Thực nghiệm đánh giá hiệu quả xây dựng mô hình hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe dựa trên hệ thống phanh khí nén có ABS

Nội dung của bài viết này đề xuất cấu trúc hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động tích hợp trong hệ thống phanh khí nén có ABS và khảo sát đặc tính tăng tốc của xe tải 4x2 trên đường thẳng có hệ số bám một bên bánh xe thấp.

ISSN ISSN 2354-0575 2354-0575 THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY BÁNH XE DỰA TRÊN HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CĨ ABS Lê Anh Vũ, Đồng Minh Tuấn, Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Hưng yên – Dân tiến, Khoái châu, Hưng Yên Email: leanhvu.oto@gmail.com Ngày tòa soạn nhận báo: 12/10/2019 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 22/11/2019 Ngày báo duyệt đăng: 24/11/2019 Tóm tắt: Điều khiển hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động góp phần nâng cao khả chuyển động phát huy lực kéo bánh xe chủ động cho ô tô Bài báo đề xuất cấu trúc hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động tích hợp hệ thống phanh khí nén có ABS khảo sát đặc tính tăng tốc xe tải 4x2 đường thẳng có hệ số bám bên bánh xe thấp Các kết khảo sát cho thấy biến thiên áp suất khí nén bầu phanh mơ men bánh xe bị trượt quay phù hợp với quy luật vật lý cho thấy hệ thống đề xuất sử dụng để điều khiển chống trượt quay bánh xe giúp cho xe tăng tính động lực học Từ khóa: Điều khiển trượt quay bánh xe, Điều khiển ABS/TCS, đặc tính tăng tốc Đặt vấn đề Hiện tượng trượt quay bên bánh xe tơ đường có hệ số bám không đồng nhất, mô men hai bên bán trục bánh xe theo quy luật phân phối vi sai cầu chủ động mô men truyền từ động xuống bán trục bánh xe bị dư thừa so với thực tế bám bánh xe với mặt đường Như vậy, bánh xe bên đường có hệ số bám thấp trượt quay hồn tồn, tơ khơng chuyển động Để điều khiển tự động chống trượt bánh xe chủ động tơ có nhiều biện pháp khác tác động nguồn động lực ô tô, sử dụng loại vi sai tăng ma sát, tác động vào hệ thống phanh lúc tác động hệ thống Đối với phương pháp tác động qua hệ thống phanh hãng xe áp dụng [1] Bài báo trình bày nội dung nghiên cứu đề xuất cấu trúc hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động sở hệ thống phanh khí nén có ABS (Anti-lock Brake System), thực nghiệm cụm van điều tiết áp suất khí nén mô điều khiển nhằm đánh giá khả ứng dụng mơ hình 57 48| Cấu trúc hệ thống Hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động nghiên cứu đề xuất sở hệ thống phanh khí nén có ABSgồm thành phần hình 1[7], [8] Để điều khiển hạn chế vận tốc góc bánh xe chủ động, hệ thống sử dụng điều khiển nhận biết vận tốc góc bánh xe tính tốn độ trượt bên bánh xe chủ động cung cấp biến điều khiển đến van chấp hành (tác động điều khiển mô men phanh cục bên bánh xe chủ động bị trượt quay) thực chu trình làm việc tương ứng độ trượt thời ECU nhận tín hiệu vận tốc góc bánh xe cầu trước sau, tính tốn độ lệch vận tốc góc bánh xe từ đưa tín hiệu điều khiển riêng rẽ đến cấu chấp hành (van chia 3/2, van ABS, bầu phanh) bên bánh xe chủ động, tác động điều khiển mô men phanh cục bên bánh xe chủ động bị trượt quay để trì khả bám tốt bánh xe chủ động với mặt đường[1], [2] Để kiểm chứng hệ thống xây dựng, cần nghiên cứu mơ hình mơ với tơ cụ thể mô phỏng, thực nghiệm hoạt động cụm chi tiết hệ thống Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology Jornal of Science and technology ISSN 2354-0575 ISSN 2354-0575 Hình1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chống trượt quay bánh xe phanh khí nén Mơ hình mơ hệ thống Mơ hình mơ dẫn động khí nén qua van hạn chế trượt Hình Kết cấu van hạn chế trượt (chia 3/2 loại KTA317 van ABS) Mơ hình mơ van ABS nghiên cứu xây dựng công bố [3], [6] thể phương trình xác định lưu lượng khí nén từ bình chứa khí nén đến bầu phanh trạng thái tăng áp (Qin) lưu lượng khí nén từ bầu phanh xả mơi trường trạng thái giảm áp (Qout) sau đây: Qin =K g Cv (p - pcha )(pcha + pa ) Ctr _ sup G.Tu (1) Qout =K g Cv (pcha - pa ).(pa  pa ) Ctr_exh G.Tu (2) Trong đó:pcha, pa, p- áp suất khí nén bầu phanh, áp suất khí trời áp suất khí nén cửa vào van ABS [N/m2].; Ctr_sup, Ctr_exh- biến điều khiển dịng khí nén vào xả khí nén khỏi bầu phanh; Cv - hệ số lưu lượng; Kg- hệ số chuyển đổi (theo hệ SI, Kg = 114,5 ); G - trọng lượng riêng trung bình chất khí (với khơng khí, G=1); Tu- nhiệt độ khí nén Khi ECU tạo tín hiệu điều khiển “Ctr_sup =1” “Ctr_exh =0” xuất Qin , hệ thống trạng thái tăng áp suất bầu phanh Khi ECU tạo tín hiệu điều khiển “Ctr_sup =0” “Ctr_exh =0” hệ thống trạng thái giữ áp suất bầu phanh Khi ECU tạo tín hiệu điều khiển “Ctr_sup =0” “Ctr_exh =1” xuất Qout, hệ thống trạng thái giảm áp suất bầu phanh (bầu phanh xả khí mơi trường) Mơ hình mơ bầu phanh Mơ hình mô van bầu phanh nghiên cứu xây dựng cơng bố[3]và thể phương trình xác định áp suất khí nén 58 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology |49 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology ISSN 2354-0575 ISSN 2354-0575 bầu phanh theo công thức: dpcha k R.T  (Qin  Qout ) dt g  y.F  V0  (3) Trong đó: F-Diện tích màng piston bầu phanh [m2]; y - Dịch chuyển màng bầu phanh cần đẩy [m]; V0: Thể tích ban đầu bầu phanh [m3]; k – nhiệt trị riêng (với khơng khí, k=1,4); R - số chất khí [Jmol-1K-1]; T – nhiệt độ chất khí [K] Mơ hình mơ tính tốn mơ men phanh bánh xe Theo [9], [4] xác định mô men cấu phanhMccp [N.m]: Mccp =( ℎ𝑡𝑡 𝑎𝑎−𝜇𝜇.𝑟𝑟𝑡𝑡 𝐹𝐹𝑃𝑃𝑃𝑃 + ℎ𝑠𝑠 𝑎𝑎+𝜇𝜇.𝑟𝑟𝑡𝑡 𝐹𝐹𝑃𝑃𝑃𝑃 )𝜇𝜇.rt (4) Trong đó:FN, 𝜇𝜇FN, Fp,Fx,Fz, Fccp– lực pháp tuyến tiếp tuyến tang trống tác dụng lên guốc phanh, lực tác dụng cam quay, lực tác dụng gốc tựa guốc tác dụng lên guốc phanh, lực cần đẩy bầu phanh [N]; a, h, rt khoảng cách từ tâm chốt cố định đến tâm trục bánh xe, khoảng cách từ tâm chốt cố Mục đích Đánh giá ảnh hưởng van chấp hành đến độ trễ hệ thống định đến tâm cam quay, khoảng cách từ tâm chốt cố định đến vết tiếp xúc trống phanh má phanh, 𝜇𝜇 – hệ số ma sát;c – cánh tay đòn lực Fccpđến tâm cam dẫn động cấu phanh (m);ɳT – hiệu suất truyền động cam (ɳT =0,93); 𝐹𝐹𝑃𝑃𝑃𝑃 , 𝐹𝐹𝑃𝑃𝑃𝑃 - lực tác động từ tâm cam quay với guốc phanh trước sau xác định: (5) Fpt + Fps = Fccp.c.ɳT/d = F.pcha.c.ɳT Như vậy, cơng thức (4) xác định mô men phanh theo lực tác dụng cấu phanh tức theo áp suất bầu phanh Thí nghiệm kiểm tra làm việc cụm van chấp hành Tiến hành thí nghiệm cụm van điều tiết áp suất xem phù với mơ hình thời gian chậm tác dụng hệ thống Để theo dõi áp suất khí nén, tiến hành lắp cảm biến (lựa chọn cảm biến áp suất khí nén loại M5156-10286X-020BG sản suất công nghiệp) đầu bình chứa để kiểm tra áp suất cung cấp cho hệ thống, cảm biến vị trí bầu phanh bánh xe để theo dõi biến thiên áp suất phanh trường hợp điều khiển Nội dung thí nghiệm Thí nghiệm xác định thời gian tăng áp suất bầu phanh có khơng có van chấp hành  Trường hợp: thí nghiệm với tơ nguyên Từ kết đo thấy thời gian tăng áp suất bầu phanh từ Pa đến 75% giá trị áp suất ổn định (0,46.106Pa) 0,28s, áp suất nén ổn định giá trị giữ nguyên bàn đạp chân phanh  Trường hợp: thí nghiệm với tơ lắp cụm van kích hoạt Từ kết đo thấy thời gian tăng áp suất bầu phanh từ Pa đến 75% giá trị áp suất ổn định (0,47.106Pa) 0,29s, áp suất nén ổn định giá trị giữ nguyên bàn đạp chân phanh Qua thí nghiệm cho thấy cụm van lắp ráp lên ô tô hoạt động ổn định với độ trễ thời Nhận xét Thời gian tăng áp suất bầu phanh gian tăng áp suất tương đối nhỏ 0,01s Việc lắp bổ sung van 3/2 không làm ảnh hưởng đáng kể đến khả làm việc thời gian chậm tác dụng hệ thống Trên sở chế tạo lắp ráp xong cảm biến, cụm van chấp hành, bình khí, tiến hành mơ điều khiển ECU cho hệ thống trước chế tạo Kết mô Để đánh giá sơ hoạt động hệ thống đề xuất, báo tiến hành mơ hệ thống, khảo sát áp suất khí nén bầu phanh mô men phanh bánh xe bị trượt quay theo tín hiệu điều khiển van chia 3/2, van ABS với thông số đầu vào bảng Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 59 50| Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology ISSN 2354-0575 ISSN 2354-0575 Hình Biến thiên áp suất bầu phanh với tơ ngun Hình Biến thiên áp suất bầu phanh lắp van chấp hành kích hoạt Mơ q trình tác động phanh bánh xe bị trượt quay với giả thiết áp suất khí nén bình chứa khơng đổi 0.7 Mpa, giữ nguyên bàn đạp chân ga mức 100% khơng thay đổi suốt q trình tác động phanh Kết mô trường hợp ô tô chuyển động đường có hệ số bám hai bên bánh xe khác nhau, bánh xe chủ động bên phải có hệ số bám 0,8, bánh xe chủ động bên trái có hệ số bám 0,15 đượcthể hình Từ kết mơ thấy cách phối hợp tín hiệu điều khiển cụm van điều tiết áp suất thay đổi áp suất (do dó thay đổi mơ men phanh) tùy theo trạng thái bám – trượt bánh xe với mặt đường Bảng 1.Thông số mô STT Các thông số Giá trị Trọng lượng thân (m0) 45100 N Trọng lượng toàn (m) 76850 N Mô men lớn động (Me- diezen) 320 Nm Thông số lốp (B-d) 8,25-20 Tỷ số truyền tay số (ih1) 7,31 Tỷ số truyền truyền lực vi sai (i0) 6,57 Hệ số bám bánh xe với mặt đường (φi) φrl =0,15; φrr =0,8 Các tín hiệu điều khiển ECU tới van điều tiết áp suất tương ứng với trạng thái điều khiển tăng, giữ giảm áp suất khí nén bầu phanh bánh xe Sự biến thiên mô men phanh bánh xe tương ứng với biến thiên áp suất khí nén bầu phanh tín hiệu đóng mở van 3/2, ABS van điều tiết áp suất Áp suất khí nén bầu phanh tăng nhanh đến giá trị cực đại 0,18 giây, mô men phanh đạt giá trị cực đại 0,86 giây ban đầu phải khắc phục khe hở má phanh, độ trễ lắp thêm van chia 3/2, sau tăng giảm theo áp suất khí nén bầu phanh 60 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology |51 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology ISSN 2354-0575 0.5 1 10 10 x 10 10 x 10 10 Thoi gian(s) 10 0.5 0.5 Pcha [N/m2] Ctr exh Ctr sup DK RL ISSN 2354-0575 Mo men phanh [N.m] 10 5 -5 -10 Hình 5.Các biến điều khiển van 3/2 van ABS, áp suất bầu phanh, mô men phanh bánh xe bên bánh xe bị trượt quay Kết luận Bài báo bổ sung đề xuất cấu trúc hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động sở hệ thống phanh khí nén có ABS chuyển động thẳng tơ tải 4x2 đường có hệ số bám bên bánh xe thấp (0,15), bên bánh xe có độ bám tốt (0,8) Kết mô hệ thống phù hợp với điều kiện thực tế quy luật biến thiên áp suất bầu phanh, mơmen phanh bánh xe Mơ hình mô mô tả chất hoạt động hệ thống phanh khí nén có điều khiển Với việc lựa chọn cấu trúc hệ thống bổ sung thí nghiệm đo biến thiên áp suất bầu phanh bánh xe cho kết tin cậy sử dụng để nghiên cứu hồn thiện điều khiển cho ECU hạn chế trượt quay bánh xe chủ động Nghiên cứu hoàn thiện thuật tốn ngưỡng điều khiển cho ECU tích hợp với hệ thống sẵn có xe để điều khiển giúp cho tơ tải 4x2 tăng tính động lực học nhiều loại đường khác Lời cám ơn Nội dung nghiên cứu báo thực với hỗ trợ đề tài có mã số UTEHY.L.2019.12 EXPERIMENTAL EVALUATION OF TRACTION CONTROL SYSTEM BASED ON ABS PNEUMATIC BRAKING SYSTEM Abstract: Traction control system enhances safety and mobility of vehicle The paper proposes an anti-slip regulator by braking active wheels integrated in ABS pneumatic braking system and investigates the acceleration characteristics of a 4x2 truck on roads with non-homogeneous adhesion coefficient The simulation results show that the air pressure in the brake actuator and braking torque of the slipping wheels reflect true physical laws This shows that the proposed systemcan be used as an anti-slip regulator for enhancing vehicle acceleration characteristics Keywords:Traction control system, ABS/TCS Control, Acceleration Characteristics Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 61 52| Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology ... ISSN 2354-0575 Hình1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống chống trượt quay bánh xe phanh khí nén Mơ hình mơ hệ thống Mơ hình mơ dẫn động khí nén qua van hạn chế trượt Hình Kết cấu van hạn chế trượt (chia 3/2... bầu phanh, mômen phanh bánh xe Mô hình mơ mơ tả chất hoạt động hệ thống phanh khí nén có điều khiển Với việc lựa chọn cấu trúc hệ thống bổ sung thí nghiệm đo biến thiên áp suất bầu phanh bánh xe. .. chủ động sở hệ thống phanh khí nén có ABS chuyển động thẳng tơ tải 4x2 đường có hệ số bám bên bánh xe thấp (0,15), bên bánh xe có độ bám tốt (0,8) Kết mô hệ thống phù hợp với điều kiện thực tế quy