Nghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máyNghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN SỸ AN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT CHO XE MÁY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN SỸ AN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT CHO XE MÁY Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Hồ Hữu Hải PGS TS Lưu Văn Tuấn Hà Nội – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Cơng trình thực Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn PGS.TS Hồ Hữu Hải PGS.TS Lưu Văn Tuấn Các số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Hà nội, ngày … tháng … năm 2018 TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Người hướng dẫn Người hướng dẫn khoa học khoa học PGS.TS Hồ Hữu Hải PGS.TS Lưu Văn Tuấn Người cam đoan Nguyễn Sỹ An LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh cố gắng nỗ lực thân, nhận động viên giúp đỡ lớn nhiều nhà khoa học tập thể nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Hồ Hữu Hải, PGS.TS Lưu Văn Tuấn – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng – Viện Cơ khí động lực, Bộ mơn Tự động hóa – Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, bảo tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn anh, em đồng nghiệp Khoa Cơ Điện, lãnh đạo trường Đại học Công nghiệp Dệt may Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ thời gian vật chất để tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn anh, em nghiên cứu sinh, học viên cao học sinh viên khóa thuộc mơn Ơ tơ xe chun dụng – Viện Cơ khí động lực – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hết lòng hỗ trợ, động viên tơi suốt thời gian thực luận án Cuối cùng, xin bày tỏ lòng kính u biết ơn tới đại gia đình, bạn bè thực động viên, giúp đỡ suốt thời gian học tập Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Hà Nội, ngày … tháng … năm 20… Nghiên cứu sinh Nguyễn Sỹ An MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Sự cần thiết phải hạn chế trượt lết cho bánh xe phanh 1.2 Tình hình nghiên cứu hạn chế trượt lết bánh xe phanh 1.2.1 Nghiên cứu hạn chế trượt lết bánh xe phanh (ABS) giới 1.2.2 Nghiên cứu hạn chế trượt lết bánh xe phanh nước 19 1.3 Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu 21 1.4 Nội dung phương pháp nghiên cứu 22 1.5 Kết luận chương 23 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VÀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT 24 2.1 Cơ sở lý thuyết hạn chế trượt lết bánh xe phanh 24 2.1.1 Hệ số bám bánh xe với mặt đường phanh 24 2.1.2 Phương pháp điều khiển hạn chế trượt lết bánh xe phanh 28 2.1.3 Quá trình điều khiển hạn chế trượt lết bánh xe phanh theo gia tốc góc 30 2.2 Cấu hình hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy 32 2.2.1 Hệ thống phanh xe máy 32 2.2.2 Đề xuất cấu hình hệ thống phanh hạn chế trượt lết 33 2.3 Đề xuất cấu điều áp 35 2.3.1 Cấu tạo cấu điều áp 36 2.3.2 Nguyên lý làm việc cấu điều áp 37 2.3.3 Tính tốn mơ cấu điều áp 38 2.4 Mơ hình mơ hệ thống dẫn động phanh xe máy có hệ thống hạn chế trượt lết 42 2.4.1 Mơ hình xy lanh – pít tơng phanh 42 2.4.2 Mơ hình xy lanh – pít tơng cơng tác 43 2.5 Mơ hình mơ động lực học trình phanh xe 45 2.5.1 Mơ hình mơ bánh xe phanh 45 2.5.2 Mơ hình mô bánh xe không phanh (bánh xe trước) 46 2.5.3 Mơ hình mơ lốp xe 47 2.5.4 Mơ hình mơ q trình phanh đường thẳng 48 2.5.5 Kết mô mơ hình xây dựng 50 2.6 Mô xác định thông số cấu điều áp 52 2.6.1 Mô xác định lực nam châm điện 52 2.6.2 Tính nam châm điện cấu điều áp 55 2.7 Nghiên cứu khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống có cấu điều áp 58 2.8 Kết luận chương 60 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN (ECU) 62 3.1 Nghiên cứu chọn thuật toán điều khiển 62 3.2 Xác định ngưỡng gia tốc góc điều khiển hệ thống 66 3.2.1 Mô điều khiển theo độ trượt bánh xe 67 3.2.2 Mô điều khiển theo gia tốc góc bánh xe 72 3.3 Thiết kế chế tạo ECU 79 3.3.1 Cấu trúc hệ thống phanh hạn chế trượt lết điều khiển 79 3.3.2 Thiết kế khối cấp nguồn 80 3.3.3 Giới thiệu cảm biến đo vận tốc góc bánh xe 81 3.3.4 Khối xử lý tín hiệu cảm biến vận tốc góc 84 3.3.5 Khối xử lý tín hiệu từ cơng tắc bàn đạp phanh 84 3.3.6 Khối công suất điều khiển cấu điều áp hệ thống phanh hạn chế trượt lết 85 3.3.7 Khối điều khiển 87 3.3.8 Kiểm tra điều khiển 88 3.4 Kết luận chương 90 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 91 4.1 Bố trí hệ thống xe 91 4.1.1 Sơ đồ bố trí hệ thống xe máy 91 4.1.2 Bố trí hệ thống phanh hạn chế trượt lết xe máy thực 91 4.2 Thực nghiệm 93 4.2.1 Mục đích thực nghiệm 93 4.2.2 Thiết bị đo ghi liệu dùng thực nghiệm 93 4.2.3 Phương án thực nghiệm 97 4.2.4 Kết thực nghiệm hệ thống phanh hạn chế trượt lết 98 4.3 Kết luận chương 103 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 106 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN - ii - DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Giải thích a,b m Khoảng cách từ trọng tâm xe máy đến bánh trước, bánh sau hg m Chiều cao trọng tâm so với mặt đường Fx, Fy, Fz N Lực tương tác lốp mặt đường theo phương x, y, z Fnc N Lực nam châm điện chiều Fd N Lực dầu tác dộng lên đỉnh pít tơng cấu điều áp klx N/m l0 m Độ nén ban đầu lò xo cấu điều áp Ft, Fs N Lực tác dụng lên má phanh bánh xe trước, bánh xe sau Mpt, Mps Nm p1, pxl N/m2 Áp suất dầu xy lanh chính, xy lanh cơng tác N.s/m Độ nhớt động học dầu Độ cứng lò xo cấu điều áp Mô men phanh bánh xe trước, bánh xe sau Hệ số tiết lưu Độ trượt s m1, m2, mt kg Khối lượng pít tơng xy lanh chính, xy lanh cấu điều áp suất, xy lanh công tác mtong kg Khối lượng toàn xe Q1, Q2, Q3 m3/s rbx m Bánh kính lăn bánh xe dp m Đường kính trượt van điều áp J bx kgm2 x , y , v, v0, v1 Mơ men qn tính bánh xe Hệ số bám theo phương x, y, hệ số bám tổng r x1 , x2 , x3 Lưu lượng trước, sau cơ cấu điều áp, hồi vào khoang b m Độ dịch chuyển pít tơng xy lanh chính, trượt van điều áp, pít tơng xy lanh cơng tác rad/s Vận tốc góc rad/s2 Gia tốc góc m/s Vận tốc dài xe máy, vận tốc ban đầu, vận tốc kết thúc điều khiển - iii - g m/s2 Gia tốc trọng trường W1,W2 vòng Số vòng dây cuộn dây 1, cuộn dây henry/cm Hệ số từ dẫn qua kẽ hở khơng khí m W / cm2 C Hệ số tỏa nhiệt cuộn dây mm2/m B gox lcp m G henry Điện trở suất dây đồng Cường độ từ cảm Chiều dài trung bình lõi Từ dẫn qua kẽ hở khơng khí Hệ số điền đầy cuộn dây fk C Nhiệt độ chênh lệch cho phép cuộn dây m Khe hở từ thông Danh mục chữ viết tắt Ký hiệu Giải thích ABS Anti-lock Braking System Hệ thống chống hãm cứng bánh xe phanh ASR Anti Skid Regulator Hệ thống chống trượt quay VDC Vehile Dynamic Control Kiểm soát động lực xe ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử EBD Electronic Brake Distribution Hệ thống phân bố lực phanh điện tử TCS Traction control system Hệ thống điều khiển lực kéo ESP Electronic Stability Program Chương trình điều khiển ổn định điện tử VSC Vehicle Stability Control Hệ thống điều khiển ổn định ô tô - iv - DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Thông số xe nghiên cứu 21 Bảng 2.1 Hệ số theo công thức Burckhardt số loại đường[52] 47 Bảng 2.2 Các thông số đầu vào mô 50 Bảng 2.3 Các thơng số tính nam châm 55 Bảng 2.4 Các thông số nam châm điện chiều 57 Bảng 3.1 Miền biến thiên ngưỡng giá trị gia tốc góc 72 Bảng 3.2 Tổng hợp phương án mô 75 Bảng 3.3 Ma trận trung bình diện tích so sánh 75 Bảng 3.4 Ngưỡng gia tốc góc điều khiển 76 Bảng 4.1 Thông số cảm biến áp suất M5256-C3079E-050BG hãng Sensys 94 Bảng 4.2 Thông số cảm biến ADXL335 Analog Device 95 Bảng 4.3 Giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết phù hợp với giá trị đo thực nghiệm 98 Bảng 4.4 Phương án thực nghiệm không điều khiển 98 Bảng 4.5 Phương án thực nghiệm có điều khiển 100 -v- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Đồ thị quan hệ hệ số bám độ trượt [7], [21], [54] Hình 1.2 Trường hợp nghiên cứu Takefumi Sato, Tenri Japan 10 Hình 1.3 Trường hợp nghiên cứu Takefumi Sato, Tenri Japan 11 Hình 1.4 Nghiên cứu Pickenhahn Josef, Barr Stephen P J., Beuerle Christoph, Glasmacher Klaus, Weidele Alois Fischer Martin 12 Hình 1.5 Hệ thống đề xuất Chen Po-Hsi, Hwu Long-Cherng Juang Puu-An 13 Hình 1.6 Mơ hình điều khiển nghiên cứu 14 Hình 1.7 Sơ đồ hệ thống Chun-Kuei HUANG, Ming-Chang SHIH năm 2010 15 Hình 1.8 Sơ đồ thuật tốn khối hệ thống 16 Hình 1.9 Hệ thống đề xuất Takenouchi Kazuya, Nakayama Masanobu, 17 Hình 1.10 Hệ thống đề xuất Eckert Alfred, Olejnik Peter Reviol Ralf18 Hình 1.11 Sơ đồ cấu tạo ABS xe máy 19 Hình 2.1 Sơ đồ xác định hệ số A,B,C,D [21] 26 Hình 2.2 Quan hệ hệ số bám độ trượt số loại đường [24], [40] 27 Hình 2.3 Sơ đồ thuật toán điều khiển theo độ trượt cho trước 28 Hình 2.4 Sơ đồ thuật tốn điều khiển theo gia tốc giới hạn 29 Hình 2.5 Sự thay đổi mơ men phanh M b (a), áp suất dẫn động phanh (p) gia tốc góc ( ) bánh xe phanh có ABS [8], [25] 31 Hình 2.6 Sơ đồ hệ thống phanh 33 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy 34 Hình 2.8 Xy lanh 34 Hình 2.9 Xy lanh công tác 34 Hình 2.10 Sơ đồ trình nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm cấu điều áp 36 Hình 2.11 Cấu tạo cấu điều áp 36 Hình 2.12 Cơ cấu điều áp chế độ phanh bình thường (chế độ tăng áp) 37 Hình 2.13 Cơ cấu điều áp chế độ xảy trượt lết bánh xe (chế độ giảm áp) 37 Hình 2.14 Lực tác dụng lên trượt van điều áp 38 Hình 2.15 Tiết diện cửa I 39 Hình 2.16 Mơ hình mơ cấu điều áp 41 Hình 2.17 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh 42 Hình 2.18 Xy lanh-pít tơng phanh 42 Hình 2.19 Mơ hình mơ xy lanh phanh 43 Hình 2.20 Xy lanh-pít tơng cấu phanh 43 Hình 2.21 Mơ hình mơ xy lanh cơng tác 44 Hình 2.22 Mơ hình mơ hệ thống dẫn động phanh 45 Hình 2.23 Lực tác dụng lên bánh xe phanh 45 Hình 2.24 Mơ hình mơ bánh xe phanh 46 - vi - ... VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Sự cần thiết phải hạn chế trượt lết cho bánh xe phanh 1.2 Tình hình nghiên cứu hạn chế trượt lết bánh xe phanh 1.2.1 Nghiên cứu hạn chế trượt lết bánh xe phanh. .. khiển hạn chế trượt lết bánh xe phanh 28 2.1.3 Quá trình điều khiển hạn chế trượt lết bánh xe phanh theo gia tốc góc 30 2.2 Cấu hình hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy. .. CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VÀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT 24 2.1 Cơ sở lý thuyết hạn chế trượt lết bánh xe phanh 24 2.1.1 Hệ số bám bánh xe với mặt đường phanh