Tóm tắt Luận án Nghiên cứu điều khiển tỷ số truyền hệ thống lái nhằm tăng ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô

Chế tạo bộ điều khiển mô tơ của hệ thống lái tích cực

a. Khái quát về bộ điều khiển lái tích cực

Bộ điều khiển hệ thống lái tích cực

(AFS) được nghiên cứu chế tạo bố trí trên

mô hình hệ thống (Hình 4.6), có chức năng

chính là điều khiển mô tơ của hệ thống lái

tích cực. Nó bao gồm các bộ phận sau:

Khối chuyển đổi điện áp, khối phân tích

các cảm biến và tín hiệu điều khiển, khối

điều khiển mô tơ nguồn điện và chương

trình matlab tạo thành bộ điều khiển hệ

thống lái tích cực AFS.

1- Nguồn cung cấp cho vi xử lý; 2- Bộ phận

chuyển đổi DC - DC cách ly, chống nhiễu;

3- Bộ vi xử lý đọc cảm biến (có tích hợp

mạch giao tiếp với máy tính); 4- Bộ vi xử lý xử lý các giá trị và điều khiển mô tơ; 5-

Mạch lọc tín hiệu đầu vào chống nhiễu; 6- Driver LoadCell; 7- Nguồn cung cấp cho

mạch khiển mô tơ; 8- Mạch điều khiển mô tơ; 9- Tản nhiệt; 10- Mạch điều khiển

chốt mô tơ.

Dựa trên sơ đồ mạch nguyên lý mô tả trên,

tác giả đã chế tạo mạch điều khiển mô tơ của hệ

thống lái tích cực (ECU - VGRS) gồm 4 khối

chính là: Khối chuyển đổi điện áp - cấp nguồn,

khối đọc các giá trị cảm biến, khối điều khiển

mô tơ và khối điều khiển khóa mô tơ (Hình 4.7).

Board mạch điều khiển động cơ một chiều

không chổi than với dãi điện áp 12-48V DC với

đầu vào là chiều quay và tín hiệu điều chế độ rộng xung từ vi điều khiển. Với cơ chế trên,

board mạch sẽ nhận chiều quay thì dữ liệu chiều quay đưa vào và tín hiệu điều chế xung

Hình 4.6. Hộp điều khiển hệ thống lái tích cực

Hình 4.7. Mạch điều khiển mô tơ

một chiều không chổi than19

để phát xung điều khiển mô tơ quay với tốc độ và chiều quay tương ứng như phương

pháp điều khiển.

