BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
======
======
LẠI NĂNG VŨ
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀUKHIỂN
QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Hà Nội - Năm 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
======
======
Lại Năng Vũ
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀUKHIỂN
QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ
Chuyên ngành : Kỹ thuật ô tô máy kéo
Mã số : 62 52 35 01
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Nguyễn Trọng Hoan
2. PGS.TS. Hồ Hữu Hải
Hà Nội - Năm 2012
2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi, đề tài được thực hiện
tại Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dưới
sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Trọng Hoan và PGS.TS. Hồ Hữu Hải.
Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa
từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác.
Tác giá luận án
Lại Năng Vũ
3
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu
tiên, Tác giả bày tỏ lòng biết ơn, sự kính trọng PGS.TS Nguyễn
Trọng Hoan, PGS.TS Hồ Hữu Hải – Viện Cơ khí động lực Trường Đại học Bách
khoa Hà Nội đã trực tiếp hướng dẫn, luận giải, tận tình giúp đỡ, dành nhiều thời
gian, công sức để luận án này được hoàn thành.
Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TSKH Phạm Văn Lang, các Thầy giáo,
Cô giáo thuộc Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
nói riêng và các Thầy giáo, các chuyên gia trong ngành Cơ khí động lực nói chung
và các đồng nghiệp đã dành nhiều trí tuệ, xem xét, đánh giá, góp ý kiến trong suốt
quá trình thực hiện luận án.
Tác giả xin chân thành cảm ơn: Viện Cơ giới quân sự/TCKT/BQP, Khoa Vũ
khí/HVKTQS, Xưởng SC ô tô Năm Tám, Tổng công ty ASC, Trường Cao đẳng
CN&KT ô tô/TCKT/BQP; cảm ơn Thầy giáo TS Nguyễn Quốc Cường Trường
ĐHBK Hà Nội và các sinh viên K49, K51, K52, K53 thuộc Bộ môn Ô tô và xe
chuyên dụng/Viện Cơ khí động lực đã giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu thực
nghiệm.
Xin chân thành cảm ơn Viện đào tạo sau đại học Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội; Lãnh đạo, chỉ huy Cục Xe-Máy/BQP, tập thể cán bộ Phòng Quân huấn/Cục
Xe-Máy luôn động viên, tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi giúp Tác giả vượt
qua những khó khăn trong thời gian nghiên cứu.
Vô cùng biết ơn các thành viên trong gia đình đã dành mọi điều kiện tốt nhất
trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu.
I
MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................... I
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ........................................................ III
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................ V
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ................................................................ V
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ ............. 4
1.1 Tai nạn giao thông và các yếu tố ảnh hưởng ................................................... 4
1.2 Tình hình nghiên cứu trên thế giới .................................................................. 6
1.2.1 Sự phát triển của hệ thống phanh ô tô ............................................................. 6
1.2.2 Các công trình nghiên cứu về điều khiển quá trình phanh ............................ 11
1.3 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ................................................................. 15
1.4 Kết luận chương 1 ......................................................................................... 18
Chương 2 CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH PHANH ÔTÔ .............................. 19
2.1 Vấn đề điều khiển quá trình phanh ô tô ......................................................... 19
2.1.1 Sự lăn-bám-trượt của bánh xe với mặt đường khi phanh .............................. 19
2.1.2 Sự phân bố tải trọng của ô tô khi phanh ........................................................ 24
2.2 Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh .............................................. 26
2.2.1 Chu trình điều khiển ABS ............................................................................. 26
