(LUẬN văn THẠC sĩ) KHẢO sát đặc TÍNH VAN ABS và mô PHỎNG số QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG của hệ THỐNG PHANH

TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ

Nhiệm vụ vai trò của hệ thống phanh trên ô tô

Hệ thống phanh là một phần quan trọng trong an toàn ô tô, giúp giảm tốc độ và dừng xe khi cần thiết, đồng thời giữ cho xe đứng yên khi đỗ Hệ thống này phải đảm bảo khả năng phanh nhanh chóng, hiệu quả và phân bố mô men phanh đồng đều đến các bánh xe Đối với ô tô tải cỡ lớn và trung bình, thường sử dụng hệ thống phanh khí nén và bán thủy lực-khí nén, vì chúng có chi phí thấp và năng suất cao hơn so với phanh thủy lực Mặc dù phanh khí nén tạo ra lực phanh lớn, nhưng cũng có nhược điểm về độ trễ do tính nén của khí Ngược lại, hệ thống phanh dầu không có độ trễ nhưng chỉ tạo ra lực phanh nhỏ, phù hợp với xe du lịch và xe cỡ nhỏ Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, nhiều loại xe hiện nay sử dụng các hệ thống phanh khác nhau, nhưng đều dựa trên nguyên lý cơ bản của hệ thống phanh.

1 download by : skknchat@gmail.com

Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí 1 dòng

1 Máy nén khí; 2 Bộ lọc khí; 3 Bình chứa khí; 4 Tổng van; 5.6 Bầu phanh;

7 Bàn đạp phanh; 8 Bộ áp kế; 9 Tang trống;

Hệ thống phanh khí hoạt động bằng cách máy nén khí cung cấp khí qua bình lắng nước và tới bình chứa khí nén Áp suất trong bình được theo dõi qua đồng hồ đặt trong khoang lái Khi người lái tác động vào bàn đạp phanh, van phân phối sẽ được kích hoạt, cho phép khí nén từ bình chứa đi qua van phân phối tới bầu phanh, thực hiện quá trình phanh.

Hệ thống phanh trên ô tô hiện đại bao gồm cơ cấu phanh, dẫn động phanh và cơ cấu điều khiển, với cơ cấu phanh được lắp đặt trực tiếp tại bánh xe để tạo ra mô men phanh và lực cản khi ô tô đang di chuyển Trước đây, do hạn chế về khoa học, hệ thống phanh chủ yếu sử dụng phanh khí nén một dòng, dẫn đến tính năng và chất lượng phanh bị hạn chế Ngày nay, với sự phát triển của khoa học, hầu hết các xe hiện đại đều được trang bị hệ thống phanh tiên tiến hơn.

2 download by : skknchat@gmail.com hai dòng và có thêm cơ cấu van ABS đi kèm để tăng khả năng tốc độ, ổn định trên đường.

Tính năng phanh ô tô

Khi phanh ô tô, xe không dừng ngay tại vị trí bắt đầu mà thường dừng cách đó một khoảng nhất định, đồng thời có thể bị lệch hướng trước khi phanh Do đó, để đánh giá chất lượng phanh, cần xem xét hai yêu cầu quan trọng.

Yêu cầu về hiệu quả phanh.

Yêu cầu về chất tính ổn định khi phanh.

1.2.1 Yêu cầu về hiệu quả phanh

Hiệu quả phanh là khả năng của xe trong việc giảm tốc nhanh chóng và có quãng đường phanh ngắn nhất Điều này phụ thuộc vào lực phanh F x tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường Nếu lực phanh vượt quá lực bám, sẽ xảy ra hiện tượng hãm cứng và trượt lết, làm giảm hiệu quả phanh Do đó, lực phanh cần phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám để đảm bảo hiệu quả tốt nhất Trong phương dọc, lực phanh cũng không được lớn hơn lực bám dọc, và giá trị của lực bám dọc có thể được tính toán theo công thức cụ thể.

Trong công thức (1.1), FX đại diện cho giá trị lực bám dọc, Z là phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác động lên bánh xe, hệ số bám trong mặt phẳng dọc được ký hiệu là G, và G là trọng lượng của xe.

Để đạt hiệu quả phanh tối ưu, hệ số bám dọc cần phải lớn nhất, đồng thời lực phanh phải được điều chỉnh liên tục theo trọng lượng bám của từng bánh xe Do đó, cơ cấu phanh nên được lắp đặt trên cả bốn bánh xe.

Để đánh giá hiệu quả phanh của xe, người ta sử dụng các chỉ tiêu như quãng đường phanh, gia tốc chậm dần, thời gian phanh và lực phanh Những yếu tố này đảm bảo rằng phanh hoạt động hiệu quả và an toàn trong quá trình sử dụng.

Quãng đường phanh là khoảng cách mà xe ô tô di chuyển từ khi người lái bắt đầu đạp phanh cho đến khi xe dừng hẳn Đây là một yếu tố quan trọng mà người điều khiển xe cần lưu ý, giúp họ nhận biết và xử lý hiệu quả các tình huống phanh trên đường.

Khi phanh quãng đường nhỏ nhất của ô tô được tính theo biểu thức sau: v 1

Trong trường hợp khi phanh đến lúc ô tô dừng hẳn thì v2 = 0.

Hệ số bám của bánh xe với mặt đường đóng vai trò quan trọng trong quá trình phanh của ô tô Vận tốc ô tô tại thời điểm bắt đầu phanh được ký hiệu là v1, trong khi vận tốc khi kết thúc phanh là v2 Ngoài ra, hệ số j cũng được tính đến để phản ánh ảnh hưởng của các trọng khối quay của ô tô trong quá trình này.

Quãng đường phanh tối thiểu của ô tô phụ thuộc vào vận tốc ban đầu v1, hệ số bám và trọng khối quay j Để giảm quãng đường phanh, cần giảm hệ số j bằng cách cắt ly hợp trước khi phanh Công thức cho thấy rằng khi vận tốc bắt đầu phanh cao, quãng đường phanh sẽ tăng lên do phụ thuộc vào bình phương vận tốc v1.

Gia tốc chậm dần khi phanh (J p ):

Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng phanh ô tô.

Biểu thức xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh là:

J p max : là gia tốc chậm dần cực đại. ng các chi ti t chuy ng c a ô tô i : là h s n ng các kh ệ ố tính đế ảnh hưở ối lượ ế ển độ ủ khi phanh.

Hệ số bám giữa lốp và mặt đường (là ký hiệu J) ảnh hưởng trực tiếp đến gia tốc chậm dần khi phanh Gia tốc trọng trường (g) cũng là yếu tố cần xem xét Để xác định gia tốc chậm dần, cần sử dụng các thông số đo đơn giản hơn Từ công thức (1.3), chúng ta thấy rằng J pmax phụ thuộc vào hệ số bám, do đó, nếu xác định được hệ số bám, có thể tính toán được gia tốc chậm dần khi phanh.

Thời gian phanh đƣợc xác định theo biểu thức sau: t v1 pmin j dv j v2 g g Khi phanh ô tô đến lúc dùng hẳn thì v 2 = 0.

Đánh giá chất lượng phanh ô tô thông qua việc xác định thời gian phanh là một nhiệm vụ phức tạp và gặp nhiều khó khăn Điều này chủ yếu do việc xác định vận tốc của ô tô tại thời điểm bắt đầu đạp phanh là rất khó khăn Hơn nữa, cần có một đoạn đường thử nghiệm phù hợp để tiến hành các bài kiểm tra hiệu quả.

5 download by : skknchat@gmail.com đường gây mất an toàn, quá trình lắp đặt phức tạp mất rất nhiều thời gian nên hiện nay rất ít sử dụng.

Lực phanh riêng là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lƣợng của ô tô, công p thức tính : p Pp

G Lực phanh riêng cực đại sẽ ứng với khi lực phanh cực đại: pmax P p max

Lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lƣợng phanh ô tô và chỉ tiêu này đƣợc dùng thuận lợi nhất khi thử phanh trên bệ.

1.2.2 Tính ổn định hướng ô tô khi phanh

Trong quá trình phanh, trục dọc của ô tô có thể xoay một góc so với quỹ đạo chuyển động trước khi phanh do sự chênh lệch tổng lực phanh giữa các bánh xe bên phải và bên trái, tạo ra mô men quay vòng quanh trục thẳng đứng đi qua trọng tâm ô tô Ổn định hướng khi phanh là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá mức độ lệch quỹ đạo của ô tô sau khi phanh so với quỹ đạo trước đó.

Các thành phần lực bên phải bao gồm P ph1 của trục trước và P ph2 của trục sau, trong khi các bánh xe bên trái có Ptr1 của trục trước và Ptr2 của trục sau.

Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên phải là:

P ph = P ph1 + P ph2 Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên trái là:

6 download by : skknchat@gmail.com y

Hình 1.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh Trong trường hợp tổng lực phanh bên phải Pphlớn hơn tổng lực phanh bên trái

Ptr , thì ô tô sẽ quay theo chiều mũi tên nhƣ trên hình vẽ quanh trọng tâm của ô tô.

Mô men quay vòng Mq đƣợc xác định theo biểu thức:

Do ma sát giữa bánh xe và mặt đường, khi có mô men quay vòng Mq xuất hiện, bánh xe ở trục trước sẽ nhận phản lực Ry1 từ mặt đường theo phương ngang, trong khi bánh xe ở trục sau sẽ nhận phản lực Ry2.

Phương trình chuyển động của ô tô đối với trọng tâm của xe có thể viết như sau:

Các lực Ry1 và Ry2 nhỏ hơn nhiều so với Mq, để đơn giản cho tính toán có thể bỏ qua thành phần của hai lực này.

Công thức tính góc lệch đƣợc viết nhƣ sau:

(1.7) download by : skknchat@gmail.com

Từ biểu thức (1.7) cho thấy góc lệch tỉ lệ thuận với mô men quay thân xe

Mq , với bình phương thời gian t và tỷ lệ nghịch với mô men quán tính Iz của ô tô quanh trục Z đi qua trọng tâm A của nó.

Theo tiêu chuẩn 22-TCN-224-2001 của Bộ Giao thông Vận tải Việt Nam, góc lệch tối đa cho phép là 8 độ so với phương chuyển động ban đầu, đồng thời không được lệch khỏi hành lang phanh 3,5 mét.

Hệ thống phanh truyền thống thường gặp khó khăn trong việc đảm bảo hiệu quả và ổn định khi phanh gấp trên đường trơn, do lực truyền tới các bánh xe là như nhau Điều này có thể dẫn đến hiện tượng bó cứng bánh xe và trượt lết, ảnh hưởng đến an toàn khi lái xe.

Biện pháp tạo hiệu quả phanh cao nhất

Để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu, lực phanh tại các bánh xe trước (Pp1) và bánh xe sau (Pp2) cần tuân theo một công thức cụ thể.

Khi xem xét bán kính bánh xe trước r b1 và bánh xe sau r b2 là bằng nhau trong quá trình phanh, chúng ta có thể thiết lập mối quan hệ giữa mô men phanh ở bánh trước và bánh sau.

Kết hợp biểu thức (1.9) và (1.10) ta có quan hệ sau:

Mp1: mô men phanh cần sinh ra ở bánh xe trước.

M p2 : mô men phanh cần sinh ra ở bánh xe sau.

Để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu, mô men phanh ở các bánh xe cầu sau và mô men phanh ở các bánh xe cầu trước cần phải tuân theo biểu thức (1.11).

Trong điều kiện sử dụng ô tô, trọng tâm xe luôn thay đổi do sự khác nhau của chất tải và hệ số bám trên các loại mặt đường, dẫn đến tỉ số lực phanh Pp1 và Pp2 cũng thay đổi Để đáp ứng yêu cầu này, cần điều chỉnh mô men sinh ra ở cơ cấu phanh trước và sau bằng cách thay đổi áp suất tới bầu phanh Đối với các xe truyền thống, giải pháp thường được áp dụng là lắp thêm bộ điều hòa lực phanh.

Đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh bao gồm hai thông số quan trọng: đường đặc tính lý tưởng khi đầy tải và đường đặc tính lý tưởng khi không tải P đ.ch và P’đ.ch đại diện cho áp suất bắt đầu điều chỉnh của bộ điều hòa trong các trạng thái này.

Tại điểm OC là bộ điều hòa lực phanh chƣa làm việc ứng với xe không tải

Đoạn thẳng CD biểu thị hoạt động của bộ điều hòa, cho thấy áp suất p2 ở dẫn động phanh sau luôn nhỏ hơn áp suất yêu cầu, giúp ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe sau, từ đó nâng cao hiệu quả phanh và đảm bảo tính ổn định của xe Nguyên lý hoạt động của bộ điều hòa lực phanh khi xe đầy tải cũng tương tự, giúp hạn chế trượt lết ở bánh xe cầu sau Tuy nhiên, thực nghiệm cho thấy tính năng này chỉ phát huy hiệu quả trên một số loại đường nhất định, và trong trường hợp xe di chuyển trên đường có hệ số bám thấp, hiện tượng trượt lết vẫn có thể xảy ra, đặc biệt khi phanh ở tốc độ cao.

Khi mô men phanh tác động lên bánh xe, sẽ tạo ra phản lực từ mặt đường trở lại bánh xe, được gọi là lực phanh Để đạt hiệu quả phanh cao và đảm bảo tính ổn định, việc tối ưu hóa lực phanh là rất quan trọng.

Lực phanh không được vượt quá lực bám giữa bánh xe và mặt đường, điều này dẫn đến việc mô men phanh thay đổi, làm biến dạng lốp cao su Sự biến dạng này thay đổi bán kính làm việc của lốp, gây ra hiện tượng trượt giữa bánh xe và mặt đường Để đánh giá mức độ trượt, ta sử dụng khái niệm độ trượt tương đối, với hệ số trượt được xác định theo công thức v r.

Trong đó v là vận tốc của tâm bánh xe; ω là vận tốc quay của bánh xe; r là bán kính làm việc của bánh xe.

Các nhà khoa học đã thực hiện thí nghiệm để xây dựng đồ thị trượt, thể hiện mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và hệ số bám ngang liên quan đến độ trượt tương đối của bánh xe khi phanh.

Các hệ số bám dọc φx và bám ngang φy thay đổi theo độ trượt, với φx tăng nhanh và đạt cực đại từ 17% đến 30% khi độ trượt tăng ban đầu Tuy nhiên, nếu độ trượt tiếp tục tăng, φx sẽ giảm và có thể giảm khoảng 20% đến 30% so với giá trị cực đại khi độ trượt đạt 100% Trong trường hợp xe chạy trên đường có hệ số bám thấp, hệ số trượt dọc có thể giảm thêm Đối với hệ số bám ngang φy, nó giảm nhanh chóng khi độ trượt tăng, và gần như bằng không khi độ trượt đạt 100%.

Hệ số bám dọc φ đạt giá trị tối đa φ xmax tại độ trượt tối ưu 0, với các loại đường khác nhau, độ trượt thường nằm trong khoảng 17% đến 30% Tại giá trị độ trượt tối ưu này, không chỉ hệ số bám dọc φx cao mà hệ số bám ngang cũng lớn, giúp duy trì lực bám dọc và lực bám ngang φy của bánh xe ở mức tối đa, từ đó nâng cao hiệu quả và ổn định của ô tô khi phanh.

Hệ thống phanh thông thường có lực phanh lớn nhưng không thể điều chỉnh theo tải trọng và hệ số bám, dẫn đến hiện tượng trượt lết ở bánh xe khi phanh gấp, làm giảm hiệu quả phanh và mất ổn định của xe Để khắc phục tình trạng này, hệ thống phanh ABS ra đời, cho phép điều khiển điện tử áp suất trong dẫn động phanh, giúp duy trì độ trượt tối ưu và đạt lực phanh cực đại Nhờ vào tính năng này, xe không chỉ có hiệu quả phanh cao mà còn giữ được sự ổn định và khả năng điều khiển tốt trong quá trình phanh.

Hệ thống phanh khí nén trang bị ABS, như thể hiện trong hình 1.6, khác biệt so với hệ thống phanh thông thường nhờ vào sự tích hợp của hệ thống điều khiển điện tử Hệ thống này bao gồm các cảm biến bánh xe, bộ điều khiển ECU và bộ chấp hành van ABS, giúp nâng cao hiệu suất phanh và đảm bảo an toàn hơn trong quá trình vận hành.

Hệ thống phanh khí nén hiện nay có nhiều phương pháp phân loại khác nhau Một trong những cách phân loại phổ biến là dựa trên số lượng cảm biến và module trong hệ thống phanh ABS.

- 4S/4M: Hệ thống phanh có 4 cảm biến và 4 van ABS

Cấu hình 6S/6M của van ABS mang lại chất lượng phanh vượt trội nhờ vào việc trang bị 6 cảm biến cho từng bánh xe Mỗi bánh xe được điều khiển độc lập bởi 6 van ABS, giúp duy trì độ trượt tối ưu và đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất.

Một số nghiên cứu về ABS khí nén trong và ngoài nước

Trên toàn cầu, nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về hệ thống phanh khí nén ABS Dưới đây là một số nghiên cứu nổi bật liên quan đến công nghệ ABS trong lĩnh vực này.

Bài viết "Phát triển phương tiện xe tải nặng sử dụng Trucksim và thiết kế dựa trên mô hình của ABS, ESC và các bộ điều khiển trong Simulink" của Shreesha Yogish Rao, công bố năm 2013, đã xây dựng mô hình hệ thống van ABS khí nén trên phần mềm Trucksim Nghiên cứu cũng tiến hành xây dựng mô hình thực tế để so sánh với kết quả thu được, đồng thời đưa ra các công thức và kết quả thực tế ứng dụng vào kỹ thuật.

The article titled "Hardware-in-the-Loop Simulation of Pneumatic Antilock Braking System Based on Modelica" by Zhang Hongchang, Zhang Yunqing, and Chen Liping, from the Center for Computer-Aided Design at Huazhong University of Science, explores the implementation of hardware-in-the-loop (HIL) simulations for pneumatic antilock braking systems using Modelica This research aims to enhance the accuracy and efficiency of braking system simulations, contributing to advancements in automotive safety technologies.

Năm 2010, một nghiên cứu được công bố trên tạp chí International Journal of CAD/CAM tại Wuhan, Trung Quốc, đã xây dựng mô hình động lực học cho xe và phát triển thuật toán điều khiển ABS Nghiên cứu áp dụng phương pháp "hardware in loop" vào mô hình, thực hiện thí nghiệm với hai trường hợp có và không có ABS Kết quả cho thấy độ trượt của bánh xe được tính toán và mô tả trên hai loại đường với hệ số bám 0,8 và 0,3, với giá trị độ trượt được kiểm soát trong khoảng 0,1 và 0,25.

Nghiên cứu về hệ thống phanh khí nén trang bị ABS tại Việt Nam đã được thực hiện qua nhiều công trình, trong đó có đề tài thạc sĩ năm 2013 của Trần Văn Quyết Đề tài này tập trung khảo sát và mô phỏng các thông số làm việc của hệ thống phanh khí nén, đánh giá ảnh hưởng của các thông số đầu vào đến hiệu suất của các phần tử trong hệ thống.

Trong luận văn, tác giả đã trình bày sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các bước chế tạo van ABS, tuy nhiên chỉ dừng lại ở việc tính toán mô phỏng lý thuyết Đề tài thạc sĩ năm 2013 của Nguyễn Trung Kiên đã xây dựng mô hình tính toán bộ chấp hành van ABS khí nén và khảo sát đặc tính xe trang bị bộ chấp hành trên các loại đường khác nhau, nhưng chưa thực hiện thử nghiệm để kiểm chứng Hệ thống phanh khí nén ABS trong nước vẫn còn mới, tài liệu chủ yếu bằng tiếng Anh và thiếu sách hướng dẫn cụ thể cho người sửa chữa, gây khó khăn trong quá trình làm việc Do đó, tôi đã chọn đề tài luận văn này để đáp ứng nhu cầu thực tiễn.

Mô hình tính toán cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh khí nén trang bị ABS đã được xây dựng nhằm giải quyết các vấn đề quan trọng liên quan đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống phanh Luận văn tập trung vào việc phân tích và tối ưu hóa các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của cơ cấu chấp hành, đảm bảo tính chính xác và an toàn trong quá trình vận hành Các kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng và cải thiện chất lượng hệ thống phanh khí nén trang bị ABS.

- Nghiên cứu nhiệm vụ và các yêu cầu đối với hệ thống phanh khí nén;

- Sơ đồ và nguyên lý hoạt động hệ thống phanh khí nén trang bị ABS;

- Tính toán khảo sát đặc tính của cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh ABS khí nén

- Mô phỏng tính toán cơ cấu chấp hành, các trạng thái làm việc của hệ thống phanh ABS khí nén trên phần mềm matlab simulink.

Nội dung của luận văn gồm 4 chương:

Chương 1 Trong chương 1 luận văn nêu nhiệm vụ, chất lượng, hiệu quả phanh, các yêu cầu chung với hệ thống phanh khí nén, phân tích những mặt hạn chế mà hệ thống phanh thường không đáp ứng được Từ cơ sở đó dẫn đến chọn hệ thống phanh khí trang bị ABS.

Chương 2 Nêu lên nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh khí nén, từ đó phân tích cấu tạo của các phân tử trong hệ thống nhƣ ECU, cảm biến tốc độ bánh xe và bộ chấp hành van ABS.

Chương 3 Nội dung chương 3 xây dựng phương trình mô tả động lực học phanh khí nén ABS.

Chương 4 Khảo sát đặc tính van ABS và mô phỏng số quá trình hoạt động của hệ thống phanh Xây dựng mô hình thí nghiệm để tìm ra đặc tính trễ của dòng khí qua van.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN

Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS

Hình 2.1 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén 2 dòng có trang bị ABS

1 Tổng van phanh ; 2 bình khí nén ; 3 bộ chấp hành van ABS 4 bầu phanh; 5. cảm biến 6 các bánh xe trên ô tô; 7 là bộ điều khiển ECU

Tín hiệu từ các cảm biến đo tốc độ tại bánh xe gửi về bộ điều khiển ECU để tính toán và điều khiển hoạt động của bộ chấp hành van ABS Bộ chấp hành này, là hệ thống van khí nén điện từ, có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất khí tới các bầu phanh Khi van ABS hoạt động, ECU cấp điện cho hai van điện từ để đóng và mở các màng van tương ứng, ảnh hưởng đến dòng khí vào bầu phanh Sự đóng mở của các van có độ trễ do hành trình cơ khí và độ trễ từ trường, dẫn đến việc các van điện từ không hoạt động ngay lập tức.

Các cụm chi tiết trong hệ thống phanh ABS khí nén

Hệ thống phanh ABS là sự kết hợp giữa cơ khí và điện tử, bao gồm các cơ cấu cơ khí tương tự như trong hệ thống phanh khí nén thông thường, nhưng còn được trang bị thêm các chi tiết đặc biệt để nâng cao hiệu suất phanh.

Các cảm biến tốc độ bánh xe

Bộ chấp hành van ABS.

Cảm biến tốc độ bánh xe, được lắp đặt tại moay ơ bánh xe, là thiết bị điện từ có chức năng đo vận tốc góc của bánh xe, như mô tả trong hình 2.2.

Cảm biến lắp trên moay ơ bánh xe bao gồm một cuộn dây quấn cách điện trên lõi sắt từ, với nhiệm vụ tạo ra từ trường thay đổi nhờ vào nam châm.

Hình 2.3 Cấu tạo và hoạt động của cảm biến vận tốc bánh xe.

Nguyên lý đo tốc độ góc của bánh xe :

Khi 1 vấu răng trên vành răng chạy qua khe hở giữa lõi, cuộn dây làm thay đổi từ trở cuộn mạch, tạo ra 1 xung Vậy vành răng có Z vấu răng, thì vành răng phải có N lần đếm xung khi quay hết 1 vòng bánh xe Tần số đếm xung (f) của vành răng là N/Z (lần) Mà ta đã biết vận tốc góc bánh xe = 2 f (rad/s) Kết hợp 2 biểu thức trên ta có công thức tính vận tốc góc bánh xe: N t 2 z , trong đó N là số xung đếm đƣợc theo thời gian, t là thời gian quay của vành răng, Z là số răng trên vành răng.

Khi vành răng quay theo bánh xe, khe hở giữa lõi cuộn dây và vành răng thay đổi, dẫn đến sự biến đổi của từ trở cuộn mạch Sự thay đổi này tạo ra suất điện động xoay chiều dạng hình sin với biên độ và tần số tỉ lệ thuận với tốc độ góc của bánh xe Tín hiệu điện này được gửi về ECU, và tùy thuộc vào cấu tạo của cảm biến, vành răng cũng như khe hở, sẽ tạo ra các xung điện áp Tín hiệu điện áp đầu ra được minh họa trong hình 2.4.

Hinh 2.4 Tín hiệu điện áp ra tại cảm biến tốc độ bánh xe.

ECU là bộ phận trung tâm của hệ thống phanh ABS, hoạt động tự động với độ chính xác cao Khi nhận tín hiệu từ cảm biến bánh xe, ECU xử lý và tính toán khả năng trượt bánh xe, so sánh với các giá trị ngưỡng đã được lập trình sẵn Dựa trên kết quả này, ECU quyết định thời điểm gửi tín hiệu điều khiển xuống van ABS để thực hiện các pha tăng, giữ, giảm áp trong bầu phanh, nhằm duy trì độ trượt tối ưu cho bánh xe.

Cảm biến tốc độ, bao gồm cảm biến tốc độ bánh xe, có chức năng gửi tín hiệu tốc độ của bánh xe đến ECU Tại ECU, tín hiệu này được xử lý để điều khiển van ABS, đảm bảo hệ thống phanh hoạt động hiệu quả.

Công tắc phanh đóng vai trò quan trọng trong việc gửi tín hiệu từ cảm biến tốc độ về ECU Khi chưa đạp phanh, ECU vẫn nhận tín hiệu từ cảm biến nhưng chưa hoạt động Chỉ khi công tắc đèn phanh được kích hoạt, tức là khi phanh đã được đạp, ECU mới bắt đầu tính toán và xử lý các tín hiệu từ cảm biến tốc độ.

Hình 2.5 Khối điều khiển ECU của ABS với các tín hiệu đầu vào và ra.

Đèn cảnh báo ABS là tín hiệu quan trọng, sáng lên khi động cơ hoạt động Nếu có sự cố với hệ thống phanh ABS trong quá trình sử dụng, đèn này sẽ cảnh báo người lái, giúp họ điều chỉnh lực phanh một cách phù hợp.

Khi khóa khởi động được bật, hệ thống ABS sẽ thực hiện kiểm tra trong khoảng 20 giây Nếu phát hiện lỗi, đèn cảnh báo ABS sẽ sáng lên, thông báo cho người điều khiển cần xử lý kịp thời.

2.3 Các pha hoạt động van ABS

Kết cấu van ở trạng thái ban đầu đƣợc vẽ hình 2.6

Khoang cung cấp A đƣợc nối trực tiếp với nguồn cung cấp khí; Khoang phân phối B đƣợc nối với bầu phanh và khoang xả C nối thông với khí quyển.

Van nạp (1) luôn hoạt động 2 chiều, khi van (1) đƣợc kích hoạt thì mở lỗ thông

Khi van (1) không được kích hoạt, lỗ thông (4) sẽ đóng lại, trong khi lỗ thông (5) mở ra, tạo ra kết nối giữa khoang D và khoang C thông qua lỗ thông (3) Ngược lại, khi lỗ thông (4) được mở, cả khoang A và khoang E sẽ được nối thông với khí quyển.

Van xả (2) cũng hoạt động 2 chiều, khi van (2) không đƣợc kích hoạt làm mở lỗ thông (6) và đóng lỗ thông (7), cho phép khoang A nối thông với khoang G Khi van

Khi được kích hoạt, lỗ thông (7) sẽ mở và lỗ thông (6) sẽ đóng, tạo kết nối giữa khoang điều khiển màng xả G và khoang xả khí C Ở trạng thái ban đầu, khoang A và khoang điều khiển D được nối thông qua lỗ thông (3) Van màng (8) luôn duy trì trạng thái trung gian giữa khoang D và hai khoang A và B, trong khi van màng (9) ở trạng thái trung gian giữa hai khoang F và G.

Sơ đồ cấu tạo van ABS bao gồm các khoang chức năng như khoang cung cấp (A), khoang phân phối (B), khoang xả (C), khoang điều khiển van nạp (D), và khoang điều khiển van xả (G) Hệ thống này còn có các van điện từ nạp (1), van điện từ xả (2), và van màng (8) để điều khiển hoạt động hiệu quả.

Pha tăng áp khi ABS chƣa hoạt động

Khi bắt đầu quá trình phanh, hệ số trượt của bánh xe tăng lên, đồng thời áp suất trong bầu phanh cũng gia tăng Diễn biến này được thể hiện rõ trong hình 2.7.

Lỗ thông (4) đóng và lỗ thông (5) mở giúp khoang điều khiển D kết nối với khí trời qua lỗ thông (3) và (5) Sự chênh lệch áp suất giữa khoang phân phối A và khoang D khiến van màng (8) bị đẩy lên, tạo liên kết giữa khoang A và khoang B, dẫn đến khí nén chảy từ bình khí nén tới bầu phanh.

Hình 2.7 Pha tăng áp khi van ABS chưa hoạt động.

XÂY DỰNG PHƯƠNG TRÌNH MÔ TẢ ĐỘNG LỰC HỌC PHANH KHÍ NÉN ABS

Mục tiêu

Trong quá trình làm việc của hệ thống dẫn động phanh khí nén, các thông số trạng thái của không khí luôn thay đổi Để khảo sát lưu lượng và áp suất của dòng khí qua từng phần tử, cần xây dựng các hệ phương trình vi phân nhằm mô phỏng hoạt động của hệ thống Qua đó, có thể xác định các quy luật giúp làm rõ các thông số trạng thái của không khí trong hệ thống dẫn động phanh khí nén trang bị ABS.

Động lực học phanh ABS

Xây dựng mô hình động lực học xe cho phép phân tích và xác định các lực tác động lên xe, từ đó tính toán quỹ đạo chuyển động của nó.

Việc lựa chọn mô hình nghiên cứu quá trình phanh đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ chính xác của kết quả phân tích Để tính toán động học của quá trình phanh, mô hình xe trong mặt cắt dọc được sử dụng Mô hình này có ưu điểm là đơn giản và phù hợp với yêu cầu của luận văn Trong quá trình mô phỏng, một số giả thuyết sẽ được đặt ra để hỗ trợ cho việc phân tích.

-Khối lƣợng ẳ xe M biến đổi trong quỏ trỡnh phanh, lƣợng biến đổi phụ thuộc vào mức biến đổi của giảm tốc phanh.

Trong quá trình phanh ô tô, hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường thay đổi liên tục, phụ thuộc vào tốc độ di chuyển và độ trượt của bánh xe với bề mặt đường.

Xây dựng mô hình động lực phanh ABS trong trường hợp xe chạy trên đường thẳng

Hỡnh 3.1 Mụ hỡnh động lực học ẳ xe Các thành phần lực trong mô hình.

- Phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe bao gồm lực dọc F x và lực ngang F y (N)

- Mô men phanh do cơ cấu sinh ra Mp (Nm)

- Lực quán tính của xe F qt (N)

- Bán kính làm việc của xe Rb (m)

Các phương trình vi phân mô tả động lực học quá trình phanh khi xe chuyển động thẳng.

Xét cân bằng lực theo phương dọc ta có phương trình:

P ω là lực cản không khí (N) với P ω = K.F.v 2 (3.2)

Hệ số cản không khí K cho xe tải được chọn là 0,36 (Ns²/m⁴), trong khi F là diện tích cản chính diện của ô tô (m²) và v là tốc độ tương đối giữa ô tô và không khí (m/s).

Xét phương trình cân bằng mô men tại tâm bánh xe ta có phương trình sau:

Vậy phương trình vi phân chuyển động quay của bánh xe :

Phương trình liên hệ giữa vận tốc V và vận tốc góc v R được xác định bởi hệ số trượt tương đối b giữa bánh xe và mặt đường Trong đó, v là vận tốc chuyển động tịnh tiến của xe tính bằng mét trên giây (m/s).

R b là bán kính bánh xe (m)

Ta có công thức tính lực dọc bánh xe nhƣ sau:

Lực dọc phụ thuộc vào mô men phanh, nhưng việc xác định mô men này gặp khó khăn do sự biến đổi của áp suất trong bầu phanh Do đó, để tính toán lực dọc, cần thực hiện nhiều thí nghiệm khác nhau Để đơn giản hóa và tiết kiệm chi phí, nhiều nghiên cứu đã đề xuất các phương pháp tính lực dọc, trong đó có việc sử dụng mô hình lốp Trong số các mô hình lốp, mô hình Dugoff nổi bật với những ưu điểm vượt trội so với các mô hình khác.

Mô hình lốp Dugoff, được phát triển vào năm 1969, là một giải pháp thay thế cho mô hình lốp đàn hồi của Fiala (1954) cũng như các mô hình lốp của Pacejka và Sharp (1991) Điểm nổi bật của mô hình này là khả năng tính toán lực bám ngang và lực bám dọc một cách đơn giản Mặc dù mang tính đơn giản, mô hình Dugoff cho phép điều chỉnh dễ dàng hơn so với mô hình Pacejka, đặc biệt trong việc tính toán các loại lốp xe có độ cứng dọc và ngang khác nhau.

Các công thức tính lực bám dọc F x và ngang F y của mô hình lốp Dugoff đƣợc tính nhƣ sau:

Trong đó: C1 là độ cứng dọc của lốp (KN/m)

C s là độ cứng bên của lốp (KN/m) là góc lệch bên của lốp. z 2 z f z

A s là độ giảm của hệ số bám.

N v là phản lực vuông góc từ mặt đường (N)

Xác định mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra

Hiện nay, có ba phương pháp xác định mô men phanh Mp: đồ thị, giải tích và đồ - giải Trong số đó, phương pháp giải tích được ưa chuộng nhất do tính đơn giản, độ chính xác cao và khả năng phân tích ảnh hưởng của các thông số một cách thuận tiện Vì vậy, chúng ta sẽ sử dụng phương pháp giải tích trong bài viết này.

Hình 3.2 Sơ đồ tính mô men phanh Xét cân bằng guốc phanh với các giả thuyết sau:

- Áp suất phân bố điều theo chiều rộng má phanh.

Quy luật phân bố áp suất trên má phanh không phụ thuộc vào lực ép tác dụng lên guốc, mà có dạng tổng quát là q = q max ( ) Trong đó, q max đại diện cho áp suất lớn nhất trên má phanh, và ( ) là hàm phân bố áp suất.

Hệ số ma sát giữa trống và má phanh không phụ thuộc vào chế độ phanh Trong cơ cấu phanh đang khảo sát, guốc phanh chỉ có một bậc tự do, vì vậy áp suất trên má phanh được phân bố theo quy luật đường sin, với công thức q = q max sin Theo lý thuyết ô tô máy kéo, mô men tổng của cả hai guốc phanh sẽ được tính toán dựa trên quy luật này.

A1 B1 A2 B2 Ở đây : A, B- hệ số kết cấu

P1: Lực do guốc tự siết sinh ra.

P2: Lực do guốc tự tách sinh ra.

: Hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh.

Vì cơ cấu phanh yêu cầu có độ cứng vững cao, là loại phanh guốc một bậc tự do nên

: = sin và áp suất qmax tác dụng ở điểm có = 90 0

Hình 3.3 Biểu đồ phân bố áp suất trên má phanh theo qui luật hình sin.

Thay các giá trị trên vào (5.19) và (5.20) sin(2.29 0 ) sin(2.145 0 ) 2(145 0 29 0 ).(3,1416 )

(cos29 0 cos145 0 ) 0,345 2.207 Ở đây, cơ cấu ép bằng cam nên ta có: M p1 = M p2 ; A 1 = A 2 = A và B 1 = B 2 = B, tức là: p1 h1 p2 h2

Từ điều kiện cân bằng cam ép (hình 3.4), ta có: p d

Sơ đồ tính toán cơ cấu ép bao gồm các thông số quan trọng như chiều dài đòn dẫn động lk là 75 cm, đường kính vòng tròn cơ sở của cam quay dk là 24 cm, và khoảng cách giữa hai tâm đặt lực h, với h = 35 cm.

Pd: Lực tác dụng lên cần đẩy cơ cấu phanh (N)

Lực do guốc tự siết sinh ra:

) Lực do guốc tự tách sinh ra:

: hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh = 0,32 ÷ 0,38, chọn = 0,35 Lực tác dụng lên đòn của cam ép cơ cấu phanh đƣợc xác định theo công thức:

P d p S [N] Ở đây: p: áp suất trong bầu phanh; p = (0,55 0,7) (MN /m 2 )

[mm 2 ] : diện tích làm việc của màng bầu phanh 4

D - đường kính làm việc của màng bầu phanh Với cơ cấu ép bằng cam ta có mô men do 2 guốc sinh ra bằng nhau; A1= A2 = A và

B1=B2 = B, ta có mô men mà cơ cấu phanh sinh ra

Mô men phanh do một cơ cấu phanh sinh ra là:

S= D 2 [mm 2 ] : diện tích làm việc của màng bầu phanh.

4 D-đường kính làm việc của màng bầu phanh.

P(t) là áp suất tăng dần theo thời gian của bầu phanh.

Vậy ta có công thức tính mô men phanh nhƣ sau

Phương trình liên hệ giữa quãng đường phanh và vân tốc xe

(3.21) Các điều kiện ban đầu là điều kiện để xác định các vận tốc của xe theo lý thuyết thực nghiệm đã cho sẵn [1].

- Tốc độ ổn định của xe trước khi phanh:V0 = v0

- Ở thời điểm khi xe chuyển động ổn định và bắt đầu phanh ứng với thời điểm ban đầu t = 0, ta có các điều kiện sau : = 0

Dựa vào công thức tính mô men phanh, áp suất tại bầu phanh P(t) thay đổi theo thời gian Để xác định áp suất trong bầu phanh, cần xây dựng phương trình điểm nút cho mô hình xe nhằm thực hiện các tính toán cần thiết.

