3.3.1 Xy lanh chính
Người lái đạp bàn đạp phanh, bàn đạp dịch chuyển tác động tới bầu trợ lực và ở đầu ra có lực Fmctác động vào pít tông xy lanh chính, làm cho nó dịch chuyển. Mô hình mô phỏng các đại lượng vật lý của xy lanh chính trong hình vẽ
Hình 41 : Mô hình mô phỏng xy lanh chính.
Độ dịch chuyển X1 của pít tông xy lanh chính được xác định từ phương trình chuyển động: m1. X1 = Fmc- P1.Amc- Fms1 (3.1) Fms1 = µ.X1; Fms2 = µ. m2 . = Fmc - P2.Amc – Fms2 ⇒ X1= 2 1 1 1 ) . ( 1 dt F A P F m mc mc ms ∫∫ − − (3.2) (3.3) Trong đó: - m1 : khối lượng pít tông sơ cấp của xy lanh chính (kg)
- m2 : khối lượng pít tông thứ cấp của xy lanh chính (kg)
- Fmc : lực của bộ trợ lực tác động vào pít tông xy lanh chính (N) - P1: áp suất dầu trong khoang sơ cấp xy lanh chính (N/m2
) - P2: áp suất dầu trong khoang thứ cấp xy lanh chính (N/m2
) - Amc: diện tích bề mặt làm việc của pít tông (m2
)
- Fms1: lực ma sát nhớt giữa pít tông sơ cấp với thành xy lanh (N ) - Fms2: lực ma sát nhớt giữa pít tông thứ cấp với thành xy lanh (N ) - µ: hệ số cản nhớt của dầu (Kgm/s)
Lưu lượng dầu Q1 từ xy lanh chính chảy đến cụm van 1 của cơ cấu chấp hành ABS được xác định: Q1= Amc. . 1 X + Qb (3.4) Qb =QT1 +QT2 www.oto-hui.com
Lưu lượng dầu Q2 từ xy lanh chính chảy đến cụm van 2 của cơ cấu chấp hành ABS được xác định:
Q2= Amc + Qb (3.5)
Trong đó :
-X1: vận tốc dịch chuyển của pít tông sơ cấp xy lanh chính (m) - : vận tốc dịch chuyển của pít tong thứ cấp xy lanh chính (m) - Qb: lưu lượng dầu bù do bơm chuyển về từ thùng chứa dầu hồi (m3
/s)
- Q1T: lưu lượng dầu chảy qua van về thùng chứa dầu hồi của cơ cấu chấp hành bánh trước bên trái
- Q2T : lưu lượng dầu chảy qua van về thùng chứa dầu hồi của cơ cấu chấp hành bánh sau bên phải
* Áp suất dầu trong khoang sơ cấp xy lanh chính được xác định:
P1 = (Q Q Q )dt V
K
∫ 1 − 11− 12 (3.6)
*Áp suất dầu trong khoang thứ cấp xy lanh chính được xác định:
P2= (Q Q Q )dt V
K
∫ 2 − 21− 22 (3.7)
Trong đó:
- K: môđun đàn hồi của dầu phanh,kể ảnh hưởng độ cứng của đường ống dẫn K=2.109
(N/m2) - V: thể tích làm việc của xy lanh chính kể cả thể tích của đường ống và phần không gian của van điều khiển nối chung vói nó (m3
)
V=Vk1+ VR1+ Vvan (3.8)
Với Vk1 là thể tích công tác của xy lanh chính (m3
)
Vk1 = Amc. lxl (3.9)
Trong đó :
lxl : chiều dài làm việc của pít tông trong xy lanh chính.
VR1: thể tích đoạn đường ống nối từ xy lanh chính đến van điều khiển được xác định VR1= 4 .D2l1 π (m3) (3.10) Trong đó : - D: đường kính ống dẫn dầu (m ) - l1: chiều dài ống dẫn dầu (m ) - Vvan: thể tích của van (m3
)
Như vậy, mô hình mô phỏng khối “xy lanh chính” dẫn động dòng 2 gồm :
- Đầu vào của khối gồm:
+ Fmc lực của bộ trợ lực tác động vào pít tông xy lanh chính (N); + P1 áp suất dầu trong khoang sơ cấp xy lanh chính (N/m2
). + P2 áp suất dầu trong khoang thứ cấp xy lanh chính (N/m2
).
- Đầu ra của khối gồm:
+ Q1 lưu lượng dầu từ khoang sơ cấp xy lanh chính chảy đến cụm van 1 của cơ cấu chấp hành ABS (m3
/s);
+ lưu lượng dầu từ khoang thứ cấp xy lanh chính chảy đến cụm van 2 của cơ cấu chấp hành ABS (m3
/s);
- X1 độ dịch chuyển của pít tông sơ cấp xi lanh chính (m); - X2 độ dịch chuyển của pít tông thứ cấp xi lanh chính (m);
3.3.2. Khối cụm van điều khiển(ABS)
Khối cụm van điều khiển (cơ cấu chấp hành của ABS) gồm 2 khối con, tương ứng là cụm van 1 và cụm van 2, mỗi cụm nằm trên 1 dòng dẫn động mô phanh riêng biệt nhưng điều khiển theo nguyên lý hoàn toàn tương tự nhau. Trong mô hình mô phỏng, chỉ xét quá trình điều khiển cụm van 1, điều khiển bánh cơ cấu phanh bánh trước bên trái và bánh sau bên phải.
Lưu lượng dầu Q1 từ xy lanh chính theo dòng phanh thứ nhất qua cụm van 1 được đẩy đến cơ cấu phanh bánh xe theo hai nhánh:
- Nhánh 1 đến xy lanh công tác của cơ cấu phanh bánh trước bên tráilưu lượng Q11, tại đây áp suất dầu sinh ra là Pxl1.
- Nhánh 2 đến xy lanh công tác của cơ cấu phanh bánh sau bên phải lưu lượng Q12, tại đây áp suất dầu sinh ra là Pxl2.
Phương trình mô tả các đại lượng như sau:
Lưu lượng dầu từ van điều khiển đến xy lanh công tác của cơ cấu phanh tuỳ theo trạng thái làm việc của van điều khiển tăng áp và được điều khiển bởi ECU. Được xác định:
Q11= Qd.δ. d xl P P P ∆ − 1 1 (m3/s ) (3.11) Trong đó:
- Qd: lưu lượng danh nghĩa của van điều khiển (m3
/s). - δ: hệ số thể hiện sự đóng mở của van điều khiển . - ∆Pd: độ chênh áp danh nghĩa của van điều khiển (N/m2
); - P1: áp suất dầu ở phía trước van điều khiển (N/m2
); - Pxl1: áp suất tại xy lanh công tác bánh trước trái (N/m2).
Q12= Qd.δ. d xl P P P ∆ − 2 1 (m3/s ) (3.12)
- Pxl2: áp suất tại xy lanh công tác bánh sau phải (N/m2)
Lưu lượng dầu chảy qua van giảm áp về thùng chứa dầu hồi cơ cấu phanh chấp hành bánh trước bên trái là Q1T, bánh sau bên phải là Q2T phụ thuộc vào trạng thái làm việc của van điều khiển. Được xác định:
Q1T= Qd.δ. d T xl P P P ∆ − 1 (m3/s ) (3.13) Q2T= Qd.δ. d T xl P P P ∆ − 2 (3.14)
- PT: áp suất của thùng chứa dầu hồi, để đơn giản ta chọn PT= 0.
Lưu lượng dầu chảy qua van không đáp ứng tức thời với tín hiệu điều khiển van do sự quán tính của van và của chất lỏng. Ở đây ta giả thiết tổng số thời gian của cụm van là T = 0,003 (giây).
Lưu lượng dầu Q2 từ xy lanh chính theo dòng phanh thứ nhất qua cụm van 2 được đẩy đến cơ cấu phanh bánh xe theo hai nhánh:
- Nhánh 1 đến xy lanh công tác của cơ cấu phanh bánh trước bên phải lưu lượng Q21, tại đây áp suất dầu sinh ra là Pxl3.
- Nhánh 2 đến xy lanh công tác của cơ cấu phanh bánh sau bên trái lưu lượng Q22, tại đây áp suất dầu sinh ra là Pxl4.
Phương trình mô tả các đại lượng như sau:
Lưu lượng dầu từ van điều khiển đến xy lanh công tác của cơ cấu phanh tuỳ theo trạng thái làm việc của van điều khiển tăng áp và được điều khiển bởi ECU. Được xác định:
Q21= Qd.δ. (m3/s ) (3.15) Trong đó:
- Qd: lưu lượng danh nghĩa của van điều khiển (m3
/s). - δ: hệ số thể hiện sự đóng mở của van điều khiển . - ∆Pd: độ chênh áp danh nghĩa của van điều khiển (N/m2
); - P2: áp suất dầu ở phía trước van điều khiển (N/m2
); - Pxl3: áp suất tại xy lanh công tác bánh trước phải (N/m2).
Q22= Qd.δ. (m3/s ) (3.16) - Pxl4: áp suất tại xy lanh công tác bánh sau trái (N/m2)
Lưu lượng dầu chảy qua van giảm áp về thùng chứa dầu hồi cơ cấu phanh chấp hành bánh trước bên phải là Q3T, bánh sau bên trái là Q4T phụ thuộc vào trạng thái làm việc của van điều khiển. Được xác định:
Q3T= Qd.δ. (m3/s ) (3.17)
Q4T= Qd.δ. (m3/s ) (3.18) Như vậy, mô hình mô phỏng khối “van điều khiển” gồm:
- Đầu vào của khối :
+ Các tín hiệu điều khiển van tăng áp, giảm áp từ bộ điều khiển ECU: + Q1: lưu lượng dầu từ xy lanh chính tới cụm van 1;
+ Q2: lưu lượng dầu từ xy lanh chính tới cụm van 2;
+ Pxl1, Pxl2 : áp suất tại xy lanh công tác cơ phanh bánh trước bên trái và bánh sau bên phải;
+ Pxl3 , Pxl4 : áp suất tại xy lanh công tác cơ phanh bánh trước bên phải và bánh sau bên trái + PT: áp suất của thùng chứa dầu hồi.
- Đầu ra của khối gồm:
+ P1: áp suất của dầu ở trước van 1(được coi bằng áp suất trong xylanh chính) + P2: áp suất của dầu ở trước van 2(được coi bằng áp suất trong xylanh chính)
+ Q11 : lưu lượng dầu chảy qua van tới xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe trước bên trái . + Q12: lưu lượng dầu chảy qua van tới xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe sau bên phải. + Q21 : lưu lượng dầu chảy qua van tới xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe trước bên phải .+ Q22: lưu lượng dầu chảy qua van tới xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe sau bên trái. - Q1T: lưu lượng dầu chảy qua van về thùng chứa dầu hồi của cơ cấu chấp hành bánh trước bên trái
- Q2T : lưu lượng dầu chảy qua van về thùng chứa dầu hồi của cơ cấu chấp hành bánh sau bên phải
- Q3T: lưu lượng dầu chảy qua van về thùng chứa dầu hồi của cơ cấu chấp hành bánh trước bên phải
- Q4T : lưu lượng dầu chảy qua van về thùng chứa dầu hồi của cơ cấu chấp hành bánh sau bên trái
Sơ đồ mô phỏng thể hiện trong hình 42
Hình 42 : Sơ đồ cụm van điều khiển áp suất dầu cơ cấu phanh
3.3.3. Khối cơ cấu phanh bánh xe
Khối cơ cấu phanh bánh xe dẫn động thuỷ lực thường được chia làm 2 loại: cơ cấu phanh đĩa hay cơ cấu phanh guốc. Cơ cấu phanh phanh đĩa gồm xy lanh công tác và má phanh, đĩa phanh; cơ cấu phanh guốc gồm xy lanh công tác và guốc phanh, trang trống phanh. Trên mô hình mô phỏng ta xét cơ cấu phanh đĩa(hình 43)
a) Mô hình mô phỏng xy lanh công tác 1(CT1)
Xét quá trình vật lý xảy ra tại xy lanh công tác của cơ cấu phanh bánh trước bên trái, thuộc dòng phanh thứ nhất, nhánh thứ nhất.
Tại xy lanh công tác khi có lưu lượng Q11 chảy vào làm áp suất tăng lên và tạo áp lực lên pít tông xy lanh công tác, làm cho nó có xu hướng dịch chuyển. Gọi x1 là độ dịch chuyển của pít tông xy lanh công tác để ép má phanh ép chặt vào đĩa phanh. Do mỗi mỗi cơ cấu phanh có hai má phanh nên tổng dịch chuyển của pít tông là 2x1. Áp suất trong xy lanh công tác bánh trước bên trái Pxl1 được xác định:
Pxl1= 11 1 1 01 1 ) 2 . (Q S x Q dt P V K T xlt xl + − − ∫ (3.19) Vxl1= VR1+ V_xlt (3.20) (3.21) V_xlt= t t l d . 4 . 2 π (3.22) Sxlt= 4 .dt2 π (3.23) www.oto-hui.com
Trong đó:
- Vxl1: tổng thể tích của đường ống dẫn dầu đến xy lanh công tác và thể tích của khoang xy lanh công tác bánh xe trước bên trái (m3
) .
- VR1: thể tích đường ống dẫn dầu từ van điều khiển tới xy lanh công tác bánh xe cầu trước bên trái (m3
)
- D, l1: đường kính, chiều dài đường ống dẫn từ van điều khiển đến xy lanh công tác trước bên trái (m)
- V_xlt : thể tích khoang xy lanh công tác (m3 );
- dt , lt: đường kính, chiều dài xy lanh công tác cơ cấu phanh trước (m); - Sxlt: diện tích làm việc của pít tông xy lanh công tác cơ cấu phanh trước (m2
); - x1: độ dịch chuyển của píttông XLCTcơ cấu phanh bánh xe trước bên trái (m); - P01: áp suất ban đầu của dầu trong xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe trước bên trái (N/m2).
Phương trình xác định chuyển động của pít tông xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe trước bên trái:
(3.24) Ft=k(x1 - x0) = ( xl xlt t ms ) xlt F F S P m1 1. − − X1= ( ) 2 01 1. 1 x dt F F S P mxlt xl xlt − t − ms + ∫∫ (3.25) Trong đó:
- mxlt: khối lượng píttông xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe trước (kg); - Ft: lực cản chuyển động do má phanh tác dụng ngược trở lại pít tông (N); - x01: độ dịch chuyển ban đầu của pít tông xy lanh công tác để khắc phục khe hở giữa hai má phanh với đĩa phanh của cơ cấu phanh (m);
- k: độ cứng của vật liệu làm má phanh (N/m2
); - Fms: lực cản nhớt của dầu (N );
- µ: hệ số cản nhớt của dầu (Kgm/s).
Khi pít tông xi lanh công tác cơ cấu phanh mới bắt đầu dịch chuyển (x1 ≤ x0) thì lực
0
≈
t
F là rất nhỏ (tương đương lực của lò xo hồi vị) ta có thể bỏ qua. Pít tông xi lanh công tác tiếp tục dịch chuyển và khi x1 >x0, thì má phanh bắt đầu biến dạng do ép chặt vào đĩa phanh.
Như vậy, để điểu khiển sự tăng mô men phanh ở bánh xe, người ta điều khiển lưu lượng dầu từ cụm van điều khiển (cơ cấu chấp hành của ABS) đến xi lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe.
Mô hình mô phỏng “ xi lanh công tác 1” gồm: - Đầu vào của khối:
+ Q11lưu lượng dầu chảy qua van điều khiển tới cơ cấu phanh bánh xe phía trước bên trái
+ Q1Tlưu lượng dầu chảy qua van về thùng chứa dầu hồi của cơ cấu chấp hành bánh trước bên trái.
- Đầu ra của khối:
+ Pxl1 áp suất tại xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe phía trước bên trái. + MpTt là mômen phanh bánh xe phía trước bên trái
Sơ đồ mô phỏng thể hiện trong hình 44
Hình 44 : Sơ đồ mô phỏng xilanh công tác 1
b) Mô hình mô phỏng xy lanh công tác 2 (CT2)
Quá trình vật lý xảy ra tại xy lanh công tác của cơ cấu phanh bánh xe sau bên phải, thuộc dòng phanh thứ nhất, nhánh thứ hai tương tự như xy lanh công tác 1.Ta có:
(3.26) Vxl2 = VR2+ V_xls (3.27) VR2= 2 2 . 4 . l D π (3.28) V_xls= s s l d . 4 . 2 π (3.29) Sxls= 4 .ds2 π (3.30) Trong đó :
- Vxl2: tổng thể tích của đường ống dẫn dầu đến xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe sau và thể tích của khoang xy lanh công tác.
- VR2: là thể tích đường ống dẫn dầu từ van điều khiển tới XLCT phanh bánh sau phải (m3 ); - D; l2: đường kính, chiều dài đường ống dẫn từ van điều khiển đến xy lanh công tác (m); - V_xls : là thể tích khoang xy lanh công tác (m3
);
- ds , ls: đường kính, chiều dài ban đầu xy lanh công tác cầu sau (m); - Sxls: diện tích làm việc của pít tông xy lanh công tác cầu sau (m2
); - x2: độ dịch chuyển của pít tông xy lanh công tác bánh sau bên phải (m);
- P02: áp suất ban đầu của dầu trong xy lanh công táccơ cấu phanh bánh sau bên phải(N/m2). Phương trình xác định chuyển động của pít tông xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh sau bên phải:
(3.31) và Fs = k (x2 - x0) = ( xl xls s ms) xls F F S P m1 2. − − = ( ) 2 02 2. 1 x dt F F S P mxls xl xls − s − ms + ∫∫ (3.32) www.oto-hui.com
Trong đó:
mxls: khối lượng pít tông xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe cầu sau (kg); Fs: lực cản chuyển động do má phanh tác dụng ngược trở lại pít tông (N);
x02: độ dịch chuyểnban đầu của pít tông xy lanh công tác để khắc phục khe hở giữa hai má phanh với đĩa phanh của cơ cấu phanh (m);
k: độ cứng của vật liệu làm má phanh (N/m2
); Fms: lực cản nhớt của dầu (N);
µ: hệ số cản nhớt của dầu (Kgm/s)
* Như vậy, mô hình mô phỏng “khối xi lanh công tác 2” gồm: - Đầu vào của khối:
+ Q12lưu lượng dầu qua van điều khiển tới cơ cấu phanh bánh sau bên phải - Đầu ra của khối:
+ Pxl2 áp suất tại xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh sau bên phải; + MpSp là mômen phanh bánh sau bên phải
* Sơ đồ mô phỏng thể hiện trong hình 45
Hình 45 : Sơ đồ mô phỏng xilanh công tác 2
c) Mô hình mô phỏng xy lanh công tác 3 (CT3)
Quá trình vật lý xảy ra tại xy lanh công tác của cơ cấu phanh bánh xe trước bên