Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển để đạt lực phanh lớn nhất trong hệ thống phanh ABS

Luận văn tiến hành nghiên lý thuyết kết hợp với thực nghiệm kiểm chứng trên mô hình băng thử thực hiện các nhiệm vụ: • Nghiên cứu tổng quan về hệ thống ABS; • Xây dựng mô hình toán học

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đay 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, Viện Cơ khí động lực, 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

kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày 15 tháng 06 năm 2011

Tác giả

Nguyễn Thanh Tùng

Trang Trang phụ bìa

Lời cam đoan……… 1

MỤC LỤC……… 2

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU……… 4

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ……… 8

LỜI NÓI ĐẦU……… 10

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN……… 12

1.1 ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ……… 12

1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ABS……… 15

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ABS……… 16

1.4 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ABS……… 19

1.5 ĐỀ XUẤT MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU……… 22

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS ¼ XE 24 2.1 CÁC LỰC VÀ MOMEN TÁC DỤNG LÊN XE TRONG QUÁ TRÌNH PHANH……… 24

2.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS ¼ XE……… 29

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN……… 48

3.1 PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN……… 48

3.2 ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN……… 63

3.3 TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN……… 73

3.4 KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CỦA HỆ THỐNG VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ TRỄ……… 76

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ……… 80

4.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM……… 80

4.3 THỬ NGHIỆM THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN THEO GIA TỐC

GÓC NGƯỠNG……… 89

4.4 THỬ NGHIỆM THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU LỰC PHANH……… 91

4.5 NHẬN XÉT CHUNG……… 93

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……… 95

TÀI LIỆU THAM KHẢO……… 97

PHỤ LỤC……… 99

TT Chữ viết tắt Tên đầy đủ Ý nghĩa

1 ABS Anti-lock Braking System Hệ thống chống bó cứng phanh

2 ASR Anti-Slip Regulation Hệ thống chống trượt quay

bánh xe

5 BA Brake Assist Hệ thống hỗ trợ phanh

3 EBD Eletronic Brakeforce

Distribution

Bộ phân phối lực phanh điện

tử

4 ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử

6 VSC Vehicle Stability Control Hệ thống điều khiển ổn định

63 ω0 rad/s Vận tốc góc trước khi phanh

64 v0 m/s Vận tốc ô tô trước khi phanh

66 rad/s2 Gia tốc góc bánh xe

15 a m/s2 Gia tốc chậm dần ô tô

30 A6 m Tiết diện hiệu dụng của lỗ tiết lưu

35 A7 m2 Tiết diện hiệu dụng của lỗ tiết lưu

24 Am m2 Diện tích tiết diện ngang piston xy lanh chính

41 As m2 Diện tích tiết diện ngang của xy lanh phanh bánh

xe

50 Cd12 Hiệu suất qua tiết lưu của van 12

29 Cd6 Hiệu suất tiết lưu qua lỗ tiết lưu van giữ áp

34 Cd7 Hiệu suất tiết lưu qua lỗ tiết lưu van giảm áp

46 Cl N.m/s Hệ số giảm chấn của bình tích năng

23 Cm N.m/s Hệ số giảm chấn của dầu

40 Cs N.m/s Hệ số giảm chấn của xy lanh phanh bánh xe

57 Kb Hệ số tăng của mo men phanh

11 L m Chiều dài cơ sở ô tô

12 l1 m Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu trước

13 l2 m Khoảng cách từ trọng tâm tới cầu sau

21 Mm kg Khối lượng piston xy lanh chính

39 Ms kg Khối lượng của pit tông trong xy lanh phanh

36 Pl Pa Áp suất của dầu phanh trong bình tích năng

48 Pl Pa Áp suất của dầu phanh trong bình tích năng

22 Pm Pa Áp suất dầu tại xy lanh chính

32 Ps Pa Áp suất của dầu phanh trong xy lanh phanh bánh

xe

26 Q14 m3/s Lưu lượng dầu từ bơm tới xy lanh chính

27 Q6 m3/s Lưu lượng dầu từ xy lanh chính tới bánh xe

28 Vm m3 Thể tích dầu trước van điện từ (6)

56 Vp m3 Thể tích dầu trong khoang công tác của bơm

43 Vs m3 Thể tích dầu trong xy lanh phanh bánh xe

8 W N.s2/m2 Hệ số cản không khí

45 xl0 m Độ dịch chuyển ban đầu của lò xo trong bình

20 xm M Dịch chuyển của piston xy lanh chính

38 xs m Dịch chuyển của piston phanh

44 βl N/m2 Modun đàn hồi hiệu dụng của đường ống dầu từ

van điện từ tới van một chiều 12

25 βm N/m2 Modun đàn hồi hiệu dụng của dầu trước van điện

Hình 1.1: Quy luật biến đổi của lực dọc và lực ngang

Hình 1.2: Quỹ đạo xe khi phanh có ABS và không có ABS Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống ABS

Hình 1.4: Vùng hệ số trượt có lực phanh lớn

Hình 1.5: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS

Hình 1.6: Cảm biến gia tốc dọc thân xe

Hình 2.1: Các lực và momen tác dụng lên ô tô

Hình 2.2: Hiện tượng phân bố lại tải trọng khi phanh

Hình 2.3: Quy luật biến đổi của lực dọc và lực ngang

Hình 2.4: Mô hình hệ thống phanh ABS ¼ xe

Hình 2.5: Mô hình xy lanh phanh chính

Hình 2.6: Mô hình xy lanh phanh

Hình 3.1: Sơ đồ thuật toán điều khiển theo độ trượt định trước Hình 3.2: Hệ số bám dọc của lốp đối với 2 loại đường khác nhau Hình 3.3: Điều khiển theo độ trượt định trước loại đường I Hình 3.4: Điều khiển theo độ trượt định trước loại đường II

Hình 3.6: Điều khiển theo gia tốc góc bánh xe trong điều kiện có độ trễ Hình 3.7: Điều khiển trượt lý thuyết và thực tế

Hình 3.8: Mô phỏng đặc tính của van ở trạng thái tăng áp và giảm áp Hình 3.9: Đặc tính áp suất phanh – độ trượt

