Nghiên cứu mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô với hệ thống ABS + ASR

- Luận văn thạc sĩ khoa học Nghiên cứu mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô với hệ thống ABS + ASR Ngành : cơ khí ôtô M∙ số: nguyễn tiến vũ linh Ng−ời h−ớng dẫn : PGS.
- Giới thiệu hệ thống phanh ABS trờn ụ tụ và cỏc cơ cấu điều khiển tự động.
- 16 2.2.3 Mụ hỡnh hệ thống lỏi.
- 28 2.2.5.1 Xỏc định cỏc quan hệ trong động học của bỏnh xe.
- 28 2.2.5.2 Gúc lệch bờn αi của cỏc bỏnh xe.
- 33 2.2.7 Phương trỡnh cõn bằng sự quay của bỏnh xe.
- 39 2.2.7.3 Sự cõn bằng bỏnh xe.
- Cỏc phương trỡnh điều khiển hệ thống.
- Điều khiển phanh bỏnh xe.
- Điều khiển hệ thống ABS kết hợp ASR.
- 71 - 1 -LỜI MỞ ĐẦU Hệ thống ABS và ASR là những hệ thống hiện nay được đưa vào sử dụng khỏ phổ biến trờn cỏc dũng xe con.
- Tuy nhiờn, những kiến thức hiểu biết về cỏc hệ thống này cũn rất hạn chế.
- Ở Việt Nam hiện nay, cỏc thực nghiệm tổng thể chưa được tiến hành, hoặc chưa đủ điều kiện để tiến hành, do vậy đề tài đó thực hiện nhiệm vụ mụ phỏng hệ thống phanh ABS và ASR trờn mỏy tớnh.
- Đề tài tập trung vào cỏc vấn đề về động học và động lực học của ụ tụ con cú cỏc hệ thống trờn, nhằm bổ sung cỏc kiến thức cần thiết giỳp ớch cho việc nõng cao hiểu biết và đào tạo trong giai đoạn hiện nay ở nước ta.
- Với lý do như trờn, đề tài tiến hành “Nghiờn cứu mụ phỏng quỹ đạo chuyển động của ụ tụ với hệ thống ABS và ASR”.
- Xõy dựng mụ hỡnh tớnh toỏn cho ụ tụ con cú hệ thống ABS + ASR.
- Đưa vào cỏc mụ hỡnh tớnh toỏn với hệ thống phanh ABS và ASR cho xe con, nhằm tỡm hiểu sự thay đổi của cỏc thụng số động lực học của ụ tụ, với nhiệm vụ tập trung chớnh vào việc khảo sỏt độ trượt của cỏc bỏnh xe khi hoạt - 2 -động trờn đường ở trạng thỏi phanh gấp cú sử dụng ABS, và trạng thỏi chống trượt quay bỏnh xe cú hệ thống ABS và ASR.
- Nhỡn tổng thể, quan hệ của quỏ trỡnh điều khiển của ụ tụ cú thể mụ tả trờn hỡnh 1.1 với sơ đồ hệ thống “Đường - Xe - Người” Sự chuyển động thực tế của ụ tụ và chuyển động yờu cầu của người lỏi, luụn luụn được người lỏi điều chỉnh với mục đớch thực hiện tốt nhất chuyển động yờu cầu, nhưng khụng phải lỳc nào cũng cú thể thoả món được yờu cầu này.
- Ở trạng thỏi phanh gấp, cỏc bỏnh xe cú thể bị bú cứng, như vậy khả năng điều khiển cỏc bỏnh xe bú cứng bị hạn chế rất nhiều, tỏc động điều khiển ụ tụ khi đú chỉ cũn cú - 5 -thể là yếu tố vận tốc.
- Trong quan hệ tổng hợp của ụ tụ, để cú được chuyển động thực tế an toàn là một mối quan hệ phức tạp bao gồm ảnh hưởng của cỏc thụng số kết cấu: lốp, hệ thống treo, hệ thống lỏi, hệ thống thuỷ lực, hệ thống phanh và tỏc động điều khiển của người lỏi.
- lái xe Cỏc chuyển động yờu cầu Cơ cấu điều khiển Vành lỏi Chõn ga Phanh Quay bỏnh xe dẫn hướng Tốc độ chuyển động của ụ tụ Gia tốc chậm của ụ tụ Điều kiện đường Cỏc điều kiện ngoại cảnh khỏc Chuyển động thực của ô tô Hỡnh 1.1 Mụ tả tổng thể quan hệ điều khiển của lỏi xe và chuyển động của ụ tụ - 6 -1.2 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHANH ABS TRấN ễ Tễ VÀ CÁC CƠ CẤU ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG.
- Để hoàn thiện chất lượng hoạt động của ụ tụ núi chung và của hệ thống phanh núi riờng, ngày nay một phần đỏng kể ụ tụ đó bố trớ thiết bị ABS và ABS phức hợp.
- Hệ thống ABS cho hệ thống phanh được bố trớ cho ụ tụ với mục đớch nõng cao hiệu quả phanh cho ụ tụ trong mọi trường hợp chuyển động, cụ thể bao gồm.
- Hệ thống ABS được gọi theo cỏc chữ viết tắt của tiếng Anh: “Anti-Lock Brake System” và được hiểu là thiết bị chống trượt lết bỏnh xe khi phanh.
- Hệ thống ABS là một nhúm vấn đề trong lĩnh vực điều khiển của Mechatronic dựng cho hệ thống phanh.
- Hệ thống ABS phức hợp bao gồm ABS và cú cựng với chức năng.
- EBD: Hệ thống phõn phối lực phanh điện tử, (Electronic Brake-force Distribution.
- BAS: Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp (Brake Assist System.
- TRC: Hệ thống điều khiển lực kộo bỏnh xe (Traction Control) trong đú bao gồm cỏc thiết bị.
- ASR: kiểm soỏt trượt quay bỏnh xe (Anti Spin Regulator.
- Trờn ụ tụ con ngày nay bố trớ phổ biến hệ thống ABS + ASR, cỏc loại tổ hợp khỏc thường gặp trờn ụ tụ cao cấp.
- Hỡnh 1.2 Sơ đồ bố trớ hệ thống ABS +ASR đơn giản 1.
- Bàn đạp chõn phanh KHÁI NIỆM CƠ SỞ VỀ ABS Sự quay của bỏnh xe trờn đường cần phải đảm bảo cú khả năng tạo nờn lực bỏm tốt nhất (càng cao càng tốt).
- Điều này được thực hiện khi cỏc bỏnh xe quay trong giới hạn độ trượt nhỏ trong vựng (15 ữ 30.
- khi đú hệ số bỏm (bao gồm cả bỏm dọc và bỏm ngang) của bỏnh xe cú khả năng đạt cao.
- Sự trượt lết bỏnh xe trờn đường cú thể dẫn tới sự giảm hệ số bỏm dọc và bỏm ngang làm xấu hiệu quả phanh và tớnh ổn định khi phanh, gõy nờn mài mũn lốp nhanh và mài mũn khụng đều bỏnh xe.
- Để thực hiện khả năng hoàn thiện chất lượng phanh như vậy, ngày nay trờn ụ tụ bố trớ cỏc hệ thống điện tử điều khiển sự quay của cỏc bỏnh xe độc lập (hay một số bỏnh xe trờn cựng một cầu).
- Cỏc thiết bị điện tử tham gia điều khiển cựng với lực và hành trỡnh bàn đạp phanh của ụ tụ kiểm soỏt chặt chẽ sự phanh của bỏnh xe trong giới hạn trượt tối ưu.
- Khi phanh, bỏnh xe đang quay bị phanh chậm dần tới mức sự trượt vượt quỏ giới hạn quy định, cần thiết nhả phanh để tạo nờn sự lăn nhất định.
- Nếu bỏnh xe tiếp tục quay trở lại, hệ thống phanh lại cần tăng lực phanh đảm bảo phanh xe.
- Cứ như vậy, hệ thống điện tử hỗ trợ hệ thống phanh duy trỡ chế độ lăn cú trượt của bỏnh xe, trong lỳc vị trớ bàn đạp phanh khụng thay đổi.
- 9 - Hệ thống ABS cơ bản bao gồm: cỏc mạch bố trớ phanh thụng thường, bộ điều khiển điện tử (ECU), cỏc cảm biến (Sensor), cơ cấu thừa hành tỏc động lờn hệ thống phanh thay đổi lực điều khiển phanh (Actuator).
- Cảm biến xỏc định tốc độ quay của bỏnh xe được phanh, chuyển thành tớn hiệu điện chuyển về bộ điều khiển trung tõm ECU.
- Bộ điều khiển xỏc định chế độ làm việc của bỏnh xe (độ trượt), đưa ra tớn hiệu điều khiển van điều khiển (cơ cấu thừa hành), điều chỉnh ỏp suất khớ để trỏnh bú cứng bỏnh xe.
- Van điều khiển ỏp suất nhận tớn hiệu và điều khiển ỏp suất chất lỏng cấp cho bầu phanh bỏnh xe tiến hành phanh hay nhả phanh.
