 (khơng bị gãy, gập), đường quỹ đạo liên tục (không 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 khơng 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 mơ 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 mơ phỏng mơ hình lý thuyết và thực nghiệm với cùng đầu vào là góc quay vành lái thực nghiệm θswtn trong cả trường hợp không 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 không 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, Cơ hướng dẫn; sự quan tâm, hỗ trợ của các Thầy trong Bộ mơn cơ khí ơ tơ – 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 công 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 toán 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 ơ 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 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 mơ 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