Xây dựng hệ phương trình mô tả hoạt động hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên xe ô tô

Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Mohamed Watany (2014), trong luận án tiến sĩ với đề tài “Performance of a Road Vehicle with Hydraulic Brake Systems Using Slip Control Strategy”, đã mô phỏng và đánh giá hệ thống phanh có sử dụng ABS, sử dụng mô hình một phần kết hợp động lực van phanh thủy lực, tương tác giữa đường và lốp. Tác giả Qinghe Liu (2012), trong bài báo "Research on Electro Hydraulic Composite Brake System", đã mô tả kết hợp hệ thống phanh hỗn hợp điện thủy lực, dựa trên van chuyển mạch tốc độ cao và thiết lập thuật toán phân bổ lực phanh tổng hợp, theo tiêu chuẩn ECE và đặc tính bên ngoài của động cơ.

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Luận văn thạc sĩ “Mô phỏng và khảo sát động lực học hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực trên ô tô, luận văn thạc sỹ” của tác giả Nguyễn Văn Hà (2008), sử dụng phương pháp số Runge Kutta Felilberg (RKF45) được tích hợp trong phần mềm MAPLE 10. Sau khi có các kết quả mô phỏng, tác giả tiến hành khảo sát các thông số ảnh hưởng đến hệ thống dẫn động phanh để từ đó chọn ra được các thông số kết cấu thích hợp và tối ưu nhất. Tuy nhiên, với việc sử dụng phương pháp này thì việc giải hệ phương trình vi phân bằng cách nhập câu lệnh, không có tính trực quan, vì vậy nó không được ứng dụng nhiều trong lĩnh vực mô phỏng, tính toán và thiết kế ô tô.

Tác giả Phan Anh Tuấn Kiệt (2014), trong đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng xi lanh chính trong hệ thống phanh thủy khí” đã giả xây dựng mô hình mô tả xi lanh chính trong hệ thống phanh thủy khí và sử dụng phần mềm Matlab Simulink để khảo sát và đánh giá ảnh hưởng đến hệ thống như tiết diện xi lanh, nhiệt độ khí nén, hệ số cản nhớt.

Các tính chất cơ bản của chất lỏng công tác (dầu phanh)

(2.6) Giá trị của các mô đun đàn hồi thể tích phụ thuộc vào chất lỏng, áp suất, nhiệt độ, vận tốc biến dạng và tính chất của quá trình nhiệt động lực học. Tương tự như trên, mô đun đàn hồi của chất lỏng có lẫn không khí cũng được xác định theo trường hợp đẳng nhiệt (ECS) và đoạn nhiệt (EC). Để thể hiện lượng chất khí không hoà tan trong chất lỏng người ta sử dụng khái niệm thể tích tương đối của chất khi không hoà tan ký hiệu là a.

Dưới tác dụng của áp suất chất lỏng, các phần tử trên sẽ phải chịu biển dạng, vì vậy khái niệm tính đàn hồi của hệ thống được sử dụng để đặc trưng cho khả năng biến dạng của các phần tử trong hệ thống cùng với chất lỏng công tác.

Các mô hình mô phỏng

Đây là mô hình khá hoàn chỉnh, nó cho phép nghiên cứu những quá trình phức tạp với độ chính xác cao. Trong mô hình này, coi chất lỏng là nét được và phân bố tập trung tại một hoặc hai dung tích (mô hình với các thông số tập trung có kể đến ảnh hưởng của tính đàn hồi của các phần từ trong hệ thống). Đây là mô hình đơn giản nhất, coi chất lỏng không nén được và các phần tử của hệ thống là tuyệt đối cứng.

Mô hình này quá đơn giản và không mô tả chính xác các quá trình vật lý xảy ra trong hệ thống nên ít khi được sử dụng.

Mô hình đàn hồi hệ thống dẫn động thủy lực

Trong quá trình mô phỏng, tùy theo việc phân bố các thể tích chất lỏng mà mô hình hệ thống phanh thủy lực đàn hồi được chia thành 3 dang bài toán: 3 phần tử đàn hồi, 2 phần tử đàn hồi và 1 phần tử đàn hồi. Trong sơ đồ này, thể tích chất lỏng trong xi lanh chính tập trung tại nút (1), thể tích chất lỏng trong đường ống dẫn tập trung tại nút (2), thể tích chất lỏng trong xi lanh chấp hành tập trung tại nút (3). Trong sơ đồ này, thể tích chất lỏng trong xi lanh chính tập trung tại nút (1), thể tích chất lỏng trong xi lanh chấp hành tập trung tại nút (2), còn thể tích chất lỏng trong đường ống thì được chia đôi và phân đều cho 2 nút.

Dựa trên những phân tích về ưu nhược điểm, tính chính xác của các phương pháp mô phỏng, luận văn đã lựa chọn mô hình toán đàn hồi để xây dựng hệ phương trình vi phân mô tả hoạt động của hệ thống.

Phương trình mô tả quá trình hoạt động của hệ thống

- Các phương trình vi phân bậc nhất: gồm các phương trình từ (3.28) đến (3.31) là các phương trình lưu lượng của chất lỏng trong hệ thống trong hệ thống dẫn động, nó chứa các hệ số i(p )i đặc trưng cho tính nên được của chất lỏng công tác và tính đàn hồi của hệ thống. - Các phương trình vi phân bậc nhất gồm các phương trình từ (3.48) đến (3.51) âlà các phương trình lưu lượng của chất lỏng trong hệ thống dẫn động, nó chứa các hệ số ψi(pi) đặc trưng cho tính nên được của chất lỏng công tác và tính đàn hồi của hệ thống. Hơn nữa do mức độ phức tạp khi mô phỏng hệ thống phanh thủy lực, và đối tượng khảo sát là quá trình phanh trên đường thẳng, bằng phẳng của xe con, nên để đơn giản, các ảnh hưởng này sẽ bỏ qua.

Vận dụng các cơ sở lý thuyết trong chương 2, tác giả đã xây dựng sơ đồ dẫn động, sơ đồ mô phỏng và hệ phương trình vi phân mô tả hoạt động của hệ thống phanh dẫn động thủy lực của dòng xe con 5 chỗ (cụ thể xe Corolla Altis). Mặt khác, việc rút gọn và đơn giản hóa hệ thống sẽ không làm ảnh hưởng nhiều đến tính chính xác quá trình làm việc của hệ thống nên tác giả đã đơn giản hoá bài toán bằng một số các giả thuyết, sử dụng bài toán 2 phần tử để xây dựng hệ phương trình vi phân rút gọn. Nội dung tiếp theo của luận văn là mô phỏng, khảo sát và đánh giá sự ảnh hưởng của các thông số kết cấu cũng như thông số sử dụng đến hiệu quả phanh sẽ được tác giả trình bày trong chương 4.