Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện

- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN NGHÀNH : CÔNG NGHỆ ÔTÔ MÃ SỐ : 04.06 Người hướng dẫn: TS.
- 4 1.1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG LÁI.
- 4 1.1.1 Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới.
- .4 1.1.2 Tình hình nghiên cứu trong vùng ASEAN và trong nước.
- 7 1.2 MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.
- 8 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu của luận văn.
- 8 1.2.2 Nội dung luận văn.
- 9 1.2.3 Phương pháp nghiên cứu.
- 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI.
- 10 1.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC.
- 15 1.3 CÁC YẾU TỐ KẾT CẤU VÀ SỬ DỤNG ẢNH HƯỞNG TỚI LỰC LÁI, TÍNH NĂNG ỔN ĐỊNH VÀ TÍNH NĂNG DẪN HƯỚNG CỦA HỆ THỐNG LÁI.
- 30 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC.
- 31 2.1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC.
- 31 2.1.1 Công dụng của hệ thống trợ lực lái.
- .31 2.1.2 Phân loại hệ thống trợ lực lái.
- 31 2.2 HỆ THỐNG LÁI CÓ TRỢ LỰC THỦY LỰC.
- .34 2.2.1 Cấu trúc tổng quát HTL trợ lực thủy lực.
- 34 2.2.2 Mô hình toán học hệ thống lái trợ lực thủy lực.
- 35 2.2.3 Đặc tính trợ lực lái.
- 36 2.2.4 Giải pháp điều khiển thay đổi hệ số trợ lực lái.
- .37 2.3 HỆ THỐNG TRỢ LỰC THỦY LỰC ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – ĐIỆN TỬ.
- .37 2.3.1 Hệ thống lái trợ lực thủy lực với van điện từ lắp ở bơm trợ lực thực hiện điều khiển lưu lượng.
- 37 2.3.2 Hệ thống lái trợ lực thủy lực với van điện từ trên mạch dầu van trợ lực lái.
- 39 2.3.3 Hệ thống lái trợ lực thủy lực với van điện từ tại cửa vào ra (cửa P và cửa R) của van trợ lực.
- 41 2.3.4 HTL trợ lực thủy lực với cách thay đổi tốc độ bơm trợ lực lái.
- 42 2.4 HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN – ĐIỆN TỬ.
- 46 2.4.1 Cảm biến trong hệ thống trợ lực lái điện – điện tử.
- 60 2.4.2 Trợ lực trên cơ cấu lái.
- .58 2.4.3 Cảm biến trong hệ thống trợ lực lái điện – điện tử.
- 69 CHƯƠNG 1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH HTL TRỢ LỰC.
- 72 1.3.3 Hệ thống trợ lực điện lắp ráp trên mô hình.
- Đó là ứng dụng các chương trình máy tính để điều khiển các hệ thống động cơ cũng như các hệ thống gầm ôtô.
- Mặt khác xu hướng tăng tốc độ cực đại của ôtô từ khoảng 270 km/h hiện nay đến 330 km/h trong tương lai đòi hỏi không những phải cải tiến động cơ ôtô để tăng tốc độ và mômen (Áp dụng các chương trình điều khiển pha phối khí thông minh, điều khiển xupáp thông minh, điều khiển nạp gió thông minh.
- mà các hệ thống gầm ôtô cũng có những thay đổi đáng kể như: 1.
- Hệ thống truyền lực: Sử dụng số tự động điều khiển điện tử để tăng tính năng khởi hành và tăng tốc, giảm cường độ lao động của lái xe.
- Hệ thống treo: Sử dụng các hệ thống treo điều khiển điện tử để tăng tính năng êm dịu của xe, chạy ổn định trên các loại đường, chống chúi đầu, bốc đầu xe, chống nghiêng ngang xe khi vào cua vòng.
- Hệ thống lái (HTL): Sử dụng các hệ thống trợ lực lái Điện - Thuỷ lực hoặc hệ thống trợ lực điện hoàn toàn, phù hợp cho việc nâng cấp HTL lên mức lái tự động.
- Ngoài ra, để tăng tính năng quay vòng và tự ổn định chuyển động HTL còn điều khiển cả 4 bánh xe ( 4WS).
- Hệ thống phanh: Sử dụng các hệ thống phanh tự ổn định (EPS) hay còn gọi là hệ thống phanh phân phối lực phanh bằng điện tử (EBD) kết hợp hệ thống ABS và TRC ( Traction).
- Trong đó hệ thống lái ôtô là một ví dụ : Hãng Ford, trên xe Ford Focus 2005 đã sử dụng hệ thống lái trợ Luận văn thạc sỹ Nguyễn Trọng Khoa 2lực dầu và điều khiển tốc độ bơm trợ lực bằng ECU lập trình tối ưu.