2.2.2 Quá trình điều khiển trong hệ thống ABS ..................................................... 27
2.2.3 Ứng dụng lô gic trong điều khiển ABS ......................................................... 29
2.2.4 Phương pháp điều khiển của ABS ................................................................. 32
2.3 Sự quay thân xe khi phanh ............................................................................ 35
2.4 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình phanh ......................................... 36
2.4.1 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh ............................................................ 36
2.4.2 Các chỉ tiêu đánh giá ổn định hướng ............................................................. 37
2.5 Kết luận chương 2 ......................................................................................... 38
Chương 3 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ ........................................................................ 39
3.1 Hệ thống ABS có xét đến ổn định hướng khi phanh ..................................... 39
3.2 Mô hình động lực học ô tô khi phanh ............................................................ 42
3.2.1 Các giả thiết xây dựng mô hình ..................................................................... 42
3.2.2 Mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô ..................................................... 43
3.2.3 Mô hình bánh xe ............................................................................................ 47
3.3 Mô hình hệ thống dẫn động phanh thủy lực .................................................. 53
3.3.1 Khối xy lanh phanh chính .............................................................................. 56
3.3.2 Khối van điều chỉnh áp suất .......................................................................... 58
3.3.3 Khối xy lanh công tác và cơ cấu phanh ......................................................... 60
3.4 Bộ điều khiển ABS có xét đến ổn định hướng .............................................. 62
II
3.4.1 Bộ suy luận theo lô gic mờ ............................................................................ 63
3.4.2 Bộ điều khiển điện tử ABS ............................................................................ 67
3.5 Mô phỏng hệ thống điều khiển quá trình phanh ô tô ..................................... 70
3.5.1 Mô phỏng đánh giá hoạt động của hệ thống điều khiển phanh ..................... 71
3.5.2 Mô phỏng đánh giá chất lượng phanh ........................................................... 75
3.5.3 Mô phỏng xác định giá trị ngưỡng gia tốc góc bánh xe ................................ 79
3.6 Kết luận chương 3 ......................................................................................... 82
Chương 4 THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ
HỆ THỐNG PHANH ABS ........................................................................... 83
4.1 Cơ sở thiết kế bộ ECU-ABS .......................................................................... 83
4.1.1 Cảm biến vận tốc góc bánh xe ....................................................................... 84
4.1.2 Cụm rơ le điều khiển ..................................................................................... 85
4.1.3 Cụm van thủy lực .......................................................................................... 86
4.1.4 Bộ điều khiển điện tử (ECU-ABS) ................................................................ 87
4.2 Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển (ECU-ABS) ................................................. 88
4.2.1 Cấu trúc ECU-ABS ....................................................................................... 88
4.2.2 Thiết kế các mô đun trong bộ điều khiển điện tử .......................................... 89
4.2.3 Thuật toán điều khiển .................................................................................... 92
4.2.4 Chế tạo bộ ECU-ABS .................................................................................... 94
4.3 Thử nghiệm đánh giá chất lượng bộ ECU-ABS chế tạo ............................... 95
