Ứng dụng phần mềm Matlab - Simulink mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch

LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển của ngành ô tô của Việt Nam như hiện nay, cùng với chiến lược phát triển của nhà nước, chính sách nội địa hoá phụ tùng ôtô trong việc sản xuất và lắp ráp đã tạo điều kiện cho các nhà thiết kế nghiên cứu, chế tạo các cụm, các hệ thống trên ôtô trong nước, trong đó có hệ thống phanh. Vấn đề nghiên cứu thiết kế và chế tạo các phần tử của hệ thống phanh ABS là phù hợp với xu hướng phát triển của thế giới và chủ trương nội địa hoá sản phẩm ôtô của Việt Nam. Chính vì vậy, chúng em được giao đề tài: “Ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch” Trong tình hình hiện nay, ngành ôtô của nước ta chủ yếu là lắp ráp nên để có thể độc lập chế tạo các chi tiết của ôtô rất cần những nghiên cứu ứng dụng vào thực tế. Nghiên cứu các vấn đề về lý thuyết và điều khiển hệ thống phanh ôtô hiện đại nhằm ứng dụng thiết kế và chế tạo các hộp đen ECU điều khiển hệ thống phanh là một vấn đề rất phức tạp nhưng đó là công việc cần phải bắt tay vào làm để trong tương lai khô ng xa chúng ta có tể tự nghiên cứu và sản xuất ra những sản phẩm ôtô riêng của Việt Nam. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là nhằm xây dựng cơ sỏ lí thuyết cho hệ thống phanh ABS,trên cơ sở đó mô phỏng trên simulink để thấy rừ nhất mô hình và hiệu quả của cơ cấu phanh Đề tài cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc nghiên cứu về tính hiệu quả của phanh khi cần giảm tốc độ cũng như hiệu quả phanh trong quá trình điều khiển động học của ôtô thông qua việc sử dụng phần mềm lập trình. Em xin chân thành cảm ơn thầy Ths.Đồng Minh Tuấn người trực tiếp hướng dẫn cùng các thầy trong bôn môn ôtô, Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường ĐHSPKT Hưng Yên đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài. Khoa Cơ Khí Động Lực MỤC LỤC Trang Giới thiệu chung . 4  Lý do chọn đề tài . . . . 4  Bố cục của đồ án . . . 5 Chương I : Tổng quan các vấn đề nghiên cứu 1.1. Lịch sử phát triển của cơ cấu ABS . 6 1.2. Nội dung , nhiệm vụ của đề tài . 7 1.3. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu . 8 Chương II : Hệ thống chống bó cứng bánh xe 2.1. Lực và mô men tác động lên xe trong trong mặt phẳng dọc . 9 2.2. Cơ sở lí thuyết về điều hòa lực phanh chống bó cứng bánh xe khi phanh . 17 2.3. Sự bám của bánh xe với mặt đường 27 2.4. Hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS . 33 2.5. Sơ đồ của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) . 40 2.6. Quá trình điều khiển của ABS . 46 2.7. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cả cơ cấu ABS .55 2.8. Các trạng thái phanh 65 Chương III : Mô phỏng bằng Matlab - Simulink 3.1 Giới thiệu nội dung chính của Matlab - Simulink; Matlab - State flow 67 3.2. Sơ đồ mô phỏng . 69 3.3. Mô phỏng các cụm của hệ thống 71 Chương IV : Kết quả mô phỏng và phân tích 4.1. Trường hợp 1 : 90 4.2. Trường hợp 2 : 92 4.3. Trường hợp 3 : 95 4.4. Trường hợp 4: 97 4.5. Trường hợp5: bốn bánh hệ số bám khác nhau 101 4.6. Kết luận và kiến nghị 103

pdf104 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 13/06/2013 | Lượt xem: 4517 | Lượt tải: 9download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Ứng dụng phần mềm Matlab - Simulink mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
ên ngoài có liên quan. Nó cũng can thiệp liên tục vào trong quá trình điều khiển của cơ cấu. Khi có một lỗi bị phát hiện thì cơ cấu ABS được ngắt và được báo cáo cho người lái thông qua đèn báo ABS được bật sáng. Mạch an toàn liên tục giám sát điện áp bình ắc quy. Nếu điện áp nhỏ dưới mức quy định thì cơ cấu ABS được ngắt cho đến khi điện áp đạt trở lại trong phạm vi qui định, lúc đó cơ cấu lại đặt trong tình trạng sẵn sàng hoạt động. Mạch an toàn cũng kết hợp một chu trình kiểm tra d, Bộ chuẩn đoán và lưu giữ mã lỗi. Để giúp cho việc kiểm tra và sửa chữa được nhanh chóng và chính xác, ECU sẽ tiến hành kiểm tra ban đầu và trong quá trình xe chạy sẽ ghi và lưu lại các lỗi hư hỏng trong bộ nhớ dưới dạng các mã lỗi hư hỏng, nhưng cũng có những mã lỗi không thể tự xoá được kể cả khi tháo cả cực bình ắc quy. Trong trường hợp này, sau khi sửa chữa xong phải tiến hành xoá mã lỗi hư hỏng theo qui định của nhà chế tạo. Khoá điện Cầu chì Gauge Đèn báo phanh Đèn báo ABS Công tắc báo mức dầu phanh Công tắc phanh tay ABS ECU Cầu chì DOME Cầu chì STOP Công tắc đèn phanh Cảm biến tốc độ trước - phải Cảm biến báo đèn hỏng Đèn phanh Cảm biến tốc độ trước - trái Cảm biến tốc độ sau - phải Cảm biến tốc độ sau - trái Giắc kiểm tra Cảm biến giản tốc (4WD) GND GND GS1 GS2 GST TC TS RL+ RL- FL+ FL- FR+ FR- BAT STP RR+ RR- SRL SRR SFL SFR AST MT MR W IG Bộ chấp hành ABS Môtơ bơm SR R RF SOL* LF SOL* RR SOL* LR SOL* SOL*: Van điện Rơle van điện Rơle môtơ FL ABS FL AM FL ALT FL MAIN Rơle điều khiển ABS Cầu chì ECU IG Sơ đồ mạch điện ABS Giắc sửa chữa Hình 32 : Sơ đồ mạch điện ABS của xe TOYOTA CELICA. www.oto-hui.com * Quá trình điều khiển chống hãm cứng bánh xe khi phanh. ECU điều khiển các van điện trong bộ chấp hành thuỷ lực đóng mở các cửa van, thực hiện các chu trình tăng, giữ và giảm áp suất ở các xylanh làm việc các bánh xe, giữ cho bánh xe không bị bó cứng bằng các tín hiệu điện. Có hai phươg pháp điều khiển: - Điều khiển bằng cường độ dòng điện cấp đến các van điện, phương pháp này sử dụng đối với các van điện 3 vị trí. Phần lớn hiện nay đang điền khiển ở 3 mức cường độ dòng điện là: 0; 2 và 5A tương ứng với các chế độ tăng, giữ và giảm áp suất. - Điều khiển bằng điện áp 12V cấp đến các van điện, phương pháp này sử dụng đối với các van điện 2 vị trí. 2.7.5. Bộ chấp hành thủy lực 3 1 2 4 Relay động cơ bơm Relay solenoid Vít Tấm chắn Động cơ bơm 1 2 3 4 5 FL R R FR R L M C S M C P Ra Vào 5 Hình 33 : Bộ chấp hành thuỷ lực. 2.7.5.1. Cấu tạo. Bộ chấp hành thuỷ lực có chức năng cung cấp áp suất dầu tối ưu đến các xylanh phanh bánh xe theo sự điều khiển của hộp điều khiển điện tử ECU tránh hiện tượng bị hãm cứng bánh xe khi phanh. Cấu tạo của một bộ chấp hành thuỷ lực gồm có các bộ phận chính sau: các van điện từ, motor điện dẫn động bơm dầu, bơm dầu và bình tích áp, rơ le bơm, rơ le van điện từ. www.oto-hui.com a. Van điện từ. Van địên từ trong bộ chấp hành có hai loại là loại 2 vị trí và loại 3 vị trí. Cấu tạo chung của một van điện từ gồm một cuộn dây điện, lõi van, các cửa van và van một chiều. Van điện từ có chức năng đóng mở các cửa van theo sự điều khiển của ECU để điều chỉnh áp suất dầu đến các xylanh bánh xe. b. Motor điện và bơm dầu. Một bơm dầu kiểu piston được dẫn động bởi một motor điện có chức năng đưa ngược dầu từ bình tích áp về xylanh chính trong các chế độ giảm và giữ áp. Bơm được chia ra làm hai buồng làm việc độc lập thông qua hai piston trái và phải được điều khiển bằng cam lệch tâm, các van một chiều chỉ cho dòng dầu đi từ bơm về xylanh chính. c. Bình tích áp. Bình tích áp chứa dầu hồi về từ xylanh phanh bánh xe, nhất thời làm giảm áp suất dầu ở xylanh phanh bánh xe. 2.8.Các trạng thái phanh Sơ đồ ( hình 34 ) thể hiện sự hoạt động của một bộ chấp hành thuỷ lực loại 4 van điện 3 vị trí. Hai van điện điều khiển độc lập hai bánh trước trong khi hai van còn lại điều khiển đồng thời hai bánh sau. Vì vậy cơ cấu này gọi là ABS 3 kênh. Hình 34 : Sơ đồ bộ chấp hành thủy lực www.oto-hui.com 2.8.1. Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động). Khi phanh xe ở tốc độ chậm (dưới 8 km/h hay 12,25km/h tuỳ từng loạ i xe) hay rà phanh trong trường hợp này ABS không hoạt động và ECU không gửi dòng điện đến cuộn dây của van địên từ. Do đó, van 3 vị trí bị ấn xuống bởi lò xo hồi vị và cửa A vẫn mở trong khi cửa B vẫn đóng (hình 35). Dầu phanh từ xylanh chính qua cửa A đến cửa C trong van điện 3 vị trí rồi tới xylanh bánh xe. Dầu phanh không vào được bơm bởi van một chiều số 1 gắn trong mạch bơm. Khi nhả chân phanh, dầu từ hồi từ xylanh chính về xylanh bánh xe qua cửa C đến cửa A và van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trí. Khi ngừng phanh Khi phanh Hình 35 : Chế độ phanh thường (ABS không hoạt động) 2.8.2. Khi phanh gấp(ABS hoạt động). Nếu có bất kỳ bánh xe nào có xu hướng bị bó cứng khi phanh gấp thì bộ chấp hành thuỷ lực điêu khiển giảm áp suất dầu phanh tác dụng lên bánh xe đó theo tín hiệu từ ECU vì vậy bánh xe không bị bó cứng. 2.8.2.1. Chế tăng áp (hình 36). Khi cần tăng áp suất trong xylanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt dòng điện, không cấp cho cuộn dây của van điện từ. Vì vậy cửa A của van điện vị trí mở và cửa B đóng. Nó cho phép dầu trong xylanh phanh chính chảy qua cửa C trong van điện 3 vị trí đến xylanh bánh xe. Mức độ tăng áp suất dầu được điều khiển nhờ lặp lại quá trình tăng áp và giữ áp www.oto-hui.com Hình 36 : Chế độ tăng áp 2.8.2.2. Chế độ giữ áp ( hình 37 ) Khi áp suất trong xylanh bánh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ bánh xe gửi tín hiệu báo rằng tốc dộ bánh xe đạt đến giá trị mong muốn, ECU cấp dòng điện 2A đến cuộn dây của van điện để giữ áp suất trong bánh xe không đổi. Khi dòng điện cấp cho cuộn dây của van điện từ bị giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp) xuống còn 2A (ở chế độ giữ áp ) lực từ sinh ra trong cuộn dây cũng giảm, van điện 3 vị trí dịch chuyển xuống vị trí giữa nhờ lực của lò xo hồi vị làm cửa A và cửa B đều đóng. Lúc này bơm dầu vẫn còn làm việc. Hình 37: Chế độ giữ áp www.oto-hui.com Như vậy, khi cơ cấu ABS làm việc bánh xe sẽ có hiện tượng nhấp nhả khi phanh và có sự rung động nhẹ của xe, đồng thời ở bàn đạp phanh có sự rung động do dầu phanh hồi về từ bơm dầu, đây là trạng thái bình thường khi ABS làm việc. Van điện 3 vị trí như trên được sử dụng nhiều trên các xe trước đây, ngày nay kiểu van điện hai vị trí được dùng phổ biến hơn. (hình 37) là sơ đồ bộ phận chấp hành ABS sử dụng 8 van điện 2 vị trí, bao gồm 4 van giữ áp suất và 4 van giảm áp suất. Hoạt động cơ bản của bộ chấp hành thuỷ lực kiểu này giống như kiểu van 3 vị trí, tín hiệu điều khiển từ ECU đến các van điện dưới dạng điện áp. Ngoài ra bộ phận chấp hành phanh ABS của các xe ngày nay cũng có cải tiến thành rất nhiều loại khác nhau. 2.8.2.3. Chế độ giảm áp (hình 38) Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gởi dòng điện 5A đến cuộn dây của van điện từ làm sinh ra môt lực từ mạnh. Van 3 vị trí chuyển động lên phía trên đóng cửa A trong khi cửa B mở. Kết quả là, dầu phanh từ xylanh bánh xe qua cửa C tới cửa B trong van điện 3 vị trí và chảy về bình dầu. Cùng lúc đó môtor bơm hoạt động nhờ tín hiệu điện áp 12V từ ECU, dầu phanh được hồi trả về xylanh phanh chính từ bình chứa. Mặt khác cửa A đóng ngăn không cho dầu phanh từ xylanh ch ính vào van điện 3 vị trí và van một chiều số 1 và số 3, kết quả là áp suất dầu trong xylanh bánh xe giảm ngăn không cho bánh xe bị bó cứng. Mức độ giảm áp suất dầu được điều chỉnh bằng cách lặp lại các chế độ ‘giảm áp’ và ‘giữ áp’ Hình 38 : Chế độ giảm áp www.oto-hui.com CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG CHỐNG HÃM CỨNG BÁNH XE (ABS) 3.1 Giới thiệu nội dung chính của Matlab – Simulink; Matlab - State flow 3.1.1 Matlab – Simulink Simulink là một phần mềm đồ hoạ, định hướng sơ đồ khối dùng để mô phỏng các hệ động lực. Đây là sản phẩm nằm bên trong Matlab và sử dụng nhiều hàm của Matlab và cũng có thể trao đổi qua lại với môi trường Matlab để tăng thêm khả năng mềm dẻo của nó. Với Simulink chúng ta có thể xây dựng mô hình mô phỏng của hệ thống giống như khi ta vẽ sơ đồ khối. Simulink có một khối thư viện với nhiều chức năng khác nhau. Để xây dựng mô hình ta khởi động Matlab và khởi tạo Simulink, mở thư viện của khối Simulink sau đó chọn các nhóm thích hợp. Thư viện của Simulink thường có 8 nhóm: - Nhóm Continuous và Discrete: chứa các khối cơ bản để xử lý tín hiệu liên tục và rời rạc; - Nhóm Function & table: chứa các khối thực hiện việc gọi hàm từ Matlab, khối nội suy và khối hàm truyền; - Nhóm Math: chứa các khối thực thi các hàm toán học; - Khối Monlinear: chứa các khối phi tuyến; - Nhóm Sinks & Systems: chứa các khối công cụ xử lý tín hiệu; - Nhóm Sinks: chứa các khối thực hiện chức năng xuất kết quả; - Nhóm Source: chứa các khối phát tín hiệu. Để copy một khối từ thư viện vào cửa sổ của mô hình, chọn khối, rê chuột để kéo khối đã chọn thả vào cửa sổ mô hình. Trong cửa sổ mô hình, nếu muốn copy một khối, ấn phím Ctrl và rê chuột sang vị trí đặt bản copy; nếu muốn xoá hãy chọn nó và ấn phím Delete. Để thực hiện một quá trình mô phỏng ta tiến hành các bước: xây dựng mô hình mô phỏng; xác lập giá trị các thông số của mô hình; xác lập điều kiện đầu; lựa chọn cách thức xuất kết quả; điều khiển việc thực thi quá trình mô phỏng. 3.1.2 Matlab – State flow Khái niệm Stateflow: thực hiện chức năng của một cơ cấu máy hữu hạn trạng thái của một mô hình mô phỏng trong Simulink. Một mô hình mô phỏng có thể bao gồm các khối của Simulink, các khối Toolbox và các khối của Stateflow. Một sơ đồ Stateflow tập hợp các đối tượng đồ hoạ và đối tượng phi đồ hoạ. www.oto-hui.com Trạng thái (State): mô tả phương thức hệ thống được điều khiển bởi các sự kiện, tình trạng làm việc hay không làm việc của các trạng thái luôn thay đổi theo các điều kiện và sự kiện. Có hai loại trạng thái là trạng thái loại trừ (OR) mô tả phương thức loại trừ lẫn nhau, trạng thái ngang hàng (AND). Chuyển đổi (Transitions): Hành động chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác của hệ thống thông qua một đối tượng gọi là “chuyển đổi”. Đó là đối tượng đồ hoạ (đối tượng nguồn) nối với một đối tượng khác (đối tượng đích), bằng một đường cong có mũi tên. Đối tượng nguồn là nơi chuyển đổi bắt đầu, đối tượng đích là nơi chuyển đổi kết thúc. Điểm phân chia một chuyển đổi thành các đoạn (hay nhánh) gọi là điểm nút. Chuyển đổi mặc định là một loại chuyển đổi đặc biệt, có đối tượng đích, không có đối tượng nguồn; chuyển đổi mặc định để báo cho Stateflow biết trạng thái con nào sẽ hoạt động ngay sau khi trạng thái mẹ được kích hoạt. Nhãn của một chuyển đổi xác định chuyển đổi đó; nhãn này có thể chứa một sự kiện, một điều kiện, một hoạt động có điều kiện hoặc một hoạt động chuyển đổi. Sự kiện (Events): các sự kiện không phải là một đối tượng đồ hoạ nên không thể hiện trực tiếp trong sơ đồ Stateflow nhưng nó làm cho sơ đồ đó hoạt động. Khi sự kiện bắt đầu xảy ra, các trạng thái của sơ đồ Stateflow được đánh giá. Sự truyền đi một sự kiện sẽ kích hoạt một chuyển đổi hoặc kích hoạt một hoạt động nào đó. Dữ liệu (Data): chúng là những đối tượng phi đồ hoạ, được dùng để lưu giữ các giá trị bằng số trong sơ đồ Stateflow. Điều kiện (Condition): là một mệnh đề logic, có giá trị đúng hoặc sai dùng để xác định một chuyển đổi xảy ra nếu mệnh đề đó đúng. Hành động (Acstions): các hành động xảy ra khi khởi động mô hình Stateflow, đó có thể là hành động chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác hoặc là hành động của một trạng thái. Các trạng thái có thể có các hành động đi vào, ở trong, đi ra và hành động nương theo sự kiện. Matlab – Simulink, Matlab - Stateflow là công cụ hữu hiệu để mô phỏng các hệ thống các (hybrid systems) có bao hàm các quá trình động lực liên tục hoặc gián đoạn và các ứng xử logic phức hợp. Với Stateflow có thể thực hiện các hệ thống điều khiển có giám sát các trạng thái và có thể luôn tự thay đổi để phù hợp với đối tượng điều khiển. Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực có ABS sẽ đựoc mô phỏng bằng công cụ Matlab – Simulink; bộ điều khiển trung tâm trong mô hình mô phỏng được tổng hợp bằng công cụ Matlab – Stateflow. www.oto-hui.com 3.2 Sơ đồ mô phỏng Mô phỏng đơn giản các phần tử cơ bản và quá trình vật lý xảy ra trong hệ thống điều khiển phanh ABS, được diễn tả trong sơ đồ khối hình 39 Khi người lái đạp bàn đạp phanh, bàn đạp sẽ dịch chuyển một đoạn là Xbđ. Sự dịch chuyển đó tác động tới bầu trợ lực và ở đầu ra có lực Fmc tác động vào pít tông xy lanh chính. Như vậy, ở đầu vào của pít tông xy lanh chính có lực Fmc; xy lanh chính gồm 2 khoang, khoang I chứa pít tông sơ cấp, khoang II chứa pít tông thứ cấp. Khi lực Fmc tác động vào pít tông sơ cấp làm cho nó dịch chuyển một lượng X1 và pít tông thứ cấp sẽ dịch chuyển một lượng X2. Khi các pít tông xy lanh chính dịch chuyển lưu lượng dầu Q1 từ khoang I được đẩy đến cụm van điều khiển (cơ cấu chấp hành của ABS) theo dòng phanh thứ nhất, lưu lượng dầu Q2 từ khoang II được đẩy đến cụm van điều khiển theo dòng phanh thứ 2. Hình 39 : Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS Lưu lương dầu được đẩy tử xi lanh phanh chính tới cụm van ASR và được đưa tới van cắt xi lanh phanh chính,dòng thứ 2 có lưu lượng và được tạo bởi bơm ASR và đưa tới cụm van cắt bình tích năng ,hợp hai lưu lượng này tạo ra lưu lượng được đẩy đến cụm van ABS lưu lượng này chia làm 2 dòng * Dòng phanh thứ nhất: Lưu lượng dầu Q1 được đẩy đến cụm van 1 của cơ cấu chấp hành ABS, tại đây lưu lượng dầu Q1 được chia làm 2 nhánh. www.oto-hui.com - Nhánh 1 có lưu lượng Q11 qua van đến xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe cầu trước bên trái(xy lanh CT1). Làm pít tông của xy lanh công tác bánh trước bên trái dịch chuyển một lượng x1 tác động vào cơ cấu phanh bánh trước bên trái (CCP trước trái), làm guốc phanh dịch chuyển ép sát vào tang phanh (đối với phanh tang trống) hay đĩa phanh (đối với phanh đĩa) và tạo ra mô men phanh Mp ở các bánh xe. Guốc phanh tác dụng ngược lên pít tông xy lanh công tác một lực, lực này sinh ra áp suất Px11 , phản hồi lại cụm van. - Nhánh 2 có lưu lượng Q12 qua van đến xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe cầu sau bên phải (xy lanh CT2). Làm cho pít tông của xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh sau bên phải dịch chuyển một lượng x2 tác động vào cơ cấu phanh bánh sau bên phải (CCP sau phải), làm guốc phanh dịch chuyển ép sát vào tang phanh (đối với phanh tang trống) hay đĩa phanh (đối với phanh đĩa) và tạo ra mô men phanh Mp ở các bánh xe. Guốc phanh tác dụng ngược lên pít tông xy lanh công tác một lực, lực này sinh ra áp suất P 2xl phản hồi lại cụm van. Hợp lực phản hồi của áp suất Px11, áp suất P 2xl là áp suất P1 tác động lại pít tông sơ cấp xy lanh chính tạo thành một dòng kín trong hệ thống phanh thuỷ lực. * Dòng phanh thứ hai: Lưu lượng dầu Q2 được đẩy đến cụm van 2 của cơ cấu chấp hành ABS, tại đây lưu lượng dầu Q2 được chia làm 2 nhánh. - Nhánh 3 có lưu lượng Q 21 qua van đến xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe cầu trước bên phải (xy lanh CT3). Làm pít tông của xy lanh công tác bánh trước bên phải dịch chuyển một lượng x3 tác động vào cơ cấu phanhbánh trước bên phải (CCPtrước phải), làm guốc phanh dịch chuyển ép sát vào tang phanh (đối với phanh tang trống) hay đĩa phanh (đối với phanh đĩa) và tạo ra mô men phanh Mp ở các bánh xe. Guốc phanh tác dụng ngược lên pít tông xy lanh công tác một lực, lực này sinh ra áp suất Px13 , phản hồi lại cụm van. - Nhánh 4 có lưu lượng Q 22 qua van đến xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh xe cầu sau bên trái (xy lanh CT4). Làm cho pít tông của xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh sau bên trái dịch chuyển một lượng x4 tác động vào cơ cấu phanh bánh sau bên trái (CCP sau trái), làm guốc phanh dịch chuyển ép sát vào tang phanh (đối với phanh tang trống) hay đĩa phanh (đối với phanh đĩa) và tạo ra mô men phanh Mp ở các bánh xe. Guốc phanh tác dụng ngược lên píttông xylanh công tác một lực,lực này sinh ra áp suất P 4xl phản hồi lại cụm van Hợp lực phản hồi của áp suất Px13, áp suất P 4xl là áp suất P2 tác động lại pít tông thứ cấp xy lanh chính tạo thành một dòng kín trong hệ thống phanh thuỷ lực. www.oto-hui.com Trên thực tế, khi tính toán thiết kế hệ thống ABS phải kể đến sự cản trở của dầu trong đường ống dẫn, lực căng của các lò xo trong hệ thống; nghĩa là phải tính đến khối đường ống ở vị trí trước van điều khiển và trước xy lanh công tác cũng như có lò xo trong pít tông xy lanh chính, trong cơ cấu phanh. Tuy nhiên, để đơn giản mô hình mô phỏng ta đã bỏ qua sức cản của dầu, bỏ qua lực căng của các lò xo trong hệ thống. Trong luận văn này ta sử dụng mô hình động lực học của ô tô theo quĩ đạo thẳng dẫn động phanh 2 dòng; sơ đồ mô phỏng trên hình Hình 40 : Sơ đồ hệ thống điều khiển phanh ABS 3.3 Mô phỏng các cụm của hệ thống 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 Fmc tác 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 www.oto-hui.com 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. 1X = Fmc- P1.Amc- Fms1 (3.1) Fms1 = µ. 1X ; Fms2 = µ. m2 . = Fmc - P2.Amc – Fms2 ⇒ 1X = 211 1 ).(1 dtFAPF m msmcmc∫∫ −− (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. . 1X + bQ (3.4) 21 TTb QQQ += 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 + bQ (3.5) Trong đó : - 1X : 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) - bQ : lưu lượng dầu bù do bơm chuyển về từ thùng chứa dầu hồi (m 3/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 = ( )dtQQQV K ∫ −− 12111 (3.6) *Áp suất dầu trong khoang thứ cấp xy lanh chính được xác định: P2 = ( )dtQQQV K ∫ −− 22212 (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=V 1k + 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. www.oto-hui.com VR1: thể tích đoạn đường ống nối từ xy lanh chính đến van điều khiển được xác định VR1= 4 . 1 2lDπ (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 trái lưu 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. www.oto-hui.com 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 PP ∆ − 11 (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 PP ∆ − 21 (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 Txl P PP ∆ −1 (m3/s ) (3.13) Q2T= Qd.δ. d Txl P PP ∆ −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. www.oto-hui.com - 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; www.oto-hui.com + 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 www.oto-hui.com 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= 011111 1 )2.( PdtQxSQ V K Txlt xl +−−∫ (3.19) Vxl1= VR1+ V_xlt (3.20) (3.21) V_xlt= tt l d . 4 . 2π (3.22) Sxlt= 4 . 2tdπ (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 (m 3 ) . - VR1: thể tích đường ống dẫn dầu từ van điều khiển tới xy lanh công tác bánh xe cầu trước bên trái (m 3 ) - 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 (m 3 ); - 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 (m 2 ); - x1: độ dịch chuyển của píttông XLCT cơ 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) = ( )mstxltxl xlt FFSP m −−.1 1 X1= ( ) 0121. 1 xdtFFSP m mstxltxlxlt +−−∫∫ (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); - x 01 : 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). www.oto-hui.com Khi pít tông xi lanh công tác cơ cấu phanh mới bắt đầu dịch chuyển ( 01 xx ≤ ) thì lực 0≈tF 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 01 xx > , 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: + Q11 lưu lượng dầu chảy qua van điều khiển tới cơ cấu phanh bánh xe phía trước bên trái + Q1T lưu 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 www.oto-hui.com 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 . lDπ (3.28) V_xls= ss l d . 4 . 2π (3.29) Sxls= 4 . 2sdπ (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 (m 3 ); - 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 (m 3 ); - 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 (m 2 ); - 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 tác cơ 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) = ( )mssxlsxl xls FFSP m −−.1 2 = ( ) 0222 . 1 xdtFFSP m mssxlsxlxls +−−∫∫ (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); x 02 : 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) * Như vậy, mô hình mô phỏng “khối xi lanh công tác 2” gồm: - Đầu vào của khối: + Q12 lưu 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 phải, thuộc dòng phanh thứ hai, nhánh thứ nhất Ta có: (3.33) Vxl3 = VR3+ V_xlt (3.34) www.oto-hui.com (3.35) (3.36) (3.37) Trong đó : - Vxl3: 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. - VR3: là thể tích đường ống dẫn dầu từ van điều khiển tới xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh trước bên phải (m 3 ); - D; l3: 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 (m 3 ); - dt , lt : đường kính, chiều dài ban đầu xy lanh công tác cầu trước (m); - Sxlt: diện tích làm việc của pít tông xy lanh công tác cầu sau (m 2 ); - x3 : độ dịch chuyển của pít tông xy lanh công tác bánh trước bên phải (m); - P03: áp suất ban đầu của dầu trong xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh trước bên phải (N/m2). Phương trình xác định chuyển động của pít tông xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh trước bên phải: (3.38) và Fs = k (x3 - x0) (3.39) Trong đó: mxlt: khối lượng pít tông xylanh công tác cơ cấu phanh bánh xe cầu trước (kg) Fs: lực cản chuyển động do má phanh tác dụng ngược trở lại pít tông (N); www.oto-hui.com : 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) * Như vậy, mô hình mô phỏng “khối xi lanh công tác 2” gồm: - Đầu vào của khối: + Q21 lưu lượng dầu qua van điều khiển tới cơ cấu phanh bánh sau bên phải - Đầu ra của khối: + Pxl3 áp suất tại xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh trước bên phải; + MpTp là mômen phanh bánh trước bên phải * Sơ đồ mô phỏng thể hiện trong hình 46 Hình 46 : Sơ đồ mô phỏng xilanh công tác 3 b) Mô hình mô phỏng xy lanh công tác 4 (CT4) Quá trình vật lý xảy ra tại xy lanh công tác của cơ cấu phanh bánh xe sau bên trái, thuộc dòng phanh thứ hai, nhánh thứ hai . (3.40) Vxl4 = VR4+ V_xls (3.41) (3.42) V_xls= ss l d . 4 . 2π (3.43) Sxls= 4 . 2sdπ ( 3.44) www.oto-hui.com Trong đó : Vxl4: 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. VR4: là thể tích đường ống dẫn dầu từ van điều khiển tới xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh sau bên trái (m 3 ); D; l4: đường kính, chiều dài đường ống dẫn từ van điều khiển đến xy lanh công tác V_xls : là thể tích khoang xy lanh công tác (m 3 ); 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 (m 2 ); x4 : độ dịch chuyển của pít tông xy lanh công tác bánh sau bên phải (m); P04: áp suất ban đầu của dầu trong xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh sau bên trái Phương trình xác định chuyển động của pít tông xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh sau bên trái: (3.45) và Fs = k (x4 - x0) = ( )mssxlsxl xls FFSP m −−.1 2 = ( ) 0222 . 1 xdtFFSP m mssxlsxlxls +−−∫∫ (3.46) 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); x 02 : 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) * Như vậy, mô hình mô phỏng “khối xi lanh công tác 2” gồm: - Đầu vào của khối: + Q22 lưu lượng dầu qua van điều khiển tới cơ cấu phanh bánh sau bên trái - Đầu ra của khối: + Pxl4 áp suất tại xy lanh công tác cơ cấu phanh bánh sau bên trái + MpSt là mômen phanh bánh sau bên trái www.oto-hui.com * Sơ đồ mô phỏng thể hiện trong hình 47 Hình 47 : Sơ đồ mô phỏng xilanh công tác 4 3.3.4. Khối bộ điều khiển điện tử (ECU) * Chế độ điều khiển van ABS ở chế độ trượt quay của ECU trung tâm. Hoạt động theo yêu cầu của các điều kiện làm việc của hệ thống; được tổng hợp bằng công cụ Matlab – Stateflow, gồm 4 trạng thái làm việc:phanh bình thường tăng áp, giữ áp, giảm áp (hình 48). Hình 48 : Sơ đồ mô phỏng trạng thái làm việc của van ABS. - Trạng thái phanh bình thường: Biến điều khiển tăng áp được đặt bằng 1 (dktang=1), biến điều khiển giảm áp được đặt bằng 0 (dkgiam=0), trạng thái bơm hồi dầu được đặt làm việc (BomOn = 0) www.oto-hui.com - Trạng thái tăng áp: Biến điều khiển tăng áp được đặt bằng 1 (dktang=1), biến điều khiển giảm áp được đặt bằng 0 (dkgiam=0). - Trạng thái giữ áp: Biến điều khiển tăng áp được đặt bằng 0 (dktang=0), biến điều khiển giảm áp được đặt bằng 0 (dkgiam=0), trạng thái bơm hồi dầu được đặt làm việc (Bom ON=1). - Trạng thái giảm áp: Biến điều khiển tăng áp được đặt bằng 0 (dktang=0), biến điều khiển giảm áp được đặt bằng 0 (dkgiam=1), trạng thái bơm hồi dầu được đặt làm việc (Bom ON=1). * Điều kiện của các chuyển đổi từ trạng thái này sang trạng thái khác được xác định như sau: - Chuyển đổi mặc định ở trạng thái tăng áp: khi có hiện tượng trượt quay thì độ trượt của các bánh xe sẽ được chuyển đổi mặc định vào trạng thái phanh bình thường. - Chuyển đổi từ trạng thái tăng áp về trạng thái giữ áp: giá trị độ trượt của bánh xe nhỏ hơn giá trị định trước (s< 1Tr ) - Chuyển đổi từ trạng thái giữ áp về trạng thái tăng áp: giá trị độ trượt của bánh xe lớn hơn giá trị định trước (s> 2Tr ) và - Chuyển đổi từ trạng thái giữ áp về trạng thái giảm áp: giá trị độ trượt của bánh xe nhỏ hơn giá trị định trước (s< 3Tr ) - Chuyển đổi từ trạng thái giảm áp về trạng thái giữ áp: giá trị độ trượt của bánh xe lớn hơn giá trị định trước (s> 4Tr ) Như vậy, ta có quá trình điều khiển của ECU trên mô hình mô phỏng như sau Mô hình mô phỏng khối “bộ điều khiển ECU ” gồm: - Đầu vào của khối: + tSp và tTp: giá trị độ trượt của bánh sau bên phải và bánh trước bên phải. + tSt và tTt: hiệu giá trị độ trượt của bánh sau bên trái và bánh trước bên trái. + v : Vận tốc của ô tô - Đầu ra của khối: + dktang1: giá trị định trước mở van tăng áp điều khiển cơ cấu phanh bánh trước bên trái. + dktang 2: giá trị định trước mở van tăng áp điều khiển cơ cấu phanh bánh sau bên phải + dktang 3: giá trị định trước mở van tăng áp điều khiển cơ cấu phanh bánh trước bên phải www.oto-hui.com + dktang 4: giá trị định trước mở van tăng áp điều khiển cơ cấu phanh bánh sau bên trái + dkgiam 1: giá trị định trước mở van giảm áp điều khiển cơ cấu phanh bánh trước bên trái + dkgiam 2: giá trị định trước mở van giảm áp điều khiển cơ cấu phanh bánh sau bên phải + dkgiam 3: giá trị định trước mở van giảm áp điều khiển cơ cấu phanh bánh trước bên phải + dkgiam 4: giá trị định trước mở van giảm áp điều khiển cơ cấu phanh bánh sau bên trái Sơ đồ mô phỏng khối “bộ điều khiển điện tử ECU”, trong hình vẽ 3.8: Hình 49 : Sơ đồ bộ điều khiển điện tử ECU. www.oto-hui.com 3.3.5. Khối mô hình chuyển động thẳng của ô tô Khi mô phỏng khối chuyển động thẳng của ô tô trong quá trình phanh, để đơn giản chỉ xét các lực tác dụng vào xe trong mặt phẳng dọc, trên đường nằm ngang và bỏ qua lực cản không khí. Thông số nhập vào gồm: vận tốc ban đầu 0v , khối lượng toàn bộ xe, phân bố tải trọng tĩnh ra cầu trước và cầu sau, toạ độ trọng tâm của xe. Sơ đồ mô phỏng khối “ Động lực học của xe ”. Hình 50 : Sơ đồ động lực học của xe. www.oto-hui.com CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH 4.1. Trường hợp 1 : đang chạy đều trên đường nhựa khô hoặc đường bê tông khô phanh đột ngột với, Hình 4.1- Đồ thị vận tốc Hình 4.2- Đồ thị quãng đường phanh Hình 4.3- Mômen phanh bánh sau phải Hình 4.4- Mômen phanh bánh sau trái www.oto-hui.com Hình 4.5- Mômen phanh bánh trước phải Hình 4.6-Mômen phanh bánh trước trái Hình 4.7- Vận tốc góc bánh sau phải Hình 4.8- Vận tốc góc bánh sau trái Hình 4.9- Vận tốc góc bánh trước phải Hình 4.10- Vận tốc góc bánh trước trái www.oto-hui.com * Nhận xét : Giai đoạn 1: khi xe chạy đều với vận tốc 72(km/h) phanh đột ngột khoảng 0.2 giây đầu lưu lượng dầu tăng nhanh nhưng do cơ cấu phanh ở các bánh xe nên mômen phanh tăng chậm,dẫn tới gia tốc góc bánh xe,vận tốc của xe giảm chậm Giai đoạn 2 : Sau khoảng 1 giây tiếp tục đạp bàn đạp phanh lưu lựợng dầu tăng nhanh mômen phanh của cả 4 bánh xe đều tăng nhanh từ 0 đến 700(Nm) làm cho gia tốc góc và vận tốc góc giảm nhanh tuyến tính Giai đoạn 3 : trong khoảng thời gian 2.5 giây tiếp theo mômen phanh biến thiên dạng hình sin nhằm đảm bảo giữ ổn định cho xe nên gia tốc góc bánh xe giảm nhiều nhưng đường thể hiện dạng xung đảm bảo cho các bánh xe không trượt lết,vận tốc của xe giảm nhanh tuyến tính Giai đoạn 4 : khoảng 0.5 giây cuối vận tốc xe nhỏ dưới 10(km/h) nên lúc đó momen phanh được điều khiển dao động với biên độ nhỏ gia tốc góc bánh xe giảm nhanh tuyến tính về 0,vận tốc xe giảm về nhanh 0,quãng đường phanh với trường hợp này khoảng 47m,thời gian phanh khoảng 4.2 giây 4.2. Trường hợp 2 : đang chạy đều trên đường nhựa ướt hoặc đường bê tông ướt phanh đột ngột với, Hình 4.11- đồ thị vận tốc Hình 4.12-đồ thị quãng đường phanh www.oto-hui.com Hình 4.13- Mômen phanh bánh sau trái Hình 4.14-Mômen phanh bánh trước phải Hình 4.15-Mômen phanh bánh sau phải Hình 4.16- Mômen phanh bánh trước trái Hình 4.17-Vận tốc góc bánh trước trái Hình 4.18-Vận tốc góc bánh sau phải www.oto-hui.com Hình 4.19-Vận tốc góc bánh trước phải Hình 4.20-Vận tốc góc bánh sau trái * Nhận xét : trường hợp này hệ số bám của bánh xe với mặt đường nhỏ hơn trường hợp1 nên quãng đường phanh dài hơn,thời qian phanh lâu hơn trường hợp1 Giai đoạn 1: khi xe chạy đều với vận tốc 72(km/h) phanh đột ngột khoảng 0.1 giây đầu lưu lượng dầu tăng nhanh nhưng do cơ cấu phanh ở các bánh xe nên mômen phanh tăng chậm,vận tốc giảm trong thời gian nhanh hơn trường hợp trước vì hệ số bám của bánh xe với mặt đường nhỏ hơn,dẫn tới gia tốc góc bánh xe,vận tốc của xe giảm ít trong giai đoạn này Giai đoạn 2 : Sau khoảng 0.4 giây tiếp tục đạp bàn đạp phanh lưu lựợng dầu tăng nhanh mômen phanh của cả 4 bánh xe đều tăng nhanh từ 0 đến 650(Nm) làm cho gia tốc góc và vận tốc góc giảm nhanh tuyến tính từ khoảng 60(rad/s) xuống còn 48(rad/s) Giai đoạn 4 : khoảng 8 giây cuối lúc đó momen phanh giảm về độ lớn biểu thị dưới dạng xung hình sin,được điều khiển dao động với biên độ giảm dần gia tốc góc bánh xe cũng dao động với biên độ giảm nhanh về 0,vận tốc xe giảm về nhanh 0,quãng đường phanh với trường hợp này khoảng 85m,thời gian phanh khoảng 8.5 giây www.oto-hui.com 4.3. Trường hợp 3 : đang chạy đều trên đường cát khô hoặc đường đá sỏi khô phanh đột ngột với, Hình 4.21- Đồ thị vận tốc Hình 4.22-Đồ thị quãng đường phanh Hình 4.23- Mômen phanh bánh sau trái Hình 4.24-Mômen phanh bánh trước phải www.oto-hui.com Hình 4.25- Mômen phanh bánh sau phải Hình 4.26- Mômen phanh bánh trước trái Hình 4.27-Vận tốc góc bánh trước trái Hình 4.28-Vận tốc góc bánh sau phải Hình 4.29-Gia tốc góc bánh trước phải Hình 4.30-Gia tốc góc bánh sau trái www.oto-hui.com * Nhận xét : trường hợp này hệ số bám của bánh xe với mặt đường nhỏ hơn 2 trường hợp trên nên quãng đường phanh dài hơn,thời qian phanh lâu hơn cả 2 trường hợp,mômen phanh cực đại của cả 4 bánh đều nhỏ hơn trường hợp trên Mpmax = 560 (Nm) Giai đoạn 1: khi xe chạy đều với vận tốc 72(km/h) phanh đột ngột khoảng 0.1 giây đầu lưu lượng dầu tăng nhanh nhưng do cơ cấu phanh ở các bánh xe nên mômen phanh tăng chậm,vận tốc giảm trong thời gian nhanh hơn trường hợp trước vì hệ số bám của bánh xe với mặt đường nhỏ hơn,dẫn tới gia tốc góc bánh xe,vận tốc của xe giảm ít trong giai đoạn này Giai đoạn 2 : Sau khoảng 0.4 giây tiếp tục đạp bàn đạp phanh lưu lựợng dầu tăng nhanh mômen phanh của cả 4 bánh xe đều tăng nhanh từ 0 đến 560(Nm) làm cho gia tốc góc và vận tốc góc giảm nhanh tuyến tính từ khoảng 60(rad/s) xuống còn 48(rad/s) Giai đoạn 4 : khoảng 9 giây cuối lúc đó momen phanh giảm về độ lớn biểu thị dưới dạng xung hình sin,được điều khiển dao động với biên độ giảm dần gia tốc góc bánh xe cũng dao động với biên độ giảm nhanh về 0,vận tốc xe giảm về nhanh 0,quãng đường phanh với trường hợp này khoảng 100m,thời gian phanh khoảng 9.5 giây 4.4. Trường hợp 4 : đang chạy đều trên đường đất sét khô hoặc đường đất quê khô phanh đột ngột với, HHinh 4.31- Đồ thị vận tốc Hình 4.32-Đồ thị quãng đường phanh www.oto-hui.com Hình 4.33- Mômen phanh bánh sau trái Hình 4.34- Mômen phanh bánh trước phải Hình 4.35- Mômen phanh bánh sau phải Hình 4.36- Mômen phanh bánh trước trái Hình 4.37-Vận tốc góc bánh trước trái Hình 4.38-Vận tốc góc bánh sau phải www.oto-hui.com Hình 4.39-Vận tốc góc bánh trước phải Hình 4.40-Vận tốc góc bánh sau trái * Nhận xét : trường hợp này hệ số bám của bánh xe với mặt đường lớn hơn và vận tốc lúc bắt đầu phanh nhỏ hơn trường hợp 2và3 nên quãng đường phanh ngắn hơn,thời qian phanh ít hơn cả 2 trường hợp,mômen phanh cực đại của cả 4 bánh đều lớn hơn trường hợp trên Mpmax = 760 (Nm) Giai đoạn 1: khi xe chạy đều với vận tốc 54(km/h) phanh đột ngột khoảng 0.1 giây đầu lưu lượng dầu tăng nhanh nhưng do cơ cấu phanh ở các bánh xe nên mômen phanh tăng nhanh,vận tốc giảm trong thời gian nhanh hơn trường hợp trước vì hệ số bám của bánh xe với mặt đường lớn hơn trường hợp 2 và 3,dẫn tới gia tốc góc bánh xe,vận tốc của xe giảm ít trong giai đoạn này Giai đoạn 2 : Sau khoảng 0.5 giây tiếp tục đạp bàn đạp phanh lưu lựợng dầu tăng nhanh mômen phanh của cả 4 bánh xe đều tăng nhanh từ 0 đến 760(Nm) làm