Bài giảng Thí nghiệm và đăng kiểm ô tô

THÍ NGHIỆM VÀ ĐĂNG KIỂM Ô TÔ N DƯƠNG THỊ HIỆN E duongthihien@tlu edu vn A 116 KTX Nhà 4 T 0989132621 TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI KHOA CƠ KHÍ BỘ MÔN KỸ THUẬT Ô TÔ mailto damhoangphuc@gmail com mailto damho[.]

THÍ NGHIỆM VÀ ĐĂNG KIỂM Ô TÔ

GIỚI THIỆU CHUNG

1 Mục tiêu.

Sau khi khóa học, yêu cầu:

• Hiểu được mục đích, nội dung và phương

pháp thí nghiệm ô tô

• Nắm vững qui trình thủ tục và công cụ để

tiến hành thí nghiệm ô tô, các tiêu chuẩn đăng kiểm

• Lập kế hoạch và tiến hành các thí nghiệm ô

tô theo mục đích thí nghiệm

• Phân tích và xử lý kết quả thí nghiệm đảm

bảo độ chính xác theo yêu cầu

2 Nội dung môn học

• Mục đích, vai trò và các dạng thí nghiệm ô tô

• Nghiên cứu các dạng thí nghiệm ô tô

• Xác định các thông số hình học và trọng lượng của

ô tô

- Tọa độ trọng tâm (a, b, h g )

- Trọng lượng ô tô (khô, không tải, đầy tải)

• Xác định tính chất phanh ô tô

-Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh (S p , t p , jpmax,

Pp, ổn định quĩ đạo khi phanh)

- Các chế độ thử phanh (0, I, II)

- Các thiết bị thử phanh (gia tốc kế, bệ thử, vv)

• Thí nghiệm tính kinh tế nhiên liệu của ô tô

• Thí nghiệm về tính điều khiển

- Tính điều khiển và các tiêu chí đánh giá

-Các dạng thí nghiệm về tính điều khiển của ô tô

(chuyển động thẳng, quay vòng, chuyển làn, )

• Thí nghiệm về tính ổn định của ô tô

- Ổn định ngang

- Ảnh hưởng của góc lệch bên

GIỚI THIỆU CHUNG

• Thí nghiệm về dao động ô tô

- Các chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu

- Nghiên cứu độ êm dịu chuyển động của ô tô trên đường -Nghiên cứu độ êm dịu chuyển động của ô tô trong

phòng thí nghiệm

• Thí nghiệm khung vỏ

- Thi nghiệm trên bệ thử tĩnh (uốn, và xoắn)

- Thí nghiệm va đập trên bệ thử (mô phỏng mấp mô)

-Nghiên cứu trạng thái ứng suât của khung vỏ (biến dạng

và ứng suất tập trung)

• Sai số và xử lý sai số thí nghiệm

- Các loại sai số và đặc điểm của chúng

- Xsc định sai số ngẫu nhiên

GiỚI THIỆU CHUNG

- Chuyên cần, bài tập, báo cáo

• Kiểm tra cuối kỳ

5 Tài liệu tham khảo

• Thí nghiệm ô tô – GS TS Nguyễn Hữu Cẩn, PGS TS Phạn

Hữu Nam

• Bài giảng Thí nghiệm và đăng kiểm ô tô

• Quy chuẩn, tiêu chuẩn Cục đăng kiểm ô tô VN

• Tài liệu tham khảo trong thư viện và internet

• Tiêu chuẩn tham khảo (ISO, ECE, NCAP, NHTSA-FMVSS, )

GIỚI THIỆU CHUNG

BÀI 1: Mục đích, phân loại, yêu cầu thí nghiệm

1.1 Mục đích thí nghiệm, các dạng thí nghiệm và yêu cầu thiêt bị

1.1.1 Mục đích và vai trò của thí nghiệm ô tô

Mục đích của thí nghiệm là để đánh giá và phát hiện ưu nhược điểm của các cụm chi tiết, hệ thống và toàn bộ ô tô từ thiết kế, chế tạo và trong sử dụng về các mặt sau:

• Thông số kỹ thuật và các tính năng làm việc cơ bản như

1.1.2 Các dạng thí nghiệm

Thí nghiệm ô tô được phân loại theo:

a Mục đích thí nghiệm

- Thí nghiệm kiểm tra ở nhà máy sau khi sản xuất

- Thí nghiệm trong điều kiện sử dụng

- Thí nghiệm trong nghiên cứu khoa học

b Tính chất thí nghiệm

- Thí nghiệm xác định tính chất kéo P ki = f(v)

- Thí nghiệm xác định tính kinh tế nhiên liệu g e = f(ne)

- Thí nghiệm xác định tính chất phanh (S p, tp, Jpmax, Pp)

- Thí nghiệm xác định độ ổn định và điều khiển (HTL)

- Thí nghiệm xác định độ êm dịu chuyển động (f, C)

- Thí nghiệm xác định tính cơ động (R qv, góc thoát, vv)

- Thí nghiệm xác định độ tin cậy (xác xuất hư hỏng R t)

- Thí nghiệm xác định độ mòn, độ bền, vv

BÀI 1: Mục đích, phân loại, yêu cầu thí nghiệm

1.1.3 Quy trình thí nghiệm

cụ thể

– Chọn PP thí nghiệm – Chọn đường thử (nếu có) – Chọn xe thí nghiệm

– Lựa chọn thiết bị đo – Quy trình thực hiện – Xử lí và đánh giá kết quả

d Theo đối tượng thí nghiệm

- Thí nghệm ô tô đơn chiếc (thường đánh giá chức năng

của một cụm, hệ thống nào đó trên xe)

- Thí nghiệm lô nhỏ (cho thử nghiệm sản phẩm mới – lô 0)

- Thí nghiệm loạt lớn (phục vụ công tác quản lý)

e Theo cường độ và thời gian thí nghiệm

- Thí nghiệm bình thường theo qui định

- Thí nghiệm tăng cường (rút ngắn thời gian và tăng

cường độ/tải)

1.1.4 Yêu cầu đối với thiết bị đo

• Đảm bảo độ chính xác cần thiết cho thí nghiệm

• Không bị ảnh hưởng bởi rung động

• Đặc tính tuyến tính hoặc gần tuyển tính để dễ ngoại suy và

nội suy (y = f(x))

• Trọng lượng và kích thước nhỏ gọn

• Không chịu ảnh hưởng của thời tiêt khí hậu

BÀI 2: Cảm biến

1.2 Các loại cảm biến dùng trong thí nghiệm

Khái niệm hệ thống đo lường: xác định giá trị của một đại lượng vật

lí Nó cần phải có tiêu chuẩn và thiết bị tương ứng

- tiêu chuẩn quy định đơn vị đo, phương pháp đo và thiết bị đo.

- thiết bị đa dạng, có đặc thù riêng phụ thuộc vào tiêu chuẩn

Các PP đo thông dụng: PP đo bằng điện

Outputs: current and voltage, amplitudes, frequency, phases, pulse,durations,cycles, periods of an electrical oscillation, Resistance, Capacitance,

Inductance.

BÀI 2 : Cảm biến

Sơ đồ khối hoạt động cảm biến trên ô tô

BÀI 2: Cảm biến

Mức độ tích hợp của các cảm biến và xu hướng phát triển

BÀI 2: Cảm biến

2.1 Các loại cảm biến dùng trong thí nghiệm

Cảm biến là thiết bị nhận tín hiệu về trạng thái của đối tượng cần đo và biến đổi nó thành dạng tín hiệu điện tương ứng

2.1.1 Phân loại cảm biến

CB tích cực (CB nguồn) và CB thụ động

• CB nguồn: tác động lên cảm biến cho ta một đặc trưng (s) mang tính

chất điện (điện áp, dòng điện)

- Hiệu ứng nhiệt điện - Hiệu ứng điện từ

- Hiệu ứng Pyro - Hiệu ứng Piezo

- Hiệu ứng quang điện quang từ - Hiệu ứng Hall

• CB thụ động: các đại lượng không điện của đối tượng cần đo làm

biến đổi một vài thông số của cảm biến như điên trở (R), điện dung (C), điện cảm (L) Mạch đo cần nguồn.

2.1.1 Phân loại cảm biến

Theo tín hiệu ra của cảm biến

BÀI 2: Cảm biến

2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số cảm biến

- Cảm biến vị trí (chuyển vị tịnh tiến, góc)

- Cảm biến số vòng quay (CPS, CmPS, Wheel)

- Cảm biến gia tốc và dao động (KNK, AirBag, ABS)

- Cảm biến áp suất (MAP, BFP, APP, ABS, Coolant P, Engine, AT )

- Cảm biến mô men xoắn/lực (Absorber Force, Weight/Force on

Bearing, Wheel, Braking/Steering Torque)

- Cảm biến lưu lượng (MAF)

- Cảm biến nồng độ (OX, A/F, CO 2 )

- Cảm biến nhiệt độ

BÀI 2: Cảm biến

• Tính đơn trị của giá trị đo

• Công suất tiêu thụ

• Độ trễ

• Chuẩn đo

• Kích thước, trọng lượng

BÀI 2: Cảm biến

Tính năng cảm biến.

• Độ chính xác.

Là khả năng CB cho giá trị đo gần sát giá trị thực, thể hiện tính hội tụ kết quả đo nhiều lần (sai số hệ thống, sai số ngẫu nhiên)

Xác định giá trị trung bình, sai lệch bình phương trung bình, xác suất giá trị đo P(y1,y2)

Độ chính xác và độ tin cậy được thể hiện qua đồ thị:

BÀI 2: Cảm biến

+ Độ nhạy tĩnh:xác định khi đại lượng đo đạt giá trị ổn định + Độ nhạy động: khi đại lượng x(t) thay đổi theo chu kì thì S phụ thuộc tần số đặc trưng của đại lượng đo

Ví dụ:

BÀI 2: Cảm biến

Tính năng cảm biến.

• Độ nhạy.

Là mối quan hệ vật lý giữa tín hiệu vật lí và Vout

Là tỉ số giữa biến thiên tín hiệu đo với biến thiên đại lượng

Dải đo là dải giá trị đo của đại lượng đo chính xác trong

miền tần số nhất định

BÀI 2: Cảm biến

Biến đổi Laplace:

Cho hàm kích động:

BÀI 2: Cảm biến

Tính năng cảm biến.

• Khả năng đo động (tính thời gian-đặc tính động)

Khả năng đo các ĐL biến đổi nhanh

Tính thời gian: biên thiên theo t của đầu vào, đầu ra

Đặc tính động: phản ứng động của phần tử CB đối với biến động đầu vào, nhiễu; đặc trưng bởi hàm đặc tính tần số Xét 1 CB được mô tả bằng PTVP sau:

 y  y  G0 x(t)

 Y ( p) p  Y ( p)  G0 X ( p)

X ( p)  X 0

p

Hình: đặc tính đo động của cảm biến

0: thời gian phản ứng

Tính năng cảm biến.

BÀI 2: Cảm biến

Hình: đặc tính đo động của cảm biến

A: đáp ứng túc thời B: đáp ứng hàm mũ C: đáp ứng duy

giảm D: đáp ứng trễ có suy giảm

E: đáp ứng dao động tắt dần

m, đo giá trị tương ứng si của s và dựng đường cong chuẩn.

BÀI 2: Cảm biến

Tính năng cảm biến

Chuẩn cảm biến.

Chuẩn đơn giản:CB đo một đại lượng vật lý duy nhất.

Chuẩn đơn giản là đo các giá trị của đại lượng đầu ra ứng với các giá xác định không đổi của đại lượng đo ở đầu vào, theo:

• Chuẩn trực tiếp: các giá trị khác nhau của đại lượng đo lấy từ các mẫu chuẩn hoặc các phần tử so sánh có giá trị biết trước với độ chính xác cao

• Chuẩn gián tiếp: kết hợp cảm biến cần chuẩn với một

cảm biến so sánh đã có sẵn đường cong chuẩn, trong cùng điều kiện làm việc  cho phép ta xây dựng được

BÀI 2: Cảm biến

a) Đặt lại điểm 0 của cảm biến: đại lượng cần đo và đại lượng đầu ra

có giá trị tương ứng với điểm gốc, m=0 và s=0.

b) Đo giá trị đầu ra theo một loạt giá trị tăng dần đến giá trị cực đại của

đại lượng đo ở đầu vào.

c) Lặp lại quá trình đo với các giá trị giảm dần từ giá trị cực đại.

d) Khi chuẩn nhiều lần cho phép xác định đường cong chuẩn theo cả

hai hướng đo tăng dần và đo giảm dần.

BÀI 2: Cảm biến

2.3 Nguyên tắc chọn cảm biến: dựa trên đặc tính của cảm biến và tính chất của đại lượng cần đo, cụ thể:

a Hàm đơn trị giữa đại lượng cần đo x và tín hiệu đầu ra của

cảm biến y Tốt nhất là hàm tuyến tính y =f(x)

b Khoảng thay đổi biên độ và tần số của đại lượng cần đo và

đặc tính, biên độ của cảm biến

c Sai số của cảm biến (phản ánh kịp thời thay đổi của đại

lượng cần đo)

- Sai số tuyệt đối = Δy/Δx

- Sai số tương đối = (Δy/y)/(Δx/x)

d Độ nhạy tĩnh và sai số động của cảm biến

e Độ nhạy của cảm biến với các yếu tố môi trường như nhiệt

độ, độ ẩm, độ rung ồn, vv gây lên sai số phụ

f Kích thước, khối lượng, độ phức tạp và phương pháp lắp

BÀI 2: Cảm biến

c Ứng dụng

- Đo vận tốc góc của trục quay

- Đo tốc độ và gia tốc chuyển động thẳng của ô tô

( Đại lượng không điện của đối tượng cần đo là vận tốc góc, vận tốc dài và gia tốc Đại lượng điện là sức điện động và tần số sức điện động)

BÀI 2: Cảm biến

Cảm biến

đo dao động

c Ứng dụng

Cảm biến tốc độ bánh xe :

Khe hở thay đổi dẫn đến làm

thay đổi từ trường Nhũng thay

đổi của từ trường tạo ra điện

áp xoay chiều trong cuộn dây

Các tần số tín hiệu thay đổi

như tốc độ bánh xe tăng hoặc

giảm.

Bài 2: Cảm biến

Cảm biến tốc độ

 Cảm biến vị trí trục cam : Thay đổi khe hở dẫn đến làm thay đổi từ trường sự biến thiên từ trường tạo ra điện áp xoay chiều trong cuộn dây Cảm biến giúp xác định vị trí, góc chuẩn của trục cam.

Cảm biến vị trí trục cam

- Q là điện lượng tạo ra khi tác động lực lên tấm thạch anh

- k là hằng số xác định độ nhạy của cảm biến

BÀI 2: Cảm biến

c Ứng dụng

• Cảm biến gia tốc ô tô

BÀI 2: Cảm biến

b Nguyên lý làm việc

• Nguyên lý làm việc dựa trên sự thay đổi cảm kháng của cảm

biến khi đại lượng cần đo thay đổi

• Cảm biến đơn có kết cấu đơn giản nhưng ít được sử dụng vì

khe hở δ và trở kháng không thay đổi theo qui luật tuyến tính

mà theo qui luật hy-pec-bol Ngoài ra, nó còn bị ảnh hưởng của nhiệt độ, sự thay đổi điện áp và tần số của nguồn điện

• Cảm biến điện cảm loại ghép (loại vi sai) có ưu điểm:

2.2.4 Cảm biến điện dung

a Cấu tạo

Cảm biến kiểu tụ điện (không tiếp xúc) với diện tích thay đổi

được có C thay đổi theo đối tượng đo.

Một trong những tính chất vật lý của tụ điện là sự phụ thuộc của điện dung, tức là khả năng lưu trữ năng lượng, vào khoảng cách giữa hai tấm kim loại

BÀI 2: Cảm biến

c Ứng dụng

•Đo sự dịch chuyển tịnh tiến, góc xoay

(đo góc lệch, chuyển vị, độ ẩm )

•Đo gia tốc đo gia tốc của xe theo chiều

dọc hoặc ngang, tùy thuộc vào sử dụng

cho hoạt động túi khí

BÀI 2: Cảm biến

CB gia tốc

•Đo áp suất trong HT phanh thủy lực

Khi áp suất phanh thay đổi thì khoảng

cách giữa đĩa dung (di động) và đĩa dung

(cố định) thay đổi, C qua mạch tạo ra tín

hiệu điện áp tương ứng.

CB áp suất phanh

Cấu tạo chính: cuộn dây,

lõi sắt chịu ngoại lực

tác động

BÀI 2: Cảm biến

cảm ứng từ của lõi săt

thay đổi dẫn dến sự thay

đổi tổng trở Z của cuộn

2.2.6 Cảm biến dây điện trở (Ten-zo)

Hiệu ứng Tenzo: điện trở dây dẫn thay đổi dưới tác dụng của biến

đạn CB dùng đo lực, mômen thông qua ứng suất.

d Ưu điểm

- Có thể dán trực tiếp lên chi tiết khảo sát

- Trọng lực kích thước nhỏ nên có thể

đán lên chi tiết quay với vận tốc lớn

-Không có quán tính điện lớn nên có thể

đo ghi gia tốc và rung động ở tần số cao hàng ngàn Hz

- Giá thành rẻ

e Quan hệ giữa điện trở và biến dạng

- Quan hệ ứng suất và biến dạng

- Quan hệ điện trở và biến dạng

BÀI 2: Cảm biến

2.2.7 Cảm biến loại biến trở

a Cấu tao

Cảm biến điện, có điện trở thay đổi khi thay đổi áp suất, ánh

sáng, áp suất, nhiệt độ loại này thực chất là một biến trở được làm bằng dây hoặc bằng than.