4.3.1 Đối tượng, mục đích và phương pháp thử nghiệm ........................................ 95
4.3.2 Thiết bị thử nghiệm ....................................................................................... 96
4.3.3 Thử nghiệm đo vận tốc góc và gia tốc góc .................................................. 100
4.3.4 Xác định tần số biến đổi vận tốc bánh xe bằng hình ảnh ............................ 103
4.4 Thử nghiệm đánh giá chất lượng quá trình phanh ....................................... 104
4.4.1 Mục đích và phương pháp ........................................................................... 104
4.4.2 Thiết bị thử nghiệm ..................................................................................... 105
4.4.3 Quy trình thử nghiệm .................................................................................. 107
4.4.4 So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm ................................... 110
4.5 Kết luận chương 4 ....................................................................................... 112
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 113
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 114
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................................. 118
III
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
1. Ký hiệu bằng chữ cái La tinh
Ký hiệu
Giải thích
a
Khoảng cách từ tâm cầu trước đến trọng tâm
b
Khoảng cách từ tâm cầu sau đến trọng tâm
B
Chiều rộng cơ sở của xe
L
Chiều dài cơ sở của xe
h
g
Chiều cao trọng tâm của xe
b
r
Bán kính làm việc của bánh xe
F
A
Diện tích tiết diện trước của ô tô
d
C
Hệ số cản không khí
v
Vận tốc dọc của xe
,,,
fl fr rl rr
vv vv
Vận tốc dọc bánh xe trước trái, trước phải, sau trái, sau
phải
u
Vận tốc ngang của xe
r
Vận tốc quay thân xe theo trục thẳng đứng
m
Khối lượng của xe
g
Gia tốc trọng trường
p
j
Gia tốc chậm dần cực đại
x
a
Gia tốc chuyển động dọc
y
a
Gia tốc chuyển động bên
z
I
Mô men quán tính ô tô quanh trục thẳng đứng
w
I
Mô men quán tính bánh xe
k
M
Mô men kéo
b
M
Mô men phanh bánh xe
z
M
Mô men quay thân xe quanh trục thẳng đứng
Z
i
Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe
F
z
Phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe
,
rfl rfr
FF
Phản lực mặt đường bánh xe trước bên trái, bên phải
,
zrl zrr
FF
Phản lực mặt đường bánh xe sau bên trái, bên phải
x
F
Lực dọc
,
xfl xfr
FF
Lực dọc bánh xe trước bên trái, bên phải
,
xrl xrr
FF
Lực dọc bánh xe sau bên trái, bên phải
y
F
Lực bên
IV
,
yfl yfr
FF
Lực bên bánh xe trước bên trái, bên phải
,
yrl yrr
FF
Lực bên bánh xe sau bên trái, bên phải
a
F
Lực cản không khí
P
ϕ
Lực bám
,
,,
fl fr rl rr
pp p p
Áp suất phanh tương ứng bánh xe trước trái, trước phải,
sau trái, sau phải
,
fr
CC
αα
Độ cứng bên của lốp trước, lốp sau
,,,
fl fl rl r
KKKK
Hằng số phanh tương ứng với bánh xe trước trái, trước
phải, sau trái, sau phải
2. Ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp
Ký hiệu
Giải thích
Đơn vị
,
fl fr
αα
Góc lệch bên bánh xe trước trái, trước phải
rad
,
rl rr
αα
Góc lệch bên bánh xe sau trái, sau phải
rad
v
β
Góc quay vành lái
rad
β
Góc quay bánh xe dẫn hướng
rad
ε
Góc quay thân xe
rad
γ
Góc lệch thân xe
rad
δ
Hệ số tính đến ảnh hưởng các khối lượng quay
,,
xy
ϕϕ ϕ
Hệ số bám, hệ số bám dọc, hệ số bám ngang
,,
xy
λλ λ
Độ trượt, độ trượt dọc, độ trượt ngang
ρ
Mật độ không khí
kg/m
3
ω
Vận tốc góc bánh xe
rad/s
ω
Gia tốc góc bánh xe
rad/s
2
1
ω
Ngưỡng gia tốc giảm áp
rad/s
2
2
ω
Ngưỡng gia tốc giữ áp
rad/s
2
3
ω
Ngưỡng gia tốc tăng áp
rad/s
2
3. Các chữ viết tắt
Ký hiệu
Giải thích
ABS
Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe khi phanh (Anti-lock
Braking Systems)
ABS-SC
Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe khi phanh có xét đến ổn
V
định hướng
AYC
Hệ thống điều khiển góc hướng chủ động (Active Yaw Control)
EBD
Hệ thống phân bố lực phanh điện tử (Electronic Brake force
Distribution)
ECU
Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit)
ESP
Hệ thống ổn định xe bằng điện tử (Electronic Stability Program)
FLC
Điều khiển lôgic mờ (Fuzzy Logic Controller)
TCS
Hệ thống điều khiển lực kéo (Traction control system)
YSC
Hệ thống điều khiển ổn định góc hướng (Yaw Stability Control)
VSC
Hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Vehicle Stability Control)
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Quan hệ mệnh đề hợp thành với mệnh đề điều kiện và mệnh đề kết
luận trong lô gic truyền thống .............................................................. 30
Bảng 2.2 Bảng luật suy luận mờ .......................................................................... 31
Bảng 3.1 Hệ số theo công thức Burckhardt của một số loại đường [53] ............ 50
Bảng 3.2 Các luật hợp thành của bộ suy luận mờ ............................................... 66
Bảng 3.3 So sánh chỉ tiêu hiệu quả phanh ô tô trên đường khô và đường ướt
khi không có và có hệ thống ABS ........................................................ 77
Bảng 3.4 So sánh chỉ tiêu hiệu quả phanh ô tô trên đường nửa khô, nửa ướt
khi không có ABS, có ABS và có ABS-SC ......................................... 78
Bảng 3.5 Kết quả xác định giá trị ngưỡng gia tốc bằng mô phỏng .................... 82
Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật cơ bản của bộ chuyển đổi hiển thị vận tốc góc và
gia tốc góc bánh xe ............................................................................... 96
Bảng 4.2 Trình tự thí nghiệm xác định gia tốc góc bánh xe .............................. 100
Bảng 4.3 Trình tự thí nghiệm chụp ảnh biến đổi vận tốc bánh xe khi phanh .... 104
Bảng 4.4 Quy trình thử nghiệm đánh giá chất lượng quá trình phanh .............. 107
Bảng 4.5 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình phanh .............................. 110
Bảng 4.6 So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thử nghiệm ........................... 111
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Tiến trình phát triển của hệ thống phanh ô tô ....................................... 6
Hình 2.1 Đặc tính trượt lý tưởng ......................................................................... 20
Hình 2.2 Quá trình phanh theo đặc tính trượt lý tưởng ....................................... 20
VI
Hình 2.3 Sự biến đổi hệ số bám dọc và hệ số bám ngang theo độ trượt ............. 22
Hình 2.4 Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt của một số loại đường ................ 23
Hình 2.5 Mối quan hệ giữa
x
ϕ
và
λ
với các loại lốp ........................................ 23
Hình 2.6 Mối quan hệ
,
xy
ϕϕ
với
λ
ứng với góc lệch bên
i
α
.......................... 24
Hình 2.7 Sơ đồ điều khiển hệ thống ABS ........................................................... 26
Hình 2.8 Sự thay đổi của mô men phanh
b
M
(a), áp suất dẫn động phanh (p)
và gia tốc góc (
ω
) của bánh xe khi phanh có ABS ............................. 28
Hình 2.9 Hàm thuộc các biến đầu vào và biến đầu ra của bộ suy luận mờ ........ 32
Hình 2.10 Sơ đồ thuật toán điều khiển theo độ trượt ............................................ 33
Hình 2.11 Sơ đồ thuật toán điều khiển theo gia tốc góc bánh xe .......................... 34
Hình 2.12 Điều khiển chống sự quay thân xe khi phanh ...................................... 35
Hình 2.13 Góc lệch của ô tô khi phanh (a) và độ lệch của ô tô khi phanh (b) ...... 37
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống phanh ABS -SC ........................................................... 40
Hình 3.2 Mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển phanh ABS-SC .................... 41
Hình 3.3 Hệ tọa độ nghiên cứu chuyển động ô tô khi phanh .............................. 42
Hình 3.4 Mô hình động lực học ô tô trong không gian ....................................... 44
Hình 3.5 Mô hình mô phỏng chuyển động thân ô tô khi phanh ......................... 46
Hình 3.6 Các lực tác dụng lên bánh xe khi phanh .............................................. 47
Hình 3.7 Mô hình mô phỏng lốp xe theo mô hình Burchardt ............................. 50
Hình 3.8 Quan hệ hệ số bám và độ trượt xây dựng theo mô hình Burchardt
với hệ số bám lớn nhất là 0,7 và 0,5 .................................................... 51
Hình 3.9 Quan hệ hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt dọc ............................ 51
Hình 3.10 Mô hình mô phỏng động lực học của bánh xe ..................................... 52
Hình 3.11 Mô hình mô phỏng chuyển động ô tô khi phanh ................................. 53
Hình 3.12 Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh thủy lực có ABS ............................... 54
Hình 3.13 Mô hình mô phỏng hệ thống dẫn động phanh thủy lực có ABS .......... 56
Hình 3.14 Mô hình xy lanh phanh chính............................................................... 56
Hình 3.15 Mô hình mô phỏng xy lanh phanh chính ............................................. 57
Hình 3.16 Mô hình mô phỏng cụm van điều chỉnh áp suất 1 ............................... 59
Hình 3.17 Mô hình mô phỏng cụm van điều chỉnh áp suất 2 ............................... 60
Hình 3.18 Mô hình mô phỏng xy lanh công tác và cơ cấu phanh ......................... 61
Hình 3.19 Sơ đồ thuật toán của hệ thống phanh ABS-SC .................................... 62
Hình 3.20 Mô hình mô phỏng bộ điều khiển ABS-SC ......................................... 63
Hình 3.21 Bộ suy luận theo lôgic mờ .................................................................... 65
Hình 3.22 Hàm liên thuộc của tín hiệu đầu vào
r
e
............................................... 65
Hình 3.23 Hàm liên thuộc của tín hiệu đầu vào
r
e
............................................... 66
Hình 3.24 Hàm liên thuộc của tín hiệu đầu ra
K
................................................. 66
Hình 3.25 Quan hệ giữa biến đầu ra với các biến đầu vào của bộ suy luận mờ ... 67
VII
Hình 3.26 Mô hình mô phỏng bộ điều khiển ECU-ABS ...................................... 70
Hình 3.27 Vận tốc góc bánh xe khi phanh trên đường khô ở v
0
=40km/h ............ 71
Hình 3.28 Vận tốc góc bánh xe khi phanh trên đường ướt ở v
0
=40km/h ............. 72
Hình 3.29 Vận tốc góc bánh xe khi phanh trên đường nửa khô, nửa ướt ở
v
0
=40km/h ............................................................................................ 72
Hình 3.30 Độ trượt dọc của bánh xe khi phanh trên đường khô ở v
0
=40km/h ..... 73
Hình 3.31 Độ trượt dọc của bánh xe khi phanh trên đường ướt ở v
0
=40km/h ..... 73
Hình 3.32 Độ trượt dọc của bánh xe khi phanh trên đường nửa khô, nửa ướt ở
v
0
=40km/h ............................................................................................ 74
Hình 3.33 Hiệu quả phanh trên đường khô ở v
0
=40km/h ..................................... 76
Hình 3.34 Hiệu quả phanh trên đường ướt ở v
0
=40km/h ...................................... 76
Hình 3.35 Hiệu quả phanh trên đường nửa khô, nửa ướt ở v
0
=40km/h ................ 77
Hình 3.36 Biến đổi gia tốc góc các bánh xe ở v
0
=40km/h, ϕ
max
=0,4 ................... 81
Hình 3.37 Quan hệ ngưỡng gia tốc theo hệ số bám (a) và vận tốc phanh (b) ....... 81
Hình 3.38 Mật độ phân bố chuẩn giá trị ngưỡng gia tốc ...................................... 81
Hình 4.1 Cấu tạo và bố trí của cảm biến đo vận tốc góc bánh xe ....................... 84
Hình 4.2 Sơ đồ mạch điện van điện từ bộ chấp hành trên xe ............................. 86
Hình 4.3 Sơ đồ tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc góc bánh xe ............................. 88
Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc ECU-ABS chế tạo ........................................................ 88
Hình 4.5 Sơ đồ nguyên lý mô đun chuẩn hóa xung ............................................ 89
Hình 4.6 Khối cấp nguồn cho mạch điều khiển .................................................. 90
Hình 4.7 Sơ đồ mạch điều khiển rơ le bơm dầu và van điện từ bộ chấp hành ... 91
Hình 4.8 Khối vi điều khiển ................................................................................ 92
Hình 4.9 Sơ đồ thuật toán điều khiển của ECU-ABS ......................................... 93
Hình 4.10 Bộ điều khiển điện tử ECU-ABS ......................................................... 95
Hình 4.11 Bộ chuyển đổi, hiển thị vận tốc góc và gia tốc góc bánh xe ................ 97
Hình 4.12 Giao diện phần mềm hiển thị kết quả đo ............................................. 98
Hình 4.13 Kết nối bộ chuyển đổi, hiển thị vận tốc góc và gia tốc góc bánh xe .... 98
Hình 4.14 Camera tốc độ cao FASTCAM SA1.1 675K-C1 ................................. 99
