Đề tài: Công nghệ Cơ điện tử trong chế tạo ô tô - PGS.TS. Tạ Duy Liêm

Chia sẻ: Nguyen Thi Hong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

171
lượt xem 47
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu để học tập các kiến thức về công nghệ cơ điện tử trong chế tạo ô tô với các chức năng kỹ thuật điển hình như hệ thống phun xăng điện tử, hệ thống phanh tự động điều chỉnh, hệ thống dẫn đường, hệ thống bảo hiểm,… Từ đó nhận biết được vai trò của cơ điện tử trong ngành công nghiệp quan trọng này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Công nghệ Cơ điện tử trong chế tạo ô tô - PGS.TS. Tạ Duy Liêm

1 C«ng nghÖ C¬ ®iÖn tö trong chÕ t¹o « t« PGS.TS. T¹ duy liªm Khoa C¬ khÝ §HBK Hµ Néi Tãm t¾t: Cho ®Õn nay ViÖt nam cã chõng 17 liªn doanh l¾p r¸p vµ cung cÊp c¸c chñng lo¹i xe « t« h¹ng trung vµ nhÑ. MÆc dï vÒ mÉu m·, kiÓu d¸ng xe cã ®æi míi liªn tôc ®Ó ®¸p øng thÞ hiÕu cña ng−êi tiªu dïng, nh−ng trªn thùc tÕ c¸c xe « t« ®−îc trang bÞ nh÷ng hÖ thèng c¬ ®iÖn tö trong c¸c côm chøc n¨ng kü thuËt nh− hÖ thèng phun x¨ng ®iÖn tö, hÖ thèng phanh tù ®éng ®iÒu chØnh, hÖ thèng dÉn ®−êng, hÖ thèng b¶o hiÓm .v.v. cßn rÊt hiÕm, ng−êi sö dông xe vÉn rÊt xa l¹ víi nh÷ng kh¸i niÖm vµ hiÓu biÕt vÒ vai trß cña c¬ ®iÖn tö trong ngµnh c«ng nghiÖp quan träng nµy. Chóng t«i xin giíi thiÖu ë ®©y nh÷ng néi dung nghiªn cøu øng dông c¬ ®iÖn tö trong c«ng nghÖ « t« nh»m cung cÊp nh÷ng kiÕn thøc tiÕp cËn hÖ thèng vµ lùa chän ®i s©u ph©n tÝch mét côm chøc n¨ng ®iÓn h×nh lµ “hÖ thèng phanh tù ®éng ®iÒu chØnh” ®Ó minh ho¹ ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiÔn cña c«ng nghÖ c¬ ®iÖn tö trong c¸c øng dông kü thuËt cô thÓ. I. C¸c khuynh h−íng øng dông c«ng nghÖ c¬ ®iÖn tö trong chÕ t¹o « t« Khuynh h−íng ph¸t triÓn cña « t« hiÖn ®¹i lµ t¹o ra nh÷ng ph−¬ng tiÖn ®i l¹i bÒn ®Ñp, ®óng mèt, tiÖn nghi, an toµn, dÔ ®iÒu khiÓn hoÆc tù ®éng ®iÒu khiÓn, sö dông n¨ng l−îng míi hoÆc tiÕt kiÖm nhiªn liÖu truyÒn thèng vµ th©n thiÖn víi m«i tr−êng. Mçi tiªu chÝ h−íng tíi ®Òu dùa trªn mét sè gi¶i ph¸p kü thuËt kh¶ thi trong c¸c côm m¸y x¸c ®Þnh, chóng thuéc vÒ: 1. C¸c hÖ thèng trî gióp vµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn xa nh− : - HÖ thèng cung cÊp th«ng tin vÒ b¶n ®å vµ t×nh tr¹ng giao th«ng cËp nhËt, - HÖ thèng hç trî dÉn ®−êng cho ng−êi l¸i vµ - HÖ thèng b¶o hiÓm, an toµn tÝch cùc 2. C¸c hÖ thèng ng¾t rung ®éng vµ ®iÒu chØnh æn ®Þnh tÝch cùc nh−: - Khö ®iÖn tÝch - §iÒu chØnh ®é æn ®Þnh th©n xe - §Öm khÝ gi¶m chÊn tÝch cùc - Bé æn ®Þnh thÝch nghi - Tù ®éng ®iÒu chØnh æn ®Þnh toµn th©n xe (Automatic Body Control) 3. HÖ thèng qu¶n lý c¸c t¸c ®éng vµo vµnh, b¸nh xe nh−: - HÖ thèng c¾t rung tÝch cùc - HÖ thèng phanh chèng bã (ABS) - HÖ thèng chèng tr¬n tr−ît (ASR) - HÖ thèng ph©n bè lùc phanh ®iÖn tö 4. Bé phËn ®iÖn tö
2 - KÕt nèi c¸c hÖ thèng ®−êng dÉn th«ng tin - HÖ thèng qu¶n lý ®iÒu hoµ nhiÖt ®é th«ng minh - HÖ thèng van ®iÒu tiÕt ®iÖn tõ - HÖ thèng phun x¨ng ®iÖn tö Auswahl mechatronischer Systeme in Fahrzeugen C¸c hÖ thèng trî gióp, hÖ thèng HÖ thèng khung xe ®iÒu khiÓn tõ xa (Telematik) • Khö ®iÖn tÝch • C¸c hÖ thèng th«ng tin vÒ giao • §iÒu chØnh ®é æn ®Þnh th©n th«ng xe • HÖ trî gióp l¸i xe • §Öm khÝ gi¶m chÊn tÝch •HÖ thèng an toµn tÝch cùc cùc •Bé æn ®Þnh chñ ®éng •§iÒu khiÓn chñ ®éng vµ tÝch cùc toµn th©n xe (ABC) HÖ thèng vµnh, b¸nh xe Quelle: Volkswagen AG • C¾t rung Bé phËn ®iÖn tö • HÖ thèng phanh chèng bã (ABS) • HÖ thèng chèng tr¬n tr−ît (ASR) • KÕt nèi c¸c hÖ thèng ®−êng dÉn th«ng tin • HÖ ph©n bè lùc phanh ®iÖn tö • HÖ thèng qu¶n lý nhiÖt ®é th«ng minh • HÖ th«ng van ®iÒu tiÕt ®iÖn tõ, phun x¨ng ®iÖn tö H×nh 1. c¸c khu vùc øng dông cña hÖ thèng c¬ ®iÖn tö trong mét chiÕc xe « t« HiÓn nhiªn lµ viÖc øng dông c¸c hÖ thèng c¬ ®iÖn tö trong xe cé sÏ ¶nh h−ëng ®Õn gi¸ thµnh cña s¶n phÈm. Tõ 1965 ®Õn 2005, thµnh phÇn gi¸ c¶ t¨ng dÇn tõ 16% ®Õn 35% tuú thuéc møc cµi ®Æt øng dông chóng. Tuy nhiªn tÝnh an toµn vµ tiÖn nghi còng theo ®ã ngµy mét n©ng cao ®¸ng kÓ. C¸c hÖ thèng c¬ ®iÖn tö ®−îc øng dông phæ biÕn vµ theo møc an toµn tÝch cùc tõ thÊp ®Õn cao bao gåm: - ABS: HÖ thèng phanh chèng bã - ASR: HÖ thèng ®iÒu chØnh chèng tr¬n tr−ît cho bé phËn truyÒn ®éng - EBV: hÖ thèng ph©n bè lùc phanh ®iÖn tö - ESP: Ch−¬ng tr×nh qu¶n lý ®é æn ®Þnh ®iÖn tö - BAS: HÖ thèng hç trî qu¸ tr×nh phanh h·m - ACC: Bé ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t thÝch nghi - BbW/SbW: HÖ thèng khö tõ / §iÒu tiÕt van ®iÖn tõ - ABC: HÖ ®iÒu khiÓn tÝch cùc toµn xe - EMB - EML: HÖ thèng trî l¸i, trî phanh c¬ - ®iÖn - DbW: HÖ thèng l¸i theo tÝn hiÖu ®iÖn tõ - CA: HÖ thèng c¶nh b¸o va ch¹m... Møc cao nhÊt trong t−¬ng lai (®Õn 2020) sÏ lµ c¸c cç xe ®−îc l¸i hoµn toµn tù ®éng hay lµ xe kh«ng ng−êi l¸i. II. CÊu tróc hÖ thèng c¬ ®iÖn tö trong bé phanh ABS
3 C¬ ®iÖn tö - nh− ®· râ - lµ mét hÖ thèng tÝch hîp h÷u c¬ c¸c kü thuËt chÝnh yÕu nh− C¬ khÝ - §iÖn, ®iÖn tö - C«ng nghÖ th«ng tin. KÕt nèi c¸c kü thuËt c¬ khÝ vµ ®iÖn tö t¹o ra thµnh phÈm tiªu biÓu lµ nh÷ng phÇn tö ®o l−êng, c¶m biÕn còng nh− c¸c c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ ®iÒu chØnh cña c¬ cÊu chÊp hµnh. KÕt nèi gi÷a kü thuËt ®iÖn - ®iÖn tö vµ xö lý tin t¹o ra c¸c hÖ thèng tÝnh to¸n qu¸ tr×nh, ®ãng vai trß h¹t nh©n trong hÖ thèng c¬ ®iÖn tö. KÕt nèi c¸c kü thuËt xö lý tin vµ kü thuËt c¬ khÝ l¹i ®−a ra nh÷ng c«ng cô h÷u hiÖu lµ c¸c phÇn mÒm m« pháng, m« h×nh ho¸... vµ hÖ thèng c¬ ®iÖn tö ®· kÕt nèi mét c¸ch h÷u c¬ tÊt c¶ c¸c thø ®ã. Theo c¸ch tiÕp cËn kh¸c, cã thÓ thÊy quan niÖm cña David M. Auslander trong cuèn „What is Mechatronics“ lµ cã lý: C¬ ®iÖn tö lµ mét hÖ thèng t¹o lËp nh÷ng quyÕt ®Þnh phøc t¹p ®Ó ®iÒu khiÓn mét hÖ thèng vËt lý. Trong hÖ thèng ®ã, viÖc t¹o lËp c¸c quyÕt ®Þnh ®iÒu khiÓn (Decision making) ®−îc coi lµ vÊn ®Ò träng t©m, ®èi t−îng ®iÒu khiÓn ®−îc t¸c ®éng trªn c¶ ba dßng vËn ®éng c¬ b¶n: l−u th«ng vËt chÊt, l−u th«ng n¨ng l−îng vµ l−u th«ng th«ng tin (h×nh 2) M e c h a t r o n i s c h e Sy s t e m e HÖ t h è n g c ¬ ®i Ön t ö CÊu tróc tæng qu¸t cña hÖ th«ng c¬ ®iÖn tö §iÒu khiÓn §Ëi l−îng dÉn §¹i l−îng ®iÒu chØnh §¹i l−îng ®o Xö lý th«ng tin Dßng th«ng tin Dßng n¨ng l−îng C¬ cÊu Côm c¬ khÝ & biÕn ®æi §o l−êng / ®iÒu khiÓn n¨ng l−îng c¶m biÕn Dßng n¨ng Dßng n¨ng l−îng l−îng s¬ cÊp tiªu thô Cung øng Cung øng Cung øng n¨ng l−îng n¨ng l−îng N¨ng l−îng phô - C¬ - thuû - khÝ - §iÖn - ®iÖn tö - Quang... H×nh 2. Nguyªn lý cÊu tróc tæng qu¸t cña mét hÖ thèng c¬ ®iÖn tö „HÖ thèng vËt lý“ hay ®èi t−îng ®iÒu khiÓn ë ®©y bao gåm kh«ng chØ c¸c thiÕt bÞ c¬ khÝ truyÒn thèng hay c¸c m¸y c¬ - ®iÖn mµ cßn lµ c¸c hÖ thèng tù ®éng ho¸ s¶n xuÊt kÓ c¶ hÖ thèng qu¶n lý d÷ liÖu, c¸c hÖ thèng xö lý trong kü thuËt « t«, hÖ thèng ®iÒu khiÓn m«i tr−êng còng nh− hÇu hÕt c¸c s¶n phÈm cña c«ng nghÖ cao, trong nhiÒu ngµnh kinh tÕ kh¸c nhau.
4 D−íi ®©y xin tr×nh bµy néi dung kü thuËt cña viÖc nghiªn cøu øng dông hÖ thèng phanh tù ®éng ®iÒu chØnh hay hÖ thèng phanh chèng bã (ABS = Anti-Blockier System) - mét trong sè hÖ thèng xö lý quan träng nhÊt trong kü thuËt « t« víi t− c¸ch lµ mét hÖ thèng c¬ ®iÖn tö. HÖ thèng phanh ABS lµ mét côm kÕt cÊu th«ng minh trî gióp ng−êi l¸i trong qu¸ tr×nh ®iÒu chØnh tèc ®é vµ phanh h·m xe mét c¸ch mau lÑ vµ an toµn, cã ph¶n øng thÝch nghi víi t×nh tr¹ng xe (tèc ®é, khèi l−îng ®éng, tr¹ng th¸i b¸nh xe, m« men dÉn ®éng, m« men phanh h·m...) vµ t×nh tr¹ng ®−êng ®i (chÊt l−îng mÆt ®−êng, ®é rung chÊn, kho¶ng c¸ch tõ xe tíi ®iÓm nguy hiÓm...). §ã lµ mét hÖ thèng cã giíi h¹n ®éc lËp vÒ vÞ trÝ trong kh«ng gian m¸y vµ cã nh÷ng ®Æc tr−ng riªng biÖt. Qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña hÖ thèng bao gåm nh÷ng t¸c dông c¬ - lý x¶y ra theo mét tr×nh tù thêi gian hay lµ „c¸c t×nh tr¹ng thùc“ cña hÖ thèng. Trªn c¬ së nghiªn cøu cÊu h×nh hÖ thèng vµ c¸c qu¸ tr×nh t¸c dông, ng−êi ta thiÕt lËp c¸c m« h×nh (chñ yÕu lµ m« h×nh to¸n, s¬ ®å khèi hoÆc b¶ng tr¹ng th¸i hay s¬ ®å dßng tÝn hiÖu...) nh»m m« t¶ mét c¸ch cã môc ®Ých c¸c chøc n¨ng kü thuËt gÇn s¸t nhÊt víi b¶n chÊt cña hÖ thèng thùc (H×nh 3). H×nh 3: S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®iÒu tiÕt Distronic Bµi to¸n ®iÒu khiÓn hÖ thèng phanh ABS ®−îc ®Æt ra víi c¸c gi¶ thiÕt: Ma s¸t Coulomb t¸c ®éng trong khi phanh µ = Fb / Fn Gia tèc t¸c ®éng h·m xe dõng l¹i a = const = - (µ Fn) / m Qu·ng ®−êng phanh ∆x = 1/2 (m . Vo2 / µ Fn) Tõ ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng c¬ b¶n, nghiªn cøu hÖ thèng hç trî phanh thuû lùc, ta cã qu¸ tr×nh t¸c ®éng theo thêi gian víi ba giai ®o¹n (h×nh 4):
5 V Ýd ô c h o h Ö t h è n g 1 b Ë c t ù d o Ph−¬ng tr×nh chuyÓn ®éng: .. . mx+bx+cx = F(t) .. . Hay lµ mx = F (t) mit FG(t) = F(t)-bx-cx G a) Nót céng S¬ ®å khèi bx . b F(t)- F(t)G F(t)- F(t) G .. x x + - - 1 m . x cx c 1. T¸c ®éng cña ng−êi l¸i vµo hÖ thèng trî gióp (pha 1) 2. Th¶ bµn ®¹p phanh (pha 2) 3. Ng¾t m¹ch trî gióp phanh Mçi giai ®o¹n ®Òu kh¶o s¸t qu¸ tr×nh diÔn biÕn cña ¸p lùc phanh theo thêi gian. Theo ®ã nh÷ng ®Æc tuyÕn ¸p lùc phanh do ng−êi l¸i xe t¸c ®éng (®Æc tuyÕn 1), ¸p lùc phanh ®iÒu chØnh (®Æc tuyÕn 2) vµ ¸p lùc phanh kh«ng cã t¸c ®éng cña ng−êi l¸i (®Æc tuyÕn 3) ®−îc thÓ hiÖn. Tõ ®å thÞ ®Æc tuyÕn „¸p lùc phanh theo thêi gian“, nhËn râ ®−îc kho¶ng thêi gian vµ ®é suy gi¶m ¸p lùc phanh trong ph¹m vi giíi h¹n t¸c ®éng kÑp phanh. H×nh 4. §Æc tuyÕn ¸p lùc phanh theo thêi gian víi hÖ thèng trî gióp thuû lùc Dùa trªn nh÷ng kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ b¶n chÊt vËt lý cña qu¸ tr×nh t¸c dông, nh÷ng ph−¬ng ¸n cã tÝnh nguyªn t¾c cña hÖ thèng phanh ABS ®−îc ®Ò xuÊt, chóng bao gåm:
6 1. Nguyªn t¾c pit t«ng t¸c ®éng mét chiÒu (Plunger-Prinzip) 2. Nguyªn t¾c t¸c ®éng trªn ®−êng håi cña dßng dÇu (Rueckfoerder-Prinzip) 3. Nguyªn t¾c dßng mét chiÒu thuû ®éng (Dynamisches Einstroem-Prinzip) H×nh 5 nªu râ hÖ thèng thuû lùc bao gåm c¸c bé khuyÕch ®¹i lùc phanh theo nguyªn lý ch©n kh«ng (1) hoÆc nguyªn t¾c thuû lùc (2), c¸c b×nh tÝch ¸p cao ¸p (3), c¸c van ®iÒu tiÕt ABS (4), M¹ch ®iÒu chØnh ¸p lùc phanh (5), c¸c xi lanh t¸c dông mét chiÒu (6), b¬m trªn ®−êng håi dÇu (7), van thuû lùc chÝnh (8), M¹ch ®iÒu chØnh ABS (9) vµ b×nh tÝch ¸p thÊp (10)... H×nh 5: C¸c ph−¬ng ¸n c¬ b¶n cña bé phanh thuû lùc ABS Cuèi cïng lµ hÖ thèng phanh c¬ ®iÖn tö EMB, trong ®ã ®èi t−îng ®iÒu khiÓn hay „hÖ thèng vËt lý“ chÞu t¸c ®éng cña „c¸c quyÕt ®Þnh ®iÒu khiÓn“ chÝnh lµ c¸c bé ®éng c¬ ®iÒu tiÕt, kÌm theo hép sè kÕt nèi víi c¬ cÊu phanh c¬ khÝ thµnh nh÷ng m« ®un riªng biÖt, l¾p r¸p cho lèp tr−íc bªn tr¸i, bªn ph¶i vµ cho lèp sau bªn tr¸i còng nh− bªn ph¶i (h×nh 6). Bµn ®¹p phanh cña ng−êi l¸i cung cÊp mét trong sè c¸c tÝn hiÖu ®Çu vµo cña hÖ thèng tÝnh to¸n trung t©m, th«ng qua bé m« pháng Pedal. Ngoµi c¸c bé ph©n c¬ khÝ nh− c¸c m¸ phanh, ®Üa phanh, b¹c ®Öm cßn cã c¸c bé c¶m biÕn sè vßng quay cña b¸nh xe vµ Chip vi tÝnh trung t©m xö lý t¸c ®éng thÝch nghi cña lùc phanh. HÖ thèng m¹ch gåm c¸c ®−êng dÉn tÝn hiÖu trùc tiÕp tõ c¸c sensor vÒ côm xö lý trung t©m, c¸c m¹ch phanh c¬ ®iÖn tö ®iÒu tiÕt hÖ cung øng n¨ng l−îng tõ ¾c quy 36 von ®Õn c¸c bé ®éng c¬ vµ ®−êng dÉn néi t¹i cña hÖ thèng EBM cã liªn hÖ hai chiÒu gi÷a côm xö lý trung t©m vµ hÖ ®iÒu khiÓn ®éng c¬. H×nh 6. HÖ thèng phanh c¬ ®iÖn tö „Elektromechanische Bremse“
7 KÕt cÊu tæng thÓ ABS HÖ thèng phanh ABS Trong hÖ thèng c¬ ®iÖn tö, c¸c bé c¶m biÕn ®ãng vai trß thu thËp th«ng tin vµ biÕn ®æi c¸c tÝn hiÖu t−¬ng tù cña nh÷ng ®¹i l−îng vËt lý kh¸c nhau thµnh tÝn hiÖu sè (d¹ng xung) råi chuyÓn vÒ côm xö lý trung t©m. Nguyªn lý phæ biÕn cña c¸c sensor c¶m nhËn tèc ®é quay b¸nh xe cho ®Õn nay vÉn dùa trªn hiÖu øng c¶m øng ®iÖn tõ (h×nh 7). H×nh 7. Bé c¶m biÕn sè vßng quay cña b¸nh xe víi hiÖu øng c¶m øng ®iÖn tõ
8 III. KÕt luËn C¸c hÖ thèng c¬ ®iÖn tö lµ nh÷ng s¶n phÈm ra ®êi trong giai ®o¹n ph¸t triÓn míi cña c«ng nghÖ cao, tiÖm cËn nÒn kinh tÕ tri thøc. Hµm l−îng tri thøc cao trong s¶n phÈm nµy thÓ hiÖn kh«ng nh÷ng ë qu¸ tr×nh nghiªn cøu c¬ b¶n trong lao ®éng qu¸ khø mµ cßn hµm chøa trong nh÷ng gi¶i ph¸p kü thuËt tÝch hîp c¬ khÝ, ®iÖn vµ ®iÖn tö còng nh− kü thuËt xö lý tin trong mét hÖ thèng tæng thÓ. Th«ng qua mét dÉn chøng cô thÓ vÒ øng dông bé phanh ABS trong kü nghÖ « t«, cã thÓ thÊy t−¬ng lai cña c«ng nghÖ c¬ ®iÖn tö ®ang më réng vµ ch¾c ch¾n sÏ chiÕm lÜnh nh÷ng vÞ trÝ xøng ®¸ng trong nÒn kü thuËt cña kû nguyªn kinh tÕ trÝ thøc ®· hiÖn h÷u.