[Tóm tắt] Luận án Nghiên cứu hiệu quả phanh trên đường có hệ số bám khác nhau của đoàn xe sơ mi rơ moóc làm cơ sở đề xuất giải pháp nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông

Tân Thanh 40F 3 cầu. 1.3.3 Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết bằng mô hình không gian và thực nghiệm phanh đoàn xe SMRM trên đường. Luận án sử dụng phương pháp Newton-Euler để mô tả động lực học phanh ĐXSMRM. 1.3.4 Giới hạn của đề tài Luận án chưa nghiên cứu ảnh hưởng của kết cấu, vật liệu chế tạo hệ thống phanh, kết cấu, vật liệu chế tạo lốp cũng như kết cấu của đường đến hiệu quả phanh ĐXSMRM. 1.4 Nội dung nghiên cứu và cấu trúc luận án 1.4.1 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan về hiệu quả phanh ô tô và ĐXSMRM; - Phân tích cấu trúc và lập mô hình không gian để mô tả động lực học phanh ĐXSMRM; Thiết lập hệ phương trình động lực học phanh đoàn xe; Mô phỏng các quá trình phanh đặc trưng trên đường thẳng và đường vòng; - Thí nghiệm xác định hàm hệ số bám x(sx) khi phanh của bánh xe trên đường khô và ướt; - Đánh giá hiệu quả phanh của ĐXSMRM; Đề xuất các giải pháp để nâng cao hiệu quả phanh. 1.4.2 Bố cục luận án Luận án được bố cục gồm 4 chương: Mở đầu; Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu; Chương 2. Mô hình động lực học phanh ĐXSMRM; Chương 3. Khảo sát động lực học phanh ĐXSMRM; Chương 4. Thí nghiệm phanh ĐXSMRM; Kết luận và kiến nghị 1.5 Tóm tắt chương 1 Hiện nay ĐXSMRM được sử dụng rất nhiều ở các nước trên thế giới và ở Việt Nam. Đoàn xe SMRM mang lại nhiều lợi ích kinh tế, xã hội nhưng cũng gây ra nhiều tai nạn giao thông cần phải nghiên cứu khắc phục. Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống phanh ĐXSMRM và đạt được những kết quả rất khả quan; đã đề xuất áp dụng hệ thống phanh ABS trên ĐXSMRM ở Mỹ và Châu Âu. Ở Việt Nam còn ít công trình nghiên cứu về ĐXSMRM, chưa có công trình nghiên cứu về hiệu quả phanh ĐXSMRM được công bố và chưa có qui định bắt buộc sử dụng hệ thống phanh ABS trên ĐXSMRM. Hiện nay tiêu chí đánh giá hiệu quả phanh ĐXSMRM khi nghiên cứu chưa có công bố cụ thể. Khi nghiên cứu thường đánh giá hiệu quả phanh bởi hai tiêu chí chủ yếu là gia tốc phanh và ổn định quỹ đạo chuyển động thông qua góc lệch giữa thân XĐK và thân SMRM (K), trong đó tiêu chí ổn định chuyển động của đoàn xe khi phanh là quan trọng nhất [12, 19, 24, 33]. Để nghiên cứu hiệu quả phanh ĐXSMRM luận án chọn phương pháp nghiên cứu lý thuyết bằng mô hình không gian phi tuyến kết hợp với phương pháp thực nghiệm phanh ĐXSMRM trên đường. 3 Chương 2. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC PHANH ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC Đoàn xe SMRM là hệ nhiều vật, liên kết phức tạp. Mô hình động lực học phanh ĐXSMRM là mô hình tích hợp gồm mô hình cơ học hệ nhiều vật được mô tả bằng hệ phương trình Newton-Euler và mô hình xác định lực liên kết dạng thích nghi như mô hình lốp. Luận án chọn mô hình không gian để có thể mô tả đầy đủ cấu trúc ĐXSMRM và đáp ứng được mục tiêu nghiên cứu. 2.1 Phân tích cấu trúc ĐXSMRM Đoàn xe SMRM có 2 thân, gồm XĐK và SMRM liên kết với nhau bằng khớp yên ngựa. Liên kết giữa khối lượng được treo và không được treo của ĐXSMRM thông qua hệ thống treo nhíp, được mô tả bằng các nội lực hệ thống treo là các hàm phi tuyến. Liên kết giữa xe và đường thông qua các bánh xe đàn hồi chịu biến dạng ở phương thẳng đứng, phương ngang, thể hiện qua phản lực lốp-đường. Để thuận tiện cho việc lập mô hình, luận án chia ĐXSMRM nghiên cứu thành 8 khối lượng (vật) cơ bản như sau: Khối lượng được treo của XĐK là mc1 đặt tại trọng tâm C1 của XĐK; Khối lượng được treo của SMRM là mc2 đặt tại trọng tâm C2 của SMRM; Khối lượng không được treo của các cầu là mAi đặt tại trọng tâm Ai của các cầu (i=1÷6), như hình (2.2). Hình 2.1 Khối lượng đoàn xe sơmi-rơmooóc * Một số giả thiết để lập mô hình: ĐXSMRM đối xứng trục theo chiều dọc; Cầu xe không quay quanh trục y; Cầu xe chuyển động theo trục x và trục z cùng với khối lượng được treo; Bỏ qua đàn hồi và ma sát trong khớp yên ngựa, lực cản không khí và mô men quay bánh xe quanh trục z; Độ đàn hồi của hệ thống treo tuyến tính trong miền làm việc và phi tuyến khi chạm vấu giới hạn hành trình; Độ cứng hướng kính lốp không thay đổi khi chưa tách bánh. 2.2 Phương pháp lập mô hình Để mô tả động lực học ĐXSMRM ta có thể sử dụng các phương pháp Newton-Euler, D’Alembert/Jourdain, Lagrange. Trong đó, phương pháp Newton-Euler đơn giản hơn, cho phép phân chia cấu trúc và lập trình theo mô đun, có thể xác định được các quan hệ nội hàm [6, 25]. 2.2.1 Định nghĩa hệ tọa độ cho ĐXSMRM Để mô tả chuyển động của ĐXSMRM ta cần thiết lập một hệ tọa độ Descartes thuận bao gồm hệ toạ độ cố định G(OXYZ) và các hệ tọa độ vật B(Cxyz) như hình (2.2). 2.2.2 Lực và mô men tác dụng lên ĐXSMRM Lực và mô men tác dụng lên ĐXSMRM như hình (2.3). 4 X Y x41 41 61 x12 y12 12 y21 x11 y11 11 xA1 yA1 A1 A1 O yc2 c2 c2 K2 K1 yc1 c1 c1 c1 C1 zc1 xc1 12 11 z12 z11 z232 z42 z52z62 zA1 yk1 xk1 zk1 yk2 xk2 zk2 x32 y3232 232 x31 x22 y22 2 x21 A2 A2 xA2 yA2 y31 z231 31 231 z41 z51 z61 xA4 yA4 A4 xA5 yA5 A5 xA6 yA6 A6 x42 y4242 x52 y5252 x62 y6262 y41 x51 y51 51 x61 y61 A4 A5A6 4252 62 61 51 41 zA6 zA5 zA4 yA3 xA3 A3 zA3 zA2 A3 xc2 c2 C2 zc2 Hình 2.2 Hệ tọa độ cố định và hệ toạ độ vật của ĐXSMRM 5 Fx32 A1 A2 K2 K1 yc1 C1 zc1 xc1 Fky2 Fkx2 Fkz2 Fkx1 Fkz1 Fky1 Fy32 Fz32 Fz22 Fx22 Fy22 Fy21 Fx21 Fz21 Fz12 Fx12 Fy12 Fy11 Fx11 Mkx2 Mkx1 FR21 Fx31 Fy31 Fz31 FR31 FR32 FR22 M32 M22 M12 FR12 Fz11 FR11 M11 M21 c1 c1 c1 M31 xc2 yc2 c2 C2 zc2 c2 c2 Fx62 Fy62 A4A5 A6 Fz62 Fz61 Fy61 Fy52 Fx52 Fz52 Fy51 Fz42 Fx42 Fy42 Fy41 Fx41 Fz41 M52M62 FR62 FR52 M42 M41 FR42 Fx61 FR61 Fx51 Fz51 FR51 FR41 M51M61 A3 Hình 2.3 Ngoại lực tác dụng lên ĐXSMRM 6 2.3 Phương trình động lực học ĐXSMRM trong mặt phẳng đường (OXY) 2.3.1 Phương trình động lực học XĐK trong mặt phẳng đường (OXY) Dựa vào hệ phương trình Newton-Euler, ta có thể viết hệ phương trình động lực học XĐK trong mặt phẳng đường như sau: 3 c1 Ai c1 c1 c1 x11 R11 11 x12 R12 12 y11 11 1 y12 12 R 21 R 22 R31 R32 x 21 x22 