Lực phanh riêng

Giả sử hệ số ma sát 1 và 2 lần lượt ở cầu trước và cầu sau, lực phanh

riêng là: 1 1. 1 x z F  F  (2.5) 2 2. 2 x z F  F 

Bỏ qua lực cản và lực cản lăn, người ta thấy rằng tổng của chúng là lực giảm tốc đối với khối lượng xe.

1 2 . x

x x

F  F  m a (2.6)

Khi phanh, các hệ số ma sát, 1 và 2 đều âm. Nếu sử dụng độ bám như

nhau ở cả hai trục (1 = 2 ), thì phương trình (2.3) và (2.5) dẫn đến 1 =2

= ax / g (ax < 0) và lực phân bổ phanh 'lý tưởng' là:

1 . [ .( 1) . ] / ( . ) x x x F  m a g L l  h a g L (2.7) 2 . [ .1 . ] / ( . ) x x x F  m a g l  h a g L (2.8)

Tất nhiên, mỗi trạng thái tải của xe đều yêu cầu sự phân bổ lực phanh lý tưởng riêng. Các phương trình (2.7) và (2.8) có thể được viết lại theo cách sau:

1 . 1 . x. x z h F F m a L          (2.9)

2 . 2 . x. x z h F F m a L          (2.10) 2.2.4. Khoảng cách dừng

Nếu sự giảm tốc -ax, được giữ không đổi thì thời gian cho một phương trình thay đổi vận tốc của xe (2.11), và quãng đường đi được s trong quá trình thay đổi vận tốc (2.12) được biểu thị như sau:

0 ( )t (t ) ( 0). x V  V  t  t a (2.11) 0 0 2 ( ) ( ) 0 ( ) 0 1 ( ). .( ) . 2 t t t x s  s  t t V  t  t a (2.12)

Nếu chúng ta thay V(t0) = Vin, trong Phương trình (2.11) và (2.12) cho dừng tại thời điểm ts thì biểu thức cho kết quả:

0 (t ) 0 s 0 in x V V t t a     (2.13) 0 0 2 2 2 ( ) ( ) ( ) x x x 1 1 . . 2 2 in in in t t t V V V s s s a a a      (2.14)

Tuy nhiên, khoảng cách dừng có thể được tính theo Công thức (2.13), trong đó lực giảm tốc dọc, khối lượng xe và hệ số ma sát được liên kết với nhau. Trong trường hợp Vf = 0, khoảng cách dừng mang lại:

2 2 2 2 2 , 2 . . 2 2 . . 2 . in f in in in x to t x V V V V V m m s F  m g  g a                  (2.15) Trong đó: s = khoảng cách dừng lại , x to t F = tổng tất cả các lực giảm tốc dọc lên xe Vin, = vận tốc ban đầu Vf = vận tốc cuối cùng

Các phương trình đã trình bày chỉ ra rằng thời gian dừng lại tỷ lệ thuận với vận tốc của xe và quãng đường dừng lại tỷ lệ với bình phương vận tốc của xe nếu giảm tốc là hằng số.

2.3 Cơ sở lý thuyết về điều hòa lực phanh

Để hiệu quả phanh đạt giá trị cao nhất thì lực phanh sinh ra ở các bánh xe trước Fx1 và bánh xe sau Fx2 theo phương trình 2.16.

x 1 1 2 1 ( ) . . x F L l h F l h       (2.16)

Và mô men phanh ở bánh xe trước Mx1 và bánh xe sau Mx2 được biểu thị trong phương trình 2.17. x2 1 1 1 . ( ) . x M l h M L l h       (2.17)

Trên đồ thị mô men phanh hình 2.7, đường đậm nét ứng với lúc đầy tải và đường đứt nét ứng với lúc không tải.

Hình 2. 7 Đồ thị chỉ quan hệ giữa momen phanh với hệ số bám

Mô men phanh ở bánh xe tỷ lệ thuận với áp suất trong dẫn động phanh theo phương trình 2.18.

Mx1 = k1.p1dđ

(2.18) Mx2 = k2.p2dđ

Trong đó

p1dđ - áp suất trong dẫn động ở cơ cấu phanh trước.

p2dđ - áp suất trong dẫn động ở cơ cấu phanh sau.

k1 và k2 - hệ số tỷ lệ tương ứng với phanh trước và phanh sau.

Để đảm bảo phanh lý tưởng thì áp suất dẫn động ra cơ cấu phanh trước p1dđ và áp suất dẫn động ra cơ cấu phanh sau p2dđ cần thỏa mãn điều kiện [1]:

2 d d 1 2 1d d 1 1 . . x x p k M p k M  (2.19)

Bộ điều hoà lực phanh đảm bảo cho áp suất dẫn động ra phanh trước và phanh sau theo quan hệ gần sát với đường đặc tính lý tưởng, làm cho cơ cấu phanh không bị bó cứng, do đó tăng được hiệu quả phanh.

2.4 Chống bó cứng bánh xe (ABS)

Trong quá trình phanh sẽ có sự trượt tương đối λ0 giữa bánh xe với mặt đường. Bộ chống bó cứng bánh xe khi phanh giữ cho bánh xe ở độ trượt thay đổi trong phạm vi hẹp xung quanh giá trị λ0 trong suốt quá trình phanh và thực hiện bằng cách điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh dẫn tới các bánh xe p1dđ và p2dđ [1].

Các hệ thống chống bó cứng bánh xe sử dụng các nguyên lý điều chỉnh như sau:

- Điều chỉnh theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh

- Điều chỉnh theo giá trị độ trượt cho trước

- Điều chỉnh theo giá trị của vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó.

Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe ngày nay thường dùng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo gia tốc chậm dần của bánh xe và ở các bánh xe có cảm biến vận tốc góc [1].

2.5 Giản đồ phanh và chỉ tiêu thực tế

Giản đồ phanh là đồ thị chỉ mối quan hệ giữa lực phanh PP (hoặc mô men phanh MP) với thời gian phanh t, hình 2.8.

Hình 2. 8 Giản đồ phanh

Điểm O là lúc người lái nhìn thấy chướng ngại vật và nhận thức cần phải phanh.

t1 - thời gian phản xạ của người lái từ khi bắt đầu thấy chướng ngại vật tới khi tác dụng vào bàn đạp phanh, thời gian này phụ thuộc vào trình độ của người lái xe.

Thời gian t1 thường nằm trong giới hạn từ 0,3 ÷ 0,8s

t2 - Thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh, tức là từ lúc người lái bắt đầu tác dụng vào bàn đạp phanh tới khi má phanh áp sát vào trống phanh. Với phanh dầu t2 = 0,03s và đối với phanh khí t2 = 0,3s

t3 - Thời gian tăng lực phanh hoặc tăng gia tốc chậm dần. Với phanh dầu t3 = 0,2s và đối với phanh khí t3 = 0,5 ÷ 1s

t4 - Thời gian phanh hoàn toàn ứng với lực phanh cực đại. Trong thời gian này lực phanh PP và gia tốc chậm dần j có giá trị không đổi.

t5 - Thời gian nhả phanh, lực phanh giảm đến không. Với phanh dầu t5 = 0,2s và đối với phanh khí t5 = 1,5 ÷ 2s

Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh ứng với chế độ kiểm tra khi ô tô chạy không tải trên đường nhựa khô nằm ngang, vận tốc bắt đầu phanh là 8,33 m/s ( ≈ 30 km/h) [1].

Bảng 2. 1 Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (Bộ GTVTVN, 1995)

Loại ô tô Quãng

đường phanh (m) (<)

Gia tốc chậm dần cực đại

(m/s2) (>)

Ô tô con và các ô tô khác thiết kế trên cơ sở ô tô con

7.2 5.8

Ô tô tải trọng lượng toàn bộ nhỏ hơn 80kN (8000kg) và ô tô khác có chiều dài không quá 7.5m

9.5 5.0

Ô tô tải hoặc đoàn xe có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 80kN và ô tô khách có chiều dài lớn hơn 7.5m

11 4.2

2.6 Kết luận chương 2

Nguyên lý hoạt động của ABS là nhờ vào các cảm biến tốc độ trên từng bánh xe, gửi thông tin về cho bộ điều khiển ABS và từ đó bộ điều khiển ABS sẽ nắm bắt được vận tốc quay trên từng bánh xe và phát hiện ngay tức khắc khi bánh xe nào có hiện tượng bị “bó cứng” khi người lái đạp phanh đột ngột, dẫn tới hiện tượng bị trượt khỏi mặt đường.

Cơ sở lý thuyết của hệ thống phanh dựa trên phân tích động lực học của xe trong quá trình phanh rồi đưa ra được bốn tiêu chí đánh giá chất lượng phanh

bao gồm: quãng đường phanh, thời gian phanh, gia tốc chậm dần khi phanh và lực phanh. Trong quá trình phanh sẽ có sự trượt tương đối λ0 giữa bánh xe với mặt đường. Bộ chống bó cứng bánh xe khi phanh giữ cho bánh xe ở độ trượt thay đổi trong phạm vi hẹp xung quanh giá trị λ0 trong suốt quá trình phanh và thực hiện bằng cách điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh dẫn tới các bánh xe p1dđ và p2dđ.

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ABS TRÊN Ô TÔ

3.1 Khái niệm điều khiển ABS

Việc kiểm soát ABS có thể được thực hiện theo một số cách.

Trong điều khiển một bánh, cảm biến tốc độ bánh xe của một bánh xe điều khiển các điều chỉnh được thực hiện đối với áp suất đường phanh của bánh xe đó, độc lập với bất kỳ bánh xe nào khác. Phương pháp điều khiển này dẫn đến phanh tối đa trên bánh xe đó và do đó, tổng thể xe giảm tốc tối đa. Trên bề mặt có hệ số phân chia, các lực phanh khác nhau bên trái và bên phải gây ra một khoảnh khắc lệch khi cố gắng xoay xe về phía có lực kéo cao hơn. Điều khiển một bánh thường được sử dụng trên bánh trước của xe cơ giới.

Trong điều khiển chọn-thấp, bánh xe có lực kéo thấp hơn sẽ điều khiển áp suất đường phanh cho cả hai phanh trên trục đó. Lực kéo trên bề mặt ma sát cao hơn không được sử dụng hết dẫn đến mô-men xoắn phanh thấp hơn và do đó, quãng đường dừng xe dài hơn. Những lợi thế là tiềm năng lực bên cao hơn và không có thời điểm chệch hướng. Kiểm soát chọn-thấp thường được sử dụng trên bánh sau của xe cơ giới.

Trong điều khiển chọn cao, bánh xe có lực kéo cao hơn sẽ điều khiển áp suất đường phanh của cả hai phanh trên trục đó. Kết quả là lực phanh cao hơn, lực phanh trái và phải không cân bằng gây ra mô men lệch và bánh xe bị khóa trên bề mặt ma sát thấp. Honda đã sử dụng điều khiển chọn cao ở phía trước và điều khiển chọn thấp ở trục sau. Do đó, một bánh trước có thể bị bó cứng trên bề mặt có độ ma sát thấp trong khi hệ thống ABS hoạt động như thiết kế.

Các xe có hệ thống chia đôi thủy lực trước-sau thường sử dụng điều khiển bánh một hoặc một bánh độc lập ở phía trước và chọn thấp ở phía sau, với cảm biến tốc độ bánh sau nằm ở bộ vi sai. Vì cả hai phanh sau đều được điều khiển như một khối, nên chỉ cần một van điều khiển thủy lực để điều chỉnh áp suất đường phanh sau.

Hệ thống chia thủy lực theo đường chéo yêu cầu bốn cảm biến tốc độ bánh xe, một cho mỗi bánh và hai van điều khiển thủy lực cho phanh sau. Mặc dù có bốn kênh cảm biến và kênh thủy lực, hệ thống trên thực tế là hệ thống ba kênh. Việc điều khiển trục sau ở mức thấp nhất định, cung cấp khả năng điều biến áp suất phanh giống hệt nhau cho cả hai phanh sau.

3.2 Điều khiển bằng fuzzy logic

3.2.1 Fuzzy logic

Logic mờ được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu này để xác định mức độ vượt quá mức hiện diện từ các tín hiệu nói trên. Mô tả ngắn gọn về hoạt động của logic mờ được đưa ra ở đây. “Lôgic mờ, có thể được xem như một phần mở rộng của các hệ lôgic cổ điển, cung cấp một khung khái niệm hiệu quả để giải quyết vấn đề biểu diễn tri thức trong một môi trường không chắc chắn và không chính xác”. Nó “gần như đồng nghĩa với lý thuyết về các tập mờ, một lý thuyết liên quan đến các lớp đối tượng có ranh giới không rõ ràng, trong đó thành viên là một vấn đề về mức độ” . Nói cách khác, Logic mờ phá vỡ từ logic 1 hoặc 0 (Đúng hoặc Sai) thông thường thành logic đa giá trị để cung cấp một mức độ của đầu ra (tức là mức của người vượt quá giới hạn) từ các đầu vào. Logic này sử dụng các hàm liên thuộc để áp dụng các toán tử ngôn ngữ cho các biến và một tập hợp các quy tắc if-then bằng lời nói để đạt được kết quả đầu ra. Logic mờ thực hiện theo các bước sau sẽ được thảo luận chi tiết hơn trong các phần sau [2].

1. Làm mờ các đầu vào - Chức năng của thành viên

2. Áp dụng Toán tử mờ - AND hoặc OR

3. Áp dụng toán tử hàm IF - THEN

4. Tổng hợp đầu ra - Đánh giá từng quy tắc và tính tổng kết quả

Theo lý thuyết Logic mờ, chúng ta có một hàm truyền thường được bắt nguồn từ một hàm đặc trưng được gọi là hàm liên thuộc. Điều này đến lượt nó chạy trong vũ trụ của diễn ngôn, U, cho đến khi khoảng đóng của thực là [0,1]. Đây không phải là trường hợp của các tập hợp cổ điển hoặc rõ ràng trong đó phạm vi của hàm được giảm xuống thành tập chỉ chứa hai phần tử {0,1}. “Vì vậy, có thể công bằng khi cho rằng lý thuyết tập mờ theo một cách nào đó là sự tổng quát hóa của lý thuyết tập cổ điển”

Từ thông tin thu thập được cho đến nay, chúng ta có thể ước tính rằng các hệ thống mờ hữu ích trong hai bối cảnh chung:

i) Trong các tình huống liên quan đến các hệ thống rất phức tạp mà các hành vi của chúng không được hiểu rõ lắm.

ii) Trong các tình huống cần các giải pháp gần đúng và tức thời nhất.

Vì vậy, hệ thống mờ có thể được hiểu là những hệ thống có một cách có tổ chức để xử lý dữ liệu không chính xác. Nó giống như cách suy nghĩ của con người được kết hợp vào máy móc để điều khiển hành động diễn ra. Kết quả là, các hệ thống mờ đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng liên quan đến trí tuệ nhân tạo.

Do tiềm năng của nó trong việc xử lý điều khiển thông minh, tôi đã chọn sử dụng nó như một công cụ để điều khiển hành động của hệ thống chống bó cứng phanh ABS có thể được sử dụng trên xe cơ giới. Bộ điều khiển mờ theo ý kiến của tôi là bộ điều khiển hứa hẹn nhất để điều khiển các hệ thống không tuyến tính, thay đổi thời gian và phức tạp. Hệ thống chống bó cứng phanh là một hệ thống phi tuyến tính có thể không dễ dàng được điều khiển bằng phương pháp điều khiển cổ điển. Một hệ thống điều khiển mờ thông minh rất hữu ích cho loại hệ thống không tuyến tính và thay đổi theo thời gian. Trong đồ án này, tôi đã cố gắng đạt được thiết kế thời gian thực cho bộ điều khiển ABS có thể được điều chỉnh theo hiệu suất trượt đối với mặt đường nhựa khô khi hành động phanh diễn ra dọc theo một đường thẳng.

Bộ điều khiển logic mờ bao gồm ba thành phần cơ bản là giải mờ tín hiệu đầu vào, cơ chế suy luận mờ và giải mờ đầu ra. Cơ chế suy luận mờ xử lý các quy tắc mà kinh nghiệm của con người có thể dễ dàng được đưa vào thông qua các quy tắc ngôn ngữ. Khối khử mờ biến đổi các hành động điều khiển mờ thành tín hiệu liên tục có thể được sử dụng trên nhà máy vật lý. Cơ sở tri thức bao gồm các tập mờ được xác định trên chu kỳ của các đầu vào và đầu ra của FLC và cơ sở quy tắc, được xây dựng từ hàm ý mờ. Lỗi và lỗi được thay đổi cho cả vị trí và thời gian được chia tỷ lệ bằng cách sử dụng các hệ số tỷ lệ thích hợp. Dữ liệu đầu vào được chia tỷ lệ này sau đó được chuyển đổi thành các biến ngôn ngữ có thể được xem như nhãn của các tập mờ. Hình 3.1 cho thấy sơ đồ khối của hệ thống điều khiển mờ [11].

Hình 3. 1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển mờ

3.2.2 Hộp công cụ logic mờ trong Matlab

Hộp công cụ logic mờ là phần mềm rất thân thiện với người dùng cho phép chúng ta làm nhiều việc khác nhau. Khía cạnh quan trọng nhất của hộp công cụ này là nó cho phép chúng ta tạo và chỉnh sửa các hệ thống suy luận mờ. Các hệ thống này có thể được tạo bằng các hàm dòng lệnh hoặc các công cụ đồ họa. Chúng tôi cũng có thể tạo chúng tự động bằng cách sử dụng kỹ thuật phân cụm hoặc kỹ thuật mờ thần kinh thích ứng. Hình 3.2 cho chúng ta thấy