Nghiên cứu hệ thống ASR tới tính chất động lực học và ổn định chuyển động của xe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ THÀNH NHÂN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ASR, PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ASR TỚI TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ơ TƠ MÁY KÉO - 605246 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ASR,PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ASR TỚI TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE Chuyên ngành : KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ Mã số ngành : 60 5246 Họ tên học viên : KS Võ Thành Nhân Người hướng dẫn : TS Lâm Mai Long TP Hồ Chí Minh,tháng năm 2005 LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô, Tiến só Lâm Mai Long có hướng dẫn nhiệt tình thời gian vừa qua để hoàn tất luận văn tiến độ Xin chân thành cảm ơn gia đình , bạn bè đồng nghiệp động viên cổ vũ suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Người thực :Võ Thành Nhân Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM Chương I TỔNG QUAN Chúng ta hiểu người lái xe bình thường khơng có kinh nghiệm nhiều gặp đường trơn gặp khó khăn việc điều khiển xe Có thể đạp ga không lượng làm cho bánh xe bị trượt quay gây hao tổn nhiên liệu, ổn định hướng gây an tồn Để giúp cho người lái xe thích nghi với tình trạng hệ thống tự động điều khiển đời Đó hệ thống ASR 1- ASR ? Đây ký tự viết tắt cụm từ tiếng Anh Anti – Slip – Regulation nghĩa ĐIỀU KHIỂN CHỐNG TRƯỢT KHI TĂNG TỐC Đây hệ thống tự động điều khiển lực kéo Hệ thống tự động điều khiển lực kéo ASR đời xuất phát từ sở lý luận sau: a Khả tiếp nhận lực kéo ô tô phụ thuộc vào độ bám bánh xe với mặt đường: Lực kéo tiếp tuyến phụ thuộc vào khả động Tuy lực kéo có sử dụng hết hay khơng cịn phụ thuộc vào khả bám bánh xe với mặt đường Khả bám bánh xe với mặt đường việc phụ thuộc vào loại đường tình trạng mặt đường phụ thuộc vào độ trượt tương đối bánh xe với mặt đường kéo Nếu hệ số bám thấp (đường trơn chẳng hạn) mà lực kéo lớn bánh xe bị trượt quay Khi trượt nhiều dẫn đến khả tiếp nhận lực kéo chí tơ khơng thể tiến hay lùi b Theo đồ thị đặc tính trượt: phạm vi độ trượt tối ưu hệ số bám dọc φ x có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang φ y có giá trị cao Do điều khiển cho độ trượt bánh xe chủ động phạm vi độ trượt δ tối ưu (δ tu) hiệu truyền lực kéo lớn đồng thời đảm bảo độ ổn định tốt cho ô tô 2-Nguyên tắc làm việc hệ thống ASR tự động điều khiển độ trượt bánh xe chủ động phạm vi δ tu nhằm đạt mục tiêu : a Tăng cường ổn định ô tô chuyển động thẳng quay vòng b Truyền lực kéo lớn tới mặt đường khởi hành tăng tốc ô tô chạy đường trơn Các hệ thống ASR thiết kế sử dụng phương án nhằm ngăn chận trượt bánh xe chủ động để ổn định chuyển động tận dụng khả bám bánh xe đường sau: a Điều khiển đồng thời mô men động điều khiển lực phanh: Riêng điều khiển giảm mô men động ,các nhà chế tạo sử dụng ba phương pháp : điều khiển đóng mở bướm ga ; điều chỉnh đánh lửa trễ ; điều chỉnh phun nhiên liệu gián đọan cắt phun nhiên liệu Trang Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM b Điều khiển mô men động kết hợp điều khiển phanh sử dụng vi sai ma sát Tùy theo quan điểm nhà thiết kế, tùy vào mục đích sử dụng, hệ thống ASR chọn phương án điều khiển thích hợp ,thơng thường tích hợp sử dụng chung trang bị với hệ thống chóng hãm cứng phanh ABS Để đạt mục tiêu điều khiển yêu cầu cần thiết phải theo dõi độ trượt bánh xe chủ động nhờ sử dụng chung cảm biến tốc độ với hệ thống ABS Nếu phát hai bánh xe hai bánh xe chủ động quay nhanh bánh xe bị động, Hệ thống tự động điều khiển lực kéo ASR khởi động trình điều khiển Các giải pháp điều khiển diễn khác tùy theo bánh xe hay hai bánh xe cầu chủ động bị trượt:  Nếu có bánh xe có khả bị trượt có phanh bánh xe kích hoạt cho phép phần lực kéo phân bổ tới bánh xe lại  Nếu hai bánh xe có xu hướng bị trượt việc điều khiển thông qua việc cắt giảm mô men quay động độ trượt tối ưu phục hồi  Điều khiển mô men động kết hợp với điều khiển phanh có bánh xe bị trượt tốc độ khác biệt so với bánh xe bị động lớn 10 km/h Với tốc độ khác biệt lớn 25km/h việc hãm vi sai khơng sử dụng Khi chức hệ thống ASR điều khiển giảm mô men động đảm nhiệm Khi bánh chủ động bánh xe bị động quay tốc độ hệ thống tự động điều khiển lực kéo ngưng việc điều khiển trả lại việc điều khiển cho người lái xe 4- Các thành phần hệ thống tự động điều khiển lực kéo ASR ôtô : Hệ thống ASR sử dụng chung cảm biến tốc độ với hệ thống phanh ABS gắn bánh xe, phận kích hoạt phanh ASR, điều khiển điện tử kết nối với điều khiển động Cảm biến vị trí bướm ga, mơ tơ bước để dẫn động bướm ga phụ, cơng tắc đóng mở, đèn báo … 5-Nhiệm vụ đề tài : Đây hướng ứng dụng công nghệ phức tạp dựa sở lý thuyết không phần phức tạp Hiện có tài liệu nghiên cứu hệ thống ASR nhằm phục vụ cho việc giảng dạy nghiên cứu khoa học trường đại học, cao đẳng Vì đề tài có nhiệm vụ : c Nghiên cứu sở lý thuyết học lăn bánh xe chủ động đặc biệt quan tâm tới đặc tính trượt đặc tính bám Nghiên cứu đặc tính trượt lý thuyết phân phối lực kéo d Nghiên cứu hệ thống ASR e Phân tích hệ thống ASR điển hình theo quan điểm động lực học ổn định chuyển động Trang Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM 6- Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu hệ thống ASR – phân tích hệ thống theo quan điểm tăng tính chất động lực học ổn định chuyển động ô tô 7-Phương pháp nghiên cứu : Nghiên cứu lý thuyết, hệ thống ASR điển hình giáo trình, tài liệu thu thập trình học tập vớI tài liệu tham khảo mạng internet Trên sở nghiên cứu trình bày sở lý thuyết hệ thống điều khiển,lý thuyết điều khiển, đưa hệ thống điều khiển điển hình phân tích hệ thống ASR theo hai quan điểm tăng tính chất động lực học ổn định chuyển động 8- Giới hạn đề tài : Giả thiết bánh xe nghiên cứu cứng, khơng có biến dạng Nghiên cứu tập trung vào hệ thống ASR trang bị xe tơ du lịch Trang Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM Chương II CƠ SỞ LÝ THUYẾT Trong chương tìm hiểu quan hệ động học bánh xe lăn đường, mối quan hệ lực, Mối quan hệ thông số động học lực Khảo sát đặc tính trượt bánh xe hệ số bám bánh xe đường Qua nhận thức kéo bánh xe chủ động luôn bị trượt tùy thuộc vào hệ số bám bánh xe đường Hệ số bám bánh xe đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố loại đường, vật liệu chế tạo lốp, áp suất lốp, tải trọng bánh xe … Giải toán khả bám bánh xe mặt đường, giúp ô tô chuyển động ổn định tận dụng lực kéo cách tối ưu khởi hành, tăng tốc đường trơn quay vòng tiền đề để chế tạo hệ thống tự động điều khiển lực kéo ASR I CƠ HỌC LĂN CỦA BÁNH XE CHỦ ĐỘNG: Bánh xe phần tử nối ô tô mặt đường nhờ bánh xe mà lực truyền từ ô tô xuống mặt đường từ mặt đường lên xe Các đặc tính bánh xe có ảnh hưởng tới đặc tính tơ đặc tính kéo, đặc tính kinh tế nhiên liệu đặc tính điều khiển tơ Khi nghiên cứu học bánh xe cần qui ước số hệ tọa độ sau : Hình II-1 : Các hệ tọa độ lực tác dụng bánh xe chủ động Hệ tọa độ Xo, Yo, Zo hệ tọa độ cố định mặt đường Hệ tọa độ X,Y,Z nối với bánh xe, gốc tọa độ điểm tiếp xúc bánh xe mặt đường, mặt phẳng bánh xe trùng với mặt phẳng (X,Z) Hệ tọa độ Hệ toạ độ ξ, ŋ, ε có gốc tọa độ tâm bánh xe, mặt phẳng bánh xe trùng với mặt phẳng (ξ, ε) Hướng lực mô men tác dụng lên bánh xe hình coi dương Trang Luận văn Thạc Só Trường ÑHSPKT TP.HCM I.1 Sự lăn bánh xe cứng mặt phẳng khơng có lực ngang : Bánh xe cứng hiểu bánh xe không biến dạng Sự lăn bánh xe cứng khơng có lực ngang sở cho học chuyển động bánh xe Trong trường hợp bánh xe chuyển động sau : Mặt phẳng trung bình bánh xe trùng với mặt (Xo,Zo),(X,Z),(ξ,ɛ); mô men trả Mz=0 ; mô men lật Mx = Chuyển động bánh xe đặc trưng thông số : tốc độ V; gia tốc tịnh tiến tâm bánh xe a; tốc độ gốc ωk gia tốc gốc ɛk chuyển động quay I.1.1– Các loại bán kính bánh xe : Bán kính thơng số hình học bánh xe Vì lốp xe phần tử đàn hồi biến dạng theo phương đặc tính truyền lượng qua lốp xe có tính chất li hợp ma sát nên bán kính bánh xe có lốp khơng xác định tùy thuộc vào phương pháp định nghĩa Chúng ta định nghĩa số loại bán kính bánh xe sau : a Bán kính danh định rj : Là bán kính bánh xe không quay không chịu tải, áp lực khí bánh xe mức danh định Bán kính cho catelogue nhà sản xuất b Bán kính tự ro : bán kính xe khơng chịu tải Bán kính thay đổi ảnh hưởng dung sai chế tạo, lực li tâm áp lực khí lốp Bán kính ro tăng ωk tăng, áp lực khí lốp lớn gia tăng giảm c Bán kính vận hành tĩnh rs :là khoảng cách từ tâm bánh xe tới mặt đường trường hợp bánh xe khơng chuyển động chịu tải hướng kính d Bán kính vận hành động rd:tương tự rs bánh xe có quay Cả hai bánh kính tĩnh bán kính động phụ thuộc vào tải trọng Z áp suất lốp pv riêng rd phụ thuộc vào ωk e Bán kính lăn rl : Nói xác bán kính lăn rl khơng phải thơng số hình học mà thơng số động học, số tỉ lệ tốc độ góc ωk tốc độ thực tế V xe Nó xác định mối quan hệ: rl = V/ ωk (2-1) Từ định nghĩa ta rút : r bán kính bánh xe ảo, chuyển động không trượt với vận tốc tương đương với bánh xe thực tế rl coi khoảng cách từ tâm bánh xe tới cực P chuyển động tương đối bánh xe mặt đường Bán kính lăn xác định từ quảng đường X tổng số vòng quay cần thiết N k để hết quãng đường X rl = (2-2) 2N k Có ảnh hưởng rõ rệt tới bán kính lăn ngồi tốc độ quay thơng số tải trọng Z, áp suất lốp xe Pv mô men xoắn Mk ảnh hưởng Z Pv rõ nét loại lốp Diagonal Trang Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM Hình II-2:Bán kính lăn bánh xe phụ thuộc vào tải trọng Z, áp suất lốp mô men xoắn Giải thích : : Sự phụ thuộc r1 (Mk ) cho thấy vùng Mk nhỏ quan hệ gần tuyến tính Sự phi tuyến xuất vùng Mk đủ lớn, xuất trượt bánh xe mặt đường Ở giới hạn trượt kéo ứng với M k max r = ;ở giới hạn trượt lết phanh r =  Bán kính tính tốn r : định nghĩa nhiều loại bán kính chúng phụ thuộc vào nhiều thông số khác Điều gây khó khăn cho việc chọn bán kính định để tính tốn Để giải vấn đề người ta đưa bán kính tính tốn thống gọi bán kính tính tốn r Bán kính tính tốn lựa chọn bán kính lăn bánh xe bị động mà khơng có mơ men kéo hay mô men phanh Như r = r10, bán kính r10 cho catelogue Nó xác định dễ dàng đường cứng đường đàn hồi, phụ thuộc vào yếu tố vận hành, ngồi khơng khác biệt so với rd tỉ ố r10/rd vào khoảng 1.02 lốp Diagonal 1.05 – 1.08 loại Radial Trang Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM I.1.2.- Các quan hệ động học bánh xe lăn đường: Sơ đồ động học trạng thái lăn bánh xe mơ tả hình Chúng ta phân biệt trường hợp : lăn khơng trượt, lăn có trượt quay bánh xe kéo trượt lết bánh xe phanh a b c Hình 11-3: Các trạng thái lăn bánh xe Giải thích : a Khi lăn khơng trượt: Trong trường hợp này, tốc độ tâm bánh xe (cũng tốc độ xe) với tốc độ vịng Nói cách khác tốc độ thực tế V xe với tốc độ lý thuyết V o, ta có : V=Vo= ωk.r (2-3) Do tâm quay tức thời (cực P) bánh xe nằm vòng bánh xe bán kính lăn bán kính tính tốn r = r (2-4) Nếu chọn r = r 10 trạng thái có bánh xe bị động với M k = Vì tốc độ bánh xe bị động thực tế với tốc độ lý thuyết nên hệ thống tự động điều khiển lực kéo sử dụng để so sánh với tốc độ bánh xe chủ động Từ kết so sánh ECU định gửi tín hiệu điều khiển tới phận chấp hành để thực việc điều khiển b Khi lăn có trượt lăn : Đây trường hợp bánh xe kéo tốc độ tâm bánh xe (tốc độ thực tế) V nhỏ tốc độ lý thuyết Vo = ω k.r cực P nằm bên vòng bánh xe r < r Trong vùng tiếp xúc bánh xe với mặt đường, theo qui luật phân bố vận tốc xuất vận tốc trượt ngược hướng trục X, ta có quan hệ : V = r ωk - Vδ = rl ωk (2-5) Vδ = V - r ωk =V – Vo 0 (2-7)  Vo Trang Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM T –CPU V-CPU Bắt đầu Khởi động Kiểm tra dẫn động ban đầu Tốc độ & gia tốc Can thiệp vào giao tiếp T-CPU A-CPU Can thiệp vào định thời Quyết định mode điều khiển T-CPU A-CPU Tính toán tốc độ bánh xe chủ động Điều khiển kích hoạt bướm ga Điều khiển kích hoạt phanh ABS Tính toán vị trí bướm ga phụ Trở Điều khiển kích hoạt phanh ASR Trở Quá trình chẩn đoán Hình V-14 :Phần mềm hệ thống điều khiển ASR Trang 66 Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM Bộ chuyển đổi tín hiệu tương tự /tín hiệu số CB vị trí bướm ga phụ CB áp suất Công tắc CB tốc độ bánh trước phải CB tốc độ bánh trước trái CB tốc độ bánh sau phải T -CPU Đèn báo HT hoạt động Đèn báo cắt HT Điều khiển lực kéo Giao diện đầu vào Tương tự / Bộ so sánh /Tín hiệu số Dẫn động Mô tơ bước Bộ nhớ trung gian Theo dõi bướm ga Giao diện đầu vào Bộ theo dõi ngắt Relay bướm ga Relay mô tơ ASR Môtơ bước A-CPU Điều khiển ABS Điều khiển phanh ASR Bộ đẫn động van từ vị trí Relay phanh CB tốc độ bánh sau trái Bộ nhớ trung gian Relay môtơ ABS Bộ đẫn động van từ vị trí Van từ vị trí Van từ vị trí V-CPU Tính tốc độ xe Phanh & theo dõi CPU Đèn cảnh báo Hính V-15 : Sơ đồ khối ECU hệ thống điều khiển lực kéo LEXUS LS 400 Sơ đồ trình tự chương trình hệ thống điều khiển lực kéo thể hình V15: V-CPU nhận tín hiệu đầu vào từ bốn cảm biến tốc độ Nó chủ yếu quản lý việc tính tốn tốc độ gia tốc bánh xe chủ động chuyển thông tin đến T-CPU A-CPU T-CPU có nhiệm vụ cho điều khiển lực kéo Nó nhận tín hiệu đầu vào từ cảm biến góc độ mở bướm ga, thực dẫn động mơ tơ bước Tín hiệu dẫn động van từ chuyển tới A-CPU sau T-CPU tính tốn A-CPU điều hành hoạt động điều khiển phanh ABS điều khiển dẫn động phanh hệ thống ASR Các van từ đóng mở tùy theo tín hiệu đầu ABS Nhằm mục đích tăng cường độ tin cậy ECU, CPU kiểm tra điều kiện hoạt động chúng lẫn nhau, nhận thấy có bất thường relay ngõ bật tắt Phần mềm : So với hệ thống điều khiển lực kéo Crown, hệ thống điều khiển lực kéo Lexus có nhiều cải tiến việc điều khiển độ trượt bánh xe thông qua phương pháp điều khiển phanh phương pháp điều khiển bướm ga Trang 67 Luaän văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM Phần mềm đảm nhận việc tính tốn tốc độ mục tiêu cho điều khiển độ trượt bánh xe chủ động, cho điều khiển phanh điều khiển bướm ga CT tín hiệu đánh giá Tính tốc độ bánh xe trước bên phải FL Tín hiệu đầu dẫn động van từ vị trí Đánh giá tình trạng xe Tính toán điều khiển phanh ASR Tính tốc độ xe Tính tốc độ bánh xe trước bên trái FR δ > δb δδt δ Tính tốc độ bánh xe sau bên phải RR Tính tốc độ bánh xe chủ động Tính tốc độ động Tính toán điều khiển bướm ga phụ Tínhiệu dẫn động mô tơ bước δ > δ t Đóng bướm ga Tính góc mở bướm ga phuï δ < δ t -Mở bướm ga δ t Độ trượt mục tiêu cho điều khiển bướm ga Tín hiệu theo dõi Chẩn đoán /Hư hỏng Hình V-16 Khái niệm hoạt động hệ thống ASR Lexus LS 400 4- Điều khiển mô men động : Cũng hệ thống Toyota Crown, Lexus sử dụng bướm ga phụ cho việc điều khiển mô men động Dẫn động bướm phụ mô tơ bước, bước ứng với 0.3 độ Tốc độ cực đại 1500 xung giây Từ vị trí mở hồn tồn đến vị trí đóng hoàn toàn 200 ms 5- Hệ thống điều khiển phanh thủy lực : Điều khiển ABS gồm hai bơm, bốn van điện từ loại vị trí Điều khiển phanh ASR cách thay đổi đường dầu đến bánh sau từ xi lanh sang tích dầu ASR hoạt động Áp suất cao dầu từ tích vào xi lanh van cắt dầu xi lanh van từ vị trí kích hoạt phanh ABS Nếu có bánh xe chủ động bị quay trơn trình khởi hành hay tăng tốc … ECU điều khiển chấp hành thủy lực ASR để phân phối dầu có áp suất đến bánh xe bị trượt quay Quá trình điều khiển trãi qua giai đoạn sau : Trang 68 Luận văn Thạc Só Trường ÑHSPKT TP.HCM  Giai đoạn tăng áp : ECU cung cấp tín hiệu điều khiển đến tất van điện từ kích hoạt phanh ASR : Van cắt dầu xi lanh vị trí đóng, van cắt dầu tích mở cho phép dịng dầu cao áp tới xi lanh Khi van vị trí ABS cấp tín hiệu điện chuyển sang vị trí tăng áp Áp suất dầu tích giảm, cơng tắc áp suất báo ECU để kích hoạt bơm dầu để tăng áp suất cung cấp đến xi lanh  Giai đoạn giữ áp : Khi áp suất đến xi lanh đạt giá trị yêu cầu, ECU cấp tín hiệu đến van vị trí để thay đổi vị trí van, dầu từ tích đến xi lanh bị cắt  Giai đoạn giảm áp : Khi cần giảm áp suất xi lanh con, ECU cấp tín hiệu điện làm van vị trí thay đổi trạng thái, áp suất dầu xi lanh hồi xi lanh qua van cắt dầu Q trình điều chỉnh phanh ASR điễn hoàn toàn tự động khơng có can thiệp người lái xe Van giảm áp CB vị trí bướm ga phụ CT báo mức dầu CB vị trí bướm ga Van cắt dầu tới xi lanh ECU động Van điện từ vị trí Bình chứa Xi lanh C B tốc độ Hình V-17 : Hệ thống điều khiển thuỷ lực ABS ASR Toyota Lexus LS 400 Dưới trình bày số thực nghiệm hệ thống vào đường vòng : Tốc độ ban đầu: Góc lái : Mặt đường : Lốp xe : 30km/h số băng bốn mùa Trang 69 Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM Khoảng cách (m) Có ASR Không có ASR Điểm tăng tốc (m) Tốc độ ban đầu: 30km/h Khoảng cách (m) Góc lái : số Mặt đường : băng Lốp xe : bốn mùa Có ASR Điểm tăng tốc Không có ASR Hình V-18 :n định quay voøng C -Hệ thống điều khiển lực kéo ASC+T BMW 850i : Giới thiệu chung hệ thống ASC+T Ơ tơ trang bị động có công suất 220 kw Mô men cực đại động 450Nm BMW 850i đánh giá ô tô có thừa cơng suất so với trọng lượng xe Ở tay số bánh xe chủ động bị trượt quay mặt đường đóng băng có hệ số bám 0.1, tốc độ ô tô khoảng 150 km/h Năm 1987, BMW giới thiệu hệ thống điều khiển ASC BMW 735i.Sau hệ thống trở thành tiêu chuẩn lắp đặt cho đời xe BMW 750i 730i động xi lanh có hộp số khí hợp số tự động tùy lựa chọn Ở chương IV biết hệ thống ASC trọng vào điều khiển động ,thực ba chu kỳ khép kín : điều khiển bướm ga, điều khiển thời điểm đánh lửa điều khiển kết hợp cắt đánh lửa cắt phun nhiên liệu Điều khiển bướm ga hoàn toàn thực điện tử Hệ thống ASC kết nối qua giao diện tương ứng cho phép tình cần thiết điều khiển xe độ trượt vượt ngưỡng cho phép, phối hợp hoạt động ba vịng điều khiển nhằm trì sử ổn định ô tô ASC thực hệ thống ổn định chuyển động dựa vào can thiệp động Trang 70 Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM Việc tận dụng lực kéo thực mặt đường có hệ số bám hai bên khác Nhằm cải thiện khả tận dụng lực kéo ,đặc biệt xe thể thao người ta lắp thêm hệ thống phanh vi sai với hệ thống ASC gọi ASC+T hệ thống gồm vòng điều khiển khép kín : điều khiển phanh vi sai điều khiển việc chuyển số hộp tự động (MSR) Hệ thống thủy lực : Hệ thống thủy lực kết nối với hệ thống khác trợ lực lái, cường hoá phanh, hệ thống điều khiển thăng bằng, bơm tầng, bơm piston hướng tâm cung cấp dầu cho hệ thống Bơm dẫn động đai từ động cung cấp cho hệ thống trợ lực lái thông qua chia dầu nạp dầu vào bầu tích cường hoá để giữ mực dầu áp suất từ 52-57 bar Mạch thủy lực ABS FL Bộ chia dầu Mạch thuỷ lực ASC+T Bộ điều chỉnh cân RL RR Trợ lực lái Thùng chứa dầu Hình V-19 Hệ thống thủy lực ASC + T Xi lanh cần thiết để đáp ứng cho hệ thống phanh ABS với bơm hồi dầu Một công tắc áp suất theo dõi mức nạp dầu tích Nếu mức dầu nạp khơng đủ bơm bị hư, có rỏ rĩ, lái xe thông báo đèn panô điều khiển Bộ phận bơm hướng tâm bơm tầng cung cấp áp suất phanh cho hệ thống ASC+T nhờ van nạp điều khiển điện tử Sau nạp xong dầu theo yêu cầu van tự động ngắt nguồn Lượng dầu từ van từ bơm hướng tâm qua van cân gần khơng cịn áp lực dẫn vào bình chứa cung cấp tới phận treo cầu sau nhằm cân độ cao xe Một van chiều bảo vệ tích loại piston dẫn động gas hệ thống ASC+T Van hạn chế áp suất hoạt động áp suất hệ thống tăng cao Công tắc áp suất định áp suất cảnh báo, đóng mở van dầu, phạm vi áp suất hoạt động hệ thống từ 120-150 bar Van điện từ 3/3 hệ thống thực chức cung cấp áp suất, giữ giảm Trang 71 Luaän văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM áp suất bánh xe Hệ thống ASC sử dụng hai loại chất lòng : dầu khoáng mạch sơ cấp dầu phanh mạch thứ cấp (ở khoảng hệ thống thủy lực ABS tới phanh cầu sau) Hoạt động hệ thống ASC+T: a Phanh vi sai : Hệ thống trang bị thêm phanh vi sai cho phép mở rộng khả hoạt động (tận dụng lực kéo bánh xe có hệ số bám cao) so với hệ thống ASC lắp xe hãng BMW Qua phần lý thuyết phân phối công suất dùng vi sai biết rõ : vi sai cung cấp mô men kéo đến bánh xe chủ động, cho phép lái xe vào đường vòng dễ dàng Nhưng mặt khác xe chạy đường có hệ số bám khác bánh xe có hệ số bám thấp tải trọng bánh xe định khả truyền mô men kéo bánh xe Thực trường hợp có trượt quay bên, mơ men tương ứng với gia tốc bánh xe bị trượt quay, bánh xe phía đối diện có hệ số bám cao truyền mô men kéo bổ sung tỉ lệ với mô men phanh Mô men phanh áp dụng cho bánh xe có hệ số bám thấp tỉ lệ với chênh lệch độ bám tải trọng thực bánh xe Mô men phanh lấy từ mô men dẫn động động có ảnh hưởng đến tính tăng tốc xe b Hệ thống thủy lực ASC+T hoạt động nó: Piston ASC Bộ kích hoạt piston Van nạp dầu CT áp suất Trợ lực lái Van từ ASC Hình V-20 : Hoạt động piston Năng lượng thủy lực có sẵn bình tích nhờ van nạp dầu (bình tích dẫn động piston chứa khí Nitrogen Hệ thống hoạt động van từ 3/3 vị trí mở hồn tồn, làm cho phần thứ cấp Piston ASC (plunger) đóng Van thường vị trí mở cho dầu từ xi lanh đến xi lanh bánh xe Ngồi hoạt động piston phụ thuộc áp suất dầu hình thành buồng sơ cấp, buồng thứ cấp dầu phanh nén vào mạch nối với xi lanh bánh xe đến có cân hai buồng piston Áp suất giữ không đổi nhờ dịng trung bình đóng van Khi hệ thống ASC Trang 72 Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM vị trí xả dầu, áp suất giảm xuống Buồng thứ cấp chế tạo để giữ lượng áp suất dư van vị trí đóng bảo đảm tính ưu tiên cần thiết Giữa van điều khiển ASC piston sơ cấp nấp van định vị hành trình piston sơ cấp, cho phép nhanh chóng làm dầy dầu xi lanh Nắp van giúp giảm áp suất piston van chiều Để loại trừ hư hỏng hệ thống thủy lực, hệ thống thiết kế mở rộng phần logic an tồn Hoạt động van điện từ khơng hệ thống ASC điều khiển hệ thống bị cắt hoạt động nhờ thay đổi áp suất hệ thống không điều khiển ASC bị loại trừ Sự dao động điều kiện nạp dầu khơng đủ vào tích q nhiều lần nạp dẫn tới hệ thống bị cắt tài xế thông báo đèn panơ c.Phướng án điều khiển : Bánh xe có hệ số bám thấp Bánh xe có hệ số bám cao Tốc độ xe Điều khiển bướm ga Thời điểm đánh lửa Áp suất phanh Đánh lửa trễ Bánh xe có hệ số bám thấp Hình V-21 Hoạt động điều khiển ASC +TT đường có hệ số bám khác hai bên Có hai chọn lựa cho việc điều khiển : điều khiển lựa chọn thấp (SLR) điều khiển lựa chọn cao (SHR).SHR kích hoạt bánh xe chủ động bên trượt quay tốc độ xe không lớn 38 km/h SLR thích hợp cho vùng tốc độ Tùy lựa chọn mà ngưỡng điều khiển trượt khác Hình vẽ thể cách điều khiển mặt đường có hệ số bám khác Lúc đầu bánh xe chủ động chuyển động đồng thời phụ tải tương ứng (bướm ga mở 100%) bánh xe có hệ số bám thấp bị trượt quay Bướm ga đóng lại, mô men động giảm xuống tương ứng, đồng thời điều khiền động phát tín hiệu đánh lửa trễ nhằm giảm nhanh mô men động Bánh xe có xu hướng bị trượt bổ sung thêm áp suất phanh đạt tới pha ổn định Sau áp suất phanh giảm bước, bướm ga mở lớn dần, đánh lửa trễ khơng cịn tác động, điều khiển xe trả lại cho tài xế xe có hộp số tự động điều khiển điện tử chuyển tay số nhằm tăng cường tiện nghi trình điều khiển ASC d.Hệ thống điện tử: Trang 73 Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM Hệ thống ASC+T hệ thống ASC hoạt động khơng có can thiệp phanh Hệ thống thực giao tiếp với điều khiển động cơ, điều khiển bướm ga điện tử (EML), điều khiển động kỹ thuật số (DME) điều khiển sang số điện tử (EGS) Hệ thống ASC điều khiển hai vi xử lý 12Kbyte Bộ điều khiển gồm hai bãng mạch in Một bãng phát tín hiệu xử lý đến thực có liên quan, bãng khác phục vụ việc nhận tín hiệu đầu vào Bốn cảm biến tốc độ từ bánh xe đưa tín hiệu điều khiển Bộ điều khiển tính tốn, đưa tín hiệu tới chấp hành cần Đèn báo panel cháy sáng liên tục cơng tác ASC vị trí off tương tự mạch an toàn phát hư hỏng hệ thống Khi hệ thống làm việc có tín hiệu đèn chớp sáng có tầng số HZ Bộ điều khiển bướm ga EML đọc tín hiệu bàn đạp gia tốc từ tác động tài xế Dựa vào tình trạng bánh xe chủ động, ASC giảm cường độ dòng điện mở bướm ga truyền tín hiệu tới EML Bộ điều khiển điện tử kích hoạt hai van điều khiển ASC cho can thiệp phanh mở van nạp dầu vào tích ASC gởi thơng tin đến DME EGS để kết hợp đánh lửa trễ trả số ASC hoạt động Trang 74 Luaän văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM Chương VI ĐÁNH GIÁ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LỰC KÉO Ý tưởng chế tạo hệ thống điều khiển lực kéo ASR là:  Bảo đảm ổn định tô điều kiện đường xá khác  Bảo đảm việc truyền lực kéo xuống mặt đường cách hiệu Chương IV chương V cho biết phương án điều khiển động để đạt ổn định cho ô tô phương án phanh nhằm tận dụng lực kéo trường hợp hệ số bám bánh xe khác hai bên Bây xét qua hệ thống để xem hệ thống làm cách để đạt hai mục tiêu trên, ưu nhược điểm hệ thống : Xét hệ thống điều khiển lực kéo Toyota Crown: Theo đặc tính trượt, điều khiển độ trượt bánh xe chủ động để đạt hệ số bám dọc cực đại hệ số bám ngang giảm Đối với xe có động đặt phía trước cầu sau chủ động dễ rơi vào ổn định mặt đường có hệ số bám thấp tăng tốc Xuất phát từ tình hình giao thơng đơng đúc Nhật vào cuối năm 1980, bảo đảm ổn định ô tô cần thiết Lúc người ta khơng có nhu cầu phải tăng tốc thật nhanh Vì hệ thống điều khiển lực kéo Toyota Crown việc bảo đảm ổn định cho ô tô ưu tiên hàng đầu, yêu cầu thứ hai trì lâu tốt bảo đảm động học xe tốt đường có băng tuyết Trên Toyota Crown có cảm biến tốc độ đầu hộp số kênh điều khiển chung cho phanh bánh sau việc điều khiển phanh riêng bánh khơng thể thực Bởi hệ thống áp suất phanh không áp dụng cho bánh xe bị trượt bên mà cịn cho bánh xe bên ngồi Kết lực kéo tiếp tuyến bánh xe bên ngồi khơng tận dụng nên tổng mơ men kéo trở nên nhỏ Mặt khác trượt bánh xe sau bên gây tổn thất lực ngang làm phát sinh mơ men theo chiều quay vịng thừa Mặt dù xu hướng quay vịng thừa tránh điều khiển phanh điều gây bất lợi cho ổn định xe Lực kéo phía bánh sau có hệ số bám cao khơng tận dụng Ơ tơ khơng thể đạt mức ổn định cực đại, Tính gia tốc khơng đạt tới cực đại Giới hạn điều khiển trường hợp cần thu hẹp nhằm cải thiện tính gia tốc ổn định Như nói hệ thống tự động điều khiển lực kéo Toyota Crown thiết kế tính đến tình trạng giao thơng đơng đúc thành phố Nhật khả di chuyển nhanh so với ô tô không trang bị ASR không quan trọng Cải thiện ổn định ô tô ưu tiên trường hợp Điều khiển giảm mô men hệ thống cách đóng dần bướm ga phụ Khi ECU phát có trượt biện pháp giảm mơ men có tác động chậm tốn thời gian lâu từ có tín hiệu lúc mơ men động giảm Ở hệ thống phương án tác động nhanh vào hệ thống phanh tác động chậm vào động sử dụng để bảo đãm ổn địmh Hệ thống điều khiển lực kéo Lexus LS 400: Nhằm khắc phục nhược điểm hệ thống điều khiển kéo Toyota Crown Trang 75 Luaän văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM nhà sảnxuất sử dụng hai kênh điều khiển riêng cung cấp áp suất thủy lực phanh để điều khiển chế truyền lực kéo mặt đường trơn trượt tính động học hệ thống tốt Khả tận dụng lực kéo, tính gia tốc tốt tăng tốc Vì tơ chuyển động đường có độ bám cao khung xe bị xoay lúc quay vòng điều kiện hệ số trượt ngang thấp ,kết tải trọng bánh bên giảm dẫn tới bị trượt Khi mô men kéo động tăng lớn hơn, bánh bên bị trượt nhiều, áp lực phanh tác động lên bánh xe bị trượt bên làm hạn chế trượt Tính ổn định quay vịng bảo đảm Tính khởi hành, tăng tốc Lexus thể tốt đường có độ trượt khác bánh xe bên trái bánh xe bên phải Các số liệu cho thấy giai đoạn khởi hành đường có độ bám thấp việc điều khiển bàn đạp ga khó khăn tơ khơng có hệ thống tự động điều khiển lực kéo Cảm giác im dịu độ trượt bánh xe điều khiển trước, trượt ngang có kết tốt, khơng có dao động Độ xoay cầu, góc điều khiển lái tăng tốc đường thẳng có tuyết khơng phẳng ổn định so với tơ khơng có hệ thống ASR Khi quay vịng, xu hướng quay vịng thừa nhỏ, tơ quay vịng ổn định so với tơ khơng có hệ thống tự động điều khiển lực kéo đuôi xe bị lắc Hệ thống ASR LS400 đánh giá cao quốc gia có nhiều băng tuyết Canada, Thụy Điển, Nhật… Tóm lại để bảo đảm tính ổn định xe gia tốc vào đường vòng, Toyota Lexus người ta sử dụng phương án giảm mô men động cách sử dụng bướm ga phụ Để tận dụng lực kéo