Nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khí nén ở chế độ làm việc ABS

Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau: phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm; hợp; khiển không lớn, phù hợp khả năng điều khiển liên tục của người l

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG TẦN SỐ ĐIỀU KHIỂN CỦA

HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN Ở CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ABS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

Phạm Việt Anh

THỐNG PHANH KHÍ NÉN Ở CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ABS

Chuyên ngành : Kỹ thuật Ô tô

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

1 Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS Nguyễn Trọng Hoan

2 Mọi tài liệu tham khảo trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng

3 Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian dối tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Học viên thực hiện

Phạm Việt Anh

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH Ô TÔ TẢI DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN CÓ TRANG BỊ ABS 3

C ÔNG DỤNG , PHÂN LOẠI , YÊU CẦU KẾT CẤU HỆ THỐNG PHANH 3

1.1.1 Công dụng hệ thống phanh 3

1.1.2 Phân loại 3

1.1.3 Yêu cầu kết cấu 4

C ẤU TẠO CHUNG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN 5

1.2.1 Cơ cấu phanh tang trống điều khiển bằng cam 5

1.2.2 Hệ thống dẫn động điều khiển phanh 6

1.2.3 Hệ thống phanh khí nén trên xe 8

H Ệ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH ABS 16

1.3.1 Tổng quan về ABS 16

1.3.2 Cơ sở lý thuyết hệ thống ABS 18

1.3.3 Hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén 26

V ẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 30

M ỤC TIÊU , PHẠM VI , PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 30

CHƯƠNG II - PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC 32

P HƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN [1][2] 32

2.1.1 Phương pháp mô phỏng với các thông số tập trung 33

2.1.2 Phương trình lưu lượng đi qua điểm nút 40

2.1.3 Các đồ thị thực nghiệm 40

P HƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC PHANH [4][5] 42

2.2.1 Các mô hình nghiên cứu động lực học 42

2.2.2 Mô hình hệ thống treo 44

2.2.3 Mô hình lốp Ammon 45

2.2.4 Phương pháp lập hệ phương trình 48

CHƯƠNG III - XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ TẢ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN ABS TRONG MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC XE KHI PHANH 50

X ÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ TẢ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 50

3.1.1 Sơ đồ tính toán và thông số của xe tham khảo 50

3.1.2 Xây dựng mô hình toán học mô tả hệ thống 50

X ÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC XE Ô TÔ KHI PHANH [4] 57

3.2.1 Động lực học ô tô một dãy phương dọc không trượt 58

3.2.2 Động lực học ô tô một dãy phương dọc có trượt 62

G HÉP NỐI MÔ PHỎNG KHÍ NÉN VÀ MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC XE BẰNG MÔ PHỎNG KHỐI ĐIỀU KHIỂN ABS

THEO ĐỘ TRƯỢT SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN KIỂU P 64

CHƯƠNG IV KHẢO SÁT TẦN SỐ ĐIỀU KHIỂN CẦN THIẾT CỦA HỆ THỐNG ABS KHÍ NÉN 67

X ÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM MATLAB S IMULINK [6][7] 67

4.1.1 Giới thiệu về MATLAB Simulink 67

4.1.2 Mô phỏng hệ thống phanh khí nén và động lực học xe bằng MATLAB Simulink 69

M Ô PHỎNG TÍNH TOÁN VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN 78

K HẢO SÁT TẦN SỐ ĐIỀU KHIỂN CẦN THIẾT ĐỂ HỆ THỐNG ABS LÀM VIỆC TRONG MIỀN TỐI ƯU 80

4.3.1 Quá trình tăng và giảm áp trong hệ thống 80

4.3.2 Ngưỡng áp suất trên và dưới 83

4.3.3 Tần số điều khiển tăng và giảm áp 84

4.3.4 Hệ số tăng áp 85

K HẢO SÁT TẦN SỐ ĐIỀU KHIỂN CẦN THIẾT ĐỂ HỆ THỐNG ABS LÀM VIỆC TẠI MIỀN TỐI ƯU TRÊN XE CẢI BIÊN 86

4.4.1 Biến thiên áp suất trong hệ thống phanh ABS khí nén trên xe cải biên 86

4.4.2 Tần số điều khiển tăng và giảm áp trên xe cải biên 88

4.4.3 Hệ số tăng áp trên xe cải biên 88

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

MỤC LỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Cấu tạo cơ cấu phanh dạng cam 5

Hình 1.2 Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén 8

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống phanh trên xe tham khảo 9

Hình 1.4 Van phân phối dẫn động hai dòng 11

Hình 1.5 Bầu phanh trước (bầu phanh đơn) 13

Hinh 1.6 Kết cấu loại bầu phanh tích năng (bầu phanh kép) 14

Hình 1.7 Van xả nhanh 14

Hình 1.8 Van gia tốc (Relay valve) 15

Hình 1.9 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 18

Hình 1.10 Trạng thái lăn của bánh xe khi có trượt lết 20

Hình 1.11 Đặc tính trượt thể hiện sự thay đổi hệ số bám dọc 𝝋𝝋𝝋𝝋, hệ số bám ngang 𝝋𝝋𝝋𝝋 theo độ trượt tương đối 𝝀𝝀 (a) và đặc tính trượt với các loại đường khác nhau (b) 21

Hình 1.12 Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trượt tương đối với các loại lốp 22

Hình 1.13 Mối quan hệ φ x ; φ y với λ ứng với góc lệch bên φ i 23

Hình 1.14 Sự thay đổi của mô men phanh M b ,áp suất dẫn động phanh p và gia tốc 𝝕𝝕 của bánh xe khi phanh có ABS 25

Hình 1.15 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/3K 26

Hình 1.16 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/4K 27

Hình 1.17 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS trên xe 28

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng khí nén 33

Hình 2.2 Sơ đồ mô phỏng hệ thống phanh 34

Hình 2.3 Tiết lưu và ký hiệu trên sơ đồ mô phỏng 35

Hình 2.4 Sơ đồ lưu lượng đi qua van tiết lưu vào dung tích 38

Hình 2.5 Lưu lượng vào xy lanh 38

Hình 2.6 Mô hình hóa lưu lượng đi vào dung tích thay đổi 39

Hình 2.7 Lưu lượng đi qua điểm nút 40

Hình 2.8 Đồ thị hệ số lưu lượng 41

Hình 2.9 Mô hình 1/4 42

Hình 2.10 Mô hình 1/2 43

Hình 2.11 Mô hình hệ thống treo 44

Hình 2.12 Đồ thị lực tương tác bánh xe F xtheo hệ số trượt s 46

Hình 2.13 Hàm Ammon 46

Hình 2.14 Hệ số bám cực đại và hệ số bám khi trượt trên các loại đường khác nhau với hai trạng thái khô và ướt 47

