Luận án tiến sĩ về hệ thống lái steer by wire điện tử thủy lực

• Tác giả: Nguyễn Xuân Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS TS. Nguyễn Văn Bang
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Lái Steer By Wire Điện Tử - Thủy Lực
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.2. Hệ thống lái với vấn đề quay vòng và ổn định hướng chuyển động ô tô
• 1.3. Hệ thống lái Steer by wire (SBW)
• 1.3.1. Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống lái SBW
• 1.3.2. Chuyển đổi từ hệ thống lái thông thường sang hệ thống lái SBW
• 1.4. Các nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.4.1. Các nghiên cứu trong nước
• 1.4.2. Các nghiên cứu ngoài nước
• 1.5. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận án
• 1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.5.2. Nội dung nghiên cứu
• 1.5.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Kết luận chương
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG LÁI SBW ĐIỆN TỬ - THỦY LỰC
• 2.1. Xây dựng mô hình động lực học hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực
• 2.1.1. Các giả thiết xây dựng mô hình
• 2.1.2. Hệ thống trợ lực thủy lực
• 2.1.3. Động cơ điện một chiều
• 2.1.4. Cụm bánh xe dẫn hướng
• 2.1.5. Bộ chấp hành dẫn hướng
• 2.1.6. Mô hình động lực học đổi hướng chuyển động ô tô
• 2.1.7. Bộ phận điện tử
• 2.2. Xây dựng sơ đồ khối mô phỏng động lực học hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực
• 2.2.1. Sơ đồ khối mô phỏng động lực học vành tay lái
• 2.2.2. Sơ đồ khối động lực học bộ chấp hành dẫn hướng
• 2.3. Kết luận chương
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG LÁI SBW ĐIỆN TỬ - THỦY LỰC
• 3.1. Tổng quan về điều khiển
• 3.1.1. Bộ điều khiển PID
• 3.1.2. Điều khiển LQR
• 3.1.3. Bộ điều khiển trượt (SMC)
• 3.2. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực bằng phương pháp điều khiển SMC
• 3.2.1. Thiết kế bộ điều khiển chấp hành dẫn hướng
• 3.2.2. Thiết kế bộ điều khiển tạo cảm giác lái
• 3.3. Mô phỏng hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực
• 3.3.1. Sơ đồ khối mô phỏng hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực
• 3.3.2. Mô phỏng vành lái
• 3.3.3. Mô phỏng bộ chấp hành dẫn hướng
• 3.3.4. Mô phỏng đổi hướng chuyển động ô tô
• 3.4. Kết luận chương
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
• 4.1. Mục đích và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
• 4.1.1. Mục đích thực nghiệm
• 4.1.2. Phương pháp thực nghiệm
• 4.2. Nghiên cứu thực nghiệm trên ô tô với hệ thống lái trợ lực thủy lực
• 4.2.1. Các bước chuẩn bị thực nghiệm
• 4.2.2. Phương pháp thực hiện
• 4.2.3. Kết quả thực nghiệm
• 4.3. Chuyển đổi hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực
• 4.3.1. Khảo sát, đo đạc các thông số trên xe ô tô tải HINO 300Series
• 4.3.2. Chuyển đổi cụm vành lái tái tạo cảm giác
• 4.3.3. Chuyển đổi cụm chấp hành dẫn hướng
• 4.3.4. Tính toán, kiểm nghiệm các thông số làm việc của hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực trên xe ô tô HINO 300Series
• 4.3.5. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống lái
• 4.3.6. Lắp đặt lên xe và vận hành thử
• 4.3.7. Hiển thị kết quả và lưu trữ dữ liệu
• 4.4. Nghiên cứu thực nghiệm trên ô tô với hệ thống lái SBW điện tử - thủy lực
• 4.4.1. Các bước chuẩn bị thực nghiệm
• 4.4.2. Phương pháp thực hiện
• 4.4.3. Kết quả thực nghiệm
• 4.5. Kiểm chứng mô hình lý thuyết với thực nghiệm và đánh giá kết quả
• 4.6. Kết luận chương
• KẾT LUẬN CHUNG
• NHỮNG KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC II
• PHỤ LỤC III

