Nghiên cứu hệ thống ABS dẫn động khí nén

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hồ Hữu Hùng NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN (DỰ KIẾN ĐỔI TÊN THÀNH: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ABS TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hồ Hữu Hùng NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Lƣu Văn Tuấn PGS TS Đào Mạnh Hùng Hà Nội – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Công trình đƣợc thực Bộ môn Ô tô xe chuyên dụng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội dƣới hƣớng dẫn PGS TS Lƣu Văn Tuấn PGS TS Đào Mạnh Hùng Các số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Hà Nội, ngày TẬP THỂ HƯỚNG DẪN tháng năm Người cam đoan Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Ngƣời hƣớng dẫn khoa học PGS TS Lƣu Văn Tuấn PGS TS Đào Mạnh Hùng i Hồ Hữu Hùng LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh cố gắng nỗ lực thân, Tôi nhận đƣợc động viên giúp đỡ lớn nhiều thầy giáo tập thể nghiên cứu khoa học Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Lưu Văn Tuấn – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội PGS TS Đào Mạnh Hùng – Trƣờng Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng, đào tạo giúp đỡ suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nƣớc mã số KC.03.05/11-15 thành viên đề tài tạo nhiều điều kiện nghiên cứu, thiết bị thí nghiệm để thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bộ môn Ô tô xe chuyên dụng – Viện Cơ khí động lực, Bộ môn Tự động hóa – Viện Điện – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, bảo tạo điều kiện giúp đỡ hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn anh, em đồng nghiệp Khoa Cơ khí, lãnh đạo trƣờng Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ thời gian vật chất để hoàn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn anh, em nghiên cứu sinh, cao học sinh viên khóa thuộc môn Ô tô xe chuyên dụng – Viện Cơ khí động lực – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội hết lòng hỗ trợ, động viên suốt thời gian thực luận án Cuối cùng, xin bày tỏ lòng kính yêu biết ơn tới đại gia đình, bạn bè thực động viên, giúp đỡ suốt thời gian học tập Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Hà Nội, ngày tháng Nghiên cứu sinh Hồ Hữu Hùng ii năm MỤC LỤC Mục lục iii Danh mục ký hiệu chữ viết tắt vi Danh mục bảng viii Danh mục hình ảnh, đồ thị ix Mở đầu CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hệ thống phanh ABS khí nén xe ô tô 1.2 Lịch sử phát triển hệ thống ABS khí nén 1.3 Tình hình nghiên cứu nƣớc 1.4 Tình hình nghiên cứu nƣớc 11 1.5 Đối tƣợng nghiên cứu 14 1.5.1 Xe nghiên cứu bố trí hệ thống ABS 15 1.5.2 Van chấp hành ABS phƣơng pháp điều khiển 17 1.6 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 19 1.7 Nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 20 1.8 Kết luận chƣơng 21 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 2.1 Quy trình nghiên cứu 23 2.2 Phƣơng pháp điều khiển ABS 25 2.3 Nghiên cứu khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS 28 2.4 Xây dựng mô hình mô chuyển động ô tô trình phanh 31 2.4.1 Chuyển động ô tô trình phanh đƣờng phẳng 31 2.4.2 Động lực học bánh xe trình phanh 34 2.4.3 Sự phân bố lại trọng lƣợng phanh 36 2.4.4 Mô hình mô chuyển động xe 36 2.4.5 Mô hình mô bánh xe 37 iii 2.5 Xây dựng mô hình mô hệ thống phanh khí nén 37 2.5.1 Cơ sở tính toán áp suất lƣu lƣợng khí nén hệ thống phanh 38 2.5.2 Mô hình mô van phân phối 40 2.5.3 Mô hình mô van xả nhanh dòng phanh cầu trƣớc 42 2.5.4 Mô hình mô van gia tốc dòng phanh cầu sau 43 2.5.5 Mô hình mô bầu phanh cấu phanh 43 2.6 Kết luận chƣơng 45 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN 47 3.1 Khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống ABS 47 3.2 Thuật toán điều khiển hệ thống ABS 49 3.3 Cảm biến phƣơng pháp đo vận tốc góc bánh xe 52 3.3.1 Cảm biến đo vận tốc góc bánh xe 52 3.3.2 Vành cảm biến 53 3.3.3 Phƣơng pháp xác định vận tốc góc gia tốc góc bánh xe 55 3.4 Mô hình mô hoạt động hệ thống ABS 56 3.4.1 Mô hình mô van chấp hành ABS 56 3.4.2 Mô hình mô cảm biến đo vận tốc góc bánh xe 58 3.4.3 Mô hình mô điều khiển 59 3.5 Mô hình mô chuyển động ô tô phanh hệ thống phanh khí nén có ABS 60 3.6 Nghiên cứu, xác định ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS 61 3.6.1 Mô điều khiển theo độ trƣợt bánh xe 62 3.6.2 Mô điều khiển theo gia tốc góc bánh xe 64 3.6.3 Kết mô 65 3.7 Kết luận chƣơng 69 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 70 4.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 70 4.2 Nghiên cứu xác hóa ngƣỡng điều khiển 70 iv 4.2.1 Quy trình mô thực nghiệm 70 4.2.2 Thiết bị thử nghiệm 71 4.2.3 Ngƣỡng điều khiển hoạt động hệ thống phanh khí nén có ABS 76 4.3 Thử nghiệm đánh giá hiệu hệ thống 84 4.4 Kết luận chƣơng 86 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ký hiệu Đơn vị a, b m Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trƣớc, đến cầu sau hg m Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt đƣờng L m Chiều dài sở Fx , F y , Fz N Lực tƣơng tác lốp mặt đƣờng theo phƣơng x, y, z Fr , F w N Lực cản lăn, lực cản không khí Mb Nm Fb N Lực phanh rd m Bán kính động lực học bánh xe x, y v , v Giải thích Mô men phanh Hệ số bám dọc, hệ số bám ngang m/s  Vận tốc dài ô tô , vận tốc trƣợt bánh xe Độ trƣợt bánh xe m kg Khối lƣợng ô tô b rad/s Vận tốc góc bánh xe  , b rad/s2 Gia tốc góc bánh xe p N/m2 Áp suất khí nén V m3 Thể tích bình chứa T K Nhiệt độ chất khí n mol R Jmol-1 K-1 γ N/m3 Trọng lƣợng riêng chất khí g m/s2 Gia tốc trọng trƣờng Khối lƣợng mol phân tử Hằng số chất khí vi A m2 Tiết diện dòng chảy Q m3/s Lƣu lƣợng khí nén Cn Khí dung chất khí Cv Hệ số tiết lƣu G Trọng lƣợng riêng trung bình chất khí Tu K Nhiệt độ khí nén Danh mục chữ viết tắt Ký hiệu Giải thích Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe ABS Anti-look Braking System ASR Anti Skid Regulator Hệ thống chống trƣợt quay bánh xe ATC Automatic Traction Control Hệ thống điều khiển lực kéo ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử ESC Electronic Stability Control Hệ thống điều khiển ổn định điện tử IC Integrated Circuit Vi mạch tích hợp RSC Roll Stability Control Hệ thống ổn định chống lật phanh vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Thông số xe nghiên cứu 15 Bảng Bảng trạng thái hoạt động van chấp hành ABS 19 Bảng Bảng trạng thái hoạt động mô hình mô van chấp hành ABS 58 Bảng Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS đƣợc xác định theo lý thuyết 65 Bảng Các giá trị ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS phù hợp với giá trị đo đƣợc thực tế hệ thống ABS luận án nghiên cứu 76 Bảng Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS đƣợc hiệu chỉnh qua mô thực nghiệm 80 Bảng Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS 81 Bảng 4 Quy chuẩn Việt Nam hiệu phanh kết thử nghiệm 84 Bảng Tiêu chuẩn Châu Âu ECE R13 hiệu phanh kết thử nghiệm 85 viii PL2 Sơ đồ mô bầu phanh cấu phanh sau bên phải PL2 Sơ đồ mô van chấp hành ABS Trong khối Supply khối Exhaust lần lƣợt đƣợc xây dựng nhƣ sau: -6- PL2 Sơ đồ mô khối Supply van chấp hành ABS PL2 10 Sơ đồ mô khối Exhaust van chấp hành ABS PL2 11 Sơ đồ mô thân xe -7- PL2 12 Sơ đồ mô bánh xe PL2 13 Sơ đồ mô thân xe -8- Phụ lục Kết mô trình phanh với vận tốc ban đầu: v0 = 72 km/h Gia toc goc banh xe truoc phai 100 Co ABS Khong ABS 75 Gia toc goc RL [rad/s2] Gia toc goc FR [rad/s2] 75 Gia toc goc banh xe sau trai 100 Co ABS Khong ABS 50 25 -25 -50 -75 50 25 -25 -50 -75 -100 Thoi gian phanh [s] -100 Thoi gian phanh [s] PL3 Gia tốc góc bánh xe trước phải sau trái đường khô, v0 = 72 km/h Do truot banh xe truoc phai Do truot banh xe sau trai Do truot RL [x100%] Do truot FR [x100%] 0.8 Co ABS Khong ABS 0.6 0.4 0.2 0 Thoi gian phanh [s] 0.8 Co ABS Khong ABS 0.6 0.4 0.2 Thoi gian phanh [s] PL3 Độ trượt bánh xe trước phải sau trái đường khô, v0 = 72 km/h Van toc banh xe truoc phai va van toc o to Van toc banh xe sau trai va van toc o to 80 v FR & v Vehicle [km/h] v FR & v Vehicle [km/h] 80 v FR, Co ABS v Vehicle, Co ABS v FR, Khong ABS v Vehicle, Khong ABS 60 40 20 v RL, Co ABS v Vehicle, Co ABS v RL, Khong ABS v Vehicle, Khong ABS 60 40 20 0 Thoi gian phanh [s] Thoi gian phanh [s] PL3 Vận tốc bánh xe thân xe trình phanh đường khô, v0 = 72 km/h -9- PL3 Đồ thị quãng đường phanh đường khô, v0 = 72 km/h Gia toc goc banh xe truoc phai 100 Co ABS Khong ABS 100 75 Co ABS Khong ABS 75 Gia toc goc RL [rad/s ] Gia toc goc FR [rad/s2] Gia toc goc banh xe sau trai 50 25 -25 -50 -75 50 25 -25 -50 -75 -100 -100 Thoi gian phanh [s] Thoi gian phanh [s] PL3 Gia tốc góc bánh xe trước phải sau trái đường ướt, v0 = 72 km/h Do truot banh xe truoc phai Do truot banh xe sau trai 0.8 Co ABS Khong ABS 0.6 0.4 0.2 0 Thoi gian phanh [s] Do truot RL [x100%] Do truot FR [x100%] 0.8 0.6 0.4 0.2 Co ABS Khong ABS Thoi gian phanh [s] PL3 Độ trượt bánh xe trước phải sau trái đường ướt, v0 = 72 km/h - 10 - Van toc banh xe truoc phai va van toc o to Van toc banh xe sau trai va van toc o to 80 70 v RL & v Vehicle [km/h] v FR & v Vehicle [km/h] 80 v FR, Khong ABS v Vehicle, Khong ABS v FR, Co ABS v Vehicle, Co ABS 60 50 40 30 20 10 70 v RL, Khong ABS v Vehicle, Khong ABS v RL, Co ABS v Vehicle, Co ABS 60 50 40 30 20 10 0 Thoi gian phanh [s] Thoi gian phanh [s] PL3 Vận tốc bánh xe thân xe trình phanh đường ướt, v0 = 72 km/h Quang duong phanh Quang duong phanh [m] 60 50 40 Co ABS Khong ABS 30 20 10 0 Thoi gian phanh [s] PL3 Đồ thị quãng đường phanh đường ướt, v0 = 72 km/h - 11 - Phụ lục Thiết bị đo ghi vận tốc góc bánh xe PL4 Bên thiết bị đo ghi vận tốc góc bánh xe PL4 Bộ thiết bị đo ghi vận tốc góc bánh xe - 12 - Phụ lục Chứng nhận kết đo Trung tâm thử nghiệm xe giới - 13 - - 14 - - 15 - - 16 - - 17 - Phụ lục 6: Một số hình ảnh thử nghiệm Thử nghiệm điều khiển điện tử đƣờng phủ nhựa asphalt khô Thử nghiệm điều khiển điện tử đƣờng phủ nhựa asphalt ƣớt - 18 - Thử nghiệm hệ thống phanh khí nén có ABS đƣờng bê tông với hỗ trợ Trung tâm đo lƣờng – Viện Kỹ Thuật Cơ giới Quân sự: Thử nghiệm hệ thống phanh khí nén có ABS đƣờng bê tông khô Thử nghiệm hệ thống phanh khí nén có ABS đƣờng bê tông ƣớt - 19 - Thử nghiệm hệ thống phanh khí nén có ABS đƣờng thử Trung tâm thử nghiệm xe giới – Cục Đăng kiểm Việt Nam: - 20 - [...]... ti KC.03.05/11-15 ch to theo mu van chp hnh ABS ca hóng Wabco Hot ng ca van chp hnh ABS [48] Hot ng ca van chp hnh ABS v s ng i ca khớ nộn trong trng hp ABS khụng hot ng v ABS hot ng nh sau: Trng hp ABS khụng hot ng: Van chp hnh ABS lỳc ny úng vai trũ nh mt on ng ng dn khớ nộn Trng thỏi ca van in t iu khin cp khớ, x khớ v ng i ca khớ nộn trong van ABS khi ABS khụng kớch hot nh Hỡnh 1 2 Khoang iu khin... nhiờn, trong trng hp phanh t vn tc thp hn, phanh trờn ng trn trt, quóng ng phanh khi cú ABS cú th di hn khi khụng cú ABS [59] Hiu qu ca ABS khi phanh vn tc thp khụng cao nờn h thng ABS khụng c kớch hot Gii hn vn tc ca ụ tụ trc khi phanh kớch hot h thng ABS khỏc nhau theo tng loi xe v theo nh sn xut ABS H thng ABS lp trờn xe ti r moúc hoc s mi r moúc giỳp hn ch c nguy c u kộo b quay ngc (jackknifing)... ỏn nghiờn cu kh nng lp t ABS lờn xe, nghiờn cu phng ỏn b trớ cm bin v van chp hnh ABS to i tng nghiờn cu thut toỏn iu khin, ngng iu khin v b iu khin in t Phng ỏn b trớ cm bin v van chp hnh ABS H thng ABS trờn xe ti s dng h thng phanh khớ nộn rt a dng, c phõn loi theo s cm bin (Sensor S) v s van chp hnh ABS (Modulator M) [48] nh: 4S/4M, 6S/4M, 6S/6M Vi xe nghiờn cu, h thng ABS cú th b trớ cỏc phng... Hỡnh 1 2 Trng thỏi van chp hnh ABS khi khụng lm vic Trng hp ABS hot ng pha tng ỏp Trng hp van chp hnh ABS hot ng pha tng ỏp, trng thỏi ca cỏc van in t v ng i ca khớ nộn trong van ging ht trng hp van chp hnh ABS khụng hot ng Khụng cú dũng in iu khin cỏc van in t iu khin cp khớ v x khớ Hot ng ca cỏc van in t v ng i ca khớ nộn trong van chp hnh ABS nh Hỡnh 1 2 - 17 - Trng hp ABS hot ng pha gim ỏp thc... hnh ABS trong quỏ trỡnh ABS khớ nộn hot ng Phm vi nghiờn cu Lun ỏn thc hin nghiờn cu h thng ABS dn ng khớ nộn trờn ụ tụ ti c trung bỡnh, s dng vnh rng cm bin v van chp hnh ABS do ti KC.03.05/11-15 ch to H thng ABS dn ng khớ nộn trờn xe nghiờn cu s dng thụng s t bn cm bin o vn tc gúc ca bn bỏnh xe iu khin bn van chp hnh ABS c lp, do ú lun ỏn nghiờn cu thut toỏn iu khin h thng ABS theo gia tc gúc ca... h thng phanh ABS trờn cỏc xe ti hng nng Nm 1996, hóng WABCO gii thiu h thng h thng ABS th h D dnh cho xe kộo moúc v gii thiu h thng iu khin in t cho h thng phanh EBS (Electronically controlled Braking System) Nm 1998, h thng EBS dnh cho xe kộo moúc c hon thin v bt u bt buc phi lp t h thng ABS trờn cỏc xe ti hng nh hn Nm 2000, gii thiu h thng ABS th h E trờn xe kộo moúc Nm 2003, h thng ABS c phỏt trin... 30% õy chớnh l mc tiờu nghiờn cu, ch to h thng phanh cú h thng chng hóm cng (ABS) Trờn th gii ó cú nhiu nghiờn cu v h thng ABS, tiờu biu cú cỏc cụng trỡnh sau: Thỏng 5 nm 1991, Rutledge Jack cụng b sỏng ch H thng phanh ABS khớ nộn dnh cho xe ti [60] H thng iu khin quỏ trỡnh phanh ABS khớ nộn ny khỏc vi cỏc h thng phanh ABS trc ú l khụng cú ECU v cm bin H thng t ng kớch hot mi khi ngi lỏi p phanh v... hnh ABS c tớch hp trong mt cm, do ú tng chiu di dõy tớn hiu v cỏc u kt ni c gim ti a, tin cy ca h thng tng lờn ỏng k Hn na, h thng c chia thnh hai mụ un iu khin ABS c lp, nu xy ra s c vi mt mụ un ABS thỡ h thng ABS kờnh cũn li vn hot ng bỡnh thng Gia hai mụ un cú giao tip nờn h thng ch cn cú mt h thng chn oỏn v ốn bỏo li Nhc im ln ca cụng trỡnh ny l h thng phc tp, cn n hai mụ un riờng bit iu khin ABS. .. iu khin ABS, ỏnh giỏ c hiu qu lm vic ca h thng ABS Tỏc gi ó ch to thnh cụng b iu khin in t v lp t, th nghim trờn xe Camry Le sn xut nm 2001 nhm ỏnh giỏ hot ng ca b iu khin ch to, th nghim ỏnh giỏ hiu qu ca h thng ABS Lun vn thc s ca Li Nng V (Nm 2007 H Bỏch khoa H Ni) vi ti Tng hp b iu khin in t v mụ phng h thng phanh cú ABS trờn xe du lch ó xõy dng mụ hỡnh mụ phng h thng phanh thy lc cú ABS trờn... thut toỏn iu khin h thng phanh khớ nộn cú ABS, nghiờn cu v mụ hỡnh húa hot ng ca h thng ABS lm c s cho nghiờn cu xỏc nh giỏ tr ngng iu khin h thng phanh khớ nộn cú ABS bng phng phỏp mụ phng trờn mỏy tớnh CHNG 4 NGHIấN CU THC NGHIM: Trỡnh by nghiờn cu thc nghim xỏc nh giỏ tr ngng iu khin h thng phanh khớ nộn cú ABS kt qu th nghim ỏnh giỏ hiu qu phanh ca h thng ABS trờn xe nghiờn cu Phn kt lun v kin ngh: ... cú ABS ngn hn khụng cú ABS Tuy nhiờn, trng hp phanh t tc thp hn, phanh trờn ng trn trt, quóng ng phanh cú ABS cú th di hn khụng cú ABS [59] Hiu qu ca ABS phanh tc thp khụng cao nờn h thng ABS. .. Van chp hnh ABS ti KC.03.05/11-15 ch to theo mu van chp hnh ABS ca hóng Wabco Hot ng ca van chp hnh ABS [48] Hot ng ca van chp hnh ABS v s ng i ca khớ nộn trng hp ABS khụng hot ng v ABS hot ng... thng phanh khớ nộn cú ABS trờn xe ụ tụ thụng thng nh trờn Hỡnh 11 [20] - 37 - Cm bin v vnh rng Trng phanh Van ABS Van ABS Van phõn phi Van gia tc Van x nhanh Van ABS ECU Van ABS Bu phanh Bu phanh