Đang tải... (xem toàn văn)
Công trình nghiên cứu đã tổng hợp và phân tích quá trình phát triển công nghệ trên ô tô nói chung và hệ thống lái nói riêng, các nghiên cứu trong và ngoài nước. Trên cơ sở đó đề ra định hướng nghiên cứu phù hợp. Luận án đã xây dựng được mô hình động lực học tổng quát nhằm nghiên cứu hệ thống lái điện bao gồm nhiều thành phần liên kết với nhau. Mỗi thành phần của mô hình tổng quát có thể tách riêng thành các môdul tách rời giúp việc khảo sát, điều khiển trở nên linh hoạt. Trên cơ sở mô hình xây dựng có thể tính toán, thử nghiệm các phương án điều khiển hệ thống lái điện.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN VĂN LỢI NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN TRÊN Ô TÔ CON Chuyên ngành: KỸ THUẬT Ô TÔ – MÁY KÉO Mã số: 62 52 01 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN VĂN LỢI NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN TRÊN Ô TÔ CON Chuyên ngành: KỸ THUẬT Ô TÔ –MÁY KÉO Mã số: 62 52 01 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẤN KHOA HỌC: 1- PGS TS Nguyễn Văn Bang 2- PGS TS Đỗ Văn Dũng HÀ NỘI – 2017 TÀI LIỆU THAM KHẢO I TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT Nguyễn Tuấn Anh (2010), Điều khiển tối ưu hệ thống lái tích cực tơ, Tạp chí Giao thơng Vận tải, số 04, tr 42 - 44 Nguyễn V n phát không ng nh (2014), h o sát ch l m việc c iệt c ngu n k p hệ thống tur ine gi , Tạp chí má i u hi n v T ng h a, số 0, trang 48-54 Cao Trọng Hi n, Trần V n Lợi (2011), Nghiên cứu ch tạo mơ hình mơ hệ thống lái iều khiển qu dâ dẫn, o Mạnh Hùng (2010), Lý thu t ô tô, NX Giao thông vận tải t i NCKH cấp trường Giao thông vận tải Trần V n Lợi (2013), Nghiên cứu ch tạo hình lái gián ti p, iều khiển tạo c m giác lái mơ t i cấp th nh phố Hồ Chí Minh Nguyễn Khắc Trai (2006), Cơ sở thi t k ô tô, NX Giao thông vận tải PGS.TS Nguyễn Khắc Trai (1997), Tính iều khiển v quỹ ạo chu ển ng c ô tô, NX Giao thông vận tải II TÀI LIỆU TIẾNG ANH A Emre Cetin, M Arif Adli, Duygun Erol Barkana, Haluk Kucuk (2009), Compliant Control of Steer by Wire Systems, Kale Altınay Roboti ve Otomasyon, Istanbul, Turkey Abolfazl Tahmasebi Inallu (2014), M ster’s Thesis in the S stems control nd Mechatronics Department of Signals and Systems Division of Automatic control, Automation and Mechatronics Mechatronics group Chalmers University Of Technology, Göteborg, Sweden 10 Agoston L˝orincz (2004), Model reference control of a Steer–By–Wire system, Department of Control Engineering and Information Technology, Budapest University of Technology and Economics 11 Bogdan Thaddeus, Fijalkowski (2010), Automotive Mechatronics: Operational and Practical Issues, Volume I, University of Technology Dept, Krakow Poland 12 Bryan Reimer, Bruce Mehler & Joseph F Coughlin (2010), An Evaluation of Driver Reactions to New Vehicle Parking Assist Technologies Developed to Reduce Driver Stress, New England University Transportation Center Massachusetts Institute of Technology 13 Ba-Hai Nguyen, Jee-Hwan Ryu, Semi-Experimental Results on a Measured Current Based Method for Reproducing Realistic Steering Feel of Steer-By-Wire Systems, School of Mechanical Engineering, Korea University of Technology and Education, Cheonan, Korea 14 C Stiller and J Ziegler (2012), Perception And Planning For Self-Driving And Cooperative Automobiles, In 9th IEEE International Multi-Conference onSystems, Signals and Devices (SSD), pp 1–7 15 Chuck H Perala (2003), Effects Of Display Type And Steering Force Feedback On Performance In A Medium-Fidelity Driving Simulator, Thesis submitted to the faculty of the Virginia Polytechnic Institute and State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of master of science in Industrial and Systems Engineering, Blacksburg, Virginia 16 Carl-Johan Sjöstedt (2009), Modeling and Simulation of Physical Systems in a Mechatronic Context, Doctoral Thesis Stockholm, Sweden 17 Di Martino Raffaele, G L Gissinger, G Rizzo (2005), Modelling and Simulation of the Dynamic Behaviour of the Automobile, the Faculty of Engineering, University of Salerno 18 Deling Chen, Chengling Yin, Jianwu Zhang (2008), Controller Design Of A New Active Front Steering System, Institute of Automotive Engineering, School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University, China ISSN: 1109-2777 Issue 19 Daniel Frede, Mohammad Khodabakhshian, Daniel Malmquis (2010), A State-Of- The-Art Survey On Vehicular, Mechatronics Focusing On By-Wire Systems 20 D van Raaij (2008), Application of bilateral control in Steer-by-Wire, Master's thesis, Eindhoven University of Technology Department Mechanical Engineering, Control Systems Technology Group, Eindhoven 21 Hairi Zamzuri, Saiful Amri Mazlan, and Muhammad Aizzat Zakaria (2012), Modeling and Simulation of Vehicle Steer by Wire System, IEEE Symposium on Humanities, Science and Engineering Research, Universti Teknology Malaysia, Kuala Lumpur 22 Koehn, Eckrich (2004), the BMW approach towards modern steering technology, SAE Technical 23 Kim, J-H Jang, S-N Yu, S-H Lee, C-S Han, and J-K Hedrick (2008), Development Of A Control Algorithm For A Tie-Rod-Actuating Steer By Wire System, Department of Mechatronics Engineering, Hanyang University, Ansan, Republic of Korea 24 Liu, A Chang (1995), Force Feedback In A Stationary Driving Simulator, Systems, Man and Cybernetics Intelligent Systems for the 21st Century, IEEE International Conference, Canada,vol 2, pp.1711-1716 25 Manning, Selby, Crolla and Brown (2002), Intelligent Vehicle Motion Control, SAE Technical Paper 26 M Segawa (2000), A Study of Vehicle Stability Control by Steer-by-Wire System, Proceedings of 5th International Symposium on Advanced Vehicle Control 27 M Alessandro Dell’Amico (2013), Pressure Control in Hydraulic Power Steering Systems, Division of Fluid and Mechatronic Systems, Department of Management and Engineering, Linköping University, Linköping, Sweden, SE 581 83 28 M.Segawa, R.Hayama, S.Nakano (2003), A study on reactive Torque for Steer-By- Wire System with Mechanical Fail-safe Device, Koyo Engineering Journal English Edition, No.162E 29 Masao, Nagai, Motoki, Shino, Feng Gao (July 2002), Study On Integrated Control Of Active Front Steer Angle And Direct Yaw Moment, Volume 23, Issue 3 30 Di Martino Raffaele (2005), Modelling and Simulation of the Dynamic Behaviour of the Automobile, Thesis submitted to the Faculty of Engineering, University of Salerno in partial fulfilment of the requirements for the degree of doctor in mechanical engineering 31 Garrick J.Forkenbrock and W.Riley Garrott (2011), A Comprehensive Experimental Evaluation of Test Maneuvers That May Induce On-Road, Untripped, Light Vehicle Rollover, transportation research center, Washington DC 32 P Yih and J C Gerdes (2005), Modification of vehicle handling characteristics via Steer-by-Wire, IEEE, vol 13, no 33 Pacejka (2002), Tire and vehicle dynamics, SAE, Warrendale, PA 34 Paul Yih, Jihan Ryu, J.Christian Gerdes (2003), Vehicle handling modification via Steer-By-Wire, Dynamic Design Lab, Stanford University 35 Robert H.Bishop (2007), Mechatronic Systems, Sensors, and Actuators: Fundamentals and Modeling, The university of Texas at Austin, USA, pp 22 36 Robert H.Bishop (2007), Mechatronic Systems, Sensors, and Actuators: Fundamentals and Modeling, The university of Texas at Austin, USA, pp 58 37 SAE International (2014), Surface Vehicle Information Report J3016: Taxonomy and Definitions for Terms Related to On-Road Motor Vehicle Automated Driving Systems 38 S Amberkar, F Bolourchi, J Dmerly, S Millsap (2004), A Control System Methodology for Steer by wire Systems, SAE Wolrd Congress, Steering and Suspension Technology Symposium, Detroit, 2004 39 S Wook (2003), The Development of an Advanced Control Method for the Steer- by-Wire System to Improve the Vehicle Maneuvrability and Stability, Proceedings of SAE International Congress and Exhibition 40 S.Wook (2003), The Development Of And Advanced Control Method For the Steer-by-Wire System To Improve The Vehicle Maneuverability And Stability, SAE International Congress and Exhibition 41 Se-WooK OH, Ho-Chol Chae, Seok-Chan YUN, Chang-Soo Han (2004), The design of controller for the steer by wire system, JSME, Japan, vol 47 42 Thomas D Gillespie (1992), Fundamental of Vehicle Dynamics, Society of Automotive Engineers 43 Todd Litman Victoria (2014), Autonomous Vehicle Implementation Predictions Implications for Transport Planning, Transport Policy Institute, Presented at the 2015 Transportation Research Board Annual Meeting, Traffic Technology International, 44 Toshihiro Hiraoka, Souhei Hioki and Hiromitsu Kumamoto (2013), Fundamental Rese rch on Driver’s H ptic Ch r cteristics Concerning Steering Re ctive Torque Department of Systems Science, Graduate School of Informatics, Kyoto University, Kyoto, Japan 45 Xin Li Xue-Ping, Zhao Jie Chen (2009), Controller Design for Electric Power Steering System Using T-S Fuzzy Model Approach, School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, PRC 46 Yn D Corolla (2009), Automotive Engineering, Powertrain, Chassis system and Vehicle Body Automotive Engineering, Powertrain, Chassis system and Vehicle Body, Oxford 47 Jaremy (2013), ISO-lane change, Anthony Best Dynamics, Holt Road, Brad ford Avon, UK 48 Jing-Fu Liu, Tsung-Hsien Hu, Tsung-Hua Hsu (2014), Design of an Automotive Lane Keeping System Based on the Structure of Electric Power Steering, Automotive Research Testing Center, Changhua Taiwan Automotive Research Testing Center 49 Junjie He, BEng, Meng (2005), Integrated Vehicle Dynamics Control Using Active Steering, Driveline and Brakin, The University of Leeds School of Mechanical Engineering 50 Julien Coudon, Carlos Canudas-de-Wit, and Xavier Claeys, J Coudon and Xavier Claeys (2009), A New Reference Model for Steer By Wire Applications with Embedded Vehicle Dynamics, Technocentre, avenue du Golf, 78288 Guyancourt Cedex, France 51 Wang, Kong, Man, Tuan, Cao, Shen (2014), Sliding mode control for steer-by- wire systems with AC motors in road vehicles, IEEE Transactions on Industrial Electronics 52 S Amberkar, F Bolourchi, J Dmerly, S Millsap (2004), A Control System Methodology for Steer By Wire Systems, 2004 SAE Wolrd Congress, Steering and Suspension Technology