Điều khiển quỏ trỡnh phanh để duy trỡ độ trƣợt trong khoảng nhất định sẽ giỳp duy trỡ giỏ trị hệ số bỏm dọc và hệ số bỏm ngang cao, nhờ đú nõng cao tớnh ổn định hƣớng chuyển động và hiệu quả phanh của ụ tụ. Tuy nhiờn, độ trƣợt của bỏnh xe khi phanh là đại lƣợng rất khú xỏc định chớnh xỏc nờn khú thực hiện điều khiển hệ thống căn cứ theo độ trƣợt của bỏnh xe. Trong khi đú, gia tốc gúc của bỏnh xe thể hiện xu hƣớng bú cứng của bỏnh xe khi phanh. Hơn nữa, gia tốc gúc cú thể xỏc định dễ dàng thụng qua cảm biến đo vận tốc gúc bỏnh xe. Do đú luận ỏn chọn phƣơng phỏp điều khiển ABS theo gia tốc gúc bỏnh xe.
Việc xỏc định khả năng đỏp ứng tần số điều khiển của đối tƣợng điều khiển là cần thiết và cú ý nghĩa quan trọng đối với việc đề xuất thuật toỏn và cỏc thụng số điều khiển khỏc.
Việc xỏc định ngƣỡng điều khiển là quỏ trỡnh phức tạp. Để giảm thời gian và chi phớ nghiờn cứu, luận ỏn tiến hành nghiờn cứu thụng qua cỏc bƣớc: mụ phỏng trờn mỏy tớnh
- 46 -
để điều chỉnh thuật toỏn điều khiển và xỏc định sơ bộ ngƣỡng điều khiển; nghiờn cứu thực nghiệm trờn cơ sở kết quả nghiờn cứu lý thuyết nhằm chớnh xỏc húa cỏc thụng số cần xỏc định. Để cú cơ sở thực hiện mụ phỏng trờn mỏy tớnh, luận ỏn đó xõy dựng mụ hỡnh mụ phỏng chuyển động của ụ tụ, kết hợp với mụ hỡnh mụ phỏng của hệ thống phanh và hệ thống ABS để cú đƣợc đối tƣợng nghiờn cứu hoàn chỉnh.
- 47 -
CHƢƠNG 3. NGHIấN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NẫN
Khả năng đỏp ứng tần số điều khiển của đối tƣợng điều khiển là đặc tớnh quan trọng, quyết định đến phƣơng phỏp và thuật toỏn điều khiển. Do đú, để xõy dựng đƣợc phƣơng phỏp và thuật toỏn điều khiển hệ thống ABS, cần thiết phải nghiờn cứu khả năng đỏp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khớ nộn cú ABS.
Trờn cơ sở phõn tớch khả năng đỏp ứng tần số điều khiển và cỏc đặc điểm của cỏc phƣơng phỏp điều khiển ABS, luận ỏn đề xuất thuật toỏn điều khiển ABS trong hệ thống phanh khớ nộn trờn xe nghiờn cứu.
Hoạt động của hệ thống ABS dựa trờn thụng tin về sự lăn trƣợt của cỏc bỏnh xe, do đú cần nghiờn cứu đặc tớnh của cảm biến đo vận tốc gúc bỏnh xe và phƣơng phỏp xỏc định gia tốc gúc cỏc bỏnh xe để làm thụng số đầu vào cho bộ điều khiển điện tử.
Để cú thể thực hiện quỏ trỡnh mụ phỏng lý thuyết, luận ỏn cần xõy dựng mụ hỡnh mụ phỏng chuyển động của xe trờn đƣờng thẳng kết hợp mụ hỡnh mụ phỏng hệ thống phanh khớ nộn cú ABS. Phõn tớch kết quả mụ phỏng để xỏc định ngƣỡng điều khiển theo gia tốc gúc bỏnh xe. Quỏ trỡnh mụ phỏng thực nghiệm nhằm hiệu chỉnh bộ giỏ trị ngƣỡng điều khiển đƣợc trỡnh bày trong Chƣơng 4.
3.1. Khả năng đỏp ứng tần số điều khiển của hệ thống ABS
Thực hiện nội dung nghiờn cứu đó trỡnh bày ở mục 2.3 với dóy xung điều khiển cú tần số thay đổi lần lƣợt từ 0,5 Hz, 1 Hz, … 10 Hz để điều khiển van chấp hành ABS hoạt động ở chế độ tăng ỏp và giảm ỏp luõn phiờn nhau với tỉ lệ thời gian tăng ỏp/giảm ỏp là 60/40 %. Sự biến thiờn ỏp suất khớ nộn trong bầu phanh và trong bỡnh chứa đƣợc đo ghi lại đầy đủ. Hỡnh 3. 1 thể hiện đồ thị biến thiờn ỏp suất trong bỡnh chứa khớ và trong bầu phanh khi van chấp hành ABS đƣợc điều khiển bởi dóy xung cú tần số 0,5 Hz và 5 Hz. Quy luật biến thiờn ỏp suất khi van chấp hành ABS đƣợc điều khiển bởi cỏc dóy xung cú tần số khỏc đƣợc đề cập trong Phụ lục 1.
- 48 -
Hỡnh 3. 1. Quy luật biến thiờn của ỏp suất khớ nộn trong bầu phanh khi điều khiển ở tần số 0,5 Hz (bờn trỏi) và 5 Hz (bờn phải)
Thống kờ lại giỏ trị ỏp suất khớ nộn trong bỡnh chứa và giỏ trị ỏp suất cao nhất và thấp nhất trong bầu phanh phớa sau theo tần số của xung điều khiển, luận ỏn xõy dựng đƣợc đồ thị nhƣ Hỡnh 3. 2.
Hỡnh 3. 2. Quy luật biến thiờn giỏ trị ỏp suất cao nhất và thấp nhất trong bầu phanh phớa sau theo tần số của xung điều khiển
Từ đồ thị thu đƣợc này, cú thể nhận thấy, khi tần số điều khiển tăng dần và lớn hơn 1 Hz, giỏ trị ỏp suất cao nhất giảm dần, giỏ trị ỏp suất thấp nhất tăng dần, cụ thể nhƣ sau:
Khi tần số điều khiển hệ thống tăng và giảm ỏp là 0,5 Hz và 1 Hz, ỏp suất khớ nộn trong bầu phanh đủ thời gian để tăng/giảm đến giỏ trị ổn định, giỏ trị lớn nhất đạt khoảng 0,72 MPa (khi ỏp suất bỡnh chứa khoảng 0,79 MPa), giỏ trị nhỏ nhất xấp xỉ 0 MPa. Khi tăng tần số điều khiển hệ thống đến 2 Hz, giỏ trị ỏp suất cao nhất trong bầu phanh bắt đầu
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
Tan so dieu khien [Hz]
A p su a t kh i n e n [ M P a
] Ap suat binh chua
Ap suat bau phanh cao nhat Ap suat bau phanh thap nhat
Áp suất bỡnh chứa
Áp suất bầu phanh Áp suất bỡnh chứa
Áp suất bầu phanh
- 49 -
giảm, chỉ cũn đạt khoảng 0,69 MPa, giỏ trị ỏp suất khớ nộn thấp nhất trong bầu phanh bắt đầu tăng lờn làm giảm độ chờnh lệch giữa giỏ trị ỏp suất lớn nhất và giỏ trị ỏp suất nhỏ nhất.
Khi tần số điều khiển hệ thống tăng đến 4 Hz, giỏ trị ỏp suất trong bầu phanh cao nhất chỉ cũn đạt đƣợc 0,59 MPa và giỏ trị ỏp suất thấp nhất trong bầu phanh tăng đến 0,22 MPa. Độ chờnh lệch ỏp suất cao nhất và thấp nhất trong bầu phanh trƣờng hợp này là 0,59 – 0,22 = 0,37 (MPa).
Với tần số điều khiển hệ thống là 5 Hz, giỏ trị ỏp suất cao nhất trong bầu phanh chỉ cũn khoảng 0,52 MPa, bằng 0,52/0,72 = 72% giỏ trị ỏp suất cao nhất khi tần số điều khiển thấp (0,5 Hz hoặc 1 Hz). Giỏ trị thấp nhất của ỏp suất khớ nộn trong bầu phanh tăng lờn đến 0,28 MPa. Độ chờnh lệch ỏp suất cao nhất và thấp nhất ứng với tần số này chỉ cũn khoảng 0,24 MPa. Với giỏ trị ỏp suất trong bầu phanh nhƣ vậy, mụ men phanh do cơ cấu phanh sinh ra chỉ biến thiờn trong phạm vi hẹp.
Từ đú cú thể nhận định rằng, khi tần số điều khiển từ 5 Hz trở lờn, giỏ trị cao nhất của ỏp suất trong bầu phanh khụng lớn, ỏp suất biến thiờn trong phạm vi nhỏ làm giảm ý nghĩa của ABS. Từ đú, khi thiết kế bộ điều khiển ABS, khụng nhất thiết phải lấy mẫu tớn hiệu từ cỏc cảm biến đo vận tốc gúc bỏnh xe với tần số quỏ cao và chƣơng trỡnh điều khiển của bộ điều khiển cần thiết kế để phự hợp với khả năng đỏp ứng của hệ thống.