- Hãng Toyota, 5/9/2007 đã lắp ráp chiếc xe đầu tiên trợ lực lái bằng điện – điện tử (Xe VIOS 2007).
- Là một cán bộ kỹ thuật, phụ trách sản xuất tại công ty ôtô Toyota Việt Nam, tôi có mong muốn tìm hiểu kỹ hơn về sản phẩm mà công ty Toyota Việt Nam vừa đưa vào sản xuất và đóng góp một phần vào công tác đào tạo và nghiên cứu của công ty cũng như của các cơ sở đào tạo khác và chuyên nghành cơ khí ôtô.
- Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện.
- và được bộ môn ôtô và xe chuyên dụng Viện Cơ Khí Động Lực, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội chấp thuận là đề tài nghiên cứu ứng dụng.
- Nghiên cứu lý thuyết về các hệ thống lái trợ lực, đặc biệt là hệ thống lái có điều khiển điện điện tử 2.
- Xây dựng (thiết kế, chế tạo) mô hình hệ thống lái để mô phỏng các hoạt của hệ thống lái trên ôtô và thực hiện các nghiên cứu – thí nghiệm trên mô hình Trong việc hoàn thành luận văn tôi luôn nhận được sự giúp đỡ và phối hợp của các thầy giáo Bộ môn ôtô và xe chuyên dụng Viện cơ khí động lực trường Đại học bách khoa Hà nội, đặc biệt là thầy Đinh Ngọc Ân và các nhân viên của công ty cổ phần thiết bị và phát triển công nghệ ACT, phòng sản xuất Công ty Toyota Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi để cho tôi hoàn thành bản luận văn này.
- Tác giả Nguyễn Trọng Khoa Luận văn thạc sỹ Nguyễn Trọng Khoa 4PHẦN 1 - TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1.
- TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG LÁI 1.1.1 - Tình hình nghiên cứu về hệ thống lái trên thế giới.
- Hiện nay, trên thế giới cùng với sự phát triển của các ngành khoa học công nghệ khác như vô tuyến điện tử, chế tạo máy với các bộ phận điều khiển tinh vi, các rôbốt công nghiệp thế hệ thông minh, ngành tin học, ngành chế tạo ôtô đang có những bước tiến lớn với sự ứng dụng công nghệ tin học, điều khiển, khoa học mô phỏng, vật liệu mới.
- Ôtô ngày nay được sử dụng ở tốc độ cao, vấn đề an toàn chuyển động ngày càng được các nhà khoa học công nghệ của các trung tâm khoa học tại các nước có nghành công nghiệp ôtô hoàn chỉnh như Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản đầu tư nghiên cứu.
- Trong cấu tạo ôtô, hai hệ thống được coi là quan trọng nhất đảm bảo an toàn chuyển động là hệ thống lái (HTL) và hệ thống phanh (HTP).
- Trong những năm gần đây đã có hàng trăm các công trình khoa học được công bố nhằm hoàn thiện HTL, các công trình chủ yếu tập trung trong lĩnh vực động học và động lực học của HTL bốn bánh- 4WS (Four Wheel Steering) nhằm tăng tính cơ động và hoàn thiện tính điều khiển của HTL.
- Tác giả Samkr Moham USA gần đây vào tháng 6 năm 2000 đã công bố trong công trình về loại xe có hệ thống lái ở cả 4 bánh (All Wheel Driver.
- Nhiều nhà khoa học Đức cũng tập trung nghiên cứu về hệ thống điều khiển cho các loại xe có HTL 4WS.
- Những trung tâm khoa học công nghệ lớn như ở Mỹ, Tây Âu và Nhật Bản hiện đang có nhiều nỗ lực nghiên cứu về vấn đề tự động điều khiển HTL, đó là những công trình nghiên cứu lớn với sự nỗ lực của hàng trăm nhà khoa học hàng đầu thế giới.
- Để tăng tính điều khiển và tiện nghi cho việc hoàn thiện HTL, các nhà khoa học cũng đã đi sâu vào việc chế tạo các bộ cường hoá tích cực PPS (Progressive Power Steering) để đảm bảo cảm giác của người lái với mặt đường, tăng tính điều khiển cuả HTL khi xe chạy ở tốc độ cao, đặc biệt là các xe thế hệ mới được sử dụng ở tốc độ cao hơn 100km/h.
- Những nhà công nghệ cũng luôn tiến tới những kết cấu mới cho HTL như việc phát triển các cơ cấu điều khiển góc đặt trục lái và vô lăng TS (Tilt Steering), cùng với ghế ngồi người lái có thể điều chỉnh theo 3 chiều nhằm bố trí vị trí người điều khiển một cách thuận tiện nhất.
