Xây dựng mô hình nghiên cứu động lực học của hệ thống phanh điều khiển by wire

-3- DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt Tên đầy đủ Ý nghĩa 1 ABS Anti-lock Brake System Hệ thống chống bó cứng bánh xe 2 ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử 3 BAS Br

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHẠM VĂN TUẤN

XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA

HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN BY WIRE

Chuyên ngành

Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHUYÊN NGÀNH Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS PHẠM HỮU NAM

Hà Nội – Năm 2012

LÝ LỊCH KHOA HỌC

(Dùng cho học viên cao học)

I Sơ lược lý lịch:

Họ và tên: Phạm Văn Tuấn Giới tính: Nam

Sinh ngày: 10 tháng 07 năm 1986

Nơi sinh(Tỉnh mới): Mạo Khê – Đông Triều – Quảng Ninh

Quê quán: Mạo Khê – Đông Triều – Quảng Ninh

Chức vụ: Cán bộ Phòng Bồi Thường

Đơn vị công tác: Công ty Bảo Hiểm Ngân Hàng Thương Mại Cổ Phần Công Thương Việt Nam Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc:Số 2/581 Bạch Đằng, Hoàn Kiếm, Hà Nội

Điện thoại CQ: Điện thoại NR: Điện thoại di động: 0942150886

Fax: E-mail: phamtuanbk@gmail.com

II Quá trình đào tạo:

1 Trung học chuyên nghiệp (hoặc cao đẳng):

- Hệ đào tạo (Chính quy, tại chức, chuyên tu) ….… Thời gian đào tạo: từ / đến ……

- Trường đào tạo …… ………

- Ngành học: ………… Bằng tốt nghiệp đạt loại …

2 Đại học:

- Hệ đào tạo (Chính quy,tại chức, chuyên tu) Chính Quy Thời gian đào tạo: từ 09 /2004 đến 09/2009

- Trường đào tạo: Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Ngành học: Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG Bằng tốt nghiệp đạt loại: KHÁ

3 Thạc sĩ:

- Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo: từ 2009 đến 2011

- Chuyên ngành học: Ô TÔ

- Tên luận văn: XÂY DỰNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG

PHANH ĐIỀU KHIỂN "BY WIRE"

- Người hướng dẫn Khoa học: PGS.TS PHẠM HỮU NAM

4 Trình độ ngoại ngữ (Biết ngoại ngữ gì, mức độ nào): Tiến Anh, B1

III Quá trình công tác chuyên môn kể từ khi tốt nghiệp đại học:

Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhận

2010 – đến nay Công ty Bảo Hiểm Ngân

Hàng Công Thương VN

Giám định, Bồi thường

IV Các công trình khoa học đã công bố:

Tôi cam đoan những nội dung viết trên đây là đúng sự thật

Ngày 15 tháng 03 năm 2012

NGƯỜI KHAI KÝ TÊN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS

TS Phạm Hữu Nam Đề tài được thực hiện tại bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác

Hà Nội, 15/3/2012 Tác giả

Phạm Văn Tuấn

-1-

MỤC LỤC……… 1

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ……… 3

LỜI NÓI ĐẦU………7

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN……… 9

1.1 Tính ổn định chuyển động của ô tô ở các chế độ làm việc……… 9

1.2 Một số kết quả nghiên cứu hệ thống phanh trong nước……… 14

1.3 Vấn đề nghiên cứu và mục tiêu nghiên cứu của đề tài……… 15

CHƯƠNG 2 ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN BY WIRE 2.1 Đặc điểm chung hệ thống phanh điều khiển By Wire………17

2.2 Phân loại hệ thống phanh điều khiển By Wire………17

2.3 Các cảm biến dùng trên xe có trang bị hệ thống phanh điều khiển By Wire….21 2.4 Các chế độ làm việc của hệ thống phanh điều khiển By Wire………22

2.4.1 Chế độ ABS……… 22

2.4.2 Chế độ TRC……… 22

2.4.3 Chế độ VSC……… 25

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 3.1 Sơ đồ các lực và mô men tác động lên ô tô khi chuyển động………28

3.2 Phương trình chuyển động của ô tô………30

3.3 Tính toán trị số lực dọc và lực ngang tác dụng lên ô tô khi chuyển động……… 31

3.4 Tính toán tải trọng tác dụng lên ô tô khi phanh……….33

3.5 Tính toán các thông số động học của xe khi chuyển động trên đường vòng 3.5.1 Thông số động học chuyển động của xe……… 35

3.5.2 Thông số động học của bánh xe………37

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG SỐ 4.1 Mục đích mô phỏng số………41

4.2 Công cụ Matlab – Simulink………41

4.3 Bảng số liệu tính toán……… 43

4.4 Các khối mô phỏng mô hình động lực học của ô tô 4.4.1 Khối tính toán thông số vận tốc chuyển động của ô tô……… 43

-2-

4.4.2 Khối tính toán góc lệch thân xe………44

4.4.3 Khối tính toán góc xoay thân xe………45

4.4.4 Khối tính toán tọa độ trọng tâm ô tô và góc quay bánh xe dẫn hướng 46 4.4.5 Khối tính toán tải trọng thẳng đứng tại các bánh xe……… 47

4.4.6 Khối tính toán gia tốc bánh xe………49

4.4.7 Khối tính toán độ trượt và góc lệch bên các bánh xe……….52

4.4.8 Khối tính toán lực dọc và lực ngang tại các bánh xe……… 55

4.4.9 Khối tính toán động học chuyển động của xe……….57

4.4.10 Khối tính toán mô men kéo tại các bánh xe……… 58

4.5 Các trường hợp khảo sát 4.5.1 Trường hợp không VSC và có VSC ở vận tốc 60 km/h 59

4.5.2 Trường hợp TRC 61

KẾT LUẬN 69

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

-3-

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

TT Chữ viết tắt Tên đầy đủ Ý nghĩa

1 ABS Anti-lock Brake System Hệ thống chống bó cứng bánh xe

2 ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử

3 BAS Brake Assist System Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp

5 TRC Traction Hệ thống chống trượt quay bánh xe

6 VSC Vehicle Stability Control

Hệ thống điều khiển ổn định hướng chuyển động của xe

7 EHB Electric Hydraulic Brake

Hệ thống phanh by wire có hỗ trợ thủy lực

8 EMB Electric Mechanical Brake

Hệ thống phanh by wire không hỗ trợ thủy lực

-4-

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Đặc tính trượt ứng với các loại đường khác nhau

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc ABS bố trí 4 cảm biến, 4 kênh điều khiển

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống phanh ABS kết hợp TRC

Hình 1.4: Hiệu chỉnh quỹ đạo chuyển động của ô tô

Hình 2.1: Sơ đồ chung hệ thống phanh By Wire

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống phanh EHB

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống phanh EMB

Hình 2.4: Cơ cấu phanh EMB kiểu chêm

Hình 2.5: Cơ cấu phanh EMB sử dụng bộ truyền hành tinh

Hình 2.6: Tín hiệu điện áp của cảm biến tốc độ bánh xe

Hình 2.7: sơ đồ hệ thống phanh EHB

22 Zi Lực theo phương thẳng đứng tại các bánh xe N

-5-

Hình 2.8: Hệ thống phanh EHB ở chế độ TRC

Hình 2.11: Hệ thống phanh EHB ở chế độ VSC

Hình 3.1: Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng ngang

Hình 3.2: Các lực tác dụng lên ô tô theo mặt phẳng

Hình 3.3: Quan hệ động học của ô tô trong mô hình phẳng tổng quát

Hình 3.4: Xác định vị trí trọng tâm ô tô tại một thời điểm nhất định

Hình 3.5: Sơ đồ xác định gia tốc trọng tâm

Hình 3.6: Quan hệ động học mô hình động học hai vết

Hình 3.7: Quan hệ động học của bộ vi sai

Hình 3.8: Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh

Hình 3.9: Sự phân chia phản lực thẳng đứng của một cầu

Hình 3.10: Sự thay đổi tải trọng thẳng đứng của các bánh xe

Hình 3.11: Trạng thái của bánh xe

Hình 3.12: Sơ đồ tính toán lực tác dụng trên vết với bánh xe chủ động

Hình 3.13: Sơ đồ tính toán lực tác dụng trên vết với bánh xe bị phanh

Hình 4.1: Modul tính toán vận tốc chuyển động ô tô

Hình 4.2: Modul tính toán góc lệch thân xe

Hình 4.3: Modul tính toán góc xoay thân xe

Hình 4.4: Modul tính toán tọa độ trọng tâm xe và góc quay bánh xe

dẫn hướng Hình 4.5: Modul tính toán tải trọng thẳng đứng tại các bánh xe

Hình 4.6: Các chương trình con tính toán tải trọng thẳng đứng tác dụng lên

các bánh xe Hình 4.7: Modul tính toán gia tốc góc tại bánh xe 1

Hình 4.8: Modul tính toán gia tốc góc tại bánh xe 2

Hình 4.9: Modul tính toán gia tốc góc tại bánh xe 3

Hình 4.10: Modul tính toán gia tốc góc tại bánh xe 4

Hình 4.11: Modul tính toán độ trượt và góc lệch bên tại các bánh xe

Hình 4.12: Chương trình con tính toán độ trượt và góc lệch bánh xe số 1 Hình 4.13: Chương trình con tính toán độ trượt và góc lệch bánh xe số 2

-6-

Hình 4.14: Chương trình con tính toán độ trượt và góc lệch bánh xe số 3 Hình 4.15: Chương trình con tính toán độ trượt và góc lệch bánh xe số 4 Hình 4.16: Chương trình chính tính lực dọc và ngang tại các bánh xe

Hình 4.17: Chương trình con tính toán lực dọc và ngang tại các bánh xe chủ

động Hình 4.18: Chương trình con tính toán lực dọc và ngang tại các bánh xe

bị động Hình 4.19: Mo đul tính toán động học chuyển động của xe

Hình 4.20: Modul tính toán mô men kéo tại các bánh xe

Hình 4.21: Modul tính toán mô men kéo tại các bánh xe có thêm

mô men phanh Hình 4.22: Hàm điều khiển góc quay vành lái

Hình 4.23 Gia tốc bên của xe trong trường hợp không có VSC

Hình 4.24 Gia tốc bên của xe trong trường hợp có VSC

Hình 4.25 Góc lệch thân xe trong trường hợp không có VSC

Hình 4.26 Góc lệch thân xe trong trường hợp có VSC

Hình 4.27 Góc xoay thân xe trong trường hợp không có VSC

Hình 4.28 Góc xoay thân xe trong trường hợp có VSC

Hình 4.29 Góc lệch bánh xe 1,2 trong trường hợp không có VSC

Hình 4.30 Góc lệch bánh xe trong trường hợp có VSC

Hình 4.31 Độ trượt của bánh xe trong trường hợp không có VSC

Hình 4.32 Độ trượt của bánh xe trong trường hợp có VSC

Hình 4.33 Bán kính quay vòng thực tế và lý thuyết trường hợp không có VSC

Hình 4.34 Bán kính quay vòng thực tế và lý thuyết trường hợp có VSC Hình 4.35 Độ trượt tại bánh xe

Hinh:4.36 Vận tốc góc bánh xe

Hinh4.37.: Vận tốc góc bánh xe

-7-

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nền công nghiệp sản xuất ô tô đã chứng kiến sự xuất hiện của nhiều công nghệ mới rất đáng chú ý Sự phát triển của công nghệ phần mềm, của những bộ vi xử lý tốc độ khiến ô tô ngày càng hoàn thiện hơn Một số công nghệ gần đây giúp hệ thống phanh ô tô hoạt động hiệu quả hơn và tăng cường sự kiểm soát khi điều khiển xe trong tình trạng thời tiết xấu Ba công nghệ an toàn của hệ thống phanh, bắt đầu xuất hiện từ giữa những năm 1980 Đó là các công nghệ: ABS (Anti-lock Brakes 1978), Traction control (1985) và hệ thống cân bằng điện tử Stability control (1995) Ba công nghệ đều liên quan đến vấn đề đảm bảo khả năng bám giữa lốp xe và mặt đường

Ngày nay với sự phát triển của ngành cơ điện tử đã thay thế dần các hệ thống phanh truyền thống bằng các hệ thống cơ điện tử nhưng vẫn đáp ứng được các tính năng ưu việt của các hệ thống ABS và các liên hợp của nó Đó là hệ thống phanh điều khiển “By Wire” Hệ thống phanh mới này có kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí và có

ưu điểm là thời gian chậm tác dụng của hệ thống là rất nhỏ(có thể coi là tức thời) Mặt khác hệ thống phanh By Wire hoạt động dựa trên tín hiệu điện, và có thể hoạt động ngay cả khi không có tác động trực tiếp của người lái Đây là xu hướng phát triển hệ thống phanh trong tương lai

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết bằng việc xây dựng mô hình động lực học để khảo sát các tính năng ổn định của xe có trang bị hệ thống phanh điều khiển “By Wire’’ Luận Văn thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Phân tích tính ổn định chuyển động của xe trong các chế độ làm việc

- Xây dựng mô hình nghiên cứu động lực học trên ô tô có sử dụng hệ thống phanh By Wire

- Tính toán, mô phỏng số để đánh giá được tính năng ổn định trên xe ô tô

có sử dụng hệ thống phanh By Wire

Đề tài được thực hiện tại Bộ môn ôtô và xe chuyên dụng, Viện Cơ khí Động lực Trường ĐHBK Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Phạm Hữu Nam Đề tài

Hà Nội, ngày 15/03/2012

Tác giả

Phạm Văn Tuấn

-9-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính ổn định chuyển động của ô tô ở các chế độ làm việc khác nhau

Quá trình chuyển động của ô tô là quá trình tương tác giữa bánh xe và mặt đường Lực bám giữa bánh xe và mặt đường được đặc trưng bằng hệ số bám  theo

cả hai phương, phương dọc (x) và phương ngang (y) Các kết quả nghiên cứu về động lực học của bánh xe ô tô chuyển động trên nền đường cứng cho thấy dưới tác dụng của mô men (phanh hoặc kéo), lốp xe bị biến dạng làm xuất hiện hiện tượng trượt cục bộ tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

Bằng thực nghiệm, người ta đã xây dựng được đồ thị trượt thể hiện mối quan hệ giữa các hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y đối với độ trượt tương đối  của bánh xe khi phanh

Hình 1.1: Đặc tính trượt ứng với các loại đường khác nhau

Các hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y đều thay đổi theo độ trượt  Ban đầu khi tăng độ trượt  thì hệ số bám dọc x tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị

-10-

cực đại trong khoảng độ trượt  = 10 ÷ 30% Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì x giảm, khi độ trượt  = 100% (lốp xe bị trượt lết hoàn toàn khi phanh) thì hệ số bám dọc xgiảm 20 ÷ 30% so với hệ số bám cực đại Khi đường ướt còn có thể giảm nhiều hơn nữa, đến 50 ÷ 60% Đối với hệ số bám ngang y sẽ giảm nhanh khi độ trượt tăng, ở trạng thái trượt lết hoàn toàn thì y giảm xuống gần bằng không

Hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại xmax ở giá trị độ trượt tối ưu 0 Thực nghiệm chứng tỏ rằng ứng với các loại đường khác nhau thì giá trị 0 thường nằm trong giới hạn từ 10 ÷ 30 % Ở giá trị độ trượt tối ưu 0 này, không những đảm bảo

hệ số bám dọc x có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang y cũng có giá trị khá cao, giúp cho lực bám dọc và bám ngang của bánh xe duy trì ở mức cao nhằm làm tăng tính ổn định hướng của ô tô khi phanh

Khi ở chế độ phanh, nếu lực phanh vượt quá giới hạn lực bám của bánh xe theo phương dọc thì sẽ làm cho bánh xe bị trượt lết, ảnh hưởng đến tính ổn định hướng chuyển động của xe

Để khắc phục hiện tượng trượt lết tại các bánh xe khi phanh trên xe ô tô ngay nay đã được trang bị hệ thống phanh ABS Đây là hệ thống phanh điều khiển kiểu điện tử cho phép tự động điều khiển áp suất trong dẫn động phanh ra các bánh xe sao cho duy trì được độ trượt của các bánh xe trong khi phanh nằm trong vùng độ trượt tối ưu Hệ thống ABS được thiết kế dựa trên cấu tạo của một hệ thống phanh thông thường Ngoài các cụm bộ phận chính của một hệ thống phanh như cụm xi lanh chính, cơ cấu phanh bánh xe, các van điều hòa lực phanh để thực hiện chức năng chống hãm cứng bánh xe khi phanh, hệ thống ABS được trang bị thêm các bộ phận như cảm biến tốc độ bánh xe, ECU điều khiển quá trình phanh, cơ cấu chấp hành thủy lực, Hình 1.2 giới thiệu sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống phanh ABS loại điều khiển độc lập

-11-

Hình 1.2: Sơ đồ cấu trúc ABS bố trí 4 cảm biến, 4 kênh điều khiển

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS:

Trên hình 1.2 tín hiệu từ các cảm biến đo tốc độ góc đặt ở các bánh xe được gửi về bộ điều khiển trung tâm Bộ điều khiển trung tâm tính toán, xử lý và đưa ra tín hiệu điều khiển sự hoạt động của cơ cấu chấp hành Cơ cấu chấp hành của hệ thống ABS là hệ các van thủy lực điện từ điều khiển đóng/mở đường dầu đến các

xy lanh phanh bánh xe nhằm duy trì độ trượt  từ 0,17 đến 0,3 đảm bảo phát huy được lực phanh tối ưu trong quá trình phanh

Hệ thống phanh ABS đã tận dụng được tối đa khả năng bám của bánh xe với mặt đường, tránh hiện tượng trượt lết tại các bánh xe, khi bánh xe bị trượt lết có thể dẫn đến hiện tượng mất ổn định khi phanh Tuy nhiên hệ thống ABS còn có một số mặt hạn chế là hệ thống chỉ hoạt động khi có lực tác động lên bàn đạp của người lái, trong một số trường hợp phanh khẩn cấp thì hệ thống ABS thông thường chưa đáp ứng kịp Để khắc phục điều này thì các nhà thiết kế ô tô đã tích hợp thêm các chức năng khác trên hệ thống phanh ABS thông thường, như hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BA, hệ thống phân phối lực phanh EBD,

-12-

Ở chế độ kéo (khi tăng tốc hoặc khởi hành) các bánh xe có thể dễ bị trượt quay nếu xe khởi hành hoặc tăng tốc đột ngột do lực kéo chủ động vượt quá khả năng bám của bánh xe với mặt đường

Để khắc phục các hiện tượng này thì các xe ngày nay đã được trang bị thêm

hệ thống kiểm soát lực kéo, thường được gọi là hệ thống TRC Hệ thống này được thiết kế dựa trên cơ sở một hệ thống ABS Khi có hiện tượng trượt quay của bánh

xe, hệ thống Traction sẽ có đồng thời hai tác động: một là giảm mô men xoắn của động cơ bằng cách đóng bớt bướm ga mà không phụ thuộc vào ý định của người lái, hai là cùng lúc đó nó kết hợp với hệ thống ABS điều khiển hệ thống phanh tác động lên các bánh xe chủ động, vì vậy làm giảm mô men kéo truyền xuống bánh xe, giúp bánh xe tận dụng được tối đa lực kéo Nhờ đó, xe có thể khởi hành và tăng tốc một cách nhanh chóng và ổn định

Hình 1.3: Sơ đồ hệ thống phanh ABS kết hợp TRC

-13-

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS kết hợp TRC

Ngoài các bộ phận giống như hệ thống phanh ABS thì hệ thống TRC còn được trang bị thêm cảm biến vị trí bướm ga phụ, bộ chấp hành bướm ga phụ, bộ chấp hành phanh TRC….Từ đó cho thấy để thực hiện chức năng chống trượt quay thì hệ thống TRC phải bổ sung các kết cấu để đảm bảo các chức năng riêng biệt, làm hệ thống sẽ phức tạp hơn so với hệ thống phanh ABS Hệ thống TRC khiển công suất của động cơ theo nguyên lí điều khiển bướm ga phụ Cánh bướm ga phụ được dẫn động bằng một động cơ bước

Hệ thống điều khiển là TRC ECU và ABS ECU sẽ đánh giá trạng thái chuyển động của xe dựa trên tín hiệu từ các cảm biến tốc độ bánh xe, dựa vào tín hiệu vị trí bướm ga từ hộp điều khiển động cơ ECU…rồi gửi tín hiệu điều khiển đến

bộ chấp hành cánh bướm ga phụ và bộ chấp hành phanh TRC Cùng lúc đó gửi tín hiệu đến ECU động cơ và ECT để báo TRC đang hoạt động Khi TRC chưa làm việc: cánh bướm ga phụ mở hoàn toàn phụ thuộc vào độ mở của cánh bướm ga chính Khi TRC làm việc: để giảm mô men kéo truyền xuống đến bánh xe, TRC ECU điều khiển động cơ bước đóng bớt cánh bướm ga phụ để giảm công suất động

cơ Ở trạng thái TRC hoạt động hoàn toàn cánh bướm ga phụ đóng hoàn toàn

Hệ thống phanh TRC có ưu điểm so với hệ thống phanh thông thường: + Điều chỉnh mô men xoắn của động cơ theo điều kiện bám của bánh xe với mặt đường Nhờ việc điều chỉnh này mà giảm được công suất mất mát, tiết kiệm nhiên liệu

+ Đảm bảo duy trì được lực dọc và lực ngang tốt theo điều kiện bám, do vậy

xe có thể khởi hành và tăng tốc một cách nhanh chóng vào hiệu quả cũng như ổn định hướng chuyển động khi khởi hành hay tăng tốc

Khi ô tô thay đổi hướng chuyển động, thân xe sẽ kéo rê bánh xe theo hướng chuyển động ban đầu làm cho bánh xe bị trượt ngang Nếu sự trượt ngang của bánh

xe quá lớn xe có thể quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa Khi xe chuyển động trên đường vòng do tác động của lực bám làm bánh xe biến dạng dẫn đến quỹ đạo

-14-

chuyển động không trùng với quỹ đạo mong muốn Để khắc phục hiện tượng này trên ô tô hiện nay được trang bị hệ thống điều khiển tính ổn định bằng điện tử VSC Khi có hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa xảy ra, hệ thống VSC

sẽ nhận biết thông qua các cảm biến góc lái và cảm biến gia tốc ngang, tự động điều khiển một lực phanh chính xác đến các bánh xe tương ứng ở cầu trước hoặc cầu sau

để duy trì hướng chuyển động của xe theo sự điều khiển của người lái

Đồng thời với sự điều khiển phanh, hệ thống VSC cũng gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ, điều khiển giảm bớt mô men xoắn của động cơ Nhờ vậy xe đạt được tính ổn định cao khi quay vòng

Hình 1.4: Hiệu chỉnh quỹ đạo chuyển động của ô tô

Hình (1.4 a) cho thấy khi xe có xu hướng quay vòng thiếu thì VSC điều khiển phanh bánh xe sau trái, còn khi xe có xu hướng quay vòng thừa (hình 1.4 b) thì VSC điều khiển phanh bánh xe trước phải, nhờ vậy giúp cho xe ổn định khi quay

vòng

ABS và các liên hợp mở rộng từ hệ thống ABS đã đáp ứng được các chỉ tiêu hiệu quả khi phanh, ổn định hướng khi phanh, nâng cao khả năng an toàn của xe

ổn định hướng chuyển động của xe trong các chế độ phanh, kéo, hoặc khi đi vào đường vòng Đảm bảo chức năng phanh tự động khi không có tác động của người lái Hệ thống phanh điều khiển By Wire là một xu hướng mới Hệ thống phanh điều khiển By Wire có kết cấu mới thay thế cấu trúc của hệ thống phanh truyền thống

1.2 Một số kết quả nghiên cứu hệ thống phanh trong nước

Việt Nam đã có một số nghiên cứu tiếp cận với hệ thống phanh điều khiển bằng điện tử Những nghiên cứu ban đầu đa số là nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng

hệ thống bằng các phần mềm mô phỏng

Nghiên cứu “ Động lực học của quá trình phanh ô tô có trang bị bộ chống hãm

cứng bánh xe ABS của tác giả Nguyễn Mạnh Cường công bố năm 1996 đã bước đầu

nghiên cứu các nguyên lý chung của hệ thống ABS Trong nghiên cứu, tác giả có đề cập tới ảnh hưởng của tương tác lốp – mặt đường, và mô hình tính toán phanh Nghiên cứu “ Tổng hợp bộ điều khiển điện tử và mô phỏng hệ thống phanh có

ABS trên ô tô du lịch” của tác giả Lại Năng Vũ năm 2007, đã trình bày mô hình

ABS ½ xe và phương pháp điều khiển ABS theo giá trị gia tốc ngưỡng Tác giả cũng đã xây dựng một mô hình thực nghiệm ABS cùng với bộ điều khiển ABS gốc

và bộ điều khiển ABS xây dựng để kiểm tra đánh giá lại kết quả Tuy nhiên giá trị gia tốc ngưỡng đưa ra chủ yếu theo kinh nghiệm, chưa có cơ sở tính toán cũng như kiểm nghiệm tính hợp lý của các trị số này

Luận văn “ Nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển điện tử cho hệ

thống phanh ô tô con” của tác giả Hồ Hữu Hùng năm 2009 đã đi sâu hơn vào việc

nghiên cứu xây dựng bộ điều khiển điện tử cho hệ thống phanh ABS Tác giả xây dựng phương phương pháp điều khiển theo gia tốc ngưỡng theo các pha tăng áp, giữ

áp và giảm áp của một hệ thống ABS cụ thể sử dụng van 3 vịt trí Tuy nhiên nghiên cứu này chưa đưa ra được các bước xây dựng mộ bộ điều khiển cũng như cơ sở xác

-16-

định thông số xây dựng bộ điều khiển, các giá trị ngưỡng trong điều khiển chưa được kiểm nghiệm cả trong tính toán lý thuyết cũng như thực nghiệm

Về phanh hệ thống phanh By Wire thì hiện nay chưa có đề tài nào thực hiện và

là kiến thức cần được bổ sung trong quá trình đào tạo, khai thác, điều khiển, ổn định của ôtô

1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu và nhiệm vụ của đề tài

Hệ thống phanh điều khiển By Wire là một hệ thống mới được trang bị trên ô

tô Hệ thống này cải thiện được các tính năng ổn định chuyển động của xe trong các trường hợp xe đi trên đường có hệ số bám thấp, tăng tốc hoặc xe đi vào đường vòng Trên cơ sở đó thì đề tài chủ yếu tập trung vào nghiên cứu tính năng động lực học của xe khi sử dụng hệ thống phanh điều khiển By Wire ở các chế độ VSC và TRC Từ đó đánh giá được tính năng ổn định hướng chuyển động của ô tô khi sử dụng hệ thống phanh By Wire

Các nội dung thực hiện trong đề tài bao gồm

1 Phân tích nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh By Wire để hiểu được các ưu điểm của hệ thống

2 Xây dựng mô hình nghiên cứu các chức năng VSC và TRC đặc trưng của

hệ thống phanh By Wire

3 Tính toán, mô phỏng số để đánh giá được các chức năng của hệ thống phanh điều khiển By Wire

-17-

CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN

BY WIRE

2.1 Đặc điểm chung hệ thống phanh điều khiển By Wire

Hệ thống phanh điều khiển By Wire là một trong những hệ thống điều khiển điện tử Trong đó lực tác động của người lái không tác động trực tiếp để tạo mô men phanh như các hệ thống phanh thông thường mà chỉ có chức năng tạo tín hiệu

để điều khiển phanh Trong trường hợp hệ thống điện của hệ thống không hoạt động thì lực bàn đạp của người lái tác động trực tiếp đến cơ cấu phanh tạo mô men phanh(chức năng dự phòng) Hệ thống phanh điều khiển By Wire bao gồm các thành phần cơ bản: các cảm biến, các khối xử lí thông tin ECU, mạng thông tin, cơ cấu chấp hành và nguồn năng lượng điện

Hình 2.1: Sơ đồ chung hệ thống phanh By Wire

Nguyên lý làm việc chung của hệ thống phanh By Wire:

Theo sơ đồ hình 2.1 khi người lái tác dụng lực lên bàn đạp phanh, tín hiệu từ cảm biến bàn đạp phanh và các cảm biển tốc độ bánh xe…được đưa tới ECU để tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành thực hiện chức năng phanh bánh xe Như vậy ở hệ thống phanh By Wire thì lực bàn đạp của người lái chỉ là một tín hiệu điều khiển hệ thống phanh.Trong trường hợp hệ thống điện bị hỏng thì

-18-

lực bàn đạp phanh của người lái xe sẽ tác động trực tiếp đến cơ cấu chấp hành phanh để thực hiện chức năng phanh dự phòng Tuy nhiên hiệu quả không cao Ngoài ra thì hệ thống phanh By Wire hoạt động cả trong trường hợp không có tác động của người lái Các tín hiệu cảm biến luôn luôn được đưa về ECU tính toán và

xử lí, ECU sẽ đưa ra các tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành để đảm bảo khả năng

ổn định tối ưu của xe

2.2 Phân loại các hệ thống điều khiển By Wire

Hệ thống phanh By Wire có thể chia làm 2 loại:

+ Phanh By Wire có hỗ trợ thủy lực EHB (Electric Hydraulic Brake),

+ Phanh By Wire không hỗ trợ thủy lực EMB (Electric Mechanical Brake)

Hệ thống phanh EHB

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống phanh EHB

Hệ thống EHB hoàn toàn đáp ứng khả năng làm việc của hệ thống phanh thủy lực ABS và các liên hợp của xe, nhưng về mặt cấu trúc có những thay đổi đáng

kể EHB không dùng bộ trợ lực trên xy lanh chính Cụm bàn đạp xy lanh chính chỉ làm nhiệm vụ cấp tín hiệu khi phanh từ bàn đạp, đồng thời đảm nhận chức năng phanh xe dự phòng khi có sự cố trong hệ thống điện điều khiển Năng lượng phanh

-19-

thực hiện thông qua bơm dầu DC (với nguồn điện 1 chiều cấp từ bình điện của xe)

Hệ thống truyền năng lượng tiến hành phanh và điều chỉnh một phần lực kéo bánh

xe thực hiện nhờ các mạch thủy lực truyền dẫn từ bơm dầu tới các van điều áp bố trí trong khối thủy lực

Hệ thống phanh EMB

Hình 2.3 : Sơ đồ hệ thống phanh EMB

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống phanh EMB

Sơ đồ của hệ thống phanh EMB dược thể hiện trên hình 2.2 Sơ đồ trên cho thấy kết cấu và nguyên lý hoạt động của hệ thống này có rất nhiều thay đổi so với các hệ thống phanh trước đây:

+ EMB không có xi lanh chính cũng như bộ trợ lực phanh

+ Cụm bàn đạp phanh không có bất cứ liên kết cơ khí nào với cơ cấu chấp hành và cơ cấu phanh tại bánh xe

+ EMB không sử dụng bất cứ năng lượng thủy lực nào cả vì thế không cần đến các đường ống thủy lực, các cảm biến áp suất dầu, các bình chứa dầu, bình tích

áp và các van thủy lực

+ Ở EMB, xy lanh phanh tại các bánh xe được thay thế bằng mô tơ bước Như vậy hệ thống phanh EMB hoàn toàn sử dụng năng lượng điện để điều khiển quá trình phanh Vì thế, kết cấu của hệ thống nhỏ gọn hơn, thời gian chậm tác

-20-

dụng phanh nhỏ hơn và hiệu suất truyền lực dẫn động cao hơn so với các hệ thống phanh trước đây Tuy nhiên, phần mạch điện ECU rất phức tạp, đòi hỏi làm việc với

độ chính xác rất cao và ắc quy phải có năng lượng tích trữ lớn

Có 2 kiểu kết cấu cụm cơ cấu phanh cho hệ thống phanh EMB:

+ Kiểu thứ nhất: sử dụng 2 mô tơ DC, mỗi mô tơ được cấp dòng điện có

điện áp 12 V dẫn động kiểu trục vít đai ốc, và bộ truyền chêm

Hình 2.4: Cơ cấu phanh EMB kiểu chêm

+ Kiểu thứ hai: Sử dụng 1 mô tơ DC được cấp dòng điện có điện áp 12 V

dẫn động bộ truyền bánh răng trong đó có sử dụng bộ truyền hành tinh và cơ cấu pít tông

Hình 2.5: Cơ cấu phanh EMB sử dụng bộ truyền hành tinh

-21-

2 3 Các loại cảm biến dùng trên xe có trang bị hệ thống phanh By Wire

+ Cảm biến tốc độ bánh xe dùng để xác định tốc độ góc của bánh xe là cơ sở để xác định độ trượt tại các bánh xe Có hai loại: cảm biến điện từ và cảm biến hall Trong

đó cảm biến biến điện từ được sử dụng phổ biến hơn Cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ bao gồm một nam châm vĩnh cửu, cuộn dây vào lõi từ Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rô to cảm biến cũng như số răng của rô to cảm biến thay đổi theo kiểu

xe

Hình 2.6: Tín hiệu điện áp của cảm biến tốc độ bánh xe

Khi bánh xe quay, vành răng quay theo, khe hở A giữa đầu lõi từ và vành răng thay đổi, từ thông biến thiên làm xuất hiện trong cuộn dây một sức điện động xoay chiều hình sin có biên độ và tần số thay đổi tỉ lệ theo tốc độ góc của bánh xe

+ Cảm biến gia tốc dọc(cảm biến giảm tốc): bao gồm hai cặp đèn LED và phototransistor, một đĩa xẻ rảnh và một mạch biến đổi tín hiệu Đặc điểm của đèn LED là phát sáng khi cấp điện và phototransistor là dẫn điện khi có ánh sáng chiếu vào Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rãnh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức độ giảm tốc

-22-

+ Cảm biến gia tốc ngang, là loại cảm biến dạng phototransistor được gắn theo trục ngang của xe Cảm biến này có mặt trên hệ ABS+TRC+VSC đơn giản, nó cho phép đo trực tiếp sự biến thiên gia tốc bên của xe trong quá trình quay vòng

Hình 2.7 Cảm biến gia tốc kiểu cơ khí

+ Cảm biến góc quay thân xe (yaw-rate sensor) là loại cảm biến đo sử dụng nguyên lý đo gia tốc Coriolis với dạng đầu đo được đặt trên giá con quay hồi chuyển Giá đặt trên thân xe tham gia chuyển động quay theo 2 trục (trong không gian 3 trục) Cảm biến này sử dụng bánh đà quay với số vòng quay cao được dẫn động bằng động cơ điện môt chiều, do vậy tổn hao công suất điện lớn

Hình 2.8 Cảm biến góc quay thân xe

-23-

2.4 Các chế độ làm việc của hệ thống phanh điều khiển By Wire

Hình 2.9 Sơ đồ chung hệ thống phanh EHB

Các cảm biến và các khối cơ bản được thể hiện trên hình 2.9 bao gồm:

- Công tác bàn đạp phanh được bố trí ở bàn đạp phanh có tác dụng cung cấp tín hiệu khi bắt đầu phanh

- Cảm biến hành trình được đặt ở xi lanh chính có tác dụng cung cấp tín hiệu về mức độ phanh, bình thường hay khẩn cấp từ bàn đạp phanh

-24-

- Bộ mô phỏng áp suất p – s(quan hệ áp suất – hành trình) được đặt sau xi lanh chính Thiết lập mối quan hệ áp suất và hành trình bàn đạp trong quá trình phanh nhằm so sánh với chương trình định sẵn trong ECU để đưa ra chế độ phanh gấp

- Mô tơ bơm được đặt trên đường dầu chính, có tác dụng tạo lên áp suất cao trong

- Cảm biến áp P3 được đặt ở sau bình tích áp suất cao Khi cảm biến P3 báo không

đủ áp suất cao trên đường dầu chính thì van ngắt 1 và 2 sẽ mở thông để cung cấp cho hệ thống phanh

- Cảm biến áp suất P4, P5, P6, P7 được đặt ở trước xilanh công tác Có tác dụng đo

áp suất dầu tại các bánh xe gửi về ECU để kiểm soát hiệu quả phanh

- Hệ thống sử dụn mạch phanh ABS 2 van 2 vị trí, tổng cộng có 8 van điện từ Các van thông T và S sẽ mở thông khi phanh tạo ta thông mạch giữa các bánh xe trên cùng một cầu

- Bộ cân bằng áp suất ở bánh xe cầu trước hoạt động khi van T thông, nhằm đẳm bảo độ ổn định hướng xe khi phanh

2.4.1 Chế độ ABS

Khi ở chế độ phanh, lực phanh sinh ra tại các bánh xe lớn hơn giá trị lực bám tại các bánh xe đó thì sẽ làm cho các bánh xe có xu hướng bị trượt lết Tín hiệu cảm biến tốc độ 4 bánh xe liên tục được gửi về ECU của hệ thống phanh By Wire, để xác định độ trượt của các bánh xe, nếu nằm ngoài vùng độ trượt tối ưu tại các bánh

xe thì ECU của hệ thống điều khiển hoạt động của các van thủy lực nhằm tác động độc lập trên các bánh xe nhằm nâng cao tối đa khả năng bám của các bánh xe với mặt đường Ở hệ thống phanh ABS thông thường thì hệ thống chỉ hoạt động khi có lực tác động của bàn đạp phanh làm cho dầu từ xy lanh chính qua van thủy lực dẫn

-25-

đến các xy lanh phanh bánh xe để tạo lực phanh Còn ở hệ thống phanh điều khiển

By Wire thì lực tác động lên bàn đạp phanh chỉ là tín hiệu điều khiển hệ thống phanh hoạt động Trong hệ thống thì luôn có dòng dầu áp suất cao Hệ thống làm việc dựa trên sự điều khiển các van thủy lực để cung cấp dầu đến các xy lanh phanh bánh xe tạo lực phanh trên các bánh xe

Trong quá trình phanh đối với hệ thống EHB, nếu có một bánh xe nào đó bị trượt lết, độ trượt bánh xe vượt khỏi vùng độ trượt tối ưu Các cảm biến bánh xe đưa tín hiệu về ECU, ECU sẽ đưa ra tín hiệu điện điều khiển các van điện từ trên mạch của xy lanh bánh xe này (các van tăng áp, van thông, van giảm áp, van dự phòng), với các chế độ phanh giảm áp, giữ áp, tăng áp như trong hệ thống phanh ABS thông thường, tác động đến khi nào độ trượt tại các bánh xe nằm trong giới hạn tối ưu

Quá trình làm việc của hệ thống EHB theo sơ đồ hình 2.9:

Trạng thái trước khi phanh, bơm cao áp suất cao trong hệ thống thủy lực, các van ngắt 1,2, và các van tăng áp TP1, TT1, SP1, ST1 đều bị đóng, các van giảm áp TP2, TT2, Sp2, ST2 được mở thông với đường hồi dầu Các van thông T và S đều

-26-

2.4.2 Chế độ TRC

Ở chế độ kéo để đảm bảo tận dụng tối đa khả bám giữa các bánh xe chủ động với mặt đường thì lực kéo sinh ra tại các bánh xe chủ động phải thỏa mãn điều kiện sau đây:



P k P c

P   (1)

Từ phương trình cân bằng lực kéo của ô tô, khi bỏ qua lực cản không khí, lực cản khi lên dốc ta có phương trình cân bằng lực kéo ô tô:

Pk = P= Pf + Pj (2) Mặt khác ta có phương trình cân bằng mô mem tại các bánh xe:

bx r P j k

M     (3)

Ở đường có hệ số bám  thấp, dẫn đến lực bám P nhỏ Theo (2) nếu P nhỏ dẫn đến Pj nhỏ Mặt khác theo (3) khi P nhỏ mà trong khi đó Mk từ động cơ cấp không thay đổi sẽ dẫn đến

 tăng, tốc độ quay của bánh xe tăng dẫn điến hiện tượng trượt quay của bánh xe, làm mất mát công suất của động cơ và xe dễ bị mất ổn định Để khắc phục điều này thì ngoài việc giảm công suất của động cơ, thì hệ thống tác động thêm một mô men phanh tại các bánh xe chủ động tránh cho các bánh xe này không

bị trượt quay làm tăng tính ổn định hướng chuyển động của xe khi phanh

-27-

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh EHB ở chế độ TRC như hình 2.10

Hình 2.10: Hệ thống phanh EHB ở chế độ TRC

Đối với bánh xe chủ động bị trượt quay, ví dụ với bánh xe trước – phải, ECU

sẽ cấp tín hiệu điện điều khiển bơm dầu hoạt động, van tăng áp TP1 và van dự phòng 3 mở ra, van giảm áp TP2, van thông T và các van ngắt 1,2 đóng lại Dầu từ bình dầu qua bơm tới mạch dầu cao áp, sau đó dầu áp suất cao đi qua van tăng áp TP1 tới van dự phòng 3 rồi đến xy lanh công tác thực hiện quá trình phanh riêng bánh xe trước – phải Đồng thời với quá trình phanh này, ECU còn cung cấp tín hiệu tới bộ điều khiển công suất động cơ để giảm mô men kéo tại bánh xe giúp xe nhanh chóng trở lại trạng thái an toàn

-28-

2.4.3 Chế độ VSC

Khi xe vào đường vòng với tốc độ cao, do lực quán tính ly tâm lớn, và các góc lệnh bên sinh ra tại các bánh xe làm xuất hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa, dễ gây ra sự mất ổn định quỹ đạo chuyển động của xe

Ở trường hợp xe quay vòng thiếu hình (1.4a ), để khắc phục hiện tượng này thì hệ thống phanh sẽ tạo ra các mô men phụ bằng cách tạo ra lực phanh ở các bánh

xe trước, hoặc sau bên lái Đối với xe con hiện nay thì thường là loại động cơ đặt phía trước, cầu trước chủ động Các bánh xe phía trước được nối với nhau thông qua cơ cấu vi sai Do vậy khi tác động lực phanh đối với bánh xe trước bên trái sẽ ảnh hưởng đến bánh xe trước bên phải Vì vậy thông thường thì người ta tác động lực phanh chủ yếu lên bánh xe đằng sau phía bên phải

Ở trường hợp quay vòng thừa hình (1.4b), để khắc phục hiện tượng này thì

hệ thống phanh sẽ tạo ra mô men phụ bằng các tạo ra lực phanh ở các bánh xe phía ngoài bên phải, chủ yếu tác động lực phanh trên bánh xe sau bên phải Khi tác động lực phanh trên các bánh xe thì hệ thống phanh sẽ kiểm soát độ trượt của các bánh xe luôn nằm trong giới hạn độ trượt tối ưu

-29-

Hình 2.11: Hệ thống phanh EHB ở chế độ VSC

Ở chế độ VSC, khi xe chuyển hướng quá đột ngột, các bánh xe bị động (các bánh xe cầu sau) rất dễ xảy ra hiện tượng trượt bên Khi đó, ECU đưa ra tín hiệu điều khiển bơm dầu hoạt động, các van tăng áp ST1 và SP1 mở ra, các van ST2 và SP2 đóng lại, van thông S cũng đóng lại để có thể điều khiển mô men phanh tại hai bánh xe này là khác nhau Quá trình phanh được thực hiện tạo ra mô men phanh tại hai bánh

xe bị động (mô men phanh tại bánh xe phía ngoài lớn hơn mô men phanh tại bánh

xe phía trong) nhờ đó hạn chế được hiện tượng trượt bên ở hai bánh xe này giúp xe chuyển động ổn định hơn

-30-

Kết luận chương 2:

Hệ thống phanh By Wire làm việc cả ở 2 chế độ đó là: khi người lái chủ động đạp phanh, và trong trường hợp hệ thống tự động phah nhằm đảm bảo ổn định

Hệ thống phanh By Wire đã mở rộng tính năng làm việc cả ở chế độ kéo Hệ thống không chỉ có ý nghĩa làm giảm tốc độ của xe như hệ thống phanh thông thường mà còn có ý nghĩa đảm bảo an toàn chuyển động, tăng tính năng điều khiển

ổn định của xe

-31-

CHƯƠNG 3

MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ 3.1 Sơ đồ các lực và mô men tác động lên ô tô khi chuyển động

Hình 3.1: Các lực và mô men tác dụng lên ô tô trong mặt phẳng ngang

Hình 3.2 Sơ đồ các lực tác dụng lên ô tô theo mặt phẳng dọc

-32-

Khi nghiên cứu quá trình chuyển động của ô tô để khảo sát được quỹ đạo chuyển động của xe, ta chọn hệ tọa độ cố định gắn với mặt đường 0X0Y0Z0 Tuy nhiên trong khi tính toán để giảm mức độ phức tạp thì ta thường chọn hệ toạ độ di động gắn tại trọng tâm của xe OXYZ để tính toán và tham chiếu lên hệ tạo độ cổ định

Các thành phần lực và mômen trong quá trình ôtô chuyển động theo các phương, bao gồm:

+ Các lực tác dụng đặt tại trọng tâm xe: Trọng tâm ôtô T đặt cách tâm trục cầu trước, sau lần lượt là a, b và cách đường với chiều cao trọng tâm là h g

Các thông số hình học trên mô hình:

+ Chiều dài cơ sở L = a + b

+ Các kích thước chiều rộng vết lốp cầu trước là t t, của cầu sau t S

+ Góc lệch hướng chuyển động của thân xe so với hệ trục toạ độ cố định là  + Các góc quay của bánh xe dẫn hướng  ti khi chuyển động

-33-

+ Các góc lệch bên của bánh xe αi

+ Chỉ số icó giá trị 1, 2, 3, 4 tuỳ thuộc vào cách đánh số thứ tự của các bánh

xe

3.2 Phương trình chuyển động của ô tô

Theo nguyên lý Đalambe ta viết các phương trình cân bằng lực và mômen như sau:

Phương trình cân bằng lực theo phương dọc ôtô:  m  x





4

1 i

M J Z  (3.3)

Từ mô hình và các phương trình cân bằng lực và mômen đã trình bày ở trên

ta rút gọn thành các phương trình vi phân chuyển động sau:

) (

cos ) (

cos

1

2 1 4 3 2

1

v

v F

F S S S

) (

cos ) (

1

2 1 4

3 2

1

t Z

t S S b S S a

S S J

cos 2 ) (

sin ) (F1 F2 a  F1 F2 t t  F3 F4 t s (3.6)

3.3 Tính toán trị số lực dọc và lực ngang ở vùng tiếp xúc bánh xe với mặt đường

Để xác định được các lực dọc và lực ngang tác dụng lên ô tô thì chúng ta cần phải sử dụng mô hình lốp Sự tương tác giữa lốp và đường thông thường khó đo đạc bằng các thông số cụ thể, trực tiếp Do đó trong nghiên cứu lý thuyết thường sử dụng các mô hình toán học để mô tả quá trình tương tác này

-34-

Trong tính toán động lực học, thường sử dụng mô hình lốp thực nghiệm do mục tiêu quan tâm tới các lực tương tác giữa lốp và mặt đường nhiều hơn tới sự biến dạng, sự ăn mòn của lốp Các mô hình thực nghiệm được mô tả dưới dạng toán học, bằng cách sử dụng các phương trình toán học phi tuyến để mô tả các lực tương tác thu được từ thực nghiệm Một trong nhưng mô hình lốp được sử dụng rộng rãi nhất là mô hình lốp của Pacejka Mô hình lốp này được gọi tên là “ Magic Formula”

Cơ sở lý luận của mô hình lốp:

+ Định nghĩa độ trượt bánh xe : Chia làm hai trường hợp: bánh xe bị phanh và bánh

xe chủ động được trình bày trên hình 3.4

r x





 

khoảng tính toán (01) có giá trị dương

Với bánh xe chủ động : k r k> xk , xk 0, bánh xe trượt quay