Luận án tiến sĩ 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 nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực ô tô tải, tập trung hạn chế hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động, nâng cao hiệu suất vận hành.

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

luận án tiến sĩ

2018

116
2
0

Phí lưu trữ

35 Point

Mục lục chi tiết

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Hiện tượng trượt quay bánh xe và cơ sở lý thuyết hạn chế hiện tượng trượt quay

1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước

1.3. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

1.3.1. Đối tượng nghiên cứu

1.3.2. Phạm vi nghiên cứu

1.4. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu

1.4.2. Phương pháp nghiên cứu

1.5. Nội dung nghiên cứu

1.6. Kết luận chương 1

2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ

2.1. Xây dựng mô hình mô phỏng

2.1.1. Xây dựng đặc tính tốc độ động cơ diezen

2.1.2. Mô tả hệ thống truyền lực

2.1.3. Mô hình mô phỏng bánh xe

2.1.4. Mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của xe

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 đường có hệ số bám thấp và cao

2.2.2. Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô trên các đường xấu có hệ số bám thấp

2.3. Kết luận chương 2

3. CHƯƠNG 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

3.2. Bộ điều khiển và phương pháp xác định tham số điều khiển

3.3. Mô phỏng hoạt động của hệ thống khi có bộ điều khiển

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

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

3.4. Nghiên cứu xác định vùng điều khiển có hiệu quả trên đường khác nhau

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

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)

3.5. Kết luận chương 3

4. CHƯƠNG 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

4.1.2. Cơ cấu chấp hành

4.1.3. Bộ điều khiển

4.2. Thực nghiệm hệ thống

4.2.1. Mục đích và phương pháp thực nghiệm

4.2.2. Đối tượng thực nghiệm

4.2.3. Thiết bị thử nghiệm

4.2.4. Trình tự và kết quả thực nghiệm

4.3. Kết luận chương 4

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN

Tóm tắt

I. Hệ thống động lực ô tô tải

Hệ thống động lực ô tô tải là một trong những yếu tố quan trọng quyết định hiệu suất và khả năng vận hành của xe. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích cấu trúc và hoạt động của hệ thống động lực, đặc biệt là các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng trượt quay bánh xe. Hệ thống động lực bao gồm động cơ, hệ thống truyền lực, và các cơ cấu điều khiển. Việc hiểu rõ các thành phần này giúp đề xuất các giải pháp hạn chế trượt quay hiệu quả.

1.1. Động lực học ô tô tải

Động lực học ô tô tải là nền tảng để phân tích các lực tác động lên xe trong quá trình vận hành. Các yếu tố như lực kéo, lực cản, và hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường đóng vai trò quan trọng trong việc xác định hiện tượng trượt quay bánh xe. Nghiên cứu này sử dụng các mô hình toán học để mô phỏng và dự đoán hành vi của xe trong các điều kiện vận hành khác nhau.

1.2. Hệ thống truyền lực

Hệ thống truyền lực là cầu nối giữa động cơ và bánh xe, đảm bảo truyền lực kéo một cách hiệu quả. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa hệ thống truyền lực để giảm thiểu hiện tượng trượt quay bánh xe. Các giải pháp như điều chỉnh tỷ số truyền và sử dụng các cơ cấu chấp hành thông minh được đề xuất để nâng cao hiệu suất của hệ thống.

II. Điều khiển hệ thống động lực

Điều khiển hệ thống động lực là một trong những giải pháp chính để hạn chế trượt quay bánh xe. Nghiên cứu này đề xuất các phương pháp điều khiển hiện đại như sử dụng hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS)hệ thống phanh chống trượt (ABS). Các hệ thống này hoạt động dựa trên việc giám sát liên tục tốc độ bánh xe và điều chỉnh lực kéo hoặc lực phanh để duy trì độ bám đường tối ưu.

2.1. Hệ thống kiểm soát lực kéo

Hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS) là một công nghệ tiên tiến giúp ngăn chặn hiện tượng trượt quay bánh xe bằng cách điều chỉnh mô-men xoắn của động cơ. Nghiên cứu này phân tích các thuật toán điều khiển TCS và đề xuất các cải tiến để tăng hiệu quả của hệ thống trong các điều kiện đường xá khác nhau.

2.2. Hệ thống phanh chống trượt

Hệ thống phanh chống trượt (ABS) là một giải pháp quan trọng để kiểm soát trượt bánh xe trong quá trình phanh. Nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa hoạt động của ABS để đảm bảo an toàn và ổn định cho xe trong các tình huống khẩn cấp.

