Nghiên cứu và phát triển hệ thống phanh điện tử điều khiển bằng máy tính

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN TẤN HẢI NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG PHANH ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN BẰNG MÁY TÍNH CHUN NGÀNH : KỸ THUẬT Ơ TƠ – MÁY KÉO LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH – 12 / 2010 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày …… tháng …… năm…… Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ ) …………………………………… …………………………………… …………………………………… …………………………………… …………………………………… Xác nhận chủ tịch hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV HV: Phan Tấn Hải Bộ môn quản lý chuyên ngành Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày 06 tháng 12 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN TẤN HẢI Ngày, tháng, năm sinh: 23/08/1984 Phái: Nam Nơi sinh: Bình Thuận Chun ngành: Kỹ thuật Ơtơ – máy kéo MSHV: 01308281 1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu phát triển hệ thống phanh điện tử điều khiển máy tính” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:  Nghiên cứu chế tạo mơ hình hệ thống phanh điện tử điều khiển máy tính  Thử nghiệm độ nhạy tác động hệ thống điện tử  Thử nghiệm tính ổn định thiết bị điện tử dùng hệ thống phanh  Thử nghiệm hoạt động hệ thống ABS  Thử nghiệm hệ thống phanh đậu xe 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/7/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/12/2010 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS ĐỖ VĂN DŨNG Nội dung đề cương luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN KHOA QL CHUYÊN NGÀNH QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) HV: Phan Tấn Hải Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng LỜI CẢM ƠN Để luận văn hoàn thành tiến độ đạt kết tốt, ngồi cố gắng thân em xin chân thành cám ơn tất thầy, cô, bạn sinh viên Bộ môn tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em thực luận văn Đặc biệt em xin cảm ơn thầy Đỗ Văn Dũng cung cấp tài liệu quan trọng, tận tình hướng dẫn em suốt thời gian thực luận văn Em cố gắng để hoàn tất luận văn cách tốt kiến thức kinh nghiệm em hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong nhận đóng góp, chia sẻ ý kiến quý thầy cô bạn để để tài phát triển mức cao Em xin chân thành cám ơn ! HV: Phan Tấn Hải Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng TÓM TẮT Hệ thống phanh hệ thống an toàn chủ động xe nhằm đem lại cho người điều khiển hỗ trợ to lớn suốt trình vận hành xe Mơ hình hệ thống phanh điện tử nghiên cứu thành cơng Vì thế, người tài xế ln chắn tất phận hệ thống phanh khớp với đến chi tiết nhỏ gắn kết với cách tối ưu chức vận hành Sự tương tác hoàn hảo phận hệ thống phanh không đảm bảo tin cậy, tuổi thọ tối đa mà đảm bảo khoảng dừng ngắn lực phanh an toàn Trong tương lai việc tăng cường lực phanh Ơtơ khơng cần thiết Vì vậy, hãng chế tạo tập trung nghiên cứu phát triển hệ thống phanh điện tử để tăng cao độ nhạy tác động hệ thống phanh Việc phát triển hệ thống phanh điện tử hãng Siemens thử nghiệm phát triển Đức vào năm 2009 Việt Nam hệ thống phanh điện tử chưa nhắc đến tiện lợi kiểm nghiệm Việc chế tạo mơ hình hệ thống phanh điện tử điều khiển máy tính để nghiên cứu thử nghiệm đặc tính có luận văn thực mục tiêu Trong mơ hình hệ thống Calipers phần khí thơng thường khơng điều khiển bằnh thủy lực mà thay vào Motor điều khiển calipers để ép hai má phanh vào đĩa phanh Bàn đạp phanh khí thơng thường chế tạo thay bàn đạp phanh điện tử để tránh rắc rối phức tạp hệ thống cáp hệ thống phanh thông thường ABSTRACT Braking system is one of the active safety systems in vehicles to give drivers the great support during the operation of the vehicle Model of electronic braking systems are being studied with great success Therefore, the driver always make sure that all parts of the braking system will match up to the smallest detail and are bound together in an optimal operational functionality Perfect interaction between the parts in the braking system not only ensures the reliability, maximum lifespan, but also ensuring short pause and braking safety HV: Phan Tấn Hải Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng In future enhancing the braking force on the car is not necessary Therefore, manufacturers have focused research and development of electronic braking systems for high-sensitivity effects of brake system The development of electronic braking systems Siemens has been tested and developed in Germany in 2009 but in Vietnam, electronic brake system has not been mentioned, but the convenience of it has been tested Model making electronic braking system controlled by computer to research and test its features and this thesis has been ongoing goal In the model system is a mechanical Calipers still common, but it is not controlled hydraulic gear but instead will control Motor calipers for pressing brake pads on disc two Mechanical brake pedal usually well built and replaced with electronic brake pedal to avoid the hassle of cable systems in the conventional brake system HV: Phan Tấn Hải Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật Card NI USB6009 66 Bảng 5.1: Số liệu thực nghiệm thời gian phanh mơ hình 102 Bảng 5.2: Số liệu thí nghiệm thực tế đường thử 102 DANH MỤC HÌNH Hình 1: Hình ảnh giới thiệu chung 15 Hình 2: Góc quét thiết bị chuẩn S- Class 17 Hình 3: Mơ góc quét khoảng cách quét thiết bị chuẩn BAS Plus 18 Hình 1.1: Lực Moment tác dụng lên bánh xe phanh 24 Hình 2.1: Biểu đồ biểu diễn nguyên lý hệ thống phanh thủy lực 30 Hình 2.2: Sơ đồ tổng quát hệ thống phanh thủy lực thông thường 31 Hình 2.3: Các chi tiết xilanh loại piston đơn 32 Hình 2.4: Kết cấu cấu phanh tang trống 32 Hình 2.5: Xilanh loại piston kép 33 Hình 2.6: Các dạng guốc phanh 34 Hình 2.7: Điều chỉnh khe hở 34 Hình 2.8: Loại tự động điều chỉnh khe hở 35 Hình 2.9: Kết cấu cấu phanh đĩa 36 Hình 2.10: Càng phanh cố định 37 Hình 2.11: Loại phanh di động 37 Hình 2.12: Chỉ báo má phanh 38 Hình 2.13: Quá trình tự điều chỉnh khe hở 38 Hình 2.14: Đồ thị áp lực phanh 39 Hình 2.15: Hệ thống phanh tay 40 Hình 2.16: Hệ thống dẫn động phanh khí nén 41 Hình 2.17: Sơ đồ bố trí cụm hệ thống ABS xe 43 Hình 2.18: Vị trí cảm biến bánh xe 44 Hình 2.19: Cấu tạo cảm biến bánh xe 44 Hình 2.20: Tín hiệu điện áp hình cảm biến bánh xe 44 HV: Phan Tấn Hải Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Hình 2.21: Cấu tạo cảm biến giảm tốc 45 Hình 2.22: Vị trí cảm biến giảm tốc 45 Hình 2.23: Bộ chấp hành hệ thống ABS 46 Hình 2.24: Sơ đồ mạch dầu hệ thống ABS 47 Hình 2.25: Sơ đồ hệ thống ABS làm việc chế độ giảm áp 47 Hình 2.26: Sơ đồ hệ thống ABS làm việc chế độ giữ 48 Hình 2.27: Sơ đồ hệ thống ABS làm việc chế độ tăng áp 48 Hình 2.28: Sơ đồ mạch điện hệ thống ABS 49 Hình 2.29: Đồ thị ECU gửi nhận xung tín hiệu để điều khiển áp 50 Hình 3.1: Kết cấu phanh điện từ có phần ứng dạng đĩa lắp hệ thống