Hình 3.1 Sơ đồ và thông số hệ thống phanh xe tham khảo 50

Hình 3.2 Sơ đồ tính toán nhánh phanh cầu trước 51

Hình 3.3 Sơ đồ tính toán nhánh phanh cầu sau 54

Hình 3.4 Các lực tác dụng lên xe trong mô hình phẳng không có lực nâng 58

Hình 3.5 a) Mô hình ô tô phẳng tách cấu trúc 60

Hình 3.5 b) Mô hình ô tô phẳng tách cấu trúc lực cản không khí quy về trọng tâm C 61

Hình 3.5 c) Mô hình ô tô phẳng tách cấu trúc lực cản không khí quy về hai cầu 61

Hình 3.6 Đặc tính trượt thể hiện sự thay đổi hệ số bám dọc 𝝋𝝋𝝋𝝋 , hệ số bám ngang 𝝋𝝋𝝋𝝋 theo độ trượt tương đối 65

Hình 3.7 Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID 65

Hình 3.8 Độ trượt tương đối và xung điều khiển theo thời gian 66

Hình 4.1 Mô hình tính toán hệ thống phanh khí nén và động lực học xe tải 69

Hình 4.2 Mô hình Simulink của khối tăng áp cầu trước 70

Hình 4.3 Mô hình Simulink của khối tăng áp cầu sau 71

Hình 4.5 Mô hình Simulink của khối giảm áp cầu sau 73

Hình 4.6 a) Mô hình Simulink của động lực học xe tải phương trình (1), (2), và (3) 74

Hình 4.6 b) Mô hình Simulink của động lực học xe tải phương trình (4), (5), (6) và (7) 75

Hình 4.6 c) Mô hình Simulink các khối hỗ trợ 76

Hình 4.7 a) Điều khiển và mô phỏng khí nén theo độ trượt 77

Hình 4.7 b) Khối điều khiển áp suất phanh cho cầu trước và cầu sau theo tín hiệu xung điều khiển f 77

Hình 4.7 c) Khối điều khiển tạo xung theo độ trượt kiểu P 78

Hình 4.8 Sơ đồ và thông số hệ thống phanh khí nén xe tham khảo 78

Hình 4.9 a) Quá trình tăng áp cầu trước 79

Hình 4.9 b) Quá trình tăng áp cầu sau 79

Hình 4.9 c) Quãng đường phanh 80

Hình 4.10 a) Biến thiên áp suất trong bầu phanh cầu trước trên đường khô 81

Hình 4.10 b) Biến thiên áp suất trong bầu phanh cầu sau trên đường khô 81

Hình 4.11 a) Biến thiên áp suất trong bầu phanh cầu trước trên đường ướt 82

Hình 4.11 b) Biến thiên áp suất trong bầu phanh cầu sau trên đường ướt 82

Hình 4.12 Ngưỡng áp suất trên và dưới trên đường khô 83

Hình 4.13 Ngưỡng áp suất trên và dưới trên đường ướt 83

Hình 4.14 Tần số điều khiển tăng và giảm áp theo thời gian trên đường khô 84

Hình 4.15 Tần số điều khiển tăng và giảm áp theo thời gian trên đường ướt 84

Hình 4.16 Hệ số tăng áp theo thời gian trên đường khô 85

Hình 4.17 Hệ số tăng áp theo thời gian trên đường ướt 85

Hình 4.18 a) Biến thiên áp suất trong bầu phanh cầu trước trên đường khô xe cải biên 87

Hình 4.18 b) Quá trình tăng áp cầu sau trên đường khô của xe cải biển xe cải biên 87

Hình 4.19 Tần số điều khiển tăng và giảm áp theo thời gian trên đường khô của xe cải biên 88

Hình 4.20 Hệ số tăng áp theo thời gian trên đường khô của xe cải biên 88

1

MỞ ĐẦU

Hiện nay, nghành công nghiệp ô tô trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đang trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ Ô tô được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như: Giao thông vận tải, nông nghiệp, công nghiệp, xây dựng, quốc phòng… Trong đó Để đáp ứng được xu thế đó, nghành công nghiệp ô tô Việt Nam đã ra đời Hàng loạt các liên doanh sản xuất lắp ráp ô tô được thành lập nhằm cung cấp cho thị trường những loại ô tô có kết cấu, tải trọng và giá thành phù hợp với yêu cầu của thị trường trong nước

Khi thiết kế chế tạo một chiếc ô tô mới, ngoài việc lựa chọn kết cấu, mẫu mã, chủng loại, giá cả…của ô tô và thị hiếu của thị trường thì một trong những quan tâm hàng đầu là tính năng an toàn khi chuyển động và tính hiệu quả kinh tế của ô tô Tính năng an toàn khi chuyển động được thể hiện rõ rệt nhất ở sự làm việc của hệ thống phanh Trên mỗi loại ô tô khác nhau sẽ được trang bị các hệ thống phanh có kết cấu khác nhau như: hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí, hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén, hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực, hệ thống phanh kết hợp dẫn động khí nén - thuỷ lực…

Số lượng các xe tải và xe khách ở Việt Nam đang tăng lên nhanh chóng và ngày càng chiếm vị trí quan trọng trong nền công nghiệp vận tải nội địa, nhưng đi kèm với

đó là số lượng các tai nạn nghiêm trọng liên quan đến xe tải và xe khách ngày càng tăng

Trên các loại ô tô tải hạng trung đến hạng nặng thường được trang bị hệ thống phanh khí nén nhằm đảm bảo an toàn cho xe khi chuyển động Với ưu điểm là lực tác động lên bàn đạp nhỏ, nhưng vẫn đảm bảo được lực phanh cần thiết cho xe Hơn nữa ngày nay trên các xe khách hay ô tô tải, các nhà sản xuất đã trang bị thêm hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS, nhằm cải thiện tốt hơn tính an toàn cho xe

