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

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 qua18

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.

pdf27 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 341 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực của ô tô tải nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
   . .ft bt dM G f r . .fs bs dM G f r . . 2 e tl LH x M i k M  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 Thông số mô phỏng Mục đích 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. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 2 V (m /s ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0.5 1 a (m /s 2 ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0.5 1 la m b d a (x 1 0 0 % ) Thoi gian(s) phi=0,3 phi=0,8 Hình 2.20. Gia tốc ô tô, vận tốc ô tô và độ trượt bánh xe tại mức tải 40% 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 2 3 V (m /s ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0.5 1 a (m /s 2 ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0.5 1 la m b d a (x 1 0 0 % ) Thoi gian(s) phi=0,3 phi=0,8 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 8 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. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 V ( m /s ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.5 1 a ( m /s 2 ) Pin10% Pin20% Pin30% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.5 1 la m b d a ( x 1 0 0 % ) Thoi gian(s) 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% 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% 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%) là không tốt cho quá trình tăng tốc của ô tô. 9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 20 40 60 80 1000 5 10 15 20 25 30 muc chan ga(%)he so bam th oi g ia n co d o tr uo t > 0 ,3 (s ) 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. 10 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. in nl dkP P P  (3.1) 1.Động cơ 2. Ly hợp 3. Hộp số 4. Các đăng 5. Cầu chủ động 6. Bán trục 7. Bánh chủ động trái 8. Bánh chủ động phải 9. Bánh bị động phải 10. Bánh bị động trái 11. Cảm biến vận tốc góc bánh xe 12. Bơm cao áp dãy 13. Dây ga 14. Cơ cấu chấp hành 15. Bàn đạp ga 16. Bộ điều khiển 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: 0 ( ) (t) ( ) (t) t P I D d u t k e k e d k e dt     (3.3) 11 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 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: 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 0.5 1 la m b d a( x1 00 % ) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -1 -0.5 0 P d k( x1 00 % ) Thoi gian(s) PI PID P PID PI lambda mong uoc P 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 12 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 Thông số mô phỏng Mục đích 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 3.3.1 Kết quả mô phỏng quá trình khởi hành ở tay số 1, xe đầy tải (PA3) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 2 3 v ( m /s ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0.5 1 a ( m /s 2 ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0.5 1 la m b d a ( x 1 0 0 % ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 50 100 m u c t a i( % ) thoi gian(s) kdk codk 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 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 2 3 v ( m /s ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0.5 1 a ( m /s 2 ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0.5 1 la m b d a ( x 1 0 0 % ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 50 100 m u c t a i( % ) thoi gian(s) codk kdk 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 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: 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 2 4 6 8 10 12 muc ga nguoi lai (%) t h o i g ia n ( s ) ko dk co dk Hình 3.13. Tổng thời gian có (λ>30%) trên đường φ=0,3 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 2 4 6 8 10 muc ga nguoi lai (%) th o i g ia n ( s ) ko dk co dk Hình 3.14. Tổng thời gian có (λ>30%) trên đường φ=0,35 13 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 3 4 5 6 7 8 muc ga nguoi lai (%) th o i g ia n ( s ) ko dk co dk Hình 3.15. Thời gian đạt vận tốc v=1(m/s) trên đường φ=0,3 20 30 40 50 60 70 80 90 100 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 muc ga nguoi lai (%) th o i g ia n ( s ) ko dk co dk 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. 3.3.2 Kết quả mô phỏng quá trình khởi hành ở tay số 2, xe không tải (PA4) 0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 4 5 v ( m /s ) 0 5 10 15 20 25 0 0.25 0.5 a ( m /s 2 ) 0 5 10 15 20 25 0 0.5 1 la m b d a ( x 1 0 0 % ) 0 5 10 15 20 25 0 50 100 m u c t a i% thoi gian(s) kdk codk 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 0 5 10 15 20 25 0 1 2 3 4 5 v ( m /s ) 0 5 10 15 20 25 0 0.5 a ( m /s 2 ) 0 5 10 15 20 25 0 0.5 1 la m b d a ( x 1 0 0 % ) 0 5 10 15 20 25 0 50 100 m u c t a i% thoi gian(s) kdk codk 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 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: 14 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 4 8 12 16 20 24 muc ga (%) th o i g ia n ( s ) ko dk co dk Hình 3.20. Tổng thời gian có (λ>30%) trên đường φ=0,3 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 4 8 12 muc ga nguoi lai (%) th o i g ia n ( s ) ko dk co dk Hình 3.21.Tổng thời gian có (λ>30%) trên đường φ=0,35 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 8 10 12 14 16 18 20 muc ga nguoi lai (%) th o i g ia n ( s ) ko dk co dk Hình 3.22.Thời gian đạt vận tốc (v=3m/s) trên đường φ=0,3 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 6 7 8 9 10 11 muc ga nguoi lai (%) th o i g ia n ( s ) ko dk co dk Hình 3.23.Thời gian đạt vận tốc (v=3m/s) trên đường φ=0,35 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) 15 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. 0 5 10 15 0 2 4 v ( m /s ) 0 5 10 15 0 0.5 1 a ( m /s 2 ) phi=0,1 phi=0,2 phi=0,4 0 5 10 15 0 0.5 1 la m b d a ( x 1 0 0 % ) 0 5 10 15 0 50 100 m u c t a i( % ) 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 0 5 10 15 0 2 4 v ( m /s ) 0 5 10 15 0 0.5 1 a ( m /s 2 ) f=0,05 f=0,1 0 5 10 15 0 0.5 1 la m b d a ( x 1 0 0 % ) 0 5 10 15 0 50 100 m u c t a i( % ) Thoigian(s) 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. 16 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 0,35 0,4 0,45 0,5 0,55 vùng điều khiển không có hiệu quả vùng không cần điều khiển 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 φ 17 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 18 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: 19 - 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 4.21. Bộ xử lý dữ liệu và giao diện hiển thị Hình 4.28. Giao diện phần mềm xử lý số liệu 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

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftom_tat_luan_an_nghien_cuu_dieu_khien_he_thong_dong_luc_cua.pdf
Tài liệu liên quan