III. Hạn chế trượt quay bánh xe

Hạn chế trượt quay bánh xe là mục tiêu chính của nghiên cứu này. Hiện tượng trượt quay bánh xe không chỉ làm giảm hiệu suất vận hành mà còn gây nguy hiểm cho người lái. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp kỹ thuật như sử dụng công nghệ điều khiển ô tô tiên tiến và tối ưu hóa hiệu suất ô tô tải để giảm thiểu tình trạng này.

3.1. Công nghệ điều khiển ô tô

Công nghệ điều khiển ô tô đóng vai trò quan trọng trong việc hạn chế trượt quay bánh xe. Nghiên cứu này phân tích các công nghệ hiện đại như điều khiển điện tử (ECU) và các thuật toán điều khiển thông minh để nâng cao khả năng kiểm soát của hệ thống động lực.

3.2. Tối ưu hóa hiệu suất ô tô tải

Tối ưu hóa hiệu suất ô tô tải là một trong những giải pháp để giảm thiểu hiện tượng trượt quay bánh xe. Nghiên cứu này đề xuất các phương pháp như điều chỉnh tải trọng, cải thiện hệ thống treo, và sử dụng các vật liệu nhẹ để nâng cao hiệu suất tổng thể của xe.

01/03/2025
Luận án tiến sĩ nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực của ô tô tải nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung luận án đƣợc trình bày trong bốn chƣơng: CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2 Trình bày tổng hợp các nghiên cứu về điều khiển hạn chế hiện tƣợng trƣợt quay trên thế giới và tình hình nghiên cứu trong nƣớc qua đó xác định giải pháp nghiên cứu phù hợp với điều kiện thực tế của đề tài. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ Xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô có tính đến mô hình động cơ. Thực nghiệm đặc tính cục bộ, đặc tính ngoài và mô hình bộ điều tốc.

Thực hiện khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô trên đƣờng có hệ số bám khác nhau với các mức tải động cơ khác nhau. XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Đề xuất cấu trúc của hệ thống, lựa chọn và xác định các thông số của bộ điều khiển. Khảo sát vùng làm việc hiệu quả của hệ thống tƣơng ứng trên các loại đƣờng xấu khác nhau. THIẾT KẾ CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG Trình bày các bƣớc thiết kế chế tạo và lắp đặt các cảm biến, cơ cấu chấp hành và bộ điều khiển điện tử.

Tiến hành thực nghiệm hiệu quả làm việc của hệ thống. Phần kết luận và kiến nghị: Đánh giá các kết quả của luận án, đề xuất hƣớng nghiên cứu phát triển tiếp theo để từng bƣớc hoàn thiện hệ thống hạn chế trƣợt quay bánh xe chủ động. Các kết quả nghiên cứu mới của luận án Luận án trình bày các kết quả nghiên cứu mới sau: - 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 trƣợt quay bánh xe bằng phƣơng pháp điều khiển công suất động cơ.

- Các kết quả mô phỏng lý thuyết hoạt động của hệ thống hạn chế trƣợt quay bánh xe. - Mẫu bộ điều khiển và cơ cấu chấp hành (chế tạo thử nghiệm lần đầu) của hệ thống hạn chế trƣợt quay bánh xe chủ động. 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các hệ thống an toàn trên ô tô ngày càng phát triển hoàn thiện về kết cấu và quá trình điều khiển. Các hệ thống này có vai trò hỗ trợ tích cực cho ngƣời điều khiển ô tô hiệu quả và an toàn.

Hệ thống hạn chế trƣợt quay bánh xe chủ động của ô tô có vai trò hỗ trợ ngƣời lái điều khiển xe vƣợt qua những đoạn đƣờng xấu trơn trƣợt. Trong chƣơng này, luận án sẽ tìm hiểu tình hình các nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam, từ đó đề xuất phạm vi, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu.1 Hiện tƣợng trƣợt quay bánh xe và cơ sở lý thuyết hạn chế hiện tƣợng trƣợt quay Hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động: Hiện tƣợng trƣợt quay xẩy ra với các bánh xe chủ động là do sự biến dạng tiếp tuyến của lốp theo chiều ngƣợc với chiều quay của bánh xe và biến dạng tiếp tuyến của mặt đƣờng theo chiều ngƣợc với chiều chuyển động của ô tô. Kết quả của các biến dạng đó làm mất vận tốc của ô tô. Tại vùng tiếp xúc, lốp xe dịch chuyển tƣơng đối với mặt đƣờng theo chiều ngƣợc với chiều chuyển động của ô tô.

