Nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực của ô tô tải nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động (Luận án tiến sĩ)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trần Văn Thoan

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC
CỦA Ô TÔ TẢI NHẰM HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY BÁNH
XE CHỦ ĐỘNG

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2018
1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Trần Văn Thoan

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC
CỦA Ô TÔ TẢI NHẰM HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY BÁNH
XE CHỦ ĐỘNG

Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Động lực
Mã số: 9520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS. Hồ Hữu Hải
2. PGS.TS. Đàm Hoàng Phúc

Hà Nội – 2018
2


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình được thực hiện tại
Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn
của PGS.TS. Hồ Hữu Hải và PGS.TS. Đàm Hoàng Phúc. Các số liệu và kết quả nghiên
cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các công trình nào
khác.
Hà Nội, ngày
TẬP THỂ HƯỚNG DẪN
Người hướng dẫn
Người hướng dẫn
khoa học 1
khoa học 2

PGS. TS. Hồ Hữu Hải

PGS.TS. Đàm Hoàng Phúc

tháng

năm 2018

Người cam đoan

Trần Văn Thoan

i


LỜI CẢM ƠN
Nghiên cứu sinh xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện
đào tạo sau đại học, Viện Cơ khí động lực, Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng đã giảng dạy,
chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ NCS trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại bộ môn
để hoàn thành luận án này.
NCS xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến tập thể hướng dẫn là PGS.TS. Hồ Hữu
Hải, PGS.TS. Đàm Hoàng Phúc - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là những người đã
trực tiếp tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo và giúp đỡ NCS trong suốt quá trình
nghiên cứu và hoàn thành luận án.
NCS xin chân thành cảm ơn các thầy giáo ở Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng - Viện
Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều
kiện giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu tại bộ môn để hoàn thành luận án này.
NCS xin chân thành cảm ơn các thầy, cô đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí Động lực,
lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo điều kiện giúp đỡ và khuyến
khích và giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án.
NCS xin chân thành ghi nhận công sức, những đóng góp quý báu và nhiệt tình của
các NCS, học viên cao học và sinh viên các khóa thuộc Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng Viện Cơ khí Động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội; Khoa Cơ khí Động lực Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã nhiệt tình hỗ trợ, động viên trong suốt
thời gian NCS thực hiện luận án.
Cuối cùng, NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới gia đình, bạn bè đã quan
tâm động viên khuyến khích, tiếp thêm nghị lực cho NCS trong suốt thời gian học tập,
nghiên cứu tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Hà Nội, ngày tháng
năm 2018
Nghiên cứu sinh

Trần Văn Thoan

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................................... i
MỤC LỤC ............................................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT............................................................ v
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................. viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ......................................................................... viii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................................... 4
1.1 Hiện tượng trượt quay bánh xe và cơ sở lý thuyết hạn chế hiện tượng trượt quay .. 4
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .............................................................. 7
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nước ......................................................................... 7
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................................... 17
1.3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ....................................................... 17
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................... 17
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 17
1.4 Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu .................................................................... 18
1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 18
1.4.2 Phương pháp nghiên cứu.................................................................................... 18
1.5 Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 19
1.6 Kết luận chương 1 .................................................................................................. 19
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ .............. 20
2.1 Xây dựng mô hình mô phỏng .................................................................................. 20
2.1.1 Xây dựng đặc tính tốc độ động cơ diezen ........................................................... 20
2.1.2 Mô tả hệ thống truyền lực................................................................................... 29
2.1.3 Mô hình mô phỏng bánh xe ................................................................................ 30
2.1.4 Mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của xe ................................................... 36

2.2 Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô khi hệ số bám thay đổi ................................... 37
2.2.1 Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô trên đường có hệ số bám thấp và cao........ 38
2.2.2 Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô trên các đường xấu có hệ số bám thấp ...... 41
2.3 Kết luận chương 2 .................................................................................................. 45
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN ....................................................................................................... 46
iii


