Ảnh hưởng của mô hình ma sát đến mô phỏng hệ thống lái trợ lực thủy lực

Bài viết nghiên cứu ảnh hưởng của ba mô hình ma sát: Mô hình ma sát trạng thái ổn định, mô hình ma sát LuGre và mô hình ma sát LuGre sửa đổi đến mô phỏng động lực học hệ thống lái trợ lực thủy lực. Mô hình toán học của hệ thống được xây dựng dựa trên hệ thống thủy lực sử dụng một xy lanh và một van phân phối.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ảnh hưởng của mô hình ma sát đến mô phỏng hệ thống lái trợ lực thủy lựcNguyễn Văn Lại, Trần Xuân Bộ, Trần Khánh Dương36ẢNH HƯỞNG CỦA MÔ HÌNH MA SÁT ĐẾN MÔ PHỎNGHỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC THỦY LỰCEFFECT OF FRICTION MODELS ON SIMULATION OF HYDRAULIC STEERING SYSTEMNguyễn Văn Lại, Trần Xuân Bộ, Trần Khánh DươngTrường Đại học Bách khoa Hà Nội; nguyenvanlai@humg.edu.vnTóm tắt - Bài báo nghiên cứu ảnh hưởng của ba mô hình ma sát:mô hình ma sát trạng thái ổn định, mô hình ma sát LuGre và môhình ma sát LuGre sửa đổi đến mô phỏng động lực học hệ thốnglái trợ lực thủy lực. Mô hình toán học của hệ thống được xây dựngdựa trên hệ thống thủy lực sử dụng một xy lanh và một van phânphối. Các đặc tính về góc quay bánh xe, độ dịch chuyển, vận tốc,áp suất, và lực trợ lái tạo ra bởi xy lanh thủy lực được phân tíchdưới các điều kiện góc lái khác nhau và dưới ảnh hưởng của cácmô hình ma sát. Kết quả chỉ ra rằng các mô hình ma sát đều cóthể mô phỏng đúng quy luật lái của hệ thống lái xe. Tuy nhiên, môhình ma sát LuGre sửa đổi cho kết quả mô phỏng tốt nhất, trongkhi đó mô hình ma sát trạng thái ổn định gây ra nhiều tín hiệu nhiễutrong các đặc tính đạt được.Abstract - This paper focuses on effects of the three friction models:steady-state friction model, LuGre model, and new modified LuGremodel on simulation of dynamic characteristics of a hydraulic steeringsystem. Mathematical model of the system is developed based on ahydraulic system consisting of a hydraulic cylinder and a directionalcontrol valve. Characteristics of wheel angles, displacement andvelocity of the cylinder piston, pressures in the two-cylinder chambers,and steering assisted force created by the cylinder are analyzed underdifferent conditions of steering angle and under the effects of the frictionmodels. Results show that steering law is correctly simulated by usingall the three friction models. However, the new modified LuGre modelgives the best simulation results while the steady-state friction modelcauses much oscillation in the characteristics of velocity, pressures,and steering assisted force.Từ khóa - hệ thống lái trợ lực thủy lực; mô hình ma sát LuGre; mô hìnhma sát LuGre sửa đổi; mô hình ma sát ở trạng thái ổn định; mô phỏng.Key words - hydraulic steering system; LuGre model; newmodified LuGre model; steady-state friction model; simulation.1. Giới thiệuHệ thống lái trợ lực thủy lực được sử dụng trong nhiềuphương tiện chuyển động khác nhau như: ô tô, các xe máycông trình, tàu, thuyền, …vì tỷ lệ giữa lực (công suất)/khốilượng hệ thống trợ lực rất lớn, độ bền cao 1 - 2. Tuy nhiên,đặc tính động lực học của hệ thống rất phức tạp do đặc tínhphi tuyến cao của hệ thống thủy lực. Một trong các đặc tínhphi tuyến của hệ thống thủy lực là ma sát trong xy lanh thủylực. Ma sát có thể gây ra các sai số điều khiển, giới hạn cácchu kỳ làm việc và ảnh hưởng đến đặc tính của hệ thống.Để mô phỏng đúng đặc tính của hệ thống lái trợ lực thủylực thì một mô hình ma sát đầy đủ cần được xây dựng.Các mô hình ma sát ở trạng thái ổn định đã được sửdụng rộng rãi trong các hệ thống cơ khí bao gồm cả hệthống thủy lực 3 - 4. Những mô hình ma sát này rất hữuích khi phân tích động lực học các hệ thống thủy lực làmviệc ở các điều kiện ổn định, nhưng không phù hợp khi hệthống hoạt động trong điều kiện động.Một số mô hình ma sát động đã được đề xuất [4 - 9], trongđó mô hình ma sát LuGre [7], được áp dụng rộng rãi nhất đểmô phỏng các đặc tính ma sát trong các hệ thống cơ khí. Tuynhiên Tran và các đồng tác giả 10 đã chỉ ra rằng mô hình masát LuGre không thể mô phỏng đủ được các đặc tính ma sáttrong xy lanh thủy lực và khí nén. Họ phát triển mô hình masát mới bằng việc sửa đổi động học của ma sát nhớt trong môhình LuGre. Mô hình ma sát mới này được gọi là mô hình masát LuGre sửa đổi và nó có thể mô phỏng tất cả các đặc tínhma sát của xy lanh thủy lực và xy lanh khí nén 11.Mặc dù, mô hình ma sát LuGre sửa đổi đã được kiểmchứng là mô phỏng tốt các đặc tính ma sát trong xy lanhthủy lực nhưng tính hữu dụng của các mô hình này trongviệc mô phỏng chuyển động của một hệ thống lái thủy lựcvẫn chưa được nghiên cứu.Trong bài báo này, ảnh hưởng mô hình LuGre sửa đổiđến mô phỏng hệ thống lái trợ lực thủy lực được nghiêncứu trong sự so sánh với mô hình ma sát ở trạng thái ổnđịnh (mô hình ma sát TT ổn định) và mô hình LuGre.2. Mô hình hệ thống lái trợ lực thủy lực2.1. Mô hình hệ thốngTrong nghiên cứu này, sơ đồ kết cấu của một hệ thống láitrợ lực thủy lực được trình bày trên Hình 1. Hệ thống bao gồm:Bánh xe 1, hình thang lái 2, thanh phản hồi góc bánh xe 4, vanthủy lực 4, hộp lái 5, bánh lái 6, xy lanh thủy lực 7, áp suất nguồnps từ bơm thủy lực, góc quay của bánh xe dẫn hướng  và .Hình 1. Sơ đồ hệ thống lái trợ lực thủy lựcISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 9(130).2018Khi có tác động điều khiển lái, bánh lái 6 quay góc ,hộp lái 5 có tỷ số ...