- TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển để đạt lực phanh lớn nhất trong hệ thống phanh ABS NGUYỄN THANH TÙNG Ngành: Ô tô và xe chuyên dụng Giảng viên hướng dẫn: PGS. - ĐC ĐIM QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ. - 22CHNG 2: XÂY DNG MÔ HÌNH H THNG PHANH ABS ¼ XE. - CÁC LC VÀ MOMEN TÁC DNG LÊN XE TRONG QUÁ TRÌNH PHANH. - MÔ HÌNH H THNG PHANH ABS ¼ XE. - TNG HP B ĐIU KHIN. - XÂY DNG MÔ HÌNH THC NGHIM. - CÁC THÍ NGHIM TIN HÀNH TRÊN MÔ HÌNH. - TH NGHIM THUT TOÁN ĐIU KHIN TI U LC PHANH. - 99 DANH MỤC CÁC CH VIẾT TT TT Chữ viết tắt Tên đầy đủ Ý nghĩa 1 ABS Anti-lock Braking System Hệ thống chống bó cứng phanh2 ASR Anti-Slip Regulation Hệ thống chống trượt quay bánh xe 5 BA Brake Assist Hệ thống h trợ phanh 3 EBD Eletronic Brakeforce Distribution Bộ phân phối lực phanh điện tử 4 ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử 6 VSC Vehicle Stability Control Hệ thống điều khiển ổn định thân xe DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TT KÝ HIU ĐN V GII THÍCH 16 λ Độ trượt dọc của bánh xe 17 αt 0Góc lệch bên của bánh xe 19 Pφ N Giới hạn bám 33 Q7 m3/s Lưu lượng dầu chảy ra khi xy lanh phanh bánh xe 54 Qp m3/s Lưu lượng của bơm dầu 59 ω rad/s Vận tốc góc bánh xe 63 ω0 rad/s Vận tốc góc trước khi phanh 64 v0 m/s Vận tốc ô tô trước khi phanh 66 rad/s2Gia tốc góc bánh xe 15 a m/s2Gia tốc chậm dần ô tô - 4. - 5 - 51 A12m2Diện tích tiết diện ngang của van một chiều 12 30 A6m2Tiết diện hiệu dụng của l tiết lưu 35 A7m2Tiết diện hiệu dụng của l tiết lưu 24 Amm2Diện tích tiết diện ngang piston xy lanh chính 41 Asm2Diện tích tiết diện ngang của xy lanh phanh bánh xe 50 Cd12 Hiệu suất qua tiết lưu của van 12 29 Cd6 Hiệu suất tiết lưu qua l tiết lưu van giữ áp 34 Cd7 Hiệu suất tiết lưu qua l tiết lưu van giảm áp 46 ClN.m/s Hệ số giảm chấn của bình tích năng 23 CmN.m/s Hệ số giảm chấn của dầu 40 CsN.m/s Hệ số giảm chấn của xy lanh phanh bánh xe 37 FbN Lực phanh 7 FwNm Lực cản không khí 1 FxN Lực dọc 2 FyN Lực ngang 3 FzN Phản lực thẳng đứng 10 G N Trọng lượng ô tô 14 hgm Chiều cao trọng tâm ô tô 60 J kg.m2Momen quán tính bánh xe 42 K N/m Hằng số độ cứng của má phanh 57 Kb Hệ số tăng của mo men phanh 11 L m Chiều dài cơ sở ô tô 12 l1m Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước 13 l2m Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu sau 58 m Kg Khối lượng ô tô - 6 - 47 Mlkg Khối lượng pit-tông 21 Mmkg Khối lượng piston xy lanh chính 39 Mskg Khối lượng của pit tông trong xy lanh phanh bánh xe 4 MxNm Momen quanh trục x 5 MyNm Momen quanh trục y 6 MzNm Momen quanh trục z 52 P13Pa Áp suất dầu trong khoang công tác của bơm 18 PfN Lực cản lăn 36 PlPa Áp suất của dầu phanh trong bình tích năng 48 PlPa Áp suất của dầu phanh trong bình tích năng 22 PmPa Áp suất dầu tại xy lanh chính 32 PsPa Áp suất của dầu phanh trong xy lanh phanh bánh xe 26 Q14m3/s Lưu lượng dầu từ bơm tới xy lanh chính 27 Q6m3/s Lưu lượng dầu từ xy lanh chính tới bánh xe 61 R m Bán kính bánh xe 65 S m Quãng đường phanh 62 TbNm Momen phanh 9 v m/s Vận tốc ô tô 49 Vlm3Thể tích trong đường dầu từ van điện từ tới van một chiều 12 28 Vmm3Thể tích dầu trước van điện từ (6) 56 Vpm3Thể tích dầu trong khoang công tác của bơm 43 Vsm3Thể tích dầu trong xy lanh phanh bánh xe 8 W N.s2/m2Hệ số cản không khí 45 xl0m Độ dịch chuyển ban đầu của lò xo trong bình - 7 - tích áp 20 xmM Dịch chuyển của piston xy lanh chính 38 xsm Dịch chuyển của piston phanh 44 βlN/m2Modun đàn hồi hiệu dụng của đường ống dầu từ van điện từ tới van một chiều 12 25 βmN/m2Modun đàn hồi hiệu dụng của dầu trước van điện từ 55 βpN/m2Modun đàn hồi hiệu dụng của khoang công tác của bơm 31 ρ kg/m3Khối lượng riêng của dầu phanh - 8 - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Quy luật biến đổi của lực dọc và lực ngang Hình 1.2: Quỹ đạo xe khi phanh có ABS và không có ABS Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống ABS Hình 1.4: Vùng hệ số trượt có lực phanh lớn Hình 1.5: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS Hình 1.6: Cảm biến gia tốc dọc thân xe Hình 2.1: Các lực và momen tác dụng lên ô tô Hình 2.2: Hiện tượng phân bố lại tải trọng khi phanh Hình 2.3: Quy luật biến đổi của lực dọc và lực ngang Hình 2.4: Mô hình hệ thống phanh ABS ¼ xe Hình 2.5: Mô hình xy lanh phanh chính Hình 2.6: Mô hình xy lanh phanh Hình 2.7: Mô hình bình tích năng Hình 2.8: Mô hình hệ thống thủy lực Hình 2.9: Động lực học bánh xe Hình 2.10: Ví dụ về mô hình lốp Pacejka Hình 2.11: Hệ số bám dọc sử dụng mô hình lốp Burkhardt Hình 2.12: Mô hình động lực học bánh xe Hình 3.1: Sơ đồ thuật toán điều khiển theo độ trượt định trước Hình 3.2: Hệ số bám dọc của lốp đối với 2 loại đường khác nhau Hình 3.3: Điều khiển theo độ trượt định trước loại đường I Hình 3.4: Điều khiển theo độ trượt định trước loại đường II - 9 - Hình 3.5: Thuật toán điều khiển theo gia tốc chậm dần của bánh xe Hình 3.6: Điều khiển theo gia tốc góc bánh xe trong điều kiện có độ trễ Hình 3.7: Điều khiển trượt lý thuyết và thực tế Hình 3.8: Mô phng đặc tính của van ở trạng thái tăng áp và giảm áp Hình 3.9: Đặc tính áp suất phanh – độ trượt Hình 3.10: Sơ đồ thuật toán điều khiển tối ưu lực phanh Hình 3.11: Các trạng thái biến đổi của áp suất phanh Hình 3.12: Thuật toán điều khiển lực phanh tối ưu trên loại đường I Hình 3.13: Thuật toán điều khiển lực phanh tối ưu trên loại đường II Hình 3.14: Thuật toán điều khiển tối ưu lực phanh hệ thống trễ Hình 3.15: Sơ đồ tổ hợp bộ điều khiển Hình 3.16: Khối xử lý tín hiệu bánh xe Hình 3.17: Khối xử lý trung tâm Hình 3.18: Khối công suất Hình 3.19: Hình ảnh thực tế của bộ điều khiển ABS Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý băng thử ABS Hình 4.2: Mô hình thiết kế 3D băng thử Hình 4.3: Cảm biến tốc độ bánh xe Hình 4.4: Cảm biến tốc độ tang trống và mạch xử lý tín hiệu Hình 4.5: Cảm biến áp suất và mạch xử lý tín hiệu Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo và thu thập dữ liệu Hình 4.7: Sơ đồ thuật toán bộ thu thập và xử lý dữ liệu Hình 4.8: Bộ đo và thu thập dữ liệu Hình 4.9: Kết quả thực nghiệm pha tăng áp và giảm áp Hình 4.10: Kết quả điều khiển theo gia tốc góc bánh xe Hình 4.11: Kết quả thử nghiệm tối ưu lực phanh - 10 - LỜI NÓI ĐẦU Hệ thống phanh đã và đang giữ một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô. - Ô tô ngày nay có tốc độ chuyển động trung bình trên đường cao hơn nhiều so với trước đây, do đó hệ thống phanh không những phải đảm bảo hiệu quả phanh tốt mà còn phải đảm bảo tính ổn định khi phanh. - Thực tế cho thấy khi phanh trên đường mà bánh xe xảy ra hiện tượng bó cứng bánh xe thì không những hiệu quả phanh giảm mà