Mô phỏng và nghiên cứu quá trình động lực học của hệ thống phanh thủy lực

Mô phỏng và nghiên cứu quá trình động lực học của hệ thống phanh thủy lực Mô phỏng và nghiên cứu quá trình động lực học của hệ thống phanh thủy lực Mô phỏng và nghiên cứu quá trình động lực học của hệ thống phanh thủy lực luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

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

NGUYỄN VĂN HÙNG

Chuyên ngành

KỸ THUẬT Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN

PGS.TS H Ồ HỮU HẢI

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của

dụng - Viện Cơ khí Động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào

Hà Nội, ngày 11 tháng 11 năm 2011

TÁC GIẢ

Nguyễn Văn Hùng

MỤC LỤC

Chương II: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH

THỦY LỰC TRONG MATLAB - SIMULINK

28

2.1.2 Xác định giá trị các thông số của mô hình 28

phỏng hệ thống phanh thủy lực

29

cho 01 cầu

40

3.4.3 Trường hợp thứ ba: Hệ số bám hai bên bánh xe khác nhau

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

thể tích của khoang xy lanh công tác bánh xe trước bên trái

tác bánh xe cầu trước bên trái

xy lanh cụng tỏc trước bờn trỏi

trước

bỏnh xe trước bờn trỏi

bỏnh xe trước bờn trỏi

trước

piston

phục khe hở giữa mỏ phanh với đĩa phanh của cơ cấu phanh

k

gây ra tại trục bánh xe

Z

Hình 2.2 Sơ đồ mô phỏng tổng phanh hai dòng Trang 39

Hình 3.8 Đồ thị mô phỏng vận tốc bánh xe trước với các qui luật đạp

Hình 3.21 Đồ thị mô phỏng lực phanh bánh xe sau khi phanh trên

Hình 3.34 Đồ thị mô phỏng lực phanh bánh xe trước khi phanh trên

MỞ ĐẦU

Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay có một tốc độ tăng trưởng vượt bậc, ô tô là một phương tiện giao thông đường bộ trong mạng lưới giao thông của các quốc gia, đặc biệt trong các quốc gia phát triển Nhu cầu giao thông vận tải không ngừng gia tăng cùng với khả năng vận chuyển hàng hoá, con người một cách linh hoạt đa dạng kể

cả ở thành phố và nông thôn là những thể hiện cấp thiết của phương tiện này và nó đòi hỏi mọi quốc gia phải quan tâm thích đáng

Hiện nay ở Việt Nam ngành công nghiệp sản xuất ô tô đang được phát triển mạnh Vấn đề tăng tỉ lệ nội địa hoá trong sản xuất là mục tiêu quan trọng và là hướng phát triển tất yếu của ngành ô tô Việt Nam trong sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước

nhiều việc phải làm để có thể sản xuất ra các loại ô tô chất lượng cao không những phục vụ cho nhu cầu sản xuất trong nước mà còn hướng đến việc xuất khẩu Trong bối cảnh như vậy việc nghiên cứu động lực học ô tô phục vụ cho quá trình thiết kế, chế tạo các cụm, các hệ thống trên xe và tiến tới chế tạo những chiếc ô tô hoàn chỉnh mang thương hiệu Việt Nam đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế là rất quan trọng và cần thiết

Đối với ô tô, một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu là chất lượng và hiệu quả của hệ thống phanh, bởi vì nó liên quan trực tiếp đến an toàn giao thông và các tiêu chuẩn mang tính pháp lý

thuỷ lực Để hiểu rõ các quá trình xảy ra bên trong hệ thống phanh và để can thiệp sâu hơn vào các quá trình đó nhằm đạt được kết quả tối ưu khi phanh cũng như để rút ngắn thời gian cũng như tiền bạc trong việc nghiên cứu chúng ta chỉ có thể sử dụng phép đo bằng thực nghiệm, tính toán và mô phỏng trên máy tính, phương pháp này đem lại kết quả nhanh chóng và khá chính xác

Xuất phát từ những yếu tố cấp thiết trên tôi chọn đề tài: "Mô phỏng và nghiên cứu quá trình động lực học của hệ thống phanh thuỷ lực"

Đề tài gồm 3 chương:

tôi hoàn thành đề tài này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, Ngày 11 tháng 11 năm 2011

HỌC VIÊN

Nguyễn Văn Hùng

C hương I: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Hệ thống phanh có vai trò hết sức quan trọng trong việc bảo đảm an toàn chuyển động của ô tô Chất lượng phanh của ô tô được đánh giá qua tính hiệu quả và ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh

Tính hiệu quả của quá trình phanh là khả năng dừng xe với quãng đường phanh ngắn nhất hoặc với gia tốc phanh lớn nhất, thời gian phanh nhỏ nhất Hệ thống phanh

có chức năng là giảm tốc độ chuyển động của ô tô tới tốc độ chuyển động nào đó hoặc dừng hẳn ô tô giữ xe đứng yên ở một vị trí nhất định Thông thường quá trình phanh ô

tô được tiến hành bằng cách tạo ra ma sát giữa phần quay và phần đứng yên (tang trống với má phanh hoặc đĩa phanh với má phanh) Như vậy động năng chuyển động của ô tô biến thành nhiệt năng, nhiệt năng sẽ được truyền ra môi trường xung quanh