Hình 3.10: Sơ đồ thuật toán điều khiển tối ưu lực phanh

Hình 3.11: Các trạng thái biến đổi của áp suất phanh

Hình 3.12: Thuật toán điều khiển lực phanh tối ưu trên loại đường I Hình 3.13: Thuật toán điều khiển lực phanh tối ưu trên loại đường II Hình 3.14: Thuật toán điều khiển tối ưu lực phanh hệ thống trễ

Hình 3.15: Sơ đồ tổ hợp bộ điều khiển

Hình 3.16: Khối xử lý tín hiệu bánh xe

Hình 3.17: Khối xử lý trung tâm

Hình 3.18: Khối công suất

Hình 3.19: Hình ảnh thực tế của bộ điều khiển ABS

Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý băng thử ABS

Hình 4.2: Mô hình thiết kế 3D băng thử

Hình 4.3: Cảm biến tốc độ bánh xe

Hình 4.4: Cảm biến tốc độ tang trống và mạch xử lý tín hiệu

Hình 4.5: Cảm biến áp suất và mạch xử lý tín hiệu

Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý hệ thống đo và thu thập dữ liệu

Hình 4.7: Sơ đồ thuật toán bộ thu thập và xử lý dữ liệu

Hình 4.8: Bộ đo và thu thập dữ liệu

Hình 4.9: Kết quả thực nghiệm pha tăng áp và giảm áp

Hình 4.10: Kết quả điều khiển theo gia tốc góc bánh xe

Hình 4.11: Kết quả thử nghiệm tối ưu lực phanh

Hệ thống phanh đã và đang giữ một vai trò quan trọng trong việc đảm bảo

an toàn chuyển động của ô tô Ô tô ngày nay có tốc độ chuyển động trung bình trên đường cao hơn nhiều so với trước đây, do đó hệ thống phanh không những phải đảm bảo hiệu quả phanh tốt mà còn phải đảm bảo tính ổn định khi phanh Thực tế cho thấy khi phanh trên đường mà bánh xe xảy ra hiện tượng bó cứng bánh xe thì không những hiệu quả phanh giảm mà còn gây mất khả năng định hướng của xe, gây ra các tai nạn nghiêm trọng Vì vậy trên các ô tô hiện nay, thường lắp thêm hệ thống ABS làm nhiệm vụ chống bó cứng bánh xe trong quá trình phanh, điều chỉnh lực phanh tối ưu đảm bảo tính ổn định hướng cho xe khi phanh

Hệ thống phanh ABS hiện nay đã được áp dụng rộng rãi trên nhiều hãng ô tô trên thế giới, một số nước coi việc trang bị hệ thống phanh ABS là tiêu chuẩn Nhờ

sự tác động của hệ thống điều khiển điện tử mà hệ thống phanh ABS ngày càng phát triển hơn, đáp ứng nhanh hơn và chính xác hơn với các trạng thái làm việc của quá trình phanh

Các nghiên cứu về ABS hiện nay tập trung vào hoàn thiện thuật toán điều khiển cũng như kết hợp điều khiển ABS và các hệ thống tổ hợp của nó ABS ngày nay đã không còn là một kỹ thuật mới áp dụng tại Việt Nam, tuy nhiên chưa có nhiều các nghiên cứu việc tìm hiểu kỹ nguyên lý và các thuật toán điều khiển của hệ thống ABS, đặc biệt là các thuật toán điều khiển cho phép xây dựng tổ hợp hoàn chỉnh một bộ điều khiển

Luận văn tiến hành nghiên lý thuyết kết hợp với thực nghiệm kiểm chứng trên mô hình băng thử thực hiện các nhiệm vụ:

• Nghiên cứu tổng quan về hệ thống ABS;

• Xây dựng mô hình toán học của hệ thống ABS;

• Xây dựng thuật toán điều khiển tối ưu lực phanh;

• Thực nghiệm đánh giá thuật toán trên mô hình thực

Trong thời gian làm luận văn, tác giả đã có nhiều cố gắng tích cực và chủ động học hỏi, vận dụng các kiến thức đã được học và tìm hiểu các kiến thức mới Dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS TS Phạm Hữu Nam và các thầy giáo trong

chuyên dụng, đặc biệt là sinh viên Lê Hoàng Long, đề tài đã hoàn thành các mục tiêu và nhiệm vụ đặt ra

Tuy nhiên vì điều kiện có hạn, lại tiếp cận với nghiên cứu đa ngành nên bản luận văn không thể tránh khỏi những sai sót Rất mong các Thầy và các bạn đồng nghiệp thông cảm và đóng góp ý kiến để bản luận văn được hoàn thiện hơn

Hà Nội, ngày 15 tháng 06 năm 2011

Tác giả

Nguyễn Thanh Tùng

TỔNG QUAN

1.1 ĐẶC ĐIỂM QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ

Hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của xe Các chỉ tiêu chính đánh giá chất lượng phanh của ô tô là chỉ tiêu hiệu quả và chỉ tiêu ổn định hướng chuyển động của xe khi phanh

Để đạt hiệu quả phanh cao, yêu cầu lực phanh phát huy ở vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường phải đạt được trị số bằng lực bám Trị số của lực bám giữa bánh xe với mặt đường phụ thuộc vào tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe và

hệ số bám của bánh xe với mặt đường

Trong quá trình phanh, do tác dụng của lực quán tính của ô tô làm cho tải trọng tác dụng lên các bánh xe cầu trước và sau thay đổi liên tục Tải trọng tác dụng lên cầu trước tăng lên, tải trọng tác dụng lên cầu sau giảm đi theo quan hệ tỷ lệ với

sự tăng của giảm tốc phanh:

Các kết quả nghiên cứu về động lực học của bánh xe ô tô chuyển động trên nền đường cứng cho thấy: ở chế độ chủ động, dưới tác dụng của mô men xoắn, lốp

xe bị biến dạng làm xuất hiện hiện tượng trượt cục bộ tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Kết quả là khi phanh, bánh xe bị phanh sẽ vừa lăn vừa trượt Sự trượt tăng tỷ lệ với mô men phanh phát huy ở bánh xe Để đánh giá mức độ trượt sử dụng khái niệm độ trượt  xác định theo công thức:

λ = v− ω R

Trị số của  nhận giá trị trong khoảng [0,1] Khi vận tốc góc bánh xe bằng không (=1), bánh xe bị hãm cứng Trong khi đó, do quán tính chuyển động, xe ô tô

sẽ bị trượt lết trên đường

Các công trình nghiên cứu về sự bám giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh [7] cho thấy, hệ số bám của bánh xe với mặt đường biến đổi phụ thuộc vào độ trượt  Hình 1.1 biểu diễn sự biến đổi của hệ số bám dọc và bám ngang phụ thuộc vào độ trượt và các loại đường khác nhau

Hình 1.1: Quy luật biến đổi của lực dọc và lực ngang

Quan sát các đồ thị cho thấy, trong quá trình phanh, có một vùng trị số của hệ số trượt (vùng giá trị của  từ 0,17 đến 0,3) trong đó hệ số bám dọc đạt trị số max còn trị số bám ngang đạt trị số tương đối lớn Ngoài ra, trong quá trình phanh, nếu bánh

xe bị hãm cứng (trượt lết, =1) khi đó do trị số của hệ số bám ngang rất bé sẽ làm cho xe mất tính ổn định hướng Từ các phân tích trên có thể rút ra kết luận: để tận dụng được khả năng bám cũng như đảm bảo ổn định hướng chuyển động của xe khi phanh, cần phải điều khiển mô men phanh tác dụng lên bánh xe sao cho phù hợp với vùng độ trượt [0,170,3] Việc điều khiển mô men phanh được thực hiện bằng cách điều khiển (tăng giảm) áp suất trong dẫn động phanh bánh xe

Biện pháp kết cấu nhằm điều khiển lực phanh các bánh xe cầu trước và sau trong quá trình phanh trên các ô tô trước đây là sử dụng bộ tự động điều chỉnh lực phanh ở các bánh xe cầu sau theo các thông số tải trọng và áp suất Hệ thống phanh được lắp bộ điều chỉnh này có khả năng hạn chế khả năng trượt lết của các bánh xe cầu sau khi phanh, tuy nhiên, tính năng này chỉ phát huy trong điều kiện chuyển động của xe trên một số loại đường nhất định Trường hợp xe chuyển động trên các loại đường có hệ số bám thấp hiện tượng trượt lết của xe vẫn có thể xảy ra, đặc biệt khi phanh xe ở tốc độ cao

Trên các xe ô tô hiện đại, người ta sử dụng 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 bánh xe trong quá trình phanh nằm trong vùng độ trượt tối ưu (vùng giá trị của  từ 0,17 đến 0,3) Nhờ tính năng điều khiển này, trong quá trình phanh, xe vừa có hiệu quả phanh cao vừa

ổn định hướng và có tính năng điều khiển tốt Hình 1.1 mô tả quỹ đạo phanh của xe khi phanh trên đường vòng, trong hai trường hợp có ABS và không có ABS Xe có trang bị ABS tính năng điều khiển của xe tốt hơn so với xe không có trang bị ABS Với hệ thống phanh ABS, áp suất trong dẫn động phanh được tự động điều chỉnh điều nhằm đạt được momen phanh tối ưu trên các bánh xe, nhờ đó ngay cả với người lái ít kinh nghiệm thao tác phanh cũng trở nên đơn giản hơn, tránh được hiện tượng trượt lết của xe khi phanh

Hình 1.2 : Quỹ đạo xe khi phanh có ABS và không có ABS

Ngoài ra do hệ thống phanh ABS có thể điều khiển riêng rẽ áp suất phanh tới từng bánh xe, nên có thể kết hợp với một số hệ thống khác: hệ thống chống trượt quay bánh xe ASR, hệ thống phân bố lực phanh điện tử EBD… để tăng hiệu quả và tính năng ổn định khi vận hành của xe

1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ABS

Trong hệ thống phanh trang bị ABS, ngoài các bộ phận xy lanh phanh chính,

cơ cấu phanh đặt tại bánh xe giống như ở hệ thống phanh thông thường, còn có một

hệ thống điều khiển điện tử bao gồm các cảm biến, bộ điều khiển trung tâm và cơ cấu chấp hành Trên hình 1.3 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

Hình 1.3 trình bày sơ đồ hệ thống phanh dẫn động thủy lực có trang bị ABS

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh ABS

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ABS

Về mặt bản chất, điều khiển quá trình phanh chính là điều khiển lực phanh sinh

ra tại các bánh xe Tuy nhiên lực phanh tại các bánh xe là giá trị rất khó xác định

Do đó để điều khiển lực phanh, người ta nghĩ tới việc điều khiển hệ số trượt giữa lốp và mặt đường [6] Khi duy trì hệ số trượt nằm trong vùng nhất định thì giá trị lực phanh sẽ lớn nhất và giá trị lực ngang vẫn còn khá cao đảm bảo hiệu quả phanh cao cũng như ổn định hướng khi phanh

Hình 1.4: Vùng hệ số trượt có lực phanh lớn

Đối với mỗi loại đường khác nhau thì có một giá trị độ trượt tương ứng với lực phanh lớn nhất, và để ô tô có thể hoạt động tốt ở nhiều loại đường khác nhau, với phương pháp điều khiển này độ trượt được điều khiển nằm trong một vùng nhất định xung quanh giá trị độ trượt tối ưu

Tuy nhiên phương pháp (còn gọi là thuật toán) điều khiển theo độ trượt này

có nhược điểm là hệ số trượt cũng giống như lực phanh là một giá trị khó xác định Trong số các thông số để xác định hệ số trượt gồm có: gia tốc góc bánh xe là thông

số có thể đo được nhờ sử dụng cảm biến tốc độ đặt tại bánh xe như trên hình 1.5, còn vận tốc tức thời của xe là một thông số khó xác định chính xác

Một phương pháp khác được sử dụng để điều khiển các chế độ làm việc của ABS là điều khiển theo thông số gia tốc góc bánh xe Theo phương pháp này điều khiển này, chọn trước vùng ngưỡng giá trị gia tốc góc bánh xe, giá trị ngưỡng trên của gia tốc tương ứng với trạng thái bánh xe sắp bị bó cứng, giá trị ngưỡng dưới tương ứng với vùng trị số độ trượt nhỏ

Hình 1.5: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS

Để tăng tính chính xác trong quá trình điều khiển, phương pháp điều khiển theo gia tốc góc bánh xe yêu cầu lắp bổ sung thêm cảm biến đo gia tốc dọc thân xe (hình 1.6)

Đặc điểm phương pháp điều khiển theo vùng các giá trị ngưỡng của gia tốc góc bánh xe có ưu điểm chính là khả năng thu thập tín hiệu đầu vào từ các cảm biến tốc độ bánh xe Tuy nhiên, các trị số ngưỡng trên và dưới của gia tốc để định ra tác động điều khiển là luôn thay đổi phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của xe trong quá trình phanh

Hình 1.6 : Cảm biến gia tốc dọc thân xe

Trong các cơ cấu chấp hành của hệ thống phanh, do có các phần tử cơ khí (con trượt, van bi, lò xo) nên ảnh hưởng trễ đến kết quả điều khiển Tín hiệu cảm biến tới ECU và tín hiệu từ ECU tới cơ cấu chấp hành rất nhanh và có thể coi như không có trễ Do hệ thống có quán tính, nên để từ tín hiệu điều khiển tới cơ cấu chấp hành, cơ cấu chấp hành điều khiển đóng/mở các van điều khiển áp suất tới lúc

áp suất trong hệ thống có thay đổi cần một khoảng thời gian nhất định Tần số điều khiển phải phù hợp với khả năng đáp ứng của hệ thống, nếu tần số điều khiển lớn quá, các kết cấu cơ khí, thủy lực, khí nén không đáp ứng kịp sẽ dẫn tới hiện tượng

hệ thống làm việc kém hiệu quả, thậm chí mất tác dụng

Khi đánh giá chất lượng làm việc của một hệ thống phanh điều khiển điện tử nói chung hay hệ thống phanh ABS nói riêng, một trong những tiêu chí quan trọng nhất chính là tần số tác động của cả hệ thống Nhân tố chính ảnh hưởng tới tần số này là độ trễ của hệ thống Các hệ thống phanh điều khiển điện tử cũ thường có độ trễ lớn do đó tần số điều khiển thường rất thấp và sinh ra các xung áp suất phản hồi rất rõ ở bàn đạp phanh Ngày nay nhờ các thành tựu khoa học công nghệ nên quán tính trong các hệ thống điều khiển nhỏ đi kết hợp với các phương pháp điều khiển mới giúp giảm ảnh hưởng của quán tính dẫn tới hoạt động của hệ thống phanh, nhờ

đó mà quá trình phanh hiệu quả và chính xác hơn

1.4 MỘT SỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG ABS

1.4.1 Một số kết quả nghiên cứu trên thế giới

Hệ thống phanh ABS được nghiên cứu và phát triển từ những năm đầu thế kỷ

20, ban đầu được dùng trên tàu hỏa và máy bay Lần đầu tiên vào những năm 50, hệ thống ABS được sử dụng trên xe ô tô trên xe Lincolns với số lượng sản xuất hạn chế và sử dụng một hệ thống ABS của máy bay Pháp

Ngày nay, những hệ thống phanh ABS trên các xe ô tô rất phức tạp và được điều khiển điện tử có lập trình Kể từ những giữa năm 80, các nhà sản xuất đã đưa

ra rất nhiều loại hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe Nhiều nghiên cứu trên thế giới đã tiến hành nhằm đưa ra các phương pháp điều khiển cũng như cải tiến hệ thống phanh ABS Vào thời kỳ đầu, các nghiên cứu nhằm hoàn thiện kết cấu hệ thống ABS Hiện nay, khi kết cấu hệ thống ABS đã khá hoàn thiện, thì các nghiên cứu tập trung vào xây dựng các thuật toán điều khiển tối ưu, nhằm hạn chế dần nhược điểm của hệ thống ABS

Nghiên cứu “Cosimulation of Parameter based vehicle dynamics and an ABS

control system” của Rengaraj, Chandrasekaran , Adgar, Adam, Cox, Chris S và Crolla, David A đã nghiên cứu sử dụng kết hợp xây dựng mô hình trên

Matlab/Simulink và mô phỏng trên môi trường SimCar và thử nghiệm mô phỏng và đánh giá mô hình Nghiên cứu dựa trên cơ sở 2 phần mềm trên xây dựng mô hình toàn xe kết hợp với xây dựng mô hình của hệ thống ABS Các thông số đầu vào được đưa vào từ môi trường Matlab/Simulink, phần mềm Carsim sẽ mô phỏng đánh giá và gửi kết quả trở lại Matlab Tuy nhiên nghiên cứu này vẫn chưa đưa ra một phương án cụ thể trong điều khiển ABS

Nghiên cứu “Sliding Mode Measurement Feedback Control for Antilock

Braking Systems” của Cem Ünsal và Pushkin Kachroo công bố năm 1999 đã mô tả

một hệ thống điều khiển dựa trên hệ phi tuyến nhằm điều khiển chuyển động của xe theo phương dọc Nghiên cứu đưa ra thuật toán điều khiển dựa trên mô hình điều khiển trượt, một mô hình điều khiển mới hiện nay có khả năng ứng dụng phù hợp cho các điều khiển trên ô tô Nghiên cứu cho rằng, trong quá trình phanh có nhiều nhân tố phi tuyến gây nhiễu cho quá trình điều khiển, do đó, bằng việc sử dụng bộ lọc Kalman để loại bỏ các thành phần nhiễu do môi trường tác động, kết hợp với việc sử dụng bộ điều khiển kiểu trượt để điều khiển động lực học dọc của xe Hạn chế của đề tài là sử dụng bộ điều khiển trượt điều khiển độ trượt của xe và do đó mức độ nghiên cứu của đề tài vẫn chỉ dừng ở mức nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu “Using the sliding-mode PWM method in an anti-lock braking

system” của Ming-Chin Wu và Ming-Chang Shih công bố năm 2001 nghiên cứu kết

hợp điều khiển độ rộng xung PWM và điều khiển trượt để tạo nên bộ điều khiển gần như liên tục cho hệ thống phanh ABS Để kiểm chứng cho phương pháp nghiên cứu này, nghiên cứu đã đưa ra hai phương pháp điều khiển: một phương pháp điều khiển liên tục trực tiếp tới hệ thống ABS và một phương pháp điều khiển theo độ rộng xung Các nghiên cứu đã được thử nghiệm trên băng thử với trạng thái đường khô

và ướt để đánh giá kết quả Thực nghiệm cho thấy phương pháp điều khiển theo độ rộng xung cho kết quả khá tốt mà không yêu cầu có phản hồi về độ trượt