Symposium, Detroit DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ Trần V n Lợi, Nghiên cứu chế tạo mô h nh hệ thống lái i u hi n qua dây dẫn, t i NCKH cấp trường Giao thông vận tải, 20 Trần V n Lợi, Nguyễn V n ang, Thí nghiệm i u hi n hệ thống lái hông trục lái qua phần m m Labview, Tạp chí hí Việt Nam số 04, 2012 Trần V n Lợi - Nghiên cứu chế tạo b gián tiếp, i u hi n tạo cảm giác lái mô h nh lái t i cấp th nh phố HCM 20 Trần V n Lợi, ỗ V n Dũng, Nguyễn V n ang, Nghiên cứu tạo cảm giác lái mô h nh hệ thống Steer-By –Wire, Tạp chí hoa học giáo dục Trường ại học Sư phạm ỹ thuật TPHCM, 31/5/2015 Trần V n Lợi, Nguyễn V n ang, Trần V n Như, Mô chuy n l n ô tô sử dụng hệ thống lái Steer By Wire, Tạp chí Khoa học v Công nghệ, trường ại học công nghiệp H N i, 2015 Trần V n Lợi, Nguyễn V n nh, Nguyễn V n ang, ỗ V n Dũng, Thiết ế b i u hi n PID cho hệ thống lái STEER-BY-WIRE, H i nghị iện tử to n quốc, 2016 Trần V n Lợi, Nguyễn V n nh, Nguyễn V n ang, ỗ V n Dũng, Thiết ế b i u hi n Fuzzy-PID cho hệ thống lái STEER-BY-WIRE, Tạp chí hí Việt Nam, 2016 Trần V n Lợi, Nghiên cứu thiết ế b i u hi n hệ thống lái qua dây dẫn, NCKH cấp trường Giao thông vận tải, 20 t i PHỤ LỤC PHỤ LỤC I: THÔNG SỐ KỸ THUẬT XE CƠ SỞ PHỤ LỤC II: NGUYÊN LÝ VÀ KẾT CẤU MƠ HÌNH PHỤ LỤC III: CHƢƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG MATLAB PHỤ LỤC IV: CHƢƠNG TRÌNH LabVIEW PHỤ LỤC V: THỬ NGHIỆM LỰA CHỌN KP VÀ TẠO CẢM GIÁC 101 Bước 1: Chuẩn bị thí nghiệm: Kiểm tra, hiệu chỉnh thơng số góc đặt bánh xe Sử dụng kích nâng hiệu chỉnh tải trọng thẳng đứng giá trị 4250 N Hiệu chỉnh thông số trạng thái ban đầu (góc quay vơ lăng 00, góc quay trục lái 00) Bước 2: Lựa chọn chế độ thí nghiệm: Chế độ thí nghiệm điều khiển lựa chọn theo bảng 4.1 Bảng 4.1 Chế độ thí nghiệm đo bám góc quay vơ lăng góc quay trục lái Chế độ thí nghiệm Bộ điều hiển Tải trọng thẳng đứng (N) Bánh xe bên trái Bánh xe bên phải Zl Zr 4250 4250 1950 6550 6550 1950 4250 4250 1950 6550 6550 1950 FUZZY PID Đƣờng nhựa PID FUZZY PID PID Mâm xoay cố định Tải 4250 1950 6550 4250 1950 6550 Thông số đánh giá 4250 6550 1950 4250 6550 1950 d rad rad rad rad rad rad rad rad rad rad rad rad Bước 3: Chạy chương trình đo ghi giao diện máy tính chương trình điều khiển Bước 4: Thực đánh lái góc sang phải 900 sau đánh lái ngược sang trái, lặp lại trạng thái đánh lái 30 lần với vận tốc khác Bước 5: Ghi lại kết quả: Sai số tín hiệu góc quay vơ lăng góc quay trục lái lưu lại dạng đồ thị liên tục 4.2.3 Kết thí nghiệm 102 4.2.3.1 Kết thí nghiệm xác định mơ men cản quay Kết đo mô men cản quay bánh xe dẫn hướng đo mơ hình thí nghiệm trạng thái bánh xe tiếp xúc với mâm xoay tự Hình 4.7 đến Hình 4.9 Hình 4.7: Điện áp cảm biến dòng hi thí nghiệm đo cản Hình 4.8: Dòng điện cảm biến dòng hi thí nghiệm đo cản Hình 4.9: Mơ men cản quay bánh xe dẫn hướng trạng thái bánh xe tiếp xúc mâm xoay tự Kết đo mô men cản quay bánh xe dẫn hướng đo mơ hình thí nghiệm trạng thái bánh xe tiếp xúc với mâm xoay cố định Hình 4.10 đến Hình 4.12 103 Hình 4.10: Điện áp cảm biến dòng hi thí nghiệm đo cản Hình 4.11: Dòng điện cảm biến dòng hi thí nghiệm đo cản Hình 4.12: Mơ men cản quay bánh xe dẫn hướng trạng thái bánh xe tiếp xúc mâm xoay cố định Kết đo mô men cản quay bánh xe dẫn hướng đo mơ hình thí nghiệm trạng thái bánh xe tiếp xúc với mặt đường nhựa Hình 4.13 đến Hình 4.15 104 Hình 4.13: Điện áp cảm biến dòng hi thí nghiệm đo cản Hình 4.14: Dòng điện cảm biến dòng hi thí