L ỜI NÓI ĐẦ U
1. 2M ột số kết quả nghiên cứu hệ thống phanh trong nướ c
4.3 Bảng số liệu tính toán
+ Xác lập các kích động đưa vào hệ thống, thông thường các hệ thống phản ứng với một hoặc nhiều tín hiệu đầu vào, việc mô phỏng cũng cần có yêu cầu như vậy.
+ Xác định các điều kiện đầu.
+ Lựa chọn cách thức xuất kết quả, việc mô phỏng thường không cần chỉ định các kết quả xuất ra mà thông thường các kết quả xuất ra là các biến vật lý của hệ thống phụ thuộc vào thời gian.
+ Xác định các thông số điều khiển quá trình mô phỏng. Các thông số này định nghĩa các giá trị, các lựa chọn và chỉ ra cách thức thực hiện các phương pháp số trong quá trình mô phỏng. Thông thường nó cho phép xác định bước thời gian, khoảng tích phân và lựa chọn thuật toán tích phân.
4.3. Bảng số liệu tính toán
Đề tài khảo sát xe ô tô con có trang bị hệ thống phanh điều khiển By Wire. Xe có động cơ đặt phía trước và cầu trước chủ động.
TT Tên gọi Ký
hiệu Đơn vị Giá trị
1 Khối lượng toàn bộ xe khi đầy tải mv kg 1006
2 Khối lượng của phần được treo mmv kg 890
3 Chiều dài cơ sở ôtô lv m 2,31
4 Khoảng cách từ trọng tâm - cầu trước lp m 0,8839
5 Khoảng cách từ trọng tâm - cầu sau lz m 1,4261
6 Momen qtính của bánh xe quanh trụ đứng cầu
trước Jrp kg.m
2
2,93 8 Momen qtính của bxe quanh trục quay bxe
cầu trước Jkp kg.m
2
3,5 9 Momen qtính của bxe quanh trục quay bxe
cầu sau Jkz kg.m
2
3,5 10 Momen quán tính ôtô quanh trục thẳng đứng Jz kg.m2 3847,6
-44-
11 Chiều rộng vết lốp bánh xe trước sp m 1,3503
12 Chiều rộng vết lốp bánh xe sau sz m 1,3716
13 Chiều cao trọng tâm ôtô hv m 0,5121
14 Chiều cao trọng tâm của phần được treo ho m 0,5425
15 Bán kính bánh xe tĩnh rbxt m 0,2682
16 Tỷ số truyền của hệ thống lái ir - 21,2
17 Hệ số độ cứng bậc nhất của góc lệch bên Lα1 1/rad 6,69 18 Hệ số độ cứng bậc hai của góc lệch bên Lα2 1/kNrad -0,177 19 Hệ số độ cứng bậc nhất của biến dạng dọc lốp
xe Ls1 1/rad 5,74
20 Hệ số độ cứng bậc hai của biến dạng dọc lốp
xe Ls2 1/kNrad -0,0005
21 Độ cứng hướng kính của bánh xe Crbx kN/m 142
4.4. Các khối mô phỏng mô hình động lực học ô tô
4.4.1. Khối tính toán thông số vận tốc chuyển động của ô tô
Từ phương trình vi phân chuyển động của ô tô (3.4), ta tiến hành xây dựng Modul để tính toán vận tốc chuyển động của ô tô.
Khối tính toán thông số vận tốc bao gồm:
- Các thông số đầu vào:
+ Các lực kéo tại các bánh xe: F1, F2, F3, F4
+ Các phản lực bên: S1, S2, S3, S4
+ Góc lệch bên của thân xe so với phương vận tốc: alpha
+ Góc quay bánh xe dẫn hướng: beta - Các thông số đầu ra:
-45-
Hình 4.1: Modul tính toán vận tốc chuyển động ô tô
4.4.2. Khối tính toán góc lệch thân xe
Từ phương trình vi phân (3.5) ta xây dựng Modul tính góc lệch thân xe so với phương vận tốc: alpha
Thông số đầu vào:
+ Các lực kéo tại các bánh xe: F1, F2 + Các phản lực bên: S1, S2, S3, S4 + Góc quay bánh xe dẫn hướng: beta + Vận tốc chuyển động của ô tô: vantoc + Vận tốc góc lệch thân xe: epxilondot
Các thông số đầu ra:
+ Góc lệch thân xe so với phương vận tốc: alpha + Vận tốc góc lệch thân xe: aphadot
-46-
Hình 4.2: Modul tính toán góc lệch thân xe
4.4.3. Khối tính toán góc xoay thân xe
Từ phương trình vi phân chuyển động của xe (3.6) ta xây dựng Modul tính góc xoay thân xe.
Thông số đầu vào:
+ Các lực kéo tại các bánh xe: F1, F2,F3, F4
+ Các phản lực bên: S1, S2, S3, S4 + Góc quay bánh xe dẫn hướng: β
Các thông số đầu ra:
+ Góc xoay thân xe : epxilon
-47-
Hình 4.3: Modul tính toán góc xoay thân xe
4.4.4. Khối tính toán tọa độ trọng tâm của ô tô và góc quay bánh xe dẫn hướng
Từ các phương trình (3.8),(3.9) ta xây dựng Modul tính toán tọa độ trọng tâm của ô tô.
Thông số đầu vào:
+ Góc lệch thân xe: alpha + Góc quay thân xe: epxilon
+ Vận tốc chuyển động của ô tô: vantoc
Các thông số đầu ra:
+ Tọa độ chuyển động của ô tô: x0,y0 + Góc quay bánh xe dẫn hướng: beta
-48-
Hình 4.4: Modul tính toán tọa độ trọng tâm xe và góc quay bánh xe dẫn hướng
4.4.5. Khối tính toán tải trọng thẳng đứng tại các bánh xe
Từ các phương trình (3.7) đến (3.15) xây dựng Modul tính toán tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe.
Thông số đầu vào:
+ Vận tốc chuyển động của ô tô:v
+ Góc lệch thân xe so với phương chuyển động: alpha
Các thông số đầu ra:
-49-
-50-
Hình 4.6: Các chương trình con tính toán tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe
-51-
4.4.6. Khối tính toán gia tốc bánh xe
Từ các phương trình (3.26) đến (3.36) xây dựng Modul tính toán gia tốc góc tại các bánh xe.
Thông số đầu vào:
+ Tải trọng đặt tại các bánh xe:Z1, Z2, Z3, Z4
+ Mô men kéo tại các bánh xe : Mk1, Mk2, Mk3, Mk4
Các thông số đầu ra: + Gia tốc góc bánh xe: . 1 , . 2 , . 3 , . 4
-52-
Hình 4.7: Modul tính toán gia tốc góc tại bánh xe 1
Tương tự ta xây dựng Modul tính toán giá tốc góc tại các bánh xe còn lại:
-53-
Hình 4.9: Modul tính toán gia tốc góc tại bánh xe 3
-54-
4.4.7. Khối tính toán độ trượt và góc lệch bên các bánh xe
Từ các phương trình (3.26) đến (3.32) xây dựng Modul tính toán độ trượt và góc lệch bên tại các bánh xe.
Thông số đầu vào tính toán là:
+ Tải trọng thẳng đứng tại các bánh xe: Z1,Z2, Z3,Z4 + Gia tốc góc tại các bánh xe: phidot1,phidot2, phidot3, phidot4
+ Vận tốc chuyển động của xe: vantoc + Gia tốc góc quay thân xe: alpha + Góc quay bánh xe dẫn hướng: beta
Thông số đầu ra:
+ Độ trượt tại các bánh xe: So1,So2,So3,So4
+ Góc lệch bên của các bánh xe: alpha1, alpha2, alpha3, alpha4.
-55-
Hình 4.12: Chương trình con tính toán độ trượt và góc lệch bánh xe số 1
-56-
Hình 4.14: Chương trình con tính toán độ trượt và góc lệch bánh xe số 3
-57-
4.4.8. Khối tính toán lực dọc và lực ngang tại các bánh xe bánh xe
Từ các phương trình (3.16) đến (3.23) xây dựng Modul tính toán lực dọc, lực ngang tại các bánh xe.
Thông số đầu vào:
+ Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe + Độ trượt tại các bánh xe : So1, So2, So3, So4 + Góc lệch bên tại các bánh xe: alpha1, alpha2, alpha3, alpha4.
Thông số đầu ra tại các bánh xe:
+ Lực dọc tác dụng lên các bánh xe:F1, F2, F3, F4
+ Lực ngang tác dụng lên các bánh xe:S1, S2, S3, S4
Hình 4.16: Chương trình chính tính lực dọc và ngang tại các bánh xe
-58-
Hình 4.17: Chương trình con tính toán lực dọc và ngang tại các bánh xe chủ động
Hình 4.18: Chương trình con tính toán lực dọc và ngang tại các bánh xe bị động
-59-
4.4.9. Khối tính toán động học chuyển động của xe
Thông số đầu vào: + Vận tốc xe: [vantoc]
+ Vận tốc góc quay thân xe:[epxilondot] + Vận tốc góc lệch thân xe:
+ Góc lệch tại các bánh xe: alpha1, alpha2, alpha3, alpha4.
+ Góc quay bánh xe dẫn hướng: beta Thông số đầu ra:
+ Hiệu bán kính quay vòng thực tế, lý thuyết: deltaRqv
-60-
4.4.10. Khối tính toán mô men kéo tại các bánh xe
Thông số đầu vào:
+ Mô men cấp tại động cơ:
+ Mô men cản lăn tại các bánh xe: Mk10, Mk20, Mk30, Mk40
Hình 4.20: Modul tính toán mô men kéo tại các bánh xe
Ở các chế độ TRC, hoặc VSC thông số đầu vào còn có thêm mô men phanh để tránh hiện tượng trượt quay hoặc trượt lết tại các bánh xe.
Hình 4.21: Modul tính toán mô men kéo tại các bánh xe có thêm mô men phanh
-61-
4.5. Các trường hợp khảo sát
Sử dụng phương pháp mô phỏng động lực học của ôtô con nhằm thiết lập bài toán khảo sát các tính năng hoạt động của hệ thống phanh điều khiển By Wire. Đề tài khảo sát tính năng VSC và tính năng TRC .
Hàm điều khiển: Kích động bằng góc quay vành lái, thời gian đánh tay lái kéo dài 1s nhằm đạt được góc quay vành lái lớn nhất theo đồ thị hình 4.21
Các điều kiện đầu tính toán:
Vận tốc: Vo2 = 60 km/h, hệ số bám: mio0.85 (khi chưa để ý đến độ suy giảm ở trạng thái tối ưu ban đầu). Hệ số cản lăn: fV 0.018
Hình 4.22: Hàm điều khiển góc quay vành lái
4.5.1 Khảo sát tính năng VSC
Để khảo sát tính năng VSC của hệ thống thì đề tài khảo sát các thông số chuyển động như: gia tốc bên của xe, góc lệch thân xe, góc xoay thân xe, góc lêch bên bánh xe độ trượt tại các bánh xe, bán kính quay vòng thực tế và lý thuyết.
-62-
Gia tốc bên của xe
Hình 4.23 Gia tốc bên của xe trong trường hợp không có VSC
Hình 4.24. Gia tốc bên của xe trong trường hợp có VSC
Nhận xét:
+ Trong trường hợp không có VSC: Trong thời gian tác động vành lái (1s), gia tốc bên của xe có xu hướng tăng dần, đến thời điểm t=2s gia tốc bên đạt giá trị cực đại
-63-
..
ymax= 7,2 m/s2. Sau khi xe đã vào hết đường vòng thì gia tốc bên ổn định ở giá trị
..
y = 6,5 m/s2.
+ Trong trường hợp có VSC: quy luật đường cong không có gì thay đổi, gia tốc bên của xe có xu hướng giảm so với trường hợp không có VSC. Giá trị cực đại của gia tốc bên = 7 m/s2. Sau đó có xu hướng ổn định (6,5 m/s2).
Góc lệch thân xe
Hình 4.25 Góc lệch thân xe trong trường hợp không có VSC
-64-
Nhận xét:
+ Trường hợp không có VSC: giai đoạn đầu khi đánh lái, do chưa thắng được lực đàn hồi bên làm α tăng lên một chút rồi giảm dần về âm và do hệ đàn hồi bánh xe nên có độ chễ (t=2,5; αmax = - 0,15 rad) sau đó ổn định t = 10s; αod = - 0.1 rad.
+ Trường hợp có VSC: quy luật đường cong không có gì thay đổi nhưng hạn chế được góc lệch.(t=2.5; αmax = - 0.13 rad) sau đo dao động tắt dần rồi ổn định ở t=10s αod = -0.075rad.
Góc xoay thân xe
Hình 4.27 Góc xoay thân xe trong trường hợp không có VSC
-65-
Nhận xét:
Quy luật đường cong góc xoay thân xe trong hai trường hợp không có VSC và có VSC là không đổi. Có xu hướng tăng dần đều. Trường hợp có VSC thì góc xoay tăng nhanh hơn.
Góc lệch bên bánh xe
Hình 4.29. Góc lệch bánh xe 1,2 trong trường hợp không có VSC
-66-
Nhận xét:
Góc lệch bánh xe trong 2 trường hợp có quy luật tương tự nhau. Ở trường hợp không có VSC thì góc bánh xe 1 lớn hơn ở trong trường hợp có VSC. Bánh 1 có xu hướng giảm giá trị. Do hệ thống có xu hưởng giảm so với trường hợp không có VSC. Ở bánh xe số 2 thì trong hai trường hợp trên thì giá góc lệch tương tự nhau.
Độ trượt tại các bánh xe
-67-
Hình 4.31 Độ trượt của bánh xe trong trường hợp có VSC
Nhận xét:
Xe ở chế độ không VSC, giá trị của độ trượt của bánh xe1 nhỏ không đạt đến giá trị cần điều chỉnh. Ở hệ thống phanh có VSX,khi xe vào đường vòng hệ thống điều khiển tăng mô men ở bánh nào thì trên bánh ấy bị tăng độ trượt vượt quá giới hạn và hệ thống tiến hành điều chỉnh để duy trì độ trượt ở cùng tối ưu (0,1).
Bán kính quay vòng thực tế và lý thuyết:
-68-
Hình 4.33 Bán kính quay vòng thực tế và lý thuyết trường hợp có VSC
Nhận xét:
+ Ở trường hợp không có VSC: trong thời gian tác động vành lái (1s) bán kính quay vòng thực tế (Rtt) , khi xe vào đường vòng tại thời điểm t = 1s thì Rtt=46 m. Sau khi xe đã vào hết đoạn đường cong thì Rtt có xu hướng tăng mạnh đến thời điểm t = khoảng 3s thì Rtt = 70m. So với bán kính quay vòng lý thuyết Rlt = 12m. Xe ở trạng mất ổn định rất lớn.
+ Ở trường hợp có VSC: trong thời gian tác động vành lái (1s) m thì Rtt = 30m. Sau khi xe vào hết đoạn đường cong thì Rtt có xu hướng giảm tiếp đến giá trị min = 20m, gần với giá trị của bán kính quay vòng theo lý thuyết.
+ Như vậy khi xe có VSC thì bán kính quay vòng thực tế gần với giá trị bán kính quay vòng lý thuyết, xe ở trạng thái ổn định khi chạy vào đường vòng.
-69-
4.5.2 Khảo sát trong trường hợp TRC
Hình 4.34 : Độ trượt tại bánh xe
-70-
Hinh4.36: Vận tốc góc bánh xe
Hình 4.37: Mô men tại bánh xe
Nhận xét: Khi hệ thống làm việc ở chế độ TRC thì ta thấy vận tốc góc của bánh xe có xu hướng tăng, độ trượt tại các bánh xe có xu hướng giảm về giá trị tối ưu nhằm đảm bảo tối đa khả năng bám giữa bánh xe và mặt đường. Mo men tại bánh xe có xu hướng giảm phù hợp với quy luật thực tế.
-71-
KẾT LUẬN
Sau một thời gian làm đề tài với nội dung nghiên Xây dựng mô hình nghiên cứu động lực học của hệ thống phanh điều khiển By Wire. Đề tài đã thực hiện được nhiệm vụ nêu ra ban đầu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn gồm:
1. Phân tích nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh By Wire(EHB).
2. Xây dựng mô hình nghiên cức tính năng VSC và TRC của hệ thống phanh By Wire.
3. Tính toán mô phỏng số các tính năng VSC và TRC của hệ thống phanh By Wire.
-72-
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. GS. TSKH Nguyễn Hữu Cẩn và tập thể tác giả - Lý thuyết ôtô máy kéo –
Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 1996.
2. PTS Nguyễn Khắc Trai – Tính điều khiển và quỹ đạo chuyển động của ô tô – Nhà xuất bản Giao thông vận tải Hà Nội, 1997.
3.Nguyễn Phùng Quang – Matlab và Simulink – Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật (2004).
4. H. Dugoff, P. Fancher, L. Segen – An Analysis of Tire Traction Properties and Theeir Influence on vehicle Dynamic Performance –