- Đõy là hệ thống điều khiển cú mạch phản hồi thực hiện điều chỉnh theo mạch điều khiển kớn, giỳp cho bỏnh xe luụn nằm trong trạng thỏi phanh với độ trượt tối ưu trước giới hạn trượt lết.
- Trong kết cấu thực tế hệ thống cú thể tổ hợp là nhiều mạch điều khiển cho từng đầu trục bỏnh xe.
- Bộ điều khiển (ECU) 3.
- Bầu phanh bỏnh xe 5.
- Van phõn phối KHÁI NIỆM CƠ SỞ VỀ ASR Sự trượt quay xảy ra khi mụmen từ động cơ truyền xuống bỏnh xe vượt quỏ giới hạn bỏm tại bỏnh xe.
- Sự trượt quay chỉ xuất hiện trờn cỏc bỏnh xe chủ động, do vậy ASR được bố trớ trờn cỏc bỏnh xe này.
- Khi ụ tụ chuyển động, mụmen truyền xuống bỏn trục được coi là 100%, khả năng bỏm trờn nền chỉ bằng 30%, bỏnh xe sẽ bị trượt quay với hệ số trượt lớn, xe khụng chuyển động bằng cụng suất từ động cơ truyền xuống, mà chỉ bằng giỏ trị do lực bỏm thực tế tỏc động.
- Nhờ thiết bị ASR, tại cơ cấu phanh tạo nờn mụmen phanh bằng khoảng 70%, thỡ bỏnh xe sẽ khụng cũn bị trượt lớn.
- Một số xe cũn bố trớ thờm hệ thống tự động nõng chõn ga để hạn chế mụmen động cơ truyền xuống bỏnh xe quỏ lớn.
- Bỏnh xe - 11 -Sử dụng thiết bị ABS ở chế độ làm việc cú mụmen chủ động trờn bỏnh xe nhằm tạo nờn mụmen phanh hạn chế tối đa sự trượt quay này.
- b) Nghiờn cứu quỏ trỡnh phanh của ụ tụ tải khi gặp sự cố mất mụ men phanh của nhúm tỏc giả Nguyễn Khắc Trai và Đàm Hoàng Phỳc (2000), nhằm xỏc định quóng đường chuyển động của ụ tụ tải khi quay vũng mất phanh ở cỏc mức độ khỏc nhau, với hệ thống phanh khụng cú ABS và điều hoà lực phanh.
- Trong phần Simulink của Matlab cú mụ tả sự phanh bỏnh xe cú sử dụng ABS.
- Tuy nhiờn chương trỡnh giới hạn với mục đớch hướng dẫn sử dụng Simulink, do đú bài toỏn chỉ sử dụng trờn mụ hỡnh một bỏnh xe mà khụng thể hiện mối liờn hệ của bốn bỏnh xe.
- Song chưa cú đề tài nào mụ tả được yờu cầu của ụ tụ trờn mụ hỡnh khụng gian bốn bỏnh xe cú hệ thống điều khiển phanh ABS + ASR.
- Vấn đề về độ trượt của bỏnh xe trong cỏc mối quan hệ tổng quỏt của ụ tụ rất khú đo đạc trực tiếp.
- Đo vận tốc của cỏc bỏnh xe.
- 1.4 MỤC ĐÍCH VÀ NỘI DUNG NGHIấN CỨU CỤ THỂ CỦA ĐỀ TÀI Trờn cơ sở đó phõn tớch ở trờn, đề tài tập trung mụ phỏng quỏ trỡnh chuyển động của ụ tụ trờn mụ hỡnh khụng gian bốn bỏnh xe trong quỏ trỡnh phanh, cú sử dụng hệ thống ABS khi.
- Xe chuyển động thẳng.
- Và mụ phỏng quỏ trỡnh chuyển động của ụ tụ khi cú hệ thống ASR (hệ thống chống trượt quay bỏnh xe) Do vấn đề cần khảo sỏt khỏ rộng, trong giới hạn khuụn khổ của luận văn cao học, đề tài chỉ tập trung chớnh vào việc khảo sỏt sự trượt của cỏc bỏnh xe ụ tụ con trong hệ thống liờn kết cỏc bỏnh xe với ụ tụ mà cỏc đề tài khỏc ớt đề cập đến.
- Mụ phỏng trờn mỏy tớnh trạng thỏi chuyển động của ụ tụ con khi cú hệ thống ABS và ASR, thừa kế cỏc mụ hỡnh khụng gian mụ tả chuyển động của ụ tụ, do đú đề tài đó.
- Chọn được mụ hỡnh và bộ số liệu thớch hợp, cú độ chớnh xỏc cao nhằm đưa ra cỏc kết luận về độ trượt của cỏc bỏnh xe trờn ụ tụ trong việc khảo sỏt mụ hỡnh khụng gian.
- Đặc biệt, đề tài đó vận dụng mụ hỡnh bỏnh xe và khảo sỏt sự quay của bỏnh xe gắn liền với hệ thống chuyển động.
- Chương IV: Cỏc kết quả của đề tài và nhận xột, tập trung chủ yếu vào cỏc kết quả về khảo sỏt độ trượt của cỏc bỏnh xe với hệ thống ABS và ASR - 15 -CHƯƠNG II CƠ SỞ Lí LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Mễ HèNH CƠ HỌC Để nghiờn cứu quỹ đạo chuyển động của ụ tụ, ta khảo sỏt trong hai hệ toạ độ khụng gian sau: OX0Y0Z0 là hệ toạ độ cố định đặt tại mặt đường, TXYZ là hệ toạ độ di động đặt tại trọng tõm ụ tụ.
- Từ hai hệ toạ độ trờn, ta cú thể coi ụ tụ là một vật rắn cú khối tõm đặt tại trọng tõm T chuyển động trong hệ toạ độ OX0Y0Z0, cũn với hệ toạ độ TXYZ thỡ nú là một hệ thống cơ học biến dạng.
- Mụ hỡnh phẳng hai vết: Sử dụng mụ hỡnh này sẽ khụng để ý tới cỏc ảnh hưởng của hệ thống treo.
- Thõn xe cứng đặt đàn hồi trờn cỏc cầu xe • Chuyển động tương đối giữa thõn xe và cỏc cầu xe được để ý thụng qua gúc nghiờng ψ, gúc nghiờng bỏnh xe coi là nhỏ và bỏ qua.
- Cỏc lực dọc và ngang của bỏnh xe được khảo sỏt trong quan hệ với độ trượt, và quan hệ biến dạng tớnh toỏn.
- Mụ hỡnh xõy dựng trờn cơ sở chuyển động song phẳng của ụ tụ, ảnh hưởng của chiều cao gõy nờn cỏc lực và mụmen được biểu thị bằng cỏc tải trọng đặt trờn bỏnh xe.
- Cỏc bỏnh xe quay xung quanh trục đứng với cỏc gúc quay như nhau.
- Bỏ qua mụ men hiệu ứng con quay MG • Coi gúc lệch bỏnh xe do khoảng cỏch βs = 0 • Bỏ qua lực cản khụng khớ Pω ε&&.JzF1MS1S1 β1 F2 MS2S2 β2F3 MS3S3 β3F4 MS4mψhψψ&& β4αεmvεα&&+vm&PvTXYXo ttts ltlsLXo Yo + OHỡnh 2.3 Cỏc lực và mụ men xỏc định trong mặt phẳng ngang S4 - 19 -Cỏc lực tỏc dụng đặt tại trọng tõm xe.
- Cỏc lực và mụmen tỏc dụng đặt tại bỏnh xe.
- Lực ngang đặt tại điểm giữa của vết và mụmen đàn hồi của bỏnh xe.
- 21 -2.2.3 Mễ HèNH HỆ THỐNG LÁI Hệ thống lỏi trờn ụ tụ con là hệ thống cơ học đàn hồi, việc khảo sỏt như vậy bài toỏn trở nờn quỏ phức tạp.
- Do đú, để bài toỏn đơn giản, ta sử dụng mụ hỡnh hệ thống lỏi khụng đàn hồi với cụng thức tớnh toỏn như sau: β1 = β2 = vlriβ (2.7) Trong đú ir: Tỉ số truyền của cơ cấu lỏi.
- Gúc quay cỏc bỏnh xe dẫn hướng là như nhau.
- Cỏc tỏc động của hệ thống treo đến bỏnh xe dẫn hướng được bỏ qua.
- Hệ thống lỏi khụng đàn hồi cú nghĩa là dẫn động lỏi từ vành lỏi đến cỏc đũn quay đứng là cứng tuyệt đối, sự biến dạng của bỏnh xe được tớnh trong phương trỡnh độ trượt.
- Với giả thiết như vậy, hệ thống lỏi cơ khớ được mụ tả qua cụng thức (2.7) giỳp cho bài toỏn cú thể giải trờn mỏy tớnh cỏ nhõn với bộ nhớ (RAM) hạn chế.