Ngày nay, khi ô tô trở thành phương tiện vận chuyển chủ chốt đối với bất kỳ quốc gia nào trên thế giới Với số lượng ô tô ngày càng tăng, mật độ ô tô tham gia giao thông trên đường lớn, tốc độ chuyển động của ô tô ngày càng cao, đã đặt ra nhiều vấn

đề lớn cho xã hội như ô nhiễm môi trường, tai nạn giao thông Trong đó, tai nạn giao thông đã trở thành một mối quan tâm lớn của xã hội bởi vì ô tô đã trở thành phương tiện giao thông gây chết người nhiều nhất so với các loại phương tiện khác

Ở Việt Nam, tính đến hết tháng 12 - 2010 có khoảng 1.274.084 ô tô và 3.141.689 mô tô được đăng ký lưu hành trên đường Tai nạn giao thông đường bộ đang

có xu hướng tăng mặc dù Chính phủ đã đưa ra nhiều giải pháp về an toàn giao thông Với tốc độ tăng trưởng như hiện nay các phương tiện cơ giới đường bộ tăng vọt lên như vậy thì vấn đề tai nạn giao thông xảy ra càng nhiều, các vụ tai nạn giao thông, không những gây thiệt hại lớn về người mà còn gây thiệt hại về tài sản của nhà nước và của công dân Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60 đến 70 % do con người gây ra như (lái xe say rượu, mệt mỏi, buồn ngủ, …) 10 đến 15

% do hư hỏng máy móc, trục tặc về kỹ thuật và 20 đến 30 % do đường xá quá xấu

Trong số các nguyên nhân hư hỏng do máy móc, trục trặc kỹ thuật thì tỷ lệ tai nạn do các cụm, hệ thống trên ô tô gây nên được thống kê như sau:

ô tô nhằm nâng cao hiệu quả và tính ổn định khi phanh, tăng tính an toàn chuyển động

Vì những lý do trên, việc mô phỏng hệ thống dẫn động phanh để xác định hiệu quả phanh và tìm các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả phanh đáp ứng các tiêu chuẩn hiện hành ngay trong quá trình thiết kế là rất cần thiết Không những thế, phương pháp

mô phỏng và tính toán với sự trợ giúp của máy tính sẽ giúp cho các nhà thiết kế tiết kiệm được thời gian và kinh phí cho quá trình thiết kế và hoàn thiện hệ thống phanh Trong điều kiện thiếu thốn về trang thiết bị thí nghiệm như ở nước ta hiện nay thì đây

là phương pháp nghiên cứu rất thích hợp và hoàn toàn khả thi

Hệ thống phanh ô tô gồm các bộ phận chính: cơ cấu phanh, dẫn động phanh Ngày nay trên cơ sở các bộ phận kể trên, hệ thống phanh còn được bố trí thiết bị nâng cao hiệu quả phanh

ma sát nhằm tạo ra mô men hãm trên các bánh xe của ô tô khi phanh

phanh, cần kéo phanh) tới các chi tiết điều khiển sự hoạt động của cơ cấu phanh Dẫn động phanh dùng để truyền và khuyếch đại lực điều khiển từ cơ cấu điều khiển phanh đến các chi tiết điều khiển hoat động của cơ cấu phanh

Cơ cấu phanh được dẫn động bởi:

- Dẫn động điều khiển phanh bằng bàn đạp (phanh chân) thông qua lực bàn đạp phanh và các ống dẫn dầu tới cơ cấu phanh;

phanh và dây cáp đến điều khiển phanh các bánh xe sau

Cơ cấu phanh làm việc tuỳ thuộc vào hệ thống điều khiển Toàn bộ các bộ phận

từ bàn đạp phanh tới cơ cấu phanh được gọi là dẫn động phanh Ở trạng thái không phanh các cơ cấu không tạo nên ma sát, các bánh xe được quay trơn; khi phanh các cơ

cấu ma sát làm việc, động năng được tiêu hao làm giảm tốc độ chuyển động của ô tô

Hệ thống phanh thường dùng trên các loại xe ô tô là dẫn động phanh khí nén; dẫn động phanh thủy lực và dẫn động phanh thủy khí

Dẫn động phanh khí nén được sử dụng rộng rãi trên ô tô tải cỡ lớn và trung bình, đặc biệt lớn, để dẫn động các cơ cấu phanh người ta sử dụng năng lượng khí nén, lực của người lái chỉ để mở van tổng phanh do đó mà giảm được sức lao động của người điều khiển Tùy theo liên kết của xe cơ sở với rơ moóc mà dẫn động phanh khí nén có thể là một dòng hay hai dòng Hiện nay hầu hết các loại xe ô tô sử dụng hệ thống dẫn động phanh khí nén một dòng đều không được phép lưu hành vì không đảm bảo an toàn do đó ta chỉ xét loại loại dẫn động phanh khí nén 2 dòng:

Dẫn động phanh khí nén 2 dòng được thể hiện trên hình 1.1

H×nh 1.1: Dẫn động phanh khí nén hai dòng

1: M¸y nÐn khÝ, 2: BÇu läc, 3: Van ®iÒu chØnh ¸p suÊt, 4: B×nh chøa khÝ nÐn, 5,6: Van ph©n phèi,

7: Van nÐn khÝ, 8: èng nèi, 9: BÇu phanh b¸nh xe, 10: Van an toµn

Nguyên lý làm việc: Khi phanh người lái tác động lên bàn đạp qua hệ thống đòn

đến van phân phối 1 và mở cho dòng khí nén áp suất cao vào các bầu phanh 9 từ đó sẽ dẫn động cam phanh ép guốc phanh vào trống phanh để tiến hành phanh xe

Hệ thống phanh 2 dòng chia dòng khí của các phanh bánh trước và dòng khí các

bánh sau làm việc riêng biệt do vậy làm cho hệ thống phanh có tính an toàn cao

giản, tạo được lực phanh lớn; Có khả năng cơ khí hóa quá trình điều khiển ô tô; Có thể

sử dụng không khí nén cho các bộ phận làm việc như hệ thống phanh treo loại khí

kích thước và trọng lượng của chúng khá lớn, giá thành cao; Thời gian chậm tác dụng khá lớn; Khả năng tác dụng của hệ thống phanh chậm, đây là nhược điểm lớn nhất của

hệ thống phanh khí nén

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực

1 Bàn đạp phanh; 2 Cần đẩy; 3 Piston chính; 4 Xy lanh chính;

9 Guốc phanh; 10 Chốt; 11 Tang trống; 12 Lò xo

Với hệ thống phanh thuỷ lực khi đạp bàn đạp chân phanh sẽ tạo nên áp xuất chất lỏng trong xy lanh công tác đặt tại cơ cấu phanh điều khiển sự làm việc của cơ cấu phanh

Nguyên lý hoạt động: Tác dụng của phanh là dựa trên cơ sở lực ma sát Khi

chưa đạp bàn đạp, các guốc phanh (9) được lò xo (12) kéo vào nên mặt ma sát (mặt ngoài) của chúng tách rời khỏi mặt trong của tang trống (11) nên bánh xe được quay tự

do trên moayơ

Khi đạp chân lên bàn đạp (1), cán đẩy (2) sẽ đẩy piston (3) chuyển dịch sang phải làm tăng áp suất dầu đẩy mở van cao áp (5) đưa dầu vào đường ống (6) để tới xy lanh ở các bánh xe Lúc này do áp suất dầu trong các xy lanh con (7) tăng lên tạo lực đẩy hai piston con (8) chạy sang hai bên đẩy guốc phanh (9) quay quanh các chốt (12)

để các má phanh tỳ ép và hãm chặt tang trống (11) Lực ma sát giữa má phanh và tang trống giữ không cho các bánh xe quay tiếp Lúc này nếu bánh xe bám tốt mặt đường thì lực ma sát trên sẽ tạo ra mô men phanh, bánh xe dừng lại

giảm nhanh, nhờ lò xo (12) các guốc phanh được kéo lại gần nhau làm cho các piston (8) cũng bị kéo vào đẩy dầu qua van hồi dầu trở về xy lanh chính và bệ chứa, các má phanh rời khỏi mặt tiếp xúc nên mặt trong của tang trống không còn tác dụng phanh

Dẫn động phanh thủy lực được áp dụng rộng rãi trên hệ thống phanh chính của các loại ô tô du lịch, ô tô tải nhỏ và trung bình

Trong dẫn động phanh thủy lực thì lực dùng tác dụng của người lái để tạo ra lực phanh cho nên chỉ áp dụng cho các loại xe có trọng lượng tương đối nhỏ thì mới đảm bảo tạo ra lực phanh cần thiết tương ứng với chế độ phanh cấp tốc Dẫn động phanh là

cơ cấu thủy lực gồm tổng phanh và các cơ cấu xy lanh phanh chính, xy lanh bánh xe

Dẫn động phanh có loại 1 dòng và loại 2 dòng, loại 2 dòng khác loại 1 dòng là dầu phanh từ tổng phanh được chia làm 2 dòng đi đến các xy lanh bánh xe trước và sau, ngoài ra nó còn có ưu điểm là khi một dòng bị hỏng thì dòng kia vẫn làm việc bình thường làm tăng tính an toàn khi chuyển động

Trong hệ thống phanh dẫn động thủy lực, tổng phanh làm nhiệm vụ tạo áp suất dầu đủ lớn để đưa đến các xy lanh bánh xe, áp suất dầu tăng lên nhờ sự tác động của lực bàn đạp qua các cơ cấu dẫn động

Dẫn động phanh 2 dòng được bố trí nhiều sơ đồ khác nhau với mục đích đảm bảo ổn định và tính năng động cao Đối với sơ đồ trên khi chất lỏng ở dòng I hay dòng

