II Xây dựng cơ sở lý luận và các chương trình logic điều khiển
1Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở
phanh ABS.
a.Cơ sở lý luận:
Gia tốc dài
.
ν
của bánh xe tại tâm trục quan hệ với lực phanh Pp
. k p k P g P m G ν = = − Trong đó:
m : khối lượng của bánh xe
Gk : trọng lượng đặt lên bánh xe (Gk=m.g) g : gia tốc trọng trường
Khi momen phanh Mcp lớn hơn khả năng tạo nên Mp, Pp lớn và gia tốc
.
ν
có giá trị âm lớn, nhưng bánh xe sẽ bị khóa cứng, ở trạng thái bánh xe bị khóa cứng, vận tốc góc sẽ bằng không, vận tốc dài của tâm bánh xe khác không và độ trượt là 100%. Điều này xảy ra trong một thời gian ngắn đối với ô tô không bố trí ABS.
Tính chất biến dạng của bánh xe cao su có khí nén, và sự trượt của bánh xe trên nền, tạo nên sự sai khác giữa vận tốc dài tính tại tâm và vận tốc dài tính tại vết bánh xe. Do vậy không có sự đồng nhất các giá trị gia tốc ở hai vị trí kể trên.
Momen của cơ cấu phanh Mcp và sự bám
Momen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh Mcp là momen điều khiển, do vậy nếu nâng cao giá trị Mcp ở cơ cấu phanh dẫn tới sự tăng lực phanh Pp ở vết tiếp xúc. Khi lực phanh Pp
tăng đến giá trị giới hạn của lực bám, bánh xe sẽ bị bó cứng và xảy ra trượt lết bánh xe trên nền.
Khi các bánh xe bị bó cứng hoàn toàn, ma sát giữa trống phanh và má phanh không tồn tại, động năng chuyển thành nhiệt năng tại vết tiếp xúc của bánh xe với nền đường. Nếu trên nền đường nhựa, hệ số bám có thể tăng không đáng kể do nhựa đường bị chảy mềm ra, trên các nền đường khác nói chung hệ số bám giảm mạnh làm suy giảm khả năng tiêu hao động năng dẫn tới giảm hiệu quả phanh ô tô.
Như vậy, khi xe bị khóa cứng hoàn toàn sẽ gây nên: _ Tăng quãng đường phanh.
_Mất khả năng tiếp nhận lực bên, ảnh hưởng đến tính chất ổn định, khả năng dẫn hướng chuyển động của xe.
_Tăng độ trượt dọc và mài mòn lốp nhanh.
Hệ thống ABS được bố trí trên ô tô cho phép thực hiện khả năng điều chỉnh liên tục Mcp đảm bảo cho các bánh xe không bị bó cứng và sự trượt xảy ra tại vùng có hệ số bám cao.
tại vết tiếp xúc của bánh xe với nền đường và gây nên giảm hệ số bám, tăng nhanh mài mòn lốp xe ……
Momen của cơ cấu phanh Mcp và sự thay đổi gia tốc góc bánh xe
Trong thực tế việc xác định độ trượt rất khó khăn, bộ điều khiển logic của ABS sẽ tính toán thông qua các giá trị khác như: vận tốc góc, gia tốc góc của bánh xe hoặc gia tốc dài của xe.
Khi momen sinh ra bởi cơ cấu phanh Mcp tác động lên bánh xe và xuất hiện phản lực phanh Pp tại vết tiếp xúc. Lực phanh Pp gây nên momen Mp tại tâm trục bánh xe, tác động với chiều ngược chiều với momen phanh Mcp . Giá trị của Mp phụ thuộc vào momen Mcp và lực phanh Pp và liên tục thay đổi. Sự sai khác giữa giá trị Mcp và Mp là nguyên nhân gây ra gia tốc góc
.
ω
của bánh xe. Sử dụng phương trình đã viết ở trên, bỏ qua Mf và thay Mjb=Jw.rd ta thu được:
. Mp Mcp P rp d Mcp Jω J ω ω − − = = Trong đó chiều . ω cùng chiều với Mp , còn Jω
là momen quán tính khối lượng của bánh xe với tâm trục quay , r là bánh kính làm việc của bánh xe. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu Mp>Mcp , bánh xe tăng tốc, gia tốc góc
.
ω
dương. Nếu Mp<Mcp , bánh xe tăng tốc, gia tốc góc
.
ω
Trên các loại ô tô hiện nay phổ biến là loại sử dụng cảm biến vận tốc góc đặt tại các bánh xe, kiểm soát áp suất phanh theo gia tốc
.
ω
và độ trượt nhờ ECU_ABS tính toán, điều khiển van điều khiển. Hệ thống ABS là hệ điều khiển điện tử có vòng lặp các quá trình xảy ra liên tục để cản trở việc bó cứng bánh xe.