3.1 Đề xuất cấu trúc của hệ thống................................................................................ 46
3.2 Bộ điều khiển và phương pháp xác định tham số điều khiển ................................. 48
3.3 Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi có bộ điều khiển ........................................ 52
3.3.1 Kết quả mô phỏng quá trình khởi hành ở tay số 1, xe đầy tải (PA3) ................. 53
3.3.2 Kết quả mô phỏng quá trình khởi hành ở tay số 2, xe không tải (PA4) ............. 58
3.4 Nghiên cứu xác định vùng điều khiển có hiệu quả trên đường khác nhau............. 62
3.4.1 Kết quả mô phỏng khảo sát và xác định các vùng làm việc của bộ điều khiển
(PA5)............................................................................................................................ 62
3.4.2 Kết quả mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản lăn tới vùng làm việc hiệu
quả của bộ điều khiển (PA6) ....................................................................................... 64
3.5 Kết luận chương 3 .................................................................................................. 66
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG ......................... 68
4.1 Thiết kế chế tạo hệ thống ........................................................................................ 68
4.1.1 Cảm biến vận tốc góc bánh xe ô tô ..................................................................... 68
4.1.2 Cơ cấu chấp hành ............................................................................................... 70
4.1.3 Bộ điều khiển ...................................................................................................... 77
4.2 Thực nghiệm hệ thống ............................................................................................ 81
4.2.1 Mục đích và phương pháp thực nghiệm ............................................................. 81
4.2.2 Đối tượng thực nghiệm ....................................................................................... 81
4.2.3 Thiết bị thử nghiệm ............................................................................................. 82
4.2.4 Trình tự và kết quả thực nghiệm ......................................................................... 87

4.3 Kết luận chương 4 .................................................................................................. 97
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 100
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN ...................................................... 103

iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
1. Ký hiệu bằng chữ cái La tinh
Ký hiệu

Giải thích

a, b, c

Hệ số đặc tính đáp ứng của bộ điều tốc có dạng bậc hai

a1, b1

Hệ số đặc tính đáp ứng của bộ điều tốc có dạng bậc nhất

a2, b2, c2
a3
amax

Đơn vị

Các hệ số thực nghiệm của động cơ
Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu trước

Gia tốc lớn nhất

b3

Khoảng cách từ trọng tâm đến cầu sau

f

Hệ số cản lăn

m
m/s2
m

Fk

Lực đẩy từ khung xe lên bánh xe

N

Fwx

Lực cản không khí tại tâm chính diện của xe

N

Fx

Tổng hợp phản lực dọc do mặt đường tác dụng lên bánh xe

N

Fxs

Tổng hợp phản lực dọc do mặt đường tác dụng lên bánh xe
chủ động

N

Fxt

Tổng hợp phản lực dọc do mặt đường tác dụng lên bánh xe bị
động

N

Fz

Phản lực thẳng đứng của mặt đường tác dụng lên bánh xe

N

Fzs

Phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe chủ
động

N

Fzt

Phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe bị động

N

Lực bám cực đại

N

Fφs

Lực bám sinh ra ở bánh xe chủ động

N

G

Tải trọng của xe

N

g

Gia tốc trọng trường

Fφmax

m/s2

Gbs

Tải trọng tác dụng lên bánh xe chủ động

N

Gbt

Tải trọng tác dụng lên bánh xe bị động

N

hg

Chiều cao trọng tâm xe

m

i0

Tỉ số truyền của truyền lực chính

ic

Tỉ số truyền ly hợp

ih

Tỉ số truyền của hộp số

itl

Tỉ số truyền chung của hệ thống truyền lực

Jbxs

Mô men quán tính khối lượng của bánh xe chủ động

kg.m2

Jbxt

Mô men quán tính khối lượng của bánh xe bị động

kg.m2

Jqd

Mô men quán tính của bánh xe và các chi tiết liên quan quy
dẫn về bánh xe

kg.m2

kLH

Hệ số thể hiện mức độ đóng ly hợp
v


L

Chiều dài cơ sở của xe

m

m

Khối lượng của xe

kg

Me

Mô men động cơ

N.m

Mfs

Mô men cản lăn trên bánh xe chủ động

N.m

Mft

Mô men cản lăn trên bánh xe bị động

N.m

Mx

Mô men chủ động từ động cơ truyền đến bánh xe chủ động

N.m

Me*

Mô men xoắn xác định theo đặc tính ngoài của động cơ

N.m

nbca

Vận tốc góc của bơm cao áp

v/p

ne

Vận tốc góc của động cơ

v/p

Ne

Công suất có ích của động cơ

kW

Công suất có ích cực đại

kW

nN

Vận tốc góc của trục khuỷu ứng với công suất có ích cực đại

v/p

nr

Số xung đo từ cảm biến

Nr

Số vấu trên vành răng cảm biến

p

Bước ren trục vít

Nmax

pdk

Mức tải động cơ được hiệu chỉnh bởi bộ điều khiển

Pin

Mức tải thực tế của động cơ

Plv

Công suất làm việc động cơ

Pnl

Mức tải động cơ do người lái thiết lập (thông qua vị trí bàn
đạp chân ga)