II hỏng thì dòng còn lại vẫn làm việc bình thường Tuỳ theo sơ đồ dẫn động mà có hai dòng dầu độc lập với các xy lanh công tác tại bánh xe trước hay phía sau:

(1) (2) (3) (4) (5)

Hình 1.3: các sơ đồ dẫn động chủ yếu của phanh hai dòng thuỷ lực

động ra hai bánh xe cầu sau

bánh xe sau khác phía; một dòng dẫn động cho hia bánh xe còn lại

dòng dẫn động cho các bánh xe cầu trước

- Trường hợp (4): Mỗi dòng đều dẫn động cho cả 3 bánh xe (hai ở cầu trước và

một ở cầu sau

sau

Nguyên lý làm việc: Khi tác dụng từ bàn đạp thì qua cơ cấu dầu được ép và tạo

áp suất cao đi đến bộ chia dòng ở đây dầu được chia làm 2 dòng đi đến các cơ cấu

phanh bánh trước và sau Tại cơ cấu phanh bánh xe thì áp lực dầu thắng các lực lò xo

nhiệm vụ tự động không cung cấp dầu vào một dòng khi dòng đó bị hỏng, dòng còn

lại không bị ngừng cung cấp nên tiếp tục thực hiện quá trình phanh

Ưu điểm của dẫn động phanh thủy lực: Kích thước nhỏ gọn và trọng lượng

các chi tiết bé do có áp suất dầu cao, thời gian phanh nhỏ đảm bảo phanh đồng thời các

bánh xe lại cùng một lúc vì dầu lúc nào cũng có sẵn trong hệ thống, hơn nữa sự phân

bố lực phanh giữa các cầu phụ thuộc vào kích thước piton ở xy lanh bánh xe

Nhược điểm của dẫn động phanh thủy lực: Năng lượng dùng để phanh xe là

do người lái tạo nên vì vậy không thể sử dụng trên các loại xe lớn

Khi người lái tác dụng vào bàn đạp phanh thông qua bàn đạp lực được truyền qua thanh đẩy, sau khi khắc phục hết khe hở giữa thanh đẩy và piston bắt đầu dịch chuyển đẩy dầu trong xy lanh, khi áp suất đủ lớn van một chiều mở ra dầu bắt đầu tiết lưu vào đường ống

Khi tất cả các má phanh đã áp sát vào tang trống thì áp suất dầu trong hệ thống phanh bắt đầu tăng lên cho đến khi thôi tăng lực tác dụng vào bàn đạp phanh, dưới tác dụng của áp suất cao trong đường ống, dầu được hồi về xy lanh chính đồng thời lò xo kéo cần bàn đạp và thanh đẩy về vị trí ban đầu

Nếu tốc độ hồi piston nhanh hơn tốc độ dầu về xy lanh thì gây nên một áp suất chân không trong khoang trước piston Khi đó dầu ở bình chứa sẽ bù vào lượng hụt này Áp suất trong đường ống giảm đến một mức nào đó thì lò xo van hồi dầu đẩy van đóng lại, giữ trong đường ống một áp suất dư

Ưu nhược điểm:

tạo và dễ bảo dưỡng

khi làm việc một đường ống trong hệ thống bị hỏng thì toàn bộ hệ thống sẽ mất áp suất (hệ thống phanh bị mất tác dụng)

Trong dẫn động phanh 2 dòng, xy lanh chính có hai buồng tác dụng độc lập Khi

có sự cố đường dầu của một buồng nào đó thì buồng thứ 2 vẫn có khả năng tạo áp suất, nhờ vậy vẫn cho phép phanh các bánh xe của dòng còn lại

Khi đạp phanh, piston chính gắn liền với đũa đẩy bị đẩy sang trái, áp suất trong

thông qua lò xo ép và do áp suất khoang I tăng, đẩy pistonphụ sang trái, dầu trong khoang II bắt đầu bị ép và tạo ra áp suất, dầu bị đẩy đến xy lanh công tác qua của 2 Khi tất cả các má phanh áp sát vào tang trống phanh, đĩa phanh thì áp suất trong hệ thống tăng cho đến khi người lái thôi tăng lực tác dụng vào bàn đạp Khi người lái thả bàn đạp chân phanh, ngay lập tức các lò xo hồi vị đẩy các piston về vị trí ban đầu, áp suất trong khoang I và khoang II giảm nên dầu từ đường ống hồi về, áp suất trong hệ thống giảm, các lò xo hồi vị của các guốc phanh kéo các guốc phanh và ép các piston công tác trở về vị trí ban đầu

Ưu nhược điểm:

lập, nên khi làm việc nếu một trong hai dòng bị hỏng thì hệ thống phanh vẫn còn khả năng hoạt động được Tuy nhiên hiệu quả phanh sẽ kém đi rất nhiều và có hiện tượng mất hành trình (kiểu dẫn động này an toàn hơn kiểu dẫn động một dòng)

chữa và bảo dưỡng hơn loại tổng phanh dẫn động một dòng

a Phanh guốc

Cấu tạo gồm:

ghép lại Độ cong của vành guốc phù hợp với mặt trong của trống phanh, bề mặt của vành guốc được gắn với má phanh