Hệ thống phanh khí nén có nhược điểm là độ trễ của khí nén vậy độ trễ này có ảnh hưởng như thế nào đến ABS của hệ thống đặc biệt là tần số điều khiển vì khi tần số quá cao hệ thống có thể không đáp ứng kịp, nhưng tần số điều khiển càng cao hiệu

khí nén ở chế độ làm việc ABS” Với mục đích tìm ra tần số điều khiển giới hạn của

hệ thống phanh khí nén ở chế độ làm việc ABS từ đó làm cơ sở cho việc thiết kế và nâng cao chất lượng hệ thống phanh khí nén cho xe Ô tô tải và xe chuyên dụng

Theo công dụng hệ thống phanh được chia thành các loại sau:

động;

và dùng làm phanh dự phòng;

từ), dùng để tiêu hao bớt một phần động năng của ô tô khi cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trên dốc dài);

b) Theo kết cấu của cơ cấu phanh

Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành hai loại sau:

Theo dẫn động hệ thống phanh được chia ra:

4

Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều khiển ô tô khi phanh Ta có các loại sau:

ở cơ cấu phanh, làm thay đổi momen phanh trên cầu trước và cầu sau;

có một số hệ thống kết hợp với ABS (ASR, ESP,…) để tăng khả năng cơ động và khả năng ổn định của xe khi phanh

Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau:

phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm;

hợp;

khiển không lớn, phù hợp khả năng điều khiển liên tục của người lái;

với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh;

đảm sử dụng hết trọng lượng bám của khi phanh ở các cường độ khác nhau;

trong mọi điều kiện sử dụng;

hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có hư hỏng

5

Cấu tạo chung hệ thống phanh khí nén

Cơ cấu phanh tang trống được dùng khá phổ biến trên ô tô Trong cơ cấu dạng tang trống sử dụng các guốc phanh cố định và được phanh với mặt trụ trong của tang trống quay cùng bánh xe Như vậy quá trình phanh được thực hiện nhờ ma sát giữa

1- Chốt guốc phanh; 2- Mâm phanh; 3- Tấm chắn; 4- Êcu; 5- Tấm đệm chốt guốc phanh; 6- Khoá hãm; 7- Guốc phanh; 8- Lò xo hồi vị; 9- Tấm ma sát; 10- Trục con lăn; 11- Cam ép; 12- Con lăn; 13- Đòn điều chỉnh; 14- Trục cam phanh;

10

7 8 9

15 14 13

A A

1 2 3 4

6

Cơ cấu phanh được bố trí kiểu đối xứng qua trục, có xi lanh khí nén điều khiển cam xoay 11 ép guốc phanh 7 vào trống phanh Phần quay của cơ cấu phanh là tang trống Phần cố định bao gồm mâm phanh 2 được cố định trên dầm cầu

Cụm cơ cấu phanh lắp trên mâm phanh 2 nối cứng với bích cầu, các tấm ma sát 9

có cấu tạo hình lưỡi liềm tương ứng với đặc tính mài mòn của chúng và được lắp trên hai guốc phanh 7 Trên các guốc phanh có tán tấm ma sát (má phanh) Các guốc phanh này tựa tự do lên các bánh lệch tâm lắp trên mâm phanh 2 trục của các guốc phanh cùng với các mặt tựa lệch tâm cho phép định tâm đúng các guốc phanh so với trống phanh khi lắp ráp các cơ cấu Cam quay được chế tạo liền trục, với biên dạng Cycloit (hoặc Acsimet) Khi phanh cam ép 11 sẽ chuyển động đẩy các guốc phanh ra làm cho nó áp sát vào bề mặt trống phanh để thực hiện quá trìng phanh, giữa cam ép

11 và guốc 7 có lắp con lăn 12 nhằm giảm ma sát và tăng hiệu quả phanh, bốn lò xo hồi vị 8 trả guốc phanh về vị trí nhả phanh

Sự tác động của cam lên các guốc phanh với các chuyển vị như nhau, má phanh bị mòn gần như đều nhau, do vậy các má phanh trên cả hai guốc phanh của cơ cấu có kích thước gần như bằng nhau

Hệ thống dẫn động có tác dụng truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh Hệ thống dẫn động phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

cấu phanh của ôtô;

Trong dẫn động phanh thủy lực sử dụng truyền động thủy tĩnh nối liền từ cơ cấu điều khiển tới xy lanh bánh xe Hệ thống dẫn động phanh thủy lực có các ưu điểm sau:

7

định của ô tô khi phanh;

thay đổi cơ cấu phanh

Nhược điểm của hệ thống dẫn động thủy lực:

khi yêu cầu lực tác dụng phanh lớn cần phải hành trình bàn đạp lớn hoặc dùng trợ lực;

Trong hệ thống dẫn động có điều khiển bằng thủy lực trên ô tô con và ô tô tải nhỏ, lực điều khiển của người lái tác dụng vào bàn đạp nhanh, tỉ lệ thuận với lực điều khiển tại các cơ cấu phanh Dẫn động điều khiển phanh của ô tô tải lớn và ôtô bus đòi hỏi năng lượng điều khiển lớn do vậy không nên dùng hệ dẫn động thủy lực do cần

có lực điều khiển lớn, gây mệt mỏi cho người lái Trong dẫn động phanh bằng khí nén lực điều khiển trên bàn đạp phanh nhỏ, áp suất trên đường ống không cao và cho phép dẫn động dài tới các cơ cấu phanh cần thiết Hơn nữa hệ thống phanh khí nén còn dễ dàng bố trí điều khiển tự động

Nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động khí nén là số lượng các chi tiết nhiều, kích thước lớn và có giá thành cao, độ nhạy của hệ thống kém, nghĩa là thời gian hệ thống phanh bắt đầu làm việc kể từ khi người lái bắt đầu tác dụng lực là khá lớn do không khí bị nén khi chịu lực