cho gia tốc góc và vận tốc góc giảm nhanh tuyến tính từ khoảng 48(rad/s) xuống còn 35(rad/s) Giai đoạn 4 : khoảng 4 giây cuối lúc đó momen phanh giảm về độ lớn biểu thị dưới dạng xung hình sin,được điều khiển dao động với biên độ giảm dần gia tốc góc bánh xe cũng dao động với biên độ giảm nhanh về 0,vận tốc xe giảm về nhanh 0,quãng đường phanh với trường hợp này khoảng 37m,thời gian phanh khoảng 4.6 giây www.oto-hui.com 4.5. Trường hợp 5 : đang chạy đều trên đường nhựa khô hoặc đường bê tông khô nhưng hệ số bám của 4 bánh khác nhau phanh đột ngột với, Hình 41 : Đồ thị vận tốc Hình 42 :Đồ thị quãng đường phanh Hình 43 : vận tốc góc bánh trước phải Hình 44 : vận tốc góc bánh sau trái www.oto-hui.com Hình 45 : vận tốc góc bánh trước trái Hình 46 : vận tốc góc bánh sau phải Hình 47 : Momen phanh bánh sau trái Hình 48 : momen phanh bánh trước phải Hình 49 : Momen phanh bánh sau phải Hình 50 : Momen phanh bánh trước trái www.oto-hui.com * Nhận xét : trường hợp này hệ số bám của bánh xe với mặt đường ở 4 bánh là khác nhau nên mômen phanh của cả 4 bánh khác nhau Giai đoạn 1: khi xe chạy đều với vận tốc 72(km/h) phanh đột ngột khoảng 0.1 giây đầu lưu lượng dầu tăng nhanh nhưng do cơ cấu phanh ở các bánh xe nên mômen phanh tăng nhanh,vận tốc giảm trong thời gian nhanh hơn trường hợp trước vì hệ số bám của bánh xe với mặt đường lớn hơn trường hợp 2 và 3,dẫn tới gia tốc góc bánh xe,vận tốc của xe giảm ít trong giai đoạn này Giai đoạn 2 : Sau khoảng 0.5 giây tiếp tục đạp bàn đạp phanh lưu lựợng dầu tăng nhanh mômen phanh của cả 4 bánh xe đều tăng nhanh từ 0 đến 760(Nm) làm cho gia tốc góc và vận tốc góc giảm nhanh tuyến tính từ khoảng 48(rad/s) xuống còn 35(rad/s) Giai đoạn 4 : khoảng 3 giây cuối lúc đó momen phanh giảm về độ lớn biểu thị dưới dạng xung hình sin,được điều khiển dao động với biên độ giảm dần gia tốc góc bánh xe cũng dao động với biên độ giảm nhanh về 0,vận tốc xe giảm về nhanh 0,quãng đường phanh với trường hợp này khoảng 37m,thời gian phanh khoảng 4.6 giây 4.6. Kết luậnvà Kiến nghị 4.6.1. Kết luận a). Đề tài đã đạt được mục tiêu và nội dung đặt ra, có ý nghĩa nghiên cứu và tìm hiểu trong trình bày giảng dạy, đánh giá cụ thể qua các nội dung sau: - Đã nghiên cứu về lý thuyết cơ bản của quá trình phanh ôtô; lý thuyết và chế độ điều khiển của hệ thống ABS trên cơ sở các tài liệu và hệ thống thực tế trên xe; - Phân tích bản chất vật lý cơ bản, công thức và ứng dụng phần mềm Matlab Simulink, Matlab- Statefow để diễn tả, mô phỏng trạng thái làm việc các phần tử của hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS. Quá trình mô phỏng đã hoàn thành các nội dung: + Xây dựng được mô hình mô phỏng; + Xác định giá trị các thông số của mô hình mô phỏng; + Xác định các thông số (điều kiện, tín hiệu) đầu vào, đầu ra, thông số nhập của ECU. + Xác định kết quả xuất ra: Vận tốc của xe, vận tốc góc bánh xe, mô men phanh sinh ra tại bánh xe chủ động, độ trượt của bánh xe khi khi phanh, của hệ thống ABS … + Xác định và đánh giá được bằng kết quả (dưới dạng đồ thị ) trong trường hợp hệ số bám giữa lốp xe với mặt đường thay đổi . + Đề tài có ý nghĩa thực tiễn là đóng góp vào nghiên cứu khoa học chuyên ngành ô tô. b)-Tuy nhiên, do thời gian, kinh phí có hạn nên đề tài còn có một hạn chế sau đây trong quá trình thực hiện đề tài - Chưa tiến hành thực nghiệm để kiểm nghiệm kết quả, mới dừng lại ở nghiên cứu lý thuyết. - Mới xét ô tô chuyển động và phanh trên đường thẳng,đường bằng chưa xét tới ô tô phanh gấp trên đường vòng và đường dốc... 4.6.2. Hướng phát triển của đề tài và kiến nghị 1. Xét thêm ảnh hưởng của các yếu tố trong trường hợp ô tô phanh trên đường vòng và đường dốc, sự biến thiên của phản lực đường tác dụng lên bánh xe. 2. Hoàn thiện ECU để ô tô có thể đáp ứng và điều khiển tốt trong điều khiển chống hãm cứng bánh xe khi phanh. www.oto-hui.com LỜI KẾT Trong thời gian làm đồ án em đã khẩn trương thu thập tài liệu, đọc, cùng với các kiến thức đã học để thực hiện đề tài. Tuy nhiên trong quá trình thực hiện em đã gặp không ít những khó khăn , song với sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô trong khoa , đặc biệt là thầy Đồng minh Tuấn đã giúp em hoàn thành được đồ án. Qua đó giúp em hiểu sâu hơn về qui trình thiết kế đồ án mô phỏng nói riêng cũng như qui trình thiết kế đồ án nói chung, qua đây cũng giúp em biết cách tập hợp tài liệu kết hợp cùng với kiến thức của mình đã học để thiết kế một hệ thống chi tiết máy . Với đồ án tốt nghiệp này,em thực hiện đã nâng cao nhiều kiến thức cho bản thân em và là tài liệu cho công tác của em sau này.Nó giúp em nâng cao khả năng ứng dụng máy tính trong thiết kế tính toán Tuy nhiên do tài liệu tham khảo còn thiếu, kiến thức của bản thân em hạn chế nên nội dung đồ án không tránh khỏi những thiếu xót nhất định. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô cùng các bạn để nội dung đồ án của em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn! Hưng Yên , Ngày 20 Tháng 08 Năm 2009 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trọng Khương www.oto-hui.com www.oto-hui.com

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfỨng dụng phần mềm Matlab-Simulink mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch.pdf