pdf27 trang | Chia sẻ: trungkhoi17 | Lượt xem: 418 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Nghiên cứu điều khiển tỷ số truyền hệ thống lái nhằm tăng ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
   (2.3) Các phương trình 2.1 - 2.3 được sử dụng để khảo sát chuyển động của ô tô khi quay vòng và khi chịu tác dụng của lực ngang. Để có thể khảo sát, cần phải xác định được các phản lực Fy từ mặt đường lên các bánh xe. Hình 2.1. Mô hình chuyển động của ô tô trong mặt phẳng 5 2.1.2. Mô hình động lực học của bánh xe đàn hồi Bánh xe trực tiếp tương tác với mặt đường để tạo ra các trạng thái chuyển động của ô tô theo tín hiệu điều khiển của người lái, do đó bánh xe ảnh hưởng lớn đến các tính chất động lực học của ô tô. Mô hình này nhằm xác định giá trị của phản lực ngang  yF  dựa vào góc lệch bên i của lốp. Hình 2.2 [45] là mô hình chuyển động bánh xe, trong đó vxi là vận tốc dọc của bánh xe, vyi là vận tốc ngang của bánh xe, vi là tổng hợp vận tốc của bánh xe và βi là góc hợp bởi phương vận tốc vi và phương chuyển động của thân xe. Ở đây các lực tác dụng từ mặt đường lên bánh xe bao gồm: phản lực thẳng đứng Fzi, phản lực ngang Fyi, phản lực dọc Fxi. để xác định quỹ đạo chuyển động của ô tô khi chuyển động ổn định cần xác định được các phản lực ngang Fyi, trong đó các lực này được xác định thông qua các góc lệch bên của bánh xe. 2.1.3. Mô hình xác định tải trọng tác dụng lên các bánh xe Sử dụng mô hình chuyển động của ô tô trong không gian để xác định tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe như hình 2.3. Từ hình vẽ ta thấy, các ngoại lực gây ra tải trọng thẳng đứng ở các bánh xe bao gồm: Trọng lượng bản thân của xe G, lực cản không khí Fwx, lực gió ngang Fwy, lực quán tính tiếp tuyến ttF mv , lực quán tính ly tâm  ltF mv    . Các lực quán tính đặt tại trọng tâm ô tô, có chiều cao so với mặt đường là hg. Lực cản không khí và lực gió ngang đặt tại tâm hình học của tiết diện ô tô theo phương ngang cách mặt đất hwx và theo phương dọc cách mặt đất hwy. Sử dụng các phương trình cân bằng mô men, xác định được phản lực tại các bánh xe theo công thức sau: Hình 2.2. Các lực tác dụng từ mặt đường lên bánh xe [45] Hình 2.3. Mô hình xác định tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe 6           2 1 1 2 1 2 1 1 sin cos 2 2 2 cos sin 2 2 2 2 wy g z wy g g gwx wx wx wy h ha F G F mv mv L b b b b h h hh F mv mv F F L L a b                         (2.4)           2 2 1 2 1 2 1 2 sin cos 2 2 2 cos sin 2 2 2 2 wy g z wy g g gwx wx wx wy h ha F G F mv mv L b b b b h h hh F mv mv F F L L a b                        (2.5)           2 3 1 2 1 2 2 2 sin cos 2 2 2 cos sin 2 2 2 2 wy g z wy g g gwx wx wx wy h ha F G F mv mv L b b b b h h hh F mv mv F F L L a b                       (2.6)           2 4 1 2 1 2 2 1 sin cos 2 2 2 cos sin 2 2 2 2 wy g z wy g g gwx wx wx wy h ha F G F mv mv L b b b b h h hh F mv mv F F L L a b                        (2.7) 2.2. Xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô Hình 2.4 là sơ đồ simulink mô phỏng động lực học chuyển động của ô tô. Đầu vào của mô hình bao gồm: vận tốc ô tô v, góc quay của các bánh xe dẫn hướng i, các thông số của mô hình lốp. Đầu ra của mô hình là vận tốc của trọng tâm ô tô (vx và vy), quỹ đạo chuyển động của trọng tâm ô tô (dịch chuyển theo phương dọc x và phương ngang y). Từ góc quay của các bánh xe dẫn hướng fl, fr kết hợp với các thông số vận tốc của xe vx, vy,  và tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe Fzi sẽ xác định được phản lực ngang tác dụng lên các bánh xe thông qua mô hình bánh xe. Đưa các phản lực ngang này vào mô hình phẳng hai vết bánh xe sẽ xác định các góc quay , Hình 2.4. Sơ đồ simulink mô phỏng động lực học chuyển động của ô tô 7 β và các vận tốc góc quay ,  của thân xe. Kết hợp các góc quay, vận tốc góc quay này với vận tốc chuyển động v của xe, ta thu được quỹ đạo chuyển động của ô tô. 2.3. Xây dựng mô hình hệ thống lái ô tô 2.3.1. Mô hình hệ thống lái tích cực Mô hình của hệ thống lái tích cực (Hình 2.5), bao gồm hệ thống lái bị động và cơ cấu Harmonic có mô tơ điều khiển. Các giả thiết xây dựng mô hình bao gồm: - Động lực học của hệ thống lái được coi là tuyến tính - Không có tổn hao truyền lực và truyền động bên trong hệ thống lái Trong đó: 1 2,SL SLK K - độ cứng của đòn đòn bên; 1 2,SLL SLL  - góc xoay ngang phía dưới của đòn ngang bên của bên trái và bên phải; - hệ số quay đòn ngang bên của hệ thống lái; 1 2,SL SLB B - hệ số cản giảm chấn của thanh điều chỉnh liên kết bánh xe bên trái và bên phải; 1 2,FW FWCF CF - lực ma sát khô giữa mặt đường và bánh xe bên trái, bên phải; 1 2,AT AT - mô men từ mặt đường tác dụng lên bánh xe bên trái và bên phải; FW1, FW2 - góc quay của bánh xe bên trái và bánh xe bên phải; ηF - Hiệu suất của bộ truyền bánh răng; ηB - Hiệu suất phản hồi của bộ truyền bánh răng; RP - bán kính của bánh răng truyền lực; KT - Độ cứng của lò xo xoắn van trợ lực thủy lực; ηB - Hiệu suất của hệ thống lái thủy lực; mR - khối lượng của thước lái; NL - chiều dài của thanh liên kết từ thước lái đến bánh xe; Φ - hệ số bám của bánh xe; sc - góc quay của trục lái phía trên Motor - góc quay mô tơ; scc - góc quay của trục lái phía dưới. sw - góc quay vành lái; Tsw - mô men tác dụng lên vành lái; Ksc - độ cứng xoắn của trục lái; Bsw - hệ số cản xoắn của trục lái; sc - góc quay của trục lái; P - góc quay của bánh răng; RY - dịch chuyển ngang của thanh răng; CFR - lực ma sát khô tác dụng giữa bánh răng và thanh răng; BR - hệ số cản dịch chuyển ngang giữa trục bánh răng và thanh răng; 1 2,SLU SLU  - góc xoay ngang phía trên của đòn bên; Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống lái tích cực 8 Đối với hệ thống lái bị động, góc quay bánh xe dẫn hướng thay đổi khi người lái xoay vành lái. Tuy nhiên khi ô tô chuyển động dưới tác dụng của lực ngang và biến dạng bên của bánh xe thì bánh xe thay đổi một góc so với điều khiển của người lái. Để khắc phục hiện tượng này, hệ thống lái tích cực với mô tơ điều khiển giúp bù lại góc sai lệch tại các bánh xe dẫn hướng, giúp ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô. 2.3.2. Mô hình toán học hệ thống lái tích cực a. Mô hình toán học cơ cấu Harmonic Quan hệ giữa các góc quay của cơ cấu Harmonic có dạng: 1 1 scc sc Motor N N N       Trong đó N là tỷ số truyền cơ cấu Harmonic. b. Mô hình toán học xác định góc quay bánh xe dẫn hướng theo góc quay vành lái với hệ thống lái tích cực Viết các phương trình này dưới dạng ma trận: 1 1 1 1 1   M x C x K x F G (2.8) Trong đó:  1 1 2, , , T scc R FW FWY  x 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 sc sccc N N I I N N                    M 1 1 1 2 2 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 sw R R SL FW SL FW N B N B M B I B I                         C   1 21 22 2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 T sc T P B SL B SLF T B F SL SL T P R R L R L RL P SL SL L