Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu hệ thống abs dẫn động khí nén...

Tài liệu Nghiên cứu hệ thống abs dẫn động khí nén

.PDF
128
548
89

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hồ Hữu Hùng NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN (DỰ KIẾN ĐỔI TÊN THÀNH: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ABS TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hồ Hữu Hùng NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS. Lƣu Văn Tuấn 2. PGS. TS. Đào Mạnh Hùng Hà Nội – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình đƣợc thực hiện tại Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. TS. Lƣu Văn Tuấn và PGS. TS. Đào Mạnh Hùng. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Hà Nội, ngày TẬP THỂ HƯỚNG DẪN tháng năm Người cam đoan Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2 PGS. TS. Lƣu Văn Tuấn PGS. TS. Đào Mạnh Hùng i Hồ Hữu Hùng LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, Tôi đã nhận đƣợc sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy giáo và tập thể nghiên cứu khoa học. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Lưu Văn Tuấn – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội và PGS. TS. Đào Mạnh Hùng – Trƣờng Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, là những ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng, đào tạo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nƣớc mã số KC.03.05/11-15 và các thành viên trong đề tài đã tạo nhiều điều kiện nghiên cứu, thiết bị thí nghiệm để thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo ở Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng – Viện Cơ khí động lực, Bộ môn Tự động hóa – Viện Điện – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh, em đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí, lãnh đạo trƣờng Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và vật chất để tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh, em nghiên cứu sinh, cao học và sinh viên các khóa thuộc bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng – Viện Cơ khí động lực – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hết lòng hỗ trợ, động viên tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính yêu và biết ơn tới đại gia đình, bạn bè đã thực sự động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập tại Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Hà Nội, ngày tháng Nghiên cứu sinh Hồ Hữu Hùng ii năm MỤC LỤC Mục lục ................................................................................................................................. iii Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ................................................................................... vi Danh mục các bảng............................................................................................................. viii Danh mục các hình ảnh, đồ thị ............................................................................................. ix Mở đầu ................................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................................... 5 1.1. Hệ thống phanh ABS khí nén trên xe ô tô ............................................................... 5 1.2. Lịch sử phát triển hệ thống ABS khí nén ................................................................. 6 1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc ............................................................................ 8 1.4. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc........................................................................... 11 1.5. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................ 14 1.5.1. Xe nghiên cứu và bố trí hệ thống ABS ....................................................... 15 1.5.2. Van chấp hành ABS và phƣơng pháp điều khiển........................................ 17 1.6. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu............................................................................ 19 1.7. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................... 