Sơ đồ cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén cơ bản (hình 1.2)

a) Các đường ống dẫn khí

+) Phần cung cấp khí nén có chức năng chính là hút không khí từ ngoài khí quyển,

cấp đủ lưu lượng cho hệ thống phanh khí nén làm việc Áp suất làm việc lớn nhất

ngắt máy nén khí không cho làm việc nữa Độ bền và độ tin cậy của dẫn động phanh

8

khí nén phụ thuộc vào chất lượng khí nén Do vậy khí nén phải đảm bảo khô, sạch,

có áp suất ở mức an toàn khi làm việc

b) Nguồn cung cấp

2 Bộ điều chỉnh áp suất 5 Bình chứa khí nén mạch I

3 Bình làm khô 6 Bình chứa khí nén mạch II

9 Bầu phanh và cơ cấu phanh sau

9

Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống phanh trên xe tham khảo

10

Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí 1 đi qua van điều áp 2 qua bộ lọc tách nước 3 qua van an toàn kép 4 tới các bình chứa khí 5 và 6 Van an toàn kép 4 đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động độc lập với nhau tạo thành hai nguồn cung cấp khí độc lập cho hai dòng dẫn động phanh

Dẫn động phanh trục trước bắt đầu từ bình khí 5 qua khoang dưới của tổng van 8

đi tới các bầu phanh của trục trước 9 10

Dẫn động phanh cầu sau bắt đầu từ bình khí 6 qua khoang trên của tổng van 8 đi tới van gia tốc 12 tới các bầu phanh của cụm cầu sau 14 15

Dòng khí nhả phanh dừng bắt đầu từ bình khí 5 6 qua van điều khiển 11 qua van

xả nhanh 13 đi tới các bầu tích năng dạng lò co của cụm cầu sau 14 15 ép các lò xo thực hiện nhả phanh

Khi thực hiện phanh dừng, xoay tay van 11 khí nén đang ép các lò xo tích năng lập tức bị xả hết, các lò xo bung ra làm xoay trục cam ép các guốc phanh bánh xe sau, thực hiện nhả phanh tay

Van điều áp 2 đồng thời là van an toàn có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất làm việc trong hệ thống bằng cách dừng hoặc khởi động máy nén khí khi áp suất trong hệ thống vượt quá giới hạn hoặc quá thấp

Van an toàn 3 ngả giữ cho xe hoạt động bình thường khi xe mất đi một dòng hơi

Van phân phối có tác dụng mở và đóng hoặc mở các van để cấp hoặc ngừng cấp khí nén để mở hoặc đóng các van Khoang trên có cửa vào là D được nối với bình chứa khí, cửa ra là C được nối tới các bầu phanh tại các bánh xe Tương tự như vậy, khoang dưới có cửa vào là E và cửa ra là A Ngoài ra còn có một cửa thông với khí trời F chung cho cả hai khoang Mỗi khoang có một van điều khiển: Van 2 ở khoang trên có nhiệm vụ đóng mở các van nạp 7 và van xả 6 còn van 11 của khoang dưới điều khiển các van nạp 9 và van xả 10

11

1 Pittông lớn khoang dưới; 2.11 Van điều khiển; 3 Ty đẩy; 4.Phần tử đàn hồi; 5 Pittông khoang trên; 6.10.Van xả; 7.9 Van nạp ; 12 Pittông nhỏ

Hình 1.4 Van phân phối dẫn động hai dòng

Nguyên lý hoạt động của van như sau:

bánh xe được nối thông với khí trời do các van xả 6 và 10 mở

tử đàn hồi 4 làm pittông dịch chuyển đi xuống Đầu tiên, van xả 6 đóng lại không cho cửa C thông với khí trời nữa, sau đó khi pittông tiếp tục đi dich chuyển đi xuống thì van nạp 7 mở ra và khí nén chờ sẵn ở cửa D đi qua van nạp, qua khoang dưới 5 tới cửa C rồi từ đó tới các bầu phanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh Đồng thời, khí nén từ khoang trên đi qua lỗ nhỏ B xuống khoang trên pittông 1 đẩy pittông con

12 đi xuống Nhờ đó van xả 10 đóng lại, rồi van nạp 9 mở ra cho khí nén đi từ cửa E sang cửa A để đi tới các bầu phanh tại các bánh xe

trên được điều khiển trực tiếp bằng dẫn động cơ khí, còn khoang dưới được điều khiển bằng khí nén lấy từ khoang trên Nếu khoang trên bị mất khí, không hoạt động nữa thì khi phanh, ty đẩy 3 đi xuống tác động lên con đội 8 và đẩy pittông nhỏ 12 của khoang dưới đi xuống thực hiện quá trình phanh trên một cầu còn lại

12

khiển bằng ty đẩy 3 vì khí nén không kịp cấp qua lỗ B để điều khiển pittông lớn 1

Q nào đó, sau khi van nạp 7 của khoang trên mở, khí nén đi vào bên dưới pittông 5

và sau đó đi qua cửa C tới các bầu phanh tại các bánh xe Áp suất khí trong khoang dưới pittông 5 tăng dần lên cho tới khi áp lực của khí nén cùng với lực lò xo thằng được lực điều khiển Q, nén phần tử đàn hồi 4 lại và đẩy pittông đi lên cho tới khi van nạp đóng lại Lúc này cả van nạp và van xả đều đóng, ấp suất khí nén dẫn tới các bầu phanh không tăng nữa và pittông 5 ở trạng thái cân bằng Quá trình tương tự như vậy cũng xảy ra đối với khoang dưới Như vậy, ứng với một lực Q nhất định (tương ứng với một lực trên bàn đạp) áp suất trong dẫn động phanh chỉ có một giá trị tương ứng Nhờ vậy mà người lái có thể điều khiển được cường độ phanh theo ý muốn

Bầu phanh xe có cấu trúc như xi lanh lực tác động một chiều Vỏ của bầu phanh được bắt cố định trên vỏ cầu, đòn đẩy tựa chặt trên pittong đẩy và dịch

chuyển để điều khiển cam quay

Bầu phanh được chia làm 2 loại chính:

