Nghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy (tt)

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Ở Việt Nam nay, xe máy phương tiện giao thông chủ yếu Số lượng tốc độ tăng xe máy lớn, số liệu ước tính đến hết năm 2016 Việt Nam có gần 45 triệu xe máy năm 2017 có 3,2 triệu xe máy bán Trong số phương tiện tham gia giao thông đường Việt Nam số lượng xe máy áp đảo phương tiện khác Người xe máy trang bị mũ bảo hiểm Khi xảy va chạm, người ngồi xe máy có mức độ chấn thương cao hẳn tơ Vì việc đảm bảo an tồn cho người sử dụng phương tiện xe máy Việt Nam cấp thiết Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, luận án chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy” Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Xe máy sử dụng nước chủ yếu xe có tốc độ thấp chưa trang bị hệ thống phanh ABS Muốn trang bị hệ thống phanh ABS phải mua nguyên hãng xe máy thiết kế chờ sẵn để lắp Do đó, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo, lựa chọn phương án bố trí lắp đặt hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy nhằm mục đích bước cải thiện hiệu nâng cao tính ổn định chuyển động xe máy trình phanh Luận án giải vấn đề: Đề xuất nguyên lý hệ thống điều chỉnh áp suất phanh nhằm hạn chế trượt lết bánh xe; Xây dựng mơ hình mơ hệ thống phanh thủy lực xe máy, mô chuyển động xe máy phanh, đề xuất điều khiển thuật toán điều khiển hệ thống theo gia tốc góc bánh xe; Thơng qua mơ hoạt động hệ thống máy tính, luận án sơ xác định ngưỡng giá trị gia tốc góc bánh xe để điều khiển chuyển đổi pha tăng áp, giảm áp chu trình hoạt động hệ thống; Nghiên cứu thiết kế chế tạo thiết bị thu thập tín hiệu từ cảm biến để đo thông số trình phanh; Nghiên cứu thực nghiệm nhằm hiệu chỉnh giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển nhận xét hiệu hoạt động hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe Đây vấn đề có tính khoa học, sở cho nghiên cứu hoàn thiện để ứng dụng xe máy Nội dung bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VÀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Các kết nghiên cứu luận án Luận án đạt kết nghiên cứu sau: - Đề xuất, thiết kế chế tạo cấu điều áp điều chỉnh áp suất phanh hệ thống phanh dẫn động thủy lực xe máy; - Xây dựng mơ hình mơ hệ thống phanh có điều chỉnh áp suất phanh nhằm hạn chế trượt lết bánh xe xe máy mơ hình mơ động lực học trình phanh xe máy đường thẳng; - Xác định khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết đề xuất xe nghiên cứu; - Đề xuất phương pháp hiệu chỉnh xác định giá trị ngưỡng gia tốc góc bánh xe mơ lý thuyết để điều khiển chuyển pha làm việc cấu điều áp trình hệ thống hoạt động - Thiết kế chế tạo, bố trí lắp đặt thiết bị cho thực nghiệm thực nghiệm lấy số liệu đánh giá hoạt động hệ thống phanh hạn chế trượt lết xe máy CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Sự cần thiết phải hạn chế trượt lết cho bánh xe phanh Lực dọc (trong trường hợp phanh lực phanh) cực đại: Fxmax = Fzφx Tương tự lực ngang cực đại: Fymax = Fzφy Mà hệ số bám dọc φx hệ số bám ngang φy phụ thuộc độ trượt dọc bánh xe truyền lực kéo (trượt quay) lẫn truyền lực phanh (trượt lết) Hình 1.1 thể mối quan hệ hệ số bám dọc φx hệ số bám ngang φy với độ trượt dọc s Hình 1.1 Đồ thị quan hệ hệ số bám độ trượt [7][21][54] bánh xe phanh Từ đồ thị cho thấy hệ số bám dọc φx có giá trị cao hệ số trượt s nằm khoảng 15% - 25% Khi hệ số trượt s = (trượt lết hoàn tồn) giá trị φx khoảng xấp xỉ 0,6φxmax Đối với hệ số bám ngang φy độ trượt s tăng lên, φy suy giảm nhanh hệ số trượt s = giá trị φy không đáng kể Có thể chia q trình phanh theo độ trượt dọc thành vùng hình vẽ thấy: Khi phanh xe, vùng II vùng bánh xe có khả truyền lực dọc cao đồng thời khả truyền lực ngang tương đối cao Nếu bánh xe hoạt động vùng hiệu phanh cao khả ổn định chuyển động xe cao Từ phân tích trên, luận án hướng tới việc nghiên cứu điều chỉnh áp suất phanh từ điều chỉnh lực phanh cho bánh xe phanh hoạt động vùng II 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 1.2.1.1 Nghiên cứu ABS ô tô Cho đến thời điểm có nhiều cơng trình nghiên cứu ABS tơ cơng bố Các cơng trình nghiên cứu gần tập trung chủ yếu nghiên cứu hệ thống điều khiển ABS xe Các hệ thống điều khiển theo dõi tín hiệu gia tốc chậm dần độ trượt dọc bánh xe trình phanh [25], [52], [56] Các cơng trình nghiên cứu hệ thống điều khiển ABS theo độ trượt dọc bánh xe hoàn thiện [27], [48], [49] Vì nghiên cứu hệ thống ABS điều khiển theo độ trượt bánh xe dừng lại mơ hình lý thuyết mơ hình mơ phỏng, chưa có ứng dụng phát triển thực tế Các cơng trình nghiên cứu hệ thống ABS theo gia tốc góc chậm dần bánh xe phanh chứng minh ưu điểm trì độ trượt bánh xe gần miền tối ưu từ ổn định độ bám đường trình phanh Tuy nhiên để xác định ngưỡng gia tốc góc bánh xe để hệ thống điều khiển làm việc việc khó khăn, phải sử dụng thống kê, mơ phỏng, đo đạc hiệu chỉnh phức tạp thuật toán điều khiển [24], [40], [41], [46] 1.2.1.2 Nghiên cứu ABS xe máy Các nghiên cứu hệ thống ABS hệ thống có tính tương tự ABS cho xe máy tập trung chủ yếu nghiên cứu đề xuất cấu chấp hành phương pháp điều khiển cho xe máy Một số nghiên cứu đề xuất hệ thống chống bó cứng cho xe máy cách đề xuất cấu chấp hành hoạt động theo nguyên lý khác với ABS ô tô [59], [51], [28], [39], [58] Một số nghiên cứu đưa phương pháp điều khiển cách xác định hệ số bám bánh xe với mặt đường phương pháp đo góc nghiêng thân xe sử dụng nguồn phát sóng siêu âm [37], điều khiển logic mờ [28], điều khiển theo PID [58] 1.2.2 Nghiên cứu hạn chế trượt lết bánh xe phanh nước 1.2.2.1 Nghiên cứu ABS ô tô Tại Việt Nam lượng ô tô ngày tăng nhanh phát triển đa dạng chủng loại hãng xe Các xe ô tô lưu hành Việt nam nhiều xe trang bị hệ thống tích cực ABS, ASR, VSC, VDC… Do có nghiên cứu hệ thống tích cực ô tô nhằm làm chủ công nghệ làm sở để nội địa hóa hệ thống tơ Các cơng trình nghiên cứu lý thuyết phanh ô tô [19], [8], động lực học phanh ô tô [9] hay đề tài nghiên cứu quỹ đạo chuyển động tơ có trang bị hệ thống tích cực ABS, ASR, VSC [15], [20] Ngồi có cơng trình nghiên cứu tương đối đầy đủ hoàn thiện điều khiển hệ thống ABS cho nhiều đối tượng khác từ xe ô tô [2] đến xe du lịch [4] xe quân [14] hệ thống phanh dẫn động thủy lực [5] hệ thống phanh dẫn động khí nén [3] Các nghiên cứu phương pháp điều khiển điều khiển theo logic mờ [5], điều khiển theo gia tốc góc bánh xe [3], điều khiển thích nghi theo logic mờ mạng nơ ron nhân tạo [18] Từ nghiên cứu ABS ô tơ nước giúp giải thích chế minh chứng tính đắn việc cần thiết phải phát triển kỹ thuật ABS điều khiển trình phanh ô tô Đây sở để luận án lựa chọn phương án thu thập tín hiệu điều khiển đề xuất thiết kế chế tạo điều khiển với thông số điều khiển phù hợp cho hệ thống phanh hạn chế trượt lết luận án 1.2.2.2 Nghiên cứu ABS xe máy Trong nước vấn đề cải thiện tính an toàn hiệu sử dụng xe máy tham gia giao thông ngày cấp thiết nhiên chưa có đề tài khoa học nghiên cứu việc thiết kế ABS hệ thống phanh tương tự cho xe máy Từ phân tích cho thấy giới có nhiều đề xuất nhiều hệ thống ABS cho xe máy Tuy nhiên, đề xuất phức tạp, hệ thống ABS có xe máy lý bí cơng nghệ khơng công bố giá thành đắt tiền Tại Việt Nam chưa có cơng trình khoa học nghiên cứu đưa hệ thống tương tự Do cần thiết có nghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy có kết cấu đơn giản phù hợp với điều kiện Việt Nam 1.3 Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu luận án: Nghiên cứu, tính tốn thiết kế, chế tạo thử nghiệm đánh giá hệ thống phanh có khả điều chỉnh áp suất nhằm hạn chế trượt lết bánh xe cho xe máy Đối tượng nghiên cứu: Xe máy có hệ thống phanh trước phanh sau phanh dẫn động thủy lực khơng có ABS Phạm vi nghiên cứu: Luận án nghiên cứu trình phanh xe máy đường thẳng, phẳng xe máy chuyển động thẳng phanh, thân xe thẳng đứng không nghiêng hai bên Luận án không xét đến lực bên (lực ngang) tác động vào xe nghiên cứu Bỏ qua mô men cản lăn, cản khơng khí tác động vào xe nghiên cứu, bỏ qua đàn hồi lốp thay đổi chiều cao trọng tâm trình phanh phanh Do điều kiện thực nghiệm xe thực có nhiều khó khăn, luận án nghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho bánh xe phía sau Trong q trình thực nghiệm phanh xe máy có phân bố lại trọng lượng làm trọng tâm xe dịch phía trước dẫn đến bánh xe phía sau thường có xu hướng dễ trượt Do luận án đề xuất thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống phanh hạn chế trượt lết trang bị hệ thống phanh bánh xe phía sau xe máy để thuận lợi cho thực nghiệm hệ thống Luận án thực nghiên cứu thực nghiệm hại loại đường thẳng, bề mặt phẳng đường Asphalt khô asphalt phủ bùn sét vận tốc từ 30 km/h đến 50 km/h nhằm đánh giá hiệu hoạt động hệ thống phanh hạn chế trượt lết trang bị xe máy 1.4 Nội dung phương pháp nghiên cứu Luận án nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển điện tử nội dung nghiên cứu luận án gồm bước sau đây: - Nghiên cứu thiết kế, mô đối tượng điều khiển nhằm kiểm tra hiệu chỉnh thiết kế (nếu cần) Để rút ngắn trình thiết kế luận án nghiên cứu hệ thống phanh đối tượng nghiên cứu, nghiên cứu hệ thống ABS ô tô, mô động học xe máy phanh mô cấu điều áp - đối tượng điều khiển đề xuất từ hiệu chỉnh thiết kế - Nghiên cứu khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống phanh lắp thêm cấu điều áp Đề xuất thuật toán điều khiển mơ q trình hoạt động hệ thống phanh hạn chế trượt lết (hệ thống phanh có lắp thêm cấu điều áp) có điều khiển nhằm đánh giá hiệu chỉnh thuật toán điều khiển Sau tiến hành mơ xác định sơ ngưỡng điều khiển theo lý thuyết - Nghiên cứu chế tạo mơ hình thực nghiệm mơ thực nghiệm nhằm đánh giá hoạt động hệ thống Luận án sử dụng kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu lý thuyết: xây dựng mơ hình mơ hệ thống máy tính, thực mơ để khảo sát đặc tính hệ thống, từ xác định thơng số cấu điều áp, xác định sơ giá trị ngưỡng điều khiển Nghiên cứu thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe Thực nghiệm đánh giá khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống Thực nghiệm sở giá trị ngưỡng xác định từ mô lý thuyết nhận xét khả hoạt động thực tế hệ thống 1.5 Kết luận chương Trong chương luận án, tổng quan vấn đề nước giới liên quan đến đề tài nghiên cứu, từ làm sở đề lựa chọn đề tài nghiên cứu cụ thể: Trên giới có cơng trình nghiên cứu ABS cho xe máy chủ yếu nghiên cứu đề xuất cấu chấp hành phương pháp điều khiển Tuy nhiên, cơng trình chủ yếu dạng sáng chế kết dừng lại mô phần mềm Đây sở để luận án đề xuất cấu chấp hành phương pháp điều khiển hệ thống hạn chế trượt lết đề tài Ở Việt Nam có nhiều cơng trình nghiên cứu ABS cho tơ Các cơng trình nghiên cứu gần chủ yếu điều khiển ABS cho tơ hồn thiện Từ cơng trình nghiên cứu ABS cho tơ, luận án lựa chọn phương pháp điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy theo gia tốc góc bánh xe Tuy Việt Nam chưa có cơng trình nghiên cứu ABS hệ thống có tính tương tự cho xe máy, xe máy phương tiện chủ yếu vấn đề an toàn cho người xe máy tham gia giao thông cấp thiết Đây lý cần thiết có cơng trình nghiên cứu hệ thống hạn chế trượt lết cho xe máy Việt Nam Thực tế thương mại, ABS cho xe máy giới chế tạo thành công số hãng xe gắn máy lớn cho ứng dụng số mẫu xe Tuy nhiên, chủ yếu mẫu xe trang bị xe phân khối lớn giá thành cao Ngoài ra, yếu tố bí mật kinh doanh nên hãng không công bố nguyên lý kết cấu hệ thống ABS Từ phân tích chương này, luận án xác định mục tiêu nghiên cứu, đối tượng nghiên cứu, nội dung phạm vi nghiên cứu phù hợp với hướng đề tài phát triển hệ thống phù hợp trình bày phần sau CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VÀ MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT 2.1 Cơ sở lý thuyết hạn chế trượt lết bánh xe phanh Trong mục này, luận án nghiên cứu lăn, trượt, bám ảnh hưởng tới việc tiếp nhận lực từ bánh xe xuống mặt đường ngược lại từ mặt đường phản lực lên bánh xe phanh Phương pháp trình điều khiển hạn chế trượt lết phanh theo gia tốc góc bánh xe ô tô Từ sở lý thuyết đó, thấy ABS tơ hoạt động chế độ tăng áp, giữ áp giảm áp phức tạp để trang bị cho xe máy điều khiển ABS theo độ trượt gặp khó khăn việc xác định xác vận tốc dài xe để xác định độ trượt Do luận án đề xuất hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy có cấu hình ngun lý hoạt động khác với ABS ô tô chọn phương pháp điều khiển hệ thống theo vận tốc góc bánh xe 2.2 Cấu hình hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy 2.2.1 Hệ thống phanh xe máy 2.2.2 Đề xuất cấu hình hệ thống phanh hạn chế trượt lết Hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy đề xuất có sơ đồ cấu Hình 2.7 Hệ thống bao gồm xy lanh phanh chính, cấu điều áp, cấu phanh, điều khiển cảm biến vận tốc góc bánh xe Trong xy lanh phanh cấu phanh có sẵn xe nghiên cứu, cấu điều áp, điều khiển cảm biến vận tốc góc bánh xe trang bị thêm vào hệ thống 2.3 Đề xuất cấu điều áp Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy 2.3.1 Cấu tạo cấu điều áp Cơ cấu điều áp đề xuất có cấu tạo Hình 2.11 bao gồm phận van điều áp nam châm điện (4), van điều áp bao gồm trượt (1), vỏ van (2) lò xo hồi vị (3) 2.3.2 Nguyên lý làm việc cấu điều áp Ở chế độ tăng áp, dầu phanh từ cửa I thơng hồn tồn sang cửa II nghĩa dầu phanh từ xy lanh đến cấu phanh, áp suất phanh đến cấu phanh phụ thuộc lực bàn đạp Lúc nam châm điện khơng sinh lực (khơng có dòng điện đến nam châm), trượt bị lò xo hồi vị đẩy hồn tồn sang phía trái, dầu thơng từ cửa I sang cửa II (Hình 2.11) Ở chế độ giảm áp, nam châm điện cấp dòng tạo lực hút, hút trượt dịch chuyển sang phải, nén lò xo hồi vị lại Khi trượt vượt dịch chuyển qua cửa I, cửa I bị đóng lại, ngăn dầu từ xy lanh Con trượt tịnh tiến dịch chuyển sang phải, làm xuất khoang hồi dầu B, Con trượt Lo xo hồi vị dầu từ cấu phanh đến khoang Vỏ van Nam châm điện B áp suất phanh cấu phanh I: Cửa dầu vào cấu điều áp từ xy lanh giảm xuống (Hình 2.13) II: Cửa dầu từ cấu điều áp đến xy lanh cơng tác Khi ngừng cấp dòng vào A Khoang cấp dầu từ xy lanh nam châm điện, lực hút điện từ B Khoang hồi dầu từ xy lanh cơng tác Hình 2.11 Cấu tạo cấu điều áp đi, trượt bị lò xo hồi vị đẩy sang trái đẩy dầu phanh từ khoang B trở lại xy lanh công tác hệ thống trở chế độ tăng áp: cửa I thông với cửa II Để đảm bảo cấu điều áp hoạt động hiệu có ba thơng số quan trọng lực hút nam châm điện 4, lực đàn hồi lò xo hồi vị đường kính trượt Hình 2.13 Cơ cấu điều áp chế độ xảy trượt lết bánh xe van điều áp cần phải xác (chế độ giảm áp) định phù hợp 2.3.3 Tính tốn mơ cấu điều áp Từ sơ đồ lực tác dụng vào trượt van điều áp (Hình 2.14), phương trình chuyển động trượt van điều áp viết sau : •• • m2 x2 = Fnc + Fd − Flx −  x2 (2.13) Tùy theo độ dịch x2 trượt van điều áp hệ thống làm việc theo bốn trạng thái: + Trạng thái 1: Khi chế độ phanh bình thường trượt van điều áp khơng dịch chuyển: x2 = Q2 = Q1 Áp lực dầu khoang b: Fd = , Hình 2.14 Lực tác dụng lên trượt van điều áp pp = p1 (theo [13]); + Trạng thái 2: Khi bánh xe bị trượt lết lực nam châm kéo trượt van điều áp dịch chuyển sang phải x2:  x2  0,003m đóng dần cửa I Áp suất xy lanh : p1 = K (Q − Q2 )dt V1  (2.16) Lưu lượng dầu từ van điều áp cấp xuống xy lanh công tác Q2 (lưu lượng sau tiết lưu): Q2 =  Qdn p1 − p p (m s ) pdn (2.17) + Trạng thái 3: Khi độ dịch trượt van điều áp đóng kín hồn tồn cửa I x2  0,003m Khi thể tích khoang B S2 x2 Lưu lượng dầu Q3 từ xy lanh công tác cấu phanh hồi khoang B xác định sau: • Q3 = x2 S2 (m3/s) (2.18) Áp suất dầu xy lanh công tác cấu phanh xác định: pp = • K    Q2 − Q3 − Sct x3  dt  Vtong   (2.19) + Trạng thái 4: Khi nam châm điện tác dụng lực Fnc=0, trượt van điều áp dịch chuyển sang bên phía tay trái, phương trình (2.13) thành phần lực nam châm điện 2.4 Mơ hình mơ hệ thống dẫn động phanh xe máy có hệ thống hạn chế trượt lết Từ sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh hạn chế trượt lết Hình 2.7, luận án đề xuất sơ đồ mơ hình mơ hệ thống phanh hạn chế trượt lết dẫn động thủy lực Hình 2.17 2.4.1 Mơ hình xy lanh – pít tơng phanh Hình 2.17 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh Bỏ qua ảnh hưởng lò xo hồi vị, phương trình dịch chuyển pít tơng xy lanh chính: •• • m1 x1 = Fs − p1S1 −  x1 (2.21) Lưu lượng dầu Qs1 từ xy lanh cấp đến cấu điều áp tính sau: • Q1 = x1 S1 (m s ) (2.23) 2.4.2 Mơ hình xy lanh – pít tơng cơng tác Phương trình chuyển động pít tơng xy lanh cơng tác: •• • mct x3 = p p Sct −  x3 − k ( x3 − x3(0) ) (2.24) Mô men phanh tính cơng thức sau: M ps = mfd Rtb FN = mfd Rtbk(x3 − x3(0) ) (2.26) 2.5 Mơ hình mơ động lực học q trình phanh xe 2.5.1 Mơ hình mơ bánh xe phanh Trong trình phanh, lực mô men tác động vào bánh xe sau (bánh xe phanh) Hình 2.22, từ xây dựng phương trình chuyển động quay bánh xe sau: •• J bxs  s = −M ps + Fxsrbxs (2.27) 2.5.2 Mơ hình mơ bánh xe khơng phanh (bánh xe trước) Trong q trình phanh xe máy, bánh xe phía trước khơng phanh lăn bị động suốt q trình phanh •• J bxt t = Fxt rbxt (2.29) Hình 2.22 Lực tác dụng lên bánh xe phanh 2.5.3 Mơ hình mơ lốp xe Mơ hình Burckhardt [52], [62] xác định quan hệ độ trượt lốp xe hệ số bám số bám tổng r  x theo hệ độ trượt tổng sr ( ) x = C1 1− e−C s − C3s (2.31) 2.5.4 Mơ hình mơ trình phanh đường thẳng Trong trình phanh, với giả thiết nêu, xe máy chịu lực tổng hợp tác dụng theo phương chuyển động xe Hình 2.27, phương trình chuyển động xe phanh viết sau: •• Fxt + Fxs = mtong x (2.32) Phản lực theo phương thẳng đứng tác dụng vào bánh xe phía trước: Fzt = •• mtong ( gb + hg x) a+b (2.34) Phản lực theo phương thẳng đứng tác dụng vào bánh xe phía sau: Fzs = •• mtong ( ga − hg x) a+b Hình 2.27 Lực tác dụng lên xe máy (2.35) 2.5.5 Kết mơ mơ hình xây dựng Để kiểm tra mơ hình mơ luận án tiến hành mơ mơ hình hệ thống phanh Hình 2.29, cấu điều áp chưa cấp lực nam châm điện Fnc=0 thông số đầu vào Bảng 2.2 loại đường có hệ số bám cực đại max = 0,3; 0,5; 0,7 với mức tác động phanh khác với giả thiết sau 0,5s đạt mức đạp phanh cần thiết Fs= 50N, 90N, 130N thu kết hình từ Hình 2.31 đến Hình 2.33 Hình 2.32 Kết mơ đường max = 0,5 Từ kết mơ thấy quy luật thay đổi độ trượt, vận tốc góc bánh xe, áp suất phanh gia tốc góc bánh xe trình phanh loại đường có hệ số bám cực đại khác với mức tác động phanh khác phù hợp với quy luật công bố tài liệu lý thuyết Từ khẳng định mơ hình xây dựng với giả thuyết nêu sử dụng để mơ xác định thông số cấu điều áp xác định sơ ngưỡng điều khiển lý thuyết nhằm tiết kiệm thời gian chi phí tiến hành thực nghiệm 2.6 Mô xác định thông số cấu điều áp 2.6.1 Mô xác định lực nam châm điện Mô hoạt động cấu điều áp theo mơ hình mơ Hình 2.29 với thơng số chọn trước đường kính cong trượt dp=0,008m; lò xo hồi vị có độ cứng kxl = 30.103 (N/m) biến dạng ban đầu (nén) l0 = 0,0055(m) thông số đối tượng nghiên cứu Bảng 2.2 Do chưa có điều khiển, luận án sử dụng tạo xung để tạo quy luật biến thiên lực nam châm điện có dạng xung vng Hình 2.35a Đưa vào quy luật tác động phanh q trình mơ Hình 2.35b Tiến hành mô với nhiều giá trị lực nam châm điện khác nhau, phân tích thay đổi vận tốc góc bánh xe độ trượt bánh xe, luận án thấy nam châm điện phải có giá trị tối thiểu 193N đảm bảo cấu điều áp hệ thống làm việc tương đối tốt Kết mơ đường có hệ số bám cực đại max = 0,5 với giá trị lực nam châm điện 193N hình sau: Hình 2.35 Quy luật tác dụng lực Từ đồ thị kết mô hệ thống phanh có cấu điều áp cho thấy: Vận tốc góc bánh xe giảm dần giá trị “0” suốt trình phanh biến thiên tăng giảm pha với quy luật biến thiên lực nam châm điện với chu kỳ 1s (0,5s tăng, 0,5s giảm) Tức chu kỳ 1s, 0,5s đầu nam châm điện chưa tạo lực hút vận tốc góc giảm mạnh, 0,5s sau lực nam châm điện tăng Hình 2.35b vận tốc góc xe tăng (giảm hơn) (Hình 2.36) Độ trượt bánh xe biến thiên ngược pha với biến thiên lực nam châm điện (Hình 2.37) Trong chu kỳ 1s, 0,5s đầu nam châm điện chưa làm việc độ, trượt tăng mạnh, 0,5s sau nam châm điện tạo lực hút độ trượt giảm xuống Tuy nhiên có phân bố lại trọng lượng xe phanh làm lực bám bánh xe phía sau giảm dẫn đến bánh xe phía sau dễ trượt nên độ trượt tăng nhanh đến giá trị Bảng 2.4 Các thông số nam châm điện chiều Như với hai thông số klx = TT Thông số Giá trị Đơnvị 30.103 N/m, dp = mm luận án xác Lực nam châm điện chiều 193 N định giá trị lực nam châm điện tối thiểu Fncs =193N cho kết làm việc Khe hở đường sức từ thông 0,4 cm hệ thống tương đối tốt, sở Tổng số vòng dây 1600 vòng cho việc tính toán thiết kế nam châm điện cấu điều áp Số cuộn dây (mắc song song) cuộn 2.6.2 Tính nam châm điện cấu Đường kính lõi nam châm cm điều áp Với phương án tính tốn thiết kế Đường kính dây dẫn (cả cách điện) 0,87 mm chế tạo nam châm điệ thông qua bước: tính nam châm điện cơng thức từ (2.36) đến (2.43) kiểm nghiệm lực từ công thức (2.44) đến (2.47) luận án chế tạo lực nam châm điện có thơng số Bảng 2.4 2.7 Nghiên cứu khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống có cấu điều áp Để khảo sát trình thay đổi áp suất hệ thống phanh, tiến hành thử nghiệm với trình tự sau: Đạp phanh dứt khoát với lực đạp lớn để áp suất tăng cực đại cố gắng giữ nguyên trạng thái khoảng - giây sau nhả phanh dứt khốt Sự biến thiên áp suất dầu phanh thiết bị đo ghi lại đồ thị Hình 2.40 Qua đồ thị nhận thấy tỉ lệ thời gian trình tăng áp suất Hình 2.40 Áp suất dầu hệ thống phanh bình thường thời gian trình giảm áp suất hệ thống phanh mức khoảng 60/40% Từ nhận xét này, luận án tiếp tục tiến hành thí nghiệm sau: Tạo dãy xung có tần số thay đổi từ 2,0 Hz, 2,5Hz … Hz để điều khiển cấu điều áp hệ thống với tỉ lệ thời gian tăng áp/giảm áp 60/40 % Theo dõi, khảo sát biến thiên áp suất dầu phanh hệ thống phanh bánh xe sau Thống kê giá trị áp suất dầu phanh cao thấp cấu Hình 2.42 Giá trị áp suất cao thấp đạt cấu phanh sau theo tần số xung điều khiển 10 phanh sau theo tần số xung điều khiển, thu đồ thị quy luật biến thiên áp suất theo tần số xung điều khiển Hình 2.42 Từ đồ thị Hình 2.42 thấy tần số xung điều khiển lớn 6Hz khoảng biến thiên áp suất cấu phanh bị thu hẹp nhanh Khi điều khiển hệ thống làm việc với tần số lớn 6Hz, hệ thống làm việc nhiên khả điều chỉnh áp suất hệ thống bị thu hẹp Do nhận thấy hệ thống phanh hạn chế trượt lết với cấu điều áp chế tạo làm việc với tần số điều khiển đến khoảng 6Hz Đây sở để thiết kế điều khiển điện tử hệ thống 2.8 Kết luận chương Trên sở phân tích hệ thống phanh dẫn động thủy lực có sẵn xe máy, chương luận án đề xuất hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy với phận sẵn có xy lanh chính, cấu phanh trang bị thêm vào hệ thống cấu điều áp điều khiển Hệ thống phanh hạn chế trượt lết hoạt động theo nguyên tắc sử dụng cấu điều áp gồm hai trạng thái tăng áp giữ áp, điều chỉnh áp suất phanh cấu phanh từ thay đổi mơ men phanh bánh xe Mơ hình mơ hệ thống dẫn động phanh thủy lực có hệ thống hạn chế trượt lết kết hợp với mơ hình mơ động lực học q trình phanh xây dựng với số giả thiết cho trước xe máy phần mềm Matlab – Simulink Kết mơ mơ hình phù hợp với quy luật hoạt động phổ biến hệ thống thực tế Các thông số cấu điều áp hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe xác định thơng qua tính tốn, thiết kế chế tạo mô cấu điều áp, cụ thể: đường kính trượt cấu điều áp (8mm), lò xo có độ cứng (30.103 N/m lắp với độ biến dạng ban đầu l0 = 0,0055m ) lực nam châm điện (193N) Khả đáp ứng tần số điều khiển cấu điều áp hệ thống phanh hạn chế trượt lết xác định thông qua thực nghiệm, kết cho thấy hệ thống làm việc đến tần số khoảng 6Hz Để hệ thống phanh hạn chế trượt lết hoạt động hiệu quả, việc điều khiển hệ thống hay điều khiển cấu điều áp kiểm soát áp suất phanh hệ thống phanh có vai trò quan trọng Do thuật toán điều khiển cấu điều áp chế tạo điều khiển luận án tiếp tực trình bày chương sau CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN (ECU) 3.1 Nghiên cứu chọn thuật toán điều khiển Gia tốc góc bánh xe phanh đạo hàm theo thời gian vận tốc góc bánh xe nên thể xu hướng tăng tốc, giảm tốc bó cứng bánh xe Vận tốc góc bánh xe  xác định cảm biến vận tốc góc thơng thường, từ hệ thống tính tốn gia tốc góc bánh xe sở đạo hàm giá trị vận tốc góc đo Do Hình 3.2 Ngun lý xác định pha điều khiển áp suất theo gia tốc góc luận án chọn phương pháp điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết theo gia tốc góc bánh xe phanh 11 Khi phanh, điều khiển cấp nguồn điện liên tục theo dõi vận tốc góc bánh xe từ tìm vận tốc ban đầu xe v gia tốc góc bánh xe Nếu vận tốc xe máy nhỏ giá trị định trước v1, hệ thống phanh không kích hoạt chế độ có điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết mà hoạt động trạng thái phanh bình thường Nếu vận tốc v xe máy lớn v1, điều khiển chạy chương trình điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết lập trình sẵn lưu đồ thuật tốn Hình 3.3 3.2 Xác định ngưỡng gia tốc góc điều khiển hệ thống 3.2.1 Mơ điều khiển theo độ trượt bánh xe Hình 3.3 Lưu đồ thuật tốn điều khiển phanh theo gia tốc góc bánh xe Một điều khiển tạm thời xây dựng thuật toán điều khiển theo độ trượt bánh xe Bắt đầu trình phanh, áp suất dầu hệ thống phanh tăng làm độ trượt bánh xe tăng dần Khi độ trượt vượt ngưỡng giới hạn s1 , điều khiển chuyển sang trạng thái (pha) giảm áp suất hệ thống phanh Vận tốc góc bánh xe tăng dần, độ trượt giảm dần đến nhỏ giá trị s2 , điều khiển chuyển sang pha điều khiển tăng áp suất Chu trình điều khiển gồm pha tăng áp, giảm áp điều khiển biến đổi qua lại liên tục đến kết thúc trình hoạt động Các pha điều khiển điều khiển giá trị ngưỡng độ trượt bánh xe s1 , s2 minh họa Hình 3.4 Bộ điều khiển xây dựng thuật toán điều khiển theo độ trượt bánh xe Các trạng thái làm việc điều khiển – hệ thống phanh hạn chế trượt lết ngưỡng giới hạn điều khiển mơ tả Hình 3.5 Tiến hành mô hệ thống theo giá trị ngưỡng độ trượt ( s1 , s2 ) tương ứng với giả thiết biết trước miền biến thiên độ trượt mong muốn (từ 15% đến 25%) quy luật tác dụng lực lên bàn đạp phanh Hình 2.35a Quá trình thực lặp lại nhiều lần đường có hệ số bám cực Hình 3.5 Lưu đồ thuật toán điều khiển theo độ trượt đại khác nhau, phân tích, đánh giá kết bánh xe mô tương ứng (độ trượt bánh xe, vận tốc góc, gia tốc góc, áp suất phanh …) hệ thống đạt hiệu phanh tương đối tốt Kết mơ đường có hệ số bám cực đại max = 0,5 hình từ Hình 3.8 đến Hình 3.11 12 Từ kết mơ thấy với đường có hệ số bám cực đại max = 0,5 , trường hợp có điều khiển, độ trượt bánh xe phía sau điều khiển trì quanh giá trị trung bình 20% gần với vùng độ trượt mong muốn từ phanh đến vận tốc xe giảm xuống vận tốc giới hạn điều khiển (4m/s) khoảng 3,6s, áp suất phanh cấu phanh bánh xe sau biến thiên theo chu kỳ ngược pha với vận tốc góc giá trị áp suất biên thiên từ 0,6.106 (N/m2) đến 3,4.106 (N/m2) Trong khơng có điều khiển, độ trượt bánh xe sau tăng nhanh đến giá trị trượt hoàn toàn, vận tốc góc xe giảm giá trị “0” khoảng 1,4s, điều cho thấy khơng có điều khiển bánh xe phái sau bị bó cứng sau 1,4s từ bắt đầu phanh Từ thấy bánh xe khơng xảy tượng trượt lết Độ trượt bánh xe điều khiển cải thiện nhiều so với trường hợp không điều khiển độ trượt sai số q trình điều khiển khoảng thời gian phanh cuối vận tốc xe nhỏ Vậy điều khiển theo độ trượt làm việc hiệu vùng độ trượt gần với vùng độ trượt mong muốn (15% – 25%) Từ kết mô theo độ trượt nằm vùng trượt loại đường có hệ số bám cực đại khác để thu thập kết mối quan hệ tín hiệu điều khiển gia tốc góc bánh xe Phân tích biến thiên gia tốc góc bánh xe tương ứng trạng thái hoạt động điều khiển trường hợp mô hoạt động hệ thống phanh hạn chế trượt lết theo độ trượt Từ biến thiên tín hiệu điều khiển (điều khiển cấu điều áp), xác định thời điểm điều khiển chuyển pha đường gia tốc góc bánh xe Từ xác định giá trị gia tốc góc bánh xe ứng với thời điểm điều khiển chuyển pha trình phanh ngưỡng điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết theo gia tốc góc (Hình 3.12) 13 Hình 3.12 Biến thiên giá trị gia tốc góc theo tín hiệu điều khiển đường max = 0,5 Bằng phương pháp nghiên cứu Hình 3.12, luận án tiến hành mô thống kê miền biến thiên giá trị gia tốc góc bánh xe trường hợp mô hoạt động hệ thống điều khiển theo độ trượt Bảng 3.1 Bảng 3.1 Miền biến thiên ngưỡng giá trị gia tốc góc Từ bảng thống kê miền biến Bánh xe phía sau thiên ngưỡng giá trị gia tốc góc 1 (rad/s2)  (rad/s2) thấy với bánh xe phía sau, để hệ thống điều khiển chuyển từ pha tăng áp (tín Giới hạn Giới hạn Giới hạn Giới hạn 31,9 14,1 -68,0 -95,3 hiệu DK=0) sang pha giảm áp (tín hiệu DK=1) gia tốc góc giảm nhỏ giá trị từ -68,0 (rad/s2) đến -95,3 (rad/s2) Giá trị gia tốc góc bánh xe sau để hệ thống điều khiển chuyển từ pha giảm áp (tín hiệu DK=1) sang pha tăng áp (tín hiệu DK=0) gia tốc góc tăng lớn giá trị từ +14.1 (rad/s2) đến +31,9 (rad/s2) 3.2.2 Mơ điều khiển theo gia tốc góc bánh xe Với miền giá trị gia tốc góc bánh xe xác định sơ thông qua mô hệ thống điều khiển theo độ trượt Tiến hành mô hệ thống theo giá trị ngưỡng gia tốc góc sơ với thông số đầu vào Bảng 2.2 quy luật tác dụng lực lên bàn đạp phanh Hình 2.34a Đánh giá kết mơ để điều chỉnh giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển 1 ,  cho hệ thống phanh bánh sau Quá trình thực lặp lại nhiều lần hệ thống đạt hiệu phanh tốt nhằm xác định, hiệu chỉnh giá trị 1 ,  Đánh giá kết mô theo thông số vận tốc góc bánh xe theo nguyên lý Hình 3.15 Đường vận tốc góc bánh xe lý tưởng AB xác định loại đường có hệ số 14 bám cực đại max Điểm A điểm vận tốc góc bánh xe ban đầu xe bắt đầu phanh Điểm B điểm kết thúc trình phanh vận tốc xe v = Từ luận án vẽ đường vận tốc góc bánh xe lý tưởng Hình 3.15 Hiệu chỉnh giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển cho đường vận tốc góc phanh có điều khiển gần với đường vận tốc góc lý tưởng cách xác định diện tích miền chênh lệch đường (phần diện tích gạch chéo) S cho diện tích nhỏ từ xác định giá trị gia tốc góc ngưỡng tốt cho loại đường Diện tích so sánh S tích phân sai lệch thông số điều khiển theo thời gian, thể chất lượng q trình điều khiển Tính giá trị tuyệt đối diện tích so sánh đường vận tốc góc có điều khiển đường vận Hình 3.15 Vận tốc góc bánh xe q trình điều khiển tốc góc lý tưởng ma trận giá trị theo cặp ngưỡng Từ vẽ lên đồ thị dạng mặt ma trận diện tích so sánh xác định giá trị diện tích so sánh nhỏ Xác định ngưỡng tương ứng với vùng diện tích chọn để thiết kế hệ thống Tuy nhiên loại đường có giá trị ngưỡng khác nhau, khơng thể có giá trị ngưỡng tốt cho tất loại đường Vì xác định giá trị ngưỡng tương đối tốt cho loại đường xét Bằng cách xác định ma trận giá trị diện tích so sánh loại đường sau tìm ma trận trung bình ma trận cơng thức (3.3) tìm giá trị nhỏ ma trận trung bình từ giá trị nhỏ xác định ngưỡng tương đối tốt cho loại đường xét Hình 3.16 Đồ thị quan hệ diện tích so sánh với ngưỡng điều khiển 15 Từ đồ thị quan hệ diện tích so sánh với ngưỡng điều khiển, thấy vùng màu xanh có giá trị diện tích so sánh thấp hẳn Bảng 3.4 Ngưỡng gia tốc góc điều khiển vùng có màu khác Vùng màu xanh Ngưỡng gia tốc góc điều khiển tương ứng với vùng phân bố ngưỡng hẹp Chuyển trạng thái bánh xe sau nên luận án chọn giá trị ngưỡng Giảm áp → Tăng áp 1 = 21,5 (rad/s2) bình khoảng phân bố ngưỡng Vùng màu xanh có giá trị diện tích so Tăng áp → Giảm áp  = -77,5 (rad/s2) sánh nhỏ tương ứng với vùng phân bố cặp ngưỡng 1 (20 đến 23),  (-79 đến -76) Từ vùng phân bố ngưỡng luận án lấy vị trí trung bình tương ứng với giá trị ngưỡng Bảng 3.4 Một số kết mơ q trình phanh đường có hệ số bám cực đại max = 0,5 với vận tốc ban đầu trước phanh v0 = 15 m/s (54 km/h) trình bày Hình 3.17 đến Hình 3.20 Từ đồ thị kết mô nhận thấy với giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển Bảng 3.4 đưa vào hệ thống đường hệ số bám cực đại max = 0,5 , hệ thống hoạt động hiệu thể hình từ Hình 3.17 đến Hình 3.20 Từ đồ thị độ trượt Hình 3.17 thấy mơ q trình phanh điều khiển theo theo gia tốc góc bánh xe, độ trượt trường hợp có điều khiển biến thiên có chu kỳ quanh giá trị độ trượt trung bình khoảng 28%, độ trượt cải thiện rõ dệt, trường hợp không điều khiển độ trượt tăng nhanh đến giá trị trượt hồn tồn suốt q trình phanh Trong q trình 16 phanh điều khiển theo gia tốc góc, độ trượt trung bình theo kết mơ khoảng 28% sai lệch 8% so với độ trượt trung bình theo kết mơ q trình phanh theo độ trượt (khoảng 20%) điều trình phanh điều khiển gần theo đại lượng trung gian gia tốc góc bánh xe nên với sai lệch 8% chấp nhận Từ đồ thị vận tốc góc bánh xe Hình 3.18, trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không hoạt động (không điều khiển), khoảng thời gian 0,8 giây ban đầu phanh, vận tốc góc bánh xe động giảm nhanh giá trị (bánh xe bị bó cứng) Còn trường hợp có điều khiển vận tốc góc bánh xe tăng giảm theo chu kỳ q trình phanh, điều cho thấy thường hợp có điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết giảm tượng trượt lết bánh xe Từ đồ thị áp suất phánh Hình 3.19, cho thấy trường hợp khơng điều khiển áp suất tăng lên giá trị cực đạo trì giá trị cực đại, trường hợp có điều khiển áp suất phanh tăng giảm theo chu kỳ từ giá trị 0,6.106 N/m2 đến khoảng 3,4.106 N/m2 Điều cho thấy hệ thống phanh hạn chế trượt lết thực điều chỉnh áp suất phanh suốt q trình phanh Từ đồ thị gia tốc góc bánh xe Hình 3.20, thấy trường hợp khơng có điều khiển gia tốc góc bánh xe giảm nhanh giá trị cực tiểu sau trở giá trị 0, trường hợp có điều khiển gia tốc góc bánh xe biến thiên tăn giảm có chu kỳ gần với giá trị ngưỡng điều khiển Điều cho thấy hệ thống phanh hạn chế trượt lết mô hoạt động cải thiện gia tốc góc bánh xe gần với vùng ngưỡng điều khiển từ giảm nguy trượt lết bánh xe Từ nhận xét kết mô cho thấy ngưỡng gia tốc góc điều khiển xác định Bảng 3.4 sở để thiết kế chế tạo điều khiển điện tử cho hệ thông phanh hạn chế trượt lết dùng thực nghiệm 3.3 Thiết kế chế tạo ECU 3.3.1 Cấu trúc hệ thống phanh hạn chế trượt lết điều khiển Hệ thống phanh hạn chế trượt lết thiết kế cho xe máy sử dụng cảm biến để đo vận tốc góc bánh xe, cấu điều áp điều khiển độc lập cho bánh xe sau Bộ điều khiển (ECU) liên tục theo dõi vận tốc góc bánh xe để xác định gia tốc góc đưa tín hiệu điều khiển cấu điều áp cần thiết Bộ điều khiển gồm Hình 3.21 Cấu trúc mạch điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết khối chức sau: Hình 3.22 Cấu trúc điều khiển điện tử hệ thống phanh hạn chế trượt lết 17 3.4 Kết luận chương Việc nghiên cứu phương pháp điều khiển cần thiết có ý nghĩa quan trọng việc đề xuất thuật toán thông số điều khiển khác Qua nội dung chương đưa kết luận sau: Thuật tốn điều khiển theo gia tốc góc bánh xe nghiên cứu lựa chọn làm sở cho thiết kế điều khiển, thơng số thời gian trích mẫu điều khiển cấu điều áp hệ thống phanh hạn chế trượt lết tính tốn phù hợp để hệ thống làm việc tốt Phương pháp xác định hiệu chỉnh ngưỡng gia tốc góc điều khiển nghiên cứu thông qua mô điều khiển theo độ trượt để bánh xe hoạt động vùng trượt mong muốn phanh, từ xác định miền phân bố ngưỡng gia tốc góc Thơng qua mơ điều khiển theo gia tốc góc miền phân bố ngưỡng gia tốc góc phân tích vận tốc góc bánh xe q trình mơ vận tốc góc tương ứng với vận tốc chậm dần xe, ngưỡng điều khiển theo gia tốc góc xác định: giá trị gia tốc góc điều khiển chuyển sang trạng thái tăng áp 1 = 21,5 (rad/s2) giá trị gia tốc góc điều khiển chuyển sang trạng thái giảm áp  = -77,5 (rad/s2) Bộ điều khiển điện tử để điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy thiết kế chế tạo kiểm tra hoạt động, kết cho thấy điều khiển điện tử làm việc hệ thống thực CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1 Bố trí hệ thống xe 4.1.1 Sơ đồ bố trí hệ thống xe máy Hình 4.1 Sơ đồ bố trí hệ thống xe máy 4.1.2 Bố trí hệ thống phanh hạn chế trượt lết xe máy thực 4.1.2.1 Bố trí cấu điều áp 18 (A) Bố trí cấu điều áp (D) Bố trí cảm biến vận tốc góc (B) Bố trí điều khiển (ECU) (E) Bố trí cảm biến áp suất (C) Bố trí thiết bị đo (F) Bố trí cảm biến gia tốc phanh Hình 4.2 Bố trí hệ thống xe máy 4.2 Thực nghiệm 4.2.1 Mục đích thực nghiệm Thực nghiệm sở giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết xác định sơ phương pháp mô máy tính, đánh giá hiệu hoạt động hệ thống phanh hạn chế trượt lết xe máy nghiên cứu 4.2.2 Thiết bị đo ghi liệu dùng thực nghiệm 4.2.3 Phương án thực nghiệm Bảng 4.3 Giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển hệ thống phanh Với giá trị ngưỡng Bảng 4.3, hạn chế trượt lết phù hợp với giá trị đo thực nghiệm luận án tiến hành thử nghiệm hai Ngưỡng gia tốc góc điều khiển Chuyển trạng thái trường hợp có điều khiển không bánh xe sau điều khiển hệ thống phanh hạn chế Tăng áp → Giảm áp 1 = 21 (rad/s2) trượt lết hai loại đường: đường Giảm áp → Tăng áp  = -77 (rad/s2) asphalt khô đường asphalt phủ bùn sét vận tốc 30km/h, 40km/h 50 km/h Dưới luận án trình bày kết thực nghiệm hệ thống phanh hạn chế trượt lết trên hai loại đường: đường asphalt khô đường asphalt phủ bùn sét vận tốc 40km/h 4.2.4 Kết thực nghiệm hệ thống phanh hạn chế trượt lết Phanh với vận tốc ban đầu V0 = 40 km/h không điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết 19 a) Đường Asphalt khô b) Đường Asphalt phủ bùn sét Hình 4.12 Đồ thị vận tốc góc bánh xe phanh khơng điều khiển a) Đường Asphalt khơ b) Đường Asphalt phủ bùn sét Hình 4.13 Đồ thị áp suất phanh không điều khiển a) Đường Asphalt khô b) Đường Asphalt phủ bùn sét Hình 4.14 Đồ thị gia tốc phanh khơng điều khiển Từ đồ thị vận tốc góc bánh xe Hình 4.12 thấy đường asphalt khơ vận tốc góc bánh xe ban đầu khoảng 42 rad/s giảm rad/s (bánh xe bị bó cứng ngay) sau khoảng 1,2s Trên đường asphalt phủ bùn sét vận tốc góc bánh xe giảm rad/s diễn nhanh khoảng 0,7s bánh xe bị bó cứng trượt lết suốt trình phanh sau Từ đồ thị áp suất phanh Hình 4.13 thấy trường hợp không điều khiển hai loại đường áp suất tăng lên giá trị cực đại sau giảm khơng đáng kể suốt trình phanh điều cho thấy hệ thống trang bị thêm cấu điều áp đảm bảo độ kín kít áp lực dầu hệ thống dẫn động thủy lực Đồ thị áp đồ thị gia tốc phanh Hình 4.14 cho thấy trường hợp khơng điều khiển hai loại đường gia tốc phanh tăng cực đại sau giảm xuống trì gia tốc phanh nhỏ Gia tốc phanh trung bình không lớn, đương asphalt không gia tốc phanh trung bình đạt khoảng 3,1 m/s2, đường asphalt phủ bùn sét gia tốc phanh trung bình đạt khoảng 2,6 m/s2 điều phù hợp 20 với quy luật thực tế Từ đồ thị gia tốc phanh thấy thời gian từ phanh đến xe dùng hẳn đường asphalt khô vào khoảng 3,4s đường asphalt phủ bùn sét vào khoảng 3,8s Phanh với vận tốc ban đầu V0 = 40 km/h hệ thống phanh hạn chế trượt lết làm việc a) Đường Asphalt khô b) Đường Asphalt phủ bùn sét Hình 4.15 Đồ thị vận tốc góc bánh xe phanh có điều khiển a) Đường Asphalt khô b) Đường Asphalt phủ bùn sét Hình 4.16 Đồ thị áp suất phanh có điều khiển a) Đường Asphalt khô b) Đường Asphalt phủ bùn sét Hình 4.17 Đồ thị gia tốc phanh có điều khiển Từ đồ thị vận tốc góc bánh xe Hình 4.15 thấy vận tốc góc bánh xe tăng giảm có tính chất chu kỳ hầu hết thời gian trình phanh Bánh xe bị bó cứng khoảng thời gian ngắn cuối trình phanh hệ thống dừng điều khiển vận tốc xe thấp Cụ thể: Trên đường asphalt khơ thời gian tính từ vận tốc góc bánh xe giảm từ 42 rad/s đến vận tốc góc bánh xe rad/s (bánh xe dừng quay) diễn khoảng 2,8s tăng 57% so với trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc (1,2s) 21 Trên đường asphalt phủ bùn sét ướt thời gian tính từ vận tốc góc bánh xe giảm từ 42 rad/s đến vận tốc góc báng xe rad/s diễn vòng 3,1s tăng 77% so với trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc (0,7s) Từ đồ thị áp suất phanh Hình 4.16 cho thấy trình phanh áp suất hệ thống phanh tăng giảm theo chu kỳ Khoảng biến thiên áp suất suốt trình phanh đường asphalt khô giá trị áp suất phanh cực tiểu khoảng 16.105 (N/m2), giá trị áp suất phanh cực đại khoảng 36.105 (N/m2); đường asphalt phủ bùn sét giá trị áp suất phanh cực tiểu khoảng 10.105 (N/m2), giá trị cực đại 31.105 (N/m2) Từ đồ thị áp đồ thị gia tốc phanh Hình 4.17 cho thấy gia tốc phanh biến thiên tăng giảm pha với biến thiên vận tốc góc bánh xe Gia tốc phanh trung bình tăng lên 18-20% so với trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc Cụ thể: Trên đường asphalt khô gia tốc phanh biến thiên tăng giảm trì gia tốc phanh trung bình khoảng 3,9 m/s2 (trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc khoảng 3,1 m/s2) Trên đường asphalt phủ bùn sét gia tốc phanh biến thiên tăng giảm trì gia tốc phanh trung bình 3,2 m/s2 (trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc khoảng 2,6 m/s2) Như thấy loại đường gia tốc cực đại gia tốc biến thiên trì với giá trị gia tốc trung bình cao so với trường hợp khơng điều khiển, vận tốc góc bánh xe điều khiển biến thiên theo chu kỳ hầu hết thời gian trình phanh điều chứng tỏ hệ thống làm việc hạn chế trượt phần đảm bảo hiệu phanh loại đường thử nghiệm 4.3 Kết luận chương Trong chương luận án, phận hệ thống phanh hạn chế trượt lết, cảm biến hệ thống đo kiểm phục vụ theo dõi thông số lựa chọn bố trí lắp đặt phù hợp lên xe máy Bộ ngưỡng gia tốc góc điều khiển theo thực nghiệm trình phanh xe máy xác định cụ thể: giá trị gia tốc góc điều khiển chuyển sang trạng thái tăng áp 1 = 21 (rad/s2) giá trị gia tốc góc điều khiển chuyển sang trạng thái giảm áp  = -77 (rad/s2), ngưỡng nạp vào điều khiển để tiến hành thực nghiệm đánh giá hoạt động hệ thống phanh hạn chế trượt lết Thực nghiệm xe máy có trang bị hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe phía sau tiến hành lấy số liệu thực nghiệm để đánh giá hiệu hoạt động hệ thống Kết thực nghiệm trình phanh xe với vận tốc 40 km/h hiệu hoạt động hệ thống loại đường asphalt khô asphalt phủ bùn sét cho thấy: Trong trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết có làm việc (có điều khiển), vận tốc góc bánh xe điều khiển tăng giảm khoảng 10 chu kỳ thời gian từ phanh đến hệ thống dừng điều khiển (khi vận tốc thấp không đảm bảo đo xác gia tốc góc bánh xe) tăng lên khoảng 57% (từ 1,2s lên 2,8s) đường asphalt khô; tăng lên khoảng 77% (từ 0,7s lên 3,1s) đường asphalt phù bùn sét so với trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết khơng làm việc Điều có thấy hệ thống đề xuất giảm tượng trượt lết bánh xe (bó cứng) q trình phanh Gia tốc phanh trung bình trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết có làm việc tăng lên khoảng 20% (từ 3,1m/s2 lên 3,9 m/s2) đường asphalt khô; khoảng 19% (từ 2,6 m/s2 lên 3,2 m/s2) đường asphalt phù bùn sét so với trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc Các kết so sánh cho thấy hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe làm tăng hiệu phanh xe thực nghiệm 22 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận án nghiên cứu đề xuất hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy giúp xe hạn chế trượt lết bánh xe, ổn định chuyển động trình phanh Hệ thống phanh hạn chế trượt lết hệ thống phanh xe máy tích hợp thêm cấu điều áp, điều khiển, cảm biến vận tốc góc bánh xe đo lường theo dõi thông số động học nhằm hạn chế trượt lết bánh xe, qua ổn định chuyển động phanh Hệ thống phần phục vụ giải tốn vấn đề an tồn cho người xe máy trình phanh gấp đặc biệt điều kiện đường sá lạc hậu Việt Nam Luận án tập trung giải toán đề xuất hệ thống phanh hạn chế trượt lết từ nghiên cứu lý thuyết tính tốn, mơ đến tiến hành thiết kế chế tạo, lắp đặt thử nghiệm xe thực Đây hệ thống điện tử phức tạp chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố trình nghiên cứu Luận án cố gắng nghiên cứu tất vấn đề hệ thống Tuy nhiên phiên trình nghiên cứu đề nên khó tránh khỏi chưa giải thấu đáo toàn vấn đề trượt lết, ổn định chuyển động hiệu phanh Mặc dù hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy mà luận án nghiên cứu ứng dụng cho hệ thống phanh đĩa dẫn động thủy lực hai bánh xe máy Tuy nhiên điều kiện thực tế nghiên cứu, luận án trang bị thực nghiệm hệ thống bánh xe phía sau xe máy cụ thể Từ kết nghiên cứu luận án đưa số kết luận sau: Luận án nghiên cứu đề xuất cấu điều áp gồm hai trạng thái (tăng áp giảm áp) có vai trò điều tiết áp suất phanh q trình phanh Tính tốn mô cấu điều áp hệ thống phanh có hệ thống hạn chế trượt lết bánh xe Mơ hình dẫn động thủy lực mơ hình động lực học trình phanh xe máy mô với số giả thiết cho trước để phục vụ nghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe cho xe máy Luận án nghiên cứu thuật toán điều khiển theo gia tốc góc bánh xe, mơ xác định sơ ngưỡng điều khiển theo lý thuyết với giá trị cụ thể kết luận chương 3, từ làm sở để thiết kế chế tạo điều khiển cho hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe Qua trình thực nghiệm xe máy cụ thể, luận án xác định ngưỡng điều khiển theo thực nghiệm với giá trị cụ thể 1 = 21 (rad/s2),  = -77 (rad/s2), giá trị nạp vào điều khiển đề xuất để điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho bánh xe phía sau hoạt động hiệu quả, từ giúp xe máy hạn chế trượt lết bánh xe trình phanh Luận án đề xuất phương án quy trình thực nghiệm để xác định số thông số q trình phanh: vận tốc góc bánh xe, áp suất phanh gia tốc phanh Từ thông số đo để bước đầu đánh giá hoạt động hệ thống đề xuất Luận án tiến hành chế tạo thử nghiệm hệ thống phanh hạn chế trượt lết xe nghiên cứu Các kết thu từ thực nghiệm thể quy luật vật lý trình phanh xe máy hệ thống phanh hạn chế trượt lết làm việc theo mục tiêu đặt ra, làm giảm trượt lết bánh xe Bước đầu cải thiện hiệu phanh hai loại đường asphalt khô asphalt phủ bùn sét, kết thử nghiệm trình phanh xe từ vận tốc 40 km/h trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết có làm việc so với trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc cho thấy: + Vận tốc góc bánh xe biến thiên tăng giảm khoảng 10 chu kỳ thời gian từ phanh đến hệ thống dừng điều khiển (do vận tốc thấp khơng đảm bảo đo xác gia tốc góc bánh xe) khoảng 2,8s (asphalt khô) 3,1s (asphalt phủ bùn sét) so với hệ thống không làm việc vận tốc góc bánh xe giảm nhanh giá trị (bánh xe bị trượt lết ngay) sau 1,2s (asphalt khô) 0,7s (asphalt phủ bùn sét) Điều có thấy hệ thống đề xuất giảm tượng trượt lết bánh xe (bó cứng) q trình phanh 23 + Gia tốc phanh trung bình tăng lên khoảng 20% đường asphalt khô đường asphalt phù bùn sét, từ cải thiện phần hiệu trình phanh xe máy Kiến nghị hướng nghiên cứu Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện hệ thống phanh hạn chế trượt lết thực nghiệm lắp cho bánh xe trước bánh xe sau Đánh giá hoạt động hệ thống phanh hạn chế trượt lết thông qua đầy đủ tiêu đánh giả hiệu phanh xe máy quãng đường phanh, thời gian phanh, lực phanh, góc lệch bên thân xe Nghiên cứu áp dụng hệ thống hạn chế trượt lết mẫu xe máy khác 24 ... bánh xe 2.2 Cấu hình hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy 2.2.1 Hệ thống phanh xe máy 2.2.2 Đề xuất cấu hình hệ thống phanh hạn chế trượt lết Hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy. .. mơ hệ thống dẫn động phanh xe máy có hệ thống hạn chế trượt lết Từ sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh hạn chế trượt lết Hình 2.7, luận án đề xuất sơ đồ mơ hình mơ hệ thống phanh hạn chế trượt lết. .. xuất hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy giúp xe hạn chế trượt lết bánh xe, ổn định chuyển động trình phanh Hệ thống phanh hạn chế trượt lết hệ thống phanh xe máy tích hợp thêm cấu điều