Từ hai nguyên nhân trên cho thấy hiện tƣợng trƣợt quay của bánh xe chủ động luôn tồn tại. Trong trƣờng hợp không đủ bám, bánh xe chủ động sẽ bị trƣợt quay hoàn toàn. Hiện tƣợng trƣợt quay bánh xe chủ động gây ảnh hƣởng xấu đến tính năng động lực học, tính ổn định hƣớng chuyển động, gây tổn hao nhiên liệu và hao mòn lốp của ô tô. Khi chuyển động, độ trƣợt λ của bánh xe chủ động có thể xác định theo vận tốc ô tô vx, vận tốc góc của các bánh xe chủ động và bán kính bánh xe.

Khi xe chuyển động trên đƣờng thẳng với vận tốc vx, độ trƣợt (quay) của bánh xe có thể xác định theo công thức:[55] v v v   l x .1) vl vl Trong đó: vl là vận tốc tiếp tuyến của bánh xe chủ động: Vận tốc tiếp tuyến của bánh xe chủ động vl đƣợc xác định theo công thức sau: vl  s .2) là vận tốc góc của bánh xe chủ động; rd là bán kính động lực học của bánh xe. Từ đó, độ trƣợt (quay) của bánh xe có thể xác định từ vận tốc góc bánh xe chủ động và vận tốc chuyển động của ô tô vx nhƣ sau: s .rd Cơ sở lý thuyết hạn chế trượt quay: Trong quá trình chuyển động, giả thiết không xét đến lực ngang và các mô men do góc đặt bánh xe gây nên. 4 Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động đƣợc thể hiện trên Hình 1.1 nhƣ sau [26]: Mfs : Mô men cản lăn trên bánh xe chủ động; Fxs: Tổng hợp phản lực dọc do mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe chủ động; Mx: Mô men chủ động (truyền từ động cơ); Fzs: Phản lực pháp tuyến của mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe. Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động Tổng hợp phản lực dọc do mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe chủ động phụ thuộc vào độ trƣợt của bánh xe và đƣợc xác định nhƣ sau: Fxs  Fzs .5) Trong đó : Fzs: Phản lực thẳng đứng của mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe chủ động;  x (s ) : Hàm biểu diễn quan hệ giữa hệ số bám dọc (tức thời) theo độ trƣợt.

Lực kéo lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám giữa bánh xe và mặt đƣờng, đƣợc đặc trƣng bởi hệ số bám xmax thông qua mối quan hệ sau: Fxs max  F max  Gbs .6) Mô men kéo đƣợc xác định nhƣ sau: M x  Fxs .7) Mô men kéo lớn nhất bị hạn chế bởi điều kiện bám và giá trị lớn nhất của nó bằng mô men bám cực đại M  max : M max  Fx max .8) Trong đó:  x max : Hệ số bám dọc cực đại; Fφmax: Lực bám dọc cực đại.itl Khi mô men của động cơ truyền đến bánh xe chủ động nhỏ hơn M  max , mô 2 men kéo bánh xe đƣợc xác định theo công thức (1.7) và bánh xe chỉ bị trƣợt với độ trƣợt nhỏ do sự biến dạng của lốp với mặt đƣờng. 5 Khi mô men của động cơ truyền đến bánh xe lớn hơn mô men bám cực đại ( M e .itl  M  max ) bánh xe sẽ bị trƣợt quay đến mức gây hại. 2 Hệ số bám dọc, hệ số bám ngang giữa bánh xe và mặt đƣờng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tình trạng mặt đƣờng, kiểu lốp, chất lƣợng lốp, nhiệt độ, vận tốc, độ trƣợt. Quy luật điển hình giữa hệ số bám dọc, hệ số bám ngang và độ trƣợt của bánh xe đƣợc thể hiện trên Hình 1.

Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe. Với φx và φy là hệ số bám dọc và hệ số bám ngang của bánh xe. Nhiều nghiên cứu cho thấy khi độ trƣợt nằm trong khoảng 10% - 30% thì hệ số bám theo phƣơng dọc φx lớn và đạt giá trị lớn nhất [3]; [7]; [18]; [38] trong khi đó hệ số bám ngang đang có xu hƣớng giảm nhƣng vẫn ở giá trị cao. Vƣợt ra ngoài khoảng này các hệ số bám dọc và bám ngang đều giảm nhanh chóng, nhƣ vậy lực bám giữa lốp và đƣờng cũng giảm.

Dựa vào tín hiệu độ trƣợt λ thu đƣợc, cần điều khiển lực phanh tác động vào bánh xe bị trƣợt hoặc cơ cấu điều khiển mô men. Mục tiêu của hệ thống hạn chế trƣợt quay là điều khiển mô men truyền đến bánh xe chủ động vừa đủ để bánh xe làm việc trong vùng có mô men bám lớn qua đó giúp ô tô có thể chuyển động. Để tận dụng tối đa khả năng bám, độ trƣợt (λ) cần thay đổi trong phạm vi hẹp quanh giá trị trƣợt tối ƣu (10-30)%, tại đó mô men bánh xe cần đƣợc giảm một lƣợng nhất định để lực kéo (Fx) đạt giá trị cực đại, đồng thời cải thiện tính ổn định và tính dẫn hƣớng của ô tô [6];[15]. Trên thực tế, khi hiện tƣợng trƣợt quay xảy ra ngƣời lái xe khó cảm nhận đƣợc tình trạng trƣợt quay cụ thể của bánh xe chủ động.

Điều này có thể dẫn đến việc điều khiển xe không hợp lý làm xe vẫn trƣợt hoặc trƣợt dữ dội hơn. Có nhiều giải pháp để hạn chế hiện tƣợng trƣợt quay của bánh xe chủ động nhƣ: điều khiển giảm công suất động cơ, tạo mô men phanh tại các bánh xe một cách thích hợp hoặc kết hợp điều khiển giảm công suất động cơ và tạo mô men hợp lý tại các bánh xe. 6 Các giải pháp này sẽ đƣợc trình bày r hơn trong phần tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống hạn chế hiện tƣợng trƣợt quay. Có thể kể đến các công trình nghiên cứu nổi trội nhƣ sau: - Năm 1989, hai tác giả ngƣời Mỹ là Michael H.Quinn và Paul H.

Quinn [42] đã sử dụng bột đá cẩm thạch đƣợc nằm trong một thùng chứa hình phễu (số 8 trên Hình 1.3) đặt ở gần bánh xe. Hệ thống hoạt động nhờ một solenoid điều khiển nắp 6 đóng mở qua một công tắc (số 1 trên Hình 1.3) trên vôlăng. Trong những điều kiện đƣờng trơn trƣợt, băng tuyết ngƣời lái ô tô có thể ấn công tắc kích hoạt hệ thống hoạt động, bột đá sẽ làm thay đổi hệ số bám của đƣờng và qua đó làm tăng lực bám giữa bánh xe và mặt đƣờng nhƣ Hình 1. Hệ thống tuy đơn giản nhƣng khó có thể ứng dụng vào trong thực tế vì không thể bố trí đƣợc thùng đựng bột đá gần với bánh xe, hơn thế phƣơng pháp này mang lại hiệu quả không cao, không điều khiển đƣợc lực bám phù hợp với từng bánh xe và dẫn tới ô tô mất ổn định.

Hệ thống hạn chế trượt bằng phương pháp thay đổi độ bám đường - Renpei Matsumoto đã công bố công trình nghiên cứu “Kiểm soát lực kéo để ngăn trƣợt ô tô trên đƣờng cong và khi quay vòng” năm 1990 [46]. Nghiên cứu sử dụng các cảm biến: vận tốc xe (vehicle speed sensor), vận tốc góc các bánh xe, góc đánh lái, trạng thái lốp, gia tốc xe từ đó điều khiển mô tơ bƣớm ga (số 40 trên Hình 1.4) và cơ cấu phanh trong trƣờng hợp phát hiện sự trƣợt quay của bánh xe.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Tài liệu "Nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực ô tô tải để hạn chế trượt quay bánh xe" tập trung vào việc phân tích và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm kiểm soát hiệu quả hệ thống động lực của xe tải, đặc biệt là trong việc hạn chế hiện tượng trượt quay bánh xe. Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện độ an toàn và hiệu suất vận hành của xe tải mà còn góp phần tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu hao mòn lốp. Đây là một tài liệu hữu ích cho các kỹ sư cơ khí, nhà nghiên cứu và những người quan tâm đến công nghệ ô tô.

Để mở rộng kiến thức về các nghiên cứu liên quan, bạn có thể tham khảo 2 tóm tắt luận án tiến sĩ tiếng việt ncs nguyễn khắc tấn, cung cấp cái nhìn tổng quan về các công trình nghiên cứu chuyên sâu trong lĩnh vực kỹ thuật. Ngoài ra, Luận văn đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả áp dụng cũng là một tài liệu đáng chú ý, giúp bạn hiểu rõ hơn về các phương pháp tối ưu hóa trong nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn.

Nếu bạn quan tâm đến các vấn đề liên quan đến công nghệ và kỹ thuật, đừng bỏ qua Luận văn thạc sĩ xây dựng thuật toán trích xuất số phách trên phiếu trả lời trắc nghiệm của trường đại học phan thiết, một nghiên cứu thú vị về ứng dụng thuật toán trong thực tiễn.