trường hợp ô tô chuyển động mặt đường có hệ số bám khác nhà thiết kế sử dụng phanh riêng bánh xe Hệ thống tự động điều khiển ổn định tận dụng lực kéo ASC+T BMW 850 i: Chương trước giới thiệu xe BMW 850i trang bị động phía trước có cơng suất lớn, cầu sau chủ động Khi bị trượt xe bị lắc, tơ có huynh hướng quay vòng thừa nên vấn đề ổn định chuyển động tăng cường Để bảo đảm ổn định chuyển động thẳng, quay vòng, khởi hành… Các nhà thiết kế sử dụng phương án giảm mô men động bướm ga dẫn động điện tử Bên cạnh điều khiển đánh lửa trễ áp dụng nhằm giảm nhanh mô men động Hiệu ổn định chuyển động tốt phối hợp với điều khiển động việc số hệ thống ASC hoạt động Hệ thống ASC+T có khả tận dụng khả bám bánh xe có hệ số bám cao để truyền lực kéo bổ sung nhờ vi sai phân bổ Hệ thống phanh cầu trước điều khiển riêng Các bánh xe cầu sau điều khiển theo mode lựa chọn thấp đảm bảo ổn định phần đuôi xe hệ số bám khác hai bên Dao động gây sốc cầu trước nhỏ bù trừ điều khiển lái XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Đề tài thực yêu cầu đặt việc tìm hiểu chất hệ thống tự động điều khiển lực kéo Đưa hệ thống điển hình có Trang 76 Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM phân tích tương đối đầy đủ đặc điểm hệ thống điều khiển Tuy nhiên để thấy rõ hoạt động hệ thống thời gian cho phép người thực mô số hệ thống tự động điều khiển lực kéo điển hình giúp đề tài thêm sinh động, khả tiếp nhận thêm dễ dàng hiệu Trang 77 Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM Chương VII KẾT LUẬN Lái ô tô đường,tăng tốc,điều khiển lái phanh hình thức điều khiển khép kín Người lái xe vừa người quan sát,người điều khiển, người chấp hành xử lý kịp với nhiều tình huống.Việc điều khiển khép kín thực đầy đủ hệ thống tình trạng kiểm soát cách dễ dàng Giao diện quan trọng ôtô môi trường hệ số bám bánh xe mặt đường Khả điều khiển xe không kiểm soát xảy trượt nhiều phanh tăng tốc,mức độ ô tô hoá mật độ giao thông gia tăng đòi hỏi ứng xử người lái xe ngày nghiêm ngặt Hệ thống điều khiển lực kéoASR đời theo sau hệ thốngABS nhằm đồng thời tăng cường khả tận dụng lực kéo,tính ổn định ô tô loại đường điều kiện lái khác nhau, hổ trợ người lái giảm nhẹ gánh nặng lái xe,có nhiều thời gian tập trung điều khiển xe Luận văn không vào hết ngóc ngách hệ thống điều khiển ASR giới thiệu tương đối đầy đủ sở lý thuyết hệ thống điều khiển lực kéo ASR,các hệ thống điều khiển ASR đánh giá ưu nhược điểm hệ thống ASR điển hình Thông qua luận văn người đọc hình dung ASR ,nguyên lý làm việc hệ thống tính tự động điều khiển hệ thống ASR lái xe đường có hệ số bám bên hai bên Trang 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO NGUYỄN HỮU CẨN LÝ THUYẾT Ô TÔ MÁY KÉO NXB Khoa học kỹ thuật năm 2003 JOSEF MACK ABS-TSC-VDC WHERE WILL THE TECHNOLOGY LEAD US NXB SOCIETY OF AUTOMOTIVE ENGINEERS i,NC 1996 TIẾN SĨ LÂM MAI LONG Giáo trình CƠ HỌC CHUYỂN ĐỘNG CỦA Ô TÔ NXB trường ĐHSPKT Tp Hồ chí minh năm 2001 TIẾN SĨ LÂM MAI LONG –CHUYÊN ĐỀ PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT TRÊN ÔTÔ NXB trường ĐHSPKT Tp Hồ chí minh năm 2001 MANFREDBURCKHARDT –FAHRWERKTECHNIK:RADSCHLUPFREGELSYSTEME PHANH Ô TÔ (CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THÀNH TỰU MỚI) NXB Khoa học kỹ thuật Hà Nội năm 2002 RONALD k.JURGEN AUTOMOTIVE ELECTRONIC HANDBOOK ... DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ASR, PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA ASR TỚI TÍNH CHẤT ĐỘNG LỰC HỌC VÀ ỔN ĐỊNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE. .. nghiên cứu: Nghiên cứu hệ thống ASR – phân tích hệ thống theo quan điểm tăng tính chất động lực học ổn định chuyển động ô tô 7-Phương pháp nghiên cứu : Nghiên cứu lý thuyết, hệ thống ASR điển hình... phối lực kéo d Nghiên cứu hệ thống ASR e Phân tích hệ thống ASR điển hình theo quan điểm động lực học ổn định chuyển động Trang Luận văn Thạc Só Trường ĐHSPKT TP.HCM 6- Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên