Thời gian phanh cũng là một trong cỏc chỉ tiờu để đỏnh giỏ chất lượng phanh. Thời gian phanh càng nhỏ thỡ chất lượng phanh càng tốt. éể xỏc định thời gian phanh ta cú.
jpmax = dt dv = .g dt = g dv .
Tớch phõn trong giới hạn từ thời điểm ứng với vận tốc phanh ban đầu v1 tới thời điểm ứng với vận tốc v2 ở cuối quỏ trỡnh phanh:
tpmin = 1 2 . v v g dv = g v v . 2 1 Khi phanh ụtụ đến lỳc dừng hẳn thỡ v2 = 0. Do đú: tpmin = g v . 1 (2.23) Trong đú:
v1 - Vận tốc của ụtụ ứng với thời điểm bắt đầu phanh. (m/s) Mặt khỏc ta cú: dv = j.dt 1 2 0 2 max . . v v t o dt t t j dv v1 - vo = 2 . 2 . . max 2 0 2 2 max 2 j t t t j t 2 .2 max 1 t j v v o p (2.24) vo= 30[km/h] = 8,33 [m/s] Thay cỏc số liệu vào ta được:
v1 = 5,2332 2 7 , 0 . 848 , 7 33 , 8 v1 = 5,2332 [m/s]
Thay cỏc số liệu vào (3.23) ta được:
tpmin = 81 , 9 . 8 , 0 2332 , 5 tpmin = 0,6668 [s] Thời gian phanh thực tế là:
tp = t1 + t2 + tpmin = 0,3 + 0,7 + 0,6668 tp = 1,6668 [s]
2.3.3. Quóng đƣờng phanh
Quóng đường phanh là một trong những chỉ tiờu quan trọng nhất để đỏnh giỏ chất lượng phanh của ụtụ. Cũng vỡ vậy mà trong tớnh năng kỹ thuật của ụtụ, cỏc nhà chế tạo thường cho biết quóng đường phanh của ụtụ ứng với vận tốc bắt đầu phanh đó định.
Quóng đường phanh ứng với vận tốc từ vo đến v1. Ta cú: ds vdt dt ds v . dt t t j v ds o p 2 . . 2 2 max Tớch phõn hai vế ta được: dt t t j v ds o p t o s so .2 . 2 2 max 2 1 s1 - so = 2 2 6 . . . 2 3 max t o p t o o t t j t v s1 = so + vo.t2 - 6 . 22 maxt jp s1 = vo.t1 + vo.t2 - 6 .22 maxt jp (2.25)
Thay cỏc số liệu vào ta được: s1 = 8,33.0,3 + 8,33.0,7 - 6 7 , 0 . 848 , 7 2 s1 = 5,365 [m]
Quóng đường phanh ứng với vận tốc từ v1 đến thời điểm ứng với vận tốc cuối quỏ trỡnh phanh: v2 = 0.
s2 = g v . 2 2 1 (2.26) s2 = 81 , 9 . 8 , 0 . 2 2332 , 5 2 s2 = 1,744 ( m )
Quóng đường phanh thực tế là: sp = s1 + s2
sp = 5,365 + 1,744 sp = 7,109 (m)
So với bảng tiờu chuẩn về hiệu phanh cho phộp ụtụ lưu hành trờn đường (Bộ GTVT Việt Nam qui định 1995) đối với xe du lịch cú số chỗ ngồi nhỏ hơn 8 thỡ quóng đường phanh khụng lớn hơn 7,2 (m).
Từ những kết quả trờn ta nhận thấy quóng đường phanh của xe TOYOTA VIOS là 7,109 (m) nằm trong giới hạn cho phộp nờn đảm bảo được những chỉ tiờu đối với xe du lịch.
Hỡnh 2.4. Ảnh hưởng của vận tốc ban đầu v0 và hệ số bỏm đến quóng đường phanh nhỏ nhất
Cụng thức (2.26) quóng đường phanh phụ thuộc vào vận tốc v theo quy luật bậc 2. Qua đú thấy rằng, vận tốc v càng cao thỡ quóng đường phanh S càng lớn, ngược lại hệ số bỏm càng tăng thỡ S càng giảm.