nghiệm đo cản Hình 4.15: Mơ men cản quay bánh xe dẫn hướng trạng thái bánh xe tiếp xúc mặt đường nhựa Nhận xét: Mô men cản quay bánh xe dẫn hướng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: vị trí bánh xe dẫn hướng, hệ số bám mặt đường, tải trọng thẳng đứng Tại vị trí trung gian mơ men cản có giá trị bé, tăng góc đánh lái, mơ men cản có xu hướng tăng theo Mơ men cản thay đổi từ 6.2 N.m đến 6.8 N.m ứng với chế độ bánh xe tiếp xúc mâm xoay tự do, 51 105 N.m đến 59 N.m ứng với chế độ bánh xe tiếp xúc mâm xoay cố định, 485 N.m đến 701 N.m ứng với chế độ bánh xe tiếp xúc mặt đường nhựa 4.2.3.2 Kết thí nghiệm điều khiển bám góc quay vơ lăng góc quay trục lái Kết thí nghiệm điều khiển bám góc quay vơ lăng góc quay trục lái đo mơ hình thí nghiệm trạng thái bánh xe tiếp xúc với mâm xoay cố định, sử dụng Góc quay vơ lăng, trục lái (độ) điều khiển PID, tải trọng hai bánh xe dẫn hướng 4250 N thể Hình 4.16 Thời gian (x100.ms) Hình 4.16: Sai số g c quay vô l ng g c quay trục lái (bộ điều hiển PID, Zl =4250 N, Zr = 4250 N) Kết thí nghiệm điều khiển bám góc quay vơ lăng góc quay trục lái đo mơ hình thí nghiệm trạng thái bánh xe tiếp xúc với mâm xoay cố định, sử dụng Góc quay vơ lăng, trục lái (độ) điều khiển Fuzzy- PID Hình 4.17 Thời gian (x100.ms) Hình 4.17: Sai số g c quay vơ l ng g c quay trục lái (bộ điều hiển Fuzzy-PID, Zl =4250 N, Zr = 4250 N) Kết thí nghiệm điều khiển bám góc quay vơ lăng góc quay trục lái mơ hình thí nghiệm trạng thái bánh xe tiếp xúc mặt đường nhựa Hình 4.18 Góc quay vơ lăng, trục lái (độ) 106 Thời gian (x100.ms) Hình 4.18: Sai số góc quay vô l ng g c quay trục lái (bộ điều hiển PID, Zl = 4250 N, Zr = 4250 N) Kết thí nghiệm điều khiển bám góc quay vơ lăng góc quay trục lái Góc quay vơ lăng, trục lái (độ) mơ hình thí nghiệm trạng thái bánh xe tiếp xúc với mặt đường nhựa Hình 4.19 Thời gian (x100.ms) Hình 4.19: Sai số góc quay vơ l ng g c quay trục lái (bộ điều hiển Fuzzy-PID, Zl = 4250 N, Zr = 4250 N) Bảng 4.2: Bảng tổng hợp sai số góc quay vơ lăng góc quay trục lái Kết thí nghiệm điều hiển trạng thái bánh xe tiếp xúc với mâm xoay cố định PID Bộ điều hiển FUZZ Y PID Mâm xoay cố định Tải Tải trọng thẳng đứng (N) Bánh xe bên Bánh xe bên phải trái 4250 4250 1950 6550 6550 1950 4250 4250 1950 6550 6550 1950 Sai số (rad) Sai số (độ) 0-0.132 0-0.135 0-0.131 0-0.130 0-0.134 0-0.131 Bảng 4.3: Tổng hợp sai số tín hiệu góc quay vơ lăng góc quay trục lái 7.6 7.7 7.5 7.5 7.7 7.5 107 Kết thí nghiệm điều hiển trạng thái bánh xe tiếp xúc với mặt đƣờng nhựa Tải trọng thẳng đứng Sai số Sai số (N) (rad) (độ) Bánh xe bên Bánh xe bên trái phải 4250 4250 0-0.280 16.1 1950 6550 0-0.285 16.3 6550 1950 0-0.287 16.5 4250 4250 0-0.150 8.6 1950 6550 0-0.159 9.1 6550 1950 0-0.162 9.3 Từ bảng kết thực nghiệm mơ hình so sánh với kết mơ Kết PID Bộ điều hiển FUZZ Y-PID Đƣờng nhựa Tải so sánh trình bày bảng Bảng 4.4: So sánh điều khiển bám tính tốn lý thuyết thực tế SO SÁNH CHƢƠNG TRÌNH MƠ PHỎNG VÀ THỰC TẾ Bộ điều hiển FUZZY PID Đƣờng nhựa PID FUZZY PID PID Mâm xoay cố định Tải Tải trọng thẳng đứng (N) Bánh xe Bánh xe bên bên trái phải 4250 4250 Sai số (rad) Mô Thực tế 0.180 0-0.132 4250 4250 0.125 0-0.130 4250 4250 0.230 0-0.28 4250 4250 0.132 0-0.15 Nhận xét: Sai số góc quay vơ lăng góc quay trục lái mơ hình thí nghiệm hệ thống lái thử nghiệm điều khiển PID dao động từ – 0.28 rad Fuzzy-PID dao động từ – 0.15 rad mô men cản thay đổi Kết đo mơ hình thực tế có sai lệch 4-6% so với tính tốn lý thuyết So sánh với quy định tiêu chuẩn hệ thống lái khí, hệ thống lái điện thiết kế có sai số nằm phạm vi cho phép 108 Hình 4.20: Sai số gi a g c quay vơ l ng g c quay trục lái hi sử dụng hai điều hiển Hình 4.21: Sai số gi a góc quay vơ l ng g c quay trục lái tính tốn lý thuyết thí nghiệm hi sử dụng điều hiển Fuzzy-PID Theo quy định tiêu chuẩn hệ thống lái nay, sai số khí hệ thống lái tính dựa dịch chuyển điểm vô lăng không vượt q 1/5 đường kính vơ lăng Theo quy định này, đường kính vơ lăng 0.44 m sai số khơng vượt q 0.4 rad Các thí nghiệm cho thấy hệ thống lái điện thiết kế đủ tiêu chuẩn lưu hành theo điều kiện 4.3 Khảo sát xe sử dụng hệ thống điện qua thí nghiệm chuyển n DLC Trên giới, thí nghiệm chuyển (Double lane change ISO 3888) thí nghiệm tiêu chuẩn dùng để đánh giá chất lượng, tính ổn định hệ thống lái tơ Trong thí 109 nghiệm tơ chuyển động qua cung đường tiêu chuẩn có chiều dài đoạn đường thí nghiệm tính 60 m bao gồm hai đường, có bề rộng 3m Trên đoạn đường thí nghiệm có bố trí vạch cột mốc di động (Hình 4.22) Ơ tơ thí nghiệm điều khiển người lái kinh nghiệm hay robot Khi di chuyển qua đường tiêu chuẩn thông số tốc độ đánh lái, góc đánh lái, góc lắc dọc, lắc ngang ghi nhận Khi đánh lái với tín hiệu đầu vào, tơ sử dụng hệ thống lái với công nghệ khác chuyển động với quỹ đạo khác qua đường thí nghiệm Khảo sát quỹ đạo kết luận chất lượng hệ thống lái Hình 4.22: Quỹ đạo chuyển động tơ hi thí nghiệm Double lane change Trong phạm vi đề tài, mơ hình bán tự nhiên đáp ứng yêu cầu hệ thống lái, nhiên chúng mơ hình tĩnh (tốc độ tơ khơng) để sử dụng mơ hình ô tô thực tế cần khảo sát chất lượng hệ thống lái điện lắp đặt lên xe thông qua mô quỹ đạo chuyển động ô tô chuyển Các kết nghiên cứu mơ hình thí nghiệm thực tế (mơ men cản, sai số góc quay vơ lăng góc quay trục lái) kết hợp với điều kiện vận tốc chạy xe đưa vào mơ hình tổng qt để nghiên cứu đánh giá tiêu chuẩn hệ thống lái theo tiêu chuẩn quốc tế nhắm đánh giá chất lượng hệ thống lái điện Từ phân tích trên, sử dụng phần mềm Matlab tính tốn quỹ đạo xe sử dụng hệ thống lái điện với điều khiển Fuzzy-PID Các chế độ cản xác định trường hợp mô men cản bánh xe tiếp xúc với mặt đường nhựa Chương trình tính tốn mơ 110 bao gồm: mơ tín hiệu đầu vào theo tín hiệu đánh lái DLC, hoạt động hệ thống lái điện sử dụng điều khiển Fuzzy-PID mơ hình chuyển động tơ mặt phẳng đường Chương trình mơ Hình 4.23 Hình 4.23: Chương trình mơ quỹ đạo tơ sử dụng hệ thống lái điện thực thí nghiệm chuyển DLC Thí nghiệm với vận tốc tơ chuyển động với vận tốc 40 km/h Cho xe chạy tới thời điểm s đến t1 =1.5 s thực đánh lái với vận tốc vô lăng biến đổi 0.3 rad/s đến thời điểm t2 = 2.34 s, giữ yên vị trí đến thời gian t3 = 2.68 s, thực trả lái đổi chiều đến giây t4 = 2.85 s, giữ yên vành lái đến thời điểm t5 = 4.6 s, thực trả lái t6 = 5.82 s Kết thể qua Hình 4.24 Tọa độ trọng tâm Mốc cản Hành lang sau trái H nh ang sau phải H nh ang trƣớc trái H nh ang trƣớc phải Hình 4.24: Kết mơ quỹ đạo ô tô sử dụng hệ thống lái điện hi thực thí nghiệm chuyển DLC 40km/h 111 Thí nghiệm với vận tốc tơ chuyển động với vận tốc 60 km/h Cho xe chạy tới thời điểm s đến t1 = 0.86 s thực đánh lái với vận tốc vô lăng biến đổi 0.3 rad/s đến thời điểm t2 = 1.29 s, giữ yên vị trí đến thời gian t3 = 1.41 s, thực trả lái đổi chiều đến giây t4 = 1.7 s, giữ yên vành lái đến thời điểm t5 = 2.92 s, thực trả lái t6 = 3.9 s Kết thể qua Hình 4.25 Tọa độ trọng