truyền lực 52 Hình 3.2: Hình ảnh nguyên lý làm việc phanh tái sinh 54 Hình 3.3: Sơ đồ điều khiển phục hồi lực phanh 55 Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống phanh hybrids 58 Hình 3.5: Sơ đồ bố trí thành phần hệ thống phanh 59 Hình 3.6: Các thành phần hệ thống 60 Hình 3.7: Cơ cấu chấp hành hệ thống phanh xe lai 60 Hình 4.1: Hình ảnh chế tạo mơ hình 61 Hình 4.2: Cơ cấu chấp hành phanh 62 Hình 4.3: Đĩa phanh hệ thống ép má phanh 62 Hình 4.4: Cơ cấu ép vào má phanh 63 Hình 4.5: Mơ hình động điện điều khiển cần đẩy kiểu trục vít 63 Hình 4.6: Cơ cấu Motor chấp hành phanh 64 Hình 4.7: kích thước đĩa phanh 64 Hình 4.8: Hệ thống điều khiển điện tử 65 Hình 4.9: Mơ hình hồn chỉnh 65 Hình 4.10: Card NI USB6009 66 Hình 4.11: Ngun lí mạch ATmega8 68 Hình 4.12: Sản phẩm hoàn chỉnh 69 Hình 4.13: Ngun lí mạch công suất 70 Hình 4.14: Sản phẩm hồn chỉnh 71 Hình 4.15: Hình ảnh Board sau hồn thiện 72 Hình 4.16: Nguyên lí ACS712 73 HV: Phan Tấn Hải Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Hình 4.17: Hình ảnh thực tế biến tần ABB 74 Hình 4.18: Front Panel 76 Hình 4.19: Block Diagram 76 Hình 4.20: Icon Connector Front Panel Block Diagram 77 Hình 4.21: Tool Palette cách lấy 78 Hình 4.22: Control Palette 78 Hình 4.23: Function Palette 79 Hình 4.24: Chuỗi hàm chuỗi Control Function Palette 79 Hình 4.25: Bảng cấu trúc điều khiển 80 Hình 4.26: Vịng Lặp While 80 Hình 4.27: Vịng Lặp For 81 Hình 4.28: Giao diện CodeVision 82 Hình 4.29: Giao diện khởi tạo chức cho VĐK 83 Hình 4.30: Cấu trúc AVR 84 Hình 4.31: Hình ảnh Board hồn chỉnh Hình 85 Hình 4.32: Sơ đồ kết nối phận điện tử 86 Hình 4.33: Sơ đồ khối kết nối thiết bị điện tử khí 87 Hình 4.34: NI6009 xuất tín hiệu điều khiển Motor pha thơng qua biến tần 88 Hình 4.35: NI6009 xuất tín hiệu điều khiển Motor phanh 89 Hình 4.36: NI6009 thu thập liệu 89 Hình 4.37: Lưu đồ chương trình 90 Hình 4.38: Lưu đồ kiểm tra ACS 712 91 Hình 4.39: Lưu đồ kiểm tra lỗi cảm biến tốc độ 92 Hình 4.40: Giao diện chương trình máy tính 94 Hình 4.41: Hình ảnh bàn đạp phanh điện tử sau chế tạo……………………… 94 Hình 5.1: Cảm biến ACS712 95 Hình 5.2: Sơ đồ kết nối cảm biến với Motor 96 Hình 5.3: Encoder thực tế 96 Hình 5.4: Cấu tạo bên Encoder 97 Hình 5.5: Cấu tạo biến trở 97 Hình 5.6: Cơng tắc hành trình 98 Hình 5.7: Kết nối ACS712 với Card Motor 99 HV: Phan Tấn Hải Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Hình 5.8: Kết nối encoder với Card 100 Hình 5.9: Kết nối bàn đạp với Card 100 Hình 5.10: Phân chia vị trí điều khiển lực phanh 101 Hình 5.11: Kết nối cơng tắc hành trình với Card 101 Hình 5.12: Đồ thị vận tốc gia tốc tốc độ dần ổn định 103 Hình 5.13: Đồ thị vận tốc gia tốc phanh cấp độ 104 Hình 5.14: Đồ thị vận tốc gia tốc phanh cấp độ 104 Hình 5.15: Mơ hệ thống ABS chưa làm việc (đèn ABS) 105 Hình 5.16: Mơ hệ thống ABS làm việc (đèn ABS sáng) 105 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮC ABS: Antilock Bracking System BAS Plus: Brake Assist Plus CMS: Collision Mitigation Brake System EBD: Electronic Brake-Force Distribition ETS: Electronic Traction System ESP: Electronic Stability Program ECB: Electronically Controlled Braking System ECU: Electronic Control Unit HMI: Human Mechanical Interface LabVIEW: Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench SBC: Sensotronic Brake Control VSC: Vehicle Stability Control USB NI: Utility System Bus National Instrument MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 14 Giới thiệu đề tài nghiên cứu 14 Mục tiêu đề tài đối tượng nghiên cứu 14 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước, nước 15 HV: Phan Tấn Hải 10 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 5.1 Mục đích thực nghiệm Việc phát triển hệ thống phanh điện tử nghiên cứu phát triển số nước giới đặc biệt Đức Phần lớn thiết bị điện tử điều khiển hệ thống phanh mang lại đặc tính an tồn tiện ích cao cho người điều khiển Hiện Việt Nam hệ thống phanh điện tử chưa nghiên cứu phát triển Vì vây, chế tạo thử nghiệm mơ hình cho nhìn tổng quát hệ thống phanh điện tử so với hệ thống phanh thông thường 5.2 Nội dung thực nghiệm Trên mơ hình hệ thống phanh điện tử, người nghiên cứu thực nội dung sau: - Thử nghiệm độ nhạy tác động hệ thống Cụ thể người điều khiển bắt đầu tác động vào bàn đạp phanh đến chấm dứt q trình phanh, máy tính tính tốn thời gian tác động hệ thống - Thử nghiệm hoạt động hệ thống ABS mà không cần phân phối lực phanh - Thử nghiệm hệ thống phanh tay - Thử nghiệm tính ổn định hệ thống 5.3 Thiết bị đo 5.3.1 Cảm biến dịng ACS712 Hình 5.1: Cảm biến ACS712 HV: Phan Tấn Hải 95 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Mục đích việc sử dụng cảm biến mơ hình đo dịng điện qua Motor phanh Để từ ta suy lực (torque) motor sinh hiển thị lên giao diện (interface) Về nguyên lí hoạt động cảm biến sơ đồ ngun lí thể sau: Hình 5.2: Sơ đồ kết nối cảm biến với Motor Motor kết nối với chân số 1, 3,4 cảm biến, cảm biến cảm nhận dòng điện chạy qua motor dựa nguyên lí “hiệu ứng Hall”, sau tín hiệu cảm nhận, khuếch đại qua Opam tích hợp cảm biến vào đưa ngồi qua chân số 7(Vout) Tín hiệu đưa cảm biến tuyến tính theo dịng điện chạy qua motor, dịng điện chạy qua motor lớn điện áp ngõ lớn ngược lại Điện áp ngõ cảm biến nằm khoảng từ 2.5->4.8V Bằng cách đo điện áp ngõ cảm biến ta biết lực mà motor tạo ra, ta cần dùng chức ADC Card NI6009 để đọc giá trị điện áp cảm biến 5.3.2 Encoder Hình 5.3: Encoder thực tế Encoder sử dụng mơ hình để đo tốc độ bánh xe Nguyên lí hoạt động Encoder giải thích sau: HV: Phan Tấn Hải 96 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Hình 5.4: Cấu tạo bên Encoder Nó đĩa kim loại, hình trịn có khắc lỗ nhỏ hình vẽ Và số lượng lỗ tùy thuộc vào loại, mơ hình sử dụng lọai có 200 lỗ Và bên đĩa kim loại đặt Led phát, đầu bên đĩa đặt Led thu, đĩa quay với vật mà ta muốn đo tốc độ Nhưng Led phát thu đứng yên Khi đĩa quay, lỗ đĩa trùng với Led để Led thu nhận tín hiệu từ Led phát có tín hiệu, loại có 200 lỗ vịng quay có 200 tín hiệu, cách đọc số tín hiệu ta biết đĩa quay vòng Và sử dụng chức đếm xung Card NI6009 để ta biết tốc độ bánh xe (do đĩa Encoder quay tốc độ với bánh xe) 5.3.3 Cảm biến bàn đạp phanh Thực chất cảm biến biến trở, đạp bàn đạp phanh làm xoay biến trở nên để giải thích nguyên lí cảm biến ta giải thích ngun lí biến trở Hình 5.5: Cấu tạo biến trở Biến trở thực điện trở giá trị thay đổi Hình minh họa cấu tạo biến trở thơng thường cấu tạo gồm có chân, chân cấp nguồn chân đưa tín hiệu ra, việc cấp nguồn cho chân nguồn không cần phận biệt âm dương Và bên biến trở có vịng trịn đĩa than, trỏ dịch HV: Phan Tấn Hải 97 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng chuyển theo quỹ đạo đĩa than đó, ví dụ ta cấp nguồn cho biến trở 5V điện áp ngõ chân tín hiệu thay đổi từ 0->5V tùy thuộc vào vị trí trỏ, cần đọc giá trị chân out ta biết vị trí biến trở Dựa vào ngun lí ta gắn biến trở vào bàn đạp phanh, bàn đạp phanh xoay trỏ quay theo, ta đọc giá trị chân ngõ biết trí trí bàn đạp phanh Và ta sử dụng chức ADC Card NI6009 để xác định vị trí bàn đạp phanh 5.3.4 Cơng tắc hành trình Hình 5.6: Cơng tắc hành trình Bản chất cơng tắc hành trình cơng tắc cơng tắc thường đóng thường hở, tác động khí cơng tắc mở (thường đóng) đóng lại (thường hở) Cơng tắc thường có chân Do đó, chân ta nối với 5v 0v, chân lại đưa Card để biết cơng tắc đóng hay chưa Từ ngun lí đó, ứng dụng vào mơ hình để xác định vị trí lúc chưa phanh má phanh, nghĩa lúc chưa phanh, motor phanh phải dừng vị trí mà cơng tắc hành trình bị tác động Như tín hiệu từ cơng tắc đưa chân I/O Card NI6009 để nhận biết trạng thái công tắc -> điều khiển motor phanh lúc chưa phanh 5.3.5 Cảm biến lực Cảm biến lực Calipers thành phần tương đối đắt tiền hệ thống phanh điện tử Cảm biến lực lắp ráp vào Calipers phức tạp với dung sai nhỏ, hiệu chuẩn Việc sử dụng thành công cảm biến lực đặt calipers hệ thống phanh điện tử đặt nhiệm vụ đầy thách thức kỹ thuật Nếu cảm biến lực đặt gần pố phanh, phải chịu điều kiện nhiệt độ lên đến 800 C, thách thức toàn vẹn phần học Ngồi vấn đề giải nhiệt phải tính đến Tình trạng tránh cách đưa cảm biến lực sâu vào Calipers Tuy nhiên, việc gắn cảm biến dẫn đến q trình trễ tác động, ảnh hưởng ma sát cảm biến lực điểm tiếp xúc pố bên với Rotor Quá HV: Phan Tấn Hải 98 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng trình trễ làm ảnh hưởng tới tác động lực tình cần thiết Đây trình cần giải hệ thống phanh điện tử để tính tốn trở lại cách xác Từ sơ đồ ta thấy được, Card USB NI6009 đóng vai trị trung tâm việc thu nhận tín hiệu, xuất tín hiệu điều khiển truyền nhận liệu với máy tính Đầu tiên Card USB NI6009 thu thập tín hiệu từ cảm biến: cảm biến bàn đạp phanh, cảm biến dòng ACS712, cảm biến tốc độ động cơ, công tắc hành trình Sau xử lí tín hiệu này, Card USB NI6009 truyền liệu lên máy tính thơng qua chuẩn USB hiển thị máy tính thông qua giao diện (Interface) thiết kế LabVIEW Và Card USB NI6009 đảm nhận vai trò nhận tín hiệu điều khiền từ giao diện LabVIEW máy tính để sau xuất tín hiệu điều khiển biến tần truyền liệu cho ATmega8 5.4 Sơ đồ kết nối thiết bị 5.4.1 Kết nối cảm biến dịng ACS712 với Card NI6009 Hình 5.7: Kết nối ACS712 với Card Motor Cảm biến dòng ACS712 nối với Motor chân M+ M- hình trên, cảm nhận dịng điện chạy qua Motor đưa tín hiệu chân Vout, tín hiệu đưa vào kênh ADC2 Card NI6009, Card đọc giá trị cảm biến để biết lực phanh Motor sinh hiển thị lên giao diện máy tính 5.4.2 Kết nối encoder vào Card NI6009 HV: Phan Tấn Hải 99 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Hình 5.8: Kết nối encoder với Card Tín hiệu ngõ encoder tín hiệu dạng xung, phải dùng chân đếm xung CT0 Card NI6009 để đọc tín hiệu từ cảm biến, sau định thời thời gian lấy mẫu tính tốn để tốc độ động 5.4.3 Kết nối cảm biến bàn đạp phanh với Card NI6009 Hình 5.9: Kết nối bàn đạp với Card Vì cảm biến bàn đạp phanh biến trở nên tín hiệu ngõ điện áp, điện áp nằm khoảng từ 0->5V nên ta dùng kênh ADC0 Card NI6009 để đọc tín hiệu xử lí định lực phanh cho motor phanh Và để tạo lực phanh khác giải thuật điều khiển, phân chia bàn đạp phanh thành cấp độ, từ thấp đến cao để tạo lực phanh tương ứng với cấp độ Để làm việc tiến hành sau Do cảm biến ngõ có điện áp từ 0->5V nên giải thuật điều khiển chia mức - Từ 0->1 V mức - Từ 1->2 V mức - Từ 2->3 V mức - Từ 3->4 V mức - Từ 4->5 V mức Tương ứng với vị trí bàn đạp phanh mà ta có điện áp ngõ khác nhau, tương ứng với vị trí bàn đạp phanh ta điều khiển cho Motor phanh tạo lực phanh tương ứng HV: Phan Tấn Hải 100 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Hình 5.10: Phân chia vị trí điều khiển lực phanh 5.4.4 Kết nối cơng tắc hành trình với Card NI6009 Hình 5.11: Kết nối cơng tắc hành trình với Card Do cơng tắc hành trình đưa tín hiệu mức điện áp (nghĩa 0V 5V) đó, ta sử dụng kênh I/O Card NI6009 để nhận tín hiệu cơng tắc hành trình đặt vị trí cho mà lúc chưa phanh, má phanh không cọ sát nhiều tạo lực cản lớn cho đĩa phanh, không tạo khoảng cách xa má phanh đĩa phanh, tạo thời gian trễ nhỏ, đảm bảo thời gian đáp ứng hệ thống tốt 5.5 Quá trình đo - Đầu tiên khởi động hệ thống phanh điện tử sau kết nối nối cụm mơ hình với bàn đạp phanh điện tử kết nối giao diện máy tính để điều khiển - Ta nhập thơng số tốc độ theo mong muốn (từ 10-70 km/h) máy tính điều khiển động theo thơng số cho - Tiến hành phanh cấp với tốc độ máy tính đếm thời gian phanh kể từ người điều khiển bắt đầu nhấn bàn đạp phanh đến bánh xe ngừng hẳn - Thực nghiệm lặp lại nhiều tốc độ khác - Thực nghiệm hệ thống ABS Ta nhập thông số tốc độ động hoạt động 65km/h đồ thi vận tốc hình ổn định, thực lệnh phanh gấp, nhìn hình đồ thị gia tốc giao động mức cao lúc xem hệ thống ABS làm việc (đèn ABS nhấp nháy) - Hệ thống phanh tay - Thực nghiệm tính ổn định hệ thống phanh cho động làm việc liên tục giờ, khoảng thời gian ta tiến hành lệnh phanh liên tục HV: Phan Tấn Hải 101 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 5.6 Xử lý thực nghiệm 5.6.1 Các thông số sau thực nghiệm Speed (km/h) 30 35 40 45 50 55 60 65 70 Thời gian phanh (s) Cấp độ Cấp độ Cấp độ Cấp độ 19.444 2,5 2,42 2,28 1.98 1,43 18.056 2,67 2,55 2,31 2,01 1,51 16.667 2,78 2,6 2,38 2.12 1.55 15.278 2,82 2,65 2,35 2,21 1,63 13.889 2,91 2,73 2,48 2.34 1,71 12.5 3,1 2.88 2,62 2,44 1,75 11.111 3,24 3.05 2,81 2,52 1.8 9.7222 3.39 3.15 2,92 2,63 1,86 8.3333 3,51 3,22 3,01 2,87 1,95 Bảng 5.1: Bảng thơng số có sau thực nghiệm mơ hình m/s Cấp độ Bảng 5.1 sau tiến hành thí nghiệm, máy tính tính tốn thời gian tác động hệ thống phanh điện tử (tính từ người điều khiển tác động vào bàn đạp phanh điện tử đến tốc độ bánh xe ngừng hẳn) Ở tốc độ lớn thời gian phanh phanh lớn giảm dần ta tăng cấp độ phanh lên 5.6.2 Các thông số đo thực tế đường thử Thơng số đo thực tế q trình phanh thí nghiệm xe Vios 2005 trường Đại Học Sư Phạm Kĩ Thuật TP HCM Speed (km/h) 70 65 60 55 50 45 40 35 30 m/s 19.444 18.056 16.667 15.278 13.889 12.5 11.111 9.7222 8.3333 Phanh bình thường (m) Khoảng Khoảng cách phanh cách dừng 49 70 42.25 61.75 36 54 30.25 46.75 25 40 20.25 33.75 16 28 12.25 22.75 18 Phanh khẩn cấp (m) Khoảng Khoảng cách cách phanh dừng 24.5 45.5 21.125 40.625 18 36 15.125 31.625 12.25 27.5 10.125 23.625 20 6.125 16.625 4.5 13.5 T (s) 2.34 2.25 2.16 2.07 1.98 1.89 1.8 1.71 1.62 Bảng 5.2: Bảng thông số có sau thử nghiệm đường HV: Phan Tấn Hải 102 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Thời gian tính tiến hành thử nghiệm trình phanh đường q trình tính tốn gián tiếp, thực tế người điều khiển xe đường muốn dừng xe đột ngột hay giảm tốc độ họ quan tâm tới qng đường phanh, việc tính tốn thời gian phanh người nghiên cứu tính gián tiếp từ vận tốc qng đường phanh có Trên mơ hình thực nghiệm ta khơng thể tính tốn qng đường phanh mong muốn Việc so sánh thời gian phanh thực nghiệm mơ hình đường thử mang tính tương đối Điều quan tâm người nghiên cứu thời gian tác động hệ thống phanh để làm sở cho nghiên cứu sau tiến hành chế tạo gắn thử nghiệm xe 5.6.3 Một số hình ảnh tiến hành phanh thực nghiệm mơ hình Đồ thị vận tốc Đồ thị gia tốc Hình 5.12: Đồ thị vận tốc gia tốc tốc độ dần ổn định  Trên hình ta nhận thấy đồ thị vận tốc đặc tuyến đường nằm ngang chứng tỏ tốc độ bánh xe ổn định vận tốc 60km/h  Đồ thị gia tốc dần ổn định vận tốc bánh xe đạt tốc độ 60 km/h mong muốn HV: Phan Tấn Hải 103 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng Hình 5.13: Đồ thị vận tốc gia tốc phanh cấp độ  Khi phanh bình thường cấp độ (tương ứng với tốc độ 60km/h) đường đặc tuyến đồ thị vận tốc bắt đầu giảm từ từ khoảng thời gian ngắn khoảng  Khi tác động vào bàn đạp phanh đồ thị gia tốc gia tăng cách đột ngột giảm mạnh Hình 5.14: Đồ thị vận tốc gia tốc phanh cấp độ  Phanh cấp độ (tương ứng với vận tốc 65km/h), tình phanh khẩn cấp ta thấy đồ thị vận tốc giảm nhanh khoảng HV: Phan Tấn Hải 104 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng  Đồ thị gia tốc tăng lên đột ngột giảm nhanh Qua hai cấp độ phanh ta thấy thời gian tác động vào cấu phanh nhanh (thời gian trễ tác động hệ thống điện tử giảm cách đáng kê, hệ thống phanh đáp ứng tốt mục tiêu đề Hình 5.15: Mô hệ thống ABS chưa làm việc (đèn ABS) Hình 5.16: Mơ hệ thống ABS làm việc (đèn ABS sáng)  Vận tốc bánh xe tốc độ 65km/h, ta nhấn bàn đạp phanh cách đột ngột nhìn vào đồ thị ta thấy vận tốc bánh xe lúc giảm nhanh thời điểm máy tính tính toán dựa vào cảm biến tốc độ đồ thị gia tốc để kích hoạt hệ thống ABS làm việc HV: Phan Tấn Hải 105 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 5.7 Phân tích đánh giá kết qủa thực nghiệm - Việc thực nghiệm tiến hành mơ hình, tốc độ bánh xe người điều khiển áp đặt Tuy nhiên, mơ hình qn tính phần khí khơng lớn so với Ơtơ thực tế di chuyển với tốc độ tương ứng đường kết qủa có tương ứng với tính tốn mà người điều khiển mong muốn Ta thấy, bảng so sánh thời gian phanh từ kết qủa có q trình thực nghiệm mơ hình kết qủa có tiến hành thí nghiệm Ơtơ thật đường thử mang tính tương đối làm sở cho thí nghiệm chế tạo gắn hệ thống phanh điện tử lên Ơtơ - Hệ thống ABS làm việc tính tốn phanh gấp vận tốc lớn, máy tính tính tồn thực lệnh phanh ABS cách xác - Khơng cần phải kéo cần phanh tay hệ thống phanh thơng thường, mơ hình cần điều khiển Calipers làm má phanh ép vào đĩa phanh ngắt hệ thống điện từ Motor điều khiển trình phanh Chức phanh đậu xe làm việc 5.8 Kết luận Sau mơ hình hồn chỉnh người nghiên cứu tiến hành thực nghiệm - Thực nghiệm để đo thời gian phanh theo cấp độ phanh khác thơng số có được, tổng hợp bảng 5.1 - Sử dụng thành công bàn đạp phanh điện tử để điều khiển lực phanh, hoạt động bàn đạp phanh điện tử xác xử lý lệnh phanh từ người điều khiển nhanh - Hệ thống ABS thử nghiệm mơ hình hoạt động xác theo tính tốn người nghiên cứu, vận tốc cao tiến hành phanh đột ngột lấp tức máy tính nhận biết tính tốn để kích hoạt hệ thống ABS làm việc Việc thử nghiệm mơ hình khẳng định rõ tính ổn định toàn hệ thống phanh điện tử bao gồm phần khí phần điện tử HV: Phan Tấn Hải 106 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong thời gian thực đề tài người nghiên cứu tham khảo hướng thực để nghiên cứu vấn đề tương đối mẻ Việt Nam với hướng dẫn tận tình người hướng dẫn, người nghiên cứu thành cơng việc hồn thiện đề tài cách tương đối hoàn chỉnh Người nghiên cứu bước đầu thành cơng để thử nghiệm đặc tính ưu việt hệ thống phanh điện tử Hệ thống phanh điện tử điều khiển máy tính có độ nhạy tác động tốt so với tính tốn ban đầu Tính ổn định hệ thống phanh điện tử nỗi quan ngại lớn người điều khiển máy tính thiết bi điện tử treo lúc lại thành cơng lớn đề tài q trình phanh diễn tốt thời gian dài kết nối phần khí điện tử lại với Hệ thống phanh điện tử điều khiển máy tính bố trí gắn xe tránh phức tạp khối lượng thiết bị mà hệ thống phanh thông thường gặp phải Ví dụ khơng cần phân phối lực phanh ABS, hệ thống phanh tay… Hướng phát triển gắn thử nghiệm Ơtơ loại nhỏ Gắn thử nghiệm Ơtơ địi hỏi động điện điều khiển cấu phanh có công suất đủ lớn kết cấu nhỏ gọn để điều khiển calipers, lúc khơng cịn cánh tay địn phần khí điều khiển, Motor điều khiển trực tiếp Calipers, hướng phát triển HV: Phan Tấn Hải 107 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng TÀI LIỆU THAM KHẢO GS.TS Nguyễn Hữu Cẩn, Lý Thuyết Ôtô PGS TS Đỗ Văn Dũng, NXB ĐHQG, Trang bị điện Ơtơ Toyota Hybrid prius Toyota company, NXB KH KT, 2005 2004 ToYoTa, 2004 G Celetano, R Iervolino, Sporreca, V Fontana , Car Brake system modeling for longitudinal control design, Print ISBN, H B Pacejka Delft University of Technology, 2003 The Magic Formular tire model proceeding st Int colloquium on tire model for Vehicle Dynamic, Printed by University of Technology, 2009 Marmara research Center (MRC) Energy Institute, PK 2141470 Gebze-Kocaeli, Turkey, Application note on regenerative braking of braking of electric Vehicle as antilock braking system, Printed by the scientific and technologic research council of Turkey (TUBTTAK) (Mekatro R&D, TUBITAK MRC Technology Free zone section B No: 1841470 Gebze-Kocaeli, Turkey Tom Parkinson, Transit cooperative Research program sponsored by the Federal transit Administation (TCRP report 13), Printed by Academy of Sciences the United States Stanisław Walusiak, Mieczysław Dziubiński, Wiktor Pietrzyk, 1996 An analysis of hydraulic braking system Reliabilyty lublin University of technology, Printed Lublin University of Technolog Printed by the United States of America, 2005 Antoine Vidalinc, On-line transient stability analysis of a multi-machine power system using the energy approach 10 Special Report 255, 1997 Transportaion Research board National research Council 2101 Coistitution Printed in the United States of America by the National Academy of Sciences., 1999 11 www.aviationweek.com 12 www.patentgenius.com 13 www.freepatentsonline.com/7651177 14 www.ehow.com/how_2054775 HV: Phan Tấn Hải 108 Luận văn Thạc Sĩ Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng 15 www.science.org.au/nova/058 16 www.science.org.au (Australian Academy) 17 www.hocdelam.com 18 www.hocdelam.org 19 www.oto-hui.com 20 www.dieukhientudong.net 21 www.vadam.com 22 www.spkt.net 23 www.dientuvietnam.net 24 www.otomaykeo.com 25 www.researchandmarkets.com/reports/1053841 Figure HV: Phan Tấn Hải 109 ... máy kéo MSHV: 01308281 1- TÊN ĐỀ TÀI: ? ?Nghiên cứu phát triển hệ thống phanh điện tử điều khiển máy tính? ?? 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:  Nghiên cứu chế tạo mơ hình hệ thống phanh điện tử điều khiển máy. .. tập trung vào việc nghiên cứu hệ thống phanh điện tử điều khiển máy tính Nghiên cứu tính thiết thực trình điều khiển máy tính mơ hình chế tạo sử dụng bàn đạp phanh điện tử để nghiên cứu việc tác... trung nghiên cứu phát triển hệ thống phanh điện tử để tăng cao độ nhạy tác động hệ thống phanh Việc phát triển hệ thống phanh điện tử hãng Siemens thử nghiệm phát triển Đức vào năm 2009 Việt Nam hệ