Hình 4.15 Sơ đồ cổng kết nối thiết bị ................................................................. 100
Hình 4.16 Vận tốc và gia tốc góc các bánh xe khi phanh xe không có ABS
trên đường khô ở vận tốc v
0
=40km/h ................................................ 101
Hình 4.17 Vận tốc và gia tốc góc các bánh xe khi phanh xe có ECU- ABS
nhập ngoại trên đường khô ở vận tốc v
0
=40km/h .............................. 101
Hình 4.18 Vận tốc và gia tốc góc các bánh xe khi phanh xe có ECU- ABS chế
tạo trên đường khô ở vận tốc v
0
=40km/h ........................................... 102
Hình 4.19 Vận tốc và gia tốc góc các bánh xe khi phanh xe không có ABS
trên đường ướt ở vận tốc v
0
=40km/h ................................................. 102
VIII
Hình 4.20 Vận tốc và gia tốc góc các bánh xe khi phanh xe có ECU- ABS
nhập ngoại trên đường ướt ở vận tốc v
0
=40km/h .............................. 102
Hình 4.21 Vận tốc và gia tốc góc các bánh xe khi phanh xe có ECU- ABS chế
tạo trên đường ướt ở vận tốc v
0
=40km/h ........................................... 103
Hình 4.22 Thiết bị DEWETRON - 5000 ............................................................ 105
Hình 4.23 Vị trí lắp cảm biến S400 và cảm biến đo lực bàn đạp phanh ............. 106
Hình 4.24 Sơ đồ đấu nối thiết bị và các cảm biến ............................................... 106
Hình 4.25 Kết quả thử nghiệm phanh ở v=40km/h đường khô ......................... 109
Hình 4.26 Kết quả thử nghiệm phanh ở v=40km/h đường ướt .......................... 109
Hình 4.27
So sánh vận tốc và quãng đường phanh trên đường khô ở v
0
=40km/h
khi không có ABS (a) và có ABS sử dụng ECU chế tạo (b)
............... 110
Hình 4.28
So sánh vận tốc và quãng đường phanh trên đường ướt ở v
0
=40km/h
khi không có ABS (a) và có ABS sử dụng ECU chế tạo (b)
................. 111
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong những năm gần đây, với sự tăng trưởng của nền kinh tế, giao thông
đường bộ Việt Nam đã phát triển trên nhiều lĩnh vực, trong đó phải kể đến sự gia
tăng nhanh chóng phương tiện ô tô cả về
số lượng, chủng loại. Tuy nhiên, khi mật
độ giao thông và vận tốc trung bình của ô tô khi tham gia giao thông tăng lên các
biện pháp bảo đảm an toàn giao thông càng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng.
Hệ thống phanh giữ một vai tr
ò quan trọng đảm bảo an toàn khi chuyển động
của ô tô, có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo đảm an toàn cho người, phương tiện
khi tham gia giao thông nhất là khi ô tô chuyển động trên các mặt đường xấu, ướt
với vận tốc cao, phanh khẩn cấp. Để
quá trình phanh ô tô đạt hiệu quả cao và giữ ổn
định hướng chuyển động của ô tô khi phanh phụ thuộc rất nhiều vào điều khiển quá
trình phanh. Hiện nay, đa số các ô tô con sử dụng hệ thống phanh có khả năng tự
động điều chỉnh quá trình phanh và
trở thành tiêu chuẩn đánh giá chỉ tiêu yêu cầu
kỹ thuật và độ tin cậy của xe.
Trên thế giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu, ứng dụng nội dung này, tuy
nhiên các tài liệu, kết quả nghiên cứu là tư liệu riêng của h
ãng không được công bố
hoặc có công bố chỉ mang tính chất hướng dẫn sử dụng, có ý nghĩa về lý thuyết,
không thống nhất giữa các hãng. Trong hệ thống phanh tự điều khiển quá trình
phanh, giá thành bộ điều khiển điện tử (ECU) và bộ
chấp hành thủy lực chiếm
khoảng
(70 80)÷
% trị giá của toàn hệ thống. Theo thông tin từ các cơ sở sửa chữa ô
tô trên địa bàn Hà Nội tỷ lệ hư hỏng bộ điều khiển điện tử chiếm tỷ lệ cao, nhất là
các xe ô tô hoạt động ở khu vực địa bàn thường xuyên bị ngập
úng hay trong mùa
mưa bão, việc thay thế chủ yếu nhập khẩu đơn chiếc, giá thành cao. Do đó, việc
nghiên cứu, làm chủ kỹ thuật, công nghệ hiện đại trên ô tô nói chung, hệ thống điều
khiển quá trình phanh nói riêng để từng bước nghi
ên cứu chế tạo thay thế bộ điều
khiển điện tử của hệ thống phanh có ý nghĩa thực tiễn đối với ngành công nghiệp ô
tô nước ta, nhằm từng bước nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh cho các sản
phẩm ô tô chế tạo trong nước
.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên, nghiên cứu sinh chọn đề tài “Nghiên
cứu hệ thống điều khiển quá trình phanh ô tô”.