20 1.8. Kết luận chƣơng 1 .................................................................................................. 21 CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 23 2.1. Quy trình nghiên cứu ............................................................................................. 23 2.2. Phƣơng pháp điều khiển ABS ................................................................................ 25 2.3. Nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khí nén có ABS ............................................................................................................................... 28 2.4. Xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô trong quá trình phanh .......... 31 2.4.1. Chuyển động của ô tô trong quá trình phanh trên đƣờng bằng phẳng ........ 31 2.4.2. Động lực học bánh xe trong quá trình phanh .............................................. 34 2.4.3. Sự phân bố lại trọng lƣợng khi phanh ......................................................... 36 2.4.4. Mô hình mô phỏng chuyển động của xe ..................................................... 36 2.4.5. Mô hình mô phỏng bánh xe......................................................................... 37 iii 2.5. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén .......................................... 37 2.5.1. Cơ sở tính toán áp suất và lƣu lƣợng khí nén trong hệ thống phanh ........... 38 2.5.2. Mô hình mô phỏng van phân phối .............................................................. 40 2.5.3. Mô hình mô phỏng van xả nhanh ở dòng phanh cầu trƣớc ......................... 42 2.5.4. Mô hình mô phỏng van gia tốc trên dòng phanh cầu sau ............................ 43 2.5.5. Mô hình mô phỏng bầu phanh và cơ cấu phanh.......................................... 43 2.6. Kết luận chƣơng 2 .................................................................................................. 45 CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN 47 3.1. Khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống ABS ........................................ 47 3.2. Thuật toán điều khiển hệ thống ABS ..................................................................... 49 3.3. Cảm biến và phƣơng pháp đo vận tốc góc bánh xe ............................................... 52 3.3.1. Cảm biến đo vận tốc góc bánh xe ............................................................... 52 3.3.2. Vành răng cảm biến..................................................................................... 53 3.3.3. Phƣơng pháp xác định vận tốc góc và gia tốc góc bánh xe ......................... 55 3.4. Mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống ABS .................................................. 56 3.4.1. Mô hình mô phỏng van chấp hành ABS ..................................................... 56 3.4.2. Mô hình mô phỏng cảm biến đo vận tốc góc bánh xe................................. 58 3.4.3. Mô hình mô phỏng bộ điều khiển ............................................................... 59 3.5. Mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô khi phanh bởi hệ thống phanh khí nén có ABS ............................................................................................................................... 60 3.6. Nghiên cứu, xác định ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS ................................... 61 3.6.1. Mô phỏng điều khiển theo độ trƣợt bánh xe .............................................. 62 3.6.2. Mô phỏng điều khiển theo gia tốc góc bánh xe........................................... 64 3.6.3. Kết quả mô phỏng ....................................................................................... 65 3.7. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................................. 69 CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................................................................. 70 4.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm ........................................................................ 