FW FW SL SL L FW FW KN N N K K N N N R K KK K K K R M M N M N MN R K K N I I K K N I I                                       K 9       1 1 1 2 2 sgn sgn sgn sw sw sc sw PSR R PS R R FW FW FW FW FW FW B K CF Y F M M CF I CF I                              F ,  1 2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 0 1 1 B SL SL R L SL FW FW SL FW FW K K M N K AT I I K AT I I                              G c. Mô hình toán học xác định mô men của mô tơ điều khiển từ góc quay bánh xe dẫn hướng với hệ thống lái tích cực   2 2 2 2sgn . scc M T T Motor scc M scc scc R P I N I K K T C Y N N N R          (2.9) 2.4. Mô hình mô phỏng hệ thống lái Trên hình 2.6 là mô hình tổng quát hệ thống lái tích cực Hình 2.6. Sơ đồ Simulink hệ thống lái tổng quát 2.5. Kết luận Trong chương này tác giả đã xây dựng mô hình động lực học chuyển động của ô tô, hệ thống lái tích cực và xây dựng các thuật toán điều khiển thay đổi tỷ số truyền hệ thống lái tích cực bằng phần mềm Matlab. Đã xác định sự phụ thuộc của vận tốc góc quay thân xe  , gia tốc góc quay thân xe  vào góc quay bánh xe dẫn hướng δi. Trên cơ sở xây dựng mô hình động lực học của bánh xe đàn hồi để xác định giá trị của phản lực ngang  yF  dựa vào góc 10 lệch bên i của lốp theo công thức thực nghiệm “Magic Formula” của Pacejka, xây dựng mô hình xác định tải trọng tác động lên bánh xe để xác định tải trọng thẳng đứng Fz . Đã xây dựng mô hình động học hệ thống lái tích cực trên cơ sở hệ thống lái bị động và cơ cấu Harmonic để xác định được góc bù của mô tơ để thay đổi góc quay bánh xe dẫn hướng nhằm ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô. CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ KHẢO SÁT CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ VỚI HỆ THỐNG LÁI TÍCH CỰC 3.1. Thiết kế bộ điều khiển 3.1.1. Đặt vấn đề Hiện nay, có rất nhiều kiểu điều khiển được ứng dụng trên các hệ thống điện tử ô tô như điều khiển PID, TS, logic mờ.... Việc dùng lý thuyết mờ sẽ giúp chúng ta giải quyết các tham số trên một cách tối ưu nhất. Mục tiêu của bộ điều khiển AFS là ổn định quỹ đạo mong muốn của ô tô bằng cách: Tối thiểu sai lệch giữa vận tốc góc, gia tốc góc quay thân xe lý thuyết xác định theo tín hiệu điều khiển của người lái và vận tốc góc, gia tốc góc quay thân xe thực tế. 3.1.2. Thiết kế bộ điều khiển AFS - Fuzzy Logic Tập luật điều khiển được xây dựng trên nguyên tắc “IfThen” kết hợp với kiến thức chuyên gia trong lĩnh vực nghiên cứu. Luật điều khiển được xây dựng nhằm nâng cao khả năng ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô. Tập luật điều khiển bao gồm 25 luật được trình trong bảng 3.1: Bảng 3.1. Tập luật của bộ điều khiển logic mờ Delta_sup Sai lệch gia tốc góc NL NS Z PS PL Sai lệch vận tốc góc NL PL PL PS PS PS NS PL PS Z Z NS Z PS Z Z Z NS PS PS Z Z NS NL PL NS NS NS NL NL Quan hệ truyền đạt của bộ điều khiển mờ thể hiện mối quan hệ giữa tín hiệu đầu vào (sai lệch vận tốc và sai lệch gia tốc góc quay thân xe) với tín hiệu đầu ra (góc bù bánh xe dẫn hướng). Quan hệ này được thể hiện trên hình 3.1. 11 Hình 3.1. Quan hệ truyền đạt của bộ điều khiển mờ 3.1.3. Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy logic của mô tơ với hệ thống lái tích cực Chương trình điều khiển mô tơ được xây dựng dựa trên lưu đồ thuật toán và từ sơ đồ thuật toán trên tác giả đã sử dụng phần mềm Matlab R2016a và mã nguồn mở Arduino hỗ trợ trên Simulink để phát triển và mô phỏng các thuật toán chạy độc lập trên Arduino (Hình 3.2). Hình 3.2. Mô hình tổng quát điều khiển mô tơ của hệ thống lái tích cực Đầu vào của mô hình điều khiển là các thông số được lấy từ tín hiệu góc quay vành lái, góc quay trục lái sau mô tơ VGRS, tín hiệu chân ga, tín hiệu đo áp suất lốp sau đó các thông số trên được vào mô hình lái tích cực để tính toán ra góc quay bánh xe dẫn hướng. Sau đó góc quay này sẽ được đưa vào tính toán lực ngang tác động lên bánh xe theo biểu thức Pacejka. Thông số trên được đưa vào mô hình phẳng hai vết để tính ra góc lệch thân xe, vận tốc góc quay thân xe, gia tốc góc quay thân xe. Giá trị trên được tiếp tục đưa vào mô hình Fuzzy Logic để xác định góc quay hiệu chỉnh rồi đưa ra xung điều khiển cung cấp cho driver công suất để điều khiển mô tơ, đảm bảo quỹ đạo chuyển động của ô tô một cách chủ động nhất. Ngoài ra còn có một tín hiệu góc quay bánh xe dẫn hướng để đưa thông số góc quay bánh xe dẫn hướng lên màn hình quan sát. 12 3.2. Mô phỏng khảo sát chuyển động của ô tô với tác động điều khiển tỉ số truyền của hệ thống lái 3.2.1. Khảo sát chuyển động của ô tô khi quay vòng Khi độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn độ cứng ngang lốp sau sẽ xảy ra trường hợp quay vòng thiếu, góc đánh lái quay trái 90 độ, thời gian đánh lái 5s, tốc độ xe 40 km/h, hệ số quay vòng Ks = 0.11 Hình 3.3. Các lực ngang tác dụng lên các lốp Hình 3.4. Góc quay trục lái trước và sau mô tơ Hình 3.5. Góc quay trung bình bánh xe dẫn hướng Hình 3.6. Quỹ đạo chuyển động của ô tô Nhận xét: - Khi quay vành lái một góc 1.57 rad (90 độ) thì góc quay của trục lái phía trước mô tơ là 90 độ. Khi có sự điều chỉnh của mô tơ bước thì góc quay trục lái phía sau mô tơ đạt 180 độ (Hình 3.4 ) do góc quay điều chỉnh của mô tơ quay thêm một góc 90 độ nên góc quay trung bình bánh xe dẫn hướng đạt 19 độ so với góc quay mong muốn là 20 độ (Hình 3.5 ). - Khi không có mô tơ điều chỉnh, giá trị gia tốc ngang đạt 3,96 [m/s2] so với giá trị mong muốn là 4.4 [m/s2]. Giá trị của gia tốc ly tâm khi có mô tơ điều chỉnh sẽ gần với giá trị của gia tốc ly tâm mong muốn - Trong trường hợp quay vòng thiếu, đường kính quay vòng của ô tô khi không có sự can thiệp của hệ thống lái tích cực là 90 m, khi có hệ thống lái tích cực là 75 m, quỹ đạo theo lý thuyết mong muốn là 72 m. Như vậy, hệ thống lái tích cực sẽ điều chỉnh góc quay bánh xe dẫn hướng để quỹ đạo của ô tô tiến gần hơn với quỹ đạo mong muốn (Hình 3.6) tương ứng với tỷ số truyền của hệ thống lái là 14.5 Q u ỹ đ ạo Quỹ đạo 13 3.2.2. Khảo sát chuyển động của ô tô khi chuyển động thẳng a. Khảo sát chuyển động của ô tô dưới tác dụng của gió ngang Tiến hành mô phỏng khảo sát chuyển động khi ô tô chịu tác dụng của lực gió ngang với giả thiết lực gió ngang đặt tại tâm thiết diện xe, góc đánh lái bằng 0, tốc độ xe đạt 80 km/h, lực gió ngang 500 N Hình 3.7. Các lực ngang tác dụng lên các lốp Hình 3.8. Quỹ đạo chuyển động của ô tô Hình 3. 9. Đồ thị tỷ số truyền Q u ỹ đ ạo [ m ] Quỹ đạo [m] L ự c n g an g [ N ] Thời gian [s] 14 Nhận xét: - Khi không có điều khiển, giá trị của các lực ngang tác dụng lên lốp (Hình 3.7) như sau: bánh xe phía trước bên trái và sau trái đạt giá trị Fy1 = Fy4= 145 [N], bánh xe trước phải và sau bên phải đạt Fy3 = Fy2 = 105[N]. - Gia tốc ngang tại trọng tâm của ô tô cũng đạt giá trị trung bình sau khi có hệ thống lái tích cực là 0.006 [m/s2], giảm 10 lần so với khi không có hệ thống lái tích cực là 0.06 [m/ s2] và tiệm cận với giá