2.4. Thiết kế hệ thống thủy lực
Do trong quỏ trỡnh phanh, chế độ làm việc của cỏc bỏnh là như nhau. Do vậy ta chỉ xột chế độ làm việc của một bỏnh xe.
Hỡnh 2.5. Sơ đồ cụm điều khiển thủy lực
1- Bàn đạp phanh; 2- Bầu trợ lực phanh; 3- Bỡnh dầu phanh; 4- Xylanh chớnh; 5- Cụm điều khiển thủy lực; a- Van giữ ỏp; b- Van giảm ỏp
- Bể chứa:
+ Cung cấp dầu cho hệ thống làm việc theo chu trỡnh kớn + Giải tỏa nhiệt sinh ra trong quỏ trỡnh bơm dầu làm việc
+ Lắng đọng cỏc chất cặn bó trong quỏ trỡnh làm việc và tỏch nước
- Xilanh: cú nhiệm vụ biến đổi năng lượng thế năng hay động năng của lưu chất thành năng lượng cơ học - chuyển động thẳng hoặc chuyển động quay. Thụng thường xilanh được lắp cố định, cũn piston chuyển động.
- Van giảm ỏp: Trong hệ thống điều khiển thủy lực, một bơm tạo ra năng lượng phải cung cấp năng lượng cho nhiều cơ cấu chấp hành cú ỏp suất khỏc nhau. Trong trường hợp này ta phải cho bơm làm việc với ỏp suất lớn nhất và dựng van giảm ỏp đặt trước cơ cấu chấp hành để giảm ỏp suất đến một giỏ trị cần thiết. - Van giữ ỏp: cú nhiệm vụ giữ cho ỏp suất dầu trong đường ống luụn luụn được ổn định.
b a
- Bơm dầu: Vận chuyển chất lỏng và nộn ỏp suất chất lỏng dưới một ỏp suất nào đú. Thực hiện quỏ trỡnh chuyển đổi năng lượng, biến cơ năng thành năng lượng của dũng chất lỏng.
- Buồng giảm chấn: Khi dũng chất lỏng chuyển động trong đường đường ống sẽ sinh ra cỏc dao động, làm ảnh hưởng đến ỏp suất trờn đường ống. Vỡ vậy, buồng giảm chấn cú tỏc dụng giảm chấn động di chuyển của lưu chất.
2.4.1. Tớnh lực ộp lờn piston Lực ộp lờn đĩa mỏ phanh [3] Lực ộp lờn đĩa mỏ phanh [3] P = 2 . . 4 d p (2.27) Với :
d - đường kớnh xi lanh bỏnh xe, d = 43 (mm)
p - ỏp suất dầu, [N/m2], p = 5 – 8 MPa. Chọn p = 7 MPa = 7.106(N/m2)
Từ ( 4.26 ), ta tớnh được lực ộp lờn đĩa mỏ phanh là: P = 2 . . 4 d p= 2 6 3,14.0, 043 .7.10 4 = 10160 (N)
- Thời gian ộp piston vào mỏ phanh khi thực hiện phanh là: t = 0,3 ( s ) [7] - Hành trỡnh piston của xilanh ở cỏc bỏnh xe là: S = 1mm = 0,001 ( m ) [6]; [7] (Theo thụng số của nhà kỹ thuật)
Tớnh vận tốc ộp của piston vào mỏ phanh là: S = v.t v = S
t = 0, 001
0, 3 = 0,003 (m/s)
2.4.2. Xỏc định lƣu lƣợng, ỏp suất của bơm
Lưu lượng của bơm trong bộ chấp hành ABS: [5]
Q = v.A (lớt/phỳt) (2.28)
Trong đú:
Q – lưu lượng của bơm (lớt/phỳt)
A – diện tớch của xilanh (m2), A =
4 .d 2
[3]
Trong đú: d – đường kớnh của xilanh, d = 0,043 (m) Suy ra: A = 4 043 . 0 . 14 . 3 2 = 0.00145 (m2)
Từ phương trỡnh (2.28), suy ra lưu lượng của bơm là:
Q = v.A = 0,003.0,00145 = 4,35.10-6 (m3/s) = 261.10-6 (m3/phỳt) Q = 261.10-3 (lớt/phỳt)
- Theo giỏo trỡnh điều khiển khớ nộn - thủy lực, thỡ tổn hao ỏp suất trờn đường ống là:
pụ = 0,1 bar = 0,1.105Pa = 0,01 MPa [5]; [8]
- Tổn hao ỏp suất trờn cỏc van ở cửa vào và cửa ra là: pv = 0,15bar = 0,015 MPa [ 5 ]
- Áp suất yờu cầu của xilanh như phần trờn đó chọn thỡ: pxl = 7 MPa [ 3 ]
Như vậy, ỏp suất cần thiết của bơm là: pb = pụ+ pv+ pxl
CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ VÀ Mễ PHỎNG HỆ THỐNG THỦY LỰC
3.1. Giới thiệu về phần mềm Automation Studio 5.0
Automation Studio 5.0 là phần mềm ứng dụng cú thể tớnh toỏn thiết kế, mụ phỏng một cỏch trực quan quỏ trỡnh động học của từng phần tử trong hệ thống thủy lực tại cỏc chế độ làm việc khỏc nhau.
Ngoài ra, kết hợp cỏc đường đặc tớnh và hỡnh mụ phỏng động xuất ra từ phần mềm khi điều khiển, chỳng ta cú thể đỏnh giỏ được quỏ trỡnh làm việc của từng mỏy, trờn cơ sở đú vận dụng vào quỏ trỡnh làm việc trong thực tế.
Phần mềm Automation Studio cú 3 phần hỗ trợ chớnh:
- Bộ soạn thảo biểu đồ (Diagram Editor): tạo và mụ phỏng biểu đồ - Tham khảo đề tài (Project Explorer): quản lý file, phõn loại tài liệu
- Thư viện tỡm kiếm (Library Explorer): cung cấp cỏc phần tử cần thiết cho việc tạo biểu đồ làm nờn 1 đề tài.
Một số thanh cụng cụ chớnh (Toolbars):
- Thanh cụng cụ mụ phỏng (Simulation Toolbar): thanh cụng cụ chứa cỏc thao tỏc để mụ phỏng một biểu đồ, bao gồm cỏc nỳt nhấn.
Hỡnh 3.1. Thanh cụng cụ mụ phỏng
A: Normal - mụ phỏng mạch ở tốc độ bỡnh thường B: Step by Step - mụ phỏng theo từng bước
C: Slow Motion - mụ phỏng ở tốc độ chậm D: Pause - Dừng mụ phỏng
E: Stop - Kết thỳc mụ phỏng J: Plotter - Đồ thị mụ phỏng
- Thanh cụng cụ chốn (Insert Toolbar):
Hỡnh 3.2. Thanh cụng cụ chốn
A: Selection - Cho phộp chọn một phần tử trong vựng làm việc B: Links - Tạo liờn kết cụng nghệ
C: Line - Vẽ đường thẳng
D: Rectangle - Vẽ hỡnh chữ nhật E: Ellipse - Vẽ hỡnh elip
F: Arc - Vẽ đường cong G: Polygon - Vẽ hỡnh đa giỏc H: Text - Chốn hộp văn bản I: Image - Chốn ảnh
J: Field - Chốn cỏc trường
Thư viện tỡm kiếm (Library Explorer): chứa danh sỏch cỏc thiết bị, phần tử cần thiết cho việc xõy dựng mạch, bao gồm cỏc phần tử:
- Thủy lực, khớ nộn - Điện tử
- Cỏc phần tử điều khiển mạch, lập trỡnh PLC,...
3.2. Mụ phỏng mạch thủy lực ABS của hệ thống phanh xe con
Mạch thủy lực ABS trờn hệ thống phanh xe con bao gồm cỏc bộ phận chớnh sau:
- Xy lanh chớnh (Bàn đạp phanh + Bộ trợ lực phanh) - Bơm thủy lực - Van giữ ỏp
- Van giảm ỏp - Van một chiều
- Bể chứa - Xy lanh phanh tại bỏnh xe - Bộ điều khiển ECU
Hỡnh 3.3. Cỏc bộ phận chớnh của hờ thống phanh thủy lực cú ABS
Ta tiến hành mụ phỏng mạch thủy lực trờn bằng phần mềm Automation Studio 5.0. Trước hết xõy dựng sơ đồ mạch như hỡnh sau:
Cỏc bộ phận chớnh của mạch thủy lực bao gồm:
- Nguồn ỏp suất thủy lực: tạo ỏp lực lờn xy lanh dẫn (tương đương với việc đạp phanh trong thực tế).
- Xy lanh dẫn: đúng vai trũ làm xy lanh dẫn động trong hệ thống phanh thủy lực. Trờn xy lanh cú cảm biến vị trớ tạo tớn hiệu đầu vào ECU, khi xy lanh dịch chuyển, cảm biến sẽ gửi tớn hiệu đến ECU, sau đú ECU sẽ kớch hoạt bơm.
- Motor điện: motor điện 1 chiều, dựng để dẫn động bơm thủy lực. Motor sẽ được vận hành bởi ECU điều khiển khi cú tớn hiệu từ xy lanh dẫn (bàn đạp phanh).
- Bơm thủy lực: cú tỏc dụng tăng ỏp suất đến xy lanh phanh trong chế độ tăng ỏp, ngoài ra cũn làm nhiệm vụ luõn chuyển dầu thủy lực từ bể chứa trở về xy lanh dẫn để sẫn sàng cho lần phanh tiếp theo.
- Xy lanh phanh: là cơ cấu chấp hành của hệ thống phanh thủy lực. Xy lanh phanh sẽ trực tiếp đẩy mỏ phanh kẹp chặt vào đĩa phanh hoặc trống phanh để thực hiện quỏ trỡnh phanh. Khi khụng cú tỏc động gỡ (khụng phanh), xy lanh tự mở bởi lũ xo để trỏnh bú cứng bỏnh xe.
- Van giữ ỏp: đõy là van con trượt 2 vị trớ, điều khiển bởi cuộn điện từ (solenoid) cú lũ xo hồi vị, cuộn điện từ nhận tớn hiệu từ ECU. Van cú tỏc dụng duy trỡ ỏp suất trong xy lanh phanh, khi cú tớn hiệu từ ECU.
- Van giảm ỏp: đõy là van con trượt 2 vị trớ, điều khiển bởi cuộn điện từ (solenoid) cú lũ xo hồi vị, cuộn điện từ nhận tớn hiệu từ ECU. Van cú tỏc dụng xả dầu trong xy lanh phanh về bể để giảm lực phanh trong quỏ trỡnh giảm ỏp.
- Van 1 chiều: cú 2 van 1 chiều trong mạch thủy lực này. Van bờn trỏi dựng để dầu chảy tự do về xy lanh dẫn khi xy lanh này thu lại (thụi đạp phanh). Van bờn phải dựng để ngăn dầu chảy từ xy lanh dẫn xuống bơm khi đạp phanh.
- Van an toàn: giới hạn ỏp suất trong mạch và bảo vệ cỏc phần tử khỏc.
3.2.1. Mạch logic và trỡnh tự điều khiển mạch thủy lực trong Automation Studio Studio
Để thực hiện cỏc quỏ trỡnh, trỡnh tự điều khiển mạch thủy lực cho hệ thống phanh cú sử dụng ABS, ta xõy dựng sơ đồ như sau:
Hỡnh 3.5. Cỏc mạch điều khiển motor và van
Mạch điều khiển motor gồm cú: mạch khởi động và mạch logic. Mạch khởi động cú tỏc dụng như mạch điện, thụng qua nguồn điện và cụng tắc để cấp điện cho motor.
Hỡnh 3.6. Mạch khởi động motor
Phần tử “bandap” cú tỏc dụng như cụng tắc đúng/ngắt, được kết nối tớn hiệu từ ECU thụng qua cảm biến bàn đạp phanh. L1 và N là đầu vào/ra của nguồn điện. Nỳt “stop” dựng để ngắt điện đến motor.
Hỡnh 3.7. Logic điều khiển moto
Mạch logic được cấp điện từ nguồn 24V. Cụng tắc “cambien” liờn kết với cảm biến vị trớ từ xy lanh dẫn. Khi cụng tắc này đúng (khi đạp phanh) điện được cấp cho cuộn dõy CR. Cuộn dõy CR lại được liờn kết tới tiếp điểm thường mở CR. Điều này cho phộp tiếp điểm CR đúng khi cuộn dõy CR cú điện. Như vậy, dũng điện được duy trỡ qua tiếp điểm CR mà khụng cần qua cụng tắc “cambien” nữa.
3.2.2. Tiến hành mụ phỏng
Đặt cỏc thụng số đầu vào của cỏc phần tử như sau:
Để thực hiện việc mụ phỏng, cỏc hoạt động phanh được phõn tớch độc lập và do tớnh tương đồng giữa cỏc nhỏnh phanh đến cỏc bỏnh nờn mụ hỡnh mụ phỏng ở đõy thực hiện với một trong cỏc nhỏnh đú. Sự điều khiển này cũng khụng đồng thời tại cỏc bỏnh xe mà sẽ cú sự độc lập tựy thuộc vào điều kiện trượt của bỏnh.
a. Xy lanh dẫn
- Đường kớnh piston D = 10 cm - Đường kớnh cần piston d = 3 cm - Hành trỡnh L = 2 cm
Từ đú tớnh được thể tớch làm việc phớa đầu piston là V = 157,08 cm3
b. Xy lanh phanh
- Đường kớnh piston D = 5 cm - Đường kớnh cần piston d = 3 cm - Hành trỡnh L = 1 mm
Diện tớch làm việc phớa đầu piston là: 12,56 cm2
Quy trỡnh mụ phỏng xõy dựng theo mụ hỡnh thực tế của phanh gồm: tăng ỏp, giữ ỏp và giảm ỏp.
Hỡnh 3.8. Quỏ trỡnh đạp phanh
Lỳc này, 2 van đúng ngắt sẽ mở, xy lanh dẫn dịch chuyển sang trỏi, đẩy dầu vào xy lanh phanh để thực hiện quỏ trỡnh phanh. Áp suất trong xy lanh phanh tăng dần và đạt 49,62 bar tại thời điểm khảo sỏt. Áp suất này đạt giỏ trị max là 75,6 bar khi xy lanh dẫn đi hết hành trỡnh.
Hỡnh 3.9. Quỏ trỡnh tăng ỏp
Quỏ trỡnh tăng ỏp xảy ra khi bơm hoạt động, nghĩa là sự tăng ỏp lỳc này là do hoạt động của bơm. Tại thời điểm khảo sỏt, ỏp suất trong xy lanh phanh đạt 82,14
bar lớn hơn ỏp suất max khi kết thỳc đạp phanh. Áp suất max trong quỏ trỡnh tăng ỏp là 90,6 bar.
Hỡnh 3.10. Quỏ trỡnh giữ ỏp
Áp suất phanh trong quỏ trỡnh giữ ỏp vẫn giữ nguyờn là 90,6 bar. Lưu lượng thừa của bơm sẽ chảy về bể qua van an toàn. Ngưỡng ỏp suất đặt của van an toàn là 75 bar.
Hỡnh 3.11. Quỏ trỡnh giảm ỏp
Áp suất phanh trong quỏ trỡnh giảm ỏp sẽ giảm dần về 0 bar tại thời điểm khảo sỏt.
Trong thực tế, ỏp suất tại từng chế độ tăng-giữ-giảm sẽ do ECU điều khiển phụ