mm

W

Qb(nbca )

Đặc tính phun nhiên liệu cục bộ của bơm cao áp

g/chu trình

Qbmax(nbca )

Đặc tính phun nhiên liệu ngoài của bơm cao áp

g/chu trình

rd

Bán kính lăn bánh xe

m

Tr

Khoảng thời gian đếm xung từ cảm biến

s

Tt

Mô men xoắn trên trục động cơ bước

N.m

vl

Vận tốc tiếp tuyến của bánh xe chủ động

m/s

vx

Vận tốc ô tô

m/s

z

Số mối ren của trục vít

2. Ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp

λ

Độ trượt bánh xe

%

Độ trượt tại thời điểm gia tốc lớn nhất

%

tt

Độ trượt thực tế

%

w

Độ trượt mong ước

%

t

Vận tốc góc của bánh xe bị động

rad/s

s

Vận tốc góc của bánh xe chủ động

rad/s

λamax

vi


.

Gia tốc góc bánh xe chủ động

rad/s2

t

.

Gia tốc góc bánh xe bị động

rad/s2

e

Vận tốc góc của động cơ

v/p

e*

Vận tốc góc của động cơ có kể đến ảnh hưởng độ trễ (đặc tính
động học) của bộ điều tốc

v/p

0

Vận tốc góc ban đầu của động cơ

rad/s

obx

Vận tốc góc ban đầu của bánh xe

rad/s

s

φ

Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường

φx

Hệ số bám dọc giữa bánh xe và mặt đường

φy

Hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đường

x max


Hệ số bám dọc cực đại
Hệ số cản tổng cộng

3. Các chữ viết tắt
Ký hiệu

Giải thích

TCS

Hệ thống điều khiển lực kéo (Traction Control System)

PID

Bộ điều khiển theo quy luật tỉ lệ-tích phân-vi phân
(Proportional Integral Derivative)

ECU

Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit)

CCCH
ESP

Cơ cấu chấp hành

Hệ thống cân bằng điện tử (Electronic Stability Program)

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Thông số đối tượng nghiên cứu .......................................................................... 17
Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật cơ bản của băng thử NT 3000 ......................................... 25
Bảng 2.2: Quy trình thí nghiệm xác định đặc tính của bộ điều tốc ..................................... 26
Bảng 2.3: Các phương án mô phỏng khảo sát ảnh hưởng của mức tải động cơ ................. 38
Tiếp tục khảo sát mô phỏng trên các đường có hệ số bám thấp (φ=0,25:0,05:0,55) với các
mức tải động cơ Pin=(10:10:100)% theo phương án PA2, luận án đã tổng hợp các giá trị
gia tốc lớn nhất amax và độ trượt λamax tại thời điểm ô tô đạt gia tốc amax trong Bảng
2.4.Bảng 2.4: Gia tốc cực đại, độ trượt tại thời điểm gia tốc đạt cực đại (amax, λamax) trong
quá trình khởi hành với các mức tải động cơ (Pin) và hệ số bám (φ) khác nhau. ................ 42
Bảng 3.1: Thông số xác định tham số bộ điều khiển........................................................... 51
Bảng 3.2: Giá trị các tham số của các bộ điều khiển ........................................................... 51
Bảng 3.3: Phương án mô phỏng nhằm đánh giá hiệu quả bộ điều khiển ............................ 53
Bảng 3.4: Các phương án mô phỏng vùng điều khiển ........................................................ 62
Bảng 3.5: Các giá trị hệ số cản lăn và hệ số bám mô phỏng ............................................... 65
Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật cảm biến đo vận tốc góc bánh xe .......................................... 69
Bảng 4.2: Các giá trị thông số tính chọn động cơ ............................................................... 72
Bảng 4.3: Thông số động cơ bước YH42BYGH47............................................................ 73
Bảng 4.4: Các thống số mô đun TB6600-4A ...................................................................... 74
Bảng 4.5: Thực nghiệm kiểm tra hoạt động của cơ cấu chấp hành ..................................... 87
Bảng 4.6: Thực nghiệm hoạt động của hệ thống điều khiển ............................................... 89
Bảng 4.7: Tổng hợp các kết quả thí nghiệm TN1................................................................ 93
Bảng 4.8: Tổng hợp các kết quả thí nghiệm TN2................................................................ 96