I. Tổng quan về hệ thống lái

Hệ thống lái là một phần quan trọng trong cấu trúc của ô tô, có chức năng điều khiển hướng di chuyển và đảm bảo sự ổn định khi xe vận hành. Hệ thống lái truyền thống sử dụng cơ cấu cơ khí để truyền động từ vành lái đến bánh xe. Tuy nhiên, với sự phát triển của công nghệ, steer by wire (SBW) đã ra đời, cho phép loại bỏ các bộ phận cơ khí, thay thế bằng các cảm biến và động cơ điện. Điều này không chỉ giúp giảm trọng lượng mà còn nâng cao độ chính xác và khả năng điều khiển của xe. Theo nghiên cứu, việc chuyển đổi từ hệ thống lái thông thường sang hệ thống lái điện tử thủy lực mang lại nhiều lợi ích, bao gồm cải thiện hiệu suất và tăng cường tính an toàn cho người lái.

1.1 Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống lái SBW

Hệ thống lái SBW có nhiều đặc điểm nổi bật, bao gồm khả năng tự động hóa và điều khiển từ xa. Công nghệ lái xe này sử dụng các cảm biến để thu thập thông tin về góc quay và tốc độ của xe, từ đó điều chỉnh lực lái một cách chính xác. Hệ thống này cũng cho phép tích hợp các tính năng như tự động hóa và cảm biến lái, giúp người lái có trải nghiệm tốt hơn. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng cảm biến lái trong hệ thống SBW không chỉ nâng cao tính năng an toàn mà còn cải thiện khả năng phản hồi của xe trong các tình huống khẩn cấp.

1.2 Chuyển đổi từ hệ thống lái thông thường sang hệ thống lái SBW

Quá trình chuyển đổi từ hệ thống lái truyền thống sang hệ thống lái SBW đòi hỏi sự nghiên cứu kỹ lưỡng về động lực học và điều khiển. Việc này bao gồm việc thiết kế lại các bộ phận như bộ chấp hành dẫn hướng và bộ điều khiển điện tử. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc chuyển đổi này không chỉ giúp giảm thiểu sự phức tạp trong cấu trúc mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của xe. Hệ thống SBW cho phép điều chỉnh lực lái một cách linh hoạt, phù hợp với từng điều kiện vận hành, từ đó cải thiện trải nghiệm lái xe.

II. Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm là một phần quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của hệ thống lái SBW. Các thí nghiệm được thực hiện trên xe tải HINO 300Series, nhằm kiểm tra tính khả thi và hiệu suất của hệ thống lái điện tử - thủy lực. Các phương pháp thực nghiệm bao gồm việc đo đạc các thông số kỹ thuật và đánh giá hiệu suất lái trong các điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy rằng hệ thống SBW không chỉ đáp ứng được yêu cầu về an toàn mà còn cải thiện đáng kể khả năng điều khiển của xe. Việc sử dụng cảm biến lái và bộ điều khiển điện tử đã giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển, mang lại trải nghiệm lái xe tốt hơn.

2.1 Mục đích và phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Mục đích của nghiên cứu thực nghiệm là để xác định hiệu suất và tính khả thi của hệ thống lái SBW trên xe tải HINO 300Series. Phương pháp nghiên cứu bao gồm việc thực hiện các bài kiểm tra trên đường thực tế, đo đạc các thông số như góc quay, lực tác động và phản hồi của hệ thống. Kết quả thu được sẽ được so sánh với các thông số lý thuyết để đánh giá độ chính xác và hiệu quả của hệ thống. Nghiên cứu này không chỉ cung cấp thông tin quý giá cho việc phát triển công nghệ lái xe mà còn mở ra hướng đi mới cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này.

2.2 Kết quả thực nghiệm

Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng hệ thống lái SBW hoạt động ổn định và hiệu quả trong các điều kiện khác nhau. Các thông số đo được cho thấy sự cải thiện rõ rệt về khả năng phản hồi và độ chính xác của hệ thống lái. Việc sử dụng động cơ điện và bộ điều khiển điện tử đã giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển, mang lại trải nghiệm lái xe tốt hơn. Các dữ liệu thu thập được từ thực nghiệm sẽ là cơ sở để tiếp tục nghiên cứu và phát triển công nghệ lái xe trong tương lai.