Nghiên cứu thử nghiệm xác định thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh khí nén

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN QUANG HƯNG NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CHẬM TÁC DỤNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS HỒ HỮU HẢI Hà Nội – Năm 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả đề tài MỤC LỤC Danh mục hình vẽ……………………………………………………………… Lời nói đầu……………………………………………………………………….5 Chương I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Hệ thống phanh có cơng dụng 1.1 Các tiêu đánh giá hệ thống phanh 1.1.1 Gia tốc chậm dần phanh (j p ) 1.1.2 Thời gian phanh (t p ) 1.1.3 Lực phanh lực phanh riêng (η p ) 12 1.2 Chỉ tiêu thời gian chậm tác dụng 13 1.3 Cấu tạo chung hệ thống phanh khí nén 14 1.4 Những đề tài nghiên cứu liên quan 18 1.5 Mục tiêu nội dung nghiên cứu đề tài 23 Chương NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CHẬM TÁC DỤNG CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN 25 2.1 Nguyên lý hoạt động thiết bị 25 2.2 Thiết kế thiết bị xác định thời gian chậm tác dụng 27 2.2.1 Lựa chọn cảm biến áp suất 27 2.2.2 Khối nguồn 35 2.2.3 Khối vi xử lý 36 2.2.3.1 Khối vi điều khiển 36 2.2.3.2 Khối xử lý tín hiệu cảm biến 41 2.2.3.3 Khối lưu trữ hiển thị kết thử nghiệm 42` 2.3 Thiết kế mạch điện thuật toán điều khiển 47 2.3.1 Nguyên lý mạch điện 47 2.3.2 Thuật toán xử lý tín hiệu từ cảm biến 47 Chương CHẾ TẠO THIẾT BỊ VÀ XÂY DỰNG QUI TRÌNH THỬ NGHIỆM THỜI GIAN CHẬM TÁC DỤNG 50 3.1 Chế tạo thiết bị xác định thời gian chậm tác dụng 50 3.2 Mơ hình bố trí thiết bị xe thử nghiệm 51 3.3 Qui trình thử nghiệm 52 3.3.1 Bước 1: Chuẩn bị 53 3.3.2 Bước 2: Lắp đặt thiết bị 54 3.3.3 Bước 3: Kết nối tín hiệu 56 3.3.4 Bước 4: Khởi động hệ thống phanh kiểm tra công tác lắp đặt 59 3.3.5 Bước 5: Khởi động thiết bị 59 3.3.6 bước : Tiến hành thử nghiệm 60 3.3.7 Bước 7: kết thúc thử nghiệm 61 Chương THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CHẬM TÁC DỤNG 62 4.1 Chuẩn bị lắp đặt thiết bị 62 4.2 Kết thử nghiệm 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 70 PHỤ LỤC 71 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh khí nén Hình 1.2 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh thường gặp cho xe tải Hình 1.3 Sơ đồ bố trí phanh xe rơ mooc Hình 1.4 Đề tài “diagnostic system for air brake in commercial verhicles” Hình 1.5 Mơ hình thiết bị thử phanh tiêu chuẩn ECE Hình 1.6 Mơ hình mơ đề tài: Modeling and Simulation Vehicle Air Brake System Hình 1.7 Kết diễn biến áp suất thu bầu phanh HÌnh 2.1 Sơ đồ khối thiết bị xác định thời gian chậm tác dụng Hình 2.2 Phần tử biến dạng kiểu ống hình trụ Hình 2.3 Lị xo ống Hình 2.4 Sơ đồ cấu tạo xiphơng Hình 2.5 – Sơ đồ màng đo áp suất Hình 2.6 – Sơ đồ cấu tạo màng dẻo có tâm cứng Hình 2.7 – Bộ chuyển đổi kiểu cảm ứng Hình 2.8 biến đổi điện kiểu vi sai Hình 2.9 – Bộ chuyển đổi kiểu điện dung Hình 2.10: Cảm biến kiểu áp trở Hình 2.11 Cảm biến áp suất SENSYS M5156-10286X-010-BG 15 17 17 Hình 2.12.Kích thước phương pháp kết nối Hình 2.13 Dạng tín hiệu đầu phương pháp chuyển đổi tín hiệu Hình 2.14: Mạch ngun lý khối nguồn Hình 2.15: Sơ đồ kết nối ATmega32 Hình 2.16 so sánh tín hiệu làm việc AVR máy vi tính Hình 2.17 Khối chức giao tiếp AVR máy vi tính Hình 2.18.Khối xử lý tín hiệu cảm biến Hình 2.19 Kết nối điều khiển LCD 1602 34 35 36 37 38 39 42 43 19 21 21 22 26 28 28 29 29 30 30 31 32 33 34 Hình 2.20.lập trình hiển thị lưu trữ liệu Hình 2.21 Đồ thị kết thử nghiệm thực tế Hình 2.22.mạch điện nguyên lý thiết bị thử nghiệm Hình 2.23 Thuật tốn điều khiển thiết bị Hình 3.1 Mặt trước sau mạch in Hình 3.2 Mạch điện sau hồn thiện Hình 3.3 Mơ hình bố trí thiết bị thí nghiệm Hình 3.4.Mối ghép cảm biến áp suất khí nén Hình 3.5 Kết nối tin hiệu cảm biến Hình 3.6.Cách kết nối tín hiệu vào mạch điện Hình 3.7 Thiết bị USB to COM phương án kết nối Hình 3.8 Các thơng số cần điều chỉnh Hình 4.1 Xe thử nghiệm Hình 4.2 Lắp đặt cảm biến áp suất bầu phanh Hình 4.3 lắp đặt cảm biến áp suất bình chứa khí nén Hình 4.4 kết nối thu thập tín hiệu phanh Hình 4.5 Kết thời gian trễ hiển thị LCD Hình 4.6 Đồ thị kết thử nghiệm tương ứng 44 45 47 48 50 51 52 55 57 58 59 60 62 63 63 64 64 65 LỜI NÓI ĐẤU Đất nước ta đà phát triển, để phù hợp với điều ngành cơng nghiệp tô nhà nước quan tâm, trú trọng để trở thành công nghiệp mũi nhọn cung cấp phương tiện vận tải cho nhu cầu vận chuyển nước Tuy nhiên phát triển nhanh công nghiệp ô tô giới với gia nhập công ty sản xuất ô tô nước ngồi mà cơng nghiệp tơ nước ta khó khăn để tìm chỗ đứng phù hợp Tôi nhân viên trực thuộc Cục Đăng Kiểm quốc gia, nhiều năm tham gia kiểm định cho hàng nghìn xe lớn có, nhỏ có, mà cơng việc xác định thơng số kĩ thuật đủ xe có khả lưu hành đường mà xác định thông số, tiêu nhằm nâng cao hiệu hệ thống phanh Vì kĩ sư, thạc sĩ tương lai tác giả canh cánh lịng phải làm điều cho phát triển ngành tơ Việt Nam Cũng mà đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm xác định thời gian chậm tác dụng hệ thống phanh khí nén” tác giả lựa chọn luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Hệ thống phanh hệ thống quan trọng đảm bảo an toàn cho xe chuyển động đường Để đạt tiêu hiệu quả, ổn định hướng chuyển động xe phanh, tăng độ tin cậy làm việc, hệ thống phanh ô tô ngày hồn thiện bố trí, kết cấu, lắp đặt vận hành Tuy nhiên trung tâm đăng kiểm chưa thể xác định đầy đủ tiêu hệ thống phanh để phục vụ cho công tác nghiên cứu phát triển hệ thống phanh Vì đề tài tác giả chọn với mong muốn xây dựng, chế tạo thử nghiệm có đủ độ xác thuận tiện để thử nghiệm xác định thời gian chậm tác dụng ô tô, tiêu thường bị bỏ qua nghiên cứu hệ thống phanh ô tô đại Thời gian chậm tác dụng có liên quan lớn đến kết cấu hệ thống phanh, thời gian phản ứng hệ thống phanh xe chuyển động với vận tốc cao, tiêu rút ngắn làm giảm đáng kể quãng đường chuyển động ô tô phanh Đề tài mang đậm tính khoa học đề để phục vụ việc nghiên cứu phát triển hệ thống phanh Sau thời gian triển khai tác giả thực mục tiêu đề ra, kiến thức hạn chế mà đề tài tránh khỏi thiếu sót Vì tác giả mong có đóng góp q báu nhà nghiên cứu Đồng thời chân thành cảm ơn PGS.TS Hồ Hữu Hải tập thể thầy giáo môn ô tô xe chuyên dụng trường đại học Bách Khoa Hà Nội hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Tác giả đề tài Nguyễn Quang Hưng TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Phanh ô tô phận quan trọng xe, với hệ thống hỗ trợ kèm đảm bảo an tồn cho xe q trình vận chuyển, đặc biệt tốc độ cao, nâng cao suất vận chuyển Hệ thống phanh ô tơ cần đảm bảo tính bền vững, độ tin cậy, phanh êm dịu, hiệu phanh cao, tính ổn định xe tốt, điều chỉnh lực phanh để tăng tính an tồn cho tơ vận hành Hệ thống phanh có cơng dụng  Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ ôtô đến giá trị cần thiết dừng hẳn ôtô vị trí định  Hệ thống phanh cịn có nhiệm vụ giữ cho ô tô đứng yên chỗ mặt dốc nghiêng hay mặt đường ngang Với công dụng vậy, hệ thống phanh hệ thống đặc biệt quan trọng, đảm bảo cho tơ, máy kéo chuyển động an tồn chế độ làm việc Nhờ phát huy hết khả động lực, nâng cao tốc độ suất vận chuyển xe Các tiêu đánh giá hệ thống phanh 1.1 Các tiêu thường dùng để đánh giá hiệu trình phanh bao gồm : - gia tốc chậm dần phanh, - thời gian phanh, - quãng đường phanh, - lực phanh lực phanh riêng 1.1.1 Gia tốc chậm dần phanh (j p ) Gia tốc chậm dần phanh tiêu quan trọng để đánh giá hiệu phanh Để xác định gia tốc chậm dần phanh ta viết phương trình cân lực phanh ôtô trường hợp tổng quát sau : F f ± F g + F w + F m + F p + F ms - F j = (1) F ms - lực cản ma sát hệ thống truyền động Thực nghiệm cho thấy lực F f , F w , F ms cản lại chuyển động ơtơ có giá trị nhỏ so với lực phanh F p Trong q trình phanh ơtơ lực phanh F p chiếm khoảng 98% tổng lực có xu hướng cản lại chuyển động ơtơ Vì ta bỏ qua lực F f , F w , F ms phương trình (1) Và để thuận tiện phân tích yếu tố ảnh hưởng biện pháp nâng cao chất lượng trình phanh, xét q trình phanh ơtơ trường hợp không kéo rơmooc: (F m = 0), ôtô phanh đường nằm ngang (F g = 0) Như phương trình cân lực phanh trường hợp viết sau : Fj = Fp (2) G g Thay F j.max = δ j j p max F p.max = ϕ.G vào biểu thức (2) Ta có : G g δ j j p max = ϕ.G (3) Từ biểu thức (2.19) ta xác định gia tốc chậm dần cực đại phanh sau : j p.max = φ.g δj (4) baudrate 9600,chọn đường dẫn đến vị trí lưu trữ số liệu, nhấn nút start, giữ nguyên trạng thái hình hiển thị Hình 3.8 Các thông số cần điều chỉnh Cấp nguồn cho mạch điện kiểm tra hình LCD hình LCD xuất chữ: “thời gian trễ 00.000 ms” q trình khởi động ổn khơng cần nhấn nút reset đến hình LCD dịng chữ thơi! Nút reset có vị trí bố trí mạch hình vẽ 3.5 3.3.6 bước : Tiến hành thử nghiệm Thực đạp phanh tiến hành thử nghiệm thời gian chậm tác dụng Sau lần đạp phanh thiết bị tự động reset giá trị 00.000ms bắt đầu trình thử nghiệm người dùng cần đạp phanh, ghi lại kết thời gian chậm tác dụng hình LCD lưu liệu thử nghiêm chương trình labview vào phần ổ cứng 60 Trong trường hợp người dùng thử nghiệm với mục đích xác định thời gian chậm tác dụng đơn khơng cần thiết phải kết nối với máy vi tính 3.3.7 Bước 7: kết thúc thử nghiệm Sau thu kết mong muốn, ta thực bước tháo rỡ thiết bị, dây dẫn tín hiệu lắp lại trạng thái xe trước thử nghiệm Trước thực bước cần tắt khóa điện ô tô ngắt kết nối dây nguồn đến bình ac qui 61 Chương THỬ NGHIỆM XÁC ĐỊNH THỜI GIAN CHẬM TÁC DỤNG 4.1 Chuẩn bị lắp đặt thiết bị Sau xây dựng hoàn thiện xong qui trình thử nghiệm tác giả thực thử nghiệm thực tế thu kết định Trước lấy kết thí nghiệm tác giả thực bước qui trình thử nghiệm qui trình Dưới số hình ảnh liên quan đến việc chuẩn bị lắp đặt thiết bị Hình 4.1 Xe thử nghiệm Xe thử nghiệm xe tải THACO FLD1000 công ty Thaco sản xuất phân phối, xe có trọng tải 10 tấn, hệ thống phanh dẫn động khí nén, cầu sau bố trí bầu phanh tích 62 Hình 4.2 Lắp đặt cảm biến áp suất bầu phanh Hình 4.3 lắp đặt cảm biến áp suất bình chứa khí nén 63 Hình 4.4 kết nối thu thập tín hiệu phanh 4.2 Kết thử nghiệm Sau hồn thành cơng tác chuẩn bị, lắp đặt kết nối tín hiệu, tác giả thử nghiệm số lần đo thu kết khả quan Hình 4.5 Kết thời gian trễ hiển thị LCD 64 Kết thời gian chậm tác dụng hiển thị LCD xác định dựa vào giá trị áp suất ngưỡng mà người thử nghiệm đặt Tuy nhiên hiển thị giá trị thời gian trễ ngưỡng áp suất xác định mà thơi Hình 4.6 Đồ thị kết thử nghiệm tương ứng Đi kèm với giá trị thời gian chậm tác dụng hiển thị hình LCD, kết đồ thị thử nghiệm bảng lưu trữ số liệu Việc thu giữ kết thử nghiệm phục vụ cho mục đích nghiên cứu phát triển hệ thống phanh, qua bảng số liệu thử nghiệm, sau phân tích ta biết diễn biến thời gian chậm tác dụng ứng với trạng thái áp suất bầu phanh Trong phần 1.4 đề tài tác giả đưa nghiên cứu khác, đem so sánh kết với ta thấy dạng đồ thị có tương đồng, nói việc nghiên cứu thực tế hệ thống phanh nghiên cứu lý thuyết cho ta kết tương đương 65 Bảng phụ lục thể công tác phân tích liệu lần thử nghiệm: So với dạng liệu nguyên gốc, bảng liệu có thêm cột cột %(𝑃𝑃𝑏𝑏𝑏𝑏 /𝑃𝑃𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 ) (tỷ lệ phần trăm áp suất bầu phanh áp suất bình chứa khí nén) cột Δt (Thời gian phanh) cột cho ta biết diễn biến áp suất phanh theo thời gian đạp phanh tổn thất khí nén tính từ nguồn đến bầu phanh xa (ở bầu phanh cầu sau) Có vị trí in đậm bảng số liệu mà ta cần ý là: - Thời điểm bắt đầu đạp phanh ứng với Δt=0 Đây thời điểm người lái bắt đầu tác dụng lực lên bàn đạp phanh - Thời điểm %(𝑃𝑃𝑏𝑏𝑏𝑏 /𝑃𝑃𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 ) = 75%, giá trị mà tiêu chuẩn TCVN 6919 định nghĩa thời gian chậm tác dụng hệ thống phanh khí nén, thời điểm ứng với thời gian phanh 528 ms Ngồi ta cịn biết áp suất cao mà khí nén bầu phanh sau đạt xấp xỉ 90% áp suất bình chứa khí nén Điều cho ta biết tổn thất khí nén hệ thống phanh Dưới bảng thống kê thêm số lần thử nghiệm mà tác giả thực hiện, tiêu bảng bao gồm: Áp suất khí nén bầu phanh thử nghiệm (𝑃𝑃𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 )Thời gian hiển thị LCD (𝑇𝑇𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛 ), Thời gian từ người lái đạp phanh đến áp suất bầu phanh đạt ngưỡng máy tính thực hiện(𝑇𝑇𝑛𝑛𝑛𝑛𝑚𝑚𝑡𝑡 ), thời gian áp suất bầu phanh đạt 75% áp suất bình chứa khí nén tính thừ người lái bắt đầu đạp phanh (𝑡𝑡75% ), tỷ lệ phần trăm áp suất cực đại bầu phanh với áp suất bình khí nén(%𝑃𝑃𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 ) Sau nhiều lần thử nghiệm thu giữ số liệu tác giả thu bảng số liệu sau: 66 STT 𝑃𝑃𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 (bar) 4.67 𝑡𝑡75% (ms) 475 5.23 510 4.23 530 5.42 526 5.03 556 4.59 537 4.62 700 4.95 509 4.58 501 10 4.53 528 11 4.4 529 12 5.01 535 Trung bình sơ 536.3333 Bảng4.2 Thống kê số liệu thử nghiệm Trong bảng số liệu thu không thay đổi nhiều mặt giá trị, nhiên có giá trị lần thử nghiệm thứ lớn giá trị trung bình sơ nhiều nên chứa sai số ngẫu nhiên Khi bỏ giá trị đi, giá trị trung bình số liệu thu thập kết tổng quan thời gian chậm tác dụng sau: 𝑻𝑻𝟕𝟕𝟕𝟕% ∑𝒊𝒊=𝟏𝟏 𝒏𝒏=𝟏𝟏𝟏𝟏 𝑻𝑻𝟕𝟕𝟕𝟕%𝒊𝒊 = = 𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓 (𝒎𝒎𝒎𝒎) 𝟏𝟏𝟏𝟏 Giá trì phù hợp với tiêu chuẩn mà TCVN 6919 đề (