Xây dựng mô hình tính toán cơ cấu chấp hành trong hệ thống phanh khí nén trang bị ABS

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC BẢNG LỜI NÓI ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 1.1 Nhiệm vụ vai trò hệ thống phanh ô tô 1.2 Tính phanh ô tô 1.2.1 Yêu cầu hiệu phanh 1.2.2 Tính ổn định hƣớng ô tô phanh 1.3 Biện pháp tạo hiệu phanh cao .8 1.4 Một số nghiên cứu ABS khí nén nƣớc 14 CHƢƠNG II NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRANG BỊ ABS 17 2.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS 17 2.2 Các cụm chi tiết hệ thống phanh ABS khí nén 18 CHƢƠNG III XÂY DỰNG PHƢƠNG TRÌNH MÔ TẢ ĐỘNG LỰC HỌC PHANH KHÍ NÉN ABS 30 3.1 Mục tiêu .30 3.2 Động lực học phanh ABS .30 3.3 Xác định mô men phanh cấu phanh sinh .33 3.4 Xây dựng phƣơng trình tính toán điểm nút hệ thống phanh xe ¼ trang bị ABS 38 CHƢƠNG IV KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH VAN ABS VÀ MÔ PHỎNG SỐ QUÁ TRÌNH HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH 41 I THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH VAN ABS 41 4.1 Mục đích thí nghiệm 41 4.2 Xây dựng sơ đồ thí nghiệm .41 4.3 Thiết kế mạch đo 45 4.4 Các thí nghiệm, kết quả, nhận xét 51 II MÔ PHỎNG SỐ TRÊN PHẦN MỀM MATLAB SIMULINK 55 4.5 Mô hệ thống phanh khí nén có van ABS máy tính 57 4.6 Mô khối động lực học xe 60 4.7 Các kết mô phỏng, phân tích so sánh tiêu chất lƣợng hệ thống phanh ABS 64 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC 72 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu Những nội dung trình bày luận văn thực với hƣớng dẫn khoa học PGS.TS Phạm Hữu Nam với giúp đỡ bạn bè, đồng nghiệp Nội dung luận văn hoàn toàn phù hợp với Đề tài đƣợc đăng ký phê duyệt Hiệu trƣởng Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết luận văn trung thực Tác giả luận văn Trịnh văn Tuấn DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Ý nghĩa Ký hiệu Đơn vị đo A Hệ số thực nghiệm, A=0,654 B Hệ số thực nghiệm, B=1,13 fi Tiết diện phần tử thứ i k Chỉ số đoạn nhiệt không khí, k=1,4 li Chiều dài đoạn ống thứ i m mi Lƣu lƣợng qua điểm nút i m3 / s pi Áp suất dòng khí tiết diện i N / m2 R Hằng số khí lý tƣởng, R=287,14 T Nhiệt độ tuyệt đối dòng khí Vi Thể tích phần tử i m3 vgh Vận tốc giới hạn dòng khí, vgh  340 m/ s µ Hệ số lƣu lƣợng dòng khí vị trí i ξi Hệ số cản khí động vị trí i  Hệ số ma sát,  =0,025 C Độ cứng lò xo bầu phanh N/m F X Lực bám dọc N FY Lực bám ngang N X Hệ số bám dọc Y Hệ số bám ngang N Phản lực vuông góc từ mặt đƣờng lên bánh xe  Hệ số trƣợt m2 m /( s K ) K N Tốc độ thân xe m/ s bx Vận tốc góc bánh xe rad / s Rb Bán kính bánh xe m rt Bán kính tang trống m v ABS Antilock Braking System ECU Electronic Control Unit ADC Analog Digital Converter S/M Sensor/Module GND Ground ASM Assembly DANH MỤC HÌNH ẢNH Tên hình vẽ, đồ thị Hình Trang 1.1 Sơ đồ hệ thống phanh khí đơn giản 1.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô phanh 1.3 Sơ đồ hành lang phanh ô tô 1.4 Đƣờng đặc tính điều hòa lực phanh hai thông số 10 1.5 Đồ thị hệ số trƣợt theo hệ số bám dọc ngang 12 1.6 Sơ đồ hệ thống phanh ABS 13 2.1 Sơ đồ dẫn động phanh khí nén dòng có trang bị ABS 17 2.2 Vị trí cảm biến lắp moay bánh xe 18 2.3 Cấu tạo hoạt động cảm biến vận tốc bánh xe 19 2.4 Tín hiệu điện áp cảm biến tốc độ bánh xe 20 2.5 Khối điều khiển ECU ABS với tín hiệu đầu vào 21 2.6 Sơ đồ cấu tạo van ABS 22 2.7 Pha tăng áp van ABS chƣa hoạt động 23 2.8 Pha giảm áp van ABS 24 2.9 Pha giữ áp van ABS 25 2.10 Pha tăng áp van