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động ........................................... 5
Hình 1.2. Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe. ................................. 6
Hình 1.3. Hệ thống hạn chế trượt bằng phương pháp thay đổi độ bám đường ..................... 7
Hình 1.4. Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo ................................................................ 8
Hình 1.5. Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo của Tetsuhiro Yamashita ....................... 8
Hình 1.6. Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo bằng điều khiển hệ thống phanh và nhiệt
độ khí xả ................................................................................................................................ 9
Hình 1.7. Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo bằng cách tác động vào góc đánh lửa và
thay đổi độ dài đường nạp ................................................................................................... 10
Hình 1.8. Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thông qua điều khiển bướm ga ........... 10
Hình 1.9. Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thông qua bướm ga phụ ...................... 11
Hình 1.10. Sơ đồ bố trí hệ thống điều khiển lực kéo thông qua điều khiển bướm ga chính 11
Hình 1.11. Sơ đồ bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo bằng hệ thống nhiên liệu.................... 12
Hình 1.12. Sơ đồ hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay theo nhiệt độ môi trường ......... 13
Hình 1.13. Hệ thống hạn chế trượt quay cho ô tô tải của hãng Wabco ............................... 14
Hình 1.14. Bộ điều khiển MTTE ......................................................................................... 14
Hình 1.15. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển theo thuật toán điều khiển trượt (SMC) .... 15
Hình 1.16. Sơ đồ khối điều khiển lực kéo ở bánh xe chủ động tại từng bánh xe ................ 15
Hình 1.17. Thí nghiệm đo lực kéo trên đường tuyết ........................................................... 16
Hình 1.18. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mô men trên đường tuyết và băng ...................... 16
Hình 2.1. Sơ đồ mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô ................................................. 20
Hình 2.2. Sơ đồ mô hình xác định mô men của động cơ đốt trong ..................................... 22
Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của băng thử .............................................................. 22
Hình 2.4. Thiết bị thử nghiệm và ví trí lắp đặt bơm cao áp................................................. 23
viii


Hình 2.5. Đặc tính tốc độ ngoài của bơm cao áp ................................................................. 23
Hình 2.6. Đặc tính tốc độ của bơm ...................................................................................... 24
Hình 2.7. Mô hình bơm cao áp [8] ...................................................................................... 25

Hình 2.8. Băng thử bơm cao áp NT 3000 và vị trí gá đặt bơm cao áp, vòi phun ................ 25
Hình 2.9. Vị trí lắp đặt các cảm biến và thiết bị đo ghi đa kênh DEWE2600 ..................... 26
Hình 2.10. Đặc tính điều chỉnh vị trí thanh răng theo vận tốc góc của bơm cao áp tại mức
ga 80% ................................................................................................................................. 26
Hình 2.11. Đặc tính điều chỉnh vị trí thanh răng theo vận tốc góc của bơm cao áp tại mức
ga 60% ................................................................................................................................. 27
Hình 2.12. Đặc tính ngoài động cơ ...................................................................................... 28
Hình 2.13 Đặc tính mô men của động cơ ............................................................................ 29
Hình 2.14. Sơ đồ hệ thống truyền lực .................................................................................. 29
Hình 2.15. Quy luật biến thiên của hệ số thể hiện mức độ đóng ly hợp trong mô hình mô
phỏng ................................................................................................................................... 30
Hình 2.16. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị động ................................................... 32
Hình 2.17. Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt dọc[3] ..................................................... 35
Hình 2.18. Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động ........................... 36
Hình 2.19. Mô hình mô phỏng hệ thống ............................................................................. 38
Hình 2.20. Gia tốc ô tô, vận tốc ô tô và độ trượt bánh xe tại mức tải 40% ......................... 39
Hình 2.21. Gia tốc ô tô, vận tốc ô tô và độ trượt bánh xe tại mức tải 70% ......................... 39
Hình 2.22. Gia tốc ô tô, vận tốc ô tô và độ trượt bánh xe tại mức tải 100% ....................... 40
Hình 2.23. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô và độ trượt bánh xe ô tô khi tăng tốc trên đường có hệ
số bám φ=0,45 tại mức tải 10%; 20%; 30% ........................................................................ 41
Hình 2.24. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô và độ trượt bánh xe ô tô khi tăng tốc trên đường có hệ
số bám φ=0,3 tại mức tải 10%; 20%; 30% .......................................................................... 42
Hình 2.25. Mối quan hệ giữa thời gian có độ trượt lớn hơn 30% khi khởi hành trên đường
có hệ số cản lăn f=0,15 với các hệ số bám khác nhau và mức tải khác nhau ..................... 44
Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống điều khiển ..................................................... 46
Hình 3.2. Sơ đồ mô hình hệ thống điều khiển công suất động cơ ....................................... 47
Hình 3.3. Sơ đồ các tín hiệu vào và tín hiệu ra của hệ thống .............................................. 47
Hình 3.4. Sơ đồ thuật toán điều khiển PID .......................................................................... 48
Hình 3.5. Hệ thống điều khiển sử dụng thuật toán PID....................................................... 49
Hình 3.6. Mô phỏng khảo sát lựa chọn hệ số kc ................................................................. 50

Hình 3.7. Kết quả mô phỏng trên đường có hệ số bám φ=0,3; hệ số cản lăn f=0,15; mức tải
80% với các hệ số kC khác nhau ......................................................................................... 51
Hình 3.8. Kết quả mô phỏng trên đường có hệ số bám φ=0,3; hệ số cản lăn f=0,15; mức tải
80% với các bộ điều khiển khác nhau ................................................................................. 52
Hình 3.9. Mô hình mô phỏng hệ thống khi có bộ điều khiển .............................................. 53
Hình 3.10. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe chủ động, mức ga người lái 80%
trên đường có hệ số bám φ=0,3 khi không có và có bộ điều khiển ..................................... 54
Hình 3.11. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe chủ động, mức ga người lái 80%
trên đường có hệ số bám φ=0,35 khi không có và có bộ điều khiển ................................... 55
Hình 3.12. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe chủ động, mức ga người lái 80%
trên đường có hệ số bám φ=0,4 khi không có và có bộ điều khiển ..................................... 55
Hình 3.13. Tổng thời gian bánh xe có độ trượt λ>30% khi đi trên đường φ=0,3 với các mức
ga khác nhau ........................................................................................................................ 56
Hình 3.14. Tổng thời gian bánh xe có độ trượt λ>30% khi đi trên đường φ=0,35 với các
mức ga khác nhau ................................................................................................................ 56
Hình 3.15. Thời gian đạt vận tốc v=1(m/s) khi đi trên đường φ=0,3 với các mức ga khác
nhau ..................................................................................................................................... 57
ix


Hình 3.16. Thời gian đạt vận tốc v=1(m/s) khi đi trên đường φ=0,35 với các mức ga khác
nhau ..................................................................................................................................... 57
Hình 3.17. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe chủ động, mức ga người lái 80%
trên đường có hệ số bám φ=0,3 khi không có và có bộ điều khiển ..................................... 58
Hình 3.18. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe chủ động, mức ga người lái 80%
trên đường có hệ số bám φ=0,35 khi không có và có bộ điều khiển ................................... 59
Hình 3.19. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe chủ động, mức ga người lái 80%
trên đường có hệ số bám φ=0,4 khi không có và có bộ điều khiển ..................................... 59
Hình 3.20. Tổng thời gian bánh xe có độ trượt λ>30% khi đi trên đường φ=0,3 với các mức
ga khác nhau ........................................................................................................................ 60

