Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả phanh

 Motor điện (DC motor)

Cơ chế phanh nêm điện tử cần một DC motor có thể quay cả theo hướng trái và phải để điều khiển piston của EWB được kết nối với cơ chế nêm thứ hai. Dựa trên yêu cầu này, mạch H-Bridge được đề xuất để cung cấp và kiểm soát xoay vòng DC motor ở cả hai hướng. Mạch này có thể được phát triển bằng cách sử dụng 2 bộ MOSFET sẽ hoạt động như một công tắc.

Hình 3.2.1: Mạch H-Bridge Trong đó, M là motor điện một chiều được ký hiệu là DC motor.

Cơ chế trình điều khiển H –Bridge[5] hoạt động khi hai MOSFET (S1 và S4) được mở và hai MOSFET khác (S2 và S3) bị tắt. Hệ thống này sẽ cho phép dòng qua DC motor từ S1 đến S4 và xoay DC motor sang hướng về phía trước. Để xoay motor theo chiều ngược lại, việc chuyển mạch MOSFET sẽ hoạt động theo hướng ngược lại bằng cách bật S2 và S3 và tắt S1 và S4. Các MOSFET có thể được bật/tắt bằng cách cung cấp điện áp cho "GATE" được gọi là chuyển đổi MOSFET kích hoạt, trong khi các diode chức năng như là EMF quay lại bảo vệ và được tạo ra bởi DC motor trong mạch H –Bridge. Trước khi phát triển mạch điều khiển động cơ, cần xác định yêu cầu hiện tại cho DC motor. Các thành phần thích hợp có thể được xác định dựa trên yêu cầu hiện tại của DC motor. Trong nghiên

cứu này, các thông số kỹ thuật của DC motor được cho bên dưới, được sử dụng để điều khiển EWB tạo ra sự quay đầu vào.

Thông số kỹ thuật của DC motor (cho mô hình thử nghiệm) Điện áp giới hạn:12 V

Công suất: 50 W

Dòng giới hạn: 1.0 - 1.5 A Tốc độ cao: 70-75 rpm Tốc độ thấp: 50 rpm Mô men làm việc: 5 Nm Mô men phanh: 26 Nm

Cường độ dòng điện cũng có thể thu được từ công thức : I=P/U(A) (1) Trong đó, P = công suất (W) và U =điện áp (V).

Dựa trên phương trình (1), yêu cầu về cường độ dòng điện cho DC motor có thể được xác định. Do đó, một MOSFET thích hợp như IRF 1404 và IRF 4905 được sử dụng cho thành phần chuyển mạch của H-Bridge. Các MOSFETs là kênh N tốc độ cao và kênh P thích hợp cho ứng dụng ô tô. Dòng cho phép lớn nhất của MOSFET là 202A với công suất tản nhiệt 333W và cũng có sẵn trên thị trường. Các MOSFET này được kết hợp với tốc độ chuyển mạch nhanh, thiết bị rất hiệu quả và đáng tin cậy, do đó thích hợp cho các ứng dụng ô tô.

 Góc nêm tối ưu

Hình 3.2.2: Phân tích lực phanh cơ điện – phanh nêm điện tử EWB Trong đó

 w là góc của nêm

 Fr là lực ma sát nêm xảy ra giữa các nêm bên trong và bên ngoài

 Fm là lực ép của motor

 μ là hệ số ma sát của má phanh

 Fn , Fc là lực ép của má phanh hai bên vào đĩa phanh

  là tốc độ góc của bánh xe

 Fb là lực phanh

Giả sử lực đẩy của motor được chia đều cho cả hai mặt của nêm và các lực tác động lên nêm trái giống như trên nêm phải, mối quan hệ giữa lực đẩy, lực ma sát, lực kẹp và lực phanh vào đĩa cho cả hai mặt của nêm được cho bởi:

0, y F   (3.1) Fm  Fr sinw Fb 0, (3.2) Từ (2) suy ra: Fr sinw  (Fb Fm). (3.3) Tổng lực the phương x: Fx 0, (3.4) Fr cosw Fn 0, (3.5) Từ (5) suy ra: Fr cosw  Fn. (3.6)

Bằng cách lấy phương (3) chia cho phương trình (6), từ đây suy ra lực tại nêm có định nghĩa như sau :

tan b m . n F F F     (3.7)

Ta có Fn  Fc do đó Fb Fc , thế vào phương trình tương đương (7) ta được :

Fc tanw  Fm Fc (3.8) Hay w tan m c c F F F       (3.9)

Hình 3.2.3: Mối quan hệ giữa lực kẹp và góc nêm

Như thể hiện trong hình 3.2.3, mối quan hệ giữa lực kẹp và góc nêm có thể được mô tả bằng cách sử dụng phương trình (3.8) bằng giả sử Fm là 500 N và μ là 0.25 (theo phanh

đã chọn). Có thể thấy rằng góc quan trọng của nêm là khoảng 14.03° bằng tanαw = μ. Trong điều kiện này, lực kẹp tự tạo ra do ma sát giữa các nêm vào đĩa phanh. Nếu góc nêm nhỏ hơn góc nghiêng, nó sẽ làm cho bộ truyền động làm việc nhiều hơn để đẩy nêm. Khi má phanh và đĩa phanh tiếp xúc nhau, lực phanh được sinh ra lớn hơn lực phanh ban đầu do cơ cấu dẫn động sinh ra và gây ra lực kéo lớn là vì cần để nhả cái nêm. Do đó góc nêm tối ưu được chọn là 15° để đảm bảo lực kẹp lớn hơn có thể được tạo ra, dễ kiểm soát và ngăn không cho nêm bị kẹt. Có thể kiểm tra hiệu quả của góc nêm được chọn bằng cách đưa ra lực động cơ yêu cầu bằng cách thay đổi hệ số ma sát. Hình 3.2.3 thu được bằng cách giả sử lực kẹp là 46 kN và thay đổi hệ số ma sát từ 0.25 đến 0.35. Từ hình này, có thể thấy rằng lực động cơ 1 kN được yêu cầu để tạo ra lực kẹp mong muốn ở điều kiện ban đầu. Trong khi ở hệ số ma sát 0.267, sự tự gia cố sẽ tồn tại. Do đó, không có lực động cơ là cần thiết. Khác với điều đó, khi hệ số ma sát tăng, lực cơ học trở nên âm. Việc chuyển từ lực dương sang lực âm chỉ ra rằng khi cơ chế đang làm việc để duy trì lực kẹp yêu cầu bằng cách thay đổi hệ số ma sát. Vậy người ta dựa nào góc tối ưu để thiết kế phanh.

Hình 3.2.4: Mối quan hệ giữa lực motor phanh và hệ số ma sát

Như vậy, ta chọn DC motor 12V loại motor bước cho phù hợp với điện áp bình cho dễ, momen xoắn lớn phù hợp với lực chúng ta cần thiết để phanh xe.