NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ THÍ NGHIỆM Ô TÔ

Thí nghiệm ô tô1.2 Ý nghĩa • Đánh giá chất lượng sản phẩm trong giai đoạn thiết kế, chế tạo • Đánh giá chất lượng sửa chữa • Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các nhân tố kết cấu, vận hành

Trình bày: Đỗ Tiến Minh

ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI KỸ THUẬT Ô TÔ

Bài 1 Thí nghiệm ô tô

Thí nghiệm ô tô

1 Muc đích ý nghĩa thí nghiệm, các dạng thí nghiệm và các

điều kiện cần đảm bảo khi tiến hành thí nghiệm

1.1 Mục đích thí nghiệm

• Đo, đánh giá trạng thái kỹ thuật chung của hệ thống, của

xe mới sản xuất hoặc qua hoán cải và sửa chữa

• Đo, đánh giá ảnh hưởng của một hoặc đồng thời nhiều

nhân tố đến chất lượng vận hành của xe (hoặc trạng thái

kỹ thuật của xe)

• Đo đánh giá khả năng chịu tải ứng với các chế độ tải

trọng khác nhau (tải trọng tức thời, tải trọng lặp lại theo chu kỳ)

Thí nghiệm ô tô

1.2 Ý nghĩa

• Đánh giá chất lượng sản phẩm trong giai đoạn thiết kế, chế

tạo

• Đánh giá chất lượng sửa chữa

• Đánh giá mức độ ảnh hưởng của các nhân tố kết cấu, vận

hành, tác động môi trường đến chất lượng làm việc của các cụm chi tiết, hệ thống của ô tô để từ đó tìm các biện pháp khắc phục, cải thiện chất lượng một cách hiệu quả

• Tăng tính năng an toàn vận hành

• Giảm chi phí vận hành, sửa chữa

Thí nghiệm ô tô

1.3 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 k = f(v)

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

- Thí nghiệm xác định tính chất phanh (S p , t p , J pmax , P p )

- Thí nghiệm xác định độ ổn định và điều khiển

- 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

Thí nghiệm ô tô

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)

- 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)

Thí nghiệm ô tô

1.4 Các điều kiện cần đảm bảo khi tiến hành thí nghiệm

• Điều kiện về đối tượng (cụm chi tiết, hệ thống hoặc xe ô tô)

thí nghiệm

• Điều kiện về các trang thiết bị đo

• Trình tự tiến hành thí nghiệm

• Điều kiện đường (bệ thử…)

• Điều kiện thời tiết

• Trình độ chuyên môn của người làm thí nghiệm và lái xe thí

nghiệm

• Các yêu cầu nhằm đảm bảo an toàn trong quá trình thí

nghiệm

Thí nghiệm ô tô

2 Các thành phần cơ bản của hệ thống thí nghiệm

2.1 Đối tượng thí nghiệm

• Đối tượng thí nghiệm có thể là các cụm tổng thành, các hệ

2.2 Hệ thống đo lường

H th ng đo l ệ ố ườ ng là t h p các trang thiết bị nhằm tiếp nhận, biến ổ ợ

đổi, truyền dẫn, xử lý, hiển thị, ghi lại các tín hiệu thông tin về sự biến

đổi của đối tượng đo

Hệ thống đo trong thí nghiệm ô tô là hệ thống đo lường các đại

lượng không điện bằng phương pháp điện

2.2.1 Các thành phần chính của hệ thống đo

 Ti p ế nhận tớn hiệu (Cỏc cảm biến)

- Truyền dẫn, khuếch đại, biến đổi tín hiệu

- Hiển thị kết quả đo

- Ghi, lưu tr kết quả đo ữ

a Đặc tính tĩnh: là các tính chất, thuộc tính của hệ thống đo không phụ thuộc vào thời gian thực hành thí nghiệm.