b Nguyên lý làm việc

Dưới tác dụng của đại lượng cơ học (lực, mô men, áp suất) con trượt của biến trở dịch chuyển làm thay đổi điện trở của biến trở và do đó thay đổi cường độ cảu dòng điện tỏng mạch đo

c Ứng dụng

- Đo dịch chuyển thẳng và dịch chuyển góc của bàn đạp

- Đo dịch chuyển của cac tay đòn điều khiển

- Đo dịch chuyển của bánh dẫn hướng ô tô

BÀI 2: Cảm biến

3.1 Các thiết bị dùng cho thí nghiệm

3.1.1 Ứng dụng cảm biến dây điện trở trong đo lường

Cầu đo

a Sơ đồ mạch cầu Wheatstone: Cấu tạo chính gồm các điện trở

strain gauges R 1 , R 2 , R 3 , R 4 kết nối thành 1 cầu điện trở

a Sơ đồ mạch cầu Wheatstone

Nguyên lí:

Mạch cầu cân bằng khi: R 1 R 4 = R 2 R 3  V đo = 0 (V)

Ứng dụng :

- Dùng R1 là điện trở tenzo dán lên vật đo, nối vào mạch cầu.

- Khi không đo: mạch đo thiết kế ở trạng thái ko ứng suất có

R 1 = R 4 = R 2 = R 3 = R 0  V đo = 0 (V)

- Khi đo:

R 1 = R 0 + R  V đo  0

 Biến dạng (ứng suất, chuyển vị ) được chuyển thành tín

hiệu điện áp ra.

Phương pháp giảm nhiễu tăng độ chính xác:

- Dùng nhiệt điện trở để bù trở

- Tăng áp (khuếch đại điện áp đo)

BÀI 3: Thiết bị thí nghiệm

b Phân loại

• Cầu đo dùng dòng điện 1 chiều Ở cầu đo này, các

nhánh cầu chỉ dùng điện trở thuần nên không cần chống nhiễu

• Cầu đo dùng dòng xoay chiều Ở cầu đo này, các nhánh

của cầu đo là điện trở phức nên cần có các biện pháp chống nhiễu

• Cầu đo loại thụ động (không mang tải) là cầu đo làm việc

với bộ khuếch đại điện tử có trở kháng vào lớn

• Cầu đo loại mang tải là cầu đo làm việc không qua bộ

khuếch đại hoặc qua bộ khuếch đại có trở kháng vào nhỏ

Trên thực tế dùng loại cầu đo với dòng điện xoay chiều vì

bộ khuếch đại dòng 1 chiều đắt và làm việc không tốt

bằng bộ khuếch đại dòng xoay chiều

BÀI 3: Thiết bị thí nghiệm

Ngoài ra: R 1 I 1 + R d I d – R 2 I 2 = 0 (3.4) Thay các biểu thức ở (3.3) vào (3.4) ta có

Z 1 Z 3 = Z 2 Z 4

φ 1 + φ 3 = φ 2 + φ 4

- phương trình cân bằng biên độ

- phương trình cân bằng pha

(3.7) (3.8) Trong đó:

- mô đun số phức (biên độ)

- biến số phức (pha)

L - Từ cảm của nhánh cầu

R – Điện trở thuần của nhánh cầu

ω – Tần số của dòng điện cấp cho cầu

• Cầu không cân bằng

BÀI 3: Thiết bị thí nghiệm

- Mạch đo dùng dòng điện xoay chiều

điện trở bù trừ nhiệt độ R 2 ở nơi có nhiệt độ như nhau Khi đó R 1 và

R 2 cùng thay đổi một lượng như nhau.

Tức là:

R’ 1 = R 1 (1+ζ) - ζ là hệ số thay đổi điện trở theo nhiệt độ

R’ 2 = R 2 (1+ζ)

Thay các giá trị R’ 1 và R’ 2 vào (3.9) ta thấy không có gì thay

BÀI 3: Thiết bị thí nghiệm

• Phương pháp cầu đo không cân bằng

- Nguyên lý

Phương pháp này dựa trên cơ sở đo dòng điện không cân bằng của cầu đo (trên mạch chéo có lắp dụng cụ đo)

Từ công thức (3.5):

Ta thấy rằng có thể khử ảnh hưởng của nhiệt độ theo

phương pháp đo không cân bằng.

- Phương pháp mắc đối xứng:

Giả sử rằng điện trở của cảm biến đo R 1 dưới tác dụng của lực thay đổi một lượng là ΔR và của nhiệt độ thay đổi một lượng là ΔR t Điện trở bù trừ nhiệt độ R 2 thay đổi một lượng