Xõy dựng phương trỡnh tớnh toỏn điểm nỳt đối với hệ thống phanh xe ẳ trang bị ABS

Khi bánh xe trượt vượt quá giới hạn điều chỉnh, ECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành van ABS để kích hoạt Hệ thống phanh khí nén hoạt động theo hai chế độ: chế độ đạp phanh, trong đó khí nén được cung cấp từ các bình chứa đến bầu phanh, và chế độ xả không khí, khi không khí được xả ra ngoài qua bộ chấp hành Hình 3.5 có thể được sử dụng để xây dựng sơ đồ tính toán điểm nút.

Hình 3.5 Phân chia điểm nút tính toán hệ thống phanh ABS

P0 - áp suất bình khí nén trước van phanh chính

38 download by : skknchat@gmail.com p= v l1 - Chiều dài ống từ bình khí tới tổng van phanh chính l2 - Chiều dài ống từ van phanh chính đến bộ chấp hành van

ABS l3 - Chiều dài ống từ van ABS đến bầu phanh

V1- Thể tích của đường ống quy về trên đoạm chiều dài l1 Vabs- Thể tích của đường ống quy về van ABS

Vbp- Thể tích của bầu phanh

1- Hệ số lưu lượng của đường ống từ bình khí tới tổng van phanh abs = 2- Hệ số lưu lượng của van ABS bp- Hệ số lưu lượng của bầu phanh cầu trước f 1 -Tiết diện của đường ống từ bình khí tới tổng van phanh. fbp1-Tiết diện thông qua bầu phanh

Phương trình lưu lượng tại nút Y1. m 1 - m 2 - m E1 = 0 (3.22)

+ Phương trình hàm khí động học: f v p A p0 p1

Phương trình lưu lượng tại nút Y2. m- m3 - m = 0

+ Phương trình hàm khí động học:

B p1 pabs bp1 bp1 gh abs B p abs p bp 1 k dt

Phương trình xả khí tại van ABS

Phương trình lưu lượng xả khí tại van ABS m 2 - m3 - m Eabs = 0 (3.26)

+ Phương trình hàm khí động học:

2 v gh p 1 A p 1 p kk - f v p A p abs p bp1 - V abs dp abs = 0 (3.27)

B pabs pbp 1 k dt bp1 bp1 gh

Phương trình lưu lượng tại nút Y 3 m

+ Phương trình hàm khí động học: f v p A p p

3 3 gh abs B p dt abs p bp1 k c1

Chương này của luận văn tập trung vào việc xác định mục tiêu xây dựng mô hình động lực học phanh khí nén ABS, nhằm tạo nền tảng cho việc lựa chọn mô hình tính toán phù hợp.

Để xây dựng phương trình động lực học cho hệ thống phanh ABS, cần dựa vào mô hình của xe để thực hiện các phép tính Một trong những yếu tố quan trọng là xác định mô men phanh, phụ thuộc vào áp suất biến đổi tại bầu phanh của bánh xe.

Để nghiên cứu quá trình động học của hệ thống dẫn động phanh khí nén trên ô tô, có thể áp dụng phương pháp mô phỏng kết hợp với các giả thuyết và công thức tính toán từ tài liệu, giáo trình Việc này giúp xây dựng mô hình cho hệ thống dẫn động phanh khí nén và thiết lập các hệ phương trình vi phân mô tả quá trình hoạt động của hệ thống.

Các phương trình mô tả sự biến đổi lưu lượng và áp suất trong hệ thống trong suốt các quá trình làm việc, giúp đánh giá mức độ chậm tác dụng và xem xét ảnh hưởng của các thông số kết cấu đến hệ thống phanh.

- Các phương trình tính toán đơn giản, dễ dàng áp dụng kết quả thực nghiệm vào phương trình để mô phỏng.

KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH VAN ABS VÀ MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH

THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH VAN ABS

Trong hệ thống phanh ABS, trạng thái hoạt động của các van ABS luôn thay đổi và phụ thuộc vào quán tính, dẫn đến chu kỳ hoạt động kéo dài Để mô phỏng hoạt động phanh khí nén một cách chính xác, cần tiến hành thí nghiệm và khảo sát đặc tính của van ABS Qua đó, đánh giá khả năng đáp ứng của van trong quá trình tăng, giữ và giảm áp, từ đó xác định chu kỳ hoạt động thực tế của van ABS để áp dụng vào mô phỏng điều khiển ECU cho hệ thống phanh ABS.

Khảo sát đặc tính của van ABS giúp tính toán độ trễ chuyển trạng thái giữa các pha hoạt động của nó Khi có tín hiệu chuyển trạng thái, van không hoạt động ngay lập tức do quá trình nâng van cho phép dòng khí đi qua, dẫn đến sự thay đổi ở tiết diện lưu thông Khi ECU phát tín hiệu đến van điện từ, độ trễ trong hoạt động của van sẽ ảnh hưởng đến dòng chảy và chu kỳ làm việc của hệ thống Thời gian trễ này có thể dự đoán được tần số làm việc của hệ thống phanh ABS, từ đó tạo cơ sở cho thiết kế chế tạo, tiết kiệm công sức và thời gian.

4.2 Xây dựng sơ đồ thí nghiệm

Để xây dựng mô hình hệ thống dẫn động phanh khí nén một cách hiệu quả và đơn giản, luận văn đã áp dụng một số giả thuyết nhằm đảm bảo tính chính xác trong quá trình tính toán Các giả thuyết này giúp mô tả sự làm việc của hệ thống một cách rõ ràng và dễ hiểu.

- Nhiệt độ trong toàn hệ thống dẫn động phanh khí nén và trong suốt quá trình khảo sát đều bằng nhau và không đổi.

Khi tính toán các phần tử có thể thay đổi thể tích như bầu phanh, có thể không cần xem xét hệ số ma sát giữa bầu phanh và thành bầu phanh, cũng như khối lượng của màng bầu phanh.

Hình 4.1 Sơ đồ thí nghiệm

1 Nguồn cung cấp khí; 2 Bộ chấp hành van ABS; 3 Bầu phanh ; 4 Bộ điều khiển ;

5 Màn hình máy tính ; 6 Lò xo ; 7 Ty đẩy ; 8 Cảm biến áp suất

Vai trò các cụm chi tiết trong sơ đồ thí nghiệm

Máy nén khí cung cấp khí nén cho các mô hình với áp suất tối đa lên đến 8 bar Đặc biệt, máy nén được trang bị van an toàn, giúp tự động ngắt khi áp suất đạt giá trị tối đa, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Bộ chấp hành ABS có vai trò điều chỉnh áp suất không khí tới bầu phanh trong quá trình hoạt động của hệ thống ABS Khi van ABS không nhận được lệnh từ ECU, khí sẽ được cho chảy qua hoàn toàn Tùy thuộc vào lệnh mà ECU gửi về, bộ chấp hành sẽ thực hiện một trong hai nhiệm vụ cụ thể.

- Thay đổi áp suất tới bầu phanh

- Giữ áp suất không đổi

Hình 4.2 Van ABS lắp trên mô hình Hình 4.3 Sơ đồ mặt cắt của bộ chấp hành

Bộ chấp hành bao gồm ba cổng: một cổng vào kết nối với máy nén khí, một cổng ra nối với bầu phanh, và một cổng xả khí ra ngoài.

Trong bộ chấp hành, có hai van điện từ: một van giữ áp và một van xả áp, cả hai đều hoạt động dựa trên dòng điện để kích hoạt Bên trong hệ thống, các van màng được sử dụng để đóng mở các khoang, từ đó tạo ra sự chuyển pha trong van ABS.

Bảng 4.1 Thông số kích thước của bộ chấp hành van ABS

Tên Thông số Đơn vị

Dòng điện 1.65 A Điện áp 24 V Áp suất tối đa 13 Bar

Bầu phanh là bộ phận nhận khí từ bình khí qua bộ chấp hành, được cấu tạo bởi màng cao su và vỏ bầu phanh, tạo thành hai phần với dung tích thay đổi Một phần của bầu phanh nhận áp suất từ đường ống dẫn khí, tạo áp lực đẩy màng cao su, khiến ty đẩy di chuyển về phía trước, ép má phanh vào tang trống để thực hiện quá trình phanh hiệu quả.

