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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong thực tế, ỏp suất tại từng chế độ tăng-giữ-giảm sẽ do ECU điều khiển phụ thuộc vào điều kiện phanh cụ thể và thuật toỏn của ECU. Quỏ trỡnh xảy ra cỏc chế độ cũng khụng theo thứ tự nhất định. Thờm vào đú, cỏc quỏ trỡnh này cũng khỏc nhau ở mỗi bỏnh xe. ECU khụng điều khiển đồng thời mà độc lập từng bỏnh.
Hỡnh 3.12. Đồ thị thể hiện sự tăng ỏp suất trong xy lanh phanh
Hỡnh 3.12 thể hiện sự tăng ỏp suất phanh theo thời gian. Sự tăng ỏp suất này bao gồm tăng ỏp suất do đạp phanh và do bơm thủy lực tạo ra.
Tại thời điểm từ 0 – 0,3s sự tăng ỏp suất là do đạp phanh, lỳc này bơm thủy lực chưa hoạt động và hệ thống phanh đang ở trạng thỏi phanh thụng thường (ABS chưa làm việc). Áp suất đạt khoảng 70 bar.
Thời điểm từ 0,3 – 0,6s là thời gian trễ để bơm tỏc động tới hệ thống, ỏp suất trong khoảng này vẫn giữ nguyờn.
Khoảng 0,6 – 0,8s là sự tăng ỏp do bơm tạo ra, ỏp suất đạt max khoảng xấp xỉ 85 bar. Áp suất này được giữ ở 85 bar là do hoạt động của van an toàn đặt trước bơm, khụng để ỏp suất hệ thống vượt quỏ giới hạn. Áp suất đặt của van an toàn là 75 bar.
Khoảng thời gian từ 0,8 – 2,5s ABS duy trỡ giữ ỏp, sau đú giảm ỏp. Đến thời điểm 3,4s ABS điều chỉnh tăng ỏp trở lại.
KẾT LUẬN
- Trong luận văn tốt nghiệp này đó trỡnh bày được cỏc hệ thống phanh thường dựng trờn ụ tụ hiện nay, phõn tớch xỏc định được lực phanh và cỏc lực tỏc dụng trong quỏ trỡnh phanh xe, tỡm hiểu được cỏc chỉ tiờu đỏnh giỏ chất lượng phanh. Đồng thời tỡm hiểu cỏch sử dụng phần mềm Automation Studio 5.0 để giải bài toỏn về mụ phỏng hệ thống thủy lực cho hệ thống phanh.
- Qua việc phõn tớch nguyờn lý và tớnh toỏn phanh ABS ta thấy quỏ trỡnh phanh của cỏc xe cú trang bị ABS đạt hiệu quả tối ưu, cú nhiều ưu điểm hơn hẳn so với cỏc xe khụng trang bị ABS, nú đảm bảo đồng thời hiệu quả phanh và tớnh ổn định cao, ngoài ra cũn giảm mài mũn và nõng cao tuổi thọ cho lốp.
- Hệ thống chống hóm cứng bỏnh xe khi phanh ABS (Anti-lock Braking System) ngày càng trở nờn phổ biến. Nú là hệ thống an toàn chủ động của ụtụ, gúp phần giảm thiểu tai nạn nguy hiểm cú thể xảy ra khi vận hành vỡ nú điều khiển quỏ trỡnh phanh một cỏch tối ưu.
- Hướng nghiờn cứu tiếp theo là dựa trờn nền tảng nghiờn cứu của luận văn này để giải bài toỏn mụ phỏng hệ thống thủy lực cho hệ thống phanh trờn ụ tụ toàn diện hơn bao gồm sự kết hợp giữa cỏc bộ phận cảm biến, ECU. Tiếp theo đú tối ưu húa kết cấu hỡnh dạng của hệ thống phanh tốt hơn nữa để đảm bảo an toàn giao thụng trờn cỏc phương tiện ụ tụ hiện nay.
- Tiếp tục khảo sỏt động lực học quỏ trỡnh phanh của ụ tụ theo phương ỏn đó khảo sỏt và kiểm chứng kết quả tớnh toỏn trờn thực tế, để kết quả đạt được trong luận văn cú tớnh thuyết phục cao.
- Khảo sỏt động lực học quỏ trỡnh phanh của ụ tụ khi lực phanh trờn cỏc bỏnh khỏc nhau và gúc của vận tốc khụng trựng với phương dọc trục của ụ tụ.
- Trong thời gian làm luận văn em đó rất nỗ lực nhưng khụng thể trỏnh khỏi thiếu sút, em hy vọng tiếp tục nhận được sự giỳp đỡ từ thầy cụ và bạn bố để cú thể tiếp tục nghiờn cứu về lĩnh vực này.
- Cuối cựng em xin gửi lời cỏm ơn chõn thành đến TS. Lờ Xuõn Trường - người đó trực tiếp hướng dẫn em hoàn thành luận văn này. Em xin gửi lời cỏm ơn chõn thành đến thầy cụ và bạn bố đó giỳp đỡ em trong suốt thời gian qua.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyễn Hữu Cẩn - Dư Quốc Thịnh - Phạm Minh Thỏi - Nguyễn Văn Tài - Lờ Thị Vàng. “Lý thuyết ụtụ mỏy kộo”. NXB khoa học và kỹ thuật - Hà Nội; 1998.
[2] Nguyễn Hữu Cẩn - Phan éỡnh Kiờn. “Thiết kế và tớnh toỏn ụtụ mỏy kộo” NXB éại học và trung học chuyờn nghiệp - Hà Nội; 1985.
[3] Nguyễn Trọng Hoan. “Tớnh toỏn và kết cấu ụ tụ”.
[4] Nguyễn Tất Tiến. “Nguyờn lý động cơ đốt trong”. NXB Giỏo dục, Hà Nội, 2007
[5] Nguyễn Ngọc Phương. “Hệ thống điều khiển khớ nộn – thủy lực”
[6] http://www.doc.edu.vn [7] http://www.luanvan.net
[8] http://www.books.google.com [9] http://www.tailieu.vn