x31 x32 wx1 kx1 ( m m )( x y ) ( F F )cos ( F F )cos F sin F sin ( F F F F ) ( F F F F ) F F                           (2.1) 3 c1 Ai c1 c1 c1 x11 R11 11 x12 R12 12 1 y11 11 y12 12 y 21 y 22 y31 y 32 ky1 ( m m )( y x ) ( F F ) sin ( F F )sin F cos F cos ( F F F F ) F                      (2.2) zc1 c1 x11 R11 11 x12 R12 12 y11 11 y12 12 1 x12 12 x11 11 y11 11 y12 12 R11 11 R12 12 1 x 22 x 21 R 21 R 22 2 x32 x31 R31 R3 3 y 21 y 22 J [( F F )sin ( F F ) sin F cos F cos ]l ( F cos F cos F sin F sin F cos F cos )b ( F F F F )b ( F F F F )b ( F F )                                   2 y31 y32 3 ky1 k 1 l ( F F )l F l   (2.3) l 1 l 2 l k1 l 3 y c 1 F x1 2 F x 12 co s F R 12 co s Hình 2.4 Sơ đồ động lực học XĐK trong mặt phẳng đường 2.3.2 Phương trình động lực học SMRM trong mặt phẳng đường (OXY) Hệ phương trình động lực học SMRM trong mặt phẳng đường là: 6 c 2 Ai c 2 c 2 c 2 x 41 R 41 x 42 R 42 4 x 51 R 51 x 52 R 52 x 61 R 61 x 62 R 62 kx 2 ( m m )( x y ) ( F F ) ( F F ) ( F F ) ( F F ) ( F F ) ( F F ) F                   (2.4) 6 c 2 Ai c 2 c 2 c 2 ky 2 y 41 y 42 y 51 y 52 y 61 y 62 4 ( m m )( y x ) F F F F F F F           (2.5) zc 2 c 2 x 42 x 41 R41 R42 4 x 52 x 51 R51 R52 5 x62 x61 R61 R62 6 ky 2 k 2 y 41 y 42 4 y 51 y 52 5 y 61 y 62 6 J ( F F F F )b ( F F F F )b ( F F F F )b F l ( F F )l ( F F )l ( F F )l                      (2.6) 7 yc2 xc2 lk2 l4 l5 l6 2b 6 F x62 F y62 F x61 F y61 F x52 F y52 F x51 F y51 F x42 F y42 F x41 F y41 Fky 2 Fkx 2 2b 5 2b 4 F R 42 F R 52 F R 62 F R 61 F R 51 F R 41 Hình 2.5 Sơ đồ động lực học SMRM trong mặt phẳng đường 2.4 Phương trình động lực học khối lượng được treo phương thẳng đứng 2.4.1 Phương trình động lực học XĐK phương thẳng đứng c1 c1 c1 c1 C 11 K 11 C 12 K 12 C 231 K 231 C 232 K 232 kz1 m ( z x ) F F F F F F F F F             (2.7) yc1 c1 C11 K11 C12 K12 1 kz1 k1 kx1 c1 k1 2 3 C231 K231 C232 K232 wx1 w1 c1 ' ' ' ' x11 x12 c1 1 x231 x232 c1 23 11 12 J ( F F F F )l F l F ( h h ) l l ( F F F F ) F ( h h ) 2 ( F F )( h r ) ( F F )( h r ) M M                             (2.8) 1c h c1 3 j A3 3jyJ  A3 1cm x 2j A2 2jyJ  A2 1cm x 1j 1 1jyAJ  A1 1cm x h k1 Aij ij Aiz h w 1 1j  1j 1 jJ  Hình 2.6 Sơ đồ động lực học XĐK phương thẳng đứng 2.4.2 Động lực học SMRM phương thẳng đứng 8 2c 6j A6j 6jyJ  A6j 2cm x 2 j  2 j 2 jJ  3 j  3 j 3 jJ  5j A5j 5jyJ  A5j 2cm x 4j  A4j 4jyJ  A4j 2cm x Aij ij Aiz Hình 2.7 Sơ đồ động lực học SMRM phương thẳng đứng c 2 c 2 c 2 c 2 C 41 K 41 C 42 K 42 C 51 K 51 C 52 K 52 C 61 K 61 C 62 K 62 kz 2 m ( z x ) F F F F F F F F F F F F F                 (2.9) yc2 c2 C41 K41 C42 K42 4 C51 K51 C52 K52 5 62 ' ' C61 K61 C62 K62 6 x41 x42 c2 4 41 42 51 52 ' ' ' ' x51 x52 c2 5 kx2 c2 k2 kz2 k2 x61 x62 c2 6 61 J ( F F F F )l ( F F F F )l M ( F F F F )l ( F F )(h r ) M M M M ( F F )(h r ) F (h h ) F l ( F F )( h r ) M                                  (2.10) 2.5 Phương trình động lực học ngang ĐXSMRM 2.5.1 Phương trình động lực học ngang XĐK a. Phương trình lắc ngang quanh trục x của khối lượng được treo XĐK: i 3 i 3 xc1 c1 Ci2 Ki2 Ci1 Ki1 i i c1 Bi kx1 i 1 i 1 J (F F F F )w F(h h ) M             (2.11) b. Hệ phương trình động lực học ngang của cầu 1, 2, 3 XĐK: Ai Ai Ai Ai CLij KLij Cij Kijm (z y ) F F F F       (2.12÷2.14) Ai Ai Ai Ai i yijm ( y z ) F F     (2.15÷2.17) j 2 Axi Ai Ci1 Ki1 Ci2 Ki2 i CLi2 KLi2 CLi1 KLi1 i yij ij Aij i Bi i j 1 J (F F F F )w (F F F F )b F (r ) F(h r )                (2.18÷2.20) 2.5.2 Phương trình động lực học ngang SMRM a. Phương trình lắc ngang quanh trục x của khối lượng được treo SMRM là: i 3 i 3 xc2 c2 Ci2 Ki2 Ci1 Ki1 i i c2 Bi kx2 i 1 i 1 J ( F F F F )w F(h h ) M             (2.21) b. Hệ phương trình động lực học ngang của cầu 4, 5, 6 SMRM: Ai Ai Ai Ai CLij KLij Cij Kijm (z y ) F F F F       (2.22÷2.24) 9 Ai Ai Ai Ai i yijm ( y z ) F F     (2.25÷2.27) j 2 Axi Ai Ci1 Ki1 Ci2 Ki2 i CLi2 KLi2 CLi1 KLi1 i yij ij Aij i Bi i j 1 J (F F F F )w (F F F F )b F (r ) F(h r )                (2.28÷2.30) Ai 1i 1c 2iz 2Ai1Ai 1iz 2i Hình 2.8 Sơ đồ động lực học ngang XĐK 2.6 Phương trình động lực học bánh xe ij Aij ijm x Aij Ayij ijJ  Hình 2.9 Sơ đồ động lực học bánh xe Với i=1÷6, j=1 chỉ bánh xe bên trái, j=2 chỉ bánh xe bên phải, ta có phương trình động lực học của các bánh xe như sau: Ayij ij Aij Bij xij dijJ M M F r    (2.31÷2.42) 2.7 Xác định các lực và mô men liên kết 2.7.1 Lực liên kết của hệ thống treo         n n ij ij dij dij ij ij t n Cij ij ij ij dij ij ij dij t t ij ij dij ij ij dij Kij ij ij ij C z f khi f z F C z khi f z f C z f khi z f F K z                                    (2.43) 2.7.2 Tính các lực và mô men liên kết tại khớp yên ngựa (mâm xoay) 10 kx2 kx1 c1 c2 ky1 c1 c2 ky 2 kx1 c1 c2 ky1 c1 c2 c1 c2 kx2 kx1 2 2 c1 c2 c1 c2 F F cos( ) F sin( ) F F sin( ) F cos( ) cos( ) M M 1 sin ( )cos ( )                               (2.50) kx1 kx2 c1 c2 ky2 c1 c2 ky1 ky2 c1 c2 kx2 c1 c2 c2 c1 kx1 kx2 2 2 c2 c1 c2 c1 F F cos( ) F sin( ) F F cos( ) F sin( ) cos( ) M M 1 sin ( )cos ( )                               (2.51) 2.7.3 Tính lực liên kết lốp-đường tại tâm vết tiếp xúc bánh xe xij zij xij yij zij yij t CLij KLij Gij ij Aij ij zij t ij Aij ij F = F φ F = F φ F +F +F khi h - ξ - f 0 F = 0 khi h - ξ - f <0                 (2.52) 2.8 Kết luận chương 2 1. Về xây dựng mô hình Đã xây dựng được mô hình động lực học phanh ĐXSMRM là mô hình lai (Hybrid model) gồm mô hình cấu trúc là dạng hệ nhiều vật MBS; các mô hình xác định lực liên kết là các mô hình thích nghi (Adaptive Model). Với đặc điểm đó ta có thể đưa vào mô hình các hàm điều khiển và yếu tố ngoại cảnh khác nhau cũng như điều chỉnh tham số để mô hình có độ chính xác hơn. Với mô hình trên có thể khảo sát lý thuyết các quá trình động lực học phanh ĐXSMRM ở các giới hạn trượt để nghiên cứu phản ứng của đoàn xe khi có điều khiển của lái xe. 2. Đặc điểm phương pháp Sử dụng Phương pháp Tách cấu trúc Hệ nhiều vật MBS cho phép thay đổi tham số kết cấu và hàm đầu vào khi khảo sát; mô hình lốp Ammon cho phép khảo sát các trạng thái chuyển động tới hạn trong các trường hợp sử dụng và các yếu tố ngoại cảnh thường xuyên thay đổi. 3. Phương pháp giải Việc giải hệ phương trình vi phân được thực hiện bằng phần mềm Matlab-Simulink với phương pháp phân chia mô đun. Đây là phương pháp cho phép lập trình thuận tiện và có thể thay đổi đầu vào ở mỗi mô đun khi khảo sát động lực học ĐXSMRM. 4. Phạm vi ứng dụng Mô hình có thể khảo sát động lực học phanh ĐXSMRM với các tham số sau: ảnh hưởng của vận tốc khi phanh, ảnh hưởng của hệ số bám, ảnh hưởng cường độ phanh, độ nhạy của hệ thống. Có thể sử dụng mô hình để nghiên cứu về Phân bố lực phanh lý tưởng và điều khiển ABS cho đoàn xe, tối ưu động lực học phanh đoàn xe. Chương 3. KHẢO SÁT ĐỘNG LỰC HỌC PHANH ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC 3.1 Phương pháp giải hệ phương trình động lực học phanh ĐXSMRM Để giải hệ 42 phương trình vi phân cấp 2 từ (2.1÷2.42) luận án sử dụng phần mềm Matlab- Simulink. 3.2 Cấu trúc chương trình mô phỏng động lực học ĐXSMRM 11 1 1 1, ,c c cz   1 1 1, y ,c c cx  2 2 2, y ,c c cx  2 2 2, ,c c cz   ij ijx y  ij ijx y  ij xijFxijF ,max ,min yij,max xij xij    ijh , y ,Ai Ai Aiz  ijh , y ,Ai Ai Aiz  zijFzijF ,max ,min yij,max xij xij    ij , ij ijx ijx ijz ij ijz ij ij Hình 3.1 Cấu trúc chương trình mô phỏng 3.3 Khảo sát hiệu quả phanh ĐXSMRM Để nghiên cứu hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng và đường vòng, dựa theo tiêu chuẩn Châu Âu ECE-R13 [33] và tiêu chuẩn ISO 14794:2011 [24] luận án đã khảo sát 12 phương án trong 3 trường hợp tổng quát phanh ĐXSMRM trong các điều kiện đường và kỹ thuật lái xe khác nhau như sau: 3.3.1 Khảo sát ảnh hưởng của hệ số bám đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng a. Khảo sát ảnh hưởng của hệ số bám đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng ở vận tốc 60km/h Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy thẳng ở vận tốc Vo=60km/h, phanh với mức MB=80%MBđm (với MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8) tại t=1s. Khảo sát trên 6 loại đường có hệ số bám khác nhau xmax=[0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0]. Bảng 3.1 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá hiệu quả phanh trên 6 loại đường ở 60km/h Hệ số bám φxmax Quãng đường phanh (m) Gia tốc phanh (m/s2) Thời gian phanh (s) Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 0,5 39,9 31,8 4,0 5,0 4,5 0,6 35,3 31,8 4,7 5,0 3,9 0,7 31,9 31,8 5,6 5,0 3,3 0,8 30,3 31,8 6,3 5,0 3,2 0,9 30,3 31,8 6,3 5,0 3,1 1,0 30,3 31,8 6,3 5,0 3,1 Bảng 3.2 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá ổn định phanh ĐXSMRM trên 6 loại đường ở 60km/h Hệ số bám φxmax Hệ số trượt Hệ số tận dụng bám Hệ số tải trọng động s1 s3 s6 e1 e3 e6 kd1 kd3 kd6 0,5 0,04 1,0 1,0 0,84 0,8 0,8 1,6 0,97 0,87 12 0,6 0,03 1,0 1,0 0,64 0,83 0,83 1,65 0,98 0,85 0,7 0,03 0,04 1,0 0,58 0,92 0,98 1,73 0,98 0,83 0,8 0,03 0,04 0,05 0,5 0,79 0,85 1,73 0,98 0,83 0,9 0,03 0,03 0,04 0,45 0,7 0,85 1,71 1,01 0,81 1,0 0,03 0,03 0,04 0,4 0,62 0,78 1,71 1,01 0,81 * Nhận xét: Phanh ĐXSMRM với cường độ 80% mô men phanh định mức ở vận tốc 60km/h trên đường xmax=[0,7; 0,8; 0,9; 1,0] thì gia tốc phanh > 5m/s 2, quãng đường phanh < 31,8m, hiệu quả phanh cao, đoàn xe chuyển động ổn định đạt tiêu chuẩn ECE-R13; đường xmax=0,6 thì các bánh xe cầu giữa và cầu sau bị trượt hoàn toàn, gia tốc phanh khoảng 4,7m/s2, hiệu quả phanh giảm 25%; đường xmax=0,5 thì các bánh xe cầu giữa và cầu sau bị trượt hoàn toàn, gia tốc phanh khoảng 4m/s2, hiệu quả phanh giảm khoảng 37%. Vậy phanh ĐXSMRM với cường độ 80% ở vận tốc 80km/h trên đường có hệ số bám xmax=[0,5; 0,6; 0,7] thì đoàn xe bị trượt, mất ổn định và hiệu quả phanh giảm. b. Khảo sát ảnh hưởng của hệ số bám đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng ở vận tốc 80km/h Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy thẳng ở vận tốc Vo=80km/h, phanh với mức MB=80% MBđm (với MBđm=FGxmax rd ứng với xmax=0,8), tại thời điểm t=1s. Khảo sát trên 6 loại đường có hệ số bám khác nhau xmax=[0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0]. Bảng 3.3 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá hiệu quả phanh ĐXSMRM trên 6 loại đường ở 80km/h Hệ số bám φxmax Quãng đường phanh (m) Gia tốc phanh (m/s2) Thời gian phanh (s) Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 0,5 68,5 56,6 4,0 5,0 5,9 0,6 59,9 56,6 4,7 5,0 5,0 0,7 53,5 56,6 5,6 5,0 4,4 0,8 50,3 56,6 6,3 5,0 4,0 0,9 50,3 56,6 6,3 5,0 4,0 1,0 50,3 56,6 6,3 5,0 4,0 Bảng 3.4 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá ổn định phanh ĐXSMRM trên 6 loại đường ở 80km/h Hệ số bám φxmax Hệ số trượt Hệ số tận dụng bám Hệ số tải trọng động s1 s3 s6 e1 e3 e6 kd1 kd3 kd6 0,5 0,04 1,0 1,0 0,84 0,8 0,8 1,6 0,962 0,87 0,6 0,032 1,0 1,0 0,68 0,84 0,84 1,65 0,965 0,85 0,7 0,028 0,08 1,0 0,58 0,93 0,85 1,72 0,965 0,83 0,8 0,028 0,08 0,1 0,5 0,78 0,98 1,72 0,965 0,83 0,9 0,026 0,06 0,08 0,44 0,7 0,85 1,71 1,01 0,81 1,0 0,026 0,06 0,08 0,4 0,64 0,78 1,71 1,01 0,81 * Nhận xét: Phanh ĐXSMRM với cường độ MB=80% MBđm ở V0= 80km/h trên đường xmax=[0,7; 0,8; 0,9; 1,0] thì gia tốc phanh > 5m/s 2, quãng đường phanh < 56,6m đạt tiêu chuẩn ECE-R13, hiệu quả phanh cao, đoàn xe chuyển động ổn định; đường xmax = 0,6 thì các bánh xe 31 và 61 bị trượt hoàn toàn, gia tốc phanh khoảng 4,7m/s2, giảm khoảng 25%; đường xmax=0,5 thì 13 các bánh xe 31, 61 bị trượt hoàn toàn, gia tốc phanh khoảng 4m/s2, giảm khoảng 37%. Vậy phanh đoàn xe với cường độ 80% ở vận tốc 80km/h trên đường xmax=[0,5; 0,6; 0,7] thì đoàn xe bị trượt, mất ổn định và giảm hiệu quả phanh. 3.3.2 Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng a. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng ở vận tốc 60km/h Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy thẳng ở vận tốc Vo=60km/h, trên đường có hệ số bám xmax=0,8. Khảo sát với 6 mức phanh MB=[50; 60; 70; 80; 90; 100]%MBđm (với MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8). Bảng 3.5 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá hiệu quả phanh ĐXSMRM với 6 mức phanh ở 60km/h Mức phanh MB(Nm) Quãng đường phanh (m) Gia tốc phanh (m/s2) Thời gian phanh (s) Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 50% MBđm 43,2 31,8 3,9 5,0 4,7 60% MBđm 37,5 31,8 4,7 5,0 4,0 70% MBđm 33,4 31,8 5,5 5,0 3,3 80% MBđm 30,3 31,8 6,3 5,0 3,2 90% MBđm 29,2 31,8 6,3 5,0 3,1 100% MBđm 28,4 31,8 6,3 5,0 3,0 * Nhận xét: Phanh mức MB=[80; 90; 100]%MBđm thì gia tốc phanh đạt 6,3m/s 2 và quãng đường phanh khoảng 30m đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ECE-R13; phanh mức MB=[50; 60; 70]%MBđm thì đoàn xe ổn định nhưng gia tốc phanh và quãng đường phanh không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ECE-R13; phanh mức MB=100%MBđm các bánh xe cầu giữa và cầu sau bị bó cứng và trượt hoàn toàn, ĐXSMRM có dấu hiệu mất ổn định nhẹ. b. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng ở vận tốc 80km/h ĐXSMRM chạy thẳng ở vận tốc Vo=80km/h, trên đường có hệ số bám xmax=0,8. Khảo sát với 6 mức phanh MB=[50; 60; 70; 80; 90; 100]% MBđm (với MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8). Bảng 3.7 Bảng tổng hợp giá trị đánh giá hiệu quả phanh ĐXSMRM với 6 mức phanh ở 80km/h Mức phanh MB(Nm) Quãng đường phanh (m) Gia tốc phanh (m/s 2) Thời gian phanh (s) Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 50% MBđm 73,0 56,6 4,0 5,0 6,1 60% MBđm 63,0 56,6 4,7 5,0 5,2 70% MBđm 55,8 56,6 5,5 5,0 4,5 80% MBđm 50,3 56,6 6,3 5,0 4,0 90% MBđm 48,6 56,6 6,3 5,0 3,9 100% MBđm 47,6 56,6 6,3 5,0 3,9 * Nhận xét: Phanh ĐXSMRM với cường độ MB = [70; 80; 90; 100]%MBđm thì gia tốc phanh lớn hơn 5m/s2 và quãng đường phanh nhỏ hơn 56,6m đạt tiêu chuẩn ECE-R13; phanh mức MB=[50; 60]%MBđm thì các bánh xe không bị trượt, đoàn xe chuyển động ổn định nhưng gia tốc phanh và quãng đường phanh không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ECE-R13; phanh mức MB 14 =100%MBđm thì bánh xe cầu 3, 6 bị bó cứng và trượt hoàn toàn, đoàn xe có dấu hiệu mất ổn định. 3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng a. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng có hệ số bám xmax= 0,8 Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy thẳng trên đường có hệ số bám xmax=0,8; phanh mức MB=80%MBđm (với MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8). Khảo sát với 12 cấp vận tốc Vo=[30; 35; 40; 45; 50; 55]km/h và Vo=[60; 65; 70; 75; 80; 85]km/h. Bảng 3.9 Thông số hiệu quả phanh ĐXSMRM ứng với các vận tốc khác nhau trên đường 0,8 Vận tốc bắt đầu phanh V0(km/h) Quãng đường phanh (m) Gia tốc phanh (m/s 2) Thời gian phanh (s) Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 30 9,5 11,4 6,3 5,0 1,8 35 12,2 14,7 6,3 5,0 2,3 40 15,2 18,3 6,3 5,0 2,3 45 18,5 22,3 6,3 5,0 2,5 50 22,1 26,7 6,3 5,0 2,7 55 26,1 31,5 6,3 5,0 2,9 60 30,3 36,7 6,3 5,0 3,2 65 34,9 42,3 6,3 5,0 3,4 70 39,7 48,2 6,3 5,0 3,6 75 44,9 54,5 6,3 5,0 3,8 80 50,3 61,2 6,3 5,0 4,0 85 56,1 68,3 6,3 5,0 4,3 * Nhận xét: Đoàn xe SMRM chạy ở các vận tốc Vo=[30; 35; 40; 45; 50; 55; 60; 65; 70; 75; 80; 85]km/h trên đường xmax= 0,8 rồi phanh với cường độ 80%MBđm thì gia tốc phanh khoảng 6,3m/s2 lớn hơn qui định 5m/s2 và quãng đường phanh có giá trị nhỏ hơn (0,15V+V2/130)m, đạt tiêu chuẩn ECE-R13, đoàn xe chuyển động ổn định. b. Khảo sát ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường thẳng có hệ số bám xmax= 0,6 Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy thẳng trên đường có hệ số bám xmax=0,6; cường độ phanh MB =80%MBđm (với MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8). Khảo sát với 12 mức vận tốc Vo=[30; 35; 40; 45; 50; 55]km/h và Vo=[60; 65; 70; 75; 80; 85]km/h. Bảng 3.11 Thông số hiệu quả phanh ĐXSMRM ứng với các vận tốc khác nhau trên đường 0,6 Vận tốc bắt đầu phanh V0(km/h) Quãng đường phanh (m) Gia tốc phanh (m/s2) Thời gian phanh (s) Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 30 10,3 11,4 4,7 30 10,3 35 13,5 14,7 4,7 35 13,5 40 17,0 18,3 4,7 40 17,0 45 21,0 22,3 4,7 45 21,0 15 50 25,3 26,7 4,7 50 25,3 55 30,1 31,5 4,7 55 30,1 60 35,3 36,7 4,7 60 35,3 65 40,8 42,3 4,7 65 40,8 70 46,8 48,2 4,7 70 46,8 75 53,1 54,5 4,7 75 53,1 80 59,9 61,2 4,7 80 59,9 85 67,0 68,3 4,7 85 67,0 * Nhận xét: Khi ĐXSMRM chạy ở các vận tốc từ (30 đến 85)km/h trên đường có hệ số bám xmax= 0,6 rồi phanh với cường độ 80%MBđm (ứng với xmax=0,8) thì gia tốc phanh khoảng 4,7m/s 2 không đạt qui định của tiêu chuẩn ECE-R15; quãng đường phanh có giá trị nhỏ hơn (0,15V+V2/130)m, đạt tiêu chuẩn ECE-R13; các bánh xe cầu giữa và cầu sau bị trượt hoàn toàn, đoàn xe có dấu hiệu chuyển động không ổn định. 3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường vòng a. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường vòng có hệ số bám xmax= 0,8 Dựa theo tiêu chuẩn ISO 19747:2011 [24] luận án khảo sát ĐXSMRM trong đường vòng với điều kiện giả định như sau: cho đoàn xe chạy trên đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc Vo=50km/h trên đường có hệ số bám 0,8. Khảo sát với 6 mức phanh MB=[0, 50, 60, 70, 80, 90]%MBđm (MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8). Bảng 3.13 Giá trị đánh giá hiệu quả phanh ứng với 6 mức phanh trong đường vòng xmax=0,8 Mức phanh MB(Nm) Quãng đường phanh (m) Gia tốc phanh (m/s2) Góc lệch thân xe k(độ) Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn 0% MBđm 0,0 0,0 0,0 0,0 0,2 45 50% MBđm 27,5 22,1 4,2 5,0 0,5 45 60% MBđm 25,8 22,1 4,9 5,0 0,7 45 70% MBđm 24,2 22,1 5,8 5,0 1,2 45 80% MBđm 22,6 22,1 6,1 5,0 1,5 45 90% MBđm 21,0 22,1 6,2 5,0 2,0 45 * Nhận xét: ĐXSMRM khi chạy trong đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc Vo=50km/h trên đường xmax=0,8 rồi phanh với 6 mức MB=[0; 50; 60; 70; 80; 90]%MBđm thì quãng đường phanh đạt yêu cầu khi phanh mức 90%MBđm và gia tốc phanh đạt yêu cầu khi phanh mức MB=[70; 80; 90]%MBđm; các bánh xe 31, 61, 62 bị bó cứng và trượt hoàn toàn, ĐXSMRM có dấu hiệu mất ổn định. b. Khảo sát ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường vòng có hệ số bám xmax= 0,6 Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy trên đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc Vo=50km/h, đường có hệ số bám 0,6. Khảo sát với 6 mức phanh MB=[0, 50, 60, 70, 80, 90]%MBđm (MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8). 16 Bảng 3.21 Giá trị đánh giá hiệu quả phanh ứng với 6 mức phanh trong đường vòng xmax=0,6 Mức phanh MB(Nm) Quãng đường phanh (m) Gia tốc phanh (m/s2) Góc lệch thân xe k(độ) Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn 0% MBđm 0,0 0,0 0,0 0,0 0,3 45 50% MBđm 27,5 22,1 4,2 5,0 1,2 45 60% MBđm 25,5 22,1 4,6 5,0 2,0 45 70% MBđm 24,2 22,1 4,9 5,0 29,2 45 80% MBđm 22,6 22,1 5,1 5,0 54,8 45 90% MBđm 21,0 22,1 5,2 5,0 56,7 45 * Nhận xét: ĐXSMRM khi chạy trong đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc Vo=50km/h trên đường xmax=0,6 rồi phanh với 6 mức MB=[0; 50; 60; 70; 80; 90]%MBđm thì quãng đường phanh đạt yêu cầu khi phanh mức 90%MBđm và gia tốc phanh đạt yêu cầu khi phanh mức MB=[80; 90]%MBđm; các bánh xe 11, 31, 32, 61, 62 bị bó cứng và trượt hoàn toàn; góc lệch giữa thân XĐK và SMRM vượt quá giá trị giới hạn của Ủy ban an toàn giao thông quốc gia Mỹ [19], đoàn xe bị gập thân rất nguy hiểm. 3.3.5. Khảo sát ảnh hưởng của lệch phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường vòng a. Khảo sát ảnh hưởng của chậm phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường vòng có hệ số bám xmax= 0,8 Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy trên đường vòng có bán kính R=100m, ở vận tốc Vo=50km/h, đường có hệ số bám 0,8. Phanh mức MB= 60%MBđm (MBđm=FGxmaxrd ứng với xmax=0,8). Khảo sát với 6 mức chậm phanh giữa SMRM và XĐK là tc=[0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1]s. Bảng 3.25 Hiệu quả phanh ứng với 6 mức chậm phanh trong đường vòng xmax=0,8 Thời gian chậm phanh tc(s) Quãng đường phanh (m) Gia tốc phanh (m/s2) Góc lệch thân xe k(độ) Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn 0,0 24,0 22,1 4,8 5,0 0,7 45 0,2 25,0 22,1 4,9 5,0 0,9 45 0,4 26,5 22,1 4,9 5,0 1,5 45 0,6 27,5 22,1 4,9 5,0 1,9 45 0,8 28,1 22,1 4,9 5,0 2,4 45 1,0 28,9 22,1 4,9 5,0 2,7 45 * Nhận xét: ĐXSMRM chạy trên đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc Vo=50km/h, đường có hệ số bám 0,8 phanh mức MB=60%MBđm với 6 mức chậm phanh giữa SMRM và XĐK là tc=[0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1]s thì quãng đường phanh và gia tốc phanh không đạt yêu cầu; các bánh xe 31, 61, 62 bị bó cứng và trượt hoàn toàn, đoàn xe mất ổn định. b. Khảo sát ảnh hưởng của nhanh phanh đến hiệu quả phanh ĐXSMRM trên đường vòng có hệ số bám xmax= 0,8 Điều kiện khảo sát cho ĐXSMRM chạy trên đường vòng có bán kính R=100m, ở vận tốc Vo=50km/h, đường có hệ số bám 0,8. Phanh mức MB=60%MBđm (MBđm=FGxmaxrd ứng với 17 xmax=0,8). Khảo sát với 6 mức nhanh phanh giữa SMRM và XĐK là tn = [0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1]s. Bảng 3.29 Hiệu quả phanh ứng với 6 mức nhanh phanh trong đường vòng xmax=0,8 Thời gian nhanh phanh tn(s) Quãng đường phanh (m) Gia tốc phanh (m/s2) Góc lệch thân xe k(độ) Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn ECE-R13 Khảo sát Tiêu chuẩn 0,0 24,0 22,1 4,8 5,0 0,7 45 0,2 23,3 22,1 4,9 5,0 1,0 45 0,4 22,0 22,1 5,0 5,0 0,9 45 0,6 21,5 22,1 5,05 5,0 0,8 45 0,8 19,2 22,1 5,1 5,0 0,8 45 1,0 17,7 22,1 5,1 5,0 0,7 45 * Nhận xét: ĐXSMRM chạy trên đường vòng trái có bán kính R=100m, ở vận tốc Vo=50km/h, đường có hệ số bám 0,8 phanh mức MB=60%MBđm với 6 mức nhanh phanh giữa SMRM và XĐK thì quãng đường phanh và gia tốc phanh đạt yêu cầu khi nhanh phanh một khoảng thời gian tn=[0,4; 0,6; 0,8; 1]s; các bánh xe 61, 62 bị bó cứng và trượt hoàn toàn, đoàn xe mất ổn định khi SMRM nhanh phanh hơn XĐK một khoảng thời gian tn=[0,8; 1]s. Vì vậy, để nâng cao hiệu quả phanh của ĐXSMRM ta nên điều khiển cho các bánh xe của SMRM phanh sớm hơn các bánh xe của XĐK từ 0,4giây đến 0,6 giây. 3.4 Giải pháp nâng cao hiệu quả phanh ĐXSMRM nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông - Để nâng cao hiệu quả phanh cho ĐXSMRM nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông do ĐXSMRM gây ra luận án xin đề xuất các giải pháp như sau: - ĐXSMRM chạy ở V0≥ 60km/h trên đường có hệ số bám xmax≥0,7 thì mức phanh tối ưu bằng 80% mô men phanh định mức; ĐXSMRM chạy ở các vận tốc từ (30÷85)Km/h trên đường xmax= 0,8 thì mức phanh tối ưu bằng 80%MBđm; trên đường có hệ số bám xmax= 0,6 thì phanh với cường độ <80%MBđm. - ĐXSMRM khi chạy trong đường vòng ở vận tốc Vo=50km/h trên đường xmax=0,8 thì không được phanh quá với mức 90%MBđm; đường xmax=0,6 thì không được phanh quá với mức 80%MBđm - Để ĐXSMRM chuyển động an toàn và đạt hiệu quả phanh cao thì nên thiết kế cho SMRM phanh sớm hơn XĐK một khoảng thời gian tn=(0,4÷0,6)s; lắp bộ điều hòa lực phanh cho cầu trước hoặc trang bị hệ thống phanh ABS. 3.5 Kết luận chương 3 - Đã khảo sát 12 phương án xét ảnh hưởng của hệ số bám, vận tốc phanh ban đầu, cường độ phanh đến phản ứng của ĐXSMRM thông qua gia tốc phanh, hệ số sử dụng trọng lượng bám và thông số ổn định phanh như hệ số trượt, hệ số tải trọng động. - Mô hình mô phỏng được mô đun hóa cho phép thay đổi tham số khảo sát và xác định nội hàm cho các bài toán điều khiển sau này. Đặc điểm của mô hình là cho trước các thông số ngoại cảnh như hệ số bám, phản ứng của lái xe như tăng tốc, phanh, quay vô lăng để khảo sát hầu hết các trạng thái chuyển động bình thường cho đến trạng thái tới hạn. Mô hình có thể mô phỏng hầu hết 18 các trạng thái động lực học phanh đoàn xe. - Có thể sử dụng mô hình trên để khảo sát phân bố lực phanh lý tưởng cho bài toán điều hòa lực phanh; có thể dùng mô hình trên để nghiên cứu ABS và nghiên cứu hệ thống ổn định đoàn xe ESP. - Với phương pháp tách cấu trúc Hệ nhiều vật MBS và Phương trình Newton-Euler có thể thành lập mô hình động lực học phanh đoàn xe có nhiều khâu khác nhau. Mô hình có thể mở rộng cho bài toán tối ưu kết cấu xác định tham số. - Hạn chế của mô hình: do giả thiết đoàn xe đối xứng trục dọc nên không khảo sát được trạng thái lệch tải ngang. Đoàn xe có kết cấu khung dài nên cần mô tả khung xoắn thì kết quả sẽ chính xác hơn. Chương 4. THÍ NGHIỆM PHANH ĐOÀN XE SƠ MI RƠ MOÓC 4.1 Mục tiêu và đối tượng thí nghiệm 4.1.1 Mục tiêu thí nghiệm Thí nghiệm xác định hàm hệ số bám của bánh xe theo hệ số trượt x(sx) làm thông số đầu vào cho mô hình khảo sát động lực học phanh ĐXSMRM; Kiểm chứng độ chính xác mô hình động lực học phanh ĐXSMRM. 