70 4.2. Nghiên cứu chính xác hóa ngƣỡng điều khiển....................................................... 70 iv 4.2.1. Quy trình mô phỏng thực nghiệm ............................................................... 70 4.2.2. Thiết bị thử nghiệm ..................................................................................... 71 4.2.3. Ngƣỡng điều khiển và hoạt động của hệ thống phanh khí nén có ABS ...... 76 4.3. Thử nghiệm đánh giá hiệu quả hệ thống ................................................................ 84 4.4. Kết luận chƣơng 4 .................................................................................................. 86 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................. 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 89 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................................. 1 PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 1 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ký hiệu Đơn vị a, b m Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trƣớc, đến cầu sau hg m Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt đƣờng L m Chiều dài cơ sở Fx , F y , Fz N Lực tƣơng tác giữa lốp và mặt đƣờng theo các phƣơng x, y, z Fr , F w N Lực cản lăn, lực cản không khí Mb Nm Fb N Lực phanh rd m Bán kính động lực học của bánh xe x, y v , v Giải thích Mô men phanh Hệ số bám dọc, hệ số bám ngang m/s  Vận tốc dài của ô tô , vận tốc trƣợt của bánh xe Độ trƣợt của bánh xe m kg Khối lƣợng của ô tô b rad/s Vận tốc góc bánh xe  , b rad/s2 Gia tốc góc bánh xe p N/m2 Áp suất khí nén V m3 Thể tích bình chứa T K Nhiệt độ của chất khí n mol R Jmol-1 K-1 γ N/m3 Trọng lƣợng riêng của chất khí g m/s2 Gia tốc trọng trƣờng Khối lƣợng mol phân tử Hằng số chất khí vi A m2 Tiết diện dòng chảy Q m3/s Lƣu lƣợng khí nén Cn Khí dung của chất khí Cv Hệ số tiết lƣu G Trọng lƣợng riêng trung bình của chất khí Tu K Nhiệt độ của khí nén Danh mục chữ viết tắt Ký hiệu Giải thích Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe ABS Anti-look Braking System ASR Anti Skid Regulator Hệ thống chống trƣợt quay bánh xe ATC Automatic Traction Control Hệ thống điều khiển lực kéo ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử ESC Electronic Stability Control Hệ thống điều khiển ổn định điện tử IC Integrated Circuit Vi mạch tích hợp RSC Roll Stability Control Hệ thống ổn định chống lật khi phanh vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1. Thông số của xe nghiên cứu............................................................................... 15 Bảng 1. 2. Bảng trạng thái hoạt động của van chấp hành ABS ........................................... 19 Bảng 3. 1. Bảng trạng thái hoạt động của mô hình mô phỏng van chấp hành ABS ........... 58 Bảng 3. 2. Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS đƣợc xác định theo lý thuyết ................... 65 Bảng 4. 1. Các giá trị ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS phù hợp với giá trị đo đƣợc trong thực tế của hệ thống ABS luận án nghiên cứu ........................................................... 76 Bảng 4. 2. Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS đã đƣợc hiệu chỉnh qua mô phỏng thực nghiệm ................................................................................................................................. 80 Bảng 4. 3. Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS ................................................................. 81 Bảng 4. 4. Quy chuẩn Việt Nam về hiệu quả phanh và kết quả thử nghiệm ....................... 84 Bảng 4. 5. Tiêu chuẩn Châu Âu ECE R13 về hiệu quả phanh và kết quả thử nghiệm ....... 85 viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1. 1. Phƣơng án bố trí ABS kiểu 4S/4M trên xe nghiên cứu ...................................... 16 Hình 1. 2. Trạng thái van chấp hành ABS khi không làm việc ........................................... 17 Hình 1. 3. Trạng thái van chấp hành ABS trong pha giảm áp ............................................. 18 Hình 1. 4. Trạng thái van chấp hành ABS trong pha giữ áp ............................................... 19 Hình 2. 1. Quy trình nghiên cứu, đề xuất thuật toán điều khiển.......................................... 23 Hình 2. 2. Quy trình nghiên cứu, xác định ngƣỡng điều khiển ........................................... 24 Hình 2. 3. Quan hệ giữa hệ số lực dọc, ngang và độ trƣợt dọc của bánh xe khi phanh ...... 25 Hình 2. 4. Phạm vi điều khiển của ABS .............................................................................. 27 Hình 2. 5. Các pha điều khiển áp suất trong hệ thống theo gia tốc góc bánh xe ................. 28 Hình 2. 6. Thiết bị tạo xung điều khiển van chấp hành ABS phục vụ khảo sát khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh ABS khí nén ..................................................... 30 Hình 2. 7. Áp suất khí nén trong bầu phanh khi phanh bình thƣờng................................... 30 Hình 2. 8. Các lực tác dụng vào xe khi phanh trên đƣờng thẳng, bằng phẳng .................... 32 Hình 2. 9. Phân bố ứng suất và phản lực từ đƣờng khi lốp lăn ........................................... 34 Hình 2. 10. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh .............................................. 35 Hình 2. 11. Sơ đồ hệ thống phanh khí nén trên ô tô ............................................................ 38 Hình 2. 12. Sơ đồ van phân phối trong hệ thống phanh khí nén ......................................... 41 Hình 2. 13. Sơ đồ nút chia khí nén đến các bầu phanh ....................................................... 42 Hình 2. 14. Sơ đồ van gia tốc trên dòng phanh cầu sau ...................................................... 43 Hình 2. 15. Sơ đồ mô tả bầu phanh ..................................................................................... 44 Hình 3. 1. Quy luật biến thiên của áp suất khí nén trong bầu phanh khi điều khiển ở tần số 0,5 Hz (bên trái) và 5 Hz (bên phải) .................................................................................... 48 Hình 3. 2. Quy luật biến thiên giá trị áp suất cao nhất và thấp nhất trong bầu phanh phía sau theo tần số của xung điều khiển .................................................................................... 48 Hình 3. 3. Lƣu đồ thuật toán điều khiển ABS theo gia tốc góc bánh xe ............................. 51 ix Hình 3. 4. Sơ đồ mạch của cảm biến E2A-S08KS02-WP-C1 2M ...................................... 53 Hình 3. 5. Vành răng và cảm biến lắp lên xe ...................................................................... 54 Hình 3. 6. Phƣơng pháp đo tần số ....................................................................................... 55 Hình 3. 7. Thông tin bộ điều khiển thu đƣợc từ cảm biến ................................................... 58 Hình 3. 8. Sơ đồ một mô đun trong mô hình mô phỏng bộ điều khiển hệ thống ABS theo độ trƣợt của bánh xe ............................................................................................................ 59 Hình 3. 9. Sơ đồ một mô đun trong mô hình mô phỏng bộ điều khiển hệ thống ABS theo gia tốc góc của bánh xe........................................................................................................ 60 Hình 3. 10. Sơ đồ khối mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô khi phanh bởi hệ thống phanh khí nén có ABS ............................................................................................... 61 Hình 3. 11. Các pha điều khiển hệ thống theo độ trƣợt của bánh xe ................................... 63 Hình 3. 12. Biến thiên giá trị độ trƣợt, gia tốc góc và biến điều khiển ECU theo thời gian 64 Hình 3. 13. Gia tốc góc của bánh xe khi phanh trên đƣờng khô, v0 = 40 km/h .................. 66 Hình 3. 14. Độ trƣợt của bánh xe khi phanh trên đƣờng khô, v0 = 40 km/h ....................... 66 Hình 3. 15. Vận tốc của bánh xe và của xe khi phanh trên đƣờng khô, v0 = 40 km/h ........ 66 Hình 3. 16. Quãng đƣờng phanh khi phanh trên đƣờng khô, v0 = 40 km/h ........................ 67 Hình 3. 17. Gia tốc góc của bánh xe khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ................... 67 Hình 3. 18. Độ trƣợt của bánh xe khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ........................ 67 Hình 3. 19. Vận tốc của bánh xe và của xe khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ......... 68 Hình 3. 20. Quãng đƣờng phanh khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ......................... 68 Hình 4. 1. Sơ đồ quy trình mô phỏng thực nghiệm xác định ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS ..................................................................................................................................... 71 Hình 4. 2. Cấu trúc bộ điều khiển điện tử của hệ thống phanh ABS................................... 72 Hình 4. 3. Bộ điều khiển điện tử hệ thống ABS .................................................................. 73 Hình 4. 4. Phần mềm hiển thị và ghi dữ liệu vận tốc góc bánh xe ...................................... 74 Hình 4. 5. Thiết bị đánh dấu quãng đƣờng phanh trên xe thử nghiệm ................................ 75 Hình 4. 6. Thiết bị đo ghi đa kênh DEWE5000 và các cảm biến ........................................ 76 x Hình 4. 7. Vận tốc góc bốn bánh xe khi phanh với vận tốc ban đầu 40 km/h không dùng ABS ..................................................................................................................................... 77 Hình 4. 8. Đồ thị vận tốc góc bánh xe khi phanh tại vận tốc 40km/h có ABS .................... 78 Hình 4. 9. Ảnh hƣởng của giá trị ngƣỡng gia tốc đến vận tốc góc bánh xe ........................ 79 Hình 4. 10. Quy luật biến thiên vận tốc góc các bánh xe khi thực nghiệm phanh trên đƣờng tốt với vận tốc ban đầu 40km/h có ABS (sử dụng bộ giá trị ngƣỡng trong bảng Bảng 4. 2) ............................................................................................................................................. 81 Hình 4. 11. Biến thiên vận tốc góc các bánh xe khi phanh có ABS trên đƣờng phủ nhựa asphalt khô, v0 = 40 km/h .................................................................................................... 82 Hình 4. 12. Biến thiên vận tốc góc các bánh xe khi phanh có ABS trên đƣờng phủ nhựa asphalt ƣớt, v0 = 40 km/h..................................................................................................... 83 xi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Công nghiệp ô tô là ngành công nghiệp tạo nhiều việc làm và giá trị vật chất lớn cho xã hội. Hiện nay trong nƣớc đã có nhiều công ty sản xuất, lắp ráp ô tô để phục vụ nhu cầu trong nƣớc và xuất khẩu. Việc tiếp cận khoa học công nghệ cao là vấn đề cấp thiết, giúp Việt Nam có thể sản xuất đƣợc ô tô hiện đại, đạt các tiêu chuẩn quốc tế và cạnh tranh tốt về chất lƣợng và giá thành với các sản phẩm ô tô trên thế giới. Hệ thống phanh là hệ thống an toàn chủ động quan trọng trên ô tô. Vận tốc và tải trọng của xe tải ngày càng cao nên yêu cầu hệ thống phanh phải có hiệu quả càng cao. Bên cạnh đó cần phải tăng tính năng ổn định hƣớng chuyển động cho xe khi phanh, đặc biệt là khi phanh gấp. Hiệu quả phanh và ổn định hƣớng chuyển động của ô tô khi phanh phụ thuộc nhiều yếu tố, trong đó điều khiển quá trình phanh là yếu tố có ảnh hƣởng lớn nhất. Trên các xe ô tô tải tải trọng trung bình và lớn sử dụng hệ thống phanh khí nén có độ trễ cao, phân bố trọng lƣợng trên các cầu xe thay đổi lớn theo điều kiện chở tải nên hiệu quả phanh bị ảnh hƣởng rất lớn. Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS) là một hệ thống quan trọng, nhằm tăng tính ổn định hƣớng chuyển động và hiệu quả phanh. Nhờ đó nâng cao tính an toàn khi vận hành cho xe. Một số nƣớc tiên tiến đã quy định bắt buộc phải lắp đặt hệ thống ABS trên các loại xe tải. Trên thế giới, các hãng sản xuất lớn đã nghiên cứu rất sâu về hệ thống ABS, có thực nghiệm kiểm chứng và đã ứng dụng thƣơng mại vào hầu hết các loại xe. Tuy nhiên các tài liệu, kết quả nghiên cứu là tƣ liệu riêng của các hãng, không đƣợc công bố hoặc có công bố chỉ mang tính chất hƣớng dẫn sử dụng. Trong khi đó, các xe tải hiện đang sử dụng trong nƣớc đa số sử dụng hệ thống phanh khí nén và không có ABS. Do đó, việc nghiên cứu, làm chủ kỹ thuật, công nghệ hiện đại trên ô tô nói chung, hệ thống phanh ABS khí nén nói riêng để từng bƣớc nghiên cứu chế tạo, thay thế các cụm chi tiết trong hệ thống ABS của các hãng có ý nghĩa thực tiễn đối với ngành công nghiệp ô tô nƣớc ta, giúp nâng cao chất lƣợng và khả năng cạnh tranh cho các sản phẩm ô tô chế tạo trong nƣớc. Đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nƣớc: ―Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống ABS cho hệ thống phanh khí nén dùng trên ô tô lắp ráp tại Việt Nam‖, mã số KC.03.05/11-15 (sau đây gọi tắt là đề tài KC.03.05/11-15) do Trƣờng Đại học Bách khoa -1- Hà Nội chủ trì thực hiện nhiều nội dung nghiên cứu, chế tạo các cụm chi tiết trong hệ thống ABS. Trong các nội dung nghiên cứu của đề tài KC.03.05/11-15, nội dung nghiên cứu, chế tạo bộ điều khiển điện tử yêu cầu có các kết quả nghiên cứu chi tiết về phƣơng pháp và thuật toán điều khiển ABS và giá trị ngƣỡng điều khiển ABS. Đây là vấn đề nghiên cứu không đƣợc các hãng công bố, cần phải có phƣơng pháp nghiên cứu khoa học, trang thiết bị hiện đại để hoàn thiện nghiên cứu. Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên, nghiên cứu sinh chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống ABS dẫn động khí nén” nhằm triển khai một số nội dung nghiên cứu của đề tài KC.03.05/11-15. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Hiện nay trong nƣớc có nhiều doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô sử dụng hệ thống phanh khí nén với sản lƣợng và chủng loại ngày càng tăng. Tuy nhiên đa số các chủng loại ô tô này chƣa đƣợc trang bị ABS. Hệ thống ABS đang đƣợc nhập khẩu nguyên bộ nên phụ thuộc nhiều vào các hãng sản xuất ở nƣớc ngoài, làm tăng giá thành sản xuất. Do đó, việc nghiên cứu hệ thống phanh ABS khí nén để từng bƣớc nghiên cứu chế tạo, thay thế các cụm chi tiết trong hệ thống ABS của các hãng có ý nghĩa thực tiễn đối với ngành công nghiệp ô tô và công nghiệp phụ trợ trong nƣớc, giúp nâng cao chất lƣợng và khả năng cạnh tranh cho các sản phẩm ô tô chế tạo trong nƣớc. Luận án đã giải quyết đƣợc các vấn đề: Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén có ABS, đề xuất một thuật toán điều khiển hệ thống theo gia tốc góc bánh xe; Thông qua bƣớc mô phỏng hoạt động của hệ thống trên máy tính, luận án đánh giá đƣợc gần đúng đặc tính của hệ thống ABS khí nén trên một mẫu xe nghiên cứu, sơ bộ xác định đƣợc ngƣỡng giá trị gia tốc góc của bánh xe để điều khiển chuyển đổi giữa các pha tăng áp, giữ áp, giảm áp trong chu trình hoạt động của ABS; Nghiên cứu đặc tính của cảm biến đo vận tốc góc bánh xe lên ô tô, từ đó xác định đƣợc gia tốc góc của bánh xe; Nghiên cứu thực nghiệm nhằm hiệu chỉnh giá trị ngƣỡng gia tốc góc điều khiển. Đây là các vấn đề có tính khoa học, là cơ sở cho các nghiên cứu hoàn thiện tiếp theo của hệ thống ABS khí nén. Kết quả nghiên cứu của luận án đƣợc đề tài KC.03.05/11-15 ứng dụng vào sản xuất thử nghiệm bộ điều khiển điện tử ABS cho hệ thống phanh khí nén trên xe ô tô tải. Kết quả thử nghiệm cho thấy hệ thống ABS hoạt động ổn định, hiệu quả phanh của ô tô trong trƣờng hợp có ABS đƣợc cải thiện so với trƣờng hợp không có ABS. -2- Nội dung và bố cục của luận án Ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án đƣợc trình bày trong bốn chƣơng và sáu phụ lục: CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: Trình bày tổng hợp kết quả nghiên cứu về điều khiển hệ thống ABS khí nén trên thế giới và trong nƣớc; qua đó tìm ra những vấn đề còn tồn tại trong các công trình nghiên cứu tại Việt Nam để xác định nội dung và mục tiêu luận án cần thực hiện. CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Trình bày nghiên cứu cơ sở lý thuyết điều khiển của hệ thống ABS, nghiên cứu và mô hình hóa chuyển động của ô tô trong quá trình phanh; nghiên cứu và mô hình hóa hoạt động của hệ thống phanh khí nén trên xe nghiên cứu. CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN: Trình bày nghiên cứu, đề xuất phƣơng pháp và thuật toán điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS, nghiên cứu và mô hình hóa hoạt động của hệ thống ABS làm cơ sở cho nghiên cứu xác định giá trị ngƣỡng điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS bằng phƣơng pháp mô phỏng trên máy tính. CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM: Trình bày nghiên cứu thực nghiệm xác định giá trị ngƣỡng điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS kết quả thử nghiệm đánh giá hiệu quả phanh của hệ thống ABS trên xe nghiên cứu. Phần kết luận và kiến nghị: Đánh giá kết quả nghiên cứu của luận án, đề xuất hƣớng phát triển của các công trình nghiên cứu tiếp theo để từng bƣớc hoàn thiện hệ thống phanh ABS khí nén. Các kết quả nghiên cứu mới của luận án Luận án đạt đƣợc các kết quả nghiên cứu mới sau:  Xác định đƣợc khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khí nén có ABS trên xe nghiên cứu;  Xây dựng đƣợc mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén có ABS trên ô tô tải cỡ trung bình;  Đề xuất đƣợc phƣơng pháp điều khiển và một thuật toán điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS; -3-  Xác định đƣợc bộ giá trị ngƣỡng gia tốc góc bánh xe dùng để điều khiển chuyển pha làm việc của các van chấp hành ABS trong quá trình ABS khí nén hoạt động. Equation Chapter (Next) Section 1 -4- CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Hệ thống phanh trên ô tô ngày càng phát triển hoàn thiện về kết cấu và quá trình điều khiển, nâng cao tính năng an toàn cho xe ô tô. Nhiều thành tựu khoa học, công nghệ đƣợc ứng dụng ngày càng phổ biến trên ô tô nói chung và hệ thống phanh nói riêng. Trên cơ sở phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam, luận án đề xuất các nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu. 1.1. Hệ thống phanh ABS khí nén trên xe ô tô ABS (Anti-lock Braking System) là hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh. ABS điều khiển áp suất phanh để duy trì lực bám dọc và bám ngang của bánh xe với mặt đƣờng ở mức cao, nhờ đó nâng cao tính ổn định hƣớng chuyển động của ô tô khi phanh, duy trì khả năng dẫn hƣớng và giảm quãng đƣờng phanh [69]. Trong trƣờng hợp phanh trên đƣờng khô và với vận tốc cao (trên 35 km/h), quãng đƣờng phanh khi có ABS ngắn hơn khi không có ABS. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp phanh từ vận tốc thấp hơn, phanh trên đƣờng trơn trƣợt, quãng đƣờng phanh khi có ABS có thể dài hơn khi không có ABS [59]. Hiệu quả của ABS khi phanh ở vận tốc thấp không cao nên hệ thống ABS không đƣợc kích hoạt. Giới hạn vận tốc của ô tô trƣớc khi phanh để kích hoạt hệ thống ABS khác nhau theo từng loại xe và theo nhà sản xuất ABS. Hệ thống ABS lắp trên xe tải rơ moóc hoặc sơ mi rơ moóc giúp hạn chế đƣợc nguy cơ đầu kéo bị quay ngƣợc (jackknifing) khi phanh gấp, nâng cao tính an toàn cho ô tô. Hơn nữa, các bánh xe không bị trƣợt lết trong quá trình phanh nên hạn chế đƣợc tốc độ mài mòn của lốp xe [69]. So với hệ thống phanh thủy lực có ABS, hệ thống phanh ABS khí nén có tần số làm việc thấp hơn do quá trình biến đổi áp suất khí nén trong bầu phanh chậm hơn nhiều so với quá trình biến đổi áp suất dầu trong hệ thống phanh thủy lực. Theo công bố của hãng Wabco [67], [68], [69], tần số hoạt động của hệ thống ABS khí nén do hãng chế tạo nằm trong khoảng từ 3 đến 5 Hz. Hiện nay hệ thống phanh ABS sử dụng cảm biến để xác định tình trạng lăn của bánh xe, từ đó đƣa ra tín hiệu điều khiển van chấp hành ABS theo thuật toán đã đƣợc định trƣớc. Một số hệ thống hiện đại còn tích hợp thêm cảm biến đo gia tốc dài của thân xe để gia tăng hiệu quả điều khiển quá trình phanh. Dựa trên cấu trúc của hệ thống ABS cơ bản, các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều hệ thống điều khiển khác nhằm nâng cao tính năng ổn định và an toàn nhƣ hệ thống tự động điều khiển lực kéo (ATC - Automatic Traction -5- Control); Hệ thống điều khiển cân bằng điện tử (ESC - Electronic Stability Control) … [48], [49]. Trên thế giới, ABS liên tục đƣợc nghiên cứu và phát triển nên hiệu quả của hệ thống ngày càng cao. Ban đầu, hệ thống ABS khí nén lắp đặt trên xe tải nhƣ một lựa chọn thêm cho sự an toàn, nhƣng với sự hiệu quả vƣợt trội của nó nên từ năm 1991, các nƣớc Châu Âu đã bắt buộc các hãng phải lắp ABS lên