Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu lý thuyết điều khiển hệ thống phanh và lực kéo trên xe hybrid

Khám phá luận văn thạc sĩ HCMUTE về lý thuyết điều khiển hệ thống kiểm soát lực kéo và phanh trên xe hybrid. Tìm hiểu công nghệ tiên tiến.

• Tác giả: Quãng Minh Đằng
• Người hướng dẫn: TS. Lâm Mai Long
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Lý Thuyết Về Việc Điều Khiển Hệ Thống Kiểm Soát Lực Kéo, Hệ Thống Điều Khiển Lực Phanh Trên Xe Hybrid
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.2.1. Khái quát về xe Hybrid
• 1.2.2. Các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài ở nước ngoài
• 1.2.3. Các công trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài trong nước
• 1.3. Mục đích của đề tài
• 1.4. Những nội dung cần giải quyết và những nét mới trong luận văn
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG PHANH ABS - HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LỰC KÉO ASR
• 2.1. Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh
• 2.2. Lực và moment tác dụng lên bánh xe khi phanh
• 2.3. Đặc tính trượt khi phanh
• 2.4. Hiện tượng trượt quay của bánh xe khi kéo
• 3. CHƯƠNG 3: LÝ THUYẾT KIỂM SOÁT LỰC KÉO ĐIỀU KHIỂN LỰC PHANH
• 3.1. Lý thuyết kiểm soát lực kéo
• 3.1.1. Khái niệm chung
• 3.1.2. Những yêu cầu đối với hệ thống ASR
• 3.1.3. Phương pháp điều chỉnh và tạo tín hiệu
• 3.1.4. Hệ thống điều khiển ASR với việc tác động vào động cơ
• 3.1.5. Hệ thống ASR có sự tác động của phanh
• 3.1.6. So sánh những ưu điểm và hạn chế của 2 phương pháp điều chỉnh trên
• 3.1.7. Nguyên tắc điều khiển ASR
• 3.2. Lý thuyết điều khiển lực phanh
• 3.2.1. Khái niệm chung
• 3.2.2. Những yêu cầu đối với hệ thống phanh ABS
• 3.2.3. Phương pháp điều chỉnh và tạo tín hiệu
• 3.2.4. Nguyên tắc điều khiển phanh ABS
• 3.2.5. Chu trình điều khiển của ABS
• 4. CHƯƠNG 4: NGUYÊN TẮC KIỂM SOÁT LỰC KÉO ĐIỀU KHIỂN LỰC PHANH TRÊN XE HYBRID
• 4.1. Nguyên lý điều khiển lực kéo trên xe Hybrid
• 4.1.1. Khái quát chung
• 4.1.2. Các trạng thái làm việc và điều khiển của xe Hybrid
• 4.1.2.1. Khởi động động cơ
• 4.1.2.2. Trong khi tăng tốc nhẹ bằng động cơ
• 4.1.2.3. Xe chạy ở tải thấp
• 4.1.2.4. Xe chạy ở chế độ giảm tốc
• 4.1.2.5. Chế độ lùi xe
• 4.3. Nguyên lý kiểm soát lực kéo trên xe Hybrid
• 4.4. Điều khiển ECU HV
• 4.5. Điều khiển lực kéo motor
• 4.5.1. Khái quát chung
• 4.5.2. Nguyên lý hoạt động
• 4.6. Nguyên lý điều khiển lực phanh trên xe Hybrid
• 4.6.1. Khái quát về hệ thống phanh trên xe Hybrid
• 4.6.2. Các tín hiệu điều khiển và quá trình điều khiển
• 5. CHƯƠNG 5: CƠ SỞ VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA PHANH TÁI SINH NĂNG LƯỢNG TRÊN XE HYBRID
• 5.1. Nguyên tắc cơ bản của phanh tái sinh
• 5.2. Sự tiêu thụ năng lượng trong lúc phanh, cơ sở lý thuyết của phanh tái sinh
• 5.2.1. Sự tiêu thụ năng lượng trong lúc phanh
• 5.2.2. Cơ sở lý thuyết của phanh tái sinh
• 5.3. Nguyên lý làm việc của phanh tái sinh trên xe Toyota Prius Hybrid
• 5.3.1. Cụm truyền động trên xe Toyota Prius Hybrid II
• 5.3.2. Nguyên lý làm việc phanh tái sinh trên xe Toyota Prius Hybrid II
• 5.3.3. Tính toán điện áp thu được khi phanh trên xe Toyota Prius Hybrid II
• 5.3.4. Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa vận tốc góc và cường độ dòng điện I khi sử dụng phanh tái sinh trên xe Hybrid
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• 6.1. Nhận xét về đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan

Nghiên cứu về hệ thống phanh và lực kéo trên xe hybrid là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô hiện đại. Công nghệ hybrid kết hợp giữa động cơ đốt trong và động cơ điện, giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Việc điều khