Nghiên cứu hệ thống điều khiển quá trình phanh ô tô

Nghiên cứu hệ thống điều khiển quá trình phanh ô tô Nghiên cứu hệ thống điều khiển quá trình phanh ô tô Nghiên cứu hệ thống điều khiển quá trình phanh ô tô luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ======  ====== LẠI NĂNG VŨ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀUKHIỂN Q TRÌNH PHANH Ơ TƠ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - Năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ======  ====== Lại Năng Vũ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀUKHIỂN Q TRÌNH PHANH Ơ TƠ Chun ngành Mã số : Kỹ thuật ô tô máy kéo : 62 52 35 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan PGS.TS Hồ Hữu Hải Hà Nội - Năm 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đề tài nghiên cứu riêng tôi, đề tài thực Bộ mơn Ơ tơ xe chuyên dụng, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn PGS TS Nguyễn Trọng Hoan PGS.TS Hồ Hữu Hải Các số liệu, kết trình bày luận án hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giá luận án Lại Năng Vũ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, Tác giả bày tỏ lịng biết ơn, kính trọng PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan, PGS.TS Hồ Hữu Hải – Viện Cơ khí động lực Trường Đại học Bách khoa Hà Nội trực tiếp hướng dẫn, luận giải, tận tình giúp đỡ, dành nhiều thời gian, công sức để luận án hoàn thành Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Phạm Văn Lang, Thầy giáo, Cô giáo thuộc Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội nói riêng Thầy giáo, chun gia ngành Cơ khí động lực nói chung đồng nghiệp dành nhiều trí tuệ, xem xét, đánh giá, góp ý kiến suốt trình thực luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn: Viện Cơ giới quân sự/TCKT/BQP, Khoa Vũ khí/HVKTQS, Xưởng SC ô tô Năm Tám, Tổng công ty ASC, Trường Cao đẳng CN&KT ô tô/TCKT/BQP; cảm ơn Thầy giáo TS Nguyễn Quốc Cường Trường ĐHBK Hà Nội sinh viên K49, K51, K52, K53 thuộc Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng/Viện Cơ khí động lực giúp đỡ trình nghiên cứu thực nghiệm Xin chân thành cảm ơn Viện đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Lãnh đạo, huy Cục Xe-Máy/BQP, tập thể cán Phòng Quân huấn/Cục Xe-Máy ln động viên, tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi giúp Tác giả vượt qua khó khăn thời gian nghiên cứu Vô biết ơn thành viên gia đình dành điều kiện tốt suốt trình học tập, nghiên cứu I MỤC LỤC MỤC LỤC I DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT III DANH MỤC CÁC BẢNG V DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ V MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH PHANH Ơ TƠ 1.1 Tai nạn giao thông yếu tố ảnh hưởng 1.2 Tình hình nghiên cứu giới 1.2.1 Sự phát triển hệ thống phanh ô tô 1.2.2 Các cơng trình nghiên cứu điều khiển q trình phanh 11 1.3 Tình hình nghiên cứu Việt Nam 15 1.4 Kết luận chương 18 Chương CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH PHANH ƠTƠ 19 2.1 Vấn đề điều khiển q trình phanh tơ 19 2.1.1 Sự lăn-bám-trượt bánh xe với mặt đường phanh 19 2.1.2 Sự phân bố tải trọng ô tô phanh 24 2.2 Hệ thống chống hãm cứng bánh xe phanh 26 2.2.1 Chu trình điều khiển ABS 26 2.2.2 Quá trình điều khiển hệ thống ABS 27 2.2.3 Ứng dụng lô gic điều khiển ABS 29 2.2.4 Phương pháp điều khiển ABS 32 2.3 Sự quay thân xe phanh 35 2.4 Các tiêu đánh giá chất lượng trình phanh 36 2.4.1 Các tiêu đánh giá hiệu phanh 36 2.4.2 Các tiêu đánh giá ổn định hướng 37 2.5 Kết luận chương 38 Chương XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Q TRÌNH PHANH Ơ TƠ 39 3.1 Hệ thống ABS có xét đến ổn định hướng phanh 39 3.2 Mô hình động lực học tơ phanh 42 3.2.1 Các giả thiết xây dựng mơ hình 42 3.2.2 Mơ hình mơ chuyển động ô tô 43 3.2.3 Mơ hình bánh xe 47 3.3 Mơ hình hệ thống dẫn động phanh thủy lực 53 3.3.1 Khối xy lanh phanh 56 3.3.2 Khối van điều chỉnh áp suất 58 3.3.3 Khối xy lanh công tác cấu phanh 60 3.4 Bộ điều khiển ABS có xét đến ổn định hướng 62 II 3.4.1 3.4.2 3.5 3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.6 Bộ suy luận theo lô gic mờ 63 Bộ điều khiển điện tử ABS 67 Mô hệ thống điều khiển q trình phanh tơ 70 Mô đánh giá hoạt động hệ thống điều khiển phanh 71 Mô đánh giá chất lượng phanh 75 Mô xác định giá trị ngưỡng gia tốc góc bánh xe 79 Kết luận chương 82 Chương THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG PHANH ABS 83 4.1 Cơ sở thiết kế ECU-ABS 83 4.1.1 Cảm biến vận tốc góc bánh xe 84 4.1.2 Cụm rơ le điều khiển 85 4.1.3 Cụm van thủy lực 86 4.1.4 Bộ điều khiển điện tử (ECU-ABS) 87 4.2 Thiết kế, chế tạo điều khiển (ECU-ABS) 88 4.2.1 Cấu trúc ECU-ABS 88 4.2.2 Thiết kế mô đun điều khiển điện tử 89 4.2.3 Thuật toán điều khiển 92 4.2.4 Chế tạo ECU-ABS 94 4.3 Thử nghiệm đánh giá chất lượng ECU-ABS chế tạo 95 4.3.1 Đối tượng, mục đích phương pháp thử nghiệm 95 4.3.2 Thiết bị thử nghiệm 96 4.3.3 Thử nghiệm đo vận tốc góc gia tốc góc 100 4.3.4 Xác định tần số biến đổi vận tốc bánh xe hình ảnh 103 4.4 Thử nghiệm đánh giá chất lượng trình phanh 104 4.4.1 Mục đích phương pháp 104 4.4.2 Thiết bị thử nghiệm 105 4.4.3 Quy trình thử nghiệm 107 4.4.4 So sánh kết mô với kết thực nghiệm 110 4.5 Kết luận chương 112 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 118 III DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu chữ La tinh Ký hiệu a b B L hg rb Giải thích Khoảng cách từ tâm cầu trước đến trọng tâm Khoảng cách từ tâm cầu sau đến trọng tâm Chiều rộng sở xe Chiều dài sở xe Chiều cao trọng tâm xe Bán kính làm việc bánh xe Đơn vị m m m m m m AF Diện tích tiết diện trước tơ Cd Hệ số cản khơng khí v Vận tốc dọc xe m/s rad/s u r m g jp Vận tốc dọc bánh xe trước trái, trước phải, sau trái, sau phải Vận tốc ngang xe Vận tốc quay thân xe theo trục thẳng đứng Khối lượng xe Gia tốc trọng trường Gia tốc chậm dần cực đại ax Gia tốc chuyển động dọc m/s2 ay Gia tốc chuyển động bên m/s2 Iz Mơ men qn tính tơ quanh trục thẳng đứng kg.m2 Iw Mơ men qn tính bánh xe kg.m2 Mk Mô men kéo N.m Mb Mô men phanh bánh xe N.m Mz Mô men quay thân xe quanh trục thẳng đứng N.m Zi Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe N Fz Frfl , Frfr Phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe N Phản lực mặt đường bánh xe trước bên trái, bên phải N Fzrl , Fzrr Phản lực mặt đường bánh xe sau bên trái, bên phải N Lực dọc N Fxfl , Fxfr Lực dọc bánh xe trước bên trái, bên phải N Fxrl , Fxrr Lực dọc bánh xe sau bên trái, bên phải N Lực bên N v fl , v fr , vrl , vrr Fx Fy m2 m/s rad/s kg m/s2 m/s2 IV Fyfl , Fyfr Lực bên bánh xe trước bên trái, bên phải N Fyrl , Fyrr Lực bên bánh xe sau bên trái, bên phải N Fa Lực cản khơng khí N Pϕ Lực bám N p fl , p fr , prl , prr Áp suất phanh tương ứng bánh xe trước trái, trước phải, sau trái, sau phải Cα f , Cα r Độ cứng bên lốp trước, lốp sau Pa N/rad K fl , K fl , K rl , K r Hằng số phanh tương ứng với bánh xe trước trái, trước phải, sau trái, sau phải Ký hiệu chữ Hy Lạp Đơn vị rad Ký hiệu α fl ,α fr Giải thích Góc lệch bên bánh xe trước trái, trước phải α rl , α rr Góc lệch bên bánh xe sau trái, sau phải rad βv Góc quay vành lái rad β Góc quay bánh xe dẫn hướng rad ε γ δ ϕ ,ϕ x ,ϕ y Góc quay thân xe Góc lệch thân xe Hệ số tính đến ảnh hưởng khối lượng quay Hệ số bám, hệ số bám dọc, hệ số bám ngang rad rad λ , λx , λ y ρ ω ω ω1 ω ω Độ trượt, độ trượt dọc, độ trượt ngang Mật độ không khí Vận tốc góc bánh xe Gia tốc góc bánh xe Ngưỡng gia tốc giảm áp kg/m3 rad/s rad/s2 rad/s2 Ngưỡng gia tốc giữ áp rad/s2 Ngưỡng gia tốc tăng áp rad/s2 Các chữ viết tắt Ký hiệu Giải thích ABS Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe phanh (Anti-lock Braking Systems) ABS-SC Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe phanh có xét đến ổn V định hướng AYC Hệ thống điều khiển góc hướng chủ động (Active Yaw Control) EBD Hệ thống phân bố lực phanh điện tử (Electronic Brake force Distribution) ECU Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit) ESP Hệ thống ổn định xe điện tử (Electronic Stability Program) FLC Điều khiển lôgic mờ (Fuzzy Logic Controller) TCS Hệ thống điều khiển lực kéo (Traction control system) YSC Hệ thống điều khiển ổn định góc hướng (Yaw Stability Control) VSC Hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Vehicle Stability Control) DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng 2.2 Bảng 3.1 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 4.1 Bảng 4.2 Bảng 4.3 Bảng 4.4 Bảng 4.5 Bảng 4.6 Quan hệ mệnh đề hợp thành với mệnh đề điều kiện mệnh đề kết luận lô gic truyền thống 30 Bảng luật suy luận mờ 31 Hệ số theo công thức Burckhardt số loại đường [53] 50 Các luật hợp thành suy luận mờ 66 So sánh tiêu hiệu phanh ô tô đường khô đường ướt khơng có có hệ thống ABS 77 So sánh tiêu hiệu phanh ô tô đường nửa khô, nửa ướt khơng có ABS, có ABS có ABS-SC 78 Kết xác định giá trị ngưỡng gia tốc mô 82 Thông số kỹ thuật chuyển đổi hiển thị vận tốc góc gia tốc góc bánh xe 96 Trình tự thí nghiệm xác định gia tốc góc bánh xe 100 Trình tự thí nghiệm chụp ảnh biến đổi vận tốc bánh xe phanh 104 Quy trình thử nghiệm đánh giá chất lượng trình phanh 107 Các tiêu đánh giá chất lượng trình phanh 110 So sánh kết mô với kết thử nghiệm 111 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hình 2.1 Hình 2.2 Tiến trình phát triển hệ thống phanh ô tô Đặc tính trượt lý tưởng 20 Q trình phanh theo đặc tính trượt lý tưởng 20 VI Hình 2.3 Hình 2.4 Hình 2.5 Sự biến đổi hệ số bám dọc hệ số bám ngang theo độ trượt 22 Quan hệ hệ số bám độ trượt số loại đường 23 Mối quan hệ ϕ x λ với loại lốp 23 Hình 2.6 Mối quan hệ ϕ x , ϕ y với λ ứng với góc lệch bên α i 24 Hình 2.7 Hình 2.8 Sơ đồ điều khiển hệ thống ABS 26 Sự thay đổi mô men phanh M b (a), áp suất dẫn động phanh (p) Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Hình 2.13 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Hình 3.5 Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 Hình 3.9 Hình 3.10 Hình 3.11 Hình 3.12 Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.15 Hình 3.16 Hình 3.17 Hình 3.18 Hình 3.19 Hình 3.20 Hình 3.21 Hình 3.22 gia tốc góc ( ω ) bánh xe phanh có ABS 28 Hàm thuộc biến đầu vào biến đầu suy luận mờ 32 Sơ đồ thuật toán điều khiển theo độ trượt 33 Sơ đồ thuật toán điều khiển theo gia tốc góc bánh xe 34 Điều khiển chống quay thân xe phanh 35 Góc lệch tơ phanh (a) độ lệch ô tô phanh (b) 37 Sơ đồ hệ thống phanh ABS -SC 40 Mơ hình mô hệ thống điều khiển phanh ABS-SC 41 Hệ tọa độ nghiên cứu chuyển động ô tô phanh 42 Mơ hình động lực học ô tô không gian 44 Mơ hình mơ chuyển động thân ô tô phanh 46 Các lực tác dụng lên bánh xe phanh 47 Mơ hình mơ lốp xe theo mơ hình Burchardt 50 Quan hệ hệ số bám độ trượt xây dựng theo mơ hình Burchardt với hệ số bám lớn 0,7 0,5 51 Quan hệ hệ số bám dọc ngang theo độ trượt dọc 51 Mơ hình mơ động lực học bánh xe 52 Mơ hình mơ chuyển động tô phanh 53 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh thủy lực có ABS 54 Mơ hình mơ hệ thống dẫn động phanh thủy lực có ABS 56 Mơ hình xy lanh phanh 56 Mơ hình mơ xy lanh phanh 57 Mơ hình mơ cụm van điều chỉnh áp suất 59 Mơ hình mơ cụm van điều chỉnh áp suất 60 Mơ hình mơ xy lanh cơng tác cấu phanh 61 Sơ đồ thuật toán hệ thống phanh ABS-SC 62 Mơ hình mơ điều khiển ABS-SC 63 Bộ suy luận theo lôgic mờ 65 Hàm liên thuộc tín hiệu đầu vào er 65 Hình 3.23 Hàm liên thuộc tín hiệu đầu vào er 66 Hình 3.24 Hàm liên thuộc tín hiệu đầu K 66 Hình 3.25 Quan hệ biến đầu với biến đầu vào suy luận mờ 67 ... phẩm ô tô chế tạo nước Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, nghiên cứu sinh chọn đề tài ? ?Nghiên cứu hệ thống điều khiển trình phanh ô tô? ?? 2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu hệ thống điều khiển q trình. .. xe phanh 35 Góc lệch tơ phanh (a) độ lệch ô tô phanh (b) 37 Sơ đồ hệ thống phanh ABS -SC 40 Mơ hình mơ hệ thống điều khiển phanh ABS-SC 41 Hệ tọa độ nghiên cứu chuyển động ô tô phanh. .. thuật đại ứng dụng ô tô đáp ứng phát triển công nghiệp tơ nước nghiên cứu hệ thống phanh điều khiển trình phanh u cầu cấp thiết 11 1.2.2 Các cơng trình nghiên cứu điều khiển trình phanh Một vấn đề