Cấu tạo của bầu phanh đơn dạng màng gồm: hai nữa vỏ của bầu phanh được bắt

cố định trên cầu xe Màng cao su bố trí giữa hai nữa vỏ, chia bầu phanh thành 2 khoang Khoang bên trái có cửa dẫn khí nén từ van phân phối xuống, khoang bên phải có lỗ thông với khí quyển R Lò xo hồi vị có tác dụng đẩy màng cao su về vị trí ban đầu khi không phanh Màng cao su được đỡ bởi tấm đỡ, gắn liền với thanh đẩy dẫn động cam quay, đóng mở cơ cấu phanh Chiều dài của thanh đẩy được điều chỉnh nhờ đai ốc 9 nhằm tạo nên vị trí thích hợp với cam quay

Nguyên lý làm việc của bầu phanh đơn dạng màng:

cùng bên trái Khi phanh, khí nén có áp suất cao được dẫn tới khoang bên trái của

13

bầu phanh, đẩy màng cao su và đòn đẩy dịch chuyển về bên phải, thực hiện sự xoay cam trong cơ cấu phanh Khi nhả phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, đẩy màng cao su, kéo đòn đẩy về vị trí ban đầu Khí nén ở khoang bên trái theo đường ống thoát

ra ngoài không khí, kết thúc quá trình phanh

Nguyên lý làm việc của bầu phanh:

khi chưa phanh được cấp khí nén ép lò xo 14 đẩy cần đẩy sang bên trái, không tác dụng vào màng cao su số 6

bên phải qua đó đẩy đòn đẩy sang phải thực hiện phanh, khi nhả phanh khí nén rút khỏi cửa A, dưới tác dụng của lò xo hồi vị 9 sẽ đẩy cơ cấu về vị trí cân bằng ban đầu

chênh lệch về áp suất, lò xo tích năng 14 được đẩy sang bên phải ép thằng vào màng

14

đẩy sang phải thực hiện phanh cứng (phanh rất lâu), muốn nhả phanh ra thì điều chỉnh

mở ốc số 1 ra để đưa hệ thống trở về vị trí cân bằng và cấp khí nén vào B

1 Ốc điều chỉnh 2 Ống đẩy 3 Vỏ bầu phanh 4 Ống dẫn khí 5 Vỏ trong 6 Màng cao su 7 Đòn đẩy 8 Thân bầu phanh 9 Lò xo hồi vị 10 Tấm đỡ

11 Bạc đẩy 12 Vòng tỳ 13 Piston tích năng 14 Lò xo tích năng

A Điều khiển phanh chân P- Thông với khí quyển

B Điều khiển nhả phanh S- Khoang thông với A

Q- Khoang thông với B T- Khoang tích năng

Hình 1.7 Van xả nhanh

15

Sau khi nhả bàn đạp phanh, khí từ các bầu phanh không hồi về bình chứa mà được

xả nhanh ra ngoài thông qua van xả khí đặt gần bầu phanh Thông thường, hay bố trí

ở cầu trước Với cầu sau, van xả nhanh thường được tích hợp vào van gia tốc

Dòng khí từ van phân phối đi vào cổng “service port”, tác động mở van nạp và đóng van xả khí, cung cấp khí vào 2 bầu phanh thông qua 2 cổng “delivery port”

Khi nhả bàn đạp phanh, yêu cầu khí trong bầu phanh phải được xả nhanh và triệt để

Do van phân phối ở xa nên lượng khí trong bầu phanh không được xả ở van phân phối, mà được xả ngay gần bầu phanh qua van xả nhanh

Dòng khí từ bầu phanh đẩy màng đàn hồi, mở van xả (do khí nén ở cổng “service port” không còn, gây ra sự chênh lệch áp suất), khí nén được xả ra không khí qua cổng “delivery port”

Hình 1.8 Van gia tốc (Relay valve)

Hệ thống phanh khí nén có nhược điểm là độ chậm tác dụng lớn, đặc biệt là ở trên

cơ cấu phanh nằm xa van phanh chân (bầu phanh sau) Do khoảng cách từ bầu phanh sau tới van phân phối là tương đối dài (đặc biệt trên xe tải lớn), nên độ chậm tác dụng

Lịch sử phát triển của hệ thống phanh và phanh ABS qua các thời kì sau:

an toàn phanh với dẫn động hai dòng;

ABS tác động vào hệ thống dẫn động thủy lực nhằm giữ, giảm hoặc tăng áp suất phanh dẫn đến các xi lanh phanh bánh xe để chống trượt lết trong quá trình phanh

TSC Hệ thống này điều khiển bằng cách điều chỉnh giá trị của mô men phanh và mô men được truyền từ động cơ đến các bánh xe Hệ thống này còn có khả năng điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động cơ nhằm hạn chế trượt quay bánh xe do thừa mô

17

men Tuy nhiên tại thời điểm đó, số kênh điều khiển hệ thống còn ít, chỉ điều khiển một kênh, hoặc hai kênh cho toàn bộ các cầu hoặc một cầu xe và sử dụng van điều hòa lực phanh bằng cơ khí để phân phối áp suất phanh đến các bánh

EBD Hệ thống điện tử dần thay thế các hệ thống cơ khí, hệ thống phanh ABS trong

hệ thống đã bắt đầu điều khiển nhiều kênh, điều khiển từng bánh xe độc lập

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển điện

tử và tự động hóa, các hệ thống điều khiển trên ô tô ngày càng được phát triển hoàn thiện hơn, nâng cao tính tiện nghi và an toàn sử dụng của ô tô

Nhằm nâng cao tốc độ chuyển động và tính an toàn chủ động của ô tô, hệ thống phanh là một trong những mục tiêu được đầu tư và phát triển nhiều Trên cơ sở một

hệ thống ABS, hệ thống phanh có thể kết hợp với một số hệ thống khác, và đến nay, một hệ thống phanh hiện đại đã có rất nhiều chức năng ưu việt Ngoài tác dụng cơ bản là giảm tốc độ hay dừng xe, hệ thống phanh còn can thiệp cả trong quá trình khởi động và tăng tốc của ô tô, khống chế các hiện tượng quay vòng thiếu, quay vòng thừa, làm tăng tính ổn định của xe khi đi vào đường vòng

Phân loại theo kiểu điều khiển

Các dòng có thể điều khiển 4 kênh độc lập theo kiều cầu trước/ cầu sau hoặc điều khiển chéo (X)

Hệ thống kiểu này được sử dụng rất phổ biến hiện nay vì nó hạn chế được sự phụ thuộc về lực phanh giữa các bánh xe Nhờ đó mà sự ổn định của xe khi chuyển động được tăng lên

Với kiểu này, 2 bánh cầu trước được điều khiển độc lập còn 2 bánh cầu sau vẫn sử dụng điều khiển chung

18

Kiểu điều khiển này, chỉ có 2 kênh điều khiển ra 4 bánh xe, do đó có sự phụ thuộc

về lực phanh giữa các bánh xe Với ưu điểm là chi phí rẻ hơn nhưng không đảm bảo tốt ổn định cho xe chuyển động bằng các kiểu trên nên kiểu này ít được áp dụng trên

xe ngày nay

Ngoài ra trong hệ thống thủy lực còn có cách phân loại theo cơ cấu chấp hành gồm: van 2 vị trí, và van 3 vị trí

Hình 1.9 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh

Khi phanh, ở bánh xe xuất hiện các lực và mô men sau:

ξ

Gb – tải trọng tác dụng lên bánh xe;

chuyển động với gia tốc chậm dần Do bánh xe chuyển động có gia tốc nên bánh xe

động Tuy nhiên mô men cản lăn nhỏ hơn nhiều lần so với mô men phanh, do đó

M

GM

v

ZM

P

19

trong quá trình phanh có thể bỏ qua mô men cản lăn này Lúc đó có thể coi còn duy

tốc độ chuyển động của ô tô Lực phanh được xác định theo công thức:

b

p p

r

M

P =

1.3.2.2 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh

Mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra, mặt đường là nơi tiếp nhận thông qua độ

bám giữa bánh xe và mặt đường Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám

sau: Ppmax = Pϕ = Zb ϕ

Trong đó: P Pmax – Lực phanh cực đại mà bánh xe có thể tiếp nhận được;

nhanh chóng bị trượt lết trên đường

Hình 1.10 giải thích hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh:

Trong đó: v là vận tốc dài thực của bánh xe (cũng là vận tốc thực của xe);

v 0 là vận tốc lí thuyết của bánh xe

Các vận tốc đó được xác định theo công thức:

20

Hình 1.10 Trạng thái lăn của bánh xe khi có trượt lết

rb – Bán kính tính toán [m];

Khi vận tốc thực tế của bánh xe lớn hơn vận tốc lý thuyết sẽ dẫn đến hiện tượng

Để kể đến ảnh hưởng của sự trượt khi phanh, người ta đưa ra khái niệm độ trượt khi phanh:

v

v v

v v v

vλ

Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn, tức khi phanh bánh xe bị hãm cứng thì:

ωk = 0 , v0 = 0 , rl → ∞ , λ = −1 Dấu (-) chỉ độ trượt khi phanh Thực tế, người ta tính độ trượt tương đối:

% 100

X

P r

vλ > 0

21

1.3.2.3 Đặc tính trượt khi phanh

Sự bám của bánh xe với mặt đường được đặc trưng bới hệ số bám bánh xe với mặt

F = Pϕ = F ϕ

đường lên bánh xe Hệ số bám φ phụ thuộc loại, tình trạng mặt đường; kết cấu, vật liệu, độ cứng, áp suất lốp xe; tải trọng lên bánh xe, tốc độ của xe; điều kiện, nhiệt độ làm việc

Mặt khác khi phanh do tải trọng, phản lực từ mặt đường, mô men tác dụng lên bánh xe thường xuyên thay đổi làm cho lốp xe bị biến dạng, làm xuất hiện hiện tượng trượt cục bộ tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường Để đánh giá mức độ trượt

sử dụng khái niệm độ trượ λ, được xác định :

22

và độ trượt tương đối với các loại lốp

1- Lốp bố tròn chạy trên đường khô; 2- Lốp bố chéo chạy trên đường nhựa ướt; 3- Lốp bố tròn chạy trên đường tuyết; 4- Lốp

bố tròn chạy trên đường băng

trong hình 1.11 và hình 1.12

độ trượt tương đối λ Khi bánh xe làm việc trong vùng a (vùng ổn định): độ trượt λ

vùng giá trị độ trượt tối ưu.Vì vậy, khi nghiên cứu thiết kế hệ thống phanh và điều

điều khiển gọi là “Điều khiển theo giá trị độ trượt định trước” Trong thực tế các bánh

xe trên cùng 1cầu hay trên cùng một vết cũng làm việc trên mặt đường có hệ số bám

φ khác nhau đòi hỏi hệ thống phanh phải có khả năng tự điều khiển sao cho bánh xe làm việc trong vùng độ trượt tối ưu

23

tính (biến dạng - độ cứng) khác nhau thì quan hệ giữa φx và λ0 khác nhau vì vậy khi nghiên cứu, tính toán quá trình phanh của xe phải xem xét quan hệ động lực học của

xe, bánh xe với đặc tính của từng loại lốp xe Đồng thời trong quá trình sử dụng không tuỳ tiện thay đổi kiểu, loại lốp xe do nhà thiết kế qui định cho mỗi loại xe

Khi xe ô tô chuyển động trên đường nghiêng, đường vòng tại bề mặt tiếp xúc của bánh xe với mặt đường luôn xuất hiện phản lực

phẳng đối xứng của bánh xe dịch chuyển đi một đoạn, khi đó đường tâm vết tiếp xúc với phương vận tốc bánh xe tạo thành góc lệch

αi gọi là góc lệch bên Mối quan hệ góc lệch bên αi, φx và φy với λ trong hình 1.14

này phải ưu tiên điều khiển ổn định của xe

1.3.2.4 Nguyên tắc điều khiển của ABS

Mục tiêu hệ thống phanh ABS là điều khiển áp suất dẫn động phanh sao cho bánh

xe trong quá trình phanh có độ trượt (λ) thay đổi trong phạm vi hẹp quanh giá trị

trị cực đại, đồng thời tính ổn định và tính dẫn hướng của xe là tốt nhất

k x

Trong đó: Pp - lực phanh bánh xe; Ppmax - lực phanh cực đại

24

Quá trình điều khiển áp suất phanh trong cơ cấu phanh; sự biến đổi gia tốc chậm

xe khi phanh trong hình 1.14 Quá trình điều khiển như sau:

Khi tác động lên bàn đạp phanh thì áp suất dẫn động trong hệ thống tăng lên, làm cho mômen phanh (Mp) tại các bánh xe tăng làm tăng gia tốc chậm dần của bánh xe đồng thời độ trượt của nó tăng theo Khi tăng đến điểm mà tại đó hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại (φxmax), độ trượt đạt độ trượt tối ưu (λ0) trên đường cong φx = (λ) thì gia tốc chậm dần của bánh xe tăng đột ngột Điều này báo hiệu bánh xe có xu hướng

bị bó cứng Giai đoạn này của quá trình phanh ABS ứng với các đường cong 0-1 trên hình a, b, c hình 1.14 Giai đoạn này gọi là pha I – pha tăng áp

Bộ điều khiển (ECU) của hệ thống ghi lại gia tốc tại điểm 1 đạt giá trị giới hạn

áp suất dẫn động phanh Sự giảm áp suất trong dẫn động phanh chưa giảm ngay do

độ trễ của hệ thống Quá trình xảy ra từ điểm 1 đến điểm 2 được gọi pha II (pha giảm

áp trong hệ thống phanh) Gia tốc của bánh xe lúc này lúc này giảm dần và tại điểm

25

Sau khi đạt giá trị này, ECU ra tín hiệu

điều khiển cho bộ chấp hành ổn định áp suất

dẫn động trong hệ thống Lúc này bánh xe

tăng tốc, vận tốc bánh xe tiến gần vận tốc

gọi là pha III (pha giữ áp) Trong thời gian

đại của bánh xe trong chuyển động tương

đối sẽ phát sinh tương ứng với thời điểm

φmax

Gia tốc cực đại trên được chọn làm giá trị

điều khiển (gia tốc ngưỡng) ứng với đoạn

này và ra tín hiệu điều khiển van điện từ bộ

chấp hành tăng áp suất dẫn động phanh

Như vậy, sau điểm 3 lại bắt đầu pha I của

chu kỳ làm việc tiếp theo của hệ thống ABS

Từ lập luận trên ta thấy rằng hệ thống phanh

khép kín 1- 2- 3 - 1(hình a), lúc đó bánh xe

Đây là cơ sở xác định giá trị gia tốc bánh xe

tại điểm (1) và điểm (3) là ngưỡng điều

khiển của ECU khi phanh, giá trị để ECU

điều khiển thời điểm đóng mở các van điện

từ cơ cấu chấp hành

𝝕𝝕̇ của bánh xe khi phanh có ABS

b) Áp suất dẫn động phanh (p) ; c) Gia tốc bánh xe ( )

26

1.3.3.1 Các phương án dẫn động hệ thống phanh ABS khí nén

Sơ đồ phương án 4 cảm biến và 3 kênh điều khiển được trình bày ở hình 1.15

1 cảm biến; 2 Nguồn khí nén ; 3 Bầu phanh; 4 van phanh 2 dòng; 5 Mô đun điều khiển ABS

Trên cầu trước, sử dụng hai mô đun ABS 5 điều khiển độc lập cho từng bánh xe với cảm biến 1 đo vận tốc riêng biệt của từng bánh xe cầu trước Khi phanh, tải trọng thẳng đứng của cầu trước tăng cao nên các bánh xe được phanh ở trạng thái tối ưu của khả năng bám, động năng được hấp thụ có thể đạt tới 70% động năng cần phanh của xe Bằng cấu trúc hệ thống điều khiển độc lập cải biên (IRM) cho phép giảm thấp

độ chênh lực phanh trong hai kênh độc lập, hạn chế sự cần thiết phải điều chỉnh hướng chuyển động của người lái khi phanh.(điều này là hết sức cần thiết vì khi phanh tải trọng thẳng đứng của cầu trước tăng cao)

Trên các cầu sau bố trí 2 cảm biến và 1 kênh điều chỉnh, làm việc dựa trên nguyên tắc SL Trên cầu sau, tải trọng thẳng đứng giảm khi phanh, sự cân bằng lực phanh là hết sức cần thiết, nhằm tránh bị rê ngang thân xe Các cầu sau trên ô tô con thường không phải là cầu dẫn hướng, do vậy người lái khó có khả năng điều chỉnh hướng

27

chuyển động khi phanh Việc bố trí hai cảm biến tốc độ và 1 kênh điều khiển ABS trên hai bánh sau khó có thể thực hiện khả năng cân bằng lực phanh trên cầu sau, xe không ổn định hướng tốt khi đi trên đường có hệ số bám khác nhau, hay khi quay vòng Sơ đồ được ứng dụng trên các ô tô buýt hai tầng có tải trọng lớn, các loại ô tô tải chuyên dụng chở hàng đặc chủng đòi hỏi tính ổn định cao

Với cách bố trí 4S/3K, trong một số tài liệu được gọi là “hệ thống ABS tiêu chuẩn”

Sơ đồ phương án 4 cảm biến và 4 kênh điều khiển được trình bày ở hình 1.16 Mỗi bánh xe có cảm biến và mô đun ABS điều chỉnh độc lập

Hệ thống sử dụng điều khiển độc lập cải biên IRM cho mỗi cầu xe Với cấu trúc này lực phanh trên tất cả các bánh xe được phát huy tối đa, đáp ứng tốt nhất khả năng tiêu hao động năng ô tô khi phanh Mặt khác khi xuất hiện sự sai lệch lực phanh trên các bánh xe của cùng một cầu, bên bánh xe có hệ số bám cao sẽ được chậm tăng áp suất phanh, đảm bảo hạn chế tối đa sự chênh lực phanh, đồng thời giảm gia tốc góc quay thân xe, giúp cho người lái có khả năng điều chỉnh vành lái, tránh rơi vào tình trạng khó điều khiển

Tuy vậy, hệ thống rất phức tạp, nhiều đường dẫn, giá thành của sản phẩm cao, chỉ được sử dụng trên các loại xe yêu cầu cao về ổn định và chất lượng phanh

28

Trên ô tô buýt sử dụng sơ đồ 4S/4K: các bánh xe bố trí theo quy luật điều khiển IRM