Cơ cấu phanh có lò xo hồi vị giúp kéo má phanh trở về vị trí ban đầu, tạo thêm lực để đẩy má phanh về vị trí cũ, từ đó ngăn chặn tình trạng bó kẹt giữa tang trống và má phanh.

Hình 4.4 Bầu phanh lắp trên mô hình

Bộ điều khiển ECU có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cảm biến áp suất, xử lý các tín hiệu này và gửi tín hiệu điều khiển đến mạch công suất để điều khiển van ABS.

Nguồn khí nén đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp khí nén cho toàn bộ hệ thống Khi tăng áp, bộ điều khiển ECU gửi tín hiệu đến bộ chấp hành van ABS để mở van nạp và đóng van xả, cho phép khí nén từ máy nén khí đi qua bộ chấp hành tới bầu phanh Tại đây, cảm biến áp suất bầu phanh thu thập tín hiệu tăng áp suất và gửi về bộ điều khiển để phân tích, xử lý và hiển thị trên máy tính Quy trình tương tự cũng diễn ra khi giảm áp.

4.3 Thiết kế mạch đo Để phục vụ quá trình đo đạc số liệu thí nghiệm, đề tài đã thiết kế chế tạo bộ thu thập dữ liệu có chức năng đo đạc, lưu trữ các thông số hoạt động của mô hình. Các thông số này bao gồm:

- Áp suất tại bầu phanh

- Thời gian thay đổi áp suất tại bầu phanh

Nguyên lý đo áp suất

Trên mô hình sử dụng cảm biến áp suất để đo áp suất trong bầu phanh Sơ đồ đo áp suất đƣợc thể hiện nhƣ hình 4.5

Hình 4.5 Sơ đồ đo áp suất bầu phanh.

Cảm biến đo áp suất được lắp đặt trên đường ống dẫn khí từ bộ chấp hành ABS tới bầu phanh bánh xe, có nhiệm vụ đo áp suất khí trong ống dẫn và gửi tín hiệu điện về mạch xử lý tín hiệu Sau khi tín hiệu từ cảm biến được xử lý, nó sẽ được truyền về vi điều khiển, nơi được lập trình để tính toán áp suất tại bầu phanh dựa trên tín hiệu nhận được, và cuối cùng gửi thông tin về máy tính.

Dựa trên nguyên lý làm việc đã phân tích, đề tài đã thiết kế thành công mạch điện điều khiển điện tử cho cả bộ thu thập dữ liệu và bộ điều khiển, lắp đặt trên mô hình Để đo áp suất phanh, phương án sử dụng biến trở kết hợp với kết cấu cơ khí được chọn cho mô hình phanh ABS, nhờ vào những ưu điểm nổi bật mà nó mang lại.

Gọn nhẹ, dễ lắp đặt. Độ chính xác cao và độ nhạy cao

Hình 4.6.Cảm biến đo áp suất lắp trên mô Hình 4.7 Mạch xử lý tín hiệu cảm biến hình áp suất.

MÔ PHỎNG SỐ TRÊN PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK

Trong chương này, chúng tôi sẽ sử dụng các phương trình đã xây dựng ở chương III để mô phỏng quá trình làm việc của hệ thống phanh trên xe Hyundai 3.5 tấn Bằng cách kết hợp các thông số thực tế của hệ thống phanh và công cụ Simulink trong Matlab, chúng tôi sẽ thực hiện mô phỏng trên máy tính nhằm đánh giá ảnh hưởng của các thông số kết cấu Từ đó, chúng tôi sẽ đưa ra những khuyến cáo quan trọng trong quá trình sử dụng hệ thống phanh trên ô tô.

Bảng 4.4.Các thông số đầu vào

Các thông số Áp suất định mức của hệ thống phanh

Chiều dài đường ống từ bình khí tới tổng van phanh chính

Chiều dài đường ống từ tổng van tới tổng van phanh ABS

Chiều dài đường ống từ bộ chấp hành van

ABS đến bầu phanh Đường kính đường ống dẫn tại nút Y 1 Đường kính đường ống dẫn tại nút Y 2

Thể tích quy về đường ống ứng với chiều dài l 1

Thể tích quy về đường ống ứng với chiều dài l2

Thể tích bầu phanh cầu trước

Hệ số cản tại đường ống từ bình khí tới tổng van

Hệ số cản tại đường ống từ tông van tới van

Hệ số cản ở van chia

Hệ số lưu lượng nút Y1

Hệ số lưu lượng nút tai nút Y2

Hệ số lưu lượng nút nút Y3

Diện tích màng bầu phanh Độ cứng lò xo bầu phanh

Ký hiệu Đơn vị Trị số đo

C N/m 8,5*10 4 download by : skknchat@gmail.com

4.5 Mô phỏng hệ thống phanh khí nén có van ABS trên máy tính

Khi bánh xe xảy ra hiện tượng trượt lết, ECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành van ABS Hệ thống phanh khí nén trang bị ABS hoạt động theo hai chế độ: chế độ đạp phanh, trong đó khí nén được cung cấp từ các bình chứa đến bầu phanh bánh xe, và chế độ xả, khi không khí được xả từ bầu phanh qua bộ chấp hành ra ngoài môi trường.

Trong hệ thống dẫn động phanh khí, có nhiều loại van với hệ số cản phụ thuộc vào kiểu van và kích thước tiết diện thông qua Đặc điểm này bao gồm hành trình nâng van và diện tích tiết diện Phương trình dòng khí qua khối "Van" được mô tả một cách tổng quát để hiểu rõ hơn về chức năng của nó.

Từ hệ phương trình (3.22) và (3.23), lưu lượng và sự biến đổi áp suất của khí nén qua đường ống được mô tả như sau:

Hình 4.15 Sơ đồ mô phỏng sự biến đổi lưu lượng và áp suất của khí nén vào tổng van phanh chính.

P0: Áp suất trước khi vào đường ống.

P1: Áp suất cuối đường ống.

V1: Thể tích đường ống ứng với chiều dài l1;

Modul tạo thành sơ đồ con mô phỏng dòng khí qua đường ống như sau:

4.16 Modul mô phỏng sự biến đổi lưu lượng và áp suất của khí nén qua đường ống Trong hệ thống dẫn động phanh khí có nhiều loại van khác nhau Hệ số cản của van phụ thuộc chủ yếu vào kiểu van và kích thước đặc trưng cho tiết diện thông qua của van (hành trình nâng van, diện tích tiết diện thông qua của van ) Từ hệ phương trình (3.24) và (3.25) dòng khí qua khối “Van ABS” được mô tả như sau:

Hình 4.17 Sơ đồ mô phỏng sự biến đổi lưu lượng và áp suất của khí nén vào van ABS Trong đó:

P1: Tín hiệu vào của khối là áp suất trước van.

Pabs: Tín hiệu áp suất phần tử sau van.

Modul tạo thành sơ đồ con mô phỏng lưu lượng và sự biến đổi áp suất của khí nén qua van nhƣ sau:

Hình 4.18 Modul mô phỏng sự biến đổi lưu lượng và áp suất của khí nén qua van

Bầu phanh là loại phần tử có dung tích thay đổi Từ hệ công thức tính lưu lượng đi vào bầu phanh (3.28) và (3.29) ta có module mô phỏng sau:

Hình 4.19 Mô phỏng sự biến đổi lưu lượng và áp suất của khí nén vào bầu phanh Trong đó:

P abs : Tín hiệu vào của khối là áp suất đầu vào bầu phanh.

Pbp: Tín hiệu ra của khối là áp suất đầu ra.

Hình 4.20 Mô phỏng sự biến đổi lưu lượng và áp suất của khí nén vào bầu phanh

Phương trình xả phanh ABS

Trong hệ thống dẫn động phanh khí, có nhiều loại van với hệ số cản khác nhau, chủ yếu phụ thuộc vào kiểu van và kích thước của tiết diện thông qua van, bao gồm hành trình nâng van và diện tích tiết diện.

(3.26) và (3.27) dòng khí qua khối “Van” đƣợc mô tả chung nhƣ sau:

Hình 4.21 Sơ đồ mô phỏng sự biến đổi lưu lượng và áp suất của khí nén ra van phanh ABS.

P1: Tín hiệu vào của khối là áp suất đầu vào bầu phanh.

P abs : Tín hiệu ra của khối là áp suất đầu ra.

Pkk: Áp suất không khí.

4.6 Mô phỏng khối động lực học xe

Động lực học phanh trên xe được xây dựng dựa trên các phương trình động lực học đã được trình bày trong mục 3.5 của thuyết minh đề tài Hệ thống này bao gồm động lực học bánh xe, mô hình lốp và động lực học thân xe.

Trong nghiên cứu này, mô hình lốp Dugoff được áp dụng để tính toán lực bám dọc của bánh xe trong quá trình phanh Hình 4.22 minh họa sơ đồ tín hiệu vào/ra của khối mô hình lốp.

Hình 4.22 Sơ đồ tín hiệu vào/ra của khối mô hình lốp.

Trong đó, Fn là phản lực vuông góc từ mặt đường, được tính bằng công thức Fn = Nv mg, với m là khối lượng của xe Độ trượt dọc của bánh xe được ký hiệu là sx và được tính bằng sx0 Góc trượt bên của bánh xe được biểu thị bằng alp (rad/s).

V là vận tốc hiện thời của xe (m/s)

Sử dụng công thức (3.9) và (3.10), sơ đồ tính toán mô hình lốp đƣợc cho nhƣ trên hình 4.23

Mô hình lốp Dugoff được tính toán thông qua sơ đồ ở Hình 4.23 Động lực học của bánh xe và thân xe được xác định dựa trên các phương trình động lực học (3.3), (3.4), và (3.5).

Kết hợp với khối mô hình lốp, sơ đồ mô phỏng của khối động lực học phanh đƣợc cho nhƣ trong hình 4.24

Hỡnh 4.24 Sơ đồ khối động lực học phanh ẳ xe.

Mô phỏng mô men phanh trong trường hợp có ABS

Do mô men phanh của xe phụ thuộc vào sự biến thiên áp suất bầu phanh nên sơ đồ mô phỏng mô men hình 4.25

Hình 4.25 Sơ đồ khối mô phỏng mô men phanh

4.7 Các kết quả mô phỏng, phân tích và so sánh các chỉ tiêu chất lƣợng của hệ thống phanh ABS

Mô tả quãng đường và vận tốc phanh trên đường có hệ số bám 0.8 và vận tốc ban đầu phanh 40 km/h và vận tốc 80 km/h

Hình 4.26 Đồ thị quãng đường phanh ứng vơi vận tốc 40km/h, hệ số bám =0,8

Hình 4.27 Đồ thị quãng đường phanh ứng với vận tốc 80km/h, hệ số bám =0,8

Quá trình phanh xe cho thấy rằng quãng đường phanh giảm khi vận tốc thấp Cụ thể, ô tô di chuyển với vận tốc 80 km/h cần quãng đường phanh là 45 m, trong khi ở vận tốc 40 km/h, quãng đường phanh chỉ còn 12 m.

Thời gian phanh của ô tô dài hay ngắn phụ thuộc rất lớn vào vận tốc phanh ban đầu.

Cụ thể với vận tốc V= 80 km/h là 4s và 40 km/h là 2s.

Mô tả áp suất của bầu phanh của xe khi phanh trên đường có hệ số bám 0,8 và vận tốc ban đầu phanh 40 km/h.

Hình 4.28 Đồ thị áp suất ứng với V= 40 km/h và hệ số bám 0,8

Áp suất ban đầu tăng nhanh trong 0,4 giây đầu tiên, nhưng sau khi nhận tín hiệu điều khiển van ABS, áp suất có sự biến đổi liên tục, lúc tăng lúc giảm, và giữ ổn định Cuối cùng, áp suất có xu hướng giảm dần.

Mô tả vận tốc góc và hệ số trượt của xe khi phanh trên đường có hệ số bám 0,8 và vận tốc ban đầu phanh 40 km/h.

Hình 4.29 Đồ thị giữa hệ số trượt và vận tốc góc ứng với V= 40 km/h và hệ số bám 0,8

Hình 4.30 Đồ thị hệ số trượt và vận tốc góc ứng với V= 40 km/h và hệ số bám 0,4

Vận tốc góc của xe chạy trên đường có hệ số bám cao giảm nhanh hơn so với xe chạy trên đường có hệ số bám thấp Cụ thể, với hệ số bám 0,8, thời gian dừng xe là 2 giây, trong khi với hệ số bám 0,4, thời gian dừng xe kéo dài đến 2,3 giây Mặc dù xe chạy trên đường có hệ số bám thấp có biên độ điều khiển của ABS rộng hơn, nhưng vào cuối quá trình phanh, độ trượt vẫn được kiểm soát tốt trong giá trị mong muốn là 0,2.

Hình 4.31 cho thấy mối quan hệ giữa hệ số trượt và vận tốc góc khi xe di chuyển với tốc độ 80 km/h và hệ số bám 0,8 So với xe chạy ở tốc độ 40 km/h, xe chạy với tốc độ 80 km/h có thời gian phanh dài hơn Khi so sánh độ trượt của xe với cùng hệ số bám nhưng vận tốc khác nhau, tín hiệu độ trượt của bánh xe thể hiện biên dạng hình sin dao động xung quanh giá trị 0,2.

Thời gian phanh của xe phụ thuộc vào vận tốc di chuyển Cụ thể, khi xe chạy với tốc độ 80 km/h, thời gian phanh là 4 giây, trong khi ở tốc độ 40 km/h, thời gian phanh chỉ còn 2 giây.

Hình 4.32 Đồ thị hệ số trượt và vận tốc góc ứng với V= 80 km/h và hệ số bám 0,4

Dựa vào đồ thị hình 4.31 và 4.32, có thể nhận thấy rằng khi xe di chuyển với cùng một vận tốc nhưng có hệ số trượt khác nhau, xe chạy trên đường có hệ số bám thấp sẽ có quãng đường và thời gian phanh dài hơn.

Về tần số làm việc của vận tốc góc:

Khi xe chạy với vận tốc khác nhau thì tần số làm việc đều gần bằng nhau, đều có tần số dao động trong khoảng 4 đến 6 lần trong 1s.

Tiêu đề	Khảo Sát Đặc Tính Van Abs Và Mô Phỏng Số Quá Trình Hoạt Động Của Hệ Thống Phanh
Thể loại	luận văn thạc sĩ

Định dạng
Số trang	115
Dung lượng	1,68 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1] Nguyễn Hữu Cẩn (2004), Phanh ô tô - Cơ sở khoa học và thành tựu mới, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội	Khác
[2] Nguyễn Trọng Hoan (2004), Bài giảng động lực học các hệ thống thuỷ khí trên ô tô, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội	Khác
[3] Trần Văn Nghĩa (2000), Hướng dẫn sử dụng phần mềm Matlab phần cơ sở, Khoa cơ khí trường Đại Học Bách khoa Hà Nội	Khác
[4] Phạm Công Ngô (2006), Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội	Khác
[5] Wabco (2011), Anti-Lock Braking System (ABS) and Anti-Slip Regulation (ASR), 2nd Edition	Khác
[6] Meritor Wabco (1999), Anti-Lock Braking System Training Program- Student Manual, USA	Khác