2
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu hệ thống điều khiển quá trình phanh ô tô, đề xuất cấu trúc và mô
phỏng bộ điều khiển chống hãm cứng bánh xe có xét đến ổn định hướng chuyển
động của xe khi phanh. Xây dựng thuật toán điều khiển
, thiết kế, chế tạo bộ điều
khiển điện tử cho hệ thống phanh dẫn động thủy lực có ABS trên ô tô con nhằm góp
phần từng bước làm chủ công nghệ, kỹ thuật hiện đại ngành công nghiệp ô tô tại
Việt Nam.
3. Đối tượng và phạm vi nghiê
n cứu
Đối tượng nghiên cứu: nghiên cứu bộ điều khiển điện tử hệ thống chống hãm
cứng bánh xe (ECU-ABS) của hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên ô tô con.
Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu điều khiển quá trình phanh xe ô tô con 5 chỗ
dẫn động phanh thủy lực có ABS, chưa kể đến kỹ thuật chẩn đoán và lưu lỗi hệ
thống.
4. Phương pháp nghiên cứu và sản phẩm
Phương pháp nghiên cứu: kết hợp nghiên cứu mô phỏng lý thuyết trên máy
tính và thực nghiệm trên ô
tô con.
Sản phẩm của đề tài: thuật toán điều khiển ECU-ABS, mô hình mô phỏng quá
trình phanh của hệ thống phanh ABS. Chế tạo, thử nghiệm ECU-ABS cho ô tô con
và bộ hiển thị vận tốc góc, gia tốc góc bánh xe khi phanh.
5. Ý nghĩa khoa học
và thực tiễn của đề tài
Động lực học phanh ô tô là quá trình vật lý phức tạp, việc nghiên cứu điều
khiển quá trình phanh ô tô là một nội dung quan trọng nâng cao an toàn chuyển
động của ô tô. Xây dựng mô hình mô phỏng điều khiển qu
á trình phanh của hệ
thống phanh ABS, kết quả nghiên cứu là cơ sở khảo sát điều khiển chống hãm cứng
bánh xe và ổn định hướng chuyển động của hệ thống phanh dẫn động thủy lực. Đề
xuất cấu trúc, thuật toán điều khiển, chế tạo ECU-ABS
của hệ thống phanh ABS ô
tô con và thử nghiệm trên xe thực là một sản phẩm cụ thể, góp phần từng bước nắm
bắt công nghệ, tiếp cận khoa học kỹ thuật hiện đại trên ô tô mang ý nghĩa thực tiễn
và có ý nghĩa khoa học. Bộ chuyển đổi, hiển
thị vận tốc góc và gia tốc bánh xe của
hệ thống phanh ABS có ý nghĩa thiết thực phục vụ học tập, nghiên cứu kiểm tra sự
làm việc của hệ thống phanh trên ô tô có hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi
phanh.
3
6. Bố cục của luận án
Luận án ngoài phần mở đầu và kết luận, gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về điều khiển điều khiển quá trình phanh ô tô. Trình
bày tổng quát kết quả nghiên cứu về điều khiển quá trình phanh ô tô trên thế giới v
à
trong nước, tìm hiểu kết quả của các công trình, đề tài nghiên cứu qua đó tìm ra
những vấn đề còn tồn tại trong các công trình nghiên cứu tại Việt Nam để xác định
nội dung nghiên cứu của luận án để đạt mục
tiêu đề ra.
Chương 2: Cơ sở điều khiển quá trình phanh ô tô. Nghiên cứu vấn đề điều
khiển quá trình phanh ô tô, tập trung làm rõ cơ sở lý thuyết điều khiển chống hãm
cứng bánh xe, sự quay thân xe khi phanh của hệ thống ABS và tiêu
chuẩn đánh giá
chất lượng quá trình phanh.
Chương 3: Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển quá trình phanh
ABS. Đề xuất cấu trúc, thuật toán điều khiển hệ thống phanh ABS có xét đến ổn
định hướng của xe khi phanh làm cơ sở x
ây dựng mô hình mô phỏng quá trình điều
khiển bằng công cụ Staflow phần mền Matlab Simulink. Nhằm đánh giá quá trình
điều khiển hệ thống chống hãm cứng bánh xe có xét đến ổn định hướng của xe khi
phanh (gọi tắt hệ thống ABS-SC), xác đ
ịnh sơ bộ giá trị ngưỡng gia tốc góc bánh xe
cho thuật toán điều khiển ECU-ABS chế tạo và mô phỏng khảo sát đánh giá chất
lượng quá trình phanh.
Chương 4: Thiết kế chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển điện tử hệ thống phanh
ABS. Đề xuất
thuật toán điều khiển, thiết kế, chế tạo 1 bộ ECU-ABS và thử nghiệm
trên ô tô thực để đánh giá chất lượng ECU-ABS chế tạo và đánh giá chất lượng quá
trình phanh khi ô tô không có hệ thống ABS, khi ô tô có hệ thống ABS sử dụng
ECU-ABS nhập ngoại
và ECU-ABS chế tạo.
Phần kết luận và kiến nghị: đánh giá kết quả nghiên cứu của luận án so với
mục tiêu đã xác định, đề xuất hướng phát triển của các công trình nghiên cứu tiếp
theo để từng bước hoàn thiện ECU-ABS với
các tính năng chẩn đoán, lưu lỗi phục
vụ cho ô tô sản xuất trong nước.
4
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ
Nghiên cứu điều khiển quá trình phanh ô tô nhằm nâng cao hiệu quả phanh và
ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh luôn là vấn đề được các nhà khoa
học quan tâm. Trên thế giới và
trong nước vấn đề này đã trở thành yêu cầu cấp thiết,
là một trong các biện pháp bảo đảm an toàn cho xe khi chuyển động và hạn chế tai
nạn giao thông do ô tô gây ra. Để đạt các chỉ tiêu hiệu quả, ổn định hướng chuyển
động của ô tô khi phanh hệ thống phanh trên ô tô ngày càng hoàn thiện. Sự phát
triển của khoa học, công nghệ kỹ thuật điện, điện tử và điều khiển tự động ngày
càng ứng dụng phổ biến trong công nghiệp 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 nhằm đề xuất nội dung nghiên cứu của luận án.
1.1 Tai nạn giao thông và các yếu tố ảnh hưởng
Trong những năm gần đây, với sự tăng trưởng của nền kinh tế, giao thông
đường bộ Việt Nam đã phát triển trên nhiều lĩnh vực, trong đó phải kể đến sự gia
tăng nhanh chóng phương tiện ô tô cả về số lượng, chủng loại. Theo thống kê của
cơ quan quản lý phương tiện
tính đến tháng 9/2011 toàn quốc có khoảng gần 2 triệu
ô tô, trên 33 triệu mô tô. Số lượng phương tiện tiếp tục tăng, 8 tháng năm 2011 đăng
ký mới gần 130 nghìn ô tô và 2 triệu mô tô; nếu chỉ tính riêng trong tháng 8/2011 có
gần 14 nghìn ô tô và trê
n 267 nghìn mô tô đã được đăng ký.
Đi đôi với sự gia tăng về phương tiện, nguy cơ mất an toàn giao thông đường
bộ cũng tăng lên, theo số liệu của Ủy ban An toàn giao thông quốc gia tổng hợp số
vụ mất an toàn giao thông
đường bộ xẩy ra 8 tháng năm 2011 là gần 8 nghìn 5 trăm
vụ, làm chết trên 7 nghìn người, bị thương gần 6 nghìn người; riêng trong tháng
8/2011 toàn quốc xẩy ra trên 1 nghìn vụ, làm chết gần 9 trăm người, bị thương trên
8 tr
ăm người.
Trên thế giới tai nạn giao thông cũng đang là vấn đề cấp bách, hàng năm tai
nạn giao thông làm chết trên dưới một triệu người, bị thương hàng trục triệu người.
Nếu chỉ tính năm 2002, tai nạn giao thô
ng làm chết gần 1,2 triệu người, bị thương
hơn 50 triệu người, trong đó nhiều người bị thương tật suốt đời.