Đặc tính tĩnh của hệ thống đo bao gồm:

- Cấp chính xác của thiết bị đo

- Độ biến động của chỉ số dụng cụ đo

- Độ nhạy của hệ thống đo

- Giới hạn đo được

- Khả năng chịu quá tải của thiết bị đo

- Tiêu hao năng lượng riêng của hệ thống đo

b Đặc tính động c a dụng cụ đo là các tính chất, thuộc ủ tính của hệ thống đo bị biến đổi theo thời gian tiến

Science, Measurement, Uncertainty and

Đặc tính quá trình quá độ

Đặc tính tần số: theo thời gian tín hiệu ra sai lệch so với

tín hiệu vào cả về biên độ và pha

Đặc tính biên độ - pha Đặc tính độ trượt pha

2.2.3 Cảm biến

Cảm biến là thiết bị tiếp nhận trực tiếp tín hiệu về trạng thái của

đối tượng đo và biến đổi chúng thành tín hiệu điện

Hai thành phần chính của cảm biến:

+ Phần tiếp nhận tín hiệu + Phần mạch chuyển đổi

Thí nghiệm ô tô

2.2.3.1 Phân loại cảm biến

• Theo công dụng có các loại cảm biến sau:

- Nhóm thông số: 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)

- Độ nhạy tuyệt đối = Δy/Δx

- Độ nhạy tương đối = (Δy/y)/(Δx/x)

d Sai số 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 cảm biến lên chi tiết đo

Thí nghiệm ô tô

• 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)

- 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

- P là lực tác động

Là hai cảm biến điện cảm loại

loại đơn ghép lại

Thí nghiệm ô tô

• 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 đươn giản nhưng ít được sử dụng

vì khe hở δ và trở kháng không thay đổi theoo 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 (loai vi sai) có ưu điểm:

 Đo lực ở mooc kéo

 Đo mô men quay ở các đăng

Thí nghiệm ô tô

d Cảm biến điện dung

• Cấu tạo

• Nguyên lý làm việc: dựa trên sự thay đổi điện môi của tụ

điện theo đại lượng cần đo

- Tụ phẳng C = ε.d/S = ε.d/(B.h) = f(h)

- Tụ xoay C = f(φ)

- Tụ hình trụ C = 2πl/ln(D ng /D tr ) = f(l)

• Ứng dụng

Thí nghiệm ô tô

e Cảm biến từ đàn hồi

• Cấu tạo

- 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

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

• 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

Thí nghiệm ô tô

2.2.3.4 Ứng dụng cảm biến trong đo lường

a Cầu đo

• Sơ đồ cầu đo

- R 1 , R 2 , R 3 , R 4 là điện trở cầu đo

- R d là điên trở của đồng hồ đo

- U là điện áp

- I 1 , I 2 , I 3 , I 4 , I d dòng điện qua R 1 , R 2 , R 3 , R 4 và R d

Thí nghiệm ô tô

• 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

4 1

4

R R

I R

+

+

3 2

3

R R

I R

+

−

) (

) (

) )(

(

) (

4 1

3 2 3

2 4 1 3

2 4

1

3 1 4

2

R R

R R R

R R R R

R R

R R

R R R

R

U I

d

d

+ +

+ +

+ +

−

=

Thí nghiệm ô tô

- Mạch đo dùng dòng điện xoay chiều

Z 1 Z 3 = Z 2 Z 4 - phương trình cân bằng biên độ (3.7)

φ 1 + φ 3 = φ 2 + φ 4 - phương trình cân bằng pha (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

ϕ =

R’ 1 = R 1 (1+σ) - σ là hệ số thay đổi điện trở theo nhiệt độ R’ 2 = R 2 (1+σ)

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

4 3

2

R R

R =

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

) (

) )(

(

) (

4 1

3 2 3

2 4 1 3

2 4

1

3 1 4

2

R R

R R R

R R R R

R R

R R

R R R

R

U I

d

d

+ +

+ +

+ +

−

=

- dòng điện không phụ thuộc vào nhiệt độ

- công thưc này đúng khi cảm biến đo R 1 và cảm biến bù trừ nhiệt độ R 2 tạo thành hai nhánh cầu

R R

R

R

R U

I

d d

Thí nghiệm ô tô

- Phương pháp không đối xứng

+ Điên trở bù trừ nhiệt độ mắc vào nhánh R 4 + Cảm biến đo R 1 và cảm biến bù trừ nhiệt độ R 4 tạo thành hai nhánh cầu đo và được nối với nhánh chéo của nguồn điện

Ta có:

R 1 = R + ΔR + ΔR t

R 4 = R + ΔR t

R 3 = R 2 = R 0 Thay vào công thức (3.5) và rút gọn ta có

∆

=

0 0

2 1

2

R R

R R

R

R

R U

I

d d

Thí nghiệm ô tô

Nhận xét:

