Xây dựng mô hình nghiên cứu động lực học của hệ thống phanh điều khiển "by wire"

- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM VĂN TUẤN XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN BY WIRE Chuyên ngành Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM HỮU NAM Hà Nội – Năm 2012 LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho học viên cao học) I.
- Thạc sĩ.
- Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo: từ 2009 đến 2011 - Chuyên ngành học: Ô TÔ - Tên luận văn: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN "BY WIRE.
- Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác.
- Hà Nội Tác giả Phạm Văn Tuấn -1- Luận văn thạc sĩ MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1.
- TỔNG QUAN Tính ổn định chuyển động của ô tô ở các chế độ làm việc Một số kết quả nghiên cứu hệ thống phanh trong nước Vấn đề nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu của đề tài CHƯƠNG 2.
- ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN BY WIRE 2.1 Đặc điểm chung hệ thống phanh điều khiển By Wire Phân loại hệ thống phanh điều khiển By Wire Các cảm biến dùng trên xe có trang bị hệ thống phanh điều khiển By Wire….21 2.4 Các chế độ làm việc của hệ thống phanh điều khiển By Wire Chế độ ABS Chế độ TRC Chế độ VSC CHƯƠNG 3.
- MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 3.1 Sơ đồ các lực và mô men tác động lên ô tô khi chuyển động Phương trình chuyển động của ô tô Tính toán trị số lực dọc và lực ngang tác dụng lên ô tô khi chuyển động Tính toán tải trọng tác dụng lên ô tô khi phanh Tính toán các thông số động học của xe khi chuyển động trên đường vòng 3.5.1 Thông số động học chuyển động của xe Thông số động học của bánh xe CHƯƠNG 4.
- MÔ PHỎNG SỐ 4.1 Mục đích mô phỏng số Công cụ Matlab – Simulink Bảng số liệu tính toán Các khối mô phỏng mô hình động lực học của ô tô 4.4.1 Khối tính toán thông số vận tốc chuyển động của ô tô Luận văn thạc sĩ 4.4.2 Khối tính toán góc lệch thân xe Khối tính toán góc xoay thân xe Khối tính toán tọa độ trọng tâm ô tô và góc quay bánh xe dẫn hướng 46 4.4.5 Khối tính toán tải trọng thẳng đứng tại các bánh xe Khối tính toán gia tốc bánh xe Khối tính toán độ trượt và góc lệch bên các bánh xe Khối tính toán lực dọc và lực ngang tại các bánh xe Khối tính toán động học chuyển động của xe Khối tính toán mô men kéo tại các bánh xe Các trường hợp khảo sát 4.5.1 Trường hợp không VSC và có VSC ở vận tốc 60 km/h Trường hợp TRC KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt Tên đầy đủ Ý nghĩa 1 ABS Anti-lock Brake System Hệ thống chống bó cứng bánh xe 2 ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử 3 BAS Brake Assist System Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp 4 EBD Electronic Brake Forke Distribution Hệ thống phân phối lực phanh điện tử 5 TRC Traction Hệ thống chống trượt quay bánh xe 6 VSC Vehicle Stability Control Hệ thống điều khiển ổn định hướng chuyển động của xe 7 EHB Electric Hydraulic Brake Hệ thống phanh by wire có hỗ trợ thủy lực 8 EMB Electric Mechanical Brake Hệ thống phanh by wire không hỗ trợ thủy lực DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TT Ký hiệu Giải thích Đơn vị 1 x Hệ số bám dọc 2 y Hệ số bám ngang 3  Độ trượt % 4 Pc Lực cản chuyển động N 5 Pk Lực kéo N 6 P Lực bám N 7 Pf Lực cản lăn N 8 Pj Lực quán tính N 9 β Góc lệch bánh xe dẫn hướng rad 10 α Góc lệch thân xe so với phương chuyển động rad -4- Luận văn thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Đặc tính trượt ứng với các loại đường khác nhau Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc ABS bố trí 4 cảm biến, 4 kênh điều