Xe buýt hiện đại thường xuyên hoạt động trên đường xa lộ với vận tốc vận tải lớn nhất trên 100km/h sử dụng sơ đồ điều khiển 4S/4K này, kèm theo các thiết bị tiện nghi cao cấp, giúp cho việc vận tải hành khách nhanh chóng và an toàn

Ngày nay các hệ thống ABS khí nén khá đa dạng, và đang trong giai đoạn hoàn thiện, đặc biệt là các nguyên tắc điều khiển đang thực nghiệm theo hướng tối ưu với các tiêu chí yêu cầu của quá trình phanh

1.3.3.2 Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên xe LIFAN

30

Vấn đề nghiên cứu

Quá trình điều khiển phanh ABS khí nén cũng tương tự như phanh thủy lực đều gồm 3 quá trình: Tăng áp, Giảm áp và Giữ áp Trong phanh ABS khí nén quá trình tăng áp không khí được nạp vào các bầu phanh, ở quá trình giảm áp không khí được

xả ra ngoài môi trường

Nhược điểm lớn của hệ thống phanh khí nén là độ chậm tác dụng lớn do bản chất không khí có thể nén được, nên quá trình truyền áp suất trong hệ thống chậm hơn thủy lực nhiều Đặc điểm này cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình điều khiển ABS của hệ thống phanh khí nén Ở các tần số điều khiển cao hệ thống không đáp ứng được, làm cho quá trình biến đổi áp suất ở bầu phanh trong quá trình tăng và giảm áp, không được như mong muốn

Khi nghiên cứu hệ thống phanh ABS khí nén vấn đề đặt ra là:

và điều khiển hệ thống phanh ABS khí nén;

mong muốn

Với các vấn đề nêu trên luận văn đã quyết định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khí nén ở chế độ làm việc ABS” Với mục đích là xác định tần số điều khiển hệ thống phanh ABS khí nén cần thiết để

hệ thống hoạt động luôn như mong muốn

Mục tiêu, phạm vi, phương pháp và nội dung nghiên cứu của đề tài

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

31

hệ dẫn động phanh khí nén trên ô tô tải

thân xe ô tô tải;

cứu tần số đáp ứng của hệ thống ABS

Nội dung nghiên cứu

32

CHƯƠNG II - PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN VÀ

MÔ PHỎNG ĐỘNG LỰC HỌC Phương pháp mô phỏng dẫn động khí nén [1][2]

Để nghiên cứu động học của hệ thống dẫn động phanh bằng khí nén cần phải thiết lập được các phương trình vi phân mô tả quá trình làm việc của hệ thống Vì trong thực tế bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong hệ thống rất phức tạp nên việc

mô phỏng một cách chính xác là không thể thực hiện được, đặc biệt là quá trình quá

độ Do vậy, người ta thường phải sử dụng các phương pháp mô phỏng gần đúng để giải quyết vấn đề này Để nghiên cứu động học của hệ thống dẫn động phanh khí nén trên xe ô tô có nhiều phương pháp để nghiên cứu Một trong những phương pháp

được sử dụng rộng rãi nhất là phương pháp mô phỏng có tên gọi là “Mô phỏng tập

trung” Bản chất của phương pháp này là tính toán động học khí nén qua các phần tử của hệ thống dẫn động phanh khí nén (máy nén khí, các bình chứa khí, đường ống dẫn khí và van phân chia, van hạn chế áp suất, van phanh chính, các bầu phanh ở các bánh xe, các van phụ) thực hiện theo các nguyên tắc sau:

1 - Thể tích khí chứa trong phần tử được coi là tập trung tại một dung tích Dung tích này có thể là không đổi hoặc biến đổi trong quá trình hệ thống làm việc (quá trình tính toán)

một tiết lưu, tiết lưu này có thể có tiết diện không đổi hoặc có thể thay đổi Đặc trưng sức cản khí động qua mỗi phần tử là hệ số cản khí động µ

3 - Mối ghép giữa các phần tử gọi là điểm nút Tổng lưu lượng khí đi vào và ra khỏi điểm nút (có xét đến dấu) tại thời điểm xét bằng 0

Phương pháp chung để tính toán các thông số trạng thái của hệ thống là tiến hành tính toán lần lượt từng nút theo trình tự kể từ đầu vào lần lượt tới các nút kế tiếp sau Lấy kết quả tính áp suất cuối của nút trước làm áp suất đầu vào cho nút sau

Phương pháp “Mô phỏng tập trung” có ưu điểm là tương đối đơn giản, dễ thực

hiện Mặc dù khối lượng tính toán lớn nhưng nó cho phép nghiên cứu hệ thống phức tạp có những giả thiết gần giống với thực tế với độ chính xác cao

33

Các hệ thống dẫn động bằng khí nén bao gồm các nguồn cung cấp khí (máy nén, các van an toàn, các bình chứa,…) và các thiết bị khác như van điều khiển và các xi lanh chấp hành Ví dụ điển hình của một hệ thống dẫn động khí nén trên ô tô là hệ thống dẫn động phanh (xem hình 2-1) được sử dụng trên các xe tải cỡ trung bình và

cỡ lớn

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh bằng khí nén

1-Tổng van phanh; 2 3- Các bầu phanh trước;

4 5 6 7- Các bầu phanh sau

Để nghiên cứu động lực học của hệ thống cần phải thiết lập được các phương trình

mô tả quá trình làm việc của hệ thống hay nói cách khác là mô tả toán học hệ thống Tuy nhiên bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong hệ thống rất phức tạp và việc mô phỏng một cách hoàn toàn chính xác là không thể thực hiện được, đặc biệt

là quá trình quá độ Do vậy, người ta thường phải sử dụng các phương pháp mô phỏng gần đúng để giải quyết bài toán này, nó có ưu điểm là tương đối đơn giản, dễ thực hiện và cho phép nghiên cứu những hệ thống phức tạp với độ chính xác cao

Thể tích khí trong tất cả các phần tử của hệ thống (van, xi lanh chấp hành, đường ống,…) được coi là tập trung tại một dung tích và sức cản của các phần tử này được tập trung tại một tiết lưu Áp dụng quy tắc tính dòng điện đi qua điểm nút để tính lưu lượng khí đi qua điểm nút của sơ đồ mô phỏng