Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực của ô tô tải nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động

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

TRẦN VĂN THOAN

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

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

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội - 2018


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS.Hồ Hữu Hải
2. PGS. TS. Đàm Hoàng Phúc
Phản biện 1: PGS.TS Dương Văn Tài
Phản biện 2: PGS.TS Trần Quang Hùng
Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường, họp
tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
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 chống 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.
Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực của ô tô tải nhằm hạn chế
trượt quay bánh xe chủ động” là một công trình khoa học cần thiết nhằm góp phần tạo dựng cơ sở
lý thuyết phục vụ cho việc 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, góp phần hiện
đại hóa các nhà máy ô tô và phục vụ những nghiên cứu trong đào tạo.
Mục đích của luận án:
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.
Đối tƣợng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận án được lựa chọn là ô tô tải 2,98 tấn, công thức bánh xe 4x2
trang bị động cơ diezel.
Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu điều khiển thay đổi mức tải của động cơ nhằm hạn chế hiện tượng trượt quay
bánh xe chủ động của ô tô khi hoạt động trên đường thẳng, xấu trơn trượt và đồng nhất.
Nội dung và bố cục của luận án:
Nội dung nghiên cứu của luận án gồm 4 chương: chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu;
chương 2: Mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô; chương 3: Xây dựng bộ điều khiển và
mô phỏng hoạt động của hệ thống điều khiển; chương 4: Thiết kế chế tạo và thực nghiệm hệ thống.
Những kết quả mới của luận án:
- Mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô có xét đến đặc tính động cơ đốt trong sử dụng

bơm cao áp dãy.
- Thuật toán điều khiển và giá trị các tham số của bộ điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe bằng
phương pháp điều khiển công suất động cơ.
- Các kết quả mô phỏng lý thuyết hoạt động của hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe.
- Mẫu bộ điều khiển và cơ cấu chấp hành (chế tạo thử nghiệm lần đầu) của hệ thống hạn chế trượt
quay bánh xe chủ động.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trên thực tế hiện nay, các hãng ô tô trên thế giới có nhiều phương pháp để điều khiển hạn
chế trượt quay bánh xe chủ động của ô tô nhưng tập trung chủ yếu là điều khiển công suất động cơ
và tác động vào hệ thống phanh nhằm giúp ô tô chuyển động an toàn. Một số nghiên cứu ứng dụng
sử dụng kết hợp hai phương pháp trên nhằm nâng cao tốc độ và hiệu quả điều khiển. Tại Việt Nam
đã có nhiều nghiên cứu về hệ thống hạn chế trượt lết bánh xe tuy nhiên chưa có các công trình
nghiên cứu đáng kể nào về hệ thống hạn chế trượt quay. Hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay là
một hệ thống phức tạp, việc nghiên cứu đòi hỏi kết hợp nhiều lĩnh vực kiến thức: cơ khí động lực,
1


kỹ thuật điện tử, cảm biến và cơ cấu chấp hành và kỹ thuật điều khiển, do vậy đề tài luận án có tính
khoa học.
Tại Việt Nam hiện nay, các xe tải sử dụng động cơ diesel được sử dụng phổ biến. Các loại
xe này hầu như chưa được trang bị hệ thống chống trượt quay bánh xe (Anti-Spin Regulation).
Trong khi các phương tiện này hoạt động trên các loại đường xấu ở các vùng nông thôn, miền núi
hoặc các công trường xây dựng... các bánh xe rất dễ bị trượt quay, làm giảm khả năng cơ động của
xe. Nội dung nghiên cứu của luận án góp phần làm cơ sở để tiến tới làm chủ công nghệ điều khiển
hạn chế trượt quay bánh xe chủ động và áp dụng cho các xe tải sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam. Do
vậy đề tài có ý nghĩa thực tiễn.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Hiện tƣợng trƣợt quay bánh xe và cơ sở lý thuyết hạn chế hiện tƣợng trƣợt quay
Trong quá trình chuyển động, các lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động được thể
hiện trên hình 1.1 như sau[26]:

Hình 1.2 Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang
theo độ trượt bánh xe.

Hình 1.1 Sơ đồ lực và mô men tác
dụng lên bánh xe chủ động

Nếu mô men của động cơ truyền đến bánh xe lớn hơn mô men bám cực đại ( M x  M  max ) sẽ
làm cho bánh xe bị trượt quay đến mức gây hại. Hệ số bám dọc, hệ số bám ngang giữa bánh xe và
mặt đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tình trạng mặt đường, kiểu lốp, chất lượng lốp, nhiệt độ, vận
tốc, độ trượt. Với φx và φy là hệ số bám dọc và hệ số bám ngang của bánh xe. Nhiều nghiên cứu cho
thấy khi độ trượt nằm trong khoảng 10% - 30% thì hệ số bám theo phương dọc φx lớn và đạt giá trị
lớn nhất [3];[7];[18];[38] trong khi đó hệ số bám ngang đang có xu hướng giảm nhưng vẫn ở giá trị
cao.
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống chống trượt quay. Các nghiên
cứu hạn chế hiện tượng trượt quay tập trung vào 3 giải pháp đó là điều khiển hệ thống phanh, điều
khiển công suất động cơ, kết hợp điều khiển công suất và phanh hợp lý:[20],[21],[22],[27],[28],
[30],[31],[32],[33],[34],[35],[40],[41],[42],[44],[46],[49,[50],[51],[52],[53],[54],[55].
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Tại Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về hệ thống chống trượt lết bánh xe
[2];[3];[4] tuy nhiên chưa có công trình đáng kể nào nghiên cứu hệ thống điều khiển chống trượt
quay bánh xe ô tô.
2


1.3 Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu
Luận án đã lựa chọn đối tượng nghiên cứu là ô tô tải nhỏ sử dụng động cơ diezel (bơm cao áp

dãy), công thức bánh xe 4x2.
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
Việc điều khiển cùng lúc hai giải pháp hết sức phức tạp, vì vậy trong khuôn khổ luận án này
chỉ nghiên cứu một phần của giải pháp điều khiển giảm công suất (mô men) động cơ thông qua điều
khiển tải của động cơ nhằm giảm độ trượt của các bánh xe chủ động của ô tô khi hoạt động trên
đường xấu trơn trượt và đồng nhất.
1.4 Mục tiêu và phƣơng pháp nghiên cứu
1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm được mẫu đầu hệ thống điều khiển giảm công
suất 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 khi chạy trên đường có hệ số bám thấp.
1.4.2 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết.
- Nghiên cứu thực nghiệm.
1.5 Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động của ô tô, xây dựng mô hình mô
phỏng chuyển động thẳng của ô tô;
- Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô tải trên đường có hệ số bám khác nhau;
- Nghiên cứu đề xuất thuật toán điều khiển và xác định các thông số của bộ điều khiển;
- Mô phỏng hệ thống điều khiển, xác định vùng làm việc của bộ điều khiển;
- Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định đặc tính cục bộ, đặc tính ngoài của bơm cao áp
dãy, đặc tính bộ điều tốc;
- Thiết kế chế tạo bộ điều khiển, cụm cơ cấu chấp hành của hệ thống;
- Thực nghiệm hoạt động của hệ thống.
CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ
Mô hình mô phỏng gồm mô hình động cơ, mô tả hệ thống truyền lực, mô hình bánh xe và mô
hình chuyển động theo phương dọc của xe.

Hình 2.1 Sơ đồ mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô
2.1 Xây dựng mô hình mô phỏng

3


2.1.1 Xây dựng đặc tính tốc độ động cơ diezen
Mô men động cơ có thể tính theo công thức sau:[37]
M e  M e* .

Qb (nbca )

(2.1)

Qb max(nbca )

2.1.1.1 Xây dựng đặc tính ngoài của bơm cao áp:
Đặc tính ngoài của bơm Qb max(nbca ) thể hiện mối quan hệ giữa lượng phun nhiên liệu với các
số vòng quay khác nhau tại mức ga 100% ở chế độ thực nghiệm ổn định được xác định ở phần thực
nghiệm bơm cao áp.
2.1.1.2 Xây dựng đặc tính cục bộ của bơm cao áp:
Đặc tính cục bộ của bơm Qb (nbca ) được xác định bằng thực nghiệm thể hiện mối quan hệ giữa
0.09

0.09

0.08

0.08

0.07

luong phun nhien lieu (cm3/chutrinh)

luong phun nhien lieu (cm3/chutrinh)

lượng phun nhiên liệu với vận tốc góc của bơm cao áp ở các mức ga khác nhau.

100%

0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0
400

600

800

1000
1200
Van toc goc bom cao ap (v/p)

1400

0.07
80%

0.06

Hình 2.5. Đặc tính tốc độ ngoài của bơm cao áp

70%

0.05
60%

0.04

50%

0.03
0.02
0.01
00%
400

1600

90%

40%

30%

20%

10%

600

800

1000
1200
Van toc goc bom cao ap (v/p)

1400

1600

Hình 2.6. Đặc tính tốc độ của bơm cao áp

2.1.1.3 Xây dựng mô hình bộ điều tốc cơ khí ly tâm đa chế độ
Đặc tính đáp ứng trễ của vị trí thanh răng theo sự thay đổi vị trí của bàn đạp ga cần thiết được
mô tả trong mô hình bơm cao áp. Hàm truyền của bộ điều tốc có dạng: W(s) 

1
a1.s b1

(2.2)

Từ các kết quả thực nghiệm bơm cao áp. Ứng dụng công cụ System Identification Parameters
trong Matlab, luận án xác định được các thông số của mô hình bộ điều tốc bơm cao áp (a1=0,2;
b1=1).
2.1.1.4 Xây dựng đặc tính mô men của động cơ
Trong mô hình mô phỏng, đặc tính ngoài động cơ được đưa vào ở dạng bảng giá trị tham chiếu
lookup tables- theo mối quan hệ như sau:
Từ các đặc tính ngoài của bơm, đặc tính cục bộ của bơm, đặc tính ngoài động cơ, áp dụng công

thức 2.1 luận án xây dựng đặc tính mô men của động cơ được thể hiện trên Hình 2.13

4


360
320
280

320

240

200
Me (Nm)

Me (Nm)

240

160

160

120
80

80

100

80

0
0

40

60
800

0
500

40

1600

1000

1500

2000
ne (v/p)

2500

3000

2400

3500

ne (v/p)

muc ga (%)

20
3200
4000

0

Hình 2.13. Đặc tính mô men của động cơ

Hình 2.12. Đặc tính ngoài động cơ
2.1.2 Mô tả hệ thống truyền lực

Hình 2.14. Sơ đồ hệ thống truyền lực
Phạm vi nghiên cứu của luận án chỉ giới hạn ở hiện tượng trượt quay trong trường hợp xe đi
thẳng trên đường đồng nhất, khi đó vi sai không làm việc nên luận án không xét đến mô hình vi sai.
Với các giả thiết như trên, luận án đã coi cả hệ thống truyền lực như một hệ thống có một tỉ số
truyền cố định cho trước.
2.1.3 Mô hình mô phỏng bánh xe
Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động:
Phương trình chuyển động quay của bánh xe chủ động như sau:
.

J qd .s  M x  M fs  Fxs .rd
Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị động:
Trên bánh xe bị động, khi chuyển động có các lực và mô men tác dụng sau:

Hình 2.16. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị động
Phương trình chuyển động quay bánh xe bị động có dạng như sau:
5

(2.7)


.

J bxt .t  M ft  Fxt .rd

(2.12)

Quan hệ giữa hệ số bám dọc tức thời theo độ trượt.
Trong mô hình mô phỏng, hệ số bám dọc được đưa vào mô phỏng bằng cách nội suy tuyến
tính (sử dụng lookup table) ở từng điểm trên đường đặc tính quan hệ giữa hệ số bám dọc với độ
trượt của lốp xe ô tô nghiên cứu, lực bám dọc này phụ thuộc vào độ trượt  và đã được xác định từ
thực nghiệm [3].

Hình 2.17 Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt dọc[3]
2.1.4 Mô hình mô phỏng động lực học theo phƣơng dọc của xe

Hình 2.18. Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động
Phương trình chuyển động của xe theo phương dọc được viết như sau:
..

m. x  2( Fxs  Fxt )
Tổng hợp các phương trình mô tả chuyển động của ô tô trên đường thẳng gồm:

6

(2.27)


..

m. x  2(Fxs  Fxt )

Fxt  Fzt .x (t )
Fxs  Fzs .x (s )
.

J qd .s  M x  M fs  Fxs .rd

(2.30)

.

J bxt .t   M ft  Fxt .rd
M ft  Gbt . f .rd
M fs  Gbs . f .rd

Mx 

M e .itl .k LH
2

2.2 Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô khi hệ số bám thay đổi
2.2.1 Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô trên đƣờng có hệ số bám thấp và cao: Kết quả

mô phỏng quá trình khởi hành ở tay số 1 của ô tô có các thông số như trong Bảng 1.1 với các điều
kiện của phương án PA1 được thể hiện trên các hình sau:
Phƣơng án

Mục đích

Thông số mô phỏng

PA1

φ =0,3; φ =0,8
Pin=(40;70;100)%;
f=0,15

Khảo sát quan hệ các thông số chuyển động của
xe theo mức tải tại đường có hệ số bám thấp và
cao.

PA2

φ=0,25:0,05:0,55
Pin=(10÷100)%;
f=0,15

Khảo sát khả năng tăng tốc của ô tô với các mức
tải trên đường có hệ số bám thấp khác nhau.
3
V(m/s)

V(m/s)

2
1
0
0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

a(m/s2)

2

4

6

8

10

12

14

16

1

18

4

6

8

10

12

14

16

18

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

phi=0,3
phi=0,8

0.5

2

4

6

8

10
Thoi gian(s)

12

14

16

18

0.5
0
0

20
lambda(x100%)

a(m/s2)
lambda(x100%)

2

1

0.5

0
0

1
0
0

20

1

0
0

2

20

Hình 2.20. Gia tốc ô tô, vận tốc ô tô và độ trượt
bánh xe tại mức tải 40%

1
0.5
0
0

20
phi=0,3

phi=0,8

2

4

6

8

10
Thoi gian(s)

12

14

16

18

20

Hình 2.21. Gia tốc ô tô, vận tốc ô tô và độ trượt
bánh xe tại mức tải 70%

Từ kết quả mô phỏng có thể thấy khi tăng mức tải động cơ (số vòng quay động cơ tăng) dẫn
đến: Trên đường có hệ số bám cao: độ trượt của bánh xe chủ động của ô tô nhỏ và không phụ thuộc
vào mức tải động cơ. Trên đường có hệ số bám thấp: độ trượt của bánh xe ô tô lớn và tỉ lệ với mức
tải động cơ (tổng thời gian có độ trượt lớn (  >30%) ở các mức tải 40%; 70% và 100% tăng lên lần

lượt là 7,1s; 10,1s và 13s ) bánh xe ô tô bị trượt rất lớn.
Các kết quả mô phỏng đã phản ánh đúng mối quan hệ động lực học từ mô men động cơ cho
đến độ trượt của bánh xe chủ động và gia tốc của ô tô. Mô hình mô phỏng có thể ứng dụng để khảo
7


sát, nghiên cứu hiện tượng trượt quay cũng như hạn chế trượt quay của bánh xe chủ động trong quá
trình chuyển động trên đường xấu. Trên các đường có hệ số bám thấp tổng thời gian bánh xe chủ
động có độ trượt (  >30%) tăng dần theo mức tải động cơ.
2.2.2 Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô trên các đƣờng xấu có hệ số bám thấp
Ở nội dung này, luận án tiếp tục tiến hành mô phỏng quá trình khởi hành của ô tô trên các
đường có hệ số bám thấp (φ=0,25:0,05:0,55) với các mức tải Pin=(10:10:100)% nhằm khảo sát ảnh
hưởng của mức tải động cơ Pin tới khả năng tăng tốc của ô tô.
V(m/s)

2
1
0
0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

a(m/s2)

1

lambda(x100%)

Pin10%
Pin20%
Pin30%

0.5
0
0

10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1

2

3

4

5
Thoi gian(s)

6

7

8

9

10

1
0.5
0
0

Hình 2.23. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô và độ trượt Hình 2.24 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô và độ trượt bánh
bánh xe ô tô khi tăng tốc trên đường có hệ số bám xe ô tô khi tăng tốc trên đường có hệ số bám φ = 0,3
tại mức tải 10%; 20%; 30%
φ = 0,45 tại mức tải 10%; 20%; 30%
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 (Pin) và hệ số bám (φ) khác nhau

Từ các kết quả trên cho thấy: Tại thời điểm ô tô đạt gia tốc cực đại (amax) với các hệ số bám
(  ) khác nhau đều có độ trượt (  <30%). Vậy tại các vùng có độ trượt (  >30%) là không tốt cho
quá trình tăng tốc của ô tô.

8


thoi gian co do truot > 0,3 (s)

30
25
20
15

10
5
0
0.1

80

0.2

0.3

he so bam

0.4

0.5

100

60
40
20 muc chan ga(%)

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

Từ kết quả đồ thị cho thấy với đường có hệ số cản lăn f =0,15:
Trên các đường có hệ số bám φ nhỏ hơn 0,3 bánh xe chủ động bị trượt quay hoàn toàn ở tất
cả các mức tải động cơ khác nhau do đó ô tô không có khả năng tăng tốc. Trên các đường có hệ số
bám φ từ 0,45 trở lên độ trượt bánh xe nằm trong vùng λ=[15-20]% do đó càng tăng tải động cơ thì

quá trình tăng tốc càng tốt hơn.
Trên các đường có hệ số bám φ từ 0,3 đến 0,4 nếu càng tăng mức tải động cơ thì thời gian độ
trượt λ>30% càng tăng, điều này làm giảm khả năng tăng tốc của ô tô. Có thể so sánh thông số tổng
thời gian có độ trượt (λ>30%) để đánh giá khả năng tăng tốc của ô tô trên các loại đường có hệ số
bám thấp với các mức tải động cơ khác nhau.
Tuy nhiên, khi xảy ra hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động trên đường, người lái khó có
khả năng xác định mức tải động cơ phù hợp để điều khiển mức ga hợp lý. Từ đó cho thấy sự cần
thiết của một bộ điều khiển giúp người lái điều chỉnh mức ga phù hợp với điều kiện bám nhằm giúp
ô tô khởi hành tốt hơn.
2.3 Kết luận chƣơng 2
Luận án đã xây dựng được mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô. Luận án đã mô phỏng
khảo sát quá trình khởi hành của ô tô với các mức ga khác nhau trên đường có hệ số bám khác
nhau, các kết quả mô phỏng phù hợp với quy luật vật lý của ô tô, mô hình mô phỏng có thể ứng
dụng để khảo sát nghiên cứu hiện tượng trượt quay cũng như điều khiển hạn chế trượt quay của
bánh xe ô tô chủ động. Các kết quả khảo sát trên đường có hệ số bám thấp cho thấy:
- Trên các đường tương đối xấu (hệ số bám trong khoảng 0,3 đến 0,45), độ trượt của bánh xe
chủ động khi xe đạt gia tốc cực đại amax trong khoảng 20% đến 30%.
- Có thể sử dụng thông số tổng thời gian có độ trượt (λ>30%) để đánh giá khả năng tăng tốc
của ô tô trên các loại đường có hệ số bám thấp với các mức tải động cơ khác nhau.
Các giá trị thông số độ trượt khi xe đạt gia tốc cực đại và tổng thời gian có độ trượt (λ>30%)
sẽ được sử dụng làm cơ sở cho việc lựa chọn thuật toán điều khiển và đánh giá hiệu quả của bộ điều
khiển trong chương 3.

9


CHƢƠNG 3: XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ
THỐNG ĐIỀU KHIỂN
3.1 Đề xuất cấu trúc của hệ thống
Mục đích của bộ điều khiển là xuất ra một mức điều khiển Pdk hợp lý thông qua cơ cấu chấp

hành để bù trừ với mức ga người lái Pnl nhằm điều khiển mức tải động cơ Pin hợp lý giúp ô tô khởi
hành tốt hơn trên các loại đường xấu và trơn trượt. Pin  Pnl  Pdk

1.Động cơ
4. Các đăng
7. Bánh chủ động trái
10. Bánh bị động trái
13. Dây ga
16. Bộ điều khiển

2. Ly hợp
5. Cầu chủ động
8. Bánh chủ động phải
11. Cảm biến vận tốc góc bánh xe
14. Cơ cấu chấp hành

(3.1)

3. Hộp số
6. Bán trục
9. Bánh bị động phải
12. Bơm cao áp dãy
15. Bàn đạp ga

Hình 3.1. Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống điều khiển

Hình 3.1. Sơ đồ mô hình hệ thống điều khiển công suất động cơ
3.2 Bộ điều khiển và phƣơng pháp xác định tham số điều khiển
Bé ®iÒu khiÓn PID ®ưîc xác định từ tín hiệu đầu vào e(t) như sau:
t

u (t )  k P e(t)  k I  e( )d  k D
0

10

d
e(t)
dt

(3.3)


Hệ thống điều khiển theo thuật toán PID được mô tả như sau.