- Xu thế chung của các trung tâm công nghiệp ôtô lớn trên thế giới là nghiên cứu HTL tích cực nhằm sử dụng các thành tựu về điện, điện tử ứng dụng, các thành tựu về tin học để kiểm soát được các tính năng của HTL và đảm bảo các chế độ hoạt động của chúng ở chế độ tối ưu.
- Như vậy có thể thấy rằng HTL với chức năng đảm bảo tính dẫn hướng đang được các nhà khoa học hàng đầu thế giới tập trung nghiên cứu với nhiều nỗ lực lớn.
- Các nhà nghiên cứu đã tập trung vào các nội dung sau.
- Nghiên cứu động học HTL thông qua mối tương quan hình học các khâu độc lập từ đó xác định sự thay đổi động học các khâu, kết luận khả năng sử dụng của các HTL khác nhau trên xe.
- Xác định lực tác dụng lên vành tay lái để tính toán khả năng áp dụng các hệ thống trợ lực để điều khiển lái • Xây dựng các mô hình động học HTL trong những giả thiết cơ học cho sát với điều kiện thực tế từ đó nghiên cứu tính năng điều khiển ôtô.
- Nghiên cứu các hệ thống lái có điều khiển Điện – Thủy lực hoặc điện điện tử • Nghiên cứu các hệ thống lái tự động Sau đây là một số công trình tiêu biểu nhất: Luận văn thạc sỹ Nguyễn Trọng Khoa 6 + Công trình của giáo sư Lưxốp Maxcowva 1972 sử dụng phương pháp thực nghiệm để nghiên cứu xác định động học, động lực học HTL.
- poдuonob và M.Фuttepman Maxcơva 1980 sử dụng hai phương pháp đồ thị và phương pháp đại số để nghiên cứu xác định động học HTL Giáo sư đã sử dụng các thông số hình học chọn lựa của HTL và hệ thống treo phía trước cần phải phù hợp trong quan hệ với sự biến đổi của góc nghiêng dọc của trục đứng, của góc nghiêng ngoài của bánh xe, của góc chụm bánh xe, và độ chuyển dịch ngang của tiếp điểm tiếp xúc bánh xe với mặt đường khỏi vị trí thiết kế tuỳ theo vị trí bánh xe trên chiều cao đối với phần treo của ôtô, cũng như trong quan hệ phụ thuộc vào góc quay bánh xe ngoài đối với góc quay bánh xe trong.
- 1.1.2- Tình hình nghiên cứu trong vùng Asean và trong nước Nhờ sự phát triển nhanh về khoa học kỹ thuật, trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về HTL trợ lực thuỷ lực và đưa vào ứng dụng có hiệu quả, ngày càng được cải tiến và tối ưu hoá qúa trình điều khiển của hệ thống.
- Theo đó, nội dụng chương trình và công nghệ chế tạo mô hình phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu cũng được làm tốt.
- Trong công tác nghiên cứu những năm gần đây cũng đã có một số cán bộ khoa học công nghệ đi sâu nghiên cứu các hệ thống ôtô đặc biệt là HTL và hệ thống phanh.
- Nhóm các cán bộ nghiên cứu của các trường Đại học cũng đã có nhiều nỗ lực ứng dụng các phần mềm chuyên dụng như Alaska 2.3, Sap 90, Simulik.
- trong quá trình nghiên cứu ôtô.
- GS.TSKH Đỗ Sanh cũng lãnh đạo một nhóm nghiên cứu về động học, động lực học trong đó có một phần nghiên cứu về động học quay vòng xe ở tốc độ cao.
- TS Nguyễn Khắc Trai trong luận án của mình cũng nghiên cứu sâu về lý thuyết quay vòng.
- TS Nguyễn Xuân Thiện và TS Lê Hồng Quang trong khuôn khổ đề tài nhà nước KHCN-05-09 đã thử nghiệm thành công bộ trợ lực lái thuỷ lực do Việt Nam chế tạo áp dụng cho xe xích T55.
- TS Nguyễn Thanh Quang với đề tài nghiên cứu động học, động lực học và độ bền HTL trên xe Mêkông Star.
- Luận văn thạc sỹ Nguyễn Trọng Khoa 8 Trong thời gian qua, việc giảng dạy về HTL có trợ lực thuỷ lực ở nước ta còn gặp nhiều khó khăn là do mảng thiết bị và mô hình dạy học của hệ thống chưa nhiều, giá thành của các thiết bị ngoại nhập khá cao, nhiều trường khó có thể trang bị.
- Việc nghiên cứu và chế tạo các mô hình phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu vẫn còn ở quy mô nhỏ, phần lớn là do nhu cầu cấp thiết của công tác giảng dạy nên tự thiết kế và thi công trên các thiết bị sẵn có.
- Một số công ty sản xuất đồ dùng dạy học ở nước ta cũng đã nghiên cứu chế tạo nhiều thiết bị, mô hình dạy học về HTL có trợ lực thuỷ lực trên cơ sở các chi tiết và thiết bị nhập từ nước ngoài về, nhưng rất đơn giản, phần lớn là chỉ dùng để dạy về cấu tạo, và giới thiệu về nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống.
- Các mô hình này thiếu một số chức năng cần thiết để học tập và nghiên cứu trên mô hình, như không quan sát được các chế độ hoạt động của hệ thống, không đo kiểm được một số thông số cơ bản … Nhìn chung, với các thiết bị và mô hình đã có, chưa thể đáp ứng được nhu cầu giảng dạy và nghiên cứu hiện nay về HTL có trợ lực thuỷ lực.
- Các đề tài nghiên cứu về HTL có trợ lực ở trong nước những năm gần đây chưa có một đề tài nghiên cứu hoàn chỉnh về ảnh hưởng của các yếu tố góc đặt của bánh xe dẫn hướng và ảnh hưởng của sự thay đổi tải trọng cũng như thay đổi các chế độ điều khiển khác nhau.
- 1.2- MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỂ TÀI 1.2.1- Mục tiêu nghiên cứu của luận văn.
- Nhiệm vụ chính được đặt ra của đề tài là nghiên cứu cơ bản lý thuyết điều khiển lái có trợ lực và chế tạo mô hình HTL có trợ lực bằng điện – điện tử và đánh giá các quá trình điều khiển ở các chế độ khác nhau.
- Trên cơ sở các cụm thiết bị sẵn có của hệ thống lái xe TOYOTA COROLA 1.8.
- Luận văn thạc sỹ Nguyễn Trọng Khoa 9Nội dung của luận văn còn có thể dùng làm tài liệu giảng dạy và nghiên cứu cho các đối tượng là sinh viên, học sinh chuyên ngành cơ khí ô tô của các trường đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp và có thể làm tài liệu tham khảo cho cán bộ, công nhân kỹ thuật chuyên ngành.
- Mô hình được chế tạo từ đề tài có thể dùng để giảng dạy về hệ thống lái trợ lực điện – điện tử và có thể phục vụ cho việc nghiên cứu nâng cao về điều khiển lái tự động ( không người lái).
- Nghiên cứu lý thuyết về hệ thống lái: Mối quan hệ giữa tải trọng và các mômen, lực trong hệ thống lái.
- Lý thuyết và các giải pháp kỹ thuật điều khiển trợ lực lái + Xây dựng mô hình hệ thống lái để có thể thực hiện các nghiên cứu và điều khiển trợ lực lái.
- Xây dựng chương trình điều khiển hệ thống lái trợ lực điện - điện tử.
- 1.2.3 – Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình, đánh giá các kết quả và đưa ra các kiến nghị.
- Luận văn thạc sỹ Nguyễn Trọng Khoa 10PHẦN 2 – CƠ SỞ LÝ LUẬN CHƯƠNG 1.
- TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI 1.1 – TỔNG QUAN HỆ THỐNG LÁI VÀ MÔ HÌNH TOÁN HỌC Hình 1.1.
- Tổng quan hệ thống lái 1- Vành tay lái 4- Dẫn động lái (gồm các đòn dẫn động từ cơ 2- Trục lái cấu lái đến trục quay đứng của bánh xe) 3- Cơ cấu lái 5- Bánh xe dẫn hướng Về cơ bản, hệ thống lái gồm 5 cụm chính nêu trên.
- Các hệ thống lái trợ lực có thêm các cụm khác như.
- Bơm trợ lực, van trợ lực, xi lanh trợ lực, van điều khiển chế độ trợ lực.
- Đối với hệ thống lái trợ lực thủy lực hoặc trợ lực Điện -Thủy lực.
- Mô tơ trợ lực, các cảm biến, ECU trợ lực lái.
- đối với hệ thống lái trợ lực điện – điện tử).
- Luận văn thạc sỹ Nguyễn Trọng Khoa 11Hệ thống lái là một cơ cấu chịu tác động từ 2 phía: Người lái, tải trọng xe đặt trên các bánh xe dẫn hướng và các lực cản từ mặt đường.
- Sơ đồ tải trọng tác dụng lên hệ thống lái Ff – Lực cản chuyển động.
- Bỏ qua các thành phần ma sát trong các khớp và trong hệ thống.
- Không có ảnh hưởng của các phần tử đàn hồi (cao su, nhựa) trong Luận văn thạc sỹ Nguyễn Trọng Khoa 12• HTL ( Hệ thống lái.
- Giá treo dưới của hệ thống treo được gắn chặt với chassis

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt