Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng cơ cấu phanh khí nén

Ngoài ra trên ôtô còn được trang bị cơ cấu dẫn động nhả phanh đảm bảo cho ôtô vẫn chuyển động được khi ôtô tự phanh trong trường hợp khí nén bị rò rỉ, cộng thêm hệ thống đèn tín hiệu sự

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

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1

CHƯƠNG I : HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ 3

1.1.Công d ụng, phân loại hệ thống phanh ô tô 3

1.2.Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh khí nén điển hình 5

1.2.1.Sơ đồ 5

1.2.2.Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh khí nén 6

1.3.K ết cấu các bộ phận chính của hệ thống phanh khí nén 7

1.3.1.Máy nén khí 7

1.3.2.Bộ lắng lọc và tách âm 9

1.3.3.Tổng van phân phối 10

1.3.4.Van cấp xả nhanh và điều hòa lực phanh 13

1.3.5.Bầu phanh giữa 16

1.3.6.Bầu phanh sau 16

1.3.7.Cơ cấu phanh 18

1.4.Các đề tài nghiên cứu hệ thống phanh khí nén 19

1.5.M ục tiêu, nội dung đề tài 19

CHƯƠNG II : CƠ SỞ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CƠ CẤU PHANH KHÍ NÉN 21

2.1 Phương pháp mô phỏng 21

2.1.1 Giới thiệu chung 21

2.1.2 Phương pháp mô phỏng 21

2.2 Xây d ựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén 22

2.2.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động và mô phỏng hệ thống 22

2.2.2 Mô hình toán học và phương pháp giải 23

2.2.3 Các giả thiết tính toán 24

2.2.4 Cơ sở lý thuyết mô tả hệ thống phanh khí nén 24

2.3 Cơ sở lý thuyết mô phỏng hệ thống phanh khí 25

2.3.1 Động lực học của dòng khí nén 25

2.3.2 Phương trình trạng thái 29

2.3.3 Lưu lượng đi vào dung tích 31

2.3.4 Phương trình lưu lượng tại điểm nút 31

CHƯƠNG III : MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CƠ CẤU PHANH KHÍ NÉN 33

3.1 Công c ụ mô phỏng Matlab – Simulink 33

3.2 Thông s ố hệ thống phanh khí nén 36

3.3 Sơ đồ mô phỏng 38

3.4 Mô hình mô ph ỏng bầu phanh 40

3.6 Mô hình mô ph ỏng cơ cấu phanh 41

CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CƠ CẤU PHANH KHÍ NÉN 43

4.1 Mô ph ỏng hoạt động khi thay đổi tiết diện màng phanh 43

2

4.2.Mô ph ỏng hệ thống phanh khí nén khi thay đổi độ cứng lò xo 46

4.3 Mô ph ỏng hệ thống phanh khí nén khi thay đổi độ cứng cơ cấu phanh 46

4.4 Mô ph ỏng hệ thống phanh khí nén khi thay đổi độ nhiệt độ khí nén và nhiệt độ khí nén môi trường 48

4.5 Nh ận xét kết quả mô phỏng 50

KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

3

CHƯƠNG I : HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ

Xe tải Renault Kerax được trang bị các hệ thống phanh sau: phanh chính, phanh dự

phòng, phanh dừng Mặc dù các hệ thống phanh này có các chi tiết chung nhưng chúng làm việc độc lập và đảm bảo hiệu quả phanh cao ở bất cứ điều kiện sử dụng nào Ngoài ra trên ôtô còn được trang bị cơ cấu dẫn động nhả phanh đảm bảo cho ôtô vẫn chuyển động được khi ôtô tự phanh trong trường hợp khí nén bị rò rỉ, cộng thêm hệ thống đèn tín hiệu sự cố, các đồng hồ kiểm tra, cho phép theo dõi được khả năng hoạt động của cơ cấu dẫn động khí nén

- Hệ thống phanh chính có công dụng để giảm bớt tốc độ chuyển động của ôtô hoặc dừng hẳn ôtô Phanh chính cho phép dừng hẳn ôtô một cách nhanh chóng và đáng tin cậy không phụ thuộc vào điều kiện chuyển động, tốc độ và tải trọng Cơ cấu phanh trong hệ thống phanh chính lắp trên cả sáu bánh xe ôtô Dẫn động hệ thống phanh chính là loại dẫn động khí nén hai dòng

- Hệ thống phanh dự phòng có công dụng để giảm bớt tốc độ từ từ hoặc dừng hẳn ôtô đang chuyển động trong trường hợp toàn bộ hoặc một phần hệ thống phanh chân bị hỏng

- Hệ thống phanh dừng đảm bảo cho ôtô đứng yên so với mặt đường khi ôtô đứng trên dốc hoặc khi không có người lái Hệ thống phanh tay được chế tạo liền với phanh dự phòng

- Hệ thống nhả phanh sự cố dùng để nhả phanh của lò xo tích năng khi các lò xo này tự động tác động do bị rò rỉ khí nén trên đường ống Ngoài đường dẫn khí nén còn có bu lông nhả phanh sự cố trong mỗi bầu phanh tích năng bằng phương pháp cơ khí

- Hệ thống tín hiệu sự cố và kiểm tra gồm có hai phần:

+ Tín hiệu ánh sáng và âm thanh: các công tắc kiểu điện từ khí nén được bố trí ở các điểm khác nhau trên đường khí nén, khi bất kỳ dòng khí của hệ thống phanh nào tác động các công tắc này sẽ làm kín mạch hệ thống đèn phanh ở đằng sau Các công tắc điện, hơi bắt ở trong các bình khí nén là dạng công tắc thường đóng, khi chưa đủ áp lực, khí nén

Đặc tính kỹ thuật của hệ thống phanh xe tải Renault Kerax được liệt kê trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Đặc tính kỹ thuật của hệ thống phanh xe Renault Kerax

24 25

24 25

2

12 10

5 4

7

6

11

23 22

!

27 26

15 9

3

13

Hình 1.1 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh tải

1 Máy nén khí; 2 Ổn áp; 3 Bộ làm mát; 4 Bộ lắng lọc tách ẩm và điều chỉnh áp suất; 5 Bộ chia và bảo vệ; 6 Bình chứa khí nén dùng cho phanh tay cầu sau; 7 Bình chứa khí nén cấp cho dòng phanh cầu sau; 8 Bình chứa khí nén cấp cho các bầu phanh cầu trước; 9.Tổng van phân phối; 10 Van cấp và xã nhanh cho bầu phanh trước; 11 Bộ điều hòa lực phanh; 12 Van cấp và xã nhanh cho bầu phanh giữa; 13 Van hạn chế áp suất cho bầu phanh dừng cầu trước; 14.Van tăng tốc cho bầu phanh dừng cầu trước; 15 Van điện từ; 16 Van phanh tay;

17 Van hạn chế áp suất cho bầu phanh dừng cầu sau; 18 Van tăng tốc cho các bầu phanh

6

dừng cầu sau; 19 Van xã nhanh cho bầu phanh dừng cầu sau; 20 Cụm bầu phanh cầu sau;

21 Cơ cấu phanh cầu sau; 22 Bầu phanh cầu giữa; 23 Cơ cấu phanh cầu giữa; 24 Cụm bầu phanh cầu trước; 25 Cơ cấu phanh cầu trước; 26 Các đèn báo tín hiệu; 27 Đồng

xã nhanh cho bầu phanh cầu giữa (12) cho dòng khí nén từ bình chứa (7) đi tới các bầu phanh cầu giữa (22) thực hiện quá trình phanh cầu giữa

Khí nén từ các đường cấp của tổng van phân phối (9) sẽ được xã ra ngoài khí trời theo đường xã khí của tổng van phân phối (9) Lúc đó sẽ xảy ra hiện tượng sụt áp trên dòng điều khiển tới dòng phanh cầu trước và cầu sau Đường điều khiển dòng phanh cầu sau sụt áp làm cho dòng khí từ các bầu phanh cầu sau (20) sẽ đi ra ngoài theo đường xã của bộ điều hòa lực phanh (11), thực hiện quá trình nhã phanh cầu sau Trong lúc đó dòng khí điều khiển phanh cầu giữa từ bộ điều hòa lực phanh (11) áp suất sẽ giảm van cấp và xã nhanh cho bầu phanh cầu giữa (12) sẽ ngắt dòng khí nén từ bình chứa khí nén (7) và cho khí nén

xã của van cấp và xã nhanh cho bầu phanh cầu trước (10) Thực hiện quá trình nhã phanh cầu trước

1.2.2.2 Hệ thống phanh dừng:

Khi bật khóa van điện từ (15) dòng khí nén từ bình chứa (6) và (8) sẽ đi qua các van hạn chế áp suất (13) và (17) đến các van tăng tốc (14) và (18) đi qua van điện từ (15) cấp khí cho van phanh tay (16) Từ van phanh tay (16) khí nén sẽ được cấp về điều khiển các van tăng tốc (14) và (18) cho các dòng phanh cầu trước và cầu sau Một dòng khí nén điều khiển từ van phanh tay (16) sẽ điều khiển van tăng tốc (14) và cấp khí vào các bầu phanh tích năng cầu trước (24) ép lò xo thực hiện quá trình nhã phanh càu trước

Đồng thời một dòng khí nén điều khiển dòng cầu sau từ van phanh tay (16), điều khiển van tăng tốc (18) cho khí nén từ bình chứa (6) đi qua van giảm áp (17) đến van tăng tốc (18) vào điều khiển van cấp và xã nhanh cho các bầu phanh dừng cầu sau (19) cho dòng khí nén vào các bầu phanh cầu sau (20) ép lò xo tích năng thực hiện quá trình nhã phanh cầu sau

• Khi phanh

Khi xoay van phanh tay (16), sẽ xảy ra hiện tượng sụt áp ở dòng điều khiển các van tăng tốc (14) và (18) qua đầu thông với khí quyển Van tăng tốc (14) và (18) không cho khí nén từ các bình chứa (8) và (6) vào ép lò xo tích năng và mỡ đường khí nén từ phần dưới piston của bầu phanh ra ngoài khí quyển qua van tăng tốc (14) và (18) Lực nén lò xo truyền đến cần của bầu phanh để phanh ô tô lại Hiệu quả phanh phụ thuộc vào góc xoay của cần điều khiển của van phanh tay

1.3.1 Máy nén khí

8

Máy nén khí phổ biến là loại kiểu piston hai xy lanh, được dẫn động qua bộ truyền bánh răng Kết cấu của máy nén thể hiện trên hình 1.2

2 1

4 3

7 5 6

9 8 10 11

16 14 13 12 15 17

23

25 24

21 22

20 19 18

Hình 1.2 Máy nén khí

1 Bánh răng dẫn động; 2.Đệm khoá; 3 Đai ốc bắt chặt bánh răng; 4 Bộ phận làm kín; 5

Lò xo; 6 Then bán nguyệt; 7 Trục khuỷu; 8 Ổ bi; 9 Các te; 10 Bạc lót; 11 Thanh truyền;

12 Nút đậy; 13 Xéc măng dầu;14 Chốt piston; 15 Xéc măng khí; 16 Piston; 17 Nắp xi lanh; 18 Vòng đệm; 19 Thân máy; 20 Đầu nối; 21 Đệm các te; 22 Đệm điều chỉnh; 23

Nắp; 24 Đệm các te; 25 Các te

Cơ cấu dẫn động của máy nén khí làm việc từ trục khuỷu của động cơ qua các bánh răng của cơ cấu dẫn động Piston được làm bằng nhôm có chốt bơi, sự dịch chuyển dọc trục của các chốt trong đỉnh piston được hạn chế bởi các vòng hãm Không khí từ ống góp nạp của động cơ đi vào các xi lanh máy nén qua van lá nạp Piston nén khí qua và ép vào

hệ thống khí nén van lá tăng áp nằm ở đỉnh xi lanh

Khối xi lanh và nắp được làm mát bằng chất lỏng dẫn từ hệ thống làm mát động cơ Dầu nhờn được áp suất đẩy qua vật bít kín mặt nút dẫn dầu của động cơ đến mặt nút sau của trục khuỷu máy nén và theo các đường dẫn dầu bên trong trục khuỷu đến các ổ thanh

9

truyền Các ổ bi chính, các cổ khuỷu, các chốt piston và thành xi lanh được bôi trơn bằng phương pháp vung toé

Nguyên lý hoạt động của máy nén khí

Bánh răng dẫn động (1) lắp ở đầu trục khuỷu máy nén được dẫn động từ trục khuỷu động cơ, nhờ đó piston (16) máy nén khí được chuyễn động tịnh tiến trong xi lanh Khi piston đi xuống tạo chân không trong xi lanh hút mỡ van hút làm cho không khí từ ống góp nạp được hút vào sau khi đã được lọc sach qua bình lọc khí Khi piston đi lên, van hút đống

kín, không khí trong xi lanh bị nén đẩy mỡ van đẩy đưa không khí nén qua nắp xi lanh đến

bình hơi

Không khí nén được nén từ máy nén, mặc dù đã được lọc trước khi đi vào máy nén vẫn

có thể chứa bụi bẩn, dầu và nước Không khí bẩn sẽ làm giảm độ tin cậy và hiệu quả của hệ

thống phanh Vì thế, trước khi đưa không khí vào dòng dẫn động cần phải lọc bỏ bụi bẩn

một lần nữa để tách lắng dầu và nước, giảm độ ẩm cho không khí Trên hình 1.3 là kết cấu

bộ phận sấy lọc và tách ẩm

Không khí nén từ máy nén qua đường A đi vào bộ phận lọc vành (5), tại đây nó được

sấy khô bằng bộ phận (6), hơi ẩm được tách và thu hồi qua buồng (7) theo đường C và xả

ra ngoài, phần cặn bả cũng được thải ra ngoài qua cửa (13) nhờ pít tông làm sạch (3) Không khí sạch lọc được theo đường B và cấp vào bình khí nén (11)

12 2

A

B

10

1 Van điều chỉnh; 2 Bộ giảm chấn; 3.Pít tông làm sạch; 4 Van kiểm tra; 5 Thiết bị lọc vành; 6 Bộ phận làm khô; 7 Lọc; 8 Thùng tách ẩm; 9 Vít điều chỉnh; 10 Vít khóa chặt;

11 Bình chứa không khí; 12 Cửa nạp; 13 Cửa xả

Tổng van phân phối có vai trò quan trọng như xy lanh chính trong dẫn động thuỷ lực

Nó là bộ phận không thể thiếu, dùng để điều khiển áp suất và lưu lượng khí nén từ bình

chứa đi đến các bộ phận thừa hành (bầu phanh)

Theo nguyên lý làm việc, van phân phối chia ra các loại: tác dụng thuận, tác dụng nghịch và hỗn hợp

Trong các van phân phối tác dụng thuận, khi tăng lực điều khiển (tác dụng lên van lúc phanh), áp suất trong khoang van tăng lên Trong các van tác dụng nghịch thì giảm đi Theo số lượng các dòng độc lập mà nó điều khiển, van phân phối được chia ra các loại:

một, hai, ba và nhiều ngăn Các ngăn có thể được bố trí nối tiếp, song song hay hỗn hợp

Tổng van một ngăn được sử dụng trong dẫn động một dòng hoặc trong dẫn động nhiều dòng để điều khiển từng dòng riêng rẽ

Tổng van hai ngăn dùng để điều khiển dẫn động hai dòng của ôtô đơn hoặc của đoàn xe kéo moóc dẫn động hai đường Nó cũng được dùng để điều khiển đồng thời dẫn động một dòng của xe kéo và một đường của rơmoóc

Tổng van ba ngăn được sử dụng để điều khiển phanh đoàn xe: hai ngăn được để điều khiển phanh hai dòng của xe kéo, ngăn thứ ba - phanh rơmoóc

Tổng van hỗn hợp có từ hai đến bốn ngăn, trong đó có một ngăn tác dụng nghịch để điều khiển phanh của rơmoóc dẫn động một đường

Điều khiển tổng van có thể trực tiếp hay từ xa, có thể bằng các thanh đòn cơ khí hay

dẫn động thuỷ lực

Bất cứ một tổng van nào cũng phải có những bộ phận chính sau:

11

- Van nạp: cho khí nén từ bình chứa đi vào dẫn động kho phanh

- Van xả: cho khí nén từ dẫn động thoát ra khí quyển khi nhả phanh

- Cơ cấu tỷ lệ: đảm bảo sự tỷ lệ giữa các thông số ở đầu ra (áp suất, dịch chuyển) với tác động ở các tham số đầu vào (lực, dịch chuyển, áp suất điều khiển)

Các van trong tổng van có thể có dạng phẳng, côn hay cầu Có thể có một hay hai đế van Các đế van có thể cố định hay di động

Cơ cấu tỷ lệ bao gồm: phần tử đàn hồi (lò xo hay cao su) và phần tử cảm ứng (piston hay màng)

Trên hình 1.4 là hệ thống gồm hai van phanh độc lập được bố trí kế tiếp nhau và có chung một hệ thống điều khiển, ví dụ như bàn đạp phanh Các lực của lò xo và nắp van

chắn khít ở hai bên piston kép là đều nhau, ta có được những quá trình nén đều nhau ở hai chu trình phanh (theo nguyên tắc của chu trình kép)

Lực nén phanh có thể được điều chỉnh chính xác ở hai chu trình Một lò xo không hoạt động được sẻ cho phép giảm sự đáp ứng của van.Nếu một trong hai chu trình bị ngừng hoạt động thì sự hoạt động của chu trình kia vẫn được đảm bảo

A

B 17

15

16

13 14

10

12 11

8 9 7

1

4 5 6

2 3

12

1 Đế của cần đẩy; 2 Vòng cao su; 3 Piston; 4 Lò xo đóng van; 5 Đế hạn chế hành trình của piston(3); 6 Lò xo mỡ van xã; 7 Van cấp khí; 8 Đế van cấp khí; 9 Đế van xã ngăn trên; 10 Piston kép; 11 Đế van xã ngăn dưới; 12 Đế han chế hành trình của piston kép(10); 13 Đế van cấp khí; 14 Van cấp khí; 15 Lò xo đóng van cấp khí; 16 Lò xo mỡ van cấp khí ngăn dưới; 17 Vòng hảm

Ở tư thế nghỉ, van cấp khí (7) và (14) tựa trên hai đế van cấp khí (8) và (13) Khí nén không thể đi vào hai cửa thoát II và IV trong hai dòng phanh trước và sau Lúc này đế van

xã ngăn trên (9) và đế van xã ngăn dưới (11) tách khỏi van cấp khí (7) và (14) để nối cửa

xã II và IV với cửa xã V cho khí nén trong các bầu phanh xã ra ngoài

• Khi phanh c ục bộ:

Ở vị trí này, bàn đạp phanh chỉ được nhấn xuống một phần Đế của cần đẩy (1) tác dụng lên vòng cao su (2) và dẩy Piston (3) cho đến khi đế van xã ngăn trên (9) đóng lại Lò xo

mỡ van xã (6) đẩy Piston kép (10) về phía dưới cho đến khi đế van xã ngăn dưới (11) đóng

lại và đế van cấp khí (8) và (13) mỡ ra

Hai đường cấp khí này mỡ cho đến khi khí nén trong ngăn A, B tác dung ngược lên Piston (3) và (10) một lực đối kháng chống lại lực cao su (2) và đẩy Piston (3) về phía trên

Đế van cấp khí (8) tự đống lại Sự cấp và thoát khí của chu trình phanh cục bộ bây giờ được khép lại, van phanh ở tư thế trung gian duy trì một áp suất nhất định trong hệ thống phanh cho chế độ phanh cục bộ

• Khi phanh kh ẩn cấp:

Ở vị trí này, bàn đạp được nhấn xuống hoàn toàn Đế của cần đẩy (1) đi xuống sâu phía dưới, đẩy Piston (3) đi hết hành trình áp sát vào đế hạn chế hành trình của piston 3 (5) ở bên trong của thân van Hai lò xo đóng van (4) và lò xo mỡ van xã (6) đẩy Piston kép (10) đến vị trí đế hạn chế hành trình của piston kép 10 (12) Lúc này các van xã ngăn trên (9) và van xã ngăn dưới (11) được đóng lại, sau đó hai đế van cấp khí (8) và (13) mỡ hoàn toàn Ở

13

giai đoạn phanh khẩn cấp, áp suất được hình thành trong hai dòng phanh bằng với áp suất ở bình chứa khí nén

Nếu một trong hai dòng phanh không hoạt động được, có thể điều chỉnh chính xác áp

suất phanh bên trong dòng phanh còn lại Nếu dòng trước bị hỏng, Piston (3) không thể được xem như một Piston phản lực ở vị trí phanh cục bộ Lúc này Piston kép (10) đóng vai trò một Piston phản lực và đóng đế van cấp khí (13) lại cho đến khi áp suất đạt đến giá trị đầy đủ mà nó được hình thành dưới Piston khi đang phanh cục bộ

Trên hình 1.5 là kết cấu van cấp và xả nhanh khí Van này còn có tác dụng để cấp nhanh không khí vào các bầu phanh khi phanh và xả nhanh không khí ra khỏi bầu phanh khi nhả phanh

1 2

14 15

19

21 22 23

24 25

1.Cần van; 2 Van xã khí; 3 Piston; 4 Lò

xo đóng van cấp khí; 5 Van cấp khí điều khiển; 6 Cần đẩy; 7 Piston tỷ lệ; 8 Van cấp khí cho bầu phanh; 9 Con lăn; 10 Trục cam; 11 Đòn điều khiển; 12 Lò xo

mỡ van xã; 13 Màng cao su; 14 Van xã;

15 Gân hướng kính cố định; 16 Đế van cấp khí cho dòng điều khiển; 17 Rãnh hướng kính di động; 18.Màng cao su; 19 Vòng cao su làm kín; 20 Đế van xã; 21

Đế van cấp khí cho bầu phanh; 22 Đế gắn van cấp khí; 23 Lò xo đóng van cấp khí; 24 Cữa xã; 25 Vòng chặn

Trên hình 1.6 là kết cấu của bộ điều chỉnh lực phanh lắp trên xen tải Renault Đó là bộ điều chỉnh loại tia dùng cho dẫn động phanh khí nén nhằm điều chỉnh áp suất đến các bầu phanh sau tùy theo tải trọng tác dụng lên cầu sau

Nguyên lý hoạt động:

Khi phanh, không khí nén từ tổng van đi vào khoang A của bộ điều chỉnh với áp suất

P-1, đi vào cửa cần van (1) rồi vào khoang B đẩy piston (3) và màng cao su (18) dịch chuyển

đi xuống đóng nhanh van xã khí (2) đồng thời khí nén đẩy piston (3) làm đầu cần đẩy (6)

mỡ van cấp khí điều khiển (5) cho dòng khí nén từ khoang A đi vào khoang C Áp suất khí nén trong khoang C tác dụng lên piston tỷ lệ (7) đẩy piston tỷ lệ (7) đi xuống ép van cấp khí cho bầu phanh (8) tách khỏi đế van cấp khí cho bầu phanh (21) cho dòng khí nén từ cửa

2 1 1

2

S

S P

P

K a = =

Ở đây S1 : Diện tích piston (3)

Diện tích S2là một đại lượng thay đổi nhờ kết cấu đặc biệt sau:

Piston (3) có các gân hướng kính cố định (15) lắp vào các rãnh hướng kính di động (17) Các gân hướng kính (15) cố địng trên thân và có mặt nút hình côn ngược chiều với chiều côn của rãnh hướng kính (17)

Khi piston (3) ở vị trí trên cùng (cùng với trường hợp xe đầy tải) màng cao su (18) tỳ sát hoàn toàn vào đáy gân hướng kính cố định (15) và các gân tương ứng của nó, nên diện tích hiệu dụng của màng bằng diện tích chính của piston (3) (S2 = S1)

Khi tải trọng giảm dần đi, cần đẩy (6) dịch xuống phía dưới Piston (3) đạt trạng thái cân bằng sẽ dịch dần xuống dưới, các rãnh hướng kính (17) tách dần màng cao su (18) ra khỏi gân hướng kính cố định (15) làm diện tích hiệu dụng của màng tăng lên (S2 > S1) Như vậy tải trọng càng giảm piston càng dịch chuyển xuống dưới thì S2tăng Với P1 =

const, áp suất P2càng giảm để đảm bảo cân bằng piston (3)

Quy luật thay đổi S2phụ thuộc vào độ võng của hệ thống treo (tức là tải trọng) được xác định bởi phần dạng hình đáy của piston (3), tức là diện tích hiệu dụng của màng cao su (18), củng như bởi vị trí của cần đẩy (6)

• Khi nhã phanh:

Khi nhả phanh, áp suất khí nén trong khoang A giảm xuống, lúc đó áp suất khí nén trong khoang B cộng với lực lò xo (12) đẩy van xã khí (2) đi xuống cho khí nén trong khoang B đi ra ngoài theo khoang A Khi đó áp suất khí nén trong khoang C sẽ đẩy piston (3) tách khỏi đầu cần đẩy (6) cho khí nén trong khoang C đi ra ngoài theo cửa xã III Do sự

16

chênh lạch áp suất tác dụng lên piston tỷ lệ (7) nên dòng khí nén trong bầu phanh sau sẽ đẩy piston tỷ lệ (7) đi lên tách đế van xã (20) ra khỏi van cầp khí cho bầu phanh (8) mỡ đường thông dòng khí từ bầu phanh đi ra ngoài khí quyển theo cửa xã III Tất cả các chi tiết trở về vị trí ban đầu như khi chưa phanh

Cấu tạo của bầu phanh giữa được trình bày qua hình 1.7 Khi đạp phanh, khí nén vào đầu nối đường khí nén (1) ép màng bầu phanh (3) về phía trước đẩy đĩa đỡ màng (4), cần đẩy bầu phanh (6), đầu nối cần đẩy (10) về phía trước tác dụng lên cánh tay đòn trên trục cam phanh để thực hiện quá trình phanh Khi nhả phanh, khí nén theo đầu nối đường khí nén (1) thoát ra ngoài bầu phanh, lò xo hồi vị (8) đẩy đĩa đỡ màng (4), cần đẩy bầu phanh (6), đầu nối cần đẩy (10) về vị trí ban đầu

10

9 8 7 6

1 Đầu nối đường khí nén; 2 Nắp bầu phanh; 3 Màng bầu phanh; 4 Đĩa đỡ màng; 5 Vòng kẹp; 6 Cần đẩy bầu phanh; 7 Thân bầu phanh; 8 Lò xo hồi

vị; 9 Bulông để bắt bầu phanh vào giá; 10.Đầu nối cần đẩy

Trên xe tải renault sử dụng bầu phanh sau với lò xo tích năng Đây là loại bầu phanh dùng chung cho cả hệ thống phanh làm việc, phanh dự trữ và phanh dừng

17

Màng của bầu phanh được chế tạo từ cao su định hình, với một - hai lớp sợi cốt, chiều dày màng từ (3 ÷ 6)mm Thân và nắp bầu phanh được dập từ thép cácbon thấp Các lò xo được chế tạo từ thép hợp kim có thành phần cácbon cao

Ở trạng thái nhả phanh, màng bầu phanh (12) chiếm vị trí trên cùng, piston (8) của bầu phanh tích năng dưới tác dụng của không khí nén đi vào khoang A từ van diều khiễn phanh

dừng bị đẫy lên trên, ép lò xo phanh dừng (9) lại

Khi phanh bằng phanh làm việc, khí nén từ tổng van phân phối, đi vào khoang phía trên màng (12), ép thanh đẩy (19) dịch chuyển xuống dưới, tác dụng lên cơ cấu phanh

Khi phanh bằng phanh dự trữ hay phanh dừng, khí nén từ khoang A sẽ thoát ra ngoài qua đường thông ở tổng van điều khiển Dưới tác dụng của lò xo phanh dừng (9), piston (3) lúc này tác dụng lên cần đẩy (6) và ép đĩa đỡ màng (14) đi xuống để thực hiện quá trình phanh

10 Đầu nối đường khí nén; 11 Vòng liên

kết giữa hai bầu phanh; 12 Màng bầu phanh; 13 Vòng tỳ; 14 Đĩa đỡ màng; 15

Lò xo hồi vị; 16 Thân bầu phanh làm

việc; 17 Ống định vị lò xo; 18 Bu lông

bắt bầu phanh vào giá; 19 Thanh đẩy

Cụm lò xo tích năng là một bộ phận tác dụng ngược Vì thế, nó sẽ tự động làm việc và phanh ôtô lại, khi áp suất trong dẫn động giảm xuống hoặc khi có sự rò rỉ khí nén Để có

thể nhả phanh cưỡng bức khi cần thiết, bầu phanh có trang bị cơ cấu mở cơ khí gồm: bu lông 2, đai ốc 3 và vòng tỳ 13

18

Cơ cấu phanh được lắp trên tất cả 6 bánh của ô tô, cụm chính của cơ cấu phanh được

lắp trên giá đỡ nối cứng với bích của cầu Cơ cấu phanh loại một bậc tự do với cơ cấu ép

bằng cam

Các má phanh có hình dạng cong tương ứng với đặt tính mài mòn của chúng và được

lắp lên hai guốc phanh (4), các guốc phanh này tựa tự do lên các cam lệch tâm của chốt

lệch tâm (7) Trống phanh được bắt chặt lên may ơ bằng các bu lông

1 2 3

4 5 6

7 8

17 18

19 20 21 22 23

9 11 14 15 16 13 10

1 Cam phanh; 2 trục con lăn; 3 con lăn; 4 Guốc phanh; 5 Má phanh; 6 Tấm

chặn; 7 Chốt lệch tâm; 8 Đinh tán; 9 Cánh tay đòn của trục cam quay; 10 Trục vít; 11 Bánh vít; 12 Bạc lót; 13 Chốt khóa; 14 Giá đỡ trục cam; 15 Giá che chắn; 16 Bu lông;

17 Bu lông; 18 Giá bắt guốc phanh; 19 Xương guốc phanh; 20 Đinh tán; 21 Lò xo hồi

vị; 22 Cam ép; 23 Vòng chặn mỡ

Khi phanh, cam ép (1) có hình chữ S sẽ doãng các guốc phanh ra và các má phanh sẽ ép

chặt vào mặt trong của trống Giữa cam phanh và guốc phanh có lắp con lăn (3) nhằm giảm

ma sát và tăng hiệu quả phanh Các lò xo hồi vị (21) có nhiệm vụ trả guốc phanh về lại vị trí nhả phanh

19

• Nguyễn Trung Kiên (2013), Nghiên cứu mô phỏng hệ thống phanh khí nén có

Trong đề tài này thì tác giả nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén có ABS can thiệp vào quá trình phanh chóng trượt lết

• Đặng Huy Cường (2013), Nghiên cứu mô phỏng hệ thống phanh khí nén, Luận

văn Thạc sĩ Khoa học Đại học Bách Khoa Hà Nội

• Nguyễn Lưu Hải (2011), Mô phỏng và khảo sát hoạt động của hệ thống phanh khí

Trong các đề tài này tác giả nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng của toàn bộ hệ

thống phanh khí nén Do độ phức tạp của mô hình toàn bộ hệ thống nên tác giả đã đơn giản hóa mô hình cơ cấu phanh

• Mục tiêu :

Nghiên cứu kết cấu, cơ cấu phanh khí nén, xây dựng, mô phỏng cơ cấu phanh khí nén trên phần mềm Matlab-Simulink để nhận biết rõ hiệu quả cơ cấu phanh khí nén, đánh giá tính năng hoạt động của cơ cấu phanh

• Nội dung :

Chương 1 : Giới thiệu hệ thống phanh khí nén trên ô tô

Chương 2 : Cơ sở xây dựng mô hình mô phỏng cơ cấu phanh khí nén

Chương 3 : Mô hình mô phỏng cơ cấu phanh khí nén

Chương 4 : Kết quả mô phỏng cơ cấu phanh khí nén

20

Dựa trên kết quả mô hình mô phỏng bằng cách thay đổi các thông số : tiết diện màng phanh, nhiệt độ khí nén và môi trường, thay đổi độ cứng lò xo, thay đổi độ cứng cơ cấu phanh Sau khi thay đổi các giá trị mô phỏng, nhận xét đánh giá, kết luận đối với cơ cấu phanh

21

CHƯƠNG II : CƠ SỞ XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CƠ CẤU PHANH

KHÍ NÉN

2.1 Phương pháp mô phỏng

Ngày nay, các hệ thống dẫn động phanh bằng khí nén thường được sử dụng trên các

loại xe tải cỡ lớn Để đáp ứng yêu cầu về an toàn chuyển động ngày càng cao, tới nay hệ

thống các phanh loại này đã trở nên phức tạp Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng độ chậm tác

dụng của hệ thống phanh chịu ảnh hưởng của hầu hết các cụm chi tiết, các van, lắp trong

hệ thống phanh khí nén như van gia tốc, điều hòa lực phanh, van giảm áp,…

Với những lí do nêu trên, để thiết kế hệ thống dẫn động phanh bằng khí nén có thời gian chậm tác dụng đảm bảo các tiêu chuẩn theo quy định hiện hành, cần phải có những nghiên cứu tính toán kĩ lưỡng trong quá trình thiết kế Một trong những phương pháp được

sử dụng là mô phỏng hệ thống và giải các bài toán trên máy tính bởi ngày nay tốc độ tính toán của máy tính hiện đại cho phép giải được các bài toán phức tạp với tốc độ nhanh và

kết quả thu được khá chính xác, đồng thời tiết kiệm được thời gian, kinh tế cho các thí nghiệm trong thực tế Như vậy, độ chính xác của kết quả tính toán chỉ phụ thuộc vào phương pháp mô phỏng và vấn đề cơ bản ở đây là lựa chọn được phương pháp mô phỏng

hợp lý để đạt được độ chính xác cao theo yêu cầu mà không quá phức tạp hóa bài toán

22

Để giải bài toán mô phỏng hệ thống phanh dẫn động khí nén có thể sử dụng nhiều công

cụ khác nhau Hiện nay, nhờ sự phát triển của công nghệ thông tin, phương pháp thông

dụng nhất để giải các bài toán này là sử dụng các phần mềm chuyên dụng và để giải quyết

vấn đề cho bài toán mô phỏng trong đề tài em đã sử dụng phần mềm Matlab 2010

Luận văn lựa chọn phương pháp mô phỏng tập trung để mô phỏng hệ thống dẫn động phanh khí nén

Bản chất của phương pháp mô phỏng tập trung dựa trên 2 nguyên tắc:

- Thể tích khí tất cả các phần tử của hệ thống (van, đường ống, cơ cấu chấp hành,…) được coi là tập trung tại một dung tích và sức cản của các phần tử này

tập trung tại một tiết lưu

- Lưu lượng đi qua các điểm nút trên sơ đồ mô phỏng được tính theo quy tắc tính dòng điện đi qua điểm nút

Việc áp dụng phương pháp mô phỏng tập trung cho phép đơn giản hóa bài toán mô

phỏng và quy về việc xác định:

+ Quan hệ giữa các thông số dòng chảy tại điểm nút

+ Quan hệ giữa các thông số dòng chảy khi đi qua tiết lưu

+ Quan hệ giữa các thông số dòng chảy đi vào dung tích

2.2 Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén

2.2.1 Sơ đồ hệ thống dẫn động và mô phỏng hệ thống

Đối tượng được lựa chọn mô phỏng là hệ thống dẫn động phanh khí nén có sơ đồ thể

hiện trên hình vẽ

23

Hình 2.1 Sơ đồ dẫn động phanh bằng khí nén

Nguyên lí hoạt động của hệ thống như sau: Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh,

lực tác dụng truyền đến tổng van 1 làm mở van Từ khoang dưới khí nén chuyển động trong đường ống đến các bầu phanh 2 và 3 Đồng thời áp suất khí chuyển đến làm mở các van để khí nén từ bình khí đi vào đường ống để cấp khí nén vào các bầu phanh bánh xe sau

4 và 5 Khi nhả phanh, các lò xo kéo van và piston trở về vị trí ban đầu

Từ sơ đồ hệ thống dẫn động phanh khí nén, ta có thể mô hình hoá hệ thống bằng sơ đồ

mô phỏng như sau:

Hình 2.2 Sơ đồ mô phỏng hệ thống dẫn động phanh khí nén

Vi = Vi; Vi là dung tích tại nút i (i =9,10) của bầu phanh sau

Vj = Vj; Vj là dung tích tại nút j (j = 3,4) của bầu phanh cầu trước

Để giải bài toán mô phỏng hệ thống phanh khí chính xác khó khăn Do đó ta đặt ra các

giả thiết tính toán, mô phỏng để sao cho hệ thống phanh được mô phỏng được gần sát với quá trình hoạt động trong thực tế nhất

Áp suất nguồn coi như không đổi trong quá trình tính toán là pmax

Với những giả thiết trên, sơ đồ dẫn động phanh khí nén có thể được chuyển thành hai

sơ đồ mô phỏng hệ thống dẫn động phanh đơn giản như hình 2.2

2.2.4 Cơ sở lý thuyết mô tả hệ thống phanh khí nén

25

Lưu lượng khí nén đi qua khoang trên của tổng van phân phối cung cấp cho dẫn động phanh cầu trước được phân chia làm 2 nhánh đi đến 2 bầu phanh của các bánh xe trước Trên dẫn động phanh có các đường ống nên có thể thay thế chiều dài đường ống và ảnh hưởng của tiết diện đường ống bằng 2 tiết lưu, trong đó có 1 tiết lưu có thể thay đổi được, chính là mô phỏng sự thay đổi tiết diện của khoang trên của van phân phối Khối tiết lưu còn lại thể hiện cho chiều dài đường ống

Hình 2.4 Sơ đồ mô phỏng hệ thống dẫn động phanh khí nén cho cầu sau

Lưu lượng khí nén đi qua khoang dưới của tổng van phân phối cung cấp cho dẫn động phanh cầu sau được phân chia làm 2 nhánh đi đến 2 bầu phanh của các bánh xe sau Trên dẫn động phanh có các đường ống nên có thể thay thế chiều dài đường ống và ảnh hưởng của tiết diện đường ống bằng 1 tiết lưu, thể hiện cho chiều dài đường ống

2.3 Cơ sở lý thuyết mô phỏng hệ thống phanh khí

2.3.1 Động lực học của dòng khí nén

Cơ sở việc phân tích các đặc tính động lực học của hệ thống khí nén là các định luật

cơ bản và các phương trình chủ yếu của lưu lượng chất lỏng Về mặt lý thuyết mà nói sự chuyển động của một phần tử chất lỏng trong trạng thái vật lý và hóa học cân bằng có thể được xác định rõ rang nếu chúng ta biết được áp suất, nhiệt độ, vận tốc theo không gian và

thời gian Hơn thế nữa, đặc tính về tỷ trọng và độ nhớt của chất lỏng là các biến số để xác định trạng thái của một phần tử chất lỏng Vì vậy, một cách tổng quát chúng có 7 biến số

cần thiết để xác định động lực học của chất lỏng Có 3 thành phần vận tốc (u;v;w) theo 3 phương (x;y;z) áp suất (P), nhiệt độ (T), khối lượng riêng (ρ) và độ nhớt (µ) Vì vậy nên,

Pmax f KD f ND

26

có 7 công thức cần thiết để lập thành hệ phương trình 7 biến (u; v; w; P; ρ; µ; T) với thời gian Đây là nền tảng lý thuyết cho việc mô hình hóa động lực học các hệ thống chất lỏng bao gồm hệ thống với môi trường không nén được (thủy lực) và hệ thống với môi chất có

khả năng nén được (khí nén)

Cơ sở để xây dựng các phương trình mô tả lưu lượng của chất lỏng mà không quan tâm tới lưu lượng của dòng chảy tự nhiên theo các mối liên hệ sau:

- Định luật Newton về sự chuyển động cho tất cả các phần tử chất lỏng ở trạng thái

tức thời Đây là định luật mô tả sự bảo toàn động lượng của phần tử chất lỏng được xác định từ phương trình Naiver-Stokes (3 phương trình)

- Phương trình liên tục hay định luật mô tả sự bảo toàn khối lượng của phần tử chất

lỏng (1 phương trình)

- Định luật thứ nhất và thứ hai của nhiệt động lực học, mô tả sự bảo toàn năng lượng

của phần tử chất lỏng (1 phương trình)

- Phương trình trạng thái, mô tả mối liên hệ giữa áp suất và nhiệt độ

- Các công thức thực nghiệm về áp suất theo hàm số áp suất và nhiệt độ

Rõ ràng, các mối liên hệ về trạng thái trên đây sẽ tuân theo 1 hệ phương trình có 7

biến (u; v; w; P; ρ; µ; T) Tuy nhiên, một điều bất lợi là các phương trình này lại phi tuyến

và kết quả là chúng hiếm khi được sử dụng để mô hình hóa một hệ thống thủy lực Và thực

tế, một vài giả thuyết mô hình mô tả lưu lượng và điều kiện hoạt động được đơn giản hóa trong các phương trình động lực

Mục đích của đơn giản hóa không phải là làm mất đi tính chất chung nhất, trong tài

liệu này, chúng ta thừa nhận rẳng, khí được sử dụng trong mô phỏng được giả thuyết như khí thực (ví dụ như khí tuân theo phương trình trạng thái ) Hơn nữa, ta cũng thừa nhận, tác động ban đầu với khí là không đáng kể, độ nhớt là 1 hằng số và lưu lượng là 1 thứ nguyên Như vậy, có 4 biến (u; P; T; ρ) còn lại để xác định thứ nguyên cho lưu lượng của dòng khí

Sự phù hợp của 4 phương trình đó đó là Naiver-Stockes mô tả vân tốc (u) theo phương x;

ρ khối lượng riêng của chất khí

g gia tốc trọng trường

A tiết diện thông qua

Vì vậy, chúng ta có 4 phương trình mô tả mối liên hệ giữa áp suất chất khí và lưu lượng đi vào dung tích:

Qw,in lưu lượng vào trong dung tích

Qw,out lưu lượng ra khỏi dung tích

Chú ý rằng, dung lượng chất khí, Cn, được quyết định bởi tính chịu nén Để xác định

Cn, ta áp dụng phương trình năng lượng Tuy nhiên, rất khó để xác định giá trị của Cn theo phương pháp tích phân hay thực nghiệm Vì vậy, giá trị của Cn có 2 khả năng xảy ra với

các điều kiện đẳng nhiệt ( cho trường hợp áp suất thay đổi rất chậm) hay đoạn nhiệt (áp

suất thay đổi rất nhanh) và được biểu thị như sau:

28

n

g.V

C =R.T (đẳng nhiệt) (2.3)

n

g.V

C = κ.R.T (đoạn nhiệt) (2.4) Trong đó: V dung tích

k nhiệt trị riêng (với khí = 1,4)

R hằng số chất khí

T nhiệt độ chất khí

Chú ý rằng, trong phương trình (2), biến loại A là áp suất P, và biến loại T là lưu lượng khối, Qw Để phù hợp cho tất cả các dạng mô hình kiểu A-D-T, chúng ta cần nhận

biết được biến loại D Rõ ràng, biến kiểu D là lưu lượng phản kháng Để tính lưu lượng

chảy qua các gờ, cạnh của miệng lỗ, kiểu D là hàm liên hệ giữa kiểu A (P) và biến kiểu T (Qw) được biểu thị như sau:

- Nếu dòng chảy là hạ âm (Pdu > Pdu,tứcthời):

Pκ

Q =C A g

Tκ+1

R2

Pdu áp suất tỷ lệ giới hạn dưới lên trên

Có thể xem, phương trình (5), (6), (7) là không quá phức tạp và không quá rắc rối

để sử dụng Tuy nhiên, thực tế, một thông số đơn giản gọi là Cv được sử dụng phổ biến để

tính lưu lượng qua van khí nén Nói một cách rộng hơn hệ số lưu lượng Cv bằng 1 nếu van khí cho qua 1(g/phút) nước chảy qua ở áp suất 1 psi Có một vài cách để xác định Cv, phổ

biến nhất là cách được sử dụng theo NFPA ( hiệp hội thủy lực quốc gia):

Kg hệ số chuyển đổi, 22,48(US) hay 114, 5(SI)

∆P chênh áp (Pu – Pd), psi (bar)

G trọng lực đặc trưng của lưu lượng trung bình (với chất khí G=1)

Pa áp suất khí trời 14,7psi hay 1bar

2.3.2 Phương trình trạng thái

Giả sử 1kmol khí lúc đầu có trạng thái xác định bởi các thông số p1,V1,T1 Sau khi

biến đổi sang trạng thái p2,V2,T2

Để tìm mối liên hệ giữa các thông số, ta giả sử rằng sự biến đổi từ trạng thái đầu sang trạng thái cuối theo hai giai đoạn:

1 kmol khí chiếm thể tích là V0= 22,41 m3, trạng thái này chung cho mọi chất khí, gọi là

trạng thái tiêu chuẩn Ta có:

nên (dm) =E V dP

dt kRT dt

Hình 2.5 Lưu lượng tức thời đi vào dung tích không đổi

2.3.4 Phương trình lưu lượng tại điểm nút

Tổng đại số các lưu lượng đi qua một điểm nút bằng không:

Ví dụ như trên sơ đồ trên hình 2.3 ta có:

Hình 2.6 Lưu lượng tại điểm nút

32

Mô hình toán học của hệ thống được thiết lập dựa trên các phương trình lưu lượng đi qua tiết lưu, vào dung tích và đi qua điểm nút

Để giải các bài toán trên với phương trình vi phân là một đa thức khá phức tạp và có hệ

số là hàm của các thông số Do vậy, giải các bài toán bằng tay hoặc bằng một phần mềm không chuyên dụng là không phù hợp nữa Chính vì vậy em đã sử dụng phần mềm Matlab

2010 có tính tiện lợi sử dụng và độ chính xác cao hơn Hơn thế nữa, đây là phần mềm được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực thiết kế, mô phỏng cũng như tính toán các hệ thống trên ôtô

33

CHƯƠNG III : MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CƠ CẤU PHANH KHÍ NÉN

3.1 Công cụ mô phỏng Matlab – Simulink

Simulink là một phần mềm đồ hoạ, định hướng sơ đồ khối dùng để mô phỏng các hệ động lực Đây là sản phẩm nằm bên trong Matlab và sử dụng nhiều hàm của Matlab và cũng có thể trao đổi qua lại với môi trường Matlab để tăng thêm khả năng mềm dẻo của nó Với Simulink chúng ta có thể xây dựng mô hình mô phỏng của hệ thống giống như khi ta

vẽ sơ đồ khối Simulink có một khối thư viện với nhiều chức năng khác nhau

Simulink được tích hợp vào Matlab như một công cụ đẻ mô phỏng hệ thống, giúp người sử dụng phân tích và tổng hợp hệ thống một cách trực quan Trong Simulink, hệ

thống không mô tả dưới dạng dòng lệnh theo kiểu truyền thống mà là ở dạng sơ đồ khối

Với dạng sơ đồ này, ta có thể quan sát các đáp ứng thời gian của hệ thống với nhiều tín

hiệu vào khác nhau như: tín hiệu bậc thang, tín hiệu sin, xung chữ nhật… bằng cách thực

hiện mô phỏng Kết quả mô phỏng có thể được xem theo thời gian thực trên các Oscilloscope trong môi trường Simulink, hay trong môi trường Matlab

Simulink hoàn toàn tương thích với Matlab, nhưng nó là một giao diện đồ họa Vì vậy

tất cả các hàm trong Matlab đều có thể truy cập được từ Simulink, ngay cả các hàm do

người tạo ra

Cuối cùng, Simulink cho phép người sử dụng khả năng tạo ra một thư viện khối riêng

Ví dụ, nếu bạn muốn làm việc trong lĩnh vực điều khiển các máy điện, bạn có thể tạo ra

một thư viện riêng chứa các mô hình máy điện… Như vậy, với công cụ Simulink ta có thể

tự tiến hành mô phỏng thí nghiệm, quan sát kết quả, kiểm chứng với lý thuyết trước khi

tiến hành thí nghiệm trên mô hình thực

Để xây dựng mô hình ta khởi động Matlab và khởi tạo Simulink, mở thư viện của khối Simulink sau đó chọn các nhóm thích hợp Thư viện của Simulink thường có 8 nhóm:

- Nhóm Continuous và Discrete: chứa các khối cơ bản để xử lý tín hiệu liên tục và rời rạc;

- Nhóm Function & Table: chứa các khối thực hiện việc gọi hàm từ Matlab, khối nội

34

suy và khối hàm truyền;

- Nhóm Math: chứa các khối thực thi các hàm toán học;

- Khối Monlinear: chứa các khối phi tuyến;

- Nhóm Sinks & Systems: chứa các khối công cụ xử lý tín hiệu;

- Nhóm Sinks: chứa các khối thực hiện chức năng xuất kết quả;

- Nhóm Source: chứa các khối phát tín hiệu

Để copy một khối từ thư viện vào cửa sổ của mô hình, chọn khối, rê chuột để kéo khối đã

chọn thả vào cửa sổ mô hình Trong cửa sổ mô hình, nếu muốn copy một khối, ấn phím Ctrl và rê chuột sang vị trí đặt bản copy; nếu muốn xoá hãy chọn nó và ấn phím Delete Để

thực hiện một quá trình mô phỏng ta tiến hành các bước: xây dựng mô hình mô phỏng; xác

lập giá trị các thông số của mô hình; xác lập điều kiện đầu; lựa chọn cách thức xuất kết

quả; điều khiển việc thực thi quá trình mô phỏng

Trình tự thực hiện một quá trình mô phỏng gồm các bước cơ bản:

1) Xây dựng mô hình toán học là việc xây dựng hệ phương trình mô tả sự hoạt động và thể hiện các quy luật chung về vật lý của hệ thống Các phương trình này còn phải

mô tả được các quan hệ ràng buộc giữa các thông số cấu trúc, các thông số trạng thái của

hệ thống với các tham số của tác động ngoài

2) Xây dựng sơ đồ mô phỏng trên máy tính bằng công cụ Simulink của MatLab

gồm các bước công việc:

- Tiến hành lựa chọn các khối chức năng thích hợp ở trong thư viện các khối chính

để mô phỏng các thành phần trong hệ phương trình vi phân đã được xây dựng

- Tiến hành nối ghép các khối chức năng trong sơ đồ mô phỏng bằng cách sử dụng các đường truyền tín hiệu nối các khối theo đúng trình tự và chức năng trong cấu trúc của

hệ thống cần khảo sát

3) Nhập giá trị các thông số vào các khối chức năng của mô hình

35

Trong MatLab có hai phương án thông dụng để nhập các dữ liệu tính toán: nhập

trực tiếp số liệu vào bảng khai báo tính chất của khối chức năng và nhập dữ liệu thông qua

một file dữ liệu (m-file)

- Phương án nhập dữ liệu trực tiếp thực hiện bằng cách khai báo các trị số cụ thể của

dữ liệu cần tính toán vào hộp hội thoại tính chất của khối chức năng (hộp thoại này hiện ra ngay sau khi ta tiến hành kích hoạt biểu tượng của nó)

- Phương án tạo file dữ liệu m-file thực hiện bằng cách tạo một scrip file trên cửa sổ

lệnh của chương trình MatLab Các dữ liệu được nhập gồm có tên dữ liệu và trị số của nó Tên dữ liệu trong m-file phải phù hợp với tên dữ liệu khai báo trong khối chức năng của

mô phỏng trong Simulink

Phương án nhập dữ liệu trực tiếp có nhược điểm là mỗi khi cần thay đổi giá trị của

dữ liệu ta lại phải tìm đến khối chức năng để sửa, công việc đó sẽ phức tạp và mất thời gian khi mà sơ đồ mô phỏng phức tạp chứa nhiều khối chức năng

- Phương án nhập dữ liệu qua m-file có ưu điểm cơ bản là cho phép kiểm tra, sửa

chữa, cập nhật các dữ liệu trong sơ đồ một cách nhanh chóng và chính xác Phương pháp này thường được sử dụng để nhập dữ liệu cho trường hợp mô phỏng các hệ động học phức

tạp Ngoài ra sử dụng các m-file còn cho phép viết các lệnh điều khiển sự hoạt động của chương trình mô phỏng từ cửa sổ lệnh của chương trình MatLab mà không cần phải các thao tác điều khiển trực tiếp trên mô hình

4) Thiết lập các điều khiển trong quá trình mô phỏng:

- Thiết lập các điều kiện đầu cho các bước tính toán, các khối chức năng vi phân, tích phân của mô hình

- Xác định các thông số điều khiển quá trình mô phỏng: nếu người sử dụng không

lựa chọn việc xác lập các thông số điều khiển thì máy tính sẽ chọn bộ thông số mặc định

Nếu người sử dụng nắm vững được bản chất và ý nghĩa của các thông số điều khiển thì có

thể điều khiển các chương trình mô phỏng thực thi theo mục đích cụ thể của mình Thường

36

có 5 thông số điều khiển việc thực thi quá trình mô phỏng là: thời gian mô phỏng, thuật toán tích phân (thuật giải), độ lớn của bước tích phân, sai số cho phép và các tuỳ chọn xuất

kết quả

5) Chạy chương trình và xuất kết quả mô phỏng: khi sử dụng công cụ Simulink, kết

quả của chương trình mô phỏng có thể quan sát trực tiếp bằng cách chọn khối chức năng

hiển thị kết quả thích hợp như bộ hiện sóng (scope), bộ đếm hiển thị (Display) Khối chức năng Scope có tác dụng như một máy hiện sóng cho phép quan sát sự diễn biến các thông

số trạng thái của hệ thống theo thời gian Các kết quả của chương trình còn được gửi qua các biến (work space) Chúng ta có thể sử dụng các lệnh của MatLab (lệnh Plot) hoặc viết các m-file để trình bày các kết quả thu được theo các mục đích sử dụng khác nhau

6) Đánh giá, nhận xét: Sau khi nhận được kết quả, người sử dụng căn cứ vào kết quả

mô phỏng để nhận xét xem kết quả có đúng ý nghĩa vật lý của quá trình khảo sát không

Nếu không đúng thì phải kiểm tra lại từng bước, từ các phương trình vi phân mô tả toán

học của quá trình đến việc lựa chọn các khối chức năng, nhập xuất dữ liệu và sự liên kết

giữa chúng Đến khi kết quả mô phỏng phù hợp với ý nghĩa vật lý của quá trình khảo sát thì quá trình mô phỏng đã thành công

Nếu hệ phương trình được mô phỏng bằng Simulink có thể phức tạp và gồm nhiều

khối nối với nhau, để sơ đồ khối đơn giản, rõ ràng, dễ theo dõi, tiện cho việc kiểm tra, bảo

mật, người ta thường dùng cấu trúc theo kiểu các modul chức năng để xây dựng một chương trình con trong hệ thống Mỗi modul là 1 chương trình con đảm nhận các chức năng cụ thể trong chương trình chính Khi đó chương trình nhận được trên Simulink sẽ là

sơ đồ nối các modul đó lại với nhau Khối Subsystem được sử dụng để xây dựng các modul Việc ghép với hệ thống thuộc các tầng cấp trên được thực hiện nhờ khối Inport (cho tín hiệu vào) và Outport (cho tín hiệu ra) Số lượng đầu vào/ra của khối Subsystem phụ thuộc vào số lượng khối Inport và Outport

3.2 Thông số hệ thống phanh khí nén

Các thông số của xe Kamaz-5320

37

Trọng lượng bản thân:

- Phân ra cầu trước:

- Phân ra cấu sau:

- Tải trọng chuyên trở hàng hóa:

Trọng lượng toàn bộ:

- Phân ra cầu trước:

- Phân ra cầu sau:

Chiều dài cơ sở:

Các thông số của đường ống trong dẫn động phanh của xe tham khảo được cho trong bảng dưới đây

Bầu phanh trước:

Bầu phanh sau:

Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng hệ thống phanh khí nén

Như vậy, ở đầu vào của tổng phanh có Fbđ; tổng phanh gồm 2 khoang, khoang trên

và khoang dưới Khi lực Fbđ tác động vào pít tông sơ cấp làm cho nó dịch chuyển một lượng X1 và pít tông thứ cấp sẽ dịch chuyển một lượng X2 Khi các pít tông trong tổng phanh dịch chuyển thì lưu lượng khí nén Q1 từ khoang trên được đẩy đến cụm van điều khiển qua ngã 3 đường ống theo dòng phanh thứ nhất, lưu lượng khí nén Q2từ khoang dưới được đẩy đến cụm van điều khiển qua ngã 3 đường ống theo dòng phanh thứ 2

* Dòng phanh thứ nhất: Lưu lượng khí nén Q1 được đẩy đến ngã 3 đường ống Từ đây xuất hiện lưu lượng Q3 đi vào cơ cấu phanh 1, Q4đi vào cơ cấu phanh 2 của cơ cấu phanh

- Nhánh 1 có lưu lượng Q3 đến bầu phanh của cơ cấu phanh bánh xe cầu trước bên trái(CCTT) Làm màng của bầu phanh bánh trước bên trái dịch chuyển một lượng x1 tác động vào cơ cấu phanh bánh trước bên trái (CCP trước trái), làm guốc phanh dịch chuyển

ép sát vào tang phanh tạo ra mô men phanh Mpở các bánh xe

Tong phanh

Nga ba cau truoc

Nga ba cau sau

39

- Nhánh 2 có lưu lượng Q4 đến bầu phanh của cơ cấu phanh bánh xe cầu trước bên phải(CCTP) Làm màng của bầu phanh bánh trước bên phải dịch chuyển một lượng x2 tác động vào cơ cấu phanh bánh trước bên phải (CCP trước phải), làm guốc phanh dịch chuyển

ép sát vào tang phanh tạo ra mô men phanh Mpở các bánh xe

* Dòng phanh thứ hai: Lưu lượng khí nén Q2 được đẩy đến ngã 3 đường ống cầu sau, tại đây lưu lượng Q2được chia làm 2 nhánh

- Nhánh 1 có lưu lượng Q5 đến bầu phanh của cơ cấu phanh bánh xe cầu sau bên trái(CCST) Làm màng của bầu phanh bánh sau bên trái dịch chuyển một lượng x3tác động vào cơ cấu phanh bánh sau bên trái (CCP sau trái), làm guốc phanh dịch chuyển ép sát vào tang phanh tạo ra mô men phanh Mpở các bánh xe

- Nhánh 2 có lưu lượng Q6 đến bầu phanh của cơ cấu phanh bánh xe cầu sau bên phải(CCSP) Làm màng của bầu phanh bánh sau bên phải dịch chuyển một lượng x4 tác động vào cơ cấu phanh bánh sau bên phải (CCP sau phải), làm guốc phanh dịch chuyển ép sát vào tang phanh tạo ra mô men phanh Mp ở các bánh xe

Tuy nhiên, để đơn giản mô hình mô phỏng ta đã bỏ qua lực căng của các lò xo trong hệ thống Trong luận văn này ta sử dụng mô hình động lực học của ô tô theo quĩ đạo thẳng dẫn động phanh 2 dòng; sơ đồ mô phỏng trên hình

Hình 3.2 Sơ đồ mô phỏng cơ cấu phanh