Trong quá trình điều chỉnh áp lưc phanh, hệ thống ABS cần thiết tạo ra vùng làm việc của bánh xe bị phanh trong khoảng độ trượt 0
λ
tối ưu. Các hệ thống ABS ngày nay sử dụng cảm biến đo vận tốc bánh xe theo thời gian và xác lập các mối quan hệ sau đây: _Vận tốc tức thời của bánh xe.
_Gia tốc góc của bánh xe. _Độ trượt bánh xe.
Độ trượt bánh xe sử dụng trên các trạng thái nền đường khác nhau có các quy luật như đã nêu trên các đồ thị thực nghiệm. Giá trị độ trượt tối ưu trên nền đường tốt có hệ số bám cao vói λ0
=(10%_30%). Ở trạng thái nền đường khác với hệ số bám nhỏ hơn vùng độ trượt tối ưu 0
λ
thay đổi.
b. Chương trình logic điều khiển ABS.
Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ quay giảm dần, nếu bánh xe đạt tới giá trị gần bó cứng, tín hiệu của cảm biến chuyển về bộ điều khiển trung tâm ECU_ABS lựa chọn chế độ, đưa ra tín hiệu điều khiển điều chỉnh áp lực phanh. Do vậy lực phanh ở cơ cấu phanh không tăng được nữa, bánh xe có xu hướng lăn với tốc độ cao lên, tín
hiệu từ cảm biến lại đưa vè ECU_ABS. ECU_ABS cung cấp lệnh điều khiển motor DC giảm áp lực phanh sao cho bánh xe không bó cứng.
Nếu vận tốc góc của bánh xe lại tăng cao, cảm biến tiếp nhận thông tin này đưa về bộ điều khiển điện tử và lại tăng tiếp áp lực điều khiển, nhờ đó bánh xe lại bị phanh và giảm tốc độ quay tới khi gần bó cứng. Quá trình xảy ra được lặp lại theo chu kỳ liên tục, tới khi bánh xe dừng hẳn.
Cứ như vậy, hệ thống điện tử hỗ trợ hệ thống phanh duy trì chế độ lăn có trượt của bánh xe, trong lúc vị trí bàn đạp phanh không thay đổi.
Một chu kỳ điều khiển thực hiện khoảng chừng 0,1 giây, do vậy ABS làm việc rất hiệu quả, giúp cho bánh xe luôn nằm trong trạng thái phanh với độ trượt tối ưu, tránh được hiện tượng bó cứng bánh xe. Quá trình này có thể coi như sự nhấp nhanh liên tục của người lái khi phanh, nhưng mức độ chuẩn xác cao hơn và tần số lớn hơn nhiều so với người lái xe có kinh nghiệm.
Để giữ các bánh xe làm việc ở vùng có hệ số trượt 0
λ
với lực phanh tối ưu và không xảy ra sự khóa cứng các bánh xe cần phải điều chỉnh tốc độ quay motor DC cơ cấu phanh. Việc điều chỉnh được thực hiện nhờ các tín hiệu đầu vào sau:
_Theo giá trị độ trượt cho trước.
_Theo gia tốc góc của bánh xe bị phanh.
_Theo giá trị tỷ số giữa vận tốc góc bánh xe với gia tốc chậm dần của nó. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong thực tế việc xác định độ trượt rất khó khăn, bộ ECU _ABS sẽ tính toán thông qua các giá trị khác như: vận tốc góc, gia tốc góc của bánh xe và gia tốc dài của xe.
2.Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở chế độphanh BAS phanh BAS
a. Cơ sở lý luận.
Bộ hỗ trợ phanh là thiết bị hỗ trợ người lái khi phanh gấp ( do hốt hoảng ). Thiết bị này có thể nâng cao áp lực phanh dưới tác dụng của người lái. Hệ thống hỗ trợ phanh thực hiện như sau: yêu cầu phanh của người lái được kích hoạt ( cảm nhận ) nhờ lực phanh ( hay hành trình ) trên bàn đạp phanh, và giá trị tín hiệu được đưa về bộ điều khiển điện tử. Thiết bị hỗ trợ phanh BAS ( Braking Assistant System) có các chức năng sau:
+Nhận được tình trạng phanh gấp, để tăng áp lực phanh được theo yêu cầu của lái xe đến mức áp lực phanh cao ở các bánh xe sao cho tất cả các bánh xe có thể đạt tới giá trị độ trượt giới hạn.
+Nhận được điểm kết thúc của trạng thái phanh gấp để áp lực điều khiển phanh giảm về trạng thái yêu cầu của người lái.
Khi xe chuyển động trên đường, những tình huống bất ngờ có thể xảy ra và người lái tiến hành đạp phanh khẩn cấp với mong muốn phát huy hết hiệu quả . Bình thường , nếu nhấn hết bàn đạp phanh, hệ thống ABS có thể phát huy tối đa tính hiệu quả, nhưng nó có thể không đáp ứng nếu áp lực phanh chưa đủ lớn. Với xe có trang bị bộ ABS+BAS, các cảm biến nhận được tín hiệu yêu cầu của lái xe và so sánh quá trình biến đổi áp lực với giá trị áp lực định sẵn trong ECU_ABS thực hiện gia tăng nhanh áp lực phanh hỗ trợ lái xe ở chế độ phanh khẩn cấp, nhằm mục đích tăng tính an toàn trong chuyển động và đạt hiệu quả phanh tốt nhất theo yêu cầu của người sử dụng. Bằng cách đó sẽ tạo điều kiện cho người lái xe ít kinh nghiệm có được quãng đường phanh ngắn nhất trong trường hợp phanh khẩn cấp, lái xe xuống dốc hay khi xe kéo
theo khoang chở hành khách, hàng hóa…Tất nhiên trong khi phanh lái xe phải đặt chân lên bàn đạp phanh.
Ở các kết cấu ABS thông thường cảm biến bàn đạp phanh, có nhiệm vụ đóng mạch điều khiển ECU_ABS, còn bộ trợ lực phanh làm việc tùy thuộc vào vị trí bàn đạp phanh.
b. Sơ đồ logic điều khiển BAS:
Khi lái xe đạp phanh khẩn cấp, áp lực sinh ra tại má phanh có thể không tăng kịp, hệ thống điều khiển nhanh chóng chuyển mạch tới mức tạo áp lực phanh cao hơn. Quá trình xảy ra do sự chậm trễ thực hiện chuyển mạch rất ngắn và áp lực phanh do motor DC tạo ra gia tăng phanh tới ngưỡng của giá trị điều chỉnh độ trượt. Quá trình giảm áp lực phanh giữ áp và tăng áp xảy ra trong một vài chu trình điều chỉnh ở vùng lân cận độ trượt yêu cầu , tốc độ ô tô nhanh chóng giảm xuống, cho tới khi đảm bảo sự tương thích giữa hành trình bàn đạp và áp lực phanh của hệ thống, kết thúc pha 1. Trong thời gian thực hiện pha này, áp lực phanh đạt ở giá trị cao, độ trượt bánh xe trong giới hạn tối ưu của ABS nên giảm nhỏ được quãng đường phanh.
Mỗi khi áp lực tại cơ cấu phanh đo được nhỏ hơn giá trị yêu cầu ( thả chân phanh ), hệ thống nhận biết được yêu cầu của lái xe và giảm dần áp lực phanh ( pha 2). Trong trường hợp đó, ECU_ABS+BAS tác dụng chuyển mạch điều khiển sang chế độ phanh theo thông thường. Sự điều chỉnh được chuyển êm dịu theo tín hiệu áp lực đo được và tạo điều kiện. Lái xe tiếp tục phanh với hệ thống không có thiết bị hỗ trợ.
3.Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở chế độTRC TRC
a. Cơ sở lý luận.
+ASR : Bộ điều khiển chống trượt quay.
+EMS : Thiết bị điện tử điều khiển công suất động cơ.
+MSR : Bộ điều chỉnh momen phanh hỗ trợ ASR khi đi ở số truyền thấp. +EDS : Bộ điều khiển khóa vi sai bên trong hệ thống truyền lực.
Sự trượt quay xảy ra khi momen từ động cơ truyền xuống bánh xe vượt quá giới hạn bám tại bánh xe. Sự trượt quay xảy ra tương tự như sự trượt lết khi phanh, sự trượt quay cũng có tác động xấu tới khả năng bám của bánh xe, đồng thời gây nên tiêu thụ nhiên liệu vô ích, làm mất khả năng ổn định hướng chuyển động của ô tô và gây mài mòn nhanh ở lốp. Do vậy trên xe trang bị ABS+TRC có khả năng điều chỉnh tức thời momen chủ động theo khả năng bám của bánh xe với mặt đường ( tức là làm tốt các yếu tố động lực của ô tô ), do vậy TRC được bố trí trên các bánh xe chủ động.
Nguyên lý làm việc của TRC có thể mô tả đơn giản như sau:
Khi ô tô chuyển động, momen truyền xuống bán trục được coi là 100%, khả năng bám trên nền chỉ bằng 30%, bánh xe sẽ bị trượt quay với hệ số trượt lớn, xe không chuyển động bằng công suất từ động cơ truyền xuống, mà chỉ bằng giá trị do lực bám tác động. Nhờ thiết bị TRC, tại bán trục và cơ cấu phanh, tạo nên sự giảm momen chủ động bằng 70%, bánh xe sẽ khong còn bị trượt lớn.
Momen cần giảm là momen điều chỉnh, điều này được thực hiện trước hết bằng cách giảm momen truyền từ động cơ tới bằng thiết bị EMS( Electric Engine Managemet System ) và sau đó là tạo lực phanh tại bán trục. Trên ô tô ngày nay với xe có ABS, tạo lực phanh tại bán trục bằng hai phương pháp
+Phanh nhẹ cho bánh xe chủ động tại cơ cấu phanh, với thiết bị có tên gọi là ASR (Anti Spin Regulator )
+Phân chia lại momen truyền qua cơ cấu vi sai.
Muốn làm việc ở chế độ TRC cần thiết phải có cơ cấu kích hoạt chuyển sang chế độ có TRC. Người lái xe điều khiển ô tô trên đường , khi thấy tác động của việc nhấn sâu chân ga không có hiệu quả nâng tốc độ chuyển động của ô tô hay đèn báo trượt sáng, sẽ sử dụng một phím kích hoạt TRC, đèn TRC sáng, xe chuyển sang chế độ làm việc có TRC. Khi độ trượt bánh xe trở lại phạm vi độ trượt tối ưu ( trở lại chế độ chuyển động trên đường tốt ) để phát huy tốc độ ô tô tự động nhả phím ấn, khi đó ô tô chỉ hoạt động ở chế độ ABS.
b. Sơ đồ logic TRC
Thông qua các cảm biến hành trình bàn đạp ga, cảm biến vận tốc bánh xe, cảm biến bướm ga, các cảm biến trong động cơ, khi người lái đạp ga, ECU sẽ so sánh với các giá trị vận tốc góc bánh xe, và hành trình bàn đạp ga định sẵn:
_Nếu vận tốc góc quay bánh xe nhỏ hơn vận tốc góc quay bánh xe cho phép và hành trình bàn đạp ga tương ứng với vị trí hành trình bàn đạp ga ở trạng thái bình thường thì đèn báo trượt quay TRC tắt , đèn báo ASR tắt, xe hoạt động ở chế độ bình thường . _Nếu vận tốc góc quay bánh xe lớn hơn vận tốc góc quay bánh xe cho phép và hành trình bàn đạp ga không tương ứng với hành trình bàn đạp ga ở trạng thái bình thường thì đèn báo trượt quay TRC sáng, công tắc ASR được kích hoạt. ECU_ABS điều khiển phanh ABS, tiếp đến ECU_ABS tác động truyền tín hiệu điều khiển tới ECU động cơ, ECU động cơ tiến hành điều chỉnh hạ công suất của động cơ. Khi độ trượt đã đáp ứng chuyển chế độ phanh sang chế độ giữ và giảm lực ép. Khi độ trượt đã giảm quá chuyển chế độ phanh sang chế độ giảm lực ép.
4.Cơ sở lý luận và chương trình logic điều khiển hệ thống phanh BBW ở chế độVSC. VSC.
a.Cơ sở lý luận.
Sự quay thân xe thường xảy ra khi xe quay vòng trên đường có tốc độ cao. Các yếu tố gây nên sự tăng quá mức ( quay vòng thừa ) hay quay chưa đủ (quay vòng thiếu ) do nhiều nguyên nhân: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+Do sự phân bố tải trên các bánh xe không phù hợp ( xếp tải, tăng giảm tốc độ chuyển động …..).
+Do ảnh hưởng của các yếu tố tác động ngoại cảnh của môi trường xung quanh ( nền đường nghiêng không phù hợp, gió bên thổi mạnh, nền đường có khả năng bám khác nhau,….)
+Do tốc độ di chuyển trên đường cong.
+Do ảnh hưởng của hệ thống treo, đàn hồi của bánh xe.
Mặc dù khi thiết kế các trạng thái này đã được quản lý, nhưng tác động của nó nhiều khi thuộc vùng không quản lý trước, điều này trong thực tiễn gọi là xảy ra các hiện tượng “mất lái” . Hậu quả dẫn tới là sự quay thân xe không hoàn toàn phụ thuộc vào vành lái.
Momen gây quay thân xe này có thể xảy ra với hai trạng thái tổng quát, cần thiết đảm bảo khả năng giảm momen quay nhờ sự tạo lực phanh tương ứng trên các bánh xe, do VSC đảm nhận. Lực phanh do VSC đặt tại vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đường gây nên đối với trục thẳng đứng của ô tô momen hỗ trợ. Momen hỗ trợ tác động liên tục