Guốc phanh được chế tạo từ nhôm đúc, có trọng lượng nhẹ và tản nhiệt tốt

- Má phanh: Ở xe du lịch và xe tải nhẹ má phanh được gắn vào guốc phanh bằng một trong hai cách, dán keo hoặc tán ri vê

Còn đối với các xe tải hạng nặng má phanh được khoan lỗ để gắn bu lông, cho phép việc thay thế dễ dàng Tuy nhiên loại má phanh dán thông dụng và được ưa chuộng hơn vì nó tận dụng được tối đa bề dày của má, khi mòn không bị đinh tán cọ làm hỏng mặt trong trống phanh

bằng bulông vào trục bánh sau hoặc khớp lái ở cầu trước, trên mâm phanh cũng có các

lỗ, vấu lồi để gắn xy lanh thủy lực, lò xo giữ guốc phanh và cáp phanh tay

kéo guốc phanh về vị trí nhả phanh, một bộ dùng để giữ guốc phanh tựa vào mâm phanh

để giữ cho má phanh phải ttương đối sát với bề mặt trống phanh Nếu khe hở giữa má phanh và bề mặt trống phanh quá lớn khiến chân phanh phải ấn một đoạn dài phanh mới có tác dụng gây nguy hiểm Ngày nay hầu hết ô tô sử dụng hệ thống điều chỉnh phanh tự động

bích của moayơ, ở ngay bên trong bánh xe và cùng quay với bánh xe Trống phanh có

bề mặt cứng chịu đựng mài mòn, có độ bền vật liệu tốt để không bị biến dạng và hoạt động như một bộ phận tiêu nhiệt

Nguyên lý hoạt động:

Khi đạp phanh, dầu có áp suất cao được dẫn vào xy lanh công tác, pistoncông tác dịch chuyển ra ngoài, ép guốc phanh vào tang trống tạo ra lực ma sát hãm chuyển động quay của bánh xe

Khi nhả phanh áp suất trong đường ống và áp suất trong xy lanh công tác giảm, các lò xo hồi vị kéo các guốc phanh về vị trí ban đầu

Ưu nhược điểm:

dễ bố trí, dùng lực nhỏ khi phanh

hoặc trượt khi có thay đổi nhỏ trong cụm phanh, làm xe bị đâm lệch một bên khi phanh

b Phanh đĩa

Cấu tạo:

9

.9

A Trước khi hoạt động; B Trong khi hoạt động:

Nguyên lý hoạt động:

Khi đạp phanh, dầu có áp suất cao trong hệ thống qua ống dẫn được dẫn vào các xy

áp má phanh sát vào đĩa phanh tạo ra lực ma sát hãm chuyển động quay của bánh xe

Khi nhả phanh dầu từ xy lanh bánh xe hồi trở về, áp suất dầu trong hệ thống giảm và kết thúc quá trình phanh

Áp suất trên bề mặt ma sát của má phanh giảm và phân bố đều Đơn giản, gọn nhẹ, ổn định khi phanh;

Lực phanh bằng nhau trên hai cụm phanh ở cùng một trục nên không gây đâm lệch xe khi hãm Lực quay ly tâm của rotor làm chất bẩn không bám được; Phanh đĩa còn có ưu điểm là có khả năng thoát nước tốt, do nước bám vào đĩa phanh bị loại bỏ rất nhanh bởi lực ly tâm nên tính năng phanh được hồi phục nhanh trong thời gian ngắn

Với kết cấu đặc biệt phanh đĩa không cần phải điều chỉnh khe hở giữa má phanh

và đĩa phanh do khe hở đó sẽ tự động điều chỉnh mỗi khi má phanh và bị mòn

Kết hợp với hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) rất tốt

Cơ cấu phanh đĩa có cấu tạo tương đối đơn giản hơn nhiều so với phanh tang trống nên việc kiểm tra, bảo dưỡng và thay thế má phanh đặc biệt dễ dàng

1.2.3 Dẫn động phanh thủy khí

Dẫn động phanh thủy khí là kết hợp giữa thủy lực và khí nén, trong đó phần thủy lực có kết cấu nhỏ gọn, trọng lượng nhỏ, tạo được lực phanh lớn đồng thời đảm bảo cho độ nhậy (thời gian chậm tác dụng) cao, phanh cùng một lúc được tất cả các bánh xe

Phần khí nén cho phép điều khiển dễ dàng, nhẹ nhàng và khả năng huy động, điều khiển phanh rơ moóc

Dẫn động phanh loại này thường được áp dụng ở các loại xe vận tải cỡ lớn, có trọng tải cao và áp dụng cho xe nhiều cầu

Ưu điểm của hệ thống dẫn động phanh thủy khí:

và khắc phục được nhược điểm của từng loại khi làm việc

không phải tác dụng lực lớn vào bàn đạp

nhỏ, phần thủy lực có kích thước nhỏ gọn, dễ bố trí

Nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động thủy khí:

khăn cho khi bảo dưỡng và chăm sóc hệ thống

cho nên trong hệ thống phanh này ta cần chú ý đặc biệt tới cơ cấu dẫn động bằng khí nén

chi tiết và cơ cấu đắt tiền

Hệ thống phanh là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho xe; do vậy

hệ thống phanh trên xe ô tô, nhất là đối với xe cao tốc, chủ yếu thời gian hoạt động ở tốc độ cao do đó phải đảm bảo được các yêu cầu sau:

đột ngột xe phải dững với quãng đường phanh là ngắn nhất tức là có gia tốc phanh cực đại; Hiệu quả phanh cao kèm theo sự phanh êm dịu để đảm bảo phanh chuyển động với gia tốc chậm dần biến đổi đều đặn giữ ổn định hướng chuyển động của xe; Lực điều khiển không quá lớn (điều khiển nhẹ nhành, dễ dàng kể cả điều khiển bằng chân hoặc bằng tay)

giữa các lần phanh; Tránh được hiện tượng trượt lết của bánh xe trên đường, vì khi trượt lết với mặt đường sẽ gây mài mòn lốp và làm mất khả năng dẫn hướng chuyển động của xe

cấu phanh thoát nhiệt tốt, không truyền ra các khu vực làm ảnh hưởng tới sự làm việc của các cơ cấu xung quanh, phải dễ dàng điều chỉnh, thay thế các chi tiết khi bị hư hỏng

Qua tìm hiểu đã có một số đề tài luận văn thạc sĩ nghiên cứu về hệ thống phanh: Luận văn Thạc sỹ " Nghiên cứu, mô phỏng và tính toán tối ưu hoá hệ thống dẫn động phanh khí nén trên ôtô tải " của tác giả Hoàng Văn Hương – thực hiện tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2002; luận văn thạc sỹ “ Mô phỏng hệ thống dẫn động của

hệ thống phanh dầu có sử dụng trợ lực chân không” của tác giả Vũ Nhật Tân – thực hiện tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2005; Luận văn thạc sỹ “Mô phỏng hệ thống dẫn động phanh thủy lực có ABS” của tác giả Lại Năng Vũ thực hiện tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội năm 2007; các đề tài tập chung nghiên cứu về hiệu quả phanh, thời gian chậm tác dụng của phanh và khả năng mất ổn định của ô tô khi phanh

Trước tình hình nghiên cứu về hệ thống phanh trong nước như vậy luận văn chọn đề tài: “Mô phỏng và nghiên cứu quá trình động lực học của hệ thống phanh thủy lực” dựa trên cơ sở nghiên cứu đặc tính động lực học của hệ thống phanh cung cấp cơ

sở để phát triển các hệ thống điều khiển hệ thống phanh nhằm nâng cao tính năng an toàn chuyển động của ô tô

1.4.1 Nội dung nghiên cứu

Nội dung của đề tài là xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh thủy lực,

mô phỏng và khảo sát sự làm việc của hệ thống với các trường hợp cụ thể:

+ Mô phỏng với qui luật tác động vào bàn đạp chân phanh khác nhau;

+ Mô phỏng quá trình phanh với vận tốc của ô tô khác nhau;

+ Mô phỏng quá trình phanh ô tô trên các loại đường có hệ số bám khác nhau; + Mô phỏng quá trình phanh ô tô trên các loại đường có hệ số bám không đồng nhất

1.4.2 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu về lý thuyết cơ bản của quá trình phanh ô tô; phân tích bản chất vật

lý cơ bản, công thức và ứng dụng phần mền Matlab – Simulinh, Matlab - Statefow để diễn tả, mô phỏng các trạng thái làm việc các phần tử của hệ thống dẫn động phanh

thủy lực

C hương II: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH THUỶ LỰC TRONG

MATLAB – SIMULINK

Ngày nay với sự phát triển của Tin học - Máy tính mô phỏng hệ thống là một trong những công cụ được sử dụng rộng rãi nhất trong xã hội hiện đại: từ những công việc như dự báo thời tiết đến các phân tích trong các lĩnh vực kinh tế, từ kỹ thuật người máy đến hoạt hình vi tính

Mô phỏng trên máy tính là việc giải quyết bằng phương pháp số các phương trình vi phân mô tả mô hình nghiên cứu Trong thực tế chúng ta có thể sử dụng nhiều phần mền khác nhau để tiến hành mô phỏng trên máy tính các hệ thống động lực, tuy nhiên tất cả các công việc mô phỏng mô phỏng trên máy tính đều bao gồm các công việc sau:

Thực chất của việc xây dựng mô hình toán học còn là việc xây dựng các phương trình vi phân mô tả hệ thống và qui luật chung về vật lý

Các thông số của mô hình liên quan tới các giá trị mà thông thường không bị thay đổi trong quá trình mô phỏng

Các thông số cơ bản của các hệ cơ khí là khối lượng và độ cứng của lò xo; trong thực tế các thông số của mô hình có thể thay đổi theo thời gian, nhưng chúng thay đổi với tốc độ chậm hơn nhiều so với các biến động lực được tính toán trong quá trình mô phỏng

