[Luận văn]nghiên cứu động lực học quá trình phanh trên ôtô có trang bị hệ thống ABS

luận văn, tiến sĩ, thạc sĩ, báo cáo, khóa luận, đề tài

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… i i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---------& --------- VŨ DUY KHIÊM “NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH TRÊN XE ÔTÔ CÓ TRANG BỊ HỆ THỐNG ABS” LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hoá Nông-Lâm nghiệp Mã ngành : 60-52-14 Người hướng dẫn khoa học : PGS-TS. Nguyễn Ngọc Quế HÀ NỘI -2008 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… i i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 16 tháng 9 năm 2008 Người cam đoan Vũ Duy Khiêm Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… ii ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học PGS. TS. Nguyễn Ngọc Quế, đã tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến khoa học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này. Tôi xin cảm ơn tập thể các thày, cô giáo bộ môn Động lực - khoa Cơ điện, khoa Sau Đại học, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu. Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên trường Cao đẳng ghề giao thông vận tải trung ương II. Nơi tôi đang công tác đã tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình công tác và học tập. Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp và những người thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Mặc dù đã cố gắng hết sức mình nhưng do khó khăn về tài liệu, thời gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được các ý kiến đóng góp từ các Thày, cô và bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn. Hà Nội, ngày 16 tháng 9 năm 2008 Tác giả luận văn Vũ Duy Khiêm Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… iii iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MUC HÌNH vi 1. MỞ ĐẦU 1 1.1.Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài .1 1.2. Mục tiêu, phương pháp và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 2 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu 2 1.2.2. Phương pháp nghiên cứu .2 1.2.3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 2 1.3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài .3 2. TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH PHANH XE ôtô .4 2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống phanh trên ôtô. .4 2.1.1. Nhiêm vụ quá trình phanh .4 2.1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống phanh 4 2.2. Sự biến đổi hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh. 5 2.2.1. Vai trò hệ số bám trong quá trình phanh ôtô .5 2.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường 7 2.2.3. Sự biến đổi của hệ số bám dọc φ x theo vận tốc chuyển động. 9 2.3.4 Sự phụ thuộc hệ số bám φ theo độ trượt δ 10 2.3. Hệ thống điều khiển phanh bằng điện tử (ABS) . 11 2.3.1. Nhiệm vụ và ý nghĩa của ABS 11 2.3.2. Các bộ phận chính trong hệ thống ABS . 13 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… iv iv 2.3.3. Nguyên tắc làm việc của ABS .14 2.4. Cấu tạo hệ thống chống bó cứng bánh xe(ABS) trên xe INNOVA. 16 2.5. Cân bằng năng lượng trong quá trình phanh. 18 2.6. Hiệu quả quá trình phanh ôtô 21 2.6.1. Phân bố khối lượng trong quá trình phanh . 21 2.6.2. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh . 21 2.7. Ổn định ôtô khi phanh 22 2.7.1. Các nguyên nhân ngây mất cân bằng lực phanh 23 2.7.2. Các chỉ tiêu đánh giá về ổn định 23 3. ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH .25 3.1. Các giả thiết .25 3.1. Mô hình cơ học 26 3.2. Tính toán giá trị các thành phần lực và mômen .28 3.2.1. Xác định phản lực pháp tuyến .28 3.2.2. Xác định lực phanh trên bánh xe 28 3.2.3. Xác định phản lực ngang trên các bánh xe .30 3.2.4. Lực cản lăn 31 3.2.5 Lực quán tính . 32 3.2.6. Lực cản không khí .32 3.2.7. Tính mômen xoay thân xe . 32 3.2.8. Xác định mômen quán tính 33 3.3. Xác định các quan hệ động học trong mô hình phẳng tổng quát .34 3.4. Phương trình vi phân chuyển động . 36 3.5. Phương trình cân bằng chuyển động quay bánh xe .40 3.6. Xây dựng sơ đồ mô phỏng bằng Simulink 42 3.6.1. Giới thiệu sơ lược phần mềm Matlab-Simulink . 42 3.6.2. Mô hình mô phỏng và các phương án khảo sát 45 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… v v 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHỆM 60 4.1. Mục đích và phương pháp thí nghiệm 60 4.1.1. Mục đích thí nghiệm 60 4.1.2. Phương pháp thí nghiệm 60 4.2. Các phương án và kết quả thí nghiệm .67 4.2.1 Các phương án thí nghiệm 67 4.2.2. Kết quả thí nghiệm. . 68 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .78 5.1. Kết luận 78 1. Đề tài đã thực hiện các nhiệm vụ sau : 78 2. Một số kết luận về kết quả nghiên cứu. .78 5.2. Đề nghị .78 1. Trong khai thác sử dụng: . 78 2. Đối với lĩnh vực nghiên cứu: .79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .80 PHỤ LỤC .82 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… vi vi DANH MUC HÌNH Hình2.1 Sự phụ thuộc giữa quãng đường phanh, vận tốc phanh và hệ số bám φ 6 Hình 2.2 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốp 8 Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hệ số bám φ vào độ nhám mặt đường δ .8 Hình 2.4. Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc .9 Hình 2.5. Quan hệ giữa độ trượt δ và hệ số bám φ 10 Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS) 11 Hình 2.7. Các trạng thái điều chỉnh áp suất dầu phanh: 16 Hình 2.8. Sơ đồ cấu tạo hệ thống ABS trên xe INNOVA 18 Hình 3.1. Mô hình không gian các lực tác dụng lên ôtô khi phanh .26 Hình 3.2. Sơ đồ các lực tác dụng trên ôtô khi phanh trong mặt phẳng nằm ngang .27 Hình 3.3. Sơ đồ lực tác dụng trên ôtô khi phanh trên mặt phặng thẳng đứng .28 Hình 3.4. Sơ đồ phân bố lực trên một bánh xe 30 Hình 3.5. Quan hệ động học của ôtô trong mô hình phẳng tổng quát .34 Hình 3.6. Mô hình phẳng tổng quát của ôtô .36 Hình 3.7. Mô hình tính toán cho ôtô trong trường hợp chuyển động 38 Hình 3.8 Sơ đồ cân bằng lực và mômen trên bánh xe .40 Hình 3.9. mô hình mô phỏng hệ thống phanh có ABS .45 Hình 3.10. Sơ đồ mô phỏng quá trình phanh tác động của hệ thống ABS .46 Hình 3.11. Đường cong hệ số bám φ phụ thuộc vào độ trượt 48 Hình 3.12. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PA1.2) 50 Hình 3.13. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS 1.1) 51 Hình 3.14. Đồ thị quãng đường (m) theo thời gian (PAKS1.1); 51 Hình 3.15. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS1.2); .53 Hình 3.16. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS1.1) .54 Hình 3.17. Đồ thị quãng đường(m) theo thời gian (PAKS1.2) 54 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… vii vii Hình 3.18. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS 1.3) .55 Hình 3.19. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS 1.3) 56 Hình 3.20. Đồ thị quãng đường(m) theo thời gian (PAKS 1.3) .56 Hình 3.21. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS 2.1); 57 Hình 3.22. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS 2.1) 58 Hình 3.23. Đồ thị quãng đường(m) theo thời gian (PAKS 2.1) .58 Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Sensor − V1 .62 Hình 4.2. Sensor quang học E3F3 .63 Hình 4. 3. Sơ đồ kết nối thiết bị thí nghiệm 64 Hình 4. 4. Một số hình ảnh gá lắp kết nối thiết bị thí nghiệm 66 Hình 4.5. Sơ đồ các mô dun thu thập dư liệu thí nghiệm 67 Hình 4.6. Sơ đồ các mô dun xử lý dữ liệu 67 Hình 4.7. Hiển thị kết quả đo các thông số .68 Hình 4.8. Đồ thị độ trượt(DT) và quãng đường phanh S p (PATN1) 69 Hình 4.9. Đồ thị độ trượt(DT) và quãng đường phanh S p (PATN 2) .70 Hình 4.10. Đồ thị độ trượt(DT) và quãng đường phanh S p (PATN 3) .71 Hình 4.11. Đồ thị độ trượt(DT) và quãng đường phanh S p (PATN 4) .73 Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… 1 1 1. MỞ ĐẦU 1.1.Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài. Hiện nay ôtô máy kéo và các xe chuyên dụng được sử dụng trong hầu hết các ngành kinh tế Quốc dân, để tăng năng suất lao động, xu hướng chung của thế giới là tăng vận tốc chuyển động trung bình của xe. Khi tăng vận tốc làm việc kéo theo hàng loạt vấn đề kỹ thuật cần giải quyết trong đó hệ thống phanh là một trong các hệ thống quan trọng nhất để bảo đảm an toàn chuyển động cho người và cho máy. Hệ thống phanh trên ôtô máy kéo đã được nhiều nhà khoa học, các hãng sản xuất quan tâm và đầu tư nhiều công sức và tài chính đề hoàn thiện cả về kết cấu cũng như nguyên lý làm việc. Hiện nay hầu hết ôtô máy kéo hiện đại đã trang bị hệ thống phanh dẫn động thủy lực hoặc dẫn động khí nén thay thế cho hệ thống phanh dẫn động bằng cơ học. Các hệ thống phanh dầu hay phanh khí nén đã tạo ra các lực phanh khá lớn mặc dù lực tác động của người lái lên bàn đạp phanh không lớn. Tuy nhiên khi phanh khẩn cấp lực phanh hay mômen phanh trên các bánh xe có thể vượt quá lực bám của bánh xe với mặt đường, trong các trường hợp này, bánh xe sẽ bị trượt lê. Hiện tượng trượt lê của bánh xe khi phanh không chỉ làm tăng quãng đường phanh, mà nếu diễn ra ở bánh hướng dẫn sẽ làm mất khả năng điều khiển, tính năng chuyển động ổn định về hướng của xe khi phanh bị giảm và có thể dẫn đến xoay thân xe và lật đổ xe. Để khắc phục hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh cũng như hiện tượng trượt quay của bánh xe khi khởi hành và tăng tốc, trên hầu hết ôtô chế tạo những năm gần đây đều trang bị bộ phận chống bó cứng bánh xe khi phanh hay còn tắt là ABS làm việc tích hợp với bộ phận chống trượt quay bánh xe chủ động khi khởi hành và tăng tốc gọi tắt là ASR. Đây là hệ thống mới, do đó đặc tính động lực học Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……………… ……………………… 2 2 ôtô trong quá trình phanh còn chưa được nghiên cứu đầy đủ cũng như đánh giá ảnh hưởng của các thống số sử dụng đến chất lượng quá trình phanh của các hệ thống phanh này. Được sự phân công của khoa Cơ Điện, Bộ môn Động lực và sự giúp đỡ của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế – Bộ môn Động lực – Khoa Cơ điện – Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu động lực học quá trình phanh trên xe ôtô có trang bị hệ thống ABS” 1.2. Mục tiêu, phương pháp và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài . 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu. - Mô phỏng đông lực học quá trình phanh ôtô trên đường thẳng với hệ số bám như nhau giữa các bánh khi có và không có sự tác động của hệ thống ABS. - Phân tích đánh giá so sánh một số chỉ tiêu quan trọng của quá trình phanh với sự tác động của hệ thống ABS. - Đưa ra một số khuyến cáo để sử dụng hệ thống phanh hiệu quả, góp phần nâng cao an toàn giao thông. 1.2.2. Phương pháp nghiên cứu. - Áp dụng các phương pháp lý thuyết về cơ học, toán học để xây dựng mô hình nghiên cứu động lực học của xe khi phanh. - Sử dụng phương pháp mô phỏng số và phần mềm Matlab -Simulink để mô phỏng tính chất động lực học của xe khi phanh. - Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành đo một số thông số thực nghiệm để đưa vào phần mềm xử lý dữ liệu để đánh giá phân tích kết quả. 1.2.3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài. - Xây dựng mô hình nghiên cứu động lực học của xe ôtô khi phanh.