TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Nội dung, nhiệm vụ của đề tài
Nghiên cứu quá trình điều khiển của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) trên xe RANGER WILDTRAK 2018
Bài viết này mô phỏng và diễn tả quá trình hoạt động của hệ thống chống bó cứng bánh xe thông qua phần mềm Carsim Nó phân tích các yếu tố quan trọng như vận tốc di chuyển của xe, hệ số bám của bánh xe với mặt đường và quy trình phanh ôtô Kết quả mô phỏng sẽ được đánh giá dựa trên các chế độ làm việc điển hình của hệ thống.
Quá trình chống bó cứng bánh xe là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khi phanh ôtô Để đánh giá hiệu quả của hệ thống này, cần phân tích các thông số như hệ số bám của bánh xe với mặt đường Hệ số bám cao giúp tăng cường khả năng phanh, giảm thiểu khoảng cách dừng và cải thiện sự kiểm soát của xe trong các tình huống khẩn cấp Việc hiểu rõ mối liên hệ giữa hệ số bám và hiệu quả phanh sẽ giúp tối ưu hóa thiết kế và vận hành của các hệ thống phanh ôtô.
- Trình bày quá trình điều khiển và mô tả các phần tử chính của hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe (ABS)
Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS là một bước quan trọng trong việc cải thiện an toàn cho phương tiện Mô phỏng quá trình làm việc của hệ thống này ở các chế độ hoạt động điển hình giúp đánh giá hiệu suất và khả năng hoạt động của ABS trong các tình huống khác nhau Việc thực hiện mô phỏng không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cơ chế hoạt động mà còn hỗ trợ trong việc tối ưu hóa thiết kế và nâng cao tính năng của hệ thống chống bó cứng bánh xe.
- Phân tích kết quả mô phỏng Đôi tượng: Loại xe bán tải RANGER WILDTRAK 2018.
Phạm vi và phương pháp nghiên cứu
Do hạn chế về thời gian và ngân sách, nghiên cứu này tập trung vào hệ thống phanh thủy lực với cơ cấu ABS trên xe du lịch, một loại phanh phổ biến hiện nay.
Mục tiêu của nghiên cứu là mô phỏng cơ cấu phanh ABS bằng phần mềm Carsim, phục vụ cho công tác nghiên cứu và giảng dạy Phương pháp nghiên cứu chính được áp dụng là kết hợp giữa tham khảo tài liệu và thực nghiệm, nhằm đáp ứng yêu cầu của đề tài.
Bài viết này dựa trên các tài liệu liên quan đến nghiên cứu trong lĩnh vực phanh, nhằm phân tích và giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong quá trình phanh Qua đó, chúng tôi đánh giá hiệu quả và phạm vi ứng dụng của hệ thống ABS, giúp người đọc hiểu rõ hơn về cấu trúc và hoạt động của cơ cấu này.
Sử dụng phương pháp nghiên cứu để xây dựng mô hình hoạt động của hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) và giải thích cơ chế điều khiển các quá trình trong hệ thống này.
Mục tiêu của đề tài
Trước những yêu cầu ngày càng cao về an toàn và chất lượng điều khiển, đề tài “mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe Pickup truck” được thực hiện nhằm mục tiêu nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống phanh trong các phương tiện này.
Nghiên cứu quá trình điều khiển của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) trên xe RANGER WILDTRAK 2018
Bài viết mô phỏng và phân tích quá trình hoạt động của hệ thống chống bó cứng bánh xe thông qua phần mềm Carsim Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của các yếu tố như vận tốc di chuyển của xe và hệ số bám của bánh xe với mặt đường đến hiệu quả phanh của ô tô Kết quả mô phỏng sẽ được đánh giá dựa trên các chế độ làm việc điển hình của hệ thống.
1.5 Lịch sử phát triển của cơ cấu ABS
Để tránh hiện tượng hãm cứng bánh xe khi phanh trên đường trơn trượt, người lái xe cần nhấn liên tục lên bàn đạp phanh nhằm duy trì lực bám và kiểm soát hướng di chuyển Hệ thống phanh ABS hoạt động theo nguyên tắc tương tự, nhưng mang lại hiệu quả, độ chính xác và an toàn cao hơn.
Cơ cấu ABS lần đầu tiên được áp dụng trên máy bay thương mại vào năm 1949 để ngăn chặn hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi hạ cánh Tuy nhiên, công nghệ thời điểm đó khiến ABS có cấu trúc cồng kềnh, hoạt động không đáng tin cậy và không phản ứng đủ nhanh trong mọi tình huống Qua thời gian, ABS đã trải qua nhiều cải tiến, chuyển từ cơ khí sang điện và hiện nay là loại điện tử tiên tiến.
Vào thập niên 60, sự phát triển của kỹ thuật điện tử đã dẫn đến sự ra đời của các vi mạch điện tử, cho phép hệ thống phanh chống bó cứng (ABS) lần đầu tiên được lắp đặt trên ô tô vào năm 1969 Đến năm 1970, nhiều công ty sản xuất ô tô đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ABS trong các mẫu xe của họ.
Ban đầu, hệ thống ABS chỉ được lắp đặt trên các xe du lịch cao cấp và theo yêu cầu thị trường Tuy nhiên, theo thời gian, ABS đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho hầu hết các loại xe con và nhiều loại xe hoạt động trên đường băng, tuyết trơn trượt Ngày nay, hệ thống ABS không chỉ được áp dụng cho phanh thủy lực mà còn được sử dụng rộng rãi trên phanh khí nén của xe tải và xe khách lớn.
Để cải thiện tính ổn định và an toàn của xe trong mọi tình huống hoạt động, như khởi hành, tăng tốc đột ngột, vào đường vòng với tốc độ cao, và phanh khẩn cấp, hệ thống ABS được thiết kế kết hợp với nhiều cơ cấu khác.
Cơ cấu ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo Traction Control (ASR) giúp giảm công suất động cơ và điều chỉnh phanh các bánh xe, ngăn chặn hiện tượng trượt lăn khi khởi hành hoặc tăng tốc đột ngột Điều này không chỉ tiết kiệm năng lượng mà còn duy trì tính ổn định cho chuyển động của ô tô.
Cơ cấu ABS kết hợp với EBD (Electronic Brake Force Distribution) giúp phân phối áp suất dầu phanh đến từng bánh xe, tối ưu hóa hiệu suất phanh dựa trên tải trọng và chế độ vận hành của xe.
Cơ cấu ABS kết hợp với BAS (Break Assist System) giúp gia tăng lực phanh tại các bánh xe, từ đó rút ngắn quãng đường phanh trong tình huống khẩn cấp.
Cơ cấu ABS kết hợp với hệ thống ổn định điện tử (ESP) không chỉ hỗ trợ trong quá trình dừng xe mà còn can thiệp vào tăng tốc và chuyển động quay vòng, nâng cao hiệu quả vận hành của ô tô Sự phát triển vượt bậc của công nghệ điện tử và phần mềm tính toán đã cho phép áp dụng các phương pháp điều khiển mới trong ABS, như điều khiển mờ và điều khiển thông minh, nhằm tối ưu hóa quá trình điều khiển.
Các công ty hàng đầu như AISIN, DENCO và BENDI đang dẫn đầu trong nghiên cứu, cải tiến và chế tạo hệ thống ABS, cung cấp sản phẩm cho các nhà sản xuất ô tô toàn cầu.
Lịch sử phát triển của cơ cấu ABS
2.1 Cơ sở lí thuyết về phanh
2.1.1 Lực và mô men tác động lên xe trong trong mặt phẳng dọc
2.1.1.1 Lực phanh sinh ra ở bánh xe
Khi người lái đạp phanh, cơ cấu phanh tạo ra mô men ma sát, hay còn gọi là mô men phanh (M P), giúp hãm bánh xe Điều này dẫn đến sự xuất hiện của phản lực tiếp tuyến tại bánh xe.
- Chiều P p ngược chiều chuyển động
- Phương song song với mạt phẳng nằm ngang
- Điểm đặt tại tâm diện tích tiếp xúc giữa lốp và đường
Xét tại một bánh xe như hình vẽ:
Hình 2.1 Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh
CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG PHANH THƯỜNG VÀ PHANH CHỐNG TRƯỢT ABS
Cơ sở lí thuyết về phanh
2.1.1 Lực và mô men tác động lên xe trong trong mặt phẳng dọc
2.1.1.1 Lực phanh sinh ra ở bánh xe
Khi người lái nhấn bàn đạp phanh, mô men ma sát, hay còn gọi là mô men phanh (M P), được tạo ra trong cơ cấu phanh để hãm bánh xe Điều này dẫn đến sự xuất hiện của phản lực tiếp tuyến tại bánh xe.
- Chiều P p ngược chiều chuyển động
- Phương song song với mạt phẳng nằm ngang
- Điểm đặt tại tâm diện tích tiếp xúc giữa lốp và đường
Xét tại một bánh xe như hình vẽ:
Hình 2.1 Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh
• PP: lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường
• M jb : Mômen quán tính của bánh xe M f : Mômen cản lăn
• Z b : Phản lực của bánh xe
• r b : bán kính làm việc trung bình của bánh xe
- Khi đó lực phanh P p được xác định theo công thức:
- Do đó lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường
• P pmax : Lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường
• P 𝜑: Lực bám giữa bánh xe với mặt đường
• Z b : Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe
• 𝜑: Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường
Khi phanh, bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần, tạo ra mô men quán tính M jb tác dụng theo chiều chuyển động Đồng thời, có mô men cản lăn M f tác dụng ngược chiều, giúp hãm bánh xe lại Do đó, lực hãm tổng cộng trong quá trình phanh bánh xe được xác định.
Trong quá trình phanh ôtô, mômen phanh tăng lên có thể dẫn đến trượt lê bánh xe, làm giảm hệ số bám 𝜑 và hiệu quả phanh Khi bánh xe trượt, lực phanh giữa bánh xe và mặt đường giảm, gây mất tính dẫn hướng nếu bánh trước trượt và mất tính ổn định nếu bánh sau trượt Để ngăn ngừa hiện tượng trượt lê hoàn toàn, ôtô hiện đại được trang bị bộ chống bó cứng bánh xe khi phanh.
2.1.1.2 Điều kiện đảm bảo sự phanh tối ưu
Giả sử ôtô chuyển động với vận tốc v 1, khi phanh thì v 1 giảm dần và gia tốc j