khiển Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống phanh ABS kết hợp TRC Hình 1.4: Hiệu chỉnh quỹ đạo chuyển động của ô tô Hình 2.1: Sơ đồ chung hệ thống phanh By Wire Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống phanh EHB Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống phanh EMB Hình 2.4: Cơ cấu phanh EMB kiểu chêm Hình 2.5: Cơ cấu phanh EMB sử dụng bộ truyền hành tinh Hình 2.6: Tín hiệu điện áp của cảm biến tốc độ bánh xe Hình 2.7: sơ đồ hệ thống phanh EHB 11 ε Góc quay thân xe rad 12 L Chiều dài cơ sở m 13 a Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến trục cầu trước m 14 b Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến trục cầu sau m 15 tt Chiều rộng cơ sở cầu trước m 16 ts Chiều rộng cơ sở cầu sau m 17 h Chiều cao trọng tâm m 18 V Vận tốc chuyển động của ô tô m/s 19 Fi Lực dọc tại các bánh xe N 20 Si Lực bên tại các bánh xe N 21 Pfi Lực cản lăn tại các bánh xe N 22 Zi Lực theo phương thẳng đứng tại các bánh xe N 23 g Gia tốc trọng trường m/s2 -5- Luận văn thạc sĩ Hình 2.8: Hệ thống phanh EHB ở chế độ TRC Hình 2.11: Hệ thống phanh EHB ở chế độ VSC Hình 3.1: Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng ngang Hình 3.2: Các lực tác dụng lên ô tô theo mặt phẳng Hình 3.3: Quan hệ động học của ô tô trong mô hình phẳng tổng quát Hình 3.4: Xác định vị trí trọng tâm ô tô tại một thời điểm nhất định Hình 3.5: Sơ đồ xác định gia tốc trọng tâm Hình 3.6: Quan hệ động học mô hình động học hai vết Hình 3.7: Quan hệ động học của bộ vi sai Hình 3.8: Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh Hình 3.9: Sự phân chia phản lực thẳng đứng của một cầu Hình 3.10: Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng của các bánh xe Hình 3.11: Trạng thái của bánh xe.
- Hình 3.12: Sơ đồ tính toán lực tác dụng trên vết với bánh xe chủ động Hình 3.13: Sơ đồ tính toán lực tác dụng trên vết với bánh xe bị phanh Hình 4.1: Modul tính toán vận tốc chuyển động ô tô Hình 4.2: Modul tính toán góc lệch thân xe Hình 4.3: Modul tính toán góc xoay thân xe Hình 4.4: Modul tính toán tọa độ trọng tâm xe và góc quay bánh xe dẫn hướng Hình 4.5: Modul tính toán tải trọng thẳng đứng tại các bánh xe Hình 4.6: Các chương trình con tính toán tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe Hình 4.7: Modul tính toán gia tốc góc tại bánh xe 1 Hình 4.8: Modul tính toán gia tốc góc tại bánh xe 2 Hình 4.9: Modul tính toán gia tốc góc tại bánh xe 3 Hình 4.10: Modul tính toán gia tốc góc tại bánh xe 4 Hình 4.11: Modul tính toán độ trượt và góc lệch bên tại các bánh xe Hình 4.12: Chương trình con tính toán độ trượt và góc lệch bánh xe số 1 Hình 4.13: Chương trình con tính toán độ trượt và góc lệch bánh xe số 2 -6- Luận văn thạc sĩ Hình 4.14: Chương trình con tính toán độ trượt và góc lệch bánh xe số 3 Hình 4.15: Chương trình con tính toán độ trượt và góc lệch bánh xe số 4 Hình 4.16: Chương trình chính tính lực dọc và ngang tại các bánh xe Hình 4.17: Chương trình con tính toán lực dọc và ngang tại các bánh xe chủ động Hình 4.18: Chương trình con tính toán lực dọc và ngang tại các bánh xe bị động Hình 4.19: Mo đul tính toán động học chuyển động của xe Hình 4.20: Modul tính toán mô men kéo tại các bánh xe Hình 4.21: Modul tính toán mô men kéo tại các bánh xe có thêm mô men phanh Hình 4.22: Hàm điều khiển góc quay vành lái Hình 4.23 Gia tốc bên của xe trong trường hợp không có VSC Hình 4.24.
- Gia tốc bên của xe trong trường hợp có VSC Hình 4.25.
- Góc lệch thân xe trong trường hợp không có VSC Hình 4.26.
- Góc lệch thân xe trong trường hợp có VSC Hình 4.27.
- Góc xoay thân xe trong trường hợp không có VSC Hình 4.28.
- Góc xoay thân xe trong trường hợp có VSC Hình 4.29.
- Góc lệch bánh xe 1,2 trong trường hợp không có VSC Hình 4.30.
- Góc lệch bánh xe trong trường hợp có VSC Hình 4.31.
- Độ trượt của bánh xe trong trường hợp không có VSC Hình 4.32.
- Độ trượt của bánh xe trong trường hợp có VSC Hình 4.33.
- Bán kính quay vòng thực tế và lý thuyết trường hợp không có VSC Hình 4.34.
- Bán kính quay vòng thực tế và lý thuyết trường hợp có VSC Hình 4.35.
- Độ trượt tại bánh xe Hinh:4.36.
- Vận tốc góc bánh xe Hinh4.37.: Vận tốc góc bánh xe -7- Luận văn thạc sĩ LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay nền công nghiệp sản xuất ô tô đã chứng kiến sự xuất hiện của nhiều công nghệ mới rất đáng chú ý.
- Một số công nghệ gần đây giúp hệ thống phanh ô tô hoạt động hiệu quả hơn và tăng cường sự kiểm soát khi điều khiển xe trong tình trạng thời tiết xấu.
- Ba công nghệ an toàn của hệ thống phanh, bắt đầu xuất hiện từ giữa những năm 1980.
- Ngày nay với sự phát triển của ngành cơ điện tử đã thay thế dần các hệ thống phanh truyền thống bằng các hệ thống cơ điện tử nhưng vẫn đáp ứng được các tính năng ưu việt của các hệ thống ABS và các liên hợp của nó.
- Đó là hệ thống phanh điều khiển “By Wire”.
- Hệ thống phanh mới này có kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí và có ưu điểm là thời gian chậm tác dụng của hệ thống là rất nhỏ(có thể coi là tức thời).
- Mặt khác hệ thống phanh By Wire hoạt động dựa trên tín hiệu điện, và có thể hoạt động ngay cả khi không có tác động trực tiếp của người lái.
- Đây là xu hướng phát triển hệ thống phanh trong tương lai.
- Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết bằng việc xây dựng mô hình động lực học để khảo sát các tính năng ổn định của xe có trang bị hệ thống phanh điều khiển “By Wire.
- Luận Văn thực hiện các nhiệm vụ sau.
- Phân tích tính ổn định chuyển động của xe trong các chế độ làm việc.
- Xây dựng mô hình nghiên cứu động lực học trên ô tô có sử dụng hệ thống phanh By Wire.
- Tính toán, mô phỏng số để đánh giá được tính năng ổn định trên xe ô tô có sử dụng hệ thống phanh By Wire.
- Đề tài -8- Luận văn thạc sĩ cũng nhận được nhiều sự hỗ trợ của các thầy trong Bộ môn, Viện Đào tạo sau Đại học cùng các bạn đồng nghiệp.
- Hà Nội, ngày Tác giả Phạm Văn Tuấn -9- Luận văn thạc sĩ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính ổn định chuyển động của ô tô ở các chế độ làm việc khác nhau Quá trình chuyển động của ô tô là quá trình tương tác giữa bánh xe và mặt đường.
- Lực bám giữa bánh xe và mặt đường được đặc trưng bằng hệ số bám  theo cả hai phương, phương dọc (x) và phương ngang (y).
- Các kết quả nghiên cứu về động lực học của bánh xe ô tô chuyển động trên nền đường cứng cho thấy dưới tác dụng của mô men (phanh hoặc kéo), lốp xe bị biến dạng làm xuất hiện hiện tượng trượt cục bộ tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường.
- Bằng thực nghiệm, người ta đã xây dựng được đồ thị trượt thể hiện mối quan hệ giữa các hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y đối với độ trượt tương đối  của bánh xe khi phanh.
- Hình 1.1: Đặc tính trượt ứng với các loại đường khác nhau Các hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y đều thay đổi theo độ trượt.
- Ban đầu khi tăng độ trượt  thì hệ số bám dọc x tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị -10- Luận văn thạc sĩ cực đại trong khoảng độ trượt.
- Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì x giảm, khi độ trượt.
- 100% (lốp xe bị trượt lết hoàn toàn khi phanh) thì hệ số bám dọc x giảm 20 ÷ 30% so với hệ số bám cực đại.
- Đối với hệ số bám ngang y sẽ giảm nhanh khi độ trượt tăng, ở trạng thái trượt lết hoàn toàn thì y giảm xuống gần bằng không.
- Hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại xmax ở giá trị độ trượt tối ưu 0.
- Ở giá trị độ trượt tối ưu 0 này, không những đảm bảo hệ số bám dọc x có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang y cũng có giá trị khá cao, giúp cho lực bám dọc và bám ngang của bánh xe duy trì ở mức cao nhằm làm tăng tính ổn định hướng của ô tô khi phanh.
- Khi ở chế độ phanh, nếu lực phanh vượt quá giới hạn lực bám của bánh xe theo phương dọc thì sẽ làm cho bánh xe bị trượt lết, ảnh hưởng đến tính ổn định hướng chuyển động của xe.
- Để khắc phục hiện tượng trượt lết tại các bánh xe khi phanh trên xe ô tô ngay nay đã được trang bị hệ thống phanh ABS.
- Đây là hệ thống phanh điều khiển kiểu điện tử cho phép tự động điều khiển áp suất trong dẫn động phanh ra các bánh xe sao cho duy trì được độ trượt của các bánh xe trong khi phanh nằm trong vùng độ trượt tối ưu.
- Hệ thống ABS được thiết kế dựa trên cấu tạo của một hệ thống phanh thông thường.
- Ngoài các cụm bộ phận chính của một hệ thống phanh như cụm xi lanh chính, cơ cấu phanh bánh xe, các van điều hòa lực phanh...để thực hiện chức năng chống hãm cứng bánh xe khi phanh, hệ thống ABS được trang bị thêm các bộ phận như cảm biến tốc độ bánh xe, ECU điều khiển quá trình phanh, cơ cấu chấp hành thủy lực,...Hình 1.2 giới thiệu sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống phanh ABS loại điều khiển độc lập .
- -11- Luận văn thạc sĩ Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc ABS bố trí 4 cảm biến, 4 kênh điều khiển Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS: Trên hình 1.2 tín hiệu từ các cảm biến đo tốc độ góc đặt ở các bánh xe được gửi về bộ điều khiển trung tâm.
- Bộ điều khiển trung tâm tính toán, xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển sự hoạt động của cơ cấu chấp hành.
- Cơ cấu chấp hành của hệ thống ABS là hệ các van thủy lực điện từ điều khiển đóng/mở đường dầu đến các xy lanh phanh bánh xe nhằm duy trì độ trượt  từ 0,17 đến 0,3 đảm bảo phát huy được lực phanh tối ưu trong quá trình phanh.
- Hệ thống phanh ABS đã tận dụng được tối đa khả năng bám của bánh xe với mặt đường, tránh hiện tượng trượt lết tại các bánh xe, khi bánh xe bị trượt lết có thể dẫn đến hiện tượng mất ổn định khi phanh.
- Tuy nhiên hệ thống ABS còn có một số mặt hạn chế là hệ thống chỉ hoạt động khi có lực tác động lên bàn đạp của người lái, trong một số trường hợp phanh khẩn cấp thì hệ thống ABS thông thường chưa đáp ứng kịp.
- Để khắc phục điều này thì các nhà thiết kế ô tô đã tích hợp thêm các chức năng khác trên hệ thống phanh ABS thông thường, như hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BA, hệ thống phân phối lực phanh EBD.
- -12- Luận văn thạc sĩ Ở chế độ kéo (khi tăng tốc hoặc khởi hành) các bánh xe có thể dễ bị trượt quay nếu xe khởi hành hoặc tăng tốc đột ngột do lực kéo chủ động vượt quá khả năng bám của bánh xe với mặt đường.
- Để khắc phục các hiện tượng này thì các xe ngày nay đã được trang bị thêm hệ thống kiểm soát lực kéo, thường được gọi là hệ thống TRC.
- Hệ thống này được thiết kế dựa trên cơ sở một hệ thống ABS.
- Khi có hiện tượng trượt quay của bánh xe, hệ thống Traction sẽ có đồng thời hai tác động: một là giảm mô men xoắn của động cơ bằng cách đóng bớt bướm ga mà không phụ thuộc vào ý định của người lái, hai là cùng lúc đó nó kết hợp với hệ thống ABS điều khiển hệ thống phanh tác động lên các bánh xe chủ động, vì vậy làm giảm mô men kéo truyền xuống bánh xe, giúp bánh xe tận dụng được tối đa lực kéo.
- Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống phanh ABS kết hợp TRC

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