tâm Mốc cản Hành lang sau trái H nh ang sau phải H nh ang trƣớc trái H nh ang trƣớc phải Hình 4.25: Kết mơ quỹ đạo ô tô sử dụng hệ thống lái điện hi thực thí nghiệm chuyển DLC 60 km/h Nhận xét: Kết tính tốn thí nghiệm tơ sử dụng hệ thống lái với điều khiển Fuzzy-PID vận tốc 40 km/h tổng thời gian 5,8 s xe di chuyển qua đoạn đường thí nghiệm, phản ứng người lái vừa phải Khi thực vận tốc 60 km/h tổng thời gian 3,9 s phản ứng người lái tương đối nhanh 4.4 Nhận xét, đánh giá ết thí nghiệm Sai số góc quay vơ lăng góc quay trục lái mơ hình thí nghiệm hệ thống lái thử nghiệm điều khiển PID dao động từ – 0.28 rad Fuzzy-PID dao động từ – 0.15 rad mô men cản thay đổi Kết đo mô hình thực tế có sai số từ 4-6% so với tính tốn lý thuyết So sánh với quy định tiêu chuẩn hệ thống lái khí, hệ thống lái điện thiết kế có sai số nằm phạm vi cho phép Kết thực nghiệm tái tạo cảm giác mơ hình bán thực hệ thống lái điện cho thấy giá trị mô men tạo cảm giác tương ứng theo đặc tính cản Việc tái tạo cần kiểm chứng lại xe thực tế để có kết khách quan 112 Kết khảo sát ô tơ sử dụng hệ thống lái điện thực thí nghiệm DLC theo tiêu chuẩn quốc tế cho thấy hệ thống lái điện thiết kế đủ tiêu chuẩn tiến hành hai vận tốc 40 60 km/h 113 KẾT LUẬN CHƢƠNG IV Trong Chương IV, luận án xây dựng phương pháp thí nghiệm xác định mô men cản quay bánh xe dẫn hướng, quy trình thí nghiệm điều khiển bám góc quay vơ lăng góc quay trục lái thay đổi điều kiện làm việc thông qua việc xác định sai lệch thời điểm trị số góc quay vơ lăng góc quay trục lái Thí nghiệm thực phòng thí nghiệm Cơ khí tơ Trường Đại học Giao thông Vận tải với hỗ trợ chuyên gia với thiết bị đo kiểm có độ tin cậy cao Thí nghiệm xác định mơ men cản quay cho thấy vị trí trung gian mơ men cản có giá trị bé, tăng góc đánh lái, mơ men cản có xu hướng tăng theo Mô men cản thay đổi từ 6.2 N.m đến 6.8 N.m ứng với chế độ bánh xe tiếp xúc mâm xoay tự do, 51 N.m đến 59 N.m ứng với chế độ bánh xe tiếp xúc mâm xoay cố định, 485 N.m đến 701 N.m ứng với chế độ bánh xe tiếp xúc mặt đường nhựa Thí nghiệm điều khiển bám góc quay vơ lăng góc quay trục lái cho thấy sai số góc quay vơ lăng góc quay trục lái mơ hình thí nghiệm hệ thống lái thử nghiệm điều khiển PID dao động từ – 0.28 rad Fuzzy-PID dao động từ – 0.15 rad mô men cản thay đổi Kết đo mơ hình thực tế có sai số từ 4-6% so với tính tốn lý thuyết So sánh với quy định tiêu chuẩn hệ thống lái khí, hệ thống lái điện thiết kế có sai số nằm phạm vi cho phép Kết thử nghiệm cảm giác lái cho thấy phương pháp tái tạo cảm giác lái mơ hình thí nghiệm hệ thống lái điện có đặc tính thực tế có quy luật phản ảnh đặc tính cản hệ thống Kết khảo sát ô tô sử dụng hệ thống lái điện thực thí nghiệm DLC theo tiêu chuẩn quốc tế cho thấy hệ thống lái điện thiết kế đủ tiêu chuẩn tiến hành hai vận tốc 40 60 km/h 114 KẾT LUẬN Nghiên cứu hệ thống lái ô tô lĩnh vực nhiều nhà khoa học nước quan tâm Tuy nhiên, nghiên cứu hệ thống hệ thống lái điện chưa có cơng trình nghiên cứu cơng bố Việt Nam Luận án cơng trình có ý nghĩa khoa học thực tiễn, phù hợp với trào lưu nghiên cứu công nghệ ô tô giới Cách đặt vấn đề giải vấn đề phù hợp với hoàn cảnh kinh tế - kỹ thuật mục tiêu nghiên cứu Kết nghiên cứu, đ ng g p uận án Cơng trình nghiên cứu tổng hợp phân tích q trình phát triển cơng nghệ tơ nói chung hệ thống lái nói riêng, nghiên cứu ngồi nước Trên sở đề định hướng nghiên cứu phù hợp Luận án xây dựng mô hình động lực học tổng quát nhằm nghiên cứu hệ thống lái điện bao gồm nhiều thành phần liên kết với Mỗi thành phần mơ hình tổng qt tách riêng thành mơdul tách rời giúp việc khảo sát, điều khiển trở nên linh hoạt Trên sở mơ hình xây dựng tính tốn, thử nghiệm phương án điều khiển hệ thống lái điện Kết nghiên cứu lý thuyết hoàn tất việc xây dựng thuật tốn điều khiển bám vơ lăng phận chấp hành điều khiển Fuzzy-PID Thông qua việc khảo sát mô cho thấy mô men cản quay thay đổi điều khiển Fuzzy –PID có khả kháng nhiễu tương đối tốt Sai số góc quay vơ lăng trục lái dao động phạm vi bé từ 0- 0.15 rad nằm phạm vi cho phép sai số hệ thống lái truyền thống Đã xây dựng mơ hình động lực học ô tô sử dụng hệ thống lái điện nhằm xác định quỹ đạo chuyển động ô tô phân bố lại tải trọng lên bánh xe dẫn hướng phục vụ nghiên cứu thực nghiệm Việc thiết kế, chế tạo mơ hình thí nghiệm bán tự nhiên hệ thống lái điện đóng vai trò quan trọng việc hồn thành mục tiêu nghiên cứu nắm bắt, làm chủ công nghệ tiên tiến hệ thống điện tử Từ mơ hình thí nghiệm thử nghiệm đo thơng số đầu vào cho tốn mơ kiểm chứng kết tính tốn lý thuyết Mơ hình thí nghiệm xây dựng sử dụng cơng nghệ giao tiếp ảo DAQ giải pháp tiên tiến sử dụng phòng thí nghiệm ứng dụng giới 115 Luận án xây dựng quy trình đo mơ men cản quay bánh xe dẫn hướng Kết đo thông số đầu vào quan trọng cho tốn mơ hệ thống lái điện Kết điều khiển bám góc quay vơ lăng góc quay trục lái khẳng định cần thiết phải xây dựng điều khiển Fuzzy-PID cho mơ hình khả thay hệ thống lái điện cho hệ thống lái truyền thống Luận án tái tạo cảm giác lái cho mơ hình hệ thống lái điện Kết khảo sát quay vòng tơ sử dụng hệ thống lái điện thí nghiệm DLC theo tiêu chuẩn quốc tế cho thấy hệ thống lái điện nghiên cứu đáp ứng yêu cầu đặt chuyển động tốc độ 40 km/h 60 km/h Với kết đạt khẳng định hệ thống lái điện với điều khiển Fuzzy-PID hoàn tồn thay hệ thống lái truyền thống mơ hình bán tự nhiên tô mục tiêu nghiên cứu đặt Nh ng hạn chế v hƣớng nghiên cứu - Hồn thiện mơ hình tổng qt: Mơ hình hệ thống lái điện luận án chủ yếu tập trung phân tích yếu tố thân hệ thống lái chưa đề cập tới yếu tố an toàn tự chẩn đốn Các phận khác tơ có ảnh hưởng lớn đến tính điều khiển lái hệ thống treo, phanh, truyền lực chưa xem xét kỹ lưỡng Do bố trí, lắp đặt ô tô thực tế cần xây dựng mô hình không gian, kết hợp với mơ hình khác để khảo sát yếu tố ô tô gần sát với thực tế - Hồn thiện mơ hình thí nghiệm: Việc chế tạo mơ hình thí nghiệm đòi hỏi kinh phí tương đối lớn, điều kiện hạn chế kinh phí sử dụng phận cũ xe ngun làm mơ hình khơng thể tránh khỏi sai số khí Các nghiên cứu sau nên sử dụng phận mới, đại để có độ xác cao - Hồn thiện thí nghiệm: Việc thử nghiệm mơ hình tĩnh thu kết định Tuy nhiên, chế độ tải ô tô chuyển động đường thay đổi cách liên tục mô hình tĩnh khơng thể thể tất yếu tố ảnh hưởng đặc biệt cảm giác lái Do vậy, tương lai cần có nghiên cứu cụ thể xe thật ... TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hệ thống điện tử ô tô 1.1.1 Hệ thống điều khiển độc lập .3 1.1.2 Hệ thống điều khiển kết hợp 1.1.3 Hệ thống điều khiển tích hợp ... loại hệ thống lái 1.2.1 Hệ thống lái khí .8 1.2.2 Hệ thống lái trợ lực thủy lực 10 1.2.3 Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử .11 1.2.4 Hệ thống lái. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TRẦN VĂN LỢI NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN TRÊN Ô TÔ CON Chuyên ngành: KỸ THUẬT Ô TÔ –MÁY KÉO Mã số: 62 52 01 16 LUẬN ÁN TIẾN