- 2.2.4 SỰ NGHIấNG THÂN XE VÀ TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG Như mụ hỡnh đó chọn, gúc nghiờng thõn xe ảnh hưởng tới sự phõn bố tải trọng thẳng đứng, lực và momen trong vết tiếp xỳc, vỡ vậy sự nghiờng thõn xe liờn quan đến hệ thống treo cú ý nghĩa rất quan trọng.
- Trong khi ụ tụ chuyển động, do cú cỏc gia tốc theo phương dọc, ngang nờn gõy ra sự nghiờng thõn xe với gúc nghiờng ψ với vận tốc ψ&, gia tốc ψ&& đồng thời - 22 -gõy nờn sự thay đổi tải trọng thẳng đứng Zt trờn cỏc bỏnh xe.
- Tải trọng tĩnh tỏc dụng nờn cỏc bỏnh xe trước và sau được tớnh toỏn như sau: ..TstlZmgl= (2.9) ..TttlZmgl= (2.10) Tải trọng tỏc dụng lờn cầu trước và cầu sau thay đổi là ∆Z do gia tốc dọc x&& gõy nờn: .mhzxl.
- 24 -La..gmZs=m.g m.y&& xm.x Lb..gmZt=m.g L b a y z t Zi Zi Hỡnh 2.5: Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng Dưới tỏc dụng của lực y&& gõy ra sự thay đổi tải trọng thẳng đứng giữa cỏc bỏnh xe trờn cựng một cầu.
- Cỏc lực ngang ''12,SS xỏc định theo hỡnh 2.6, ở đõy ''12,SS, Fcj là cỏc phản lực ngang và thẳng đứng đặt tại điểm nối giữa cầu xe và phần tử đàn hồi của hệ thống treo.
- (2.19) Như vậy khi xe chuyển động với gúc quay bỏnh dẫn hướng tβ>0 thỡ tải trọng thẳng đứng tỏc dụng lờn cỏc bỏnh xe như sau: 1()TttZZZZ.
- Xỏc định cỏc quan hệ trong động học của bỏnh xe.
- (2.27) Hỡnh 2.8 Mụ hỡnh cỏc quan hệ động học - 29 - Để tớnh cỏc thụng số của bỏnh xe cần xỏc định cỏc quan hệ động học gúc lệch bờn bỏnh xe αi, cỏc vận tốc thành phần ,iiXY&& và độ trượt bỏnh xe sxi với (i=1,4) Xỏc định cỏc vận tốc thành phần của bỏnh xe Vt = TO1.ε.
- Gúc lệch bờn αi của cỏc bỏnh xe: Gúc lệch bờn αi được định nghĩa trờn hỡnh 2.10 iiXartgYiiαβ.
- Xỏc định gúc lệch của bỏnh xe - 32 -Chương trỡnh con tớnh cỏc quan hệ động học của ụ tụ %quan he dong hoc rbx=rbxt-z./crbx.
- kx&→ 0 bỏnh xe trượt quay.
- (2.39) v Mk ϕ& ϕ&rk v Mk ϕ& ϕ&rk Y yk αk s Fp kX& ky& vk xk Y yk αk s Fk kX&ky& vk xk Hỡnh 2.11 Bỏnh xe bị phanh Hỡnh 2.12 Bỏnh xe chủ động - 34 -khoảng tớnh toỏn (0 ữ -1) cú giỏ trị õm.
- Trong khi giải bài toỏn, độ trượt bỏnh xe được quan tõm : 9 Do sự cõn bằng mụmen quay với tốc độ ụ tụ.
- 9 Do ảnh hưởng của hệ thống treo, sự đàn hồi lốp.
- 9 Do quan hệ vật lý của bỏnh xe đàn hồi.
- Hỡnh 2.14 Sơ đồ tớnh toỏn lực cho bỏnh xe phanh - 36 -Cỏc số liệu vào: ào, ko, Ls1, Ls2, kx&, sF, α, Z, lv, Lα1, Lα2 Ls=Ls1+ Ls2Z Lα =Lα1+ Lα2Z )sinsrk1(tg)s1(LsLS22Fdoo2F22F2sRFα+ϕ−àα++=α&5,0SRF≤ p = )S25,01(S1RFRF− a = -)S25,01(tg)S311(SlRFRFRFv−α− b = lv)S25,01()S1211(RF2RF−− p =1 a = -vl.tg34α b = lv34 B.
- Hỡnh 2.15 Sơ đồ tớnh toỏn lực cho bỏnh xe bị phanh - 37 - Trong sơ đồ logic khụng kể đến sự suy giảm hệ số bỏm khi bỏnh xe bị trượt

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