Nghiên cứu “Robust Fuzzy Sliding Mode Control for Antilock Braking

System “ của M Oudghiri, M Chadli, A El Hajjaji công bố năm 2007 đã đề xuất

phát triển phương pháp điều khiển theo kiểu trượt và logic mờ để điều chỉnh lực phanh Nghiên cứu này cũng sử dụng mô hình điều khiển trượt để nghiên cứu quá trình phanh ô tô Tuy nhiên, nghiên cứu có đưa vào sử dụng phương pháp logic mờ

để tổ hợp bộ điều khiển Phương pháp logic mờ trong nghiên cứu này được sử dụng

để đánh giá các thông số đầu vào chưa biết của bộ điều khiển ABS Nghiên cứu này mới dừng lại ở nghiên cứu lý thuyết điều khiển độ trượt và mô phỏng trên máy tính

1.4.2 Một số kết quả nghiên cứu trong nước về điều khiển ABS

Việt Nam đã có một số nghiên cứu tiếp cận với hệ thống phanh ABS Những nghiên cứu ban đầu đa số là nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng hệ thống ABS bằng các phần mềm mô phỏng Những nghiên cứu này chủ yếu quan tâm tới hiệu quả của ABS trong quá trình phanh, ảnh hưởng tới động lực học của xe

Các nghiên cứu trước đây chưa chú trọng tới phương pháp điều khiển hệ thống, đặc biệt là phương pháp điều khiển tiếp cận với thực tế mà chỉ dừng lại ở mức xây dựng mô hình Đã một số đề tài tiến hành nghiên cứu xây dựng thử nghiệm bộ điều khiển ABS, đề tài đã có những đánh giá liên quan tới bộ điều khiển này tuy nhiên chưa đưa ra được thuật toán điều khiển cụ thể

Nghiên cứu “Động lực học của quá trình phanh ô tô có trạng 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 này cũng đề cập tới một phương pháp điều khiển ABS là điều

khiển theo giá trị độ trượt tối ưu và các phương án điều khiển xoay quanh phương pháp này Tuy nhiên phương pháp điều khiển này có hạn chế là chỉ phù hợp với một loại đường nhất định, trong khi thực tế là giá trị độ trượt luôn luôn thay đổi

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 góc ngưỡng Tác giả cũng đã xây dựng một mô hình thực nghiệm ABS để với bộ điều khiển ABS gốc và

bộ điều khiển ABS xây dựng để kiểm tra đánh giá lại kết quả Hạn chế của nghiên cứu là các giá trị gia tốc ngưỡng đưa ra chủ yếu theo kinh nghiệm, chư có cơ sỏ tính toán cũng như kiểm nghiệm tính hợp lý ủa 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 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 vị trí Tuy nhiên nghiên cứu này chưa đưa ra được các bước xây dựng một bộ điều khiển cũng như cơ sở xác 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

1.5 ĐỀ XUẤT MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

Từ các phân tích trên, tôi đã chọn đè tài nghiên cứu: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỂ ĐẠT LỰC PHANH LỚN NHẤT TRONG HỆ THỐNG PHANH ABS

Các mục tiêu nghiên cứu của đề tài là:

 Xây dựng mô hình toán học để nghiên cứu các thông số động lực học của

ABS

 Nghiên cứu đề xuất thuật kỹ thuật điều khiển trong hệ thống phanh ABS nhằm phát huy lực phanh tối ưu tại các bánh xe trong quá trình phanh Kỹ thuật điều khiển ở đây bao gồm nghiên cứu đề xuất thuật toán điều khiển và

kỹ thuật tổ hợp bộ điều khiển theo thuật toán đã đề xuất

 Xây dựng mô hình thí nghiệm để đánh giá bằng thực nghiệm chất lượng làm

việc của hệ thống phanh ABS theo thuật toán điều khiển đã đề xuất

Phương pháp nghiên cứu của đề tài:

 Nghiên cứu kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm

 Sử dụng các phương pháp mô phỏng số trên máy tính để mô hình hóa hệ

thống ABS được nghiên cứu

Nội dung của luận văn được trình bày qua các chương

 Chương 1: TỔNG QUAN - Nghiên cứu tổng quan về hệ thống phanh ABS

và các thành tựu nghiên cứu về hệ thống phanh trong nước và thế giới

 Chương 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS ¼ XE – Tiến hành xây dựng mô hình hệ thống phanh bao gồm hệ thống thủy lực, mô hình

XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS ¼ XE

2.1 CÁC LỰC VÀ MOMEN TÁC DỤNG LÊN XE TRONG QUÁ TRÌNH PHANH

Hình 2.1 trình bày sơ đồ các lực và momen tác dụng lên xe trong qúa trình phanh Theo 3 phương (x, y, z), tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường có các lực thành phần tương ứng gồm có Fx – lực dọc, Fy – lực ngang, Fz – lực thẳng đứng Các lực cản không khí đặt tại tâm tiết diện cản trước và cản bên của xe (lực cản theo phương dọc xe và lực cản theo phương ngang của xe), lực quán tính đặt tại trọng tâm xe Các mô men thành phần gồm có momen Mx – momen gây lật ngang

xe, My – momen gây chúi hoặc nâng đầu xe, và Mz – momen gây xoay thân xe

Lực dọc Fx là lực cản tác động lên xe theo phương chuyển động X (phương dọc theo thân xe) Trong khi đó lực ngang Fy gây ra chuyển động của xe theo phương y, ảnh hưởng tới tính ổn định hướng chuyển động của xe Trong các nghiên cứu lý thuyết, giá trị giới hạn của lực dọc Fx và lực ngang Fy thường được biểu diễn qua giá trị của phản lực thẳng đứng Fz dưới dạng sau:

Fx = φx.Fz (2.1)

Fy = φy.Fz (2.2)

Lực dọc Fx trong trường hợp phanh có chiều ngược với chiều chuyển động của ô tô Giá trị của Fx ảnh hưởng tới hiệu quả phanh của xe Trường hợp xe đi vào quay vòng hoặc mặt đường có độ bám khác nhau, do giá trị độ bám tại các bánh xe

là khác nhau nên giá trị Fx tại các bánh xe cũng khác nhau và sinh ra momen quay thân xe Mz

Lực ngang Fy sinh ra do xe đi vào đường nghiêng ngang hoặc do gió bên thổi vào thân xe Lực ngang cũng gây ra momen gây lật xe My

Khi ô tô chuyển động , không khí cũng gây ra một lực ngược chiều với chiều chuyển động của ô tô – gọi là lực cản không khí Lực cản không khí phụ thuộc vào diện tích cản chính diện, hệ số cản không khí và vận tốc chuyển động của ô tô

Fw = W.v2 (2.3)

Hình 2.1: Các lực và momen tác dụng lên ô tô

Trong quá trình phanh, do lực quán tính nên có hiện tượng phân bố lại khối lượng ra cầu trước và cầu sau Xét trong mặt phẳng dọc:

Hình 2.2: Hiện tượng phân bố lại tải trọng khi phanh

Thành phần lực Fx có ý nghĩa quyết định đến hiệu quả phanh, tuy nhiên không thể truyền các mô men phanh rất lớn đến bánh xe để tạo ra lực Fx lớn qua đó tăng hiệu quả phanh lên được Trị số Fx bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường

Sự tác động tương hỗ giữa bánh xe với mặt đường có ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng động lực và tính ổn định hướng của ô tô trong quá trình chuyển động Đặc trưng cho sự tác động này được mô tả bằng quan hệ μx = f (v , λ ) là hệ số

bám dọc và μy = f (α t , λ ) là hệ số bám ngang của bánh xe với mặt đường phụ

thuộc vào các thông số: vận tốc xe, độ trượt và góc lệch bên bánh xe

Trong quá trình chuyển động, mối quan hệ μx = f (v , λ ) gây ảnh hưởng tới

lực dọc (lực kéo hoặc lực phanh) và do đó có ảnh hưởng quyết định đến các thông

số động lực học dọc của xe như: thời gian tăng tốc, thời gian phanh, gia tốc phanh, quãng đường phanh Nếu trị số lực dọc vượt quá giới hạn bám dọc của bánh xe và mặt đường, khi đó sẽ xảy ra hiện tượng trượt: trượt quay (khi tăng tốc) hoặc trượt lết (khi phanh)

Lực ngang tác dụng lên các bánh xe dẫn hướng làm biến dạng lốp cao su, gây ảnh hưởng tới tính ổn định chuyển động thẳng của xe Khi trị số lực ngang vượt quá giới hạn bám ngang giữa bánh xe với mặt đường sẽ làm cho xe mất khả năng bám ngang và làm mất tính dẫn hướng

Bằng phương pháp thực nghiệm, người ta đã xác định được quy luật biến đổi của lực dọc và lực ngang, cũng như mối quan hệ giữa lực dọc và lực ngang Quy luật biến đổi của lực dọc và lực ngang có dạng phi tuyến phụ thuộc vào nhiều thông số: bản chất tiếp xúc lốp – mặt đường, phản lực thẳng đứng tác dụng lên lốp, áp suất lốp, Các nghiên cứu cho thấy trong điều kiện độ trượt nhỏ, quan hệ giữa lực bám dọc, lực bám ngang với phản lực thẳng đứng có thể coi là tuyến tính, nhưng khi độ trượt tăng lên mối quan hệ này chuyển sang dạng phi tuyến

Hình 2.3: Quy luật biến đổi của lực dọc và lực ngang

Khi ô tô chuyển động, mô men xoắn từ động cơ truyền tới bánh xe thông qua

hệ thống truyền lực làm xuất hiện các phản lực tiếp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe Bản chất của phản lực này gồm các có các lực ''ăn khớp'' giữa các nhấp nhô tế vi (nhám) của mặt đường với các phần tử cao su của lốp và lực ma sát giữa

bề mặt tiếp xúc của lốp xe với mặt đường

Điều kiện để xe chuyển động là lực kéo sinh ra ở các bánh xe chủ động phải thắng được các lực cản chuyển động (ký hiệu P f ) Mặt khác lực kéo lớn nhất mà

xe có thể phát huy được lại bị giới hạn bởi phản lực dọc mà mặt đường tác dụng lên bánh xe, giới hạn này ta gọi là lực kéo lớn nhất theo điều kiện bám của bánh xe với

mặt đường (ký hiệu Pφ)

P f < F x < Pφ (2.6)

Như đã trình bày ở trên, trị số lực dọc và lực ngang được tính theo công thức (2.1) và (2.2) Tuy nhiên hệ số bám dọc và bám ngang trong công thức đó là giá trị lớn nhất Trong thực tế giá trị độ bám thay đổi và do đó các thông số lực dọc và lực ngang có thể được tính lại bằng công thức sau:

F x = F z.μx(λ ) (2.7)

F y = F z.μy(λ) (2.8) Tính chất của ma sát trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường rất phức tạp, phụ thuộc vào trạng thái bề mặt tiếp xúc và trạng thái lăn của bánh xe:

 Khi trạng thái tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường là khô thì ma sát ở vùng tiếp xúc là khô;

 Khi mặt đường bị ướt (dính dầu, nước tạo lớp màng mỏng giữa hai bề mặt tiếp xúc), lớp màng này làm hệ số ma sát giảm đáng kể, trong trường hợp này ta có ma sát hỗn hợp hay còn gọi là ma sát nửa ướt

Khi bánh xe bị hãm cứng cơ chế tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường hoàn toàn thay đổi so với khi bánh xe còn lăn Khi đó phần cao su ở vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường bị trượt lết trên mặt đường, ma sát ở vùng tiếp xúc lúc này gọi là

ma sát trượt Hệ số ma sát trượt nhỏ hơn hệ số ma sát tĩnh vì vậy trên cùng một loại đường và khả năng tạo lực phanh như nhau, đối với các xe trong quá trình phanh mà các bánh xe không bị trượt lết sẽ có quãng đường phanh ngắn hơn so với các xe trong quá trình phanh có các bánh xe trượt lết trên mặt đường Hơn nữa khi các bánh xe trượt lết không đồng thời, phản lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe khác nhau sẽ tao ra mô men quay thân xe, dẫn đến mất ổn định hướng chuyển động của

xe

Hình 1.1 là đặc tính thực nghiệm của lực dọc (lực phanh) và lực ngang của ô

tô dưới ảnh hưởng của độ trượt và bản chất tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đường Trong hình 1.1 thấy rằng, khi độ trượt nằm ở khoảng 15% - 30% thì trị số lực dọc là lớn nhất trong khi đó lực bám ngang của xe vẫn khá cao, do đó đảm bảo tính dẫn hướng của xe

Đối với động lực học của ô tô, lực bám dọc liên quan trực tiếp tới quãng đường phanh Trong khi đó lực bám ngang lại liên quan tới tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe Do đó khi điều khiển quá trình phanh, nếu thiết kế giữ cho

hệ số trượt nằm trong vùng [0,15 – 0,3], thì giá trị lực bám dọc lớn nhất, trong khi

đó lực bám ngang vẫn còn khá lớn

2.2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS ¼ XE

Với mục tiêu nghiên cứu phương pháp điều khiển tối ưu giá trị lực phanh của

hệ thống phanh ABS, việc chọn mô hình xe để nghiên cứu có ý nghĩa không chỉ đảm bảo tính đày đủ, chính xác mà còn có ý nghĩa tiết kiệm, không làm cho mô hình quá phức tạp, gây khó khăn cho việc quan sát, tính toán

Các mô hình thường được sử dụng khi tính toán động lực học của khi phanh như mô hình toàn xe, mô hình ½ xe và mô hình ¼ xe Mô hình toàn xe thường được

sử dụng khi khảo sát toàn diện tính hiệu quả và ổn định hướng của xe khi phanh

Với mô hình này cho phép xét các ảnh hưởng biến dạng của hệ thống treo gây nên phân bố lại tải trọng đặt lên các bánh xe bên trá và phải của xe.Mô hình ½ xe sử dụng trong trường hợp nghiên cứu ảnh hưởng phân bố lại tải trọng ở các bánh xe cầu trước và sau khi phanh

Căn cứ vào mục tiêu nghiên cứu là xây dựng quy luật điều khiển của ABS nhằm phát huy lực phanh tốt nhất trong vùng tiếp xúc của bánh xe và mặt đường tác giả luận văn đã chọn mô hình ¼ xe để tiến hành các tính toán và mô phỏng Với mô hình ¼ hoàn toàn có thể tính toán, đo đạc, đánh giá các thông số liên quan đến động lực học dọc của bánh xe khi phanh trên cơ sở so sánh với thông số độ trượt  Trên

mô hình ¼ hoàn toàn có thể xác định các thông số tốc độ góc của bánh xe, áp suất trong dẫn động phanh liên quan đến đánh giá tính chính xác của thuật toán điều khiển cũng như các tính năng của bộ điều khiển được tổng hợp

2.2.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mô hình ¼ xe

Hệ thống phanh ABS ¼ xe bao gồm các hệ thống thành phần sau:

 Hệ thống thủy lực và cụm van điều khiển ABS;

 Hệ thống điều khiển

 Bánh xe

Hình 2.4: Mô hình hệ thống phanh ABS ¼ xe 1- Bàn đạp phanh 2 – Bầu trợ lực 3 – Xy lanh chính

4 – Bình dầu 5- Van điều áp 6 – Van giữ áp

7 – Van giảm áp 8 – Tiết lưu 9 – Xy lanh phanh

10 – Bánh xe 11 – Bình tích năng 12 – Van một chiều

13 – Bơm dầu 14 – Van môt chiều 15 – Khoang chứa

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS ¼ xe:

Khi người lái đạp bàn đạp phanh một lực Fp thông qua cơ dẫn động cơ khí bàn đạp phanh (1) và trợ lực phanh (2) sẽ sinh ra một lực Fm tại xy lanh phanh chính (3) Lúc này trong xy lanh phanh chính (3) áp suất dầu Pm sẽ tăng dần và làm tăng

áp suất trong toàn bộ hệ thống

Trong điều kiện bánh xe chưa bị bó cứng, dưới sự điều khiển của ECU, các van 2 vị trí: van giữ áp (6) và van giảm áp (7) sẽ ở trạng thái không hoạt động – OFF, đóng cửa dầu hồi qua van giảm áp (7) và mở thông cửa dầu có áp suất Pm tới

xy lanh phanh (9), thực hiện quá trình tăng áp Ps

Khi ECU nhận thấy lực phanh sắp đạt tới giá trị lớn nhất, ECU sẽ điều khiển van giữ áp (6) hoạt động, đường dầu từ xy lanh (3) tới sẽ đóng lại, giữ cho áp suất

Ps trong hệ thống không đổi, duy trì giá trị lực phanh

Khi ECU nhận thấy bánh xe có xu hướng sắp bị bó cứng, ECU sẽ điều khiển van giữ áp (6) hoạt động, đóng đường dầu từ xy lanh (3) tới, đồng thời điều khiển van giảm áp (7) hoạt động, mở đường dầu xả, làm cho áp suất Ps trong hệ thống giảm xuống, giảm momen phanh và lực phanh, tránh cho bánh xe bị bó cứng