trị mong muốn là 0 [m/ s2]. - Quỹ đạo chuyển động của ô tô (Hình 3.8), cho thấy khi có tác động của lực gió ngang 500 N thì ô tô sẽ bị lệch khỏi quỹ đạo chuyển động thẳng 1,4 m trên chiều dài quãng đường là 100 m, khi đó mô tơ của hệ thống lái tích cực sẽ quay một góc điều chỉnh phù hợp để giữ quỹ đạo chuyển động thẳng của ô tô và lệch so với đường quỹ đạo chuyển động thẳng 0,8 m sau 100 giây, tỷ số truyền trong trường hợp này là 16,2 (Hình 3.9). b. Khảo sát chuyển động của ô tô khi chuyển động thẳng thay đổi tốc độ Thí nghiệm được tiến hành trong trường hợp chuyển động của ô tô khi không có sự tác động của lực gió ngang, vận tốc tăng dần đều từ V = 0 - 140 km/h, độ cứng lốp trước và lốp sau bằng nhau, người lái giữ vành lái ở vị trí ô tô chuyển động thẳng. [50]. Hình 3.10. Đồ thị tỷ số truyền theo vận tốc Nhận xét: Đồ thị hình 3.10 cho thấy mối quan hệ phụ thuộc giữa vận tốc và tỷ số truyền theo tỷ lệ thuận. Lúc mới bắt đầu di chuyển và tốc độ thấp thì tỷ số truyền nhỏ, khi vận tốc ô tô tăng cao (lớn hơn 100 km/h) thì tỷ số truyền cũng tăng theo. Nếu tốc độ 100 km/h thì mô tơ AFS không tác động vào hệ thống lái vả tỷ số truyền lúc này là 17.5. 3.2.3. Khảo sát chuyển động của ô tô khi chuyển làn Tiến hành mô phỏng khảo sát chuyển động của ô tô khi chuyển làn với điều kiện đầu vào là góc quay vành lái góc quay vành lái dao động từ 50 độ đến -50 độ, tốc độ V=80 km/h, các kích thước của sa hình được mô phỏng theo tiêu chuẩn quốc tế (ISO 3888) [28] với cung đường tiêu chuẩn có chiều dài là 60 m bao gồm 2 làn đường, các giá trị a = 3.135 m và b = 3.850 m. Trên đoạn đường thí nghiệm có bố trí cọc mốc di động và kẻ vạch. Vận tốc [km/h] 15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 -300 -200 -100 0 100 200 300 s N Fy fl Fy Fr Fy rl Fy rr Hình 3.11. Đồ thị góc quay bánh xe dẫn hướng Hình 3.12. Đồ thị các lực ngang tác dụng lên các lốp Hình 3.13. Đồ thị quỹ đạo chuyển động của ô tô 3.3. Kết luận chương 3 - Trên cơ sở lý thuyết chương 2 tác giả đã nghiên cứu nguyên lý về điều khiển mờ dùng để thiết kế bộ điều khiển hệ thống lái AFS theo hướng Fuzzy logic. Các mô hình mô phỏng được xây dựng trên phần mềm Matlab R2016a và công cụ Simulink cho phép mô phỏng động lực học của ô tô với hệ thống lái tích cực AFS. - Đã tiến hành khảo sát quỹ đạo chuyển động của ô tô khi có hoặc không có điều khiển của hệ thống lái tích cực AFS. Đồng thời đã phân tích, đánh giá các kết quả mô phỏng bằng phần mềm trong các điều kiện quay vòng thiếu, quay vòng thừa, chuyển làn, chuyển động thẳng với tốc độ thay đổi và có tác động của gió ngang để thấy được vai trò điều khiển của mô tơ nhằm ổn định quỹ đạo chuyển động ô tô. Thời gian [ ] G ó c q u ay [ đ ộ ] Q u ỹ đ ạo [ m ] L ự c n g an g [ N ] Quỹ đạo [m] Nhận xét: - Khi không có sự can thiệp của hệ thống lái tích cực, các lực ngang cực đại tác dụng lên lốp như sau: bánh xe tích cực phía trước bên trái và phải đạt giá trị Fy1 = Fy2 = 190 [N], bánh xe sau bên trái và bên phải đạt Fy3 = Fy4 =200 [N] được thể hiện trên (Hình 3.12). - Đồ thị hình 3.13 cho thấy quỹ đạo chuyển động của ô tô khi có sự can thiệp của hệ thống lái tích cực sẽ tiệm cận với quỹ đạo mong muốn. - Khi không có sự can thiệp của mô tơ bước thì độ lệch lớn nhất của quỹ đạo thực tế và mong muốn theo thí nghiệm trên là 0,2 [m]. Khi có sự can thiệp của mô tơ thì độ lệch lớn nhất của quỹ đạo thực tế và mong muốn khi thí nghiệm chuyển làn là 0,05 [m], tương ứng với tỷ số truyền là 16,3 Có điều khiển Không điều khiển 16 CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1. Mục đích, nhiệm vụ và đối tượng thí nghiệm 4.1.1. Mục đích thí nghiệm Kiểm nghiệm tính đúng đắn của mô hình lý thuyết. Xác định các thông số đầu vào như tốc độ, góc quanh vành tay lái, hệ số bám, tải trọng trên mô hình bán thực nghiệm. Thiết kế và chế tạo bộ điều khiển hệ thống lái tích cực. 4.1.2. Đối tượng thí nghiệm Đối tượng thí nghiệm được chọn là bệ thử hệ thống lái tích cực AFS có gắn mô tơ VGRS của ô tô Lexus LX 470. Các thông số đầu vào để khảo sát chuyển động hệ thống lái tích cực có gắn mô tơ VGRS được thể hiện trên bảng 4.1 Hình 4.1. Lưu đồ bộ điều khiển mô tơ lái tích cực 4.1.3. Điều kiện thí nghiệm Để thí nghiệm và xử lý các số liệu xác định quỹ đạo chuyển động của ô tô khi sử dụng hệ thống lái tích cực AFS có gắn mô tơ VGRS trên mô hình bán thực nghiệm. 4.2. Thiết kế và chế tạo mô hình hệ thống lái tích cực AFS Nghiên cứu thực nghiệm là phương pháp phổ biến được áp dụng để kiểm chứng lại cơ sở lý thuyết đã được xây dựng và thường được tiến hành trên trên sản phẩm thật hoặc trên mô hình bán thực nghiệm. NCS đã đưa ra phương án thiết kế mô hình hệ thống lái tích cực AFS bán thực nghiệm. Mô hình bán thực nghiệm là sự kết hợp của cụm hệ thống thực, máy tính và phần mềm chuyên dùng. 4.2.1. Hệ thống lái tích cực Kết cấu cơ khí bao gồm hệ thống lái và cầu trước được lấy nguyên bản từ ô tô Lexus LX 470 để đảm bảo tính chính xác của các góc đặt bánh xe, hệ thống lái trong quá trình thử nghiệm (Hình 4.2). 17 Hình 4.2. Cụm cầu trước của xe Lexus LX 470 4.2.2. Bộ phận tạo tải Khi ô tô chuyển động, tải trọng của ô tô tác dụng lên mặt đường thay đổi theo tình trạng mặt đường và tốc độ chuyển động của ô tô. Chức năng chính của bộ phận tạo tải (Hình 4.3) là tạo ra lực cản tương ứng lên cầu trước của mô hình như khi ô tô chuyển động trên các loại đường khác nhau. Bộ phận đo tải trọng tác động lên bánh xe là cảm biến tải trọng Hình 4.3. Các bộ phận tạo tải cho mô hình AFS 4.2.3. Cụm đo góc quay bánh xe Dịch chuyển bánh xe bên phải và bên trái ảnh hưởng trực tiếp bởi góc đặt bánh xe và thông số hình thang lái. Trong luận án, NCS sử dụng các cảm biến đo độ dịch chuyển góc quay (Hình 4.4) có chức năng chính là theo dõi góc quay vành lái và góc quay bánh xe dẩn hướng. Hình 4.4. Cụm đo góc quay bánh xe dẫn hướng 4.2.4. Cảm biến đo góc quay Luận án dùng 3 cảm biến đo góc quay Omron E6F-CWZ5G thuộc loại encoder tương đối với 360 xung trong một vòng quay (Hình 4.8), để đo góc xoay vành lái, góc xoay trục lái sau mô tơ và góc xoay bánh xe với đường kính trục: 10mm, đường kính thân: 60mm, điện áp hoạt động: 12...24V DC. 1. Đĩa đo góc quay bánh xe đẫn hướng; 2. Cảm biến đo tải trọng tác động của bánh xe lên mặt đường; 3. Bộ phận tạo tải trọng tác động của bánh xe và mặt đường 1.Cảm biến đo góc quay bánh xe dẫn hướng; 2. Cảm biến đo độ dịch chuyển trục lái trước mô tơ AFS; 3. Cảm biến đo độ dịch chuyển trục lái sau mô tơ AFS 18 4.2.5. Cấu trúc điều khiển động cơ một chiều không chổi than (BLDCM) BLDCM có ba cuộn dây stator và một rotor là nam châm vĩnh cửu. Dòng điện cảm ứng rotor có thể được bỏ qua do điện trở suất cao của cả nam châm và lõi thép không gỉ. Mô tơ được cung cấp từ nguồn điện áp một chiều ba pha theo phương pháp điều chế xung thay đổi tần số theo thời gian (PWM) (Hình 4.5) Hình 4.5. Sơ đồ chức năng mạch điều khiển mô tơ BLDC 4.2.6. Chế tạo bộ điều khiển mô