TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Lịch sử phát triển hệ thống phanh khí nén
Trước khi có phanh khí nén, các đoàn tàu hỏa phải sử dụng hệ thống phanh thủ công, với người gác phanh điều khiển phanh tay ở mỗi toa Hệ thống này có hiệu quả phanh thấp và không an toàn Để cải thiện, phanh khí nén ra đời, sử dụng máy nén để cung cấp khí nén qua ống dẫn vào bình chứa khí của mỗi toa Khi người lái nhấn phanh, khí nén sẽ được đẩy vào các đường ống, ép cứng các má phanh, nâng cao hiệu quả và độ an toàn khi phanh.
Năm 1869, kỹ sư George Westinghouse đã phát minh ra hệ thống phanh khí nén đầu tiên cho xe chở khách trên đường ray, nhận thức được tầm quan trọng của an toàn trong ngành đường sắt Phanh của ông hoạt động theo nguyên lý ngược lại với phanh khí nén trực tiếp, sử dụng van ba ngả với ba cửa kết nối đến các đường khí khác nhau: một cửa cho ống dẫn chính từ bình chứa khí, một cửa dẫn đến các xi-lanh công tác của phanh, và cửa còn lại kết nối với các bình chứa phụ Hệ thống van ba ngả này thực hiện nhiều chức năng quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho hành khách.
Để hệ thống phanh hoạt động hiệu quả, cần phải nạp đầy khí nén Khi xe không hoạt động, phanh luôn trong trạng thái kích hoạt Chỉ khi áp suất trong hệ thống đạt mức tối ưu, cơ cấu phanh mới ngừng tác dụng và xe có thể hoạt động bình thường.
Khi người điều khiển đạp phanh, áp suất trong hệ thống giảm, dẫn đến việc van ba ngả cho phép khí hồi về các bình chứa Đồng thời, cơ cấu phanh sẽ thực hiện chức năng phanh hiệu quả.
Nhả phanh là quá trình trong đó sau khi tác dụng phanh, một lượng khí nén được xả ra ngoài, làm tăng áp suất trong hệ thống để thực hiện việc nhả phanh.
Westinghouse đã phát triển một hệ thống phanh khí nén độc đáo, khác biệt với phanh thủy lực hiện nay, bằng cách sử dụng một bình chứa khí nén luôn được duy trì đầy đủ áp suất công tác để nhả phanh Hệ thống “van ba ngả” cho phép chế độ phanh được duy trì liên tục cho đến khi khí nén được xả ra ngoài Nếu có sự rò rỉ khí nén, cơ cấu phanh sẽ tự động kích hoạt để hãm lại toàn bộ đoàn tàu, trong khi đó, rò rỉ dầu phanh trong hệ thống thủy lực có thể gây ra nguy hiểm cho người và hàng hóa Ý tưởng của Westinghouse đã trở thành nền tảng cho các hệ thống phanh khí nén hiện đại, được áp dụng rộng rãi trên tàu hỏa, xe buýt và đầu kéo.
Hệ thống phanh trên xe tải và xe buýt
Phanh khí nén trên xe tải và xe buýt hiện nay có cấu tạo và nguyên lý hoạt động tương tự như phanh trên tàu hỏa, sử dụng nguyên lý “van ba ngả” Hệ thống khí nén được lưu trữ trong các đường ống và có khả năng nhả phanh hiệu quả Hầu hết các phương tiện đường bộ hiện đại đều trang bị chế độ nhả phân cấp, cho phép điều chỉnh mức độ nhả phanh theo tỷ lệ với áp suất gia tăng.
Sau đây là cấu tạo của một hệ thống phanh kiểu khí nén điển hình trên xe tải và xe buýt:
- Máy nén khí: Nén và bơm khí tới các bình chứa để sẵn sàng sử dụng
- Van điều áp của máy nén khí: Điều khiển thời điểm bơm khí của máy nén vào các bình chứa để đảm bảo thể tích khí đủ tiêu chuẩn
- Các bình chứa: Chứa khí nén cho toàn hệ thống
- Các van xả hơi nước: Nằm phía dưới thân các bình chứa, dùng để xả hơi nước lẫn trong khí nén
- Tổng van phanh: Khi nhận tác động từ chân phanh sẽ điều khiển nhả khí nén từ các bình chứa
Bầu phanh là một bình hình trụ có chức năng tạo lực đẩy lên đòn điều chỉnh khe hở má phanh Qua đó, lực này sẽ được truyền qua một cần đẩy để quay cơ cấu cam phanh của xe, giúp cải thiện hiệu suất phanh.
- Cần đẩy: Một thanh nối bằng thép hoạt động tương tự như một pit-tông nối giữa bầu phanh với đòn điều chỉnh khe hở má phanh
Đòn điều chỉnh khe hở má phanh là một tay đòn kết nối cần đẩy với cơ cấu cam kiểu chữ S, có chức năng điều chỉnh khoảng cách giữa guốc phanh và tang phanh.
- Cam kiểu chữ S: Cơ cấu cam kiểu chữ S ép các guốc phanh vào sát tang phanh để phanh xe
- Guốc phanh: Các kim loại được phủ một lớp vỏ đặc biệt nhằm tạo ra ma sát với tang phanh
Lò xo hồi vị là một loại lò xo cứng được kết nối với guốc phanh ở mỗi bánh xe, có tác dụng giữ guốc ở vị trí không phanh khi không bị tác động bởi cơ cấu cam.
Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực nghiên cứu hệ thống phanh khí nén
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới về hệ thống phanh khí nén
Numerous researchers have explored the Traction Control (TRC) System, including notable studies on the 1987 Toyota Crown by Asami, K., Nomura, Y., and Naganawa, T in 1989, as well as contributions from Cho, D and Hedrick, J.K in the same year, and Choi, S H and Cho.
D W (1998) Nonlinear Sliding mode controller with pulse width modulation for vehicular slip ratio control Proceedings of the KSAE 1999 Spring Annual Meeting
K Fujita, K., Inous, Y and Masutomi S (1990) The ‘Lexus’ Traction Control (TRAC) System Kawabe, T., Nakazawa, M.,Notsu, I and Watanabe, Y (1997) A Sliding Mode Controller for Wheel Slip Ratio Control System Vehicl Systems
Nghiên cứu về hệ thống phanh chống bó cứng và kiểm soát độ bám xe đã được thực hiện bởi Tan, H.S và Chin, Y K (1992) trong tạp chí Dynamics, Vol 27 Một trong những công trình nổi bật là nghiên cứu của K CHUN và M SUNWOO từ Đại học Hanyang, Seoul, Hàn Quốc, với đề tài "Điều khiển trượt bánh xe với bề mặt trượt di động cho hệ thống kiểm soát độ bám" (11/4/2004) Tác giả đã phân tích quá trình điều khiển, mô phỏng bằng phần mềm Matlap-Simulink và thử nghiệm trên xe điện (electric kart), đạt được những kết quả đáng chú ý trong việc cải thiện hiệu suất của hệ thống kiểm soát độ bám.
- Đã tính tới yếu tố thời gian tăng tốc và thời gian phản ứng của hệ thống
- Mô phỏng được quá trình điều khiển
- Kiểm nghiệm trong phòng thí nghiệm trên loại xe điện nhỏ
Hạn chế của đề tài : - Mới chỉ kiểm nghiệm dưới dạng mô hình đơn giản
1.2.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam về hệ thống phanh khí nén
Hiện nay, nghiên cứu về hiệu quả của hệ thống phanh khí nén trên ô tô tải sản xuất tại Việt Nam còn nhiều hạn chế, với thiếu hụt các công trình chuyên sâu tổng thể Một số nghiên cứu đã được thực hiện, nhưng chủ yếu tập trung vào các khía cạnh cụ thể của hệ thống phanh Các đề tài như mô hình nghiên cứu quá trình làm việc của hệ thống phanh khí nén trên xe tải (2009), mô phỏng động lực học hệ thống phanh trên ô tô quân sự Zil 130, và các nghiên cứu về tính chính xác thời gian tác dụng của hệ thống đã đóng góp phần nào vào lĩnh vực này Tuy nhiên, việc đánh giá hiệu quả phanh của hệ thống phanh khí nén tại Việt Nam vẫn cần được mở rộng và hoàn thiện hơn nữa.
Kết cấu hệ thống phanh khí nén trang bị trên ô tô tải được sản suất tại Việt Nam
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén
1 Máy nén khí; 2.Van điều áp; 3 Bầu lọc tách nước; 4,5 Cụm phanh trục trước; 6 Cụm van điều khiển khí nén; 7 Gía đỡ van phanh; 8 Bàn đạp phanh; 9 Van an toàn kép; 10 Van an toàn bình chứa; 11,12 Bình chứa khí nén; 13,14 Cụm phanh trục sau
* Dẫn động phanh bao gồm :
Máy nén khí lắp trên động cơ có chức năng nén không khí đạt áp suất từ 0,4-0,8 Mpa để cung cấp cho hệ thống phanh khí, giúp thực hiện phanh xe hiệu quả Ngoài ra, máy còn hỗ trợ các hệ thống khác như lau kính, bơm hơi bánh xe và đóng mở cửa xe Cấu trúc máy nén khí tương tự như một động cơ, bao gồm nắp máy, thân máy và đường dầu, với các thành phần như trục khuỷu, xi lanh, piston và thanh truyền Trên nắp máy có hai van: van nạp và van xả, trong khi trục khuỷu được dẫn động bằng dây đai từ puly quạt gió trong hệ thống làm mát, và máy nén khí được làm mát bằng nước từ hệ thống này.
Hình 2.2 Sơ đồ cấu tạo của máy nén khí
1 Nắp máy, 2 Đĩa trung gian (gồm van nạp và van xả), 3 Xi lanh, 4 Piston,
5 Thanh truyền, 6 Hộp trục khuỷu, 7 Trục khuỷu
- Bình chứa khí nén dùng để chứa khí nén (đủ cho 10 lần đạp phanh, khi máy nén khi hỏng )
Van điều chỉnh áp suất được lắp đặt trên đường ống khí nén giữa máy nén và bình chứa khí nén, nhằm mục đích ổn định áp suất trong hệ thống phanh ở mức 4-8 bar.
Hình 2.3 Cấu tạo van điều áp
1 Lò xo nén, 2 Màng, 3 Trục bộ kẹp phanh, 4 Lò xo nộn, 5 Phớt làm kín,
6 Piston, 7 Lọc khí, 8 Tấm ngăn thân van (van chạy cầm chừng), 9 Ống xả khí,
10 Con đội xu páp, 11 Van côn, 12,13,14 Ống dẫn khí (kênh dẫn khí), 15 Van kiểm tra 16 Lò xo
- Bàn đạp phanh, đồng hồ báo áp suất và đường ống dẫn khí nén
Tổng van điều khiển lắp khía dưới bàn đạp phanh có chức năng phân phối khí nén đến các bầu phanh bánh xe và xả khí nén khi thôi phanh Để đảm bảo hiệu quả điều khiển dòng khí nén vào bầu phanh, các chi tiết của tổng van phanh cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật nghiêm ngặt, bao gồm độ đàn hồi và sức căng của lò xo để duy trì áp suất khí trong hệ thống Ngoài ra, các van phải đảm bảo kín khít, không bị dò khí để tránh tình trạng sụt áp, ảnh hưởng đến hiệu suất phanh.
1 Con đội, 2 Lò xo giới hạn hành trình, 3 Piston đáp ứng phanh, 4,6,15,16 Lò xo nén cong, 5,12 Điểm dừng, 7,14 Phớt làm kín, 8,13 Van nạp, 9,11 Van xả, 10 piston đẩy
- Bầu phanh bánh xe lắp ở gần bánh xe có tác dụng dẫn động trục cam phanh thực hiện quá trình phanh ôtô
Khi phanh không khí được tạo ra từ tổng van phanh qua ống dẫn, áp lực tác động lên màng ngăn và thắng sức căng lò xo Piston di chuyển, kéo theo thanh đẩy, làm cho cơ cấu phanh hoạt động và hai guốc phanh bung ra, từ đó quá trình hãm phanh được thực hiện hiệu quả.
Khi ngừng phanh, không khí nén không được cung cấp vào bầu phanh, khiến lò xo đàn hồi đẩy piston di chuyển, ép không khí thoát ra ngoài qua tổng van phanh Đồng thời, lò xo hồi vị guốc phanh cũng tham gia vào quá trình này, kết thúc quá trình phanh.
Hình 2.5 Cấu tạo bầu phanh
1 Thanh đẩy, 2 Lò xo, 3 Màng ngăn, 4 Piston Khi phanh không khí từ tổng van phanh qua ống dẫn tạo áp lực tác động lên màng ngăn và thắng sức căng lò xo, piston dịch chuyển làm thanh đẩy cùng dịch chuyển tác động lên cơ cấu phanh đẩy hai guốc phanh bung ra do đó sự hóm phanh được tiến hành
Khi không còn áp lực phanh, không khí nén sẽ không được cung cấp cho bầu phanh, dẫn đến việc lò xo đàn hồi đẩy piston di chuyển Quá trình này giúp ép không khí thoát ra ngoài qua tổng van phanh, cùng với lò xo hồi vị guốc phanh, hoàn tất quá trình phanh.
* Cơ cấu phanh bánh xe bao gồm:
- Mâm phanh được lắp chặt với trục bánh xe, trên mâm phanh có lắp xi lanh bánh xe
Trục cam được lắp trên mâm phanh, có nhiệm vụ tiếp xúc với hai đầu guốc phanh Chức năng của trục cam là dẫn động để đẩy hai guốc phanh và má phanh, từ đó thực hiện hiệu quả quá trình phanh.
Guốc phanh và má phanh được gắn trên mâm phanh thông qua hai chốt lệch tâm, trong khi lò xo hồi vị giữ cho hai guốc phanh luôn tách biệt với tang trống Bên cạnh đó, hệ thống còn bao gồm các cam lệch tâm và chốt điều chỉnh để đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu.
Các chỉ ti êu đánh giá chất lượng phanh
Tính năng phanh của xe cơ giới được định lượng thông qua 2 nhóm chỉ tiêu: Hiệu quả phanh và tính ổn định khi phanh
Hiệu quả phanh là yếu tố quan trọng đánh giá khả năng giảm tốc độ của ôtô khi tài xế thực hiện phanh khẩn cấp Để định lượng hiệu quả phanh, có thể sử dụng bốn chỉ tiêu chính: thời gian phanh, gia tốc phanh, quãng đường phanh và hiệu suất phanh Những chỉ số này giúp xác định mức độ an toàn và hiệu quả của hệ thống phanh trong các tình huống khẩn cấp.
Tính ổn định khi phanh đánh giá khả năng duy trì quỹ đạo của ôtô theo ý muốn của người lái trong quá trình phanh Để đo lường tính ổn định này, hai chỉ tiêu chính được sử dụng là góc quay khi phanh và hành lang phanh.
Thời gian phanh (tp) là khoảng thời gian từ khi lái xe bắt đầu tác động vào phanh cho đến khi lực phanh giảm xuống bằng không trong trường hợp phanh chậm dần, hoặc khi vận tốc xe giảm xuống bằng không trong trường hợp phanh khẩn cấp Thời gian phanh càng ngắn, chất lượng phanh càng tốt Để xác định thời gian phanh, có thể sử dụng biểu thức i dv g j dt ϕ.
Do đó có thể viết: dt i dv g δ
Để xác định thời gian phanh nhỏ nhất, cần thực hiện tích phân dt trong khoảng thời gian từ vận tốc phanh ban đầu v1 đến vận tốc cuối cùng v2 trong quá trình phanh.
Khi phanh ô tô đến lúc dừng hẳn thì v 2 = 0 do đó min i v 1 t g δ
= ϕ ở đây v 1 - vận tốc của ô tô ứng với thời điểm bắt đầu phanh
Thời gian phanh tối thiểu của ô tô phụ thuộc vào vận tốc khi bắt đầu phanh, hệ số δ i và hệ số bám ϕ giữa bánh xe và mặt đường Để giảm thời gian phanh, người lái xe nên cắt ly hợp khi phanh nhằm giảm hệ số δ i.
Thời gian phản ứng của lái xe (t 0) là khoảng thời gian từ khi lái xe quyết định phanh cho đến khi chạm vào cơ cấu điều khiển phanh Thời gian này thường dao động từ 0,4 đến 1,0 giây và phụ thuộc vào khả năng cũng như kỹ năng của người lái.
Thời gian phản ứng của hệ thống phanh (t1) là khoảng thời gian từ khi cơ cấu điều khiển phanh bắt đầu được tác động cho đến khi có gia tốc phanh xuất hiện Thời gian này phụ thuộc vào kiểu dẫn động phanh và tình trạng kỹ thuật của nó Cụ thể, với dẫn động phanh thủy lực, t1 dao động từ 0,2 đến 0,4 giây, trong khi với dẫn động phanh khí nén, t1 nằm trong khoảng 0,6 đến 0,8 giây.
Thời gian phát triển lực phanh (t2) là khoảng thời gian từ khi lực phanh bắt đầu tác động đến xe cho đến khi lực phanh đạt một trị số xác định Trong nhiều tài liệu giáo khoa, thời điểm kết thúc giai đoạn này thường được quy ước là khi lực phanh đạt giá trị cực đại.
Thời gian phanh chính (t 3 ) - Trong thời gian phanh chính, lực phanh được duy trì ở trị số cực đại
Thời gian nhả phanh (t 4 ) - Lực phanh giảm xuống bằng không
Thời gian phanh (tp) - Khoảng thời gian tính từ thời điểm cơ cấu điều khiển phanh bắt đầu được tác động đến thời điểm lực phanh được loại bỏ
Khi vận tốc của xe giảm xuống bằng không trước khi lực phanh được loại bỏ, thời điểm cuối để tính thời gian phanh chính là lúc xe dừng hẳn.
A 0 Thời điểm lái xe quyết định phanh, A 1 Thời điểm lái xe chạm đến cơ cấu điều khiển phanh, A 2 Thời điểm bắt đầu xuất hiện gia tốc phanh, A 3
Thời điểm gia tốc phanh đạt trị số cực đại, A 4 Thời điểm gia tốc phanh bắt đầu giảm, A 5 Thời điểm cuối quá trình phanh
Gia tốc phanh (j p) là chỉ số quan trọng đánh giá mức độ giảm vận tốc của ôtô trong quá trình phanh Gia tốc chậm dần khi phanh là một trong những tiêu chí thiết yếu để xác định chất lượng hệ thống phanh của ôtô Để phân tích các lực tác động lên ôtô, có thể thiết lập phương trình cân bằng lực kéo trong quá trình phanh.
P j Lực quán tính sinh ra khi phanh ô tô
P p Lực phanh sinh ra ở các bánh xe;
P η Lực để thắng tiêu hao cho ma sát cơ khí
Khi phanh trên đường nằm ngang thì lực cản lên dốc P i = 0
Các thí nghiệm cho thấy rằng các lực P f, P ω, P η chỉ cản trở chuyển động của ô tô ở mức rất nhỏ so với lực phanh P p Thực tế, lực phanh P p chiếm đến 98% tổng lực tác động lên xe.
P f , P ω , P η và khi ôtô phanh trên đường nằm ngang (P i = 0) ta có phương trình sau:
Lực phanh lớn nhất P pmax được xác định theo điều kiện bám khi các bánh xe bị phanh hoàn toàn và đồng thời theo biểu thức:
Do đó có thể viết như sau: i G p max j G δ = g =ϕ Trong đó δ i Hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô
Để tăng gia tốc chậm dần cực đại khi phanh, cần giảm hệ số δ i Khi phanh đột ngột, người lái nên cắt ly hợp để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực, giúp giảm δ i và tăng j pmax.
Quãng đường phanh là tiêu chí quan trọng nhất để đánh giá chất lượng phanh của ô tô Do đó, trong các thông số kỹ thuật của xe, các nhà sản xuất thường cung cấp thông tin về quãng đường phanh tương ứng với tốc độ bắt đầu phanh đã được xác định.
Quãng đường phanh là một chỉ tiêu quan trọng mà người lái xe dễ dàng nhận thức, giúp họ xử lý tình huống phanh ô tô hiệu quả hơn trên đường Để xác định quãng đường phanh tối thiểu, có thể áp dụng công thức bằng cách nhân hai vế với dS, từ đó có thể tính toán các yếu tố liên quan đến tốc độ và thời gian phanh.
Quãng đường phanh nhỏ nhất được tính bằng cách tích phân dS từ thời điểm có vận tốc ban đầu v1 đến thời điểm có vận tốc cuối cùng v2 trong quá trình phanh.
Khi phanh đến lúc ô tô dừng hẳn v 2 = 0
Nội dung, nhiệm vụ của đề tài
- Nghiên cứu kết cấu hệ thống phanh được trang bị trên xe ô tô tải sản xuất tại Việt Nam
- Nghiên cứu mô hình chuyển động của ô tô trong quá trình phanh
- Mô phỏng đánh giá hiệu quả phanh ô tô khi phanh bằng hệ thống phanh khí nén
- Nghiên cứu kết cấu của hệ thống phanh khí nén được trang bị trên xe tải được sản xuất tại Việt Nam
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả phanh
- Xây dựng mô hình chuyển động của ô tô, xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén
- Phân tích kết quả mô phỏng.
Phạm vi, phương pháp nghiên cứu, mục tiêu nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn ở hệ thống phanh khí nén được trang bị trên ô tô tải sản xuất tại Việt Nam
Mục tiêu của nghiên cứu là mô phỏng đánh giá hiệu quả phanh của hệ thống phanh khí nén trên ô tô tải bằng Simulink Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là tham khảo tài liệu kết hợp với thực nghiệm, phù hợp với nhiệm vụ đề tài Nghiên cứu dựa trên việc chọn lọc và phân tích các nguồn tài liệu liên quan, nhằm giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng trong quá trình phanh Qua đó, đánh giá tính hiệu quả và phạm vi ứng dụng của hệ thống phanh, giúp người đọc hiểu rõ hơn về hoạt động của cơ cấu này.
Sử dụng phương pháp nghiên cứu để phát triển mô hình hoạt động của hệ thống phanh, đồng thời giải thích cơ chế của các quá trình điều khiển trong hệ thống này.
1.6.3 Mục tiêu của đề tài
Trước nhu cầu cấp thiết về an toàn và chất lượng trong điều khiển, đề tài “mô phỏng hệ thống phanh trên xe tải cỡ lớn” được thực hiện nhằm nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống phanh.
- Nghiên cứu quá trình điều khiển của hệ thống phanh
- Mô phỏng và diễn tả quá trình làm việc của hệ thống phanh khí nén bằng phần mềm Simulink
- Đánh giá kết quả mô phỏng các chế độ làm việc điển hình
1.7 Kết cấu của đề tài
- Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
- Chương 2 Mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô trong quá trình phanh
- Chương 3 Mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén
- Chương 4: Mô phỏng đánh giá hiệu quả phanh
Kết cấu của đề tài
2.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng Matlab – Simulink
Simulink là một phần mở rộng của MATLAB, được thiết kế để mô hình hóa, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học Giao diện đồ họa của Simulink cho phép người dùng thể hiện hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc Nhờ Simulink, người dùng có thể dễ dàng xây dựng mô hình mô phỏng giống như khi vẽ sơ đồ khối Ngoài ra, Simulink còn cung cấp một thư viện khối phong phú với nhiều chức năng đa dạng.
Simulink là công cụ mô phỏng hệ thống tích hợp trong Matlab, cho phép người dùng phân tích và tổng hợp hệ thống một cách trực quan thông qua sơ đồ khối thay vì dòng lệnh truyền thống Người dùng có thể quan sát đáp ứng thời gian của hệ thống với các tín hiệu đầu vào khác nhau như tín hiệu bậc thang, tín hiệu sin và xung chữ nhật thông qua mô phỏng Kết quả mô phỏng được hiển thị theo thời gian thực trên các Oscilloscope trong môi trường Simulink, giúp người dùng tự tiến hành mô phỏng thí nghiệm và kiểm chứng lý thuyết trước khi thực hiện trên mô hình thực Để xây dựng mô hình, người dùng khởi động Matlab, khởi tạo Simulink, mở thư viện khối Simulink và chọn các nhóm phù hợp, thường có 8 nhóm trong thư viện này.
- Nhóm Continuous và Discrete: Chứa các khối cơ bản để xử lý tín hiệu liên tục và rời rạc;
- Nhóm Function & Table: Chứa các khối thực hiện việc gọi hàm từ Matlab, khối nội suy và khối hàm truyền;
- Nhóm Math: Chứa các khối thực thi các hàm toán học;
- Khối Monlinear: Chứa các khối phi tuyến;
- Nhóm Sinks & Systems: Chứa các khối công cụ xử lý tín hiệu;
- Nhóm Sinks: Chứa các khối thực hiện chức năng xuất kết quả;
MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ TRONG QUÁ TRÌNH PHANH
Giới thiệu phần mềm mô phỏng Matlab – Simulink
Simulink là một phần mở rộng của MATLAB, được thiết kế để mô hình hóa, mô phỏng và phân tích các hệ thống động học Giao diện đồ họa của Simulink cho phép người dùng hiển thị hệ thống dưới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc Nhờ vào Simulink, người dùng có thể dễ dàng xây dựng mô hình mô phỏng tương tự như việc vẽ sơ đồ khối Bên cạnh đó, Simulink còn cung cấp một thư viện khối phong phú với nhiều chức năng đa dạng.
Simulink là công cụ tích hợp trong Matlab, cho phép mô phỏng hệ thống một cách trực quan, giúp người dùng phân tích và tổng hợp hiệu quả Thay vì sử dụng dòng lệnh truyền thống, Simulink sử dụng sơ đồ khối để mô tả hệ thống, cho phép quan sát đáp ứng thời gian với nhiều loại tín hiệu đầu vào như tín hiệu bậc thang, tín hiệu sin và xung chữ nhật thông qua mô phỏng Kết quả mô phỏng có thể được theo dõi theo thời gian thực trên các Oscilloscope trong môi trường Simulink Công cụ này cho phép người dùng thực hiện mô phỏng thí nghiệm, quan sát kết quả và kiểm chứng lý thuyết trước khi tiến hành thí nghiệm trên mô hình thực Để xây dựng mô hình, người dùng khởi động Matlab, khởi tạo Simulink và mở thư viện khối Simulink để chọn các nhóm thích hợp, thường bao gồm 8 nhóm khác nhau.
- Nhóm Continuous và Discrete: Chứa các khối cơ bản để xử lý tín hiệu liên tục và rời rạc;
- Nhóm Function & Table: Chứa các khối thực hiện việc gọi hàm từ Matlab, khối nội suy và khối hàm truyền;
- Nhóm Math: Chứa các khối thực thi các hàm toán học;
- Khối Monlinear: Chứa các khối phi tuyến;
- Nhóm Sinks & Systems: Chứa các khối công cụ xử lý tín hiệu;
- Nhóm Sinks: Chứa các khối thực hiện chức năng xuất kết quả;
Nhóm Source bao gồm các khối phát tín hiệu và các thư viện cơ bản, bên cạnh đó còn nhiều thư viện khác như thư viện đầu nối Việc tìm hiểu toàn bộ chức năng của các thư viện này có thể gặp khó khăn Ngoài các thư viện đã có sẵn, người dùng có thể tạo thư viện riêng bằng cách kết hợp các thư viện lại với nhau hoặc viết một chương trình độc lập để mô phỏng trong Simulink.
Mô hình mô phỏng bánh xe
Khi bánh xe di chuyển, tải trọng của xe gây ra sự biến dạng cho bánh xe Lực dọc F x tác động lên bánh xe từ mặt đường phụ thuộc vào tải trọng và hệ số bám Hệ số bám giả thiết liên quan đến độ trượt, được biểu diễn qua công thức ϕ = f(λ).
Phương trình mô tả quan hệ giữa các đại lượng vật lý trong quá trình bánh xe làm việc như sau:
Hình 2.8: Sơ đồ các lực, mô men tác dụng bánh xe khi chuyển động
- M k : Mô men xoắn do lực dọc của mặt đường tác dụng lên bánh xe, gây ra tại trục bánh xe (Nm);
- M P : Mô men phanh bánh xe (Nm);
- F x : Lực dọc tác dụng tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường (N);
- F Z : Tải trọng tác dụng lên bánh xe (N);
- F p : Lực ép má phanh với đĩa phanh (N);
- f p : Hệ số ma sát giữa má phanh với đĩa phanh;
- Rtb: Bán kính trung bình tấm ma sát (m );
- ω b : Vận tốc góc bánh xe đang phanh(1/s);
- v: Vận tốc xe tại thời điểm khảo sát (m/s);
- ε: Gia tốc góc bánh xe (1/s 2 );
- λ: Độ trượt của bánh xe với mặt đường;
- J bx : Mô men quán tính bánh xe (m/s 2 );
- r b : Bán kính làm việc bánh xe (m)
Hình 2.9 Quy luật biến thiên của hệ số bám theo độ trượt
Công thức trên tổng quát cho cả phanh xe và tăng tốc Cụ thể, khi tăng tốc, gia tốc góc của bánh xe ε>0 và độ trượt λ>0; ngược lại, khi phanh (giảm tốc), gia tốc góc ε
