Nghiên cứu hệ thống hạn chế trượt quay của bánh xe ô tô trên cơ sở hệ thống phanh khí nén có ABS

    BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI         Lê Anh Vũ               NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY CỦA BÁNH XE Ô TÔ   TRÊN CƠ SỞ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS           LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2018 a        BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Anh Vũ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY CỦA BÁNH XE Ô TÔ TRÊN CƠ SỞ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CĨ ABS 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 Dương Ngọc Khánh Hà Nội – 2018 b        LỜI CAM ĐOAN   Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Cơng trình được thực  hiện tại Bộ mơn Ơ tơ và xe chun dụng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dưới sự hướng  dẫn của PGS. TS. Hồ Hữu Hải và PGS. TS. Dương Ngọc Khánh. Các số liệu và kết quả  nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kì cơng trình  nào khác.    Hà Nội, ngày Người cam đoan TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Người hướng dẫn  khoa học 1  Người hướng dẫn  khoa học 2  PGS. TS. Hồ Hữu Hải  PGS. TS. Dương Ngọc Khánh c    tháng năm 2018 Lê Anh Vũ      LỜI CẢM ƠN   Luận án tiến sĩ này được hồn thành ngồi sự nỗ lực cố gắng của bản thân, NCS đã  nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy cơ giáo, các nhà khoa học và tập  thể nghiên cứu khoa học. NCS xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành về sự giúp đõ đó.  NCS  xin bày  tỏ lịng  cảm  ơn  sâu  sắc  đến  PGS. TS.  Hồ Hữu  Hải,  PGS. TS. Dương  Ngọc Khánh - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là những người đã trực tiếp tận tình hướng  dẫn, định  hướng, đào  tạo và giúp đỡ NCS trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành  luận án.   NCS xin chân thành cảm ơn các thầy giáo ở Bộ mơn Ơ tơ và xe chun dụng - Viện  Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều  kiện  giúp đỡ NCS trong suốt q trình nghiên cứu tại bộ mơn để hồn thành luận án này.  NCS xin chân thành cảm ơn các thầy cơ đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí Động lực,  lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng n đã tạo điều kiện giúp đỡ và khuyến  khích để NCS hồn thành luận án này.  NCS xin chân thành ghi nhận cơng sức, những đóng góp q báu và nhiệt tình của các  anh, em NCS, cao học và sinh viên các khóa thuộc Bộ mơn Ơ tơ và xe chun dụng - Viện  Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình hỗ trợ, động viên NCS  trong suốt thời gian NCS thực hiện luận án.  Cuối cùng, NCS xin bày tỏ lịng kính u và biết ơn sự quan tâm động viên khuyến  khích, cảm thơng sâu sắc của gia đình, bạn bè đã tiếp thêm nghị lực cho NCS trong suốt thời  gian học tập tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.             Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Nghiên cứu sinh        Lê Anh Vũ  d        MỤC LỤC MỤC LỤC   i  DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT   iii  DANH MỤC CÁC BẢNG   vi  DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ   vii  MỞ ĐẦU   1  CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU  . 4  1.1. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển của lĩnh vực sản xuất ô tô tải  .4  1.1.1 Thực trạng  4  1.1.2. Định hướng phát triển  4  1.1.3. Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển  .5  1.1.4 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm và sản xuất hệ thống chống trượt cho ô tô  tải  6  1.2. Hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động  6  1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới  .9  1.3.1. Lịch sử phát triển hệ thống chống trượt quay có điều khiển  .9  1.3.2. Các cơng trình nghiên cứu về hệ thống chống trượt quay bánh xe   10  1.4. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam   16  1.5. Mục tiêu, phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu  . 16  1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu   16  1.5.2. Nội dung nghiên cứu  . 17  1.5.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu   17  1.5.4. Phương pháp nghiên cứu  . 18  1.6. Bố cục của luận án   18  1.7. Kết luận chương 1   19  CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG  21  2.1. Mơ đun mơ hình mơ phỏng chuyển động thẳng của ơ tơ   22  2.2. Mơ đun mơ hình mơ phỏng hệ thống truyền lực có vi sai   23  2.3. Mơ đun mơ hình mơ phỏng bánh xe   26  2.3.1. Phương trình chuyển động quay của bánh xe bị động   26  2.3.2. Phương trình chuyển động quay của bánh xe chủ động   27  2.3.3. Phản lực tiếp tuyến tại bánh xe   29  2.4. Mơ đun mơ hình mơ phỏng hệ thống phanh khí nén   32  i        2.4.1. Mô phỏng cơ cấu phanh bánh xe   32  2.4.2. Mô phỏng dẫn động phanh   36  2.5. Mô phỏng khảo sát chuyển động của ô tô   40  2.6. Khảo sát ảnh hưởng của mơ men phanh tới đặc tính tăng tốc của ơ tơ   44  2.7. Kết luận chương 2   49  CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ  THỐNG   50  3.1. Cấu trúc hệ thống   50  3.2. Trạng thái làm việc của các van chấp hành   52  3.3. Thuật toán điều khiển   54  3.4. Mô đun mô phỏng bộ điều khiển trong hệ thống   56  3.4.1. Sơ đồ bộ điều khiển  . 56  3.4.2. Mô phỏng điều khiển cơ cấu chấp hành   56  3.4.3. Mô phỏng bộ điều khiển   58  3.5. Nghiên cứu xác định ngưỡng điều khiển theo độ trượt của bánh xe   59  3.6. Kết luận chương 3   69  CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG   71  4.1. Thiết kế chế tạo hệ thống  71  4.1.1. Mục đích và đối tượng   71  4.1.2. Cảm biến sử dụng trong hệ thống   71  4.1.3. Cụm van chấp hành.   73  4.1.4. Thí nghiệm kiểm tra sự làm việc của cụm van chấp hành.   75  4.1.5. Bộ điều khiển điện tử . 78  4.2. Thực nghiệm hệ thống  . 83  4.2.1. Mục đích và phương pháp thực nghiệm   83  4.2.2. Chế tạo thiết bị thực nghiệm   84  4.2.3. Trình tự thực nghiệm  . 92  4.2.4. Kết quả thực nghiệm  . 94  4.3. Kết luận chương 4   99  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ   100  TÀI LIỆU THAM KHẢO   102  DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN   107  PHỤ  LỤC……………………………………………………………………………… 1078  ii        DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu chữ La tinh Ký hiệu A a ax Am A1,A2 B b Cv D DK3/2_t, DK3/2_p Fz Fk Fwx Fp2, Fp1 Fj f G G0 G2 g Gia tốc_max giamap tangap hg i0 ih1 Jbx K Kg L M m Giải thích Tiết diện thơng qua  Khoảng cách từ tâm cầu trước đến trọng tâm  Gia tốc chuyển động dọc  Tiết diện màng phanh  Lần lượt là tiết diện đường ống phanh trước và sau   Chiều rộng cơ sở của xe  Khoảng cách từ tâm cầu sau đến trọng tâm  Hệ số tiết lưu  Đường kính bầu phanh   Biến điều khiển mở van 3/2 bên trái, phải  m2  m  m/s2  m2  m2  m  m    m    Phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe  Lực kéo tiếp tuyến  Lực cản khơng khí  Lần lượt là lực phanh cầu trước và sau.  N  N  N  N  Lực qn tính của ơ tơ  Hệ số cản lăn  Trọng lượng riêng trung bình của chất khí  Trọng lượng ơ tơ  Trọng lượng ơ tơ phân ra cầu sau  Gia tốc trọng trường  Gia tốc cực đại của ơ tơ  N    N/m3  N  N  m/s2  m/s2  Mp Biến điều khiển dịng khí nén xả khỏi bầu phanh  Biến điều khiển dịng khí nén vào bầu phanh  Chiều cao trọng tâm của xe  Tỷ số truyền của truyền lực chính  Tỷ số truyền tay số 1  Mơ men qn tính của bánh xe  Nhiệt trị riêng của chất khí Hệ số chuyển đổi của chất khí  Chiều dài cơ sở của xe  mơ men vỏ vi sai  khối lượng của ơ tơ.  Mơ men phanh bánh xe  m      kgm2      m  N.m  kg  N.m  Mms Mx Mô men ma sát của bộ vi sai.  Mô men xoắn tại tâm trục bánh xe  N.m  N.m  Lần lượt là mô men bán trục trái và mô men bán trục phải  N.m  Mtx, Mpx iii    Đơn vị         Mtp2, Mpp2 pa pbau P Qw R rb rd Tu t max u vx vox Mơ men phanh tại bánh xe bên trái, phải  N.m  Áp suất khí trời  Áp suất bầu phanh  Lực bám  N/m2  Pa  N  Lưu lượng khối  Hằng số của chất khí  Bán kính bánh xe  Bán kính động lực học bánh xe  Nhiệt độ của khí nén  Tỷ lệ thời gian duy trì gia tốc cực đại  Vận tốc chuyển động của khí nén  Vận tốc của ơ tơ  Vận tốc ban đầu của ơ tơ.  x Chuyển dịch của ơ tơ.  x Gia tốc của ô tô  N/s  1/Jmol.K  m  m  K  s  m/s  m/s  m/s  M  m/s2  Ký hiệu chữ Hy Lạp Ký hiệu ,x,y   Giải thích Hệ số tính đến ảnh hưởng các khối lượng quay  Hệ số bám, hệ số bám dọc, hệ số bám ngang  ,x, y   Độ trượt, độ trượt dọc, độ trượt ngang             ωp  ωt  λ1, λ2  φpx, φtx  µ Mật độ khơng khí  Vận tốc góc bánh xe  Gia tốc góc bánh xe  Vận tốc góc bánh xe bên phải  Vận tốc góc bánh xe bên trái  Ngưỡng trượt dưới và trên  Hệ số bám bánh xe bên phải và trái  Hệ số ma sát  iv    Đơn vị       kg/m3  rad/s  rad/s2  rad/s  rad/s            Các chữ viết tắt Ký hiệu Giải thích ABS  Hệ  thống  phanh  chống  hãm  cứng  bánh  xe  khi  phanh  (Anti-look Braking Systems)  ABS-SC  Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe khi phanh có điều khiển  ổn định hướng   EBD  Hệ thống phân bố lực phanh điện tử (Electronic Brake Distribution)  ASR   Hệ thống chống trượt quay   (Anti Spin Regulator - Antriebsschlupfregelung)  ECU  Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit)  ESP  Chương  trình  điều  khiển  ổn  định  điện  tử  (Electronic Stability Program)  FLC  Điều khiển lôgic mờ (Fuzzy Logic Controller)  TCS  Hệ thống điều khiển lực kéo (Traction control system)  VSC  Hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Vehicle Stability Control)       v        DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thông số của xe nghiên cứu   17  Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật cơ cấu phanh  . 34  Bảng 2.2. Giá trị mơ men phanh tính tốn   34  Bảng 2.3. Giá trị mơ men cơ cấu phanh bánh xe từ thí nghiệm  . 35  Bảng 2.4. Thơng số sử dụng trong tính tốn mơ phỏng   41  Bảng 2.5. Các trường hợp mô phỏng với mức ga 30%   42  Bảng 2.6. Quan hệ giữa mơ men phanh bánh xe với gia tốc cực đại (Gia tốc_max) cùng thời  gian duy trì gia tốc lớn nhất (Thời gian)   47  Bảng 3.1. Tổng hợp các phương án mơ phỏng xác định ngưỡng trượt điều khiển   61  Bảng 3.2. Giá trị độ trượt trung bình thu được khi mơ phỏng q trình khởi hành với một số  giá trị ngưỡng và hệ số bám của đường khác nhau   65  Bảng 4.1. Thơng số kỹ thuật cảm biến vận tốc góc E2A-S08-KS02-WP-C1   72  Bảng 4.2. Thông số kỹ thuật của van 3/2 KTA317   74  Bảng 4.3. Trạng thái điều khiển của cụm van chấp hành   75  Bảng 4.4. Thông số cảm biến đo áp suất Sensys loại M5156-10286X-020BG   75  Bảng 4.5. thông số kỹ thuật cảm biến lực PST-A5t   88  Bảng 4.6. Tổng hợp kết quả sự trượt quay bánh xe   96  Bảng 4.7. Tổng hợp kết quả lực dọc của ô tô   98  vi    ... NỘI Lê Anh Vũ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY CỦA BÁNH XE Ô TƠ TRÊN CƠ SỞ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CĨ ABS Ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC... số bám khác nhau (2 bên? ?bánh? ?xe? ?chủ động) từ đó đề xuất và? ?chế? ?tạo một mẫu (ban đầu)? ?hệ? ? thống? ?hạn? ?chế? ?trượt? ?quay? ?bánh? ?xe? ?với giải pháp tác động? ?phanh? ?bánh? ?xe? ?bị? ?trượt? ?quay? ?trên? ? cơ? ?sở? ?hệ? ?thống? ?phanh? ?khí? ?nén? ?có? ?ABS? ?nhằm nâng cao tính năng động lực học cho ơ tơ. ... Luận án đã đề xuất được phương án phát triển từ? ?hệ? ?thống? ?phanh? ?khí? ?nén? ?ABS? ?có? ?bổ  sung? ?hệ? ?thống? ?hạn? ?chế? ?trượt? ?quay? ?của? ?bánh? ?xe? ?chủ động.? ?Nghiên? ?cứu? ?xây dựng mơ hình? ?hệ? ? thống? ?hạn? ?chế? ?trượt? ?quay,  đề xuất thuật tốn điều khiển và phương pháp xác định ngưỡng