Hình 3.5. Hệ thống điều khiển sử dụng thuật toán PID
Bước1: Đặt kI=0; kD=0, Tăng dần giá trị kP đến khi dao động tuần hoàn. Đặt giá trị kP=kC và
xác định chu kỳ dao động Pc. Tiến hành đánh giá tổng thời gian có độ trượt của bánh xe chủ động
(λ>30%) và mức độ điều khiển của bộ điều khiển để xác định kC và PC.
Luận án lựa chọn hệ số kC =1,5 và có chu kỳ dao động PC=0,5 để xác định các thông số bộ
điều khiển kP; kI; kD theo bảng lựa chọn thông số của phương pháp Ziegler-Nichols [36] trong bước
2.
Bảng 3.1: Thông số xác định tham số bộ điều khiển

Loại bộ điều khiển

kP

kI

kD

P

0.5kC

-

-

PI

0.45kC

1,2kP/Pc

-

PID

0.6kC

2kP/Pc

kP.Pc/8

Pdk(x100%)

lambda(x100%)

Từ cách xác định các thông số trong Bảng 4 với các giá trị kC =1,5 và PC =0,5 trong bước 1.
Để so sánh và lựa chọn loại bộ điều khiển phù hợp với yêu cầu. Luận án đã tiến hành mô phỏng
tổng thời gian có độ trượt của bánh xe chủ động (λ>30%) và mức điều khiển (pdk) với các loại bộ
điều khiển có kết quả như sau:
1
P
0.5

0
00

lambda mong uoc

PI
PID

1
P

2
PID

3

4

5

6

7

8

9

10

3

4

5
Thoi gian(s)

6

7

8

9

10

-0.5
PI
-1
0

1

2

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%

Các phân tích kết quả cho thấy ưu điểm của bộ điều khiển PID đã giảm nhanh được tổng thời
gian có độ trượt của bánh xe chủ động λ>30% và có mức điều khiển pdk hợp lý, vì vậy luận án lựa
chọn sử dụng phương pháp điều khiển theo sai số giữa giá trị độ trượt mong muốn và giá trị độ
trượt thực tế theo quy luật PID với các hệ số lần lượt là: kP=0,9; kI=3,6; kD=0,056.
3.3 Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi có bộ điều khiển
11


Với nội dung mục này, luận án trình bày các kết quả mô phỏng khảo sát quá trình khởi hành
của ô tô nhằm phân tích hiệu quả của bộ điều khiển trong hai trường hợp khi có điều khiển và khi
không có điều khiển theo Bảng 6: Phương án mô phỏng nhằm đánh giá hiệu quả bộ điều khiển
Phƣơng án

Mục đích

Thông số mô phỏng

PA3: Khởi hành ở
tay số 1, đầy tải

Pnl=(20-100)%; f=0,15;
φ =(0,3; 0,35; 0,4);
ih1=7.31; m=7685 kg

Đánh giá hiệu quả của
bộ điều khiển

PA4: Khởi hành ở
tay số 2, không tải

Pnl=(20-100)%; f=0,15;
φ =(0,3; 0,35; 0,4);
ih2=4.31; m=4510 kg

Đánh giá hiệu quả của
bộ điều khiển

v(m/s)

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0.5
0
0
1

4

6

8

10

12

14

16

18

20
kdk
codk

0.5

0
0
100

muctai(%)

2

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

50
0

0

2

4

6

8

10
thoi gian(s)

12

14

16

18

20

a(m/s2)

2

lambda(x100%)

3

2
1
0
0
1

muctai(%)

lambda(x100%) a(m/s2)

v(m/s)

3.3.1 Kết quả mô phỏng quá trình khởi hành ở tay số 1, xe đầy tải (PA3)
3
2
1
0
0
1

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0.5
0

0
1

20
codk
kdk

0.5
0
0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

2

4

6

8

10
thoi gian(s)

12

14

16

18

20

100
50
0
0

Hình 3.10. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh Hình 3.11. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh xe
xe chủ động, mức ga người lái 80% trên đường có chủ động, mức ga người lái 80% trên đường có hệ số
bám φ=0,35 khi không có và có bộ điều khiển

hệ số bám φ=0,3 khi không có và có bộ điều khiển

Từ các kết quả trên cho thấy trên các đường có hệ số bám φ=0,3 và φ=0,35 cho thấy hiệu quả
của bộ điều khiển đã giảm được thời gian có độ trượt (λ>30%) và rút ngắn thời đạt vận tốc 1 (m/s).
Tiếp tục khảo sát với các mức ga người lái Pnl=(20-100)% trên các đường có hệ số bám
φ=0,3 và φ=0,35. Tổng thời gian bánh xe chủ động có độ trượt (λ>30%) và thời gian để ô tô đạt
vận tốc 1 (m/s) với các đường có hệ số bám thấp khác nhau và các mức ga do người điều khiển thiết
lập khác nhau trong hai trường hợp có và không có bộ điều khiển được trình bày trên các hình sau:
12

10

ko dk
co dk

8
thoi gian (s)

thoi gian(s)

10
8
6
4

6
4
2

2

0
20

ko dk
co dk

30

40

50

60

70

80

90

0
20

100

30

40

50

60

70

80

90

100

muc ga nguoi lai (%)

muc ga nguoi lai (%)

Hình 3.13. Tổng thời gian có (λ>30%) trên đường φ=0,3

Hình 3.14. Tổng thời gian có (λ>30%) trên đường φ=0,35

12


8

3.2

thoi gian (s)

7

thoi gian (s)

3.4

ko dk
co dk

6
5
4
3

ko dk
co dk

3
2.8
2.6
2.4
2.2

2
20

30

40

50
60

70
muc ga nguoi lai (%)

80

90

2
20

100

Hình 3.15. Thời gian đạt vận tốc v=1(m/s) trên
đường φ=0,3

30

40

50
60
70
muc ga nguoi lai (%)

80

90

100

Hình 3.16. Thời gian đạt vận tốc (v=1m/s) trên
đường φ=0,35

Các kết quả khảo sát tổng thời gian ô tô có độ trượt lớn (  >30%) và thời gian ô tô đạt vận tốc
(Vx=1m/s) khi không có và có bộ điều khiển đều cho thấy hiệu quả của bộ điều khiển đã giúp tăng
khả năng tăng tốc của ô tô trên các đường có hệ số bám thấp.
v(m/s)

5
4
3
2
1
0
0
0.5

5

10

15

20

25

5

10

15

20

25

muctai%

lambda(x100%)

0.25
0
0
1

kdk
codk

0.5
0
0
100

5

10

15

20

25

50
0
0

5

10

thoi gian(s)

15

20

25

muctai% lambda(x100%) a(m/s2)

a(m/s2)

v(m/s)

3.3.2 Kết quả mô phỏng quá trình khởi hành ở tay số 2, xe không tải (PA4)
5
4
3

2
1
0
0
0.5

0
0
1

5

10

15

20

5

10

15

20

25
kdk
codk

0.5

0
0
100

25

5

10

5

10

15

20

25

15

20

25

50
0

0

thoi gian(s)

Hình 3.17 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô, độ trượt bánh 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 xe chủ động, mức ga người lái 80% trên đường có
hệ số bám φ=0,3 khi không có và có bộ điều khiểnhệ số bám φ=0,35 khi không có và có bộ điều khiển
Kết quả mô phỏng quá trình khởi hành của ô tô có các thông số (Bảng 1) với các điều kiện
của phương án PA4 (ở Bảng 6) khi có và không có bộ điều khiển tương tự như phương án PA3, trên
các đường có hệ số bám φ=0,3 và φ=0,35 cho thấy hiệu quả của bộ điều khiển đã giảm được thời
gian có độ trượt (λ>30%) và rút ngắn thời đạt vận tốc 3 (m/s).
Tiếp tục khảo sát với các mức ga người lái Pnl=(20-100)%; trên các đường có hệ số bám
φ=0,3 và φ=0,35. Các thông số tổng thời gian bánh xe chủ động có độ trượt (λ>30%) và thời gian
để ô tô đạt vận tốc 3(m/s) với các đường có hệ số bám thấp khác nhau và các mức ga do người điều
khiển thiết lập khác nhau trong hai trường hợp có và không có bộ điều khiển được trình bày trên các
hình sau:

13


12

24

ko dk
co dk

16

thoi gian (s)

thoi gian (s)

20

12
8

ko dk
co dk

8

4

4
0
20

30

40

50

60
muc ga (%)

70

80

0
100 20

90

Hình 3.20. Tổng thời gian có (λ>30%) trên
đường φ=0,3
20

11

50
60
70
muc ga nguoi lai (%)

80

90

100

ko dk
co dk

10

16

thoi gian (s)

thoi gian (s)

40

Hình 3.21.Tổng thời gian có (λ>30%)
trên đường φ=0,35

ko dk
co dk

18

30

14
12

9

8

7

10
8
50

55

60

65

70
75
80
muc ga nguoi lai (%)

85

90

95

100

6
50

55

60

65

70
75

80
muc ga nguoi lai (%)

85

90

95

100

Hình 3.23.Thời gian đạt vận tốc (v=3m/s) trên
Hình 3.22.Thời gian đạt vận tốc (v=3m/s) trên
đường φ=0,35
đường φ=0,3
Kết quả mô phỏng theo các phương án PA3 và PA4 với các tay số và tải trọng khác nhau đều
cho thấy phương pháp điều khiển mức tải động cơ theo sai số giữa giá trị độ trượt mong muốn và
giá trị độ trượt thực tế theo quy luật PID đã có hiệu quả và có thể sử dụng để điều khiển hạn chế độ
trượt quay của bánh xe chủ động, tăng khả năng chuyển động của xe tải. Bộ điều khiển được đề
xuất đã giúp giảm đáng kể tổng thời gian có độ trượt lớn (  > 30%) và rút ngắn thời gian tăng tốc
(Vx=1m/s) và (Vx=3m/s) của ô tô.
3.4 Nghiên cứu xác định vùng điều khiển có hiệu quả trên đƣờng khác nhau
Với mục đích khảo sát đánh giá vùng điều khiển có hiệu quả cũng như đánh giá ảnh hưởng
của điều kiện mặt đường đến khả năng làm việc của bộ điều khiển. Luận án tiến hành mô phỏng
khảo sát khả năng chuyển động thẳng của ô tô tải nhỏ có các thông số theo Bảng 1 với các phương
án mô phỏng theo Bảng 7 sau:
Bảng 7: Các phương án mô phỏng vùng điều khiển
Phƣơng án
mô phỏng

Mục tiêu

Thông số mô phỏng

PA5

Khảo sát và xác định các vùng làm việc của
bộ điều khiển

f =0,06 với φ=[0,05:0,05:0,55]
Pnl=100%

PA6

Khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản lăn tới
vùng làm việc hiệu quả của bộ điều khiển

φ =0,3 với f=[0,05:0,01:0,15]
Pnl=100%

3.4.1 Kết quả mô phỏng khảo sát và xác định các vùng làm việc của bộ điều khiển (PA5)
14


Phương án này nhằm xác định các vùng làm việc của bộ điều khiển và khảo sát ảnh hưởng
của hệ số bám  tới các vùng làm việc này.
4
v(m/s)

2

5

10

phi=0,1
phi=0,2
phi=0,4

0.5
0
0
1

15

5

10

a(m/s2)

0
0
1

muctai(%) lambda(x100%)

muctai(%) lambda(x100%) a(m/s2)

v(m/s)

4

15

0.5

0
0
100

5

10

5

10

0
0
1

15

5

10

0

0
1

15
f=0,05
f=0,1

0.5
5

10

15

5

10

15

10

15

0.5

0
0
100

15

50
0
0

2

50
0
0

5
Thoigian(s)

Thoigian(s)

Hình 3.24. 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

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 bám  =0,06

Trên đường có hệ số bám φ=0,1, mặc dù bộ điều khiển đã điều khiển hết khả năng
(Pdk=100%) dẫn đến (Pin=0%) nhưng vẫn không cải thiện được khả năng tăng tốc của ô tô (a=0;
v=0), bánh xe ô tô chủ động bị trượt quay hoàn toàn (λ=100%). Như vậy những vùng có
(Pdk=100%; λ=100%) là vùng điều khiển không có hiệu quả.
Trên đường có hệ số bám φ=0,4, tín hiệu ra của bộ điều khiển (Pdk=0) dẫn đến không có tác

động thay đổi, mức ga người lái bằng mức tải động cơ (Pnl= Pin=100%). Độ trượt bánh xe ô tô chủ
động luôn nằm trong vùng (λ<30%). Nói một cách khác ở chế độ này không cần điều khiển vẫn
đảm bảo khả năng tăng tốc của ô tô (Pdk=0%).
Trên đường có hệ số bám φ=0,2, tại thời điểm ban đầu bánh xe ô tô chủ động có độ trượt lớn,
tín hiệu điều khiển tăng nhanh đến 100% giúp độ trượt giảm. Khi độ trượt giảm (λ<30%) tín hiệu
điều khiển giảm dần về 0% làm tăng mức tải để duy trì đô trượt nhỏ và gia tốc lớn. Việc điều khiển
thay đổi mức tải làm giảm tổng thời gian độ trượt bánh xe ô tô (λ>30%) và rút ngắn thời gian ô tô
đạt vận tốc (v=1m/s) từ đó nâng cao khả năng tăng tốc của ô tô. Vậy vùng điều khiển hiệu quả là
vùng có (Pdk ≠0 và λ<100%).
3.4.2 Kết quả mô phỏng khảo sát ảnh hƣởng của hệ số cản tổng cộng tới vùng làm việc hiệu
quả của bộ điều khiển (PA6)
Phương án này nhằm khảo sát ảnh hưởng của hệ số cản lăn f tới các vùng làm việc hiệu quả
của bộ điều khiển. Từ kết quả mô phỏng trên Hình 3.27 cho thấy: tại một hệ số bám  nhất định
khi hệ số cản lăn f thay đổi cũng làm ảnh hưởng tới vùng làm việc hiệu quả của bộ điều khiển. Từ
các kết quả mô phỏng ở phương án PA5 và PA6 trên cho thấy hệ số cản lăn f và hệ số bám φ có thể
ảnh hưởng tới tính năng điều khiển của hệ thống. Nhằm nghiên cứu tìm ra vùng điều khiển có hiệu
quả với các loại đường có hệ số cản lăn f thấp hơn khác nhau và hệ số bám φ thấp khác nhau. Luận
án thực hiện lựa chọn phương án khảo sát trên đường xấu có hệ số cản lăn và có hệ số bám thấp như
trên Bảng 3.5:Các giá trị hệ số cản tổng cộng và hệ số bám mô phỏng.
15


Hệ số số cản lăn

f = [0,01:0,01:0,15]

Hệ số bám

φ =[0,05:0,05:0,55]

f
0,15
0,14
0,13
0,12
0,11
0,10
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

vùng điều khiển không có hiệu quả

0,35

0,4

0,45

0,5

0,55

vùng không cần điều khiển

φ

vùng điều khiển hiệu quả
Hình 3.28. Các vùng làm việc của hệ thống điều khiển theo đặc tính bám và cản của mặt đường

Đồ thị đã thể hiện đúng quan hệ tương quan giữa khả năng bám và cản của mặt đường, cho
phép đánh giá và lý giải kết quả mô phỏng và hiệu quả hoạt động của hệ thống trên các loại đường
khác nhau. Mặc dù bộ điều khiển không sử dụng đến đồ thị này (vì không có cảm biến theo dõi
được hệ số bám (φ) và hệ số cản lăn (f). Tuy nhiên, đồ thị cho phép đánh giá và lý giải kết quả mô
phỏng và hiệu quả hoạt động của hệ thống trên các loại đường khác nhau.
3.5 Kết luận chƣơng 3
Trong chương này, luận án đã đề xuất được hệ thống điều khiển, lựa chọn thuật toán điều
khiển PID và xác định các tham số của bộ điều khiển lần lượt là kP=0,9; kI=3,6; kD=0,056.
Trên cơ sở đó, luận án đã tiến hành mô phỏng hệ thống điều khiển giảm công suất động cơ
khi ô tô đi trên đường trơn trượt nhằm hạn chế hiện tượng trượt quay bánh xe ô tô chủ động. Các
kết quả chỉ ra hiệu quả điều khiển của hệ thống thông qua các thông số động lực học của ô tô.
Từ các kết quả khảo sát mô hình mô phỏng đã tìm ra các vùng làm việc hiệu quả, vùng làm
việc không hiệu quả và vùng không cần điều khiển của hệ thống tương ứng với đặc tính của mặt
đường.

Việc xác định sơ bộ các tham số của bộ điều khiển và vùng điều khiển hiệu quả sẽ giúp tiết
kiệm chi phí và thời gian trong việc nghiên cứu thực nghiệm quá trình phát triển hệ thống hạn chế
trượt quay bánh xe. Chương tiếp theo sẽ trình bày nội dung thiết kế chế tạo thử nghiệm và thực

16


nghiệm đánh giá hoạt động của hệ thống trên cơ sở bộ điều khiển đã được đề xuất và vùng làm việc
hiệu quả đã được xác định trong chương này.
CHƢƠNG 4: THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG
4.1 Thiết kế chế tạo hệ thống
4.1.1 Cảm biến vận tốc góc bánh xe ô tô
Các ô tô vận tải thường xuyên làm việc trong điều kiện đi trên đường có bùn đất, cát sỏi có
thể ảnh hưởng đến khả năng làm việc của cảm biến nên việc lựa chọn cảm biến phù hợp là rất quan
trọng. Luận án đã thừa hưởng cụm vành răng cảm biến và cảm biến đo vận tốc góc bánh xe từ các
đề tài nghiên cứu trước đó đã lắp đặt trên ô tô thí nghiệm [2];[3]. Cảm biến tiệm cận PRT08-1.5DN
có tín hiệu vận tốc góc đầu ra dưới dạng tín hiệu xung.
4.1.2 Cơ cấu chấp hành
Để điều khiển thay đổi mức tải động cơ độc lập với người lái và không ảnh hưởng tới quá trình điều
khiển thông thường của hệ thống. Cơ cấu điều khiển được bố trí ngay bên dưới khoang lái và có vị
trí được thể hiện trên Hình 4.5.

Hình 4.5. Sơ đồ bố trí cơ cấu chấp hành

Hình 4.6. Sơ đồ tổng thể cơ cấu chấp hành

Cơ cấu chấp hành được bố trí ở thân xe, là một bộ phận của dây ga, cơ cấu sẽ giúp thay đổi
chiều dài của dây ga theo sự điều khiển của bộ điều khiển. Cơ cấu bao gồm: động cơ bước trượt
trên thanh ray điều khiển trục vít được bố trí trên dây gaVới phương án này, do cơ cấu chấp hành
được lắp trên dây ga nên không cần đến việc tác động thay đổi cấu trúc của bơm hay chân ga. Cơ

cấu chấp hành dễ dàng lắp đặt, chế tạo cũng như vận hành do vị trí lắp đặt trên khung ô tô phía dưới
khoang lái tương đối rộng rãi.
4.1.2.1 Tính chọn động cơ và mô đun điều khiển động cơ
Để lựa chọn động cơ có vận tốc góc và mô men phù hợp với yêu cầu điều khiển và lực căng
dây ga tại bơm cao áp, luận án tiến hành tính toán sơ bộ vận tốc góc và mô men xoắn trên trục cần
thiết của động cơ [1]; [10]; [16]. Sau khi tham khảo các loại động cơ bước trên thị trường, luận án
đã lựa chọn loại động cơ bước 2 pha YH42BYGH47. Để điều khiển cấp nguồn cho động cơ bước 2
pha này, luận án lựa chọn mô đun công suất TB6600-4A.
4.1.2.2 Thiết kế, lựa chọn các bộ phận: Để lắp ráp hoàn thiện cơ cấu chấp hành, luận án đã tìm
hiểu lựa chọn và thiết kế chế tạo các chi tiết sau: Chọn cơ cấu thanh ray-con trượt; Chọn trục vít;
Chế tạo khớp nối; Thiết kế đồ gá lắp động cơ
4.1.2.3 Phƣơng án lắp đặt: Trong quá trình thực hiện, luận án đã tiến hành thử nghiệm lắp đặt cơ
cấu nằm bên thân xe (ở phía dưới người lái xe).
4.1.3 Bộ điều khiển: Hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay thiết kế cho xe nghiên cứu sử dụng 4
cảm biến để đo vận tốc góc của 4 bánh xe, là cơ sở để điều khiển mô men của động cơ (thông qua
17


mức độ dịch chuyển của thanh răng trong bơm cao áp) nhằm phù hợp với tình trạng trượt quay của
bánh xe, từ đó giúp giảm độ trượt của bánh xe và sự ổn định của ô tô. Ngoài ra bộ điều khiển cần có
thêm thông tin về trạng thái đạp ga của người lái thông qua cảm biến vị trí bàn đạp ga để xác định
khả năng điều khiển của hệ thống.

Hình 4.15 Cấu trúc bộ điều khiển điện tử của hệ thống

Mạch in khi thiết kế và mạch in hoàn thiện lắp trên xe được thể hiện như trên Hình 4.17.

Hình 4.17. Mạch in sau khi thiết kế và mạch in hoàn thiện

4.2 Thực nghiệm hệ thống

Sau khi đã chế tạo thử nghiệm cơ cấu chấp hành và bộ điều khiển. Luận án tiến hành các
nghiên cứu thực nghiệm để đánh giá hiệu quả hoạt động của hệ thống trên đối tượng nghiên cứu.
4.2.1 Mục đích và phƣơng pháp thực nghiệm
a) Mục đích: Luận án thực nghiệm hoạt động của cơ cấu chấp hành và hoạt động của hệ thống đã
thiết kế và lắp đặt trên xe nhằm đánh giá khả năng hoạt động của hệ thống đã chế tạo thử nghiệm.
b)Phƣơng pháp thực nghiệm: Thực nghiệm tại chỗ và khi chuyển động trong phòng thí nghiệm
cũng như trên đường thực và tiến hành đo mức tải động cơ, mức điều khiển ga của người lái, vận
tốc góc của các bánh xe ô tô trong trường hợp không có và có hệ thống điều khiển.
4.2.2 Đối tƣợng thực nghiệm
Đối tượng của thí nghiệm là ô tô tải nhỏ sử dụng động cơ diezel (bơm cao áp dãy), công
thức bánh xe 4x2 ở tay số 2 (chế độ không tải). Các thông số của xe thí nghiệm được thể hiện trong
Bảng 1.
4.2.3 Thiết bị thử nghiệm
Để thực hiện quá trình thử nghiệm cần sử dụng thiết bị đo và các cảm biến đo mức ga của
người lái, mức dịch chuyển cần bơm cao áp.
Các yêu cầu của thiết bị đo:
18


- Đồng bộ thời gian các tín hiệu được đưa về từ cảm biến;
- Lưu trữ dữ liệu đo trên thẻ nhớ hoặc kết nối trực tiếp đến máy tính;
- Hiển thị được trạng thái đang đo và ngừng đo.

Hình 4.28. Giao diện phần mềm xử lý số liệu

Hình 4.21. Bộ xử lý dữ liệu và giao diện hiển thị

Các cổng vào: Gồm có 3 cổng vào: Giắc nguồn, giắc đo tín hiệu vận tốc góc bánh xe, giắc đo mức
đạp ga của người lái quy về cơ cấu chấp hành và vị trí cần ga bơm cao áp.
Các cổng ra: Các cổng này có chức năng truyền các dữ liệu đo từ các cảm biến về bộ lưu trữ và xử

lý dữ liệu trên thẻ nhớ và trên máy tính.
b) Phần mềm xử lý số liệu: Phần mềm có khả năng nhận dữ liệu từ thiết bị đo vận tốc góc của 4
bánh xe độc lập, mức ga người điều khiển quy về cơ cấu chấp hành, mức dịch chuyển cần bơm cao
áp, hiển thị đồ thị theo thời gian thực và lưu dưới dạng file.txt.
4.2.4 Trình tự và kết quả thực nghiệm
a. Thực nghiệm kiểm tra hoạt động của cơ cấu chấp hành
Bảng 1: Thực nghiệm kiểm tra hoạt động của cơ cấu chấp hành
Mục đích

Nội dung thực nghiệm

Đánh giá khả năng hoạt động Khi không điều khiển
của cơ cấu chấp hành
Khi có điều khiển

Mức dịch chuyển cần bơm cao áp khi không điều khiển

Nhận xét
Hoạt động của cơ cấu
chấp hành

Mức dịch chuyển cần bơm cao áp khi có điều khiển

Hình 4.29. Mức ga khi không điều khiển
Độ dịch chuyển của bàn đạp ga quy về vị trí lắp CCCH trùng khớp với mức dịch chuyển cần
bơm cao áp về quy luật tăng-giảm và giá trị mức ga. Như vậy, việc lắp đặt cơ cấu chấp hành không
làm ảnh hưởng đến khả năng điều khiển của người lái ô tô.
Khi có điều khiển: Đạp bàn đạp ga ở mức 100% sau đó điều khiển cơ cấu chấp hành, theo dõi sự
thay đổi mức dịch chuyển cần bơm cao áp và độ dịch chuyển của bàn đạp ga quy về CCCH khi
không có và khi có điều khiển cho kết quả như trên hình sau:

19


a. Độ dịch chuyển của bàn đạp ga quy về
b. Mức dịch chuyển cần bơm cao áp tương ứng
vị trí lắp CCCH
với tín hiệu điều khiển gửi đến CCCH
Hình 4.30. Mức ga khi có điều khiển

Khi có bộ điều khiển mức dịch chuyển cần bơm cao áp động cơ tăng và giảm theo mức ga
của người lái trừ đi mức ga điều khiển.
b.Thực nghiệm hoạt động của hệ thống điều khiển

Hình 4.31. Sơ đồ bố trí thí nghiệm

Bảng 4.6: Thực nghiệm hoạt động của hệ thống điều khiển
Nội dung thí nghiệm

Mục đích thí nghiệm

Thông số đo

TN1: Khởi hành trên nền xưởng công
Vận tốc góc các bánh xe,
Đánh giá hiệu quả điều
mức ga người lái và mức
TN2: Trên nền bê tông phẳng - bùn khiển của hệ thống
tải động cơ
sét (=0,22;  =0,024)

nghiệp, bôi mỡ (=0,11;  =0,018)

Kết quả thí nghiệm TN1:
+ Khi không có điều khiển hệ thống: Kết quả đo vận tốc góc các bánh xe và độ trượt của các bánh
xe chủ động trong trường hợp này được thể hiện trên các đồ thị Hình 4.37 và Hình 4.39

20


Hình 4.33 Vận tốc góc các bánh xe khi không
điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ

Hình 4.34. Độ trượt bánh xe chủ động khi không
điều khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ

Thời gian các bánh xe bị động đạt vận tốc 3 (rad/s) là 5,5s. Sau 5s (ở giây thứ 1146), độ
trượt thực tế sai khác với độ trượt mong muốn (  =30%) là 46% và vẫn chưa xác lập.
+ Khi có điều khiển hệ thống: Kết quả đo vận tốc góc các bánh xe và độ trượt của các bánh xe chủ
động trong trường hợp này được thể hiện trên các đồ thị sau:

Hình 4.35. Vận tốc góc các bánh xe khi có điều
khiển trên nền xưởng công nghiệp bôi mỡ

Hình 4.37. Độ trượt khi có điều khiển trên nền
xưởng công nghiệp bôi mỡ

Thời gian các bánh xe bị động đạt vận tốc 3 (rad/s) là 4,9s, điều đó cho thấy xe đã tăng tốc
nhanh hơn so với khi không có điều khiển. Khi bộ điều khiển hoạt động, sau 5s tác động độ trượt
bánh xe chủ động đã xác lập quanh giá trị 50% (tức là sai lệch so với độ trượt mong muốn là 20%.

21


Bảng 4.7: Tổng hợp các kết quả thí nghiệm TN1

Sai lệch giữa độ trƣợt thực tế
so với độ trƣợt mong muốn
(λ>30%) sau 5 giây

Thời gian các bánh xe bị động
đạt vận tốc 2 rad/s(s)

Không điều khiển

46%

5,5

Có điều khiển

20%

4,9

56,5%

10,9%

Trị số
Điều khiển

Mức độ cải thiện (%)
Kết quả thí nghiệm TN2:
+ Khi không có điều khiển hệ thống

1

lambda(x100%)

0.8
lambda thuc te

0.6
lambda mong uoc

0.4

0.2

0
1046

1047

1048

1049

1050 1051 1052
thoi gian (s)

1053

1054

1055

Hình 4.40. Độ trượt khi không có điều khiển trên
đường bê tông cứng có bùn sét

Hình 4.38. Vận tốc góc các bánh xe khi không có
điều khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét

Thời gian các bánh xe bị động đạt vận tốc 3 (rad/s) là 4,1s. Tổng thời gian có độ trượt lớn
(  >30%) là 6,8s.
+ Khi có điều khiển hệ thống: Kết quả đo vận tốc góc các bánh xe và mức tải động cơ trong trường
hợp này được thể hiện trên các đồ thị sau:
1

lambda(x100%)

0.8

lambda thuc te

0.6

lambda mong uoc

0.4

0.2

0

Hình 4.41. Vận tốc góc các bánh xe khi có điều
khiển trên đường bê tông cứng có bùn sét

91

92

93

94
95
thoi gian (s)

96

97

98

99

Hình 4.43. Độ trượt khi có điều khiển trên đường bê
tông cứng có bùn sét

Thời gian các bánh xe bị động đạt vận tốc 3(rad/s) là 2,4s, điều đó cho thấy xe đã tăng tốc

nhanh hơn so với khi không có điều khiển. Tổng thời gian có độ trượt lớn (  >30%) là 3,6s.
22


Bảng 4.8: Tổng hợp các kết quả thí nghiệm TN2.
Trị số

Tổng thời gian có độ trƣợt
(λ>30%) (s)

Thời gian các bánh xe bị
động đạt vận tốc 2 rad/s (s)

Không điều khiển

6,8

4,1

Có điều khiển

3,6

2,4

47,1%

41,5%

Điều khiển

Mức độ cải thiện (%)

Từ các kết quả của TN1 và TN2 cho thấy khi có tác động của bộ điều khiển đã thực hiện:
- Giảm được độ trượt của bánh xe chủ động và giảm tổng thời gian có độ trượt lớn.
- Giảm được thời gian bánh xe bị động (tương ứng với vận tốc xe) tăng tốc từ 0 đến 2 rad/s.
Độ trượt của bánh xe chủ động giảm và thời gian tăng tốc nhanh hơn sẽ làm tăng khả năng
khởi hành của ô tô trên các loại đường xấu và trơn trượt. Điều này cho thấy hiệu quả của bộ điều
khiển.
4.4 Kết luận chƣơng 4
Trong chương này, luận án đã tiến hành lắp đặt các cảm biến vận tốc góc bánh xe; thiết kế,
chế tạo và lắp đặt cụm cơ cấu chấp hành điều khiển mức tải động cơ.
Thực hiện thiết kế, chế tạo bộ điều khiển điện tử nhằm hạn chế hiện tượng trượt quay của
bánh xe chủ động. Luận án đã sử dụng thiết bị đo để phục vụ đo các thông số thực nghiệm phù hợp
với điều kiện thực tế của luận án.
Qua quá trình thực nghiệm, luận án tiến hành lắp đặt bộ điều khiển và cơ cấu chấp hành đã
chế tạo lên xe. Luận án thực hiện đo hành trình dịch chuyển của dây ga và vận tốc góc các bánh xe
khi không có điều khiển và có điều khiển nhằm đánh giá hoạt động của cơ cấu chấp hành cũng như
của cả hệ thống. Các kết quả thực nghiệm đã cho thấy hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động
mà luận án nghiên cứu chế tạo có khả năng giảm tổng thời gian có độ trượt lớn  >30% của bánh
xe chủ động và giảm được thời gian bánh xe bị động (tương ứng với vận tốc xe) tăng tốc lên 2rad/s.
Kết quả thực nghiệm cụ thể trên 2 loại đường nền công nghiệp bôi mỡ và nền bê tông cứng – bùn
sét cho thấy bộ điều khiển có khả năng giảm được (47,1÷ 56,5)% tổng thời gian có độ trượt lớn

 >30% của bánh xe chủ động và giảm được thời gian bánh xe bị động (tương ứng với vận tốc xe)
tăng tốc lên 2 rad/s từ (17,6÷ 46,7)%.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Điều khiển hạn chế trượt quay cho ô tô là cần thiết nhằm tăng khả năng di chuyển của xe
trên các đường xấu, trơn trượt. Trên thế giới, hệ thống này đã được lắp đặt nhiều cho các phương

tiện đi lại và vận chuyển hàng hóa, đặc biệt những phương tiện làm việc trong điều kiện khắc nghiệt
có hệ số bám giữa lốp và mặt đường rất thấp như vùng băng tuyết, đường bùn lầy, đường đá cấp
phối... Hệ thống này góp phần nâng cao tính năng an toàn, khả năng chuyển động và phát huy lực
kéo tại các bánh xe chủ động của ô tô góp phần tăng năng suất, vận tốc, tải trọng có ích, tăng tính
kinh tế, giảm cường độ làm việc cho người lái, giảm lượng nhiên liệu và giảm lượng khí thải độc
hại, độ an toàn cho người sử dụng. Việc nghiên cứu, chế tạo bộ điều khiển và tiến hành lắp ráp, thử
nghiệm thực tế nhằm hướng tới chế tạo hệ thống có khả năng hạn chế hiện tượng trượt quay bánh
xe và lắp trên các ô tô tải đang lưu hành, góp phần hiện đại hóa các nhà máy ô tô và phục vụ những
nghiên cứu trong đào tạo tại Việt Nam.

23