xe tải hạng nặng, đến năm 1998 tiếp tục áp dụng bắt buộc trên các loại xe tải hạng nhẹ [49]. Hiện nay, ABS đƣợc lắp đặt rộng rãi trên hầu hết các loại xe, kể cả máy kéo nông nghiệp nhƣ một tiêu chuẩn an toàn [36]. Trong nƣớc hiện nay có nhiều doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô sử dụng hệ thống phanh khí nén nhƣ Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp (VEAM), Công ty Cổ phần ô tô Trƣờng Hải, Công ty cổ phẩn ô tô TMT, Công ty TNHH ô tô Chiến thắng, Vinaxuki …. Sản phẩm ô tô của các doanh nghiệp ô tô trong nƣớc rất đa dạng, từ xe tải trọng nhỏ đến các xe tải trọng lớn, từ xe con đến xe khách, xe buýt. Trong đó, các xe tải cỡ trung bình trở lên và xe khách, xe buýt đƣợc trang bị hệ thống phanh khí nén. Số lƣợng xe sử dụng hệ thống phanh khí nén khá lớn và ngày càng tăng. Tuy nhiên, chỉ có một số ít loại xe có trang bị hệ thống phanh khí nén có ABS, còn đa số các dòng còn lại không có ABS. ABS khí nén là hệ thống phức tạp, chủ yếu đƣợc nhập khẩu nguyên bộ từ các hãng nhƣ Wabco, Bendix … nên giá thành của ô tô sản xuất, lắp ráp trong nƣớc có ABS bị tăng cao. Với xu hƣớng nâng cao tính năng an toàn cho xe, gia tăng tỉ lệ nội địa hóa sản phẩm, giảm giá thành sản xuất, các nhà sản xuất buộc phải nghiên cứu, hoàn thiện sản phẩm để từng bƣớc làm chủ các công nghệ, quy trình công nghệ sản xuất. 1.2. Lịch sử phát triển hệ thống ABS khí nén Quá trình phát triển hệ thống phanh ABS đã trải qua thời gian rất dài với nhiều thành tựu đáng kể. Các nhà sản xuất dần chuyển sang nghiên cứu chuyên sâu về từng loại phanh. Có thể kể đến hãng Bosch rất nổi tiếng với sản phẩm ABS cho hệ thống phanh thủy lực, hãng Wabco và Bendix chiếm thị phần lớn trên thị trƣờng ABS dùng cho hệ thống phanh khí nén. Hai hãng này có quá trình nghiên cứu, phát triển sản phẩm gần giống nhau. Luận án trích dẫn một số sự kiện quan trọng của hãng Wabco [67], đại diện cho sự phát triển của hệ thống ABS khí nén trên ô tô. Năm 1969: Sau thời gian dài nghiên cứu, hệ thống phanh phanh ABS khí nén đầu tiên đƣợc công bố tại triển lãm Ô tô IAA. -6- Năm 1974: Hãng WABCO và Mercedes-Benz chính thức ký kết thỏa thuận hợp tác nhằm thúc đẩy phát triển hệ thống và thực hiện các thử nghiệm trên xe. Năm 1975: WABCO bắt đầu phát triển hệ thống điều khiển điện tử của riêng mình dựa trên việc xử lý tín hiệu tƣơng tự (Analog). WABCO đã hợp tác với các hãng khác để mở rộng sản xuất. Năm 1980: Giới thiệu thiết bị điện tử đƣợc số hóa hoàn toàn. Máy vi tính là bộ xử lý trung tâm. Thử nghiệm cuối cùng đƣợc thực hiện vào mùa đông năm 1980 tại Lapland với sự có mặt cùa nhiều chuyên gia từ nhiều nƣớc trên thế giới. Sau đó bộ điều khiển điện tử hệ thống phanh này đƣợc sử dụng trên các xe thƣơng mại. Năm 1981, hãng Mercedes-Benz và các hãng khác đã phát triển hệ thống ABS của WABCO. Dòng sản phẩm thuộc thế hệ A gồm hệ thống điều khiển 2 kênh và điều khiển 4 kênh. Năm 1986, hãng WABCO giới thiệu hệ thống chống trƣợt quay (qua hệ thống kiểm soát lực kéo) với bộ điều khiển điện tử thế hệ B gồm 6 kênh điều khiển ABS. Năm 1989, hãng WABCO giới thiệu cơ cấu chấp hành ABS dành cho moóc kéo, kèm theo bộ chẩn đoán lỗi theo tiêu chuẩn ISO. Năm 1990, hãng WABCO giới thiệu bộ điều khiển ABS/ASR thế hệ C, với bộ chẩn đoán lỗi và các chức năng bổ sung đi kèm. Tháng 10 năm 1991, Các nƣớc Châu Âu (EC) bắt buộc phải lắp đặt hệ thống phanh ABS trên các xe tải hạng nặng. Năm 1996, hãng WABCO giới thiệu hệ thống hệ thống ABS thế hệ D dành cho xe kéo moóc và giới thiệu hệ thống điều khiển điện tử cho hệ thống phanh EBS (Electronically controlled Braking System). Năm 1998, hệ thống EBS dành cho xe kéo moóc đƣợc hoàn thiện và bắt đầu bắt buộc phải lắp đặt hệ thống ABS trên các xe tải hạng nhẹ hơn. Năm 2000, giới thiệu hệ thống ABS thế hệ E trên xe kéo moóc. Năm 2003, hệ thống ABS đƣợc phát triển thêm chức năng điều khiển ổn định chống lật – RSC (Roll Stability Control). Năm 2008, hệ thống ABS phiên bản E4 đƣợc phát triển. Đây là phiên bản có chức năng mở rộng thêm cho ABS nhƣ: Hệ thống điều khiển ổn định điện tử (ESC - Electronic -7-
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan