L ỜI CẢM ƠN
3.6.2.Mô hình mô phỏng và các phương án khảo sát
3. ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH
3.6.2.Mô hình mô phỏng và các phương án khảo sát
a. Mô hình mô phỏng.
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………46 46
Hình 3.10. Sơ đồ mô phỏng quá trình phanh tác động của hệ thống ABS *Giải thích mô hình:
- Nhóm các khối tạo mômen phanh:
Tín hiệu độ trượt đầu vào được so sánh với giá trị tối ưu (0,2), tuỳ theo sự
sai khác mà van áp suất đóng hay mở để tăng hoặc giảm mô men phanh đầu ra.
- Nhóm khối tính độ trượt:
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………47 47 Tín hiệu vân tốc góc bánh xe lấy từ đầu ra khối tích phân, vận tốc góc lý thuyết từ khối tỷ lệ qua khối tính toán tính ra độ trượt để đưa vào các khối tiếp theo
- Nhóm khối tính lực phanh:
Tín hiệu vào độ trượt qua khối quan hệ đường cong trượt cho ra hệ số bám φ. Hệ số bám nhân với trọng lượng bám cho ra lực bám Ff.
- Nhóm khối tính vận tốc xe.
Tín hiệu vào: lực phanh, lực cản, lực cản gió, các thông số này đưa đến bộ cộng, lực tổng hợp đưa đên bộ chia(khôi lượng ôtô.), tín hiệu đưa đên bộ
tích phân cho ra vận tốc góc bánh xe, tích phân lần hai ta có quãng đường phanh. đầu ra khối là vận tốc góc bánh xe và quãng đường phanh theo thời gian.
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………48 48
Mômen phanh và mômen do lực bám được đưa vào bộ cộng, hiệu mô
men qua bộ chia(mô men quán tích bánh xe) được gia tốc góc, tín hiệu qua bộ
tích phân được vận tốc góc bánh xe.
*Thông số đầu vào của mô hình:
-Trọng lượng của xe ôtô: G 2170Kg= ; -Mô men quán tính bánh xe: J 5Kg.m= 2;
-Hệ số bám : ( 0.5961 7.0001 ).e 5. 0.5961 + δ + − = ϕ − δ [12] -Đồ thì hàm ϕ f= ( )δ được thể hiện trên hình 3.11 Thông số khảo sát: -Các vân tốc bắt đầu phanh
- Chế độ có và không có ABS
Hình 3.11. Đường cong hệ số bám φ phụ thuộc vào độ trượt *Thông số đầu ra của mô hình
- Quãng đường phanh: Sp
- Thời gian phanh: tp - Đường cong trượt δ(t)
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………49 49
b. Các phương án khảo sát:
Quá trình phanh ôtô trên mỗi loại địa hình là một quá trình diễn ra hết sức phức tạp, trong đó mỗi đại lượng biến đổi không ngừng và phụ thuộc lẫn nhau. Vì vậy, việc đưa ra một phương án để xét đến tất cả các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phanh gặp rất nhiều khó khăn. Mặt khác phanh ôtô là một hệ thống hoàn chỉnh bao gồm ba yếu tố: Con người – thiết bị – môi trường, mà yếu tố 1 và 3 không ngừng biến đổi. Để nghiên cứu quá trình phanh người ta có thể chia ra làm nhiều phương án, giải từng trường hợp cụ thể, thậm chí cho từng loại đường cụ thể. Không ngoài mục đích nhằm đơn giản phương án khảo sát và vẫn giữ được tính tổng quát của nó. Trước khi trình bày các phương án khảo sát đề nghị chấp nhận một số giả thiết đã nêu:
+ Quá trình phanh là phanh gấp
+ Trong quá trình phanh người lái không đánh tay lái
+ Quá trình phanh diễn ra khi đã cắt ly hợp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Coi mômen phanh trên bốn bánh của ôtô là như nhau.
+ Tình trạng mặt đường, tình trạng lốp xe trên bốn bánh là như nhau + Quá trình phanh diễn ra trên đường phẳng không có độ dốc dọc và dốc ngang
Bảng 3.1. Các phương án khảo sát
PAKS Điều kiện mặt đường thí nghiệm Vo (km/h) Phanh trong trường hợp có ABS
PAKS 1.1 Trên đường bê tông nhựa 40
PAKS 1.2 Trên đường bê tông nhựa 60
PAKS 1.3 Trên đường bê tông nhựa 80
Phanh trong trường hợp không có tác động của ABS
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………50 50
Phương án khảo sát 1.1(PAKS 1.1)
Điều kiện khảo sát:
-Phanh ôtô có tác động của ABS -Vận tốc bắt đầu phanh Vo 40 Km / h=
Kết quả chạy mô hình mô phỏng:
- Quãng đường phanh nhỏ nhất SPmin- =11,12 m
- Thời gian phanh: tp = 1,61s
Các đồ thị vận tốc góc, độ trượt, quãng đường phanh theo thời gian:.
Đồ thị vận tốc góc bánh xe(PAKS 1.1):
Hình 3.12. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PA1.2)
a) Vận tốc lý thuyết; b) Vận tốc thực của bánh xe
a
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………51 51 Đồ thị độ trượtcủa bánh xe(PAKS 1.1):
Hình 3.13. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS 1.1)
Đồ thị quãng đường phanh (PAKS 1.1):
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………52 52
Nhận xét:
Kết quả khảo sát cho thấy, khi vận tốc phanh ban đầu Vo=40 Km ta nhận thấy trên hình 3.12 vận tốc góc thực tế của bánh xe giảm dần từ ωo đến 0 theo đúng qui luật quá trình phanh. Tuy nhiên, ta thấy đồ thị không phải là đường cong trơn, trong xu thế giảm dần tại một số thời điểm vận tốc góc tăng sau đó lại giảm, điều này là do sự tăng, giảm mômen phanh do sự điều khiển của ECU đóng mở các van điện từ ở các trạng thái khác nhau. Nhìn tổng thể
ta nhận thấy đường cong vận tốc góc thực của bánh xe luôn nằm phía dưới đường cong vận tốc góc lý thuyết tính từ vận tốc dài của xe. Chu kỳ dao động vận tốc của bánh xe T ≈ 0,3s. Sự dao động tăng giảm cục bộ của đường cong vận tốc có quan hệ mật thiết với sự dao động của độ trượt theo thời gian.
Trên hình 3.13 cho thấy độ trượt của bánh xe với mặt đường theo thời gian phanh. Ban đầu ta thấy độ trượt tăng tương đối chậm do lực phanh còn nhỏ và rất gần với qui luật tuyến tính, điều đó là lúc đầu mômen phanh còn nhỏ áp suất dầu cần một khoảng thời gian để tăng áp. Nhưng sau đó độ trượt tăng rất nhanh vì mômen phanh đã đủ lớn, đồng thời vận tốc quay các bánh xe giảm mạnh. Khi độ trượt lớn hơn giá trị tối ưu.(δ ≈ 0,2) thì van điện từ sẽ
được điều khiển ở trạng thái giảm áp suất dầu tại các xylanh ép do vậy mômen phanh giảm, vận tốc góc của bánh xe lại tăng lên và độ trượt giảm xuống. Khi độ trượt giảm quá giá trị tối ưu thì van điện từ được điều khiển ở
vị trí tăng áp suất dầu và mô men phanh cứ như thế quá trình lặp đi lại lặp lại. Ta thấy trong thực tế các bánh xe có mô men quán tính do đó dưới tác động của mômen phanh thì vận tốc góc cần một khoảng thời gian để thay đổi, ngoài ra trong hệ thống còn một số quá trình chuyển tiếp như quá trình ma sát, quá trình tăng áp, đó là nguyên nhân dẫn đến sự dao động của độ trượt và vân tốc góc các bánh xe. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………53 53
Phương án khảo sát 1.2(PAKS 1.2)
Điều kiện khảo sát:
-Phanh ôtô có tác động của ABS -Vận tốc bắt đầu phanh V0 =60Km h/
Kết quả chạy mô hình mô phỏng:
- Quãng đường phanh nhỏ nhất Spmin− =22,72m
- Thời gian phanh: tp =2, 25s
Các đồ thị vận tốc góc, độ trượt, quãng đường phanh:
Đồ thị vận tốc góc bánh xe(PAKS 1.2):
Hình 3.15. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS1.2);
a) Vận tốc lý thuyết; b)vận tốc thực của bánh xe
a
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………54 54 Đồ thị độ trượt của bánh xe(PAKS1.2).
Hình 3.16. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS1.1)
Đố thị quãng đường phanh: (PAKS1.2)
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………55 55
Nhận xét:
Theo kết quả khảo sát ta nhận thấy khi vận tốc bắt đầu phanh Vo = 60 Km/h, thì thời gian phanh lớn hơn, quãng đường phanh dài hơn. Số lần đóng mở van điện từ nhiều hơn do thời gian phanh lớn hơn, chu kỳ dao động nhỏ
hơn so với phương án 1.1 (PAKS 1.1)
Phương án khảo sát 1.3(PAKS 1.3)
Điều kiện khảo sát:
- Phanh ôtô có tác động của ABS -Vận tốc bắt đầu phanh V0 =80Km h/
Kết quả chạy mô hình mô phỏng:
- Quãng đường phanh nhỏ nhất Spmin− =33, 4m
- Thời gian phanh: tp=2,9s
Các đồ thị vận tốc góc, độ trượt, quãng đường phanh:
Đồ thị vận tốc góc bánh xe(PAKS 1.3):
Hình 3.18. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS 1.3)
a) Vận tốc lý thuyết; b) Vận tốc thực của bánh xe
a (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………56 56 Đồ thị độ trượt của bánh xe (PAKS 1.3).
Hình 3.19. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS 1.3)
Đồ thị quãng đường phanh(PAKS 1.3)
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………57 57
Phương án khảo sát 2.1(PAKS 2.1)
Điều kiện khảo sát:
- Phanh ôtô không có tác động của ABS -Vận tốc bắt đầu phanh
Vo 60 Km / h=
Kết quả chạy mô hình mô phỏng:
- Quãng đường phanh nhỏ nhất SPmin- =24, 46 m
- Thời gian phanh: tp = 2,77s
Các đồ thị vận tốc góc, độ trượt, quãng đường phanh:
Đồ thị vận tốc góc bánh xe(PAKS 2.1)
Hình 3.21. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS 2.1);
a) Vận tốc lý thuyêt; b) Vân tốc thực của bánh xe
a
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………58 58 Đồ thị độ trượt của bánh xe(PAKS 2.1).
Hình 3.22. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS 2.1)
Đố thị quãng đường phanh(PAKS 2.1)
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………59 59
Nhận xét:
Qua kết quả khảo sát phương án (PAKS 2.1)cho thấy khi không có tác động của hệ thống ABS đồ thị vận tốc góc của bánh xe có sự biến động mạnh. Giai đoạn đầu vận tốc giảm chậm do mômen phanh còn và lực bám còn nhỏ, đến thời điểm t≈0,65s độ trượt δ≈0,2 đồ thị có sự chuyển tiếp mạnh, vận tốc góc giảm rất nhanh và về không, vì khi đó lực bám của bánh xe với mặt đường là lớn nhất, khi t=0,7s ta thấy bánh xe bị bó cứng hoàn toàn cho đến hết thời gian phanh. Như vậy, bánh xe bị bó cứng trong khoảng thời gian khá dài, điều này có thể gây mất điều khiển của người lái và xe rất dễ bị lệch ngang.
Kết luận các phương án khảo sát lý thuyết
Để có đánh giá chính xác hiệu quả của hệ thống ABS ta so sánh hai phương án khảo sát: phương án PAKS 1.2 và phương án PAKS 2.1 khi đó cùng điều kiện khảo sát: Vo 60 Km / h= , trên cùng mặt đuờng.
Ta có kết quả hai phương án:
Phương án 1.2 (có ABS) - Quãng đường phanh nhỏ nhất: SPmin - =22, 72m
- Thời gian phanh: tp = 2, 25s
Phương án 2.1 ( không có ABS) -Quãng đường phanh nhỏ nhất SPmin - =24, 46m
- Thời gian phanh: tp = 2,77s
Như vậy, khi có tác động của hệ thống ABS sự chênh lệch các chỉ tiêu: Thời gian phanh nhỏ hơn: ∆ =t 2, 77 2, 25 0,52s− = (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quãng đường phanh nhỏ hơn: ∆ =S 24, 46 – 22, 72 1, 74 m=
Qua sự so sánh cho nhân thấy tính ưu việt của hệ thống ABS: rút ngắn
thời gian và quãng đường phanh do phát huy được vùng lực bám lớn. Ngoài
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………60 60
4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHỆM 4.1. Mục đích và phương pháp thí nghiệm
4.1.1. Mục đích thí nghiệm
Quá trình phanh xẩy ra rất phức tạp, có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng (hiệu lực) phanh. Do đó các chỉ tiêu đánh giá quá trình phanh chỉ
có thể xác định chính xác bằng phương pháp thực nghiệm khi tiến hành khảo nghiệm phanh trên đường hoặc trong phòng thí nghiệm. Thông qua khảo nghiệm phanh ta có thể nghiên cứu sự ảnh hưởng của từng yếu tố riêng rẽ
hoặc nhiều yếu tố tác động cùng một lúc lên quá trình phanh. Trên cơ sở đó có thể tìm ra các phương án thiết kế hoặc cải tiến hệ thống phanh được tốt hơn, hoàn thiện hơn và tìm ra các chế độ sử dụng phanh cho thích hợp. Đồng thời cũng thông qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm ta đem so sánh, kiểm chứng và kết hợp với kết quả nghiên cứu lý thuyết để rút ra những kết luận chính xác nhất. Ngoài ra, trong qúa trình nghiên cứu lý thuyết chúng ta không thể xét hết các yếu tố tác động của ngoại cảnh.
4.1.2. Phương pháp thí nghiệm.
a. Phương tiện và thiết bị thí nghiệm.
Với mục đích thí nghiệm nêu trên, tác giả đã sử dụng các phương tiện và thiết bị sau:
* Phần mềm DASYLab.
DASYLab là phần mềm thu thập xử lý số liệu rất đa năng, sử dụng dễ
dàng và thuận tiện. Các phép tính, thuật toán được tích hợp trên các mô đun chỉ việc lấy ra từ thư viện và kết nối chúng lại với nhau thành một chuỗi các mô đun gọi là Worksheet để thực hiện công việc mà người sử dụng yêu cầu. Trước khi dữ liệu được đưa vào máy tính sử dụng phần mềm
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………61 61 DASYLab để xử lý cần qua một thiết bị chuyển đổi Analog - Digital thường gọi thiết bị này là Card A/D .
Thông qua Card chuyển đổi A/D, tất cả các tín hiệu ra của các thiết bị
đo đều được đưa vào máy tính có cài đặt phần mềm thu thập và xử lý số liệu DASYLab 7.0. Đây là một phần mềm mạnh và tiên tiến với rất nhiều module chức năng sẵn có, cho phép thu thập và xử lý sơ bộ cũng như hiển thị các kết quả thí nghiệm đo lường.
* Thiết bị đo vận tốc
Sensor tốc độ V1– Datron do CHLB Đức chế tạo, được thiết kếở dạng sensor vận tốc hoạt đông theo nguyên lý quang học, trọng lượng nhẹ, chắc chắn, thuận tiện trong gá lắp, dùng để đo vận tốc theo phương dọc và ngang của xe được kiểm tra. Kết cấu tế bào quang điện kép phát ra hai tín hiệu véc tơ chuyển vị tương đối. Sau đó các giá trị đó sẽ được tính toán nhờ bộ phần mềm sử lý dữ liệu.
+ Chuyển vị dọc (tín hiệu xung) + Chuyển vị ngang (tín hiệu xung) + Vận tốc ngang (tín hiệu tương tự) + Vận tốc dọc (tín hiệu tương tự)
+ Vận tốc quay thưc tế các bánh (tín hiệu số) Trên cơ sở vận tốc dọc ta có:
+ Tốc độ dọc (tín hiệu tương tự)
Bộ gom Datron Davit- Bus cho phép kết nối trực tiếp với máy tính xử lý số
liệu. Một phần mềm để hiệu chuẩn và setup sensor kèm theo các khả năng sau: + Tự động nhận biết sensor.
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……….. ………62 62 + Hiệu chuẩn các tín hiệu ra dạng số và tương tự.
+ Giao diện trực tiếp với một bề mặt chắn tia tế bào quang điện khi hiệu chỉnh khoảng cách.
+ Tự động kiểm tra chức năng sensor.
+ Hiện thị trực tiếp các giá trị đo bằng đồ thị.
Nguyên lý làm việc: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sensor Datron - V1 áp dụng nguyên về sự tương quan quang học. Hình
ảnh của bề mặt nhám (mặt đường) được chiếu xuyên qua một thấu kính nằm trên lưới của các mảng điốt được sắp xếp ở những khoảng bằng nhau .
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Sensor −−−− V1
Dòng điện quang của các mảng điốt có một tần số xác định, tỷ lệ với vận tốc tương đối của mảng điốt so với bề mặt đường.
Khi tín hiệu được xử lý phù hợp thì khoảng cách dịch chuyển có thể
a |V| Hệ thống xử lý Khuếch đại/Bộ lọc Mảng 2 Mảng 1 Mặt đường Tín hiệu ra Mặt hội tụ Gương phản chiếu