Hình 3.21. Tổng thời gian bánh xe có độ trượt λ>30% khi đi trên đường φ=0,35 với các
mức ga khác nhau ................................................................................................................ 60
Hình 3.22. Thời gian đạt vận tốc v=3(m/s) khi đi trên đường φ=0,3 với các mức ga khác
nhau ..................................................................................................................................... 61
Hình 3.23. Thời gian đạt vận tốc v=3(m/s) khi đi trên đường φ=0,3 với các mức ga khác
nhau ..................................................................................................................................... 61
Hình 3.24. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động cơ khi
không có bộ điều khiển tại hệ số cản lăn f=0,06 ................................................................. 63
Hình 3.25. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động cơ khi
có bộ điều khiển tại hệ số cản lăn f=0,06 ............................................................................ 63
Hình 3.26. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động cơ khi
không có bộ điều khiển tại hệ số bám  =0,06.................................................................... 64
Hình 3.27. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe ô tô chủ động, mức tải động cơ khi
có bộ điều khiển tại hệ số bám  =0,06............................................................................... 65
Hình 3.28. Các vùng làm việc của hệ thống điều khiển theo đặc tính bám và cản của mặt
đường ................................................................................................................................... 66
Hình 4.1. Cảm biến tiệm cận PRT08-1.5DO (shielded - NPN - NO) ................................. 69
Hình 4.2. Sơ đồ ngõ ra điều khiển của cảm biến ................................................................. 69
Hình 4.3 Thông số kỹ thuật của vành răng với cảm biến tiệm cận PRT08-1.5DN ............. 70
Hình 4.4. Chi tiết giá đỡ cảm biến ....................................................................................... 70
Hình 4.5. Sơ đồ bố trí cơ cấu chấp hành ............................................................................ 71
Hình 4.6. Sơ đồ tổng thể cơ cấu chấp hành ......................................................................... 71
Hình 4.7. Thông số và kích thước động cơ bước YH42BYGH47 ...................................... 73
Hình 4.8. Mô đun TB6600-4A ............................................................................................ 74
Hình 4.9. Thông số kích thước của thanh ray, con trượt ..................................................... 74
Hình 4.10. Thông số của trục vít ......................................................................................... 75
Hình 4.11. Khớp nối ............................................................................................................ 75
Hình 4.12. Giá đặt động cơ và giá bắt dây ga ..................................................................... 76
Hình 4.13. Vị trí lắp đặt cơ cấu chấp hành .......................................................................... 76
Hình 4.14. Thiết kế đồ gá và vị trí lắp đặt cơ cấu chấp hành trên khung xe ....................... 77

Hình 4.15. Cấu trúc bộ điều khiển điện tử của hệ thống ..................................................... 77
Hình 4.16. Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu từ cảm biến vận tốc góc bánh xe phía
trước ..................................................................................................................................... 78
Hình 4.17. Mạch in sau khi thiết kế và mạch in hoàn thiện ................................................ 79
Hình 4.18. Sơ đồ chân trên giắc cắm bộ điều khiển ............................................................ 79
Hình 4.19. Xe thử nghiệm ................................................................................................... 82
Hình 4.20. Vị trí lắp đặt và cảm biến dịch chuyển mức ga ................................................. 82
Hình 4.21. Bộ xử lý dữ liệu và giao diện hiển thị ............................................................... 83
Hình 4.22. Sơ đồ nguồn nuôi bộ xử lý tín hiệu đo .............................................................. 83
Hình 4.23. Sơ đồ nối dây cảm biến vận tốc góc bánh xe .................................................... 84
x


Hình 4.24. Sơ đồ nối dây cảm biến vị trí dịch chuyển chân ga ........................................... 84
Hình 4.25. Mô đun đo vị trí dịch chuyển chân ga ............................................................... 85
Hình 4.26. Phương pháp đo tần số ...................................................................................... 85
Hình 4.27. Mô đun đo vận tốc góc các bánh xe .................................................................. 86
Hình 4.28. Giao diện phần mềm xử lý số liệu ..................................................................... 86
Hình 4.29. Mức ga khi không điều khiển ............................................................................ 87
Hình 4.30. Mức ga khi có điều khiển .................................................................................. 88
Hình 4.31. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ...................................................................................... 89
Hình 4.32. Vận tốc góc các bánh xe khi không điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi
mỡ ........................................................................................................................................ 90
Hình 4.33. Mức ga khi không điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ .................. 90
Hình 4.34. Độ trượt bánh xe chủ động khi không điều khiển trên nền xưởng công nghiệp
bôi mỡ .................................................................................................................................. 91
Hình 4.35. Vận tốc góc các bánh xe khi có điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ
............................................................................................................................................. 91
Hình 4.36. Mức ga khi có điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ ........................ 92
Hình 4.37. Độ trượt khi có điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ....................... 92

Hình 4.38. Vận tốc góc các bánh xe khi không có điều khiển trên đường bê tông cứng có
bùn sét .................................................................................................................................. 93
Hình 4.39. Mức ga khi không có điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét .............. 94
Hình 4.40. Độ trượt khi không có điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét ............ 94
Hình 4.41. Vận tốc góc các bánh xe khi có điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét
............................................................................................................................................. 95
Hình 4.42. Mức ga khi có điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét ......................... 95
Hình 4.43. Độ trượt khi có điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét ....................... 96

xi


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Trên thế giới, nền công nghiệp ô tô đã có lịch sử phát triển lâu đời và đạt được
nhiều thành tựu lớn. Tại Việt Nam, ngành công nghiệp ô tô và công nghiệp phụ trợ ô tô
đang được đầu tư phát triển. Đã có nhiều doanh nghiệp tham gia sản xuất và lắp ráp ô tô
phục vụ thị trường trong nước và xuất khẩu. Việc nghiên cứu tiến tới làm chủ công nghệ
sản xuất ô tô nhằm nâng cao chất lượng và cạnh tranh được với các ô tô nhập khẩu là vấn
đề cấp thiết.
Kinh tế nước ta ngày càng phát triển dẫn đến nhu cầu vận chuyển hàng hóa càng
lớn. Nhiều tuyến đường mới được mở cùng với các phương tiện vận tải ngày càng đa dạng.
Các xe tải ở Việt Nam hoạt động đa dạng ở các địa hình và đường xá khác nhau. Ở vùng
nông thôn khi di chuyển trên các đường xấu như đường bùn đất, đá cấp phối... có khả năng
xe bị trượt quay dẫn tới giảm tính năng động lực học, giảm tính ổn định của xe gây ra tổn
hao nhiên liệu, hao mòn lốp và giảm khả năng điều khiển xe.
Trên thế giới, các hãng ô tô đã có nhiều nghiên cứu và sáng chế hệ thống hạn chế
trượt quay cho ô tô và đã được ứng dụng trên nhiều dòng xe thương mại. Tuy nhiên, giá
thành của các hệ thống này rất cao. Thêm vào đó việc công bố các tài liệu nghiên cứu của
hãng rất hạn chế do vấn đề bản quyền và bí mật công nghệ.

Trong khi đó, hầu hết các xe tải tại nước ta sử dụng động cơ diezel sử dụng bơm
cao áp không có điều khiển điện tử và chưa được trang bị hệ thống hạn chế trượt quay. Vì
vậy, việc nghiên cứu, tìm ra giải pháp tác động vào quá trình điều khiển của hệ thống nhiên
liệu nhằm hạn chế hiện tượng trượt quay bánh xe trên ô tô khi di chuyển trên đường trơn
trượt là cần thiết nhằm tăng tính ổn định và khả năng cơ động cho xe.
Từ thực trạng trên, nghiên cứu sinh đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ
thống động lực của ô tô tải nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động” nhằm đề xuất
một hệ thống hạn chế hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động áp dụng cho ô tô tải nhỏ.
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển mức tải động cơ nhằm hạn chế độ trượt
quay của bánh xe chủ động trên ô tô tải nhỏ sản xuất lắp ráp tại Việt Nam.
Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan.
- Xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô tải nhỏ trang bị động cơ diezel.
Trong đó, luận án xác định đặc tính động cơ diezel, xây dựng mô hình mô phỏng bánh xe,
mô hình mô phỏng chuyển động của xe theo phương dọc.
- Mô phỏng khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô trên đường có hệ số bám thay đổi.
- Lựa chọn thuật toán điều khiển, xác định các tham số của điều khiển và nghiên cứu xác
định vùng điều khiển hiệu quả.
- Thiết kế, chế tạo và thực nghiệm đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống.
1


Luận án đủ ở file: Luận án full