Mô phỏng động lực học hệ thống phanh abs dẫn động khí nén

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN ĐỨC TRUNG MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG PHANH ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ DỘNG LỰC Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN ĐỨC TRUNG MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG PHANH ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - 60520116 khoaHỌC học: LÝHướng LỊCH dẫn KHOA TS LÊ THANH TUẤN I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ & tên: TRẦN ĐỨC TRUNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/03/1991 Nơi sinh: Quảng Ninh Quê quán: La Phù, Hoài Đức, Hà Nội Dân tộc: Kin Tp Hồ Chí Minh, tháng 09/2022 Tp Hồ Chí Minh, tháng …/2021 Bảng Thứ tự mã hóa gen ngưỡng trượt điều khiển chuyển pha TT Ngưỡng trượt điều khiển chuyển pha Thứ tự mã hóa Từ pha tăng áp sang giữ áp λ1 Từ pha áp sang pha giảm áp λ2 10 11 12 13 14 15 16 Từ pha giảm áp sang pha giữ áp λ3 17 18 19 20 21 22 23 24 Từ pha giữ sang pha tăng áp λ4 25 26 27 28 29 30 31 32 Giá trị hàm mục tiêu 33 Bảng 3.3 Tham số thuật toán di truyền TT Tham số Giá trị Kích thước quần thể 10 Số quần thể tái sinh 200 Phương pháp chọn lọc Xếp hạng Lai ghép Lai Xác suất lai ghép 0,8 Đột biến Một ví trí Xác suất đột biến 0,2 Độ xác 1e-3 Căn vào đồ thị đặc tính trượt Hình 2.8 luận văn thực tối ưu hóa với hàm mục tiêu ràng buộc thiết lập sau:  S x →  10%  1  30%;10%  2  30%;10%  3  30%;10%  4  30%;    ;     Qua tối ưu hóa theo thuật tốn di truyền, kết nhận thông số ngưỡng trượt điều khiển chuyển từ pha tăng áp sang giữ áp λ1 12.5%, từ pha giữ áp sang pha giảm áp λ2 21.1%, từ pha giảm áp sang pha giữ áp λ3 29.2% từ pha giữ sang pha tăng áp λ4 25.5% Với giá trị ngưỡng trượt tối ưu đạt hiệu phanh tốt Kết khảo sát trình bày chương 61 3.4 Mơ điều khiển ổn định q trình phanh Trong q trình phanh có nhiều yếu tố dẫn đến ổn định q trình rị rỉ dẫn động khí nén, tình trạng kỹ thuật lốp xe khơng đồng bộ, hệ số bám vị trí tiếp xúc bánh xe với mặt đường không nhau,… Luận văn nghiên cứu ổn định phanh yếu tố hệ số bám bánh xe nhỏ so với bánh khác Khi hệ số bám bánh xe khơng lực phanh sinh bánh xe không nhau, tổng lực phanh sinh bánh xe bên phải khác so với tổng lực phanh bánh xe bên trái Đó nguyên nhân làm cho ô tô bị ổn định hướng chuyển động phanh Hiện tượng ổn định lực phanh sinh bánh xe đối diện với bánh xe có hệ số bám nhỏ trở nên lớn hơn, xuất mơ men có xu hướng làm xoay thân xe Nếu mô men mà lớn mô men bám ngang xe bị xoay, kết làm cho ô tô chuyển động lệch, làm tăng hành lang phanh xảy phanh tơ Hình 3.31 Lực phanh theo điều kiện bám bánh xe bánh xe cầu trước bên trái (φ1L01 = 0.56) nhỏ bánh xe lại (φ1R01 = 0.8, φ2L01 = 0.8 φ2R01 = 0.8) 62 Xét trường hợp bánh xe vào đường có hệ số bám thấp, luận văn xem xét trường hợp cụ thể hệ số bám bánh xe trái phía trước (φ1L01 = 0.56) nhỏ hệ số bám bánh xe lại (φ1R01 = 0.8, φ2L01 = 0.8 φ2R01 = 0.8) làm cho khả bám bánh xe bị thay đổi Kết thu lực phanh tiến hành mơ đồ thị Hình 3.31 Từ đồ thị ta nhận xét rằng: - Khi áp suất bầu phanh thay đổi dẫn đến lực phanh sinh thay đổi theo pha điều khiển tăng áp, giữ áp giảm áp từ tín hiệu điều khiển van chấp hành ABS - Khi tiến hành trình phanh, phân bố lại tải trọng nên bánh xe cầu sau có lực phanh nhỏ Nhưng xét trường hợp ta thấy lực phanh bánh xe cầu sau bên trái lớn cầu trước bên trái thời điểm gần cuối trình phanh Lực phanh hai bánh xe cầu sau có chênh lệch lớn Hình 3.32 Đồ thị quỹ đạo chuyển động ô tô tương ứng với trường hợp giảm hệ số bám bánh xe 63 - Lực phanh sinh bánh xe cầu trước bên phải trở nên lớn hơn, xuất mơ men có xu hướng làm xoay thân xe - Tại thời điểm gần cuối trình phanh, lực phanh sinh bánh xe cầu sau bên trái cầu sau bên phải có xu hướng gần Luận văn tập trung nghiên cứu quỹ đạo chuyển động ô tô phanh số trường hợp sau: hệ số bám bánh xe cầu trước bên trái φ1L01 = 0,56; hệ số bám bánh xe cầu sau bên trái φ2L01 = 0,56 hệ số bám bánh xe bên trái φL = 0,56 Sau so sánh với trường hợp tất bánh xe có hệ số bám φ= 0,8 Qua đồ thị Hình 3.32 cho thấy hệ số bám bánh xe không khơng tăng qng đường phanh mà cịn làm cho ô tô ổn định hướng chuyển động phanh Với trường hợp hệ số bám bánh xe cầu trước bên trái φ1L01 = 0,56 quỹ đạo chuyển động ô tô lệch 1,05 m; trường hợp hệ số bám bánh xe cầu sau bên trái φ2L01 = 0,56 lệch 0,68 m trường hợp hệ số bám bánh xe bên trái φL = 0,56 quỹ đạo lệch 2,19 m Để khắc phục tượng trên, luận văn tiến hành xây dựng chương trình điều khiển lực phanh bánh xe dựa gia tốc góc xoay chuyển vị góc xoay thân xe Khi xuất gia tốc góc xoay thân xe có xu hướng xoay xe sang bên trái: - Nếu thân xe xoay sang trái giảm lực phanh bánh xe bên phải - Nếu thân xe xoay sang bên phải giảm lực phanh bánh xe bên trái Ngược lại xuất gia tốc góc xoay thân xe có xu hướng xoay xe sang bên phải: - Nếu thân xe xoay sang phải giảm lực phanh bánh xe bên trái - Nếu thân xe xoay sang bên trái giảm lực phanh bánh xe bên phải Kết điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô thể chương 64 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Ảnh hưởng ngưỡng trượt điều khiển tới hiệu phanh 4.1.1 Lực phanh sinh bánh xe Kết mô lực phanh sinh bánh xe với giá trị ngưỡng trượt tìm thể Error! Reference source not found Hình 4.1 Kết mơ lực phanh bánh xe Áp suất bầu phanh cầu trước cầu sau thay đổi dẫn đến lực phanh sinh thay đổi theo pha điều khiển tăng áp, giữ áp giảm áp Hình 4.1 nhằm trì vận tốc dài bánh xe theo vận tốc góc bánh xe với vận tốc chuyển động ô tô giá trị độ trượt khoảng độ trượt tối ưu 4.1.2 Vận tốc chuyển động ô tô bánh xe Kết mô vận tốc phanh ô tô với ngưỡng trượt điều khiển tối ưu thể Hình 4.2 Từ kết ta thấy vận tốc dài bánh xe xác định theo vận tốc góc bánh xe cầu trước cầu sau có sai lệch lớn thời 65 điểm bắt đầu phanh vận tốc chuyển động tơ cịn lớn Trong khoảng thời gian từ 1(s) đến 2(s) sai lệch vận tốc tương đối nhỏ Hình 4.2 Kết mô vận tốc phanh ô tô So với vận tốc chuyển động ô tô với khác vận tốc dài bánh xe cầu trước cầu sau gây độ trượt bánh xe phanh nằm khoảng 20%, khoảng hệ số bám dọc theo phương dọc đạt giá trị cao nhất, hệ số bám theo phương ngang trì mức cao Độ trượt thuộc vào khoảng trượt tối ưu từ 10%-30% Hình 2.8 để đạt hiệu phanh lớn 4.1.3 Gia tốc phanh ô tô phanh Kết thu gia tốc phanh ô tô giá trị ngưỡng trượt tối ưu hóa thể Hình 4.3 Từ đồ thị, nhận thấy gia tốc phanh ô tơ có điều khiển áp suất phanh theo tín hiệu điều khiển pha tăng áp, giữ áp giảm áp ln trì giá trị cao so với giữ nguyên áp suất phanh xe ô tô không trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS 66 Hình 4.3 Kết mô gia tốc phanh ô tô 4.1.4 Quãng đường phanh ô tô phanh Kết mô quãng đường phanh thu ô tô với giá trị ngưỡng trượt tối ưu thể Hình 4.4 Hình 4.4 Kết mô quãng đường phanh ô tô 67 Với giá trị ngưỡng trượt tối ưu hóa, gia tốc phanh tơ có điều khiển áp suất phanh ln trì giá trị cao so với giữ nguyên áp suất phanh Quãng đường phanh tơ có trang bị hệ thống phanh ABS 20,741 m xe trang bị hệ thống phanh ABS 22,76 m So với tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5658 : 1999 “ ô tô – hệ thống phanh - yêu cầu an toàn chung phương pháp thử ” quy định cho dòng xe tải 12 phanh chế độ tồn tải qng đường phanh khơng vượt 23m Với kết thu mô với xe tải có trang bị hệ thống ABS hiệu phanh tơ nâng lên rõ rệt, cụ thể quãng đường phanh giảm xuống đáp ứng với tiêu chuẩn hành 4.2 Khắc phục tượng ổn định phanh Với tượng bị lệch quỹ đạo chuyển động phanh hệ số bám bánh xe thấp mô chương Để khắc phục tượng trên, luận văn tiến hành xây dựng chương trình điều khiển sau: Hình 4.5 Đồ thị quỹ đạo chuyển động tơ có điều chỉnh quỹ đạo trường hợp hệ số bám bánh xe cầu trước bên trái giảm 68 Khi lực phanh sinh bánh xe cầu xe không tiến hành thực việc điều khiển q trình giảm áp suất khí nén bầu phanh bánh xe tín hiệu giảm áp van chấp hành ABS bánh xe có lực phanh sinh lớn Kết thu Hình 4.5, Hình 4.6 Hình 4.7 Đồ thị quỹ đạo chuyển động tơ có điều chỉnh trường hợp hệ số bám bánh xe cầu trước bên trái giảm Hình 4.5 So với chưa điều chỉnh quỹ đạo tơ bị lệch 1,05 m xe dừng hẳn so với quỹ đạo chuyển động thẳng, quãng đường phanh đạt 22,63 m Khi tiến hành điều chỉnh kết cho thấy trình phanh ổn định nhờ hành lang phanh bị lệch khoảng 0,08 m, nhiên quãng phanh đường theo phương dọc xe dài 4,72 m Hình 4.6 Đồ thị quỹ đạo chuyển động ô tô có điều chỉnh quỹ đạo chuyển động trường hợp hệ số bám bánh xe cầu sau bên trái giảm Khi tiến hành điều chỉnh quỹ đạo chuyển động phanh trường hợp hệ số bám bánh xe bên trái cầu sau giảm đồ thị quỹ đạo ô tô phanh thu Hình 4.6 So với chưa điều chỉnh quỹ đạo ô tô bị lệch 0,69 m xe 69 dừng hẳn so với quỹ đạo chuyển động thẳng, quãng đường phanh đạt 22,09 m Khi tiến hành điều chỉnh kết cho thấy trình phanh ổn định nhờ hành lang phanh bị lệch khoảng 0,09 m, nhiên quãng đường phanh theo phương dọc xe dài 3,06 m Hình 4.7 Đồ thị quỹ đạo chuyển động tơ có điều chỉnh quỹ đạo chuyển động trường hợp hệ số bám bánh xe bên trái giảm Trường hợp hệ số bám bánh xe bên trái giảm, tiến hành điều chỉnh quỹ đạo chuyển động phanh thu đồ thị Hình 4.7 So sánh với chưa tiến hành điều chỉnh quỹ đạo tơ bị lệch 2,16 m, quãng đường phanh đạt 23,93 m Khi tiến hành điều chỉnh kết cho thấy trình phanh ổn định nhờ hành lang phanh bị lệch khoảng 0,51 m, nhiên quãng đường phanh đến xe dừng hẳn dài 11,12 m Với kết điều khiển cho thấy trình phanh ổn định hơn, nhiên quãng đường phanh theo phương dọc xe dài Tuy nhiên xét tổng thể hoạt động hệ thống phanh xe đảm bảo tốt chất lượng phanh 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Luận văn: “Mô động lực học hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén” nghiên cứu xây dựng thuật tốn mơ điều khiển trình phanh để đạt hiệu phanh tính ổn định phanh cao Luận văn có đóng góp lĩnh vực thiết kế điều khiển hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén sử dụng dòng xe tải, cụ thể sau: Khái quát cơng trình nghiên cứu hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén, tập trung vào việc điều khiển hệ thống phanh Trong số giải vấn đề điều khiển trình phanh Các nghiên cứu đề cập tới vấn đề ổn định hướng chuyển động phanh xe trang bị hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén cịn hạn chế Xây dựng phương trình mơ tả dẫn động phanh khí nén động lực học chuyển động ô tô bánh xe phanh mơ hình khơng gian để thiết lập phương trình vi phân mơ tả chuyển động Sử dụng phần mềm Simcenter Amesim kết hợp Matlab Simulink để mơ dẫn động khí nén hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén, động lực học q trình phanh điều khiển hệ thống phanh ABS khí nén cho xe tơ Xác định tín hiệu điều khiển giá trị ngưỡng trượt pha tăng áp, giữ áp giảm áp thuật toán di truyền để tìm ngưỡng trượt điều khiển tối ưu đảm bảo hiệu phanh cao nằm khoảng độ trượt bánh xe λ tối ưu từ 10% đến 30% Cụ thể tối ưu giá trị điều khiển ngưỡng trượt điều khiển chuyển từ pha tăng áp sang giảm áp λ1 12.5%, từ pha giữ áp sang pha giảm áp λ2 21.1%, từ pha giảm áp sang pha giữ áp λ3 29.2% từ pha giữ sang pha tăng áp λ4 25.5% Với tín hiệu điều khiển vận tốc tơ vận tốc dài bánh xe có chênh lệch gây độ trượt bánh xe phanh nằm khoảng 20% thuộc vào khoảng trượt tối ưu từ 10%-30% Gia tốc phanh ô tô 71 có điều khiển áp suất phanh theo tín hiệu điều khiển pha tăng áp, giữ áp giảm áp ln trì giá trị cao Qng đường phanh giảm xuống rõ rệt từ 22,76 m xuống 20,741 m Xây dựng chương trình điều khiển khắc phục tượng ổn định phanh mô hình khơng gian số trường hợp tơ chuyển động đường có hệ số bám bánh xe thấp φ = 0,56 (bánh xe cầu trước bên trái, bánh xe cầu sau bên trái bánh xe phía bên trái tơ) đảm bảo quỹ đạo chuyển động ô tô phanh ổn định Kiến nghị Luận văn đưa số kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo: - Tiến hành chế tạo điều khiển hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén theo mơ điều khiển thực luận văn; - Tiến hành thực nghiệm để có đánh giá tính xác thuật tốn mơ 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt: [1] Vũ Đức Lập (2011) Tính kỹ thuật ô tô NXB Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự [2] Vũ Đức Lập (2011) Động lực phanh ô tô NXB Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự [3] Nguyễn Trung Kiên (2013) Nghiên cứu mô hệ thống phanh khí nén có ABS Luận văn thạc sĩ, Đại học Bách khoa Hà Nội [4] Phạm Việt Anh (2017) Nghiên cứu khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống phanh khí nén chế độ làm việc ABS Luận văn thạc sĩ, Đại học Bách khoa Hà Nội [5] Tuấn, Trịnh Văn Xây dựng mơ hình tính tốn cấu chấp hành hệ thống phanh khí nén trang bị ABS Diss Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2015 [6] Tuấn, L V and Đ M Hùng (2016) Nghiên cứu hệ thống ABS dẫn động khí nén, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiếng anh: [7] Cao, F., Chen, C., & Zhou, L (2018, May) Research on Simulation of Anti-lock Braking System Based on MATLAB In 2018 3rd International Conference on Automation, Mechanical Control and Computational Engineering (AMCCE 2018) (pp 839-844) Atlantis Press [8] Lin, H., & Song, C (2011, December) Design of a fuzzy logic controller for ABS of Electric Vehicle based on AMESim and Simulink In Proceedings 2011 International Conference on Transportation, Mechanical, and Electrical Engineering (TMEE) (pp 779-782) IEEE 73 [9] Li, X., Zhao, L., Zhou, C., Li, X., & Li, H (2020) Pneumatic ABS Modeling and Failure Mode Analysis of Electromagnetic and Control Valves for Commercial Vehicles Electronics, 9(2), 318 [10] Jeevan N Patil, Sivakumar Palanivelu, Ajit Kumar Jindal (2013) Mathematical Model of Dual Brake Valve for Dynamic Characterization SAE International 2013- 26-0150 [11] Jinglai Wu, Hongchang Zhang, Yunqing Zhang and Liping Chen (2009) Robust Design of a Pneumatic Brake System in Commercial Vehicles SAE International, Volume 2, Issue 1, PP 17-28 [12] Ma, T F., & Chen, Q (2014) The modeling and simulation of pneumatic abs pressure regulator based on amesim In Advanced Materials Research (Vol 971, pp 811-815) Trans Tech Publications Ltd [13] Wu Chao, Duan Jianmin,Yu Yongchuan (2010) A Hardware In Loop Test System for Pneumatic Anti-lock Brake System International Conference on Measuring Technology and Mechatronics Automation, pp 105-108 74 S K L 0 ... 43 MÔ PHỎNG SỐ ĐỘNG LỰC HỌC HỆ THỐNG PHANH ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN 43 3.1 Giới thiệu phần mềm mô 43 3.2 Mô động lực học hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén 46 3.2.1 Mơ dẫn động khí. .. học hệ thống phanh ABS khí nén sở cần thiết để đánh giá chất lượng phanh, bước nghiên cứu chế tạo, thay cụm chi tiết hệ thống ABS hãng Việc mô động lực học hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén. .. trình phanh hệ thống phanh có hỗ trợ ABS dẫn động khí nén Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đề cập nhiều tới vấn đề ổn định hướng chuyển động phanh hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén Hệ thống phanh bố