Khi giải phương trình bằng phương pháp giải tích chúng ta biết được ý nghĩa quan trọng của điều kiện đầu; trong mô phỏng việc xác định điều kiện đầu vẫn giữ nguyên tính chất quan trọng như vậy

Thông thường các hệ thống phản ứng với một hoặc nhiều tín hiệu đầu vào, việc

mô phỏng cũng cần những yêu cầu như vậy

Mô phỏng thường không chỉ định các kết quả xuất ra; kết quả xuất ra thường là các quá trình phụ thuộc vào thời gian của các biến vật lý của hệ thống

Các thông số điều khiển quá trình mô phỏng là các giá trị và các tuỳ chọn; các giá trị này sẽ chỉ ra cách thức thực hiện các phương pháp số trong quá trình mô phỏng Thông thường đó là bức thời gian, khoảng tích phân, sai số cho phép và việc lựa chọn thuật toán tích phân

thống phanh thủy lực

Để giải hệ phương trình vi phân trước đây người ta thường giải bằng tay sử dụng phương pháp số gần đúng như phương pháp Runge-Kutta, Euler, Cauchy, phương pháp đạo hàm liên tiếp với các phương pháp này để giải một hệ phương trình vi phân là khá phức tạp và mất nhiều thời gian tính toán, nhất là với hệ phương trình vi phân với các hệ số phi tuyến thì sẽ rất khó khăn

Hiện nay nhờ sự phát triển của công nghệ tin học người ta đã xây dựng nhiều phần mềm để giải quyết bài toán trên giúp việc giải hệ phương trình vi phân là rất dễ ràng và nhanh chóng

Một phần mềm hiện nay đang đang được sử dụng nhiều trong kỹ thuật đó là

rất tốt những bài toán kỹ thuật như vậy

Vì chương trình Simulink trong phần mềm Matlab đã được sử dụng nhiều trong chương trình đại học và trong các trung tâm nghiên cứu nên ở đây chỉ giới thiệu sơ lược về Matlab - Simulink

- Tổng quan: Simulink là một Toolbox mở rộng của phần mềm Matlab Đặc điểm của Simulink là lập trình ở dạng sơ đồ cấu trúc của hệ thống Nghĩa là, để mô phỏng một hệ thống đang được mô tả ở dạng phương trình vi phân, phương trình trạng thái, hàm truyền đạt hay sơ đồ cấu trúc, chúng ta cần chuyển sang chương trình Simulink dưới dạng các khối cơ bản khác nhau theo cấu trúc cần khảo sát Với cách lập trình như vậy người nghiên cứu sẽ thấy trực quan và dễ hiểu

Trong môi trường Simulink có thể tận dụng được các khả năng tính toán, phân tích dữ liệu, đồ hoạ của Matlab và sử dụng các khả năng của toolbox khác như toolbox

xử lý tín hiệu số, logic mờ và điều khiển mờ, nhận dạng, điều khiển thích nghi, điều khiển tối ưu Việc Simulink kết hợp được với các toolbox đã tạo ra công cụ rất mạnh

để khảo sát động học các hệ tuyến tính và phi tuyến trong một môi trường thống nhất, trong miền thời gian liên tục, hay gián đoạn hoặc một hệ gồm cả liên tục và gián đoạn

Để sử dụng tốt chương trình này, người sử dụng phải có kiến thức cơ bản về điều khiển, xây dựng mô hình toán học theo quan điểm của lý thuyết điều khiển và từ

đó thành lập nên mô hình của bài toán Để mô hình hoá, Simulink cung cấp một giao diện đồ họa với thư viện các khối (Block) chức năng Để xây dựng mô hình, người dùng chỉ việc lựa chọn các khối và sử dụng thao tác "nhấn và kéo" chuột sắp xếp, nối các khối với nhau trên cơ sở mô hình toán học đã có (hệ phương trình vi phân mô tả hệ thống)

Với giao diện đồ họa và các hỗ trợ soạn thảo như cắt, dán, di chuyển ta có thể xây mô hình và khảo sát mô hình một cách trực quan hơn Đây là sự khác xa các phần mềm trước đó mà người sử dụng phải đưa vào các phương vi phân và các phương trình sai phân bằng một ngôn ngữ lập trình Simulink là một môi trường mở, nó cho phép người dùng tạo dựng thư viện các đối tượng đồ họa mới cho mình

Khi đã xây dựng được mô hình để khảo sát hệ thống, ta cần nhập các thông số đầu vào cho mô hình Việc làm này có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau trong

đó có hai cách cơ bản nhất hay được sử dụng đó là:

+ Nhập trực tiếp vào mô hình (kích đúp chuột vào các khối Lúc này sẽ xuất

muốn) Cách này chỉ dùng khi mô hình là đơn giản và việc khảo sát không phức tạp, không yêu cầu phải tự động hoá