4.1.2 Đối tượng thí nghiệm Đối tượng thí nghiệm là ĐXSMRM 6 cầu, gồm XĐK Trung Quốc FAW và SMRM Tân Thanh 40F. 4.2 Xác định hàm hệ số bám của bánh xe làm thông số đầu vào cho mô hình khảo sát Hệ số bám dọc của bánh xe theo thời gian như sau: ( ) ( ) ( ) x x z F t t F t   (4.2) Để xác định hệ số bám bằng thực nghiệm ta phải xác định (đo) hai thông số là lực tiếp tuyến Fx và phản lực thẳng đứng Fz. Lực tiếp tuyến Fx đo trực tiếp và phản lực Fz đo gián tiếp. 4.2.1 Xác định phản lực Fz Sử dụng phương pháp tách vật đối với mô hình động lực học ô tô ¼ ta có tính được phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe là: Z G CL G AF F F F mz m       (4.7) Tải trọng tĩnh FG được cân, tải trọng động FCL xác định thông qua đo gia tốc ,z  4.2.2. Xác định lực tiếp tuyến Fx Dựa vào phương trình cân bằng lực kéo ta có: 12 61 62 ij 1 x Bx Bx mk R wxF F F F F F     (4.12) 4.2.3 Xác định hệ số trượt dọc Khi phanh: ( ) ( ) ( ) ( ) d x x t r t s t x t      (4.14) Khi tăng tốc: ( ) ( ) ( ) ( ) d x d r t x t s t r t        (4.15) 19 1. Cảm biến loadcell đo lực dọc; 2. Cảm biến đo gia tốc thẳng đứng thân xe tại cầu 6; 3. Cảm biến đo gia tốc thẳng đứng cầu 6; 4. Cảm biến đo vận tốc góc bánh xe phanh cầu 6; 5. Cân tải trọng xe; 6. Cảm biến đo vận tốc góc bánh xe không phanh cầu 5 Hình 4.1 Sơ đồ lắp đặt cảm biến trên ĐXSMRM thí nghiệm 4.3. Thiết bị thí nghiệm phanh ĐXSMRM Muốn xác định hàm hệ số bám dọc của bánh xe, ta cần các cảm biến và thiết bị đo như: - Cảm biến đo lực kéo Loadcell ZSGB-A-30T đặt giữa xe kéo và ĐXSMRM thí nghiệm để xác định giá trị lực dọc Fmk của ĐXSMRM. - Cảm biến đo vận tốc góc Sharp Rotary Encoder số 1 đặt ở trục bánh xe không phanh cầu số 5 để xác định giá trị vận tốc góc bánh xe không phanh cầu 5 ( 5 ). - Cảm biến đo vận tốc góc Sharp Rotary Encoder số 2 đặt ở trục bánh xe có phanh của cầu số 6 để xác định giá trị vận tốc góc bánh xe phanh cầu 6 ( 6 ). - Cảm biến gia tốc MMA7361LC-XYZ AXIS đặt trên thân xe tại vị trí đầu trên hệ thống treo cầu số 6 để đo gia tốc thẳng đứng thân xe ( 6z ). - Cảm biến gia tốc MMA7361LC-XYZ AXIS đặt trên cầu xe số 6 tại vị trí đầu dưới hệ thống treo để đo gia tốc thẳng đứng cầu xe ( 6  ). - Bộ thu nhận và xử lý tín hiệu NI (National Instruments) - Máy tính và phần mềm thí nghiệm Measurement & Automation - Cân điện tử Sơ đồ hệ thống đo các thông số mk 5 6 6 6(F , , , z , )      của ĐXSMRM như hình (4.7). B ộ t h u n h ậ n v à x ử l ý tí n h iệ u N I M á y tí n h 6 6Z  6  5 x x ( s )  H à m h ệ s ố b á m Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm đo hàm hệ số bám của bánh xe 4.4 Qui trình thí nghiệm 4.4.1 Công việc chuẩn bị Để phục vụ cho việc thí nghiệm phanh ĐXSMRM trên đường khô và đường ướt phải chuẩn bị như sau: 01 ĐXSMRM để thí nghiệm, cắt bỏ phanh cầu số 1, 2, 3, 4, 5, chỉ chừa lại phanh các bánh xe của cầu số 6; 01 xe kéo để kéo đoàn xe thí nghiệm; 01 xe bồn tưới cây để tưới ướt đường thí nghiệm; Thiết bị thí nghiệm bao gồm: Cảm biến đo vận tốc góc của bánh xe không phanh, cảm biến đo vận tốc góc của bánh xe phanh, cảm biến đo lực kéo ĐXSMRM thí nghiệm, cảm biến đo gia tốc thẳng đứng thân xe, cảm biến đo gia tốc thẳng đứng cầu xe, bộ thu nhận và xử lý tín hiệu NI, máy tính, phần mềm thí nghiệm Measurement & Automation 20 4.4.2 Lắp đặt cảm biến và thiết bị thí nghiệm Lắp cảm biến đo gia tốc thẳng đứng thân xe và cảm biến đo gia tốc thẳng đứng cầu xe; Lắp cảm biến đo vận tốc góc bánh xe phanh cầu số 6 và cảm biến đo vận tốc góc bánh xe không phanh cầu số 5; Lắp cảm biến đo lực dọc đoàn xe; Đấu dây các cảm biến với bộ thu nhận và xử lý tín hiệu NI. 4.4.3 Quá trình thí nghiệm Quá trình thí nghiệm đo động lực học phanh ĐXSMRM trên đường khô và đường ướt được thực hiện theo các bước như sau: Cân tải trọng ĐXSMRM thí nghiệm; Lắp đặt cảm biến theo sơ đồ; Kết nối cảm biến với thiết bị đo; Khởi động thiết bị đo và đoàn xe thí nghiệm. Tiến hành thí nghiệm đo các thông số động lực học phanh đoàn xe theo trình tự như sau: Khởi động động cơ xe kéo; Khởi động động cơ ĐXSMRM thí nghiệm để bơm khí vào bình chứa hệ thống phanh; Tài xế xe kéo khởi hành từ từ để kéo ĐXSMRM thí nghiệm chạy trên đường nhựa khô; Tài xế ĐXSMRM thí nghiệm không vào số, chỉ giữ vô lăng cho ĐXSMRM thí nghiệm chạy thẳng; Khi ĐXSMRM thí nghiệm chạy ổn định và đạt vận tốc thí nghiệm (30km/h, 40km/h, 50km/h) thì tài xế ĐXSMRM thí nghiệm tiến hành phanh; Trong khi đó tài xế xe kéo vẫn giữ ga ổn định cho đến khi bánh xe phanh bị trượt thì dừng lại; Lưu kết quả thí nghiệm vào máy tính, tắt phần mềm thí nghiệm. Hình 4.3 Xe kéo và ĐXSMRM thí nghiệm 4.5 Kết quả thí nghiệm Kết quả thí nghiệm xác định được 6 thông số đo trực tiếp gồm: Vận tốc góc bánh xe phanh cầu số 6 ( )6 ; Vận tốc góc bánh xe không phanh cầu số 5 ( )5 ; Lực kéo đoàn xe SMRM thí nghiệm (Fmk); Gia tốc thẳng đứng cầu xe số 6 ( )6  ; Gia tốc thẳng đứng thân xe tại cầu số 6 ( )6z ; Khối lượng phân bố lên các cầu xe: (Mcau1, Mcau2, Mcau3, Mcau4, Mcau5, Mcau6). Dựa vào 6 thông số xác định được bằng thực nghiệm ta xác định được các thông số gián tiếp như sau: Xác định phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe cầu 6 (Fz6) theo công thức (4.7); Xác định lực dọc (Fx) theo công thức (4.12); Xác định hệ số bám của bánh xe số 6 6 ( )x t theo công thức (4.13); Xác định hệ số trượt của bánh xe số 6 sx6(t) theo công thức (4.14, 4.15). Từ hệ số bám của bánh xe số 6 6 ( ) x t và hệ số trượt của bánh xe sx6(t) ta xác định được hàm hệ số bám của bánh xe theo hệ số trượt của bánh xe số 6 x6 x6 ( s ) , như hình (4.20, 4.21). 21 Hình 4.4 Hàm hệ số bám của bánh xe khi phanh trên đường khô tại 50km/h Hình 4.5 Hàm hệ số bám của bánh xe khi phanh trên đường ướt tại 50km/h 4.6 Kiểm chứng mô hình Để kiểm chứng đánh giá độ chính xác của mô hình động lực học phanh ĐXSMRM so với thực tế, luận án khảo sát mô hình động lực học phanh ĐXSMRM với điều kiện đầu vào giống với điều kiện thí nghiệm ĐXSMRM trên đường thực tế và so sánh kết quả đầu ra của mô phỏng với kết quả thu được từ thực nghiệm. Khảo sát ĐXSMRM ở vận tốc 50km/h trên đường khô có hệ số bám φxmax=0,876; φxmin=0,736; lực phanh cực đại Fxmax = 33013N; phanh tại thời điểm t = 0,5s; thời gian từ khi bắt đầu phanh đến khi lực phanh đạt giá trị cực đại là 0,95s. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm của lực phanh và phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe cầu 6 bên phải 62 được thể hiện trong các đồ thị sau: Hình 4.6 Lực phanh bánh xe 62 trên đường khô tại 50km/h 22 Hình 4.7 Phản lực thẳng đứng bánh xe 62 khi phanh trên đường khô tại 50km/h Để tính sai số của đồ thị xác định bằng thí nghiệm và mô phỏng NCS lấy giá trị lực phanh và phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe tại các thời điểm t1, t2,..., tn của đồ thị xác định bằng thí nghiệm (giá trị A1, A2, ... An) và đồ thị xác định bằng mô phỏng (giá trị B1, B2, ... Bn). Sử dụng hàm ABS trong Excell để tính sai số của 2 đồ thị tại các thời điểm t1, t2, ... tn (giá trị C1, C2, ... Cn) với “C” “=ABS((A-B)/B)”. Sử dụng hàm AVERAGE trong Excell để tính sai số trung bình của 2 đồ thị. Sai lệch trung bình giữa kết quả mô phỏng và thí nghiệm phanh ĐXSMRM ở vận tốc 50km/h trên đường khô là 17,53%. Trong đó sai lệch trung bình giữa kết quả mô phỏng và thí nghiệm của lực phanh là 13,81% và phản lực thẳng đứng của đường tác dụng lên bánh xe là 21,25% như hình (4.22). Hình 4.8 Sai lệch giữa kết quả thí nghiệm và mô phỏng 4.7 Kết luận chương 4 Chương 4 đã xây dựng được phương pháp thí nghiệm và hệ thống thí nghiệm động lực học đoàn xe với hệ thống đo gồm thiết bị đo NI USB 6210 của hãng National Instrument, USA; các card chuyển đổi tín hiệu xung (Encoder) sang tín hiệu số để đưa vào NI; các cảm biến gia tốc 3 phương MMA7361 LC-XYZ của hãng Freescale Semiconductor; cảm biến Loadcell ZSGB-A30T. Hệ thống đo được xử lý bằng phần mềm Labview Measurement & Automation trên máy PC. Thiết bị đo hiện đại và có thể mở rộng 16 kênh. Hệ thống thí nghiệm có thể sử dụng để nghiên cứu thực nghiệm quay vòng quá độ và quay vòng ổn định, phanh đoàn xe trên đường thẳng và trên đường vòng. Thí nghiệm đã đo 5 thông số là (i) lực kéo , (ii) số vòng quay bánh xe phanh, (iii) số vòng quay bánh xe tự do, (iv) gia tốc phương thẳng đứng của khối lượng được treo và (v) không được treo để xác định phản lực cầu số 6. Đã thí nghiệm động lực học phanh ĐXSMRM trên đường thẳng khô và ướt. Hệ thống thí nghiệm đo đồng thời 5 thông số động lực học phanh ĐXSMRM, hệ thống có độ tin cậy và phù hợp với điều kiện Việt Nam. Sai số giữa thí nghiệm và mô phỏng lý thuyết trung bình khoảng 13,8% đối với đo lực tiếp tuyến, 21,25% khi đo tải phương thẳng đứng. Thí nghiệm đã xác định được hàm hệ số bám của bánh xe theo hệ số trượt x x( s ) khi phanh trên đường nhựa khô và đường ướt làm đầu vào cho mô hình khảo sát. Kết quả thí nghiệm trên đường Võ Văn Kiệt, phường 9, thành phố Vĩnh Long, tỉnh Vĩnh Long ở trạng thái khô có hệ số 23 bám ax 0,876xm  , min 0,736x  , tương đương các loại đường trong khu vực và quốc tế [34]. Hệ số bám ở trạng thái ướt được xác định có giá trị là ax 0,722xm  , min 0,576x  . Hạn chế của thí nghiệm: Hệ thống thí nghiệm trên có thể đo thêm gia tốc phanh nhưng tác giả đã sơ suất không nhận ra. Nếu đo được thì phần kiểm chứng mô hình có thể được kết luận với độ tin cậy cao hơn. Thí nghiệm sẽ đơn giản hơn không cần đo lực kéo. Đề xuất hệ thống đo mới: Ngoài những cảm biến đã nêu ở trên, hệ thống đo cần hai cảm biến đo mô men bánh xe và một cảm biến đo góc quay vô lăng thì bài toán kiểm chứng mô hình sẽ có sức thuyết phục hơn (hiện ở Việt Nam ĐH SPKT Nam Định có cảm biến đo mô men bánh xe cho xe con). Với hệ thống đo đó có thể thí nghiệm hầu hết các Thủ tục thí nghiệm động lực học đoàn xe theo ISO 14792, ISO 14793 [12], ISO 14794:2011 [24]. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Nghiên cứu hiệu quả phanh ô tô là một lĩnh vực được rất nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới quan tâm. Tuy nhiên, nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số bám và kỹ thuật điều khiển đến hiệu quả phanh ĐXSMRM chưa có công trình nghiên cứu công bố ở Việt Nam. Sau thời gian thực hiện luận án đã hoàn thành được những nội dung cơ bản như mục tiêu ban đầu đã đề ra. 1. Kết quả đạt được và đóng góp mới của luận án 1.1. Các kết quả đã đạt được 1. Đã xây dựng được mô hình động lực đoàn xe SMRM có đặc điểm sau: Mô hình động lực học phanh đoàn xe là mô hình lai (Hybrid Model) gồm một mô hình Hệ nhiều vật MBS và các mô hình Thích nghi (Adaptive Model); Mô hình mô phỏng được mô đun hóa cho phép thay đổi tham số khảo sát và xác định nội hàm cho các bài toán điều khiển sau này. Đặc điểm của mô hình là cho trước các thông số ngoại cảnh như hệ số bám, phản ứng của lái xe như tăng tốc, phanh, quay vô lăng để khảo sát hầu hết các trạng thái chuyển động bình thường cho đến trạng thái tới hạn. Mô hình có thể mô phỏng hầu hết các trạng thái động lực học phanh đoàn xe; cho phép khảo sát các quá trình phanh đoàn xe khi mô phỏng ảo trong giai đoạn tiền thiết kế và mô phỏng điều kiện thực trước khi thí nghiệm. Có thể sử dụng mô hình trên để khảo sát phân bố lực phanh lý tưởng cho bài toán điều hòa lực phanh; có thể đùng mô hình trên để nghiên cứu ABS và nghiên cứu hệ thống ổn định đoàn xe ESP. 2. Đã xây dựng được một quy trình đo và hệ thống thí nghiệm động lực học phanh đoàn xe SMRM. Quy trình và hệ thống đo cũng có thể được sử dụng cho các thí nghiệm động lực học như phanh, tăng tốc. Nếu mở rộng có thể thí nghiệm quay vòng quá độ quay vòng ổn định. Hệ thống đo có độ tin cậy cho nghiên cứu động lực học. Có thể sử dụng quy trình đo và hệ thống thí nghiệm trong nghiên cứu khoa học và giảng dạy trong các trường Đại học. 3. Đã khảo sát lý thuyết 12 trạng thái đặc trưng gồm: ảnh hưởng của vận tốc, hệ số bám, độ lệch phanh, cường độ phanh. Kết quả khảo sát chỉ ra rằng, khi phanh đoàn xe yếu tố mất ổn định phanh là nghiêm trọng hơn là gia tốc phanh. Vì vậy nhu cầu thiết kế ABS và điều khiển ổn định hướng đoàn xe có tính cấp thiết. 1.2. Về phương pháp Đã vận dụng Phương pháp tách cấu trúc Hệ nhiều vật, mô đun hóa cấu trúc chương trình mô phỏng, cho phép dễ dàng thay đổi tham số khi tối ưu kết cấu. Mô hình lai là dạng kết hợp một Mô hình cơ học với các Mô hình thích nghi mô tả các liên kết cho phép chính xác hóa mô hình sát với các điều kiện vận hành vốn thay đổi thường xuyên. Điểm mới về phương pháp là đã vận dụng hợp lý Phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật, mô tả các vật chuyển động trong hệ tọa độ tương đối và sử dụng hệ phương trình Newton-Euler, lập trình theo cấu trúc mô đun. Với phương pháp này có thể lập mô hình động lực học cho ô tô kéo moóc và có thể lập mô hình cho các đoàn xe khác nhau với số khâu liên kết lớn hơn 2. 24 2. Ý nghĩa thực tiễn - Mô hình và chương trình mô phỏng cho phép khảo sát động lực học chuyển động ô tô kéo moóc nhằm tìm ra quy luật và giới hạn mất ổn định của ĐXSMRM, giúp cho lái xe có cơ sở điều khiển ĐXSMRM hoạt động ổn định và an toàn. Ngoài ra, các thông số trên có thể làm tài liệu tham khảo quan trọng giúp cho các công ty chế tạo đoàn xe và nghiên cứu thay đổi kết cấu, cải tiến sản phẩm; các hướng nghiên cứu và kết quả nghiên cứu có thể sử dụng làm cơ sở cho các nhà quản lý, nhà quy hoạch giao thông ban hành các quy định về tiêu chuẩn thiết kế, chế tạo, đăng kiểm, vận hành và khai thác ĐXSMRM, luận án cũng có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho đào tạo. - Tuy hiện tại các thử nghiệm động lực theo ISO-14792/93 chưa có hiệu lực nhưng khi Việt Nam hội nhập thì việc thực hiện các Thủ tục thí nghiệm trên là cần thiết. Những nghiên cứu trên là kết quả ban đầu để thực hiện ISO-14792/93 mà Viêt Nam đang dự thảo. - Đóng góp về phương pháp: Phương pháp tách cấu trúc hệ nhiều vật dạng mô hình lai gồm mô hình cơ học và mô hình thích nghi xác định các liên kết; phương pháp mô đun hóa cấu trúc và chương trình mô phỏng thuận tiện cho các bài toán tối ưu tham số và điều khiển. - Xây dựng hệ thống thí nghiệm động lực học và quy trình thử nghiệm động lực học đoàn xe. 3. Hướng nghiên cứu tiếp theo - Hướng hoàn thiện mô hình: Để hoàn thiện mô hình ĐXSMRM gần sát với thực tế cần phải mô tả động lực học hệ thống lái và hệ thống treo nhằm mô tả góc quay trục đứng khác nhau giữa cầu và thân xe. Liên kết từ vô lăng đến bánh xe là liên kết động lực học, không thể bỏ qua yếu tố này. Hạn chế của mô hình: do giả thiết đoàn xe đối xứng trục dọc nên không khảo sát được trạng thái lệch tải ngang. Đoàn xe có kết cấu khung dài nên cần mô tả khung xoắn thì kết quả sẽ chính xác hơn. - Để nâng cao hiệu quả phanh, nhằm làm giảm tai nạn giao thông của ĐXSMRM, hướng tiếp theo sẽ nghiên cứu ảnh hưởng của phản ứng lái xe đến hiệu quả phanh ĐXSMRM; Luận án này chỉ nghiên cứu động lực học phanh ĐXSMRM, chưa nghiên cứu ảnh hưởng từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh cũng như không nghiên cứu phản ứng của lái xe khi phanh. - Hướng hoàn thiện thí nghiệm: Để nâng cao độ chính xác của mô hình cần có thí nghiệm kiểm chứng đầy đủ hơn. Trong điều kiện của các trường đại học khó có thể trang bị cảm biến đo mô men. Hợp lý nhất là xác định mô men đầu vào cho mô hình bằng phương pháp gián tiếp như đã trình bày. Vì điều kiện thí nghiệm hạn chế nên không đo trực tiếp mô men đầu vào cho mô phỏng. Kết quả sẽ chính xác nếu đo được mô men tại tất cả các bánh xe nhưng điều này đến thời điểm này ở Việt Nam rất khó thực hiện. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] Nguyen Thanh Tung, Vo Van Huong, Phan Tuan Kiet, Nguyen Huu Huong (2012) A research on braking efficiency of tractor semi-trailer by pitch-plane model. The 2nd International conference on automotive technology, engine and alternative fuels, ICAEF2012, pp.80-84 [2] Nguyễn Thanh Tùng, Võ Văn Hường, Phan Tuấn Kiệt (2013) Khảo sát trạng thái quay vòng tích hợp phanh của đoàn xe bằng mô hình động lực học hai dãy. The 13th Conference on science and technology automotive and internal combustion engine engineering, University of Technology,VNU-HCM, pp.140-143 [3] Nguyễn Thanh Tùng, Võ Văn Hường, Nguyễn Phú Hùng, Phan Tuấn Kiệt (2015) Phương pháp thực nghiệm xác định hàm truyền lực dọc khi phanh của bánh xe đàn hồi. Tạp chí Khoa học và Công nghệ – Trường ĐH Công nghiệp Hà Nội, số 27.2015, trang 230-232 [4] Nguyen Thanh Tung, Vo Van Huong (2015) Experimental research on coefficent of slip at brake time of tractor semi-trailer. The International Conference on Automotive Technology for Vietnam, ICAT 2015, pp. [5] Phan Tuấn Kiệt, Võ Văn Hường, Nguyễn Thanh Tùng (2013) Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả phanh. Tạp chí Khoa học công nghệ Giao thông vận tải – Trường ĐH Giao thông vận tải TPHCM, số 9.2013, trang 106-110 [6] Nguyễn Thanh Tùng, Võ Văn Hường, Nguyễn Phú Hùng (2016) Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ số bám đến hiệu quả phanh đoàn xe sơmi-rơmoóc trong đường vòng. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 7.2016, trang 10-15 [7] Nguyễn Thanh Tùng, Võ Văn Hường, Nguyễn Phú Hùng (2016) Nghiên cứu ảnh hưởng của vận tốc bắt đầu phanh đến hiệu quả phanh đoàn xe sơmi-rơmoóc trên đường vòng ướt. Tạp chí Giao thông vận tải, số 8.2016, trang 117-119 [8] Nguyễn Thanh Tùng, Võ Văn Hường, Nguyễn Phú Hùng (2016) Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng đường đến hiệu quả phanh đoàn xe sơmi-rơmoóc trên đường thẳng. Hội nghị khoa học và công nghệ lần thứ 9, Câu lạc bộ Cơ khí - Động lực, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 02/10/2016, CKDL9-077 [9] Nguyễn Thanh Tùng, Võ Văn Hường, Nguyễn Phú Hùng (2016) Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ phanh đến hiệu quả phanh đoàn xe sơmi-rơmoóc. Hội nghị khoa học và công nghệ toàn quốc về Cơ khí - Động lực 2016, tập 3, Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội, 13/10/2016, trang 14-18 [10] Nguyễn Thanh Tùng, Võ Văn Hường, Nguyễn Phú Hùng (2016) Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng đường đến hiệu quả phanh đoàn xe sơmi-rơmoóc trên đường thẳng. Tạp chí Cơ khí Việt Nam, số 9.2016, trang 286-290