Trong quá trình hệ thống phanh ABS hoạt động, bơm dầu (13) luôn hoạt động đảm bảo cho quá trình tăng áp, giảm áp diễn ra nhanh chóng

Bảng trạng thái làm việc của cụm cơ cấu chấp hành

Van giữ áp Van giảm áp Trạng thái làm việc

a Xy lanh phanh chính:

Hình 2.5: Mô hình xy lanh phanh chính

Phương trình cân bằng lực của piston phanh chính:

Các lực tác dụng lên piston phanh chính bao gồm lực sinh ra do lực tác dụng của người lái thông qua bàn đạp phanh và lực của trợ lực Fm, lực do áp suất của dầu

Pm sinh ra, lực cản chuyển động do độ nhớt của dầu và khối lượng quán tính của bản thân piston Trong phương trình này đã kể tới khối lượng quán tính của piston, khối lượng quán tính này sẽ gây ra độ trễ cho quá trình biến đổi áp suất trong thực

tế Nếu coi như hệ thống không có độ trễ ta có thể bỏ không xét tới khối lượng quán tính của piston

F m − A m P m − C m.x˙m = M m ¨x m (2.9)

Sự thay đổi áp suất trong xy lanh phanh chính:

Sự thay đổi áp suất trong xy lanh phanh chính được tính bằng tỷ lệ lưu lượng dầu vào và ra trên đường ống so với thể tích dầu trước van giữ áp có kể tới modun đàn hồi của dầu

˙

Pm= βm V ˙m

Vm= βm Amx ˙m− Q6+ Q14

b Cụm van điều chỉnh áp suất:

Cụm van điều chỉnh áp suất của hệ thống bao gồm van giảm áp và giữ áp, một bơm dầu và bình tích năng Bơm dầu sẽ bơm dầu từ bình tích áp trở về đường dầu chính Mỗi cặp van tăng áp và giảm áp sẽ hoạt động ở 3 trạng thái và được mô

tả dưới dạng phương trình sau:

Quá trình giảm áp:

Quá trình giảm áp các van giảm áp và giữ áp đều ở trạng thái hoạt động, không có dầu từ xy lanh phanh chính tới xy lanh phanh bánh xe, và dầu từ xy lanh phanh bánh xe qua van giảm áp hồi về

Q7= C d7 A7√2

ρ ( P s − P l)

(2.13)

c Xy lanh phanh:

Hình 2.6: Mô hình xy lanh phanh

Phương trình cân bằng lực của piston phanh khi bắt đầu chạm đĩa phanh:

Các lực tác dụng lên piston phanh bao gồm lực do áp suất phanh Ps gây ra, lực phanh, lực cản chuyển động do độ nhớt của dầu và lực quán tính của bản thân piston phanh

P s A s − F b − C s x˙s = M s x¨s (2.14) Lực phanh có thể được tính theo công thức sau:

Nếu lượng dầu thay đổi xy lanh phanh bánh xe (giữ áp) thì :

Phương trình cân bằng lực của bình tích năng:

Khi tính toán quá trình phanh còn có các điều kiện biên ban đầu bao gồm vận tốc góc bánh xe và vận tốc xe trước khi phanh, do đó vận tốc góc bánh xe, vân tốc

xe và quãng đường phanh được tính theo các công thức sau:

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

Bằng thực nghiệm đã xác định được rằng lực dọc ở hệ số trượt nhỏ tỷ lệ tuyến tính với hệ số trượt và lực ngang ở góc lệch bên nhỏ thì tỷ lệ tuyến tính với góc lệch bên của lốp Những mô hình tính toán dựa trên hiện tượng này được gọi là

mô hình “nền đàn hồi” - “Elastic foundation” model Hạn chế của những mô hình này là chỉ sử dụng được trong các trường hợp hệ số trượt nhỏ hoặc góc lệch bên nhỏ

Đối với các trường hợp rộng hơn, bắt buộc phải sử dụng các mô hình phi tuyến để đưa vào mô hình tính toán Trong các mô hình lốp được sử dụng hiện nay,

có một số dạng mô hình lốp như sau:

 Mô hình vật lý: mô tả các tương tác vật lý giữa lốp và mặt đường bao gồm

lực tương tác, sự biến dạng bề mặt, mài mòn cơ học mô hình vật lý bao gồm các thông số như cấu trúc, hình dạng, vật liệu, tải trọng tác dụng, áp suất, cấu trúc xương mành, tốc độ… Mô hình vật lý thường sử dụng phương pháp tính toán phần tử hữu hạn để xác định các thông số cần thiết;

 Mô hình vật lý đơn giản: mô tả kết hợp giữa các tính chất vật lý và động học

của lốp tại vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường Một trong các mô hình vật

lý đơn giản được sử dụng nhiều nhất là mô hình Brush [12];

 Mô hình thực nghiệm: mô tả các tương tác giữa lốp và mặt đường dựa trên

các thông số thực nghiệm bao gồm các lực tương tác, hệ số trượt, góc lệch bên Mô hình thực nghiệm được sử dụng khi lốp hoạt động ở trạng thái ổn định Ở trạng thái quá độ, mô hình lốp có bổ sung các hệ số khác thêm vào

Các dạng mô hình lốp trên mỗi dạng đều có các phân chia nhỏ hơn từ mô hình dạng đơn giản cho tới mô hình phức tạp mô tả đầy đủ mối tương tác giữa lốp

và mặt đường

Mô hình lốp vật lý thường được sử dụng để nghiên cứu sâu về kết cấu lốp xe,

độ bền của lốp, các biến dạng có thể gây ảnh hưởng tới quá trình động lực học của

xe để từ đó đưa ra các điều chỉnh phù hợp Dạng mô hình này ít được sử dụng trong tính toán động lực học của xe vì nó khá phức tạp, không phù hợp cho các bài toán yêu cầu tính toán lớn

Trong tính toán động lực học, thường sử dụng loại 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 phươn trình toán học phi tuyến để mô tả các lực tương tác thu được từ thực nghiệm Những hàm toán học này có thể có dạng đường thẳng cho tới các dạng phi tuyến với nhiều thông số hiệu chỉnh