tơ của hệ thống lái tích cực a. Khái quát về bộ điều khiển lái tích cực Bộ điều khiển hệ thống lái tích cực (AFS) được nghiên cứu chế tạo bố trí trên mô hình hệ thống (Hình 4.6), có chức năng chính là điều khiển mô tơ của hệ thống lái tích cực. Nó bao gồm các bộ phận sau: Khối chuyển đổi điện áp, khối phân tích các cảm biến và tín hiệu điều khiển, khối điều khiển mô tơ nguồn điện và chương trình matlab tạo thành bộ điều khiển hệ thống lái tích cực AFS. 1- Nguồn cung cấp cho vi xử lý; 2- Bộ phận chuyển đổi DC - DC cách ly, chống nhiễu; 3- Bộ vi xử lý đọc cảm biến (có tích hợp mạch giao tiếp với máy tính); 4- Bộ vi xử lý xử lý các giá trị và điều khiển mô tơ; 5- Mạch lọc tín hiệu đầu vào chống nhiễu; 6- Driver LoadCell; 7- Nguồn cung cấp cho mạch khiển mô tơ; 8- Mạch điều khiển mô tơ; 9- Tản nhiệt; 10- Mạch điều khiển chốt mô tơ. Dựa trên sơ đồ mạch nguyên lý mô tả trên, tác giả đã chế tạo mạch điều khiển mô tơ của hệ thống lái tích cực (ECU - VGRS) gồm 4 khối chính là: Khối chuyển đổi điện áp - cấp nguồn, khối đọc các giá trị cảm biến, khối điều khiển mô tơ và khối điều khiển khóa mô tơ (Hình 4.7). Board mạch điều khiển động cơ một chiều không chổi than với dãi điện áp 12-48V DC với đầu vào là chiều quay và tín hiệu điều chế độ rộng xung từ vi điều khiển. Với cơ chế trên, board mạch sẽ nhận chiều quay thì dữ liệu chiều quay đưa vào và tín hiệu điều chế xung Hình 4.6. Hộp điều khiển hệ thống lái tích cực Hình 4.7. Mạch điều khiển mô tơ một chiều không chổi than 19 để phát xung điều khiển mô tơ quay với tốc độ và chiều quay tương ứng như phương pháp điều khiển. 4.3. Kết quả thí nghiệm khảo sát chuyển động quay vòng của ô tô (J-turn) Trong phần này NCS sẽ thí nghiệm khảo sát chuyển động của ô tô khi quay vòng trong hai trường hợp: độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn độ cứng ngang lốp sau quay và ngược lại với mô hình khảo sát là ô tô chuyển động trên đường với giả thiết không có sự tác động của gió ngang, ô tô chuyển động đều với vận tốc không đổi 4.3.1. Khi độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn độ cứng ngang lốp sau a. Kết quả thí nghiệm khảo sát Trong trường hợp độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn độ cứng ngang lốp sau ta có kết quả thí nghiệm như sau: Hình 4.8. Đồ thị góc quay bánh xe dẫn hướng Nhận xét: - Khi ô tô di chuyển với tốc độ 40 km/h, góc đánh lái ban đầu là 90 độ nhưng do xảy ra hiện tượng quay vòng thiếu nên góc quay thực tế của góc quay trục lái sau mô tơ sẽ đạt 180 độ, vì mô tơ AFS điều chỉnh quay trục lái thêm một góc 90 độ và tỷ số truyền của cơ cấu lái giảm từ 17.5 xuống còn 14.89. Góc quay bánh xe dẫn hướng đạt 12.2 độ so với góc mong muốn đạt được là 12.8 độ (Hình 4.8). - Trong trường hợp độ cứng ngang lốp trước nhỏ hơn độ cứng ngang lốp sau (quay vòng thiếu) thì mô tơ của hệ thống lái tích cực sẽ quay thêm một góc phụ trợ cho hệ thống lái, góc quay thực tế của trục lái phía sau mô tơ lớn hơn góc quay trục lái trước mô tơ. 4.4.2 Khi độ cứng ngang lốp trước lớn hơn độ cứng ngang lốp sau Trong trường hợp độ cứng ngang lốp trước lớn hơn độ cứng ngang lốp sau ta có kết quả thí nghiệm như sau: Thời gian [s] G ó c q u ay [ đ ộ ] Có điều khiển Không điều khiển 20 Hình 4.9. Đồ thị góc quay bánh xe dẫn hướng Nhận xét: - Khi ô tô di chuyển với tốc độ 40

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftom_tat_luan_an_nghien_cuu_dieu_khien_ty_so_truyen_he_thong.pdf
Tài liệu liên quan