ABS hoạt động 26 2.11 Đồ thị diễn biến trình làm việc hệ thống phanh ABS 28 3.1 Mô hình động lực học ¼ xe 31 3.2 Sơ đồ tính mô men phanh 34 3.3 Biểu đồ phân bố áp suất má phanh theo qui luật hình sin 35 3.4 Sơ đồ tính toán cấu ép 36 3.5 Sơ đồ điểm nút hệ thống phanh ABS 38 4.1 Sơ đồ thí nghiệm 42 4.2 Sơ đồ cấu tạo chấp hành van ABS 43 4.3 Sơ đồ mặt cắt chấp hành 43 4.4 Sơ đồ cấu tạo bầu phanh 44 4.5 Sơ đồ đo áp suất bầu phanh 45 4.6 Cảm biến đo áp suất 46 4.7 Mạch xử lý tín hiệu cảm biến áp suất 47 4.8 Sơ đồ nguyên lý hoạt động thu thập liệu 48 4.9 Bộ điều khiển ABS lắp mô hình 49 4.10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động điều khiển tín hiệu van ABS 50 4.11 Khối công suất lắp mô hình 51 4.12 Đồ thị xác định mối liên hệ áp suất giá trị adc thu 52 4.13 Diễn biến trình giảm áp từ atm tới atm 53 4.14 Diễn biến trình tăng áp từ atm tới atm 54 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 Sơ đồ mô biến đổi lƣu lƣợng áp suất khí nén vào tổng van phanh Modul mô biến đổi lƣu lƣợng áp suất khí nén qua đƣờng ống Sơ đồ mô biến đổi lƣu lƣợng áp suất khí nén vào van ABS Modul mô biến đổi lƣu lƣợng áp suất khí nén qua van Sơ đồ mô biến đổi lƣu lƣợng áp suất khí nén vào bầu phanh Modul mô biến đổi lƣu lƣợng áp suất khí nén vào bầu phanh Sơ đồ mô biến đổi lƣu lƣợng áp suất khí nén van phanh ABS 57 58 58 59 59 59 60 4.22 Sơ đồ tín hiệu vào/ra khối mô hình lốp 61 4.23 Sơ đồ tính toán mô hình lốp Dugoff 62 4.24 Sơ đồ khối động lực học phanh ¼ xe 63 4.25 Sơ đồ khối mô mô men phanh 63 4.26 Đồ thị quang đƣờng phanh ứng vơi vận tốc 40km/h, số bám =0,8 64 4.27 Đồ thị quãng đƣờng phanh ứng với vận tốc 80km/h, số bám =0,8 64 4.28 Đồ thị áp suất ứng với V= 40 km/h hệ số bám 0,8 65 4.29 4.30 4.31 4.32 Đồ thị liên hệ hệ số trƣợt vận tốc góc ứng với V= 40 km/h hệ số bám 0,8 Đồ thị liên hệ hệ số trƣợt vận tốc góc ứng với V= 40 km/h hệ số bám 0,4 Đồ thị liên hệ hệ số trƣợt vận tốc góc ứng với V= 80 km/h hệ số bám 0,8 Đồ thị liên hệ hệ số trƣợt vận tốc góc ứng với V= 80 km/h hệ số bám 0,4 66 66 67 68 DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Hình Trang Bảng biểu diễn trạng thái pha, trạng thái van, trạng thái nối 2.1 thông, ngắt khoang van ABS 27 4.1 Thông số kích thƣớc chấp hành van ABS 43 4.2 Bảng kết thí nghiệm pha giảm áp van ABS 54 4.3 Bảng kết thí nghiệm pha tăng áp van ABS 55 4.4 Các thông số đầu vào 56 LỜI NÓI ĐẦU Xã hội ngày phát triển, hàng năm hàng triệu ô tô giới đƣợc sản xuất đƣa vào hoạt động Điều dẫn tới mật độ xe đƣờng ngày cao Số lƣợng xe nhiều, tốc độ xe lớn vấn đề an toàn vận tải ô tô cần đƣợc đặc biệt quan tâm, cần nhận thức rõ vị trí, tầm quan trọng hệ thống phanh ô tô việc nâng cao tính kinh tế an toàn chuyển động Trƣớc ô tô tải sử dụng hệ thống phanh khí nén khí đơn giản, hiệu phanh chƣa cao Hiện nay, xe hệ sử dụng hệ thống phanh với tính năng, tiêu kỹ thuật cao nhằm đáp ứng qui định ngày khắt khe đảm bảo an toàn cho ngƣời, hàng hoá vận chuyển phƣơng tiện tham gia giao thông Trên xe ô tô đại thƣờng dùng hệ thống phanh khí nén trang bị ABS sử dụng thay cho hệ thống phanh khí nén nhằm tăng mức độ an toàn hiệu cho xe Cho đến nay, nƣớc ta có nhiều công trình nghiên cứu tính toán hệ thống phanh khí nén ABS, nhƣng nhiều mặt hạn chế chƣa có nghiên cứu đầy đủ trình động học dẫn động phanh khí nén ABS nhƣ khảo sát, phân tích nhân tố ảnh hƣởng đến trình làm việc dẫn động phanh khí nén, đặc biệt cấu chấp hành Qua thực tế trên, đề tài: “Xây dựng mô hình tính toán cấu chấp hành hệ thống