còn gây mất khả năng định hướng của xe, gây ra các tai nạn nghiêm trọng. - Vì vậy trên các ô tô hiện nay, thường lắp thêm hệ thống ABS làm nhiệm vụ chống bó cứng bánh xe trong quá trình phanh, điều chỉnh lực phanh tối ưu đảm bảo tính ổn định hướng cho xe khi phanh. - Hệ thống phanh ABS hiện nay đã được áp dụng rộng rãi trên nhiều hãng ô tô trên thế giới, một số nước coi việc trang bị hệ thống phanh ABS là tiêu chuẩn. - Nhờ sự tác động của hệ thống điều khiển điện tử mà hệ thống phanh ABS ngày càng phát triển hơn, đáp ứng nhanh hơn và chính xác hơn với các trạng thái làm việc của quá trình phanh. - Các nghiên cứu về ABS hiện nay tập trung vào hoàn thiện thuật toán điều khiển cũng như kết hợp điều khiển ABS và các hệ thống tổ hợp của nó. - ABS ngày nay đã không còn là một kỹ thuật mới áp dụng tại Việt Nam, tuy nhiên chưa có nhiều các nghiên cứu việc tìm hiểu kỹ nguyên lý và các thuật toán điều khiển của hệ thống ABS, đặc biệt là các thuật toán điều khiển cho phép xây dựng tổ hợp hoàn chỉnh một bộ điều khiển. - Luận văn tiến hành nghiên lý thuyết kết hợp với thực nghiệm kiểm chứng trên mô hình băng thử thực hiện các nhiệm vụ. - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống ABS. - Xây dựng mô hình toán học của hệ thống ABS. - Xây dựng thuật toán điều khiển tối ưu lực phanh. - Thực nghiệm đánh giá thuật toán trên mô hình thực. - ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ Hệ thống phanh gi vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của xe. - Các chỉ tiêu chính đánh giá chất lượng phanh của ô tô là chỉ tiêu hiệu quả và chỉ tiêu ổn định hướng chuyển động của xe khi phanh. - Để đạt hiệu quả phanh cao, yêu cầu lc phanh phát huy ở vùng tiếp xúc gia bánh xe với mặt đường phải đạt được trị số bằng lc bám. - Trị số của lc bám gia bánh xe với mặt đường phụ thuộc vào tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe và hệ số bám của bánh xe với mặt đường. - Trong quá trình phanh, do tác dụng của lc quán tính của ô tô làm cho tải trọng tác dụng lên các bánh xe cầu trước và sau thay đổi liên tục. - Tải trọng tác dụng lên cầu trước tăng lên, tải trọng tác dụng lên cầu sau giảm đi theo quan hệ tỷ lệ với s tăng của giảm tốc phanh: FZ1=GL.(l2+ a.hgg) (1.1) FZ2=GL.(l1− a .hgg) (1.2) Vì vậy, muốn tận dụng khả năng bám, trong quá trình phanh lc phanh ở các bánh xe cầu trước và sau cần phải được điều khiển liên tục theo trọng lượng bám của các bánh xe tương ứng. - Các kết quả nghiên cứu về động lc học của bánh xe ô tô chuyển động trên nền đường cứng cho thấy: ở chế độ chủ động, dưới tác dụng của mô men xoắn, lốp Chương 1: TNG QUAN - 13 - xe bị biến dạng làm xuất hiện hiện tượng trượt cục bộ tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường. - Kết quả là khi phanh, bánh xe bị phanh sẽ vừa lăn vừa trượt. - S trượt tăng tỷ lệ với mô men phanh phát huy ở bánh xe. - Để đánh giá mức độ trượt sử dụng khái niệm độ trượt xác định theo công thức: λ=v− ω. - Khi vận tốc góc bánh xe bằng không (=1), bánh xe bị hãm cứng. - Các công trình nghiên cứu về s bám gia bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh [7] cho thấy, hệ số bám của bánh xe với mặt đường biến đổi phụ thuộc vào độ trượt. - Hình 1.1 biểu diễn s biến đổi của hệ số bám dọc và bám ngang phụ thuộc vào độ trượt và các loại đường khác nhau. - Hình 1.1: Quy luật biến đổi của lực dọc và lực ngang Quan sát các đồ thị cho thấy, trong quá trình phanh, có một vùng trị số của hệ số trượt (vùng giá trị của từ 0,17 đến 0,3) trong đó hệ số bám dọc đạt trị số max còn trị số bám ngang đạt trị số tương đối lớn. - Ngoài ra, trong quá trình phanh, nếu bánh Chương 1: TNG QUAN - 14 - xe bị hãm cứng (trượt lết, =1) khi đó do trị số của hệ số bám ngang rất bé sẽ làm cho xe mất tính ổn định hướng. - Từ các phân tích trên có thể rút ra kết luận: để tận dụng được khả năng bám cũng như đảm bảo ổn định hướng chuyển động của xe khi phanh, cần phải điều khiển mô men phanh tác dụng lên bánh xe sao cho phù hợp với vùng độ trượt [0,170,3]. - Việc điều khiển mô men phanh được thc hiện bằng cách điều khiển (tăng giảm) áp suất trong dẫn động phanh bánh xe. - Biện pháp kết cấu nhằm điều khiển lc phanh các bánh xe cầu trước và sau trong quá trình phanh trên các ô tô trước đây là sử dụng bộ t động điều chỉnh lc phanh ở các bánh xe cầu sau theo các thông số tải trọng và áp suất. - Hệ thống phanh được lắp bộ điều chỉnh này có khả năng hạn chế khả năng trượt lết của các bánh xe cầu sau khi phanh, tuy nhiên, tính năng này chỉ phát huy trong điều kiện chuyển động của xe trên một số loại đường nhất định. - Trường hợp xe chuyển động trên các loại đường có hệ số bám thấp hiện tượng trượt lết của xe vẫn có thể xảy ra, đặc biệt khi phanh xe ở tốc độ cao. - Trên các xe ô tô hiện đại, người ta sử dụng hệ thống phanh ABS, đây là hệ thống phanh điều khiển kiểu điện tử cho phép t động điều khiển áp suất trong dẫn động phanh ra các bánh xe sao cho duy trì được độ trượt của bánh xe trong quá trình phanh nằm trong vùng độ trượt tối ưu (vùng giá trị của từ 0,17 đến 0,3). - Nhờ tính năng điều khiển này, trong quá trình phanh, xe vừa có hiệu quả phanh cao vừa ổn định hướng và có tính năng điều khiển tốt. - Hình 1.1 mô tả quỹ đạo phanh của xe khi phanh trên đường vòng, trong hai trường hợp có ABS và không có ABS. - Xe có trang bị ABS tính năng điều khiển của xe tốt hơn so với xe không có trang bị ABS. - Với hệ thống phanh ABS, áp suất trong dẫn động phanh được t động điều chỉnh điều nhằm đạt được momen phanh tối ưu trên các bánh xe, nhờ đó ngay cả với người lái ít kinh nghiệm thao tác phanh cũng trở nên đơn giản hơn, tránh được hiện tượng trượt lết của xe khi phanh. - Chương 1: TNG QUAN - 15 - Hình 1.2: Quỹ đạo xe khi phanh có ABS và không có ABS Ngoài ra do hệ thống phanh ABS có thể điều khiển riêng rẽ áp suất phanh tới từng bánh xe, nên có thể kết hợp với một số hệ thống khác: hệ thống chống trượt quay bánh xe ASR, hệ thống phân bố lc phanh điện tử EBD… để tăng hiệu quả và tính năng ổn định khi vận hành của xe. - NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ABS Trong hệ thống phanh trang bị ABS, ngoài các bộ phận xy lanh phanh chính, cơ cấu phanh đặt tại bánh xe giống như ở hệ thống phanh thông thường, còn có một hệ thống điều khiển điện tử bao gồm các cảm biến, bộ điều khiển trung tâm và cơ cấu chấp hành. - Trên hình 1.3 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 s hoạt động của cơ cấu chấp hành. - Cơ cấu chấp hành của hệ thống ABS là hệ các van thủy lc 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 lc phanh tối ưu trong quá trình phanh
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt