BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRẦN VĂN THOAN
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC CỦA Ô TÔ TẢI
NHẰM HẠN CHẾ TRƢỢT QUAY BÁNH XE CHỦ ĐỘNG
Ngành: Kỹ thuật Cơ khí động lực
Mã số: 9520116
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
Hà Nội - 2018
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS.Hồ Hữu Hải
2. PGS. TS. Đàm Hoàng Phúc
Phản biện 1: PGS.TS Dương Văn Tài
Phản biện 2: PGS.TS Trần Quang Hùng
Phản biện 3: PGS.TS Nguyễn Ngọc Quế
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường, họp
tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
Hầu hết các xe tải tại nước ta sử dụng động cơ diezel sử dụng bơm cao áp không có điều
khiển điện tử và chưa được trang bị hệ thống chống trượt quay. Vì vậy, việc nghiên cứu, tìm ra giải
pháp tác động vào quá trình điều khiển của hệ thống nhiên liệu nhằm hạn chế hiện tượng trượt quay
bánh xe trên ô tô khi di chuyển trên đường trơn trượt là cần thiết nhằm tăng tính ổn định và khả
năng cơ động cho xe.
Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ thống động lực của ô tô tải nhằm hạn chế
trượt quay bánh xe chủ động” là một công trình khoa học cần thiết nhằm góp phần tạo dựng cơ sở
lý thuyết phục vụ cho việc nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển mức tải động cơ nhằm hạn chế
độ trượt quay của bánh xe chủ động trên ô tô tải nhỏ sản xuất lắp ráp tại Việt Nam, góp phần hiện
đại hóa các nhà máy ô tô và phục vụ những nghiên cứu trong đào tạo.
Mục đích của luận án:
Nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển mức tải động cơ nhằm hạn chế độ trượt quay của
bánh xe chủ động trên ô tô tải nhỏ sản xuất lắp ráp tại Việt Nam.
Đối tƣợng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của luận án được lựa chọn là ô tô tải 2,98 tấn, công thức bánh xe 4x2
trang bị động cơ diezel.
Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu điều khiển thay đổi mức tải của động cơ nhằm hạn chế hiện tượng trượt quay
bánh xe chủ động của ô tô khi hoạt động trên đường thẳng, xấu trơn trượt và đồng nhất.
Nội dung và bố cục của luận án:
Nội dung nghiên cứu của luận án gồm 4 chương: chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu;
chương 2: Mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô; chương 3: Xây dựng bộ điều khiển và
mô phỏng hoạt động của hệ thống điều khiển; chương 4: Thiết kế chế tạo và thực nghiệm hệ thống.
Những kết quả mới của luận án:
- Mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô có xét đến đặc tính động cơ đốt trong sử dụng
bơm cao áp dãy.
- Thuật toán điều khiển và giá trị các tham số của bộ điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe bằng
phương pháp điều khiển công suất động cơ.
- Các kết quả mô phỏng lý thuyết hoạt động của hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe.
- Mẫu bộ điều khiển và cơ cấu chấp hành (chế tạo thử nghiệm lần đầu) của hệ thống hạn chế trượt
quay bánh xe chủ động.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trên thực tế hiện nay, các hãng ô tô trên thế giới có nhiều phương pháp để điều khiển hạn
chế trượt quay bánh xe chủ động của ô tô nhưng tập trung chủ yếu là điều khiển công suất động cơ
và tác động vào hệ thống phanh nhằm giúp ô tô chuyển động an toàn. Một số nghiên cứu ứng dụng
sử dụng kết hợp hai phương pháp trên nhằm nâng cao tốc độ và hiệu quả điều khiển. Tại Việt Nam
đã có nhiều nghiên cứu về hệ thống hạn chế trượt lết bánh xe tuy nhiên chưa có các công trình
nghiên cứu đáng kể nào về hệ thống hạn chế trượt quay. Hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay là
một hệ thống phức tạp, việc nghiên cứu đòi hỏi kết hợp nhiều lĩnh vực kiến thức: cơ khí động lực,
2
kỹ thuật điện tử, cảm biến và cơ cấu chấp hành và kỹ thuật điều khiển, do vậy đề tài luận án có tính
khoa học.
Tại Việt Nam hiện nay, các xe tải sử dụng động cơ diesel được sử dụng phổ biến. Các loại
xe này hầu như chưa được trang bị hệ thống chống trượt quay bánh xe (Anti-Spin Regulation).
Trong khi các phương tiện này hoạt động trên các loại đường xấu ở các vùng nông thôn, miền núi
hoặc các công trường xây dựng... các bánh xe rất dễ bị trượt quay, làm giảm khả năng cơ động của
xe. Nội dung nghiên cứu của luận án góp phần làm cơ sở để tiến tới làm chủ công nghệ điều khiển
hạn chế trượt quay bánh xe chủ động và áp dụng cho các xe tải sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam. Do
vậy đề tài có ý nghĩa thực tiễn.
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Hiện tƣợng trƣợt quay bánh xe và cơ sở lý thuyết hạn chế hiện tƣợng trƣợt quay
Trong quá trình chuyển động, các lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động được thể
hiện trên hình 1.1 như sau[26]:
Hình 1.1 Sơ đồ lực và mô men tác
dụng lên bánh xe chủ động
Hình 1.2 Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang
theo độ trượt bánh xe.
Nếu mô men của động cơ truyền đến bánh xe lớn hơn mô men bám cực đại (
x max
MM
) sẽ
làm cho bánh xe bị trượt quay đến mức gây hại. Hệ số bám dọc, hệ số bám ngang giữa bánh xe và
mặt đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tình trạng mặt đường, kiểu lốp, chất lượng lốp, nhiệt độ, vận
tốc, độ trượt. Với φx và φy là hệ số bám dọc và hệ số bám ngang của bánh xe. Nhiều nghiên cứu cho
thấy khi độ trượt nằm trong khoảng 10% - 30% thì hệ số bám theo phương dọc φx lớn và đạt giá trị
lớn nhất [3];[7];[18];[38] trong khi đó hệ số bám ngang đang có xu hướng giảm nhưng vẫn ở giá trị
cao.
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
1.2.1 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống chống trượt quay. Các nghiên
cứu hạn chế hiện tượng trượt quay tập trung vào 3 giải pháp đó là điều khiển hệ thống phanh, điều
khiển công suất động cơ, kết hợp điều khiển công suất và phanh hợp lý:[20],[21],[22],[27],[28],
[30],[31],[32],[33],[34],[35],[40],[41],[42],[44],[46],[49,[50],[51],[52],[53],[54],[55].
1.2.2 Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Tại Việt Nam đã có một số công trình nghiên cứu về hệ thống chống trượt lết bánh xe
[2];[3];[4] tuy nhiên chưa có công trình đáng kể nào nghiên cứu hệ thống điều khiển chống trượt
quay bánh xe ô tô.
3
1.3 Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu
Luận án đã lựa chọn đối tượng nghiên cứu là ô tô tải nhỏ sử dụng động cơ diezel (bơm cao áp
dãy), công thức bánh xe 4x2.
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
Việc điều khiển cùng lúc hai giải pháp hết sức phức tạp, vì vậy trong khuôn khổ luận án này
chỉ nghiên cứu một phần của giải pháp điều khiển giảm công suất (mô men) động cơ thông qua điều
khiển tải của động cơ nhằm giảm độ trượt của các bánh xe chủ động của ô tô khi hoạt động trên
đường xấu trơn trượt và đồng nhất.
1.4 Mục tiêu và phƣơng pháp nghiên cứu
1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu thiết kế, chế tạo và thử nghiệm được mẫu đầu hệ thống điều khiển giảm công
suất động cơ nhằm hạn chế độ trượt quay của bánh xe chủ động trên ô tô tải nhỏ sản xuất lắp ráp tại
Việt Nam khi chạy trên đường có hệ số bám thấp.
1.4.2 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết.
- Nghiên cứu thực nghiệm.
1.5 Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động của ô tô, xây dựng mô hình mô
phỏng chuyển động thẳng của ô tô;
- Khảo sát đặc tính tăng tốc của ô tô tải trên đường có hệ số bám khác nhau;
- Nghiên cứu đề xuất thuật toán điều khiển và xác định các thông số của bộ điều khiển;
- Mô phỏng hệ thống điều khiển, xác định vùng làm việc của bộ điều khiển;
- Nghiên cứu thực nghiệm nhằm xác định đặc tính cục bộ, đặc tính ngoài của bơm cao áp
dãy, đặc tính bộ điều tốc;
- Thiết kế chế tạo bộ điều khiển, cụm cơ cấu chấp hành của hệ thống;
- Thực nghiệm hoạt động của hệ thống.
CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG THẲNG CỦA Ô TÔ
Mô hình mô phỏng gồm mô hình động cơ, mô tả hệ thống truyền lực, mô hình bánh xe và mô
hình chuyển động theo phương dọc của xe.
Hình 2.1 Sơ đồ mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô
2.1 Xây dựng mô hình mô phỏng