• Dòng điện không cân bằng không phụ thuộc vào nhiệt đô

• Dòng điện này tỷ lệ thuận với nguồn điện cấp cho cầu và sự

thay đổi tương đối của điện trở của cảm biến đo gây lên bởi chi tiết đo

• Các công thức (3.10) và (3.11) đặc trưng cho kết cấu của

cầu đo

• Dòng điện ở nhánh chéo I d phụ thuộc vào điện trở của dụng

cụ đo R d Điện trở này càng nhỏ thì I d càng lớn Để có được

I d không lớn lắm nhưng công suât N d lớn thì điện trở của

nhánh cầu phải thỏa mãn các điều kiện nhất định Thiêt lập điều kiện cho N dmax = I d 2 R d

Thay I d từ các công thức (3.10) và (3.11) ta có điều kiện N dmax cho:

0

2

R R

Thí nghiệm ô tô

b Phương pháp dán cảm biến lên chi tiết cần đo

• Đo lực kéo, cảm biến bù trừ nhiệt độ R 4 dán thẳng góc với cảm

biến đo R 1 để giảm sai số do biến dạng theo chiều ngang

• Đo lực kéo, độ nhạy tăng lên 2 lần do có cảm biến bù trừ nhiệt

độ ở cả 2 nhánh Cách mắc này còn giảm sai số do uốn

• Đo mô men uốn, độ nhạy tăng lên 2 lần nhờ cảm biến bù trừ

nhiệt đô R 4 được dán ở mặt bị nén của chi tiết

• Đo mô men uốn, độ nhạy tăng lên 4 lần do 2 cảm biến bù trừ

nhiệt độ và R 2 và R 4 dán ở mặt chịu nén của chi tiết

+ Trước khi đo, phải cân bằng cầu

a Đo trên bán trục b Đo toàn bộ cầu c Đo ở nửa cầu

Thí nghiệm ô tô

c Phương pháp mắc cảm biến vào sơ đồ đo

1 Chi tiết cần đo

2 Cảm biến đo

3 Mạch cầu

4 Bộ phận khuếch đại

5 Máy ghi sóng

Thí nghiệm ô tô

• Maý khuếch đại

2 Máy phát loại đèn tần số sóng mang 6 Bộ tách pha

3 Bộ khuếch đại công suất 7 Bộ lọc

9 Bộ điều chỉnh

10 Khuếch đại điện áp 1 chiều

11 Khuếch đại điện tích

12 Khuếch đại dòng 1 chiều

13 Thiết bị chỉ thị tt+số

14 và 16 Thiết bị tự ghi kiểu từ điện dùng điện thế kế kiểu gương

15 Thiết bị tự ghi điện tử có trở kháng lớn

- chọn các bộ biến đổi số-tương tự và tương tự-số

- đường nét liền là khả năng tổ hợp chinh, nét đứt là tổ hợp khác

• Khi ghép nối phải đảm bảo điều kiện thích ứng về độ nhạy,

trị số tín hiệu đo, dòng điện, điện áp, công suất, điện trở vào ra của mạch đo

• Các thiết bị hiển thị phải phù hợp với dạng tín hiệu và trở

kháng vào ra của thiết bị

Thí nghiệm ô tô

2.2.4 Sử dụng máy tính trong hệ thống đo lường

• Trong đo lường hiện đại thường sử dụng các mạch điều

khiển và bộ vi xử lý để nhận và biến đổi đồng thời tín hiệu đầu vào (từ cảm biến) và xử lý gia công kết quả cuối cùng

• Việc tự động thu nhận, xử lý và gia công số liệu cũng như

kết quả giúp giảm nhẹ sức lao động, tiết kiệm thời gian,

phát hiện và làm giảm được các sai số thí nghiệm

• Hệ thống đo lường hiện đại được chia ra 2 nhóm tùy theo

khả năng xử lý và tự động chọn chế độ thí nghiệm tố ưu: Nhóm I - Có các chức năng chính là nhận, ghi lại các thông tin trong quá trình thí nghiệm Việc gia công và đánh giá kết quả chỉ được thực hiện khi có tín hiệu từ bộ điều khiển Do

đó kết quả thường chậm và không có khả năng tự động

điều chỉnh lựa chọn chế độ tối ưu

Nhóm II – Sử dụng các bộ vi xử lý cho phép tiến hành gia công số liệu và kết quả gần như song song với quá trình thí nghiệm Vì vậy, hệ thống này có khả năng lựa chọn chế độ

Thí nghiệm ô tô

Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo nhóm I

Thí nghiệm ô tô

Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo nhóm II

• Xử lý đảm bảo độ chính xác của phép đo

• Tính toán kết quả theo công thức