+ Nhập thông số đầu vào cho mô hình bằng cách soạn thảo mfile sau đó vào vào

trực tiếp mfile Cách này cho phép nhập thông số đầu vào và điều khiển việc khảo sát

hệ thống một cách tự động Chạy mô hình: Ta có thể chạy mô hình bằng cách kích trực tiếp vào nút Start Simulation hoặc lập trình trong mfile để điều khiển việc chạy mô

liệu đầu ra nào sau khi đã chạy chương trình ở các định dạng Array, Structure hay Structure with time hoặc ở dạng đồ thị

giải các bài toán mô phỏng có nhiều phương pháp giải khác nhau

Sau đây là các cách giải được áp dụng trong Simulink:

+ Phương pháp Euler: là phương pháp cổ điển với biến là bước Phương pháp này khả thi cho bất cứ hệ thống nào có những bước nhỏ Do đó những bài toán có liên quan đến việc tính toán quá nhiều thì không bao giờ chính xác Phương pháp này chỉ nên dùng cho việc kiểm tra kết quả

+ Phương pháp Runge-Kutta 3 và Runge-Kutta 5: Đây là phương pháp thông dụng áp dụng cho mọi loại bài toán và nó có thể đạt chỉ tiêu chất lượng so với các phương pháp đặc biệt khác Phương pháp này thích hợp cho hệ liên tục và hệ phi tuyến Không làm việc với hệ có ma sát

+ Phương pháp Adams: là phương pháp tự chỉnh áp dụng cho hệ không có ma sát

+ Phương pháp Gear: là phương pháp tự chỉnh áp dụng cho hệ có ma sát Phương pháp này không làm việc tốt khi hệ bị rối loạn do ngõ vào thay đổi liên tục

+ Phương pháp Adams / Gear: Chọn giữa hai phương phápAdams và Gear + Phương pháp LinSim: là phương pháp dùng cho hệ tuyến tính Nếu hệ mang tính chất tuyến tính nhưng có vài khối phi tuyến thì hệ cũng làm việc tốt

+ Thư viện các khối Sources (Khối phát tín hiệu): Thư viện này gồm các khối tạo nguồn tín hiệu khác nhau Trong thư viện Sources có các khối như trong bảng dưới đây:

nhảy)

Uniform Random Number Tạo các số ngẫu nhiên phân bố đều

+ Thư viện các khối Sinks: ở đây gồm các khối dùng để hiển thị hoặc ghi lại kết quả mô phỏng ở đầu ra một khối trong hệ thống được khảo sát Trong thư viện

+ Thư viện các khối Continuous: Trong thư viện này có các khối của hệ thống

gồm các khối sau:

Variable Transport

+ Thư viện các khối Nonlinear (các khâu phi tuyến): Thư viện Nonlinear có

Cụ thể bao gồm các khối sau:

+ Thư viên khối Signal & System: Thư viện Signal & System có các khối biểu diễn tín hiệu và hệ thống Cụ thể bao gồm các khối chính như sau:

+ Thư viện chứa các khối toán học Math: Thư viện Math có các khối biểu diễn

Tên khối Chức năng

+ Thư viện chứa các khối Function & Tables:

Việc xây dựng mô hình Simulink mô phỏng một hệ nào đó có thể bằng nhiều cách khác nhau ví dụ như cùng thể hiện một phương trình nhưng có thể sử dụng các khối khác nhau, cách bố trí khác nhau

Các mô hình phức tạp có thể sử dụng các khối Goto và From để giảm bớt các đường liên kết nhằm dễ ràng theo dõi, tránh nhầm lẫn, nhưng cũng có hạn chế là không

trực quan nên xây dựng mô hình như thế nào cho hợp lý, cách đưa dữ liệu đầu vào và lấy ra cũng cần phải được cân nhắc sao cho hợp lý, thuận tiện cho việc khảo sát

Ở đây mô hình không quá phức tạp nên ta sử dụng cách xây dựng mô hình liên kết các khối trực tiếp với nhau

2.5 M« hình mô pháng xy lanh chính

N1 N2

F

m2 m1

Hình 2.1 : Sơ đồ xy lanh chính 2 khoang

Phương trình chuyển động của piston 1

- Áp lực của dầu khoang I: FR dp R = PR mcp RAR mc

Trong đó: PR mcp R: Áp suất khoang I (N/mP

Tron g đó: XR mcp R : Dịch chuyển của piston 1 hay xR mcp R chính là dịch chuyển của

- Phản lực tại chốt cản NR p R: Khi FR mc R chưa đủ lớn để thắng hợp lực của lò xo và

làm cho hợp lực đặt lên piston có giá trị bằng 0

- Áp lực của khoang dầu I: FR dp R = PR mcp RAR mc;

- Áp lực của khoang dầu II: FR ds R = PR mcs RAR mc.

Trong đó: PR mcs R: Áp suất khoang II (N/mP

đặt lên piston có giá trị = 0

- Lưu lượng vào: Q mcp =A mc(xmcp−xmcs) (2.5)

Lưu lượng dòng dầu phanh II:

- Lưu lượng vào: Qmcs = A xmc mcs (2.7)