phanh khí nén trang bị ABS” góp phần đáng kể trình tính toán dẫn động điều khiển hệ thống phanh khí nén ABS Mục đích nghiên cứu đề tài nghiên cứu trình động lực học dẫn động phanh khí nén chế độ làm việc cấu chấp hành, để làm cho việc xác định đặc tính hệ thống phanh trang bị thêm ABS, lựa chọn phần tử hệ thống dẫn động phanh đảm bảo yêu cầu an toàn vận hành Trong toàn trình thực luận văn mình, gặp nhiều khó khăn vƣớng mắc, với cố gắng học hỏi, đặc biệt có giúp đỡ tận tình Thầy TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Cẩn (2004), Phanh ô tô - Cơ sở khoa học thành tựu mới, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Trọng Hoan (2004), Bài giảng động lực học hệ thống thuỷ khí ô tô, Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội [3] Trần Văn Nghĩa (2000), Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm Matlab phần sở, Khoa khí trƣờng Đại Học Bách khoa Hà Nội [4] Phạm Công Ngô (2006), Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [5] Wabco (2011), Anti-Lock Braking System (ABS) and Anti-Slip Regulation (ASR), 2nd Edition [6] Meritor Wabco (1999), Anti-Lock Braking System Training Program- Student Manual, USA 71 Phụ lục Phụ lục 1: Dữ liệu chạy phần mềm matlab %Dữ liệu hệ thống phanh cho trình mô clear all %Thong so tham khao %thong so mo hinh xe 1/4 xe co abs pmax=7e5;% Ap suat max, N/m^2 p0=pmax;%N/m^2 a=0.654; b=1.13; k=1.43; % Chi so doan nhiet ga=4.68e3; %ty khong vgh=340; %Van toc gioi han dong khi, m/s l1=3; % Chieu dai ong tu tong van den van bao ve nga, m l2=2; % Chieu dai ong tu van bao ve nga toi van abs, m lbp=0.8; % Chieu dai ong tu van abs den bau phanh, m d=0.008; % Duong kinh ong dan; d1=d; dabs=0.008;% duog kinh ong f1=pi*d1^2/4; % dien tich ung voi chieu dai l fabs=pi*dabs^2/4; % dien tich ung voi chieu dai l2 fbp=f1; V1=l1*f1; % The tich ong dan tu tong phanh den nga cau phanh Vabs=labs*f1%+0.2e-3; % The tich ong dan tu binh den van phanh abs Vbp=lbp*f3; % The tich ong dan tu van phanh abs den ba phanh lamda=0.025% He so tinh can duong ong pxi1=lamda*l1/d1; % He so can o nut van phanh chinh (khoang phanh truoc pxivanapsuat=0.478; %He so can qua van dieu chinh ap suat 72 pxiabs=lamda*labs/dabs%+pxivanapsuat; % He so mu1=1/pxi1^0.5; % He so luu luong o nut van phanh chinh mu2=1/pxi1^0.5; muabs=1/pxiabs^0.5; mubp=0.55; sm1=pi*0.18^2/4; % thong so cua phan dieu chinh abs gb=13000/2; %trong luong xe1/4 xe g=9.81;% gia toc truong m=gb/10;% khoi luong xe Rb=0.345;% ban kinh banh xe j1=2; %mo men quan tinh banh xe komega=0.36; % he so can khong xome=0.75*bb*hh*komega; % thong so mo hinh lop alpha=0*pi/180; s1=0.03; C1=40e3; Cs=40e4; As=0.0115; c2=1.55; % thong so cua co cau phanh A=0.665;% he so ket cau lk=0.75;% chieu dai dan dong dk=0.24;%duong kinh vong tron co so cua cam phanh h=0.35;%khoang cach diem dat luc nuy3=0.35;% he so ma sat tang va guoc phanh 73 can o nut van phanh v0=40/3.6; %km/h, van toc ban dau V0=v0; abs 74 Phụ lục 2: Chƣơng trình điều khiển thu thập liệu Chip type : ATmega8 Program type Chip type : Application AVR Core Clock frequency: 8.000000 MHz Memory model : Small External RAM size :0 Data Stack size : 256 *******************************************************/ #include #include // Declare your global variables here // Standard Input/Output functions #include int t1,t2,t3,t4;// khai bao bien t int Data = 0; khai bao bien Data int counter=0; //khai bao bien counter char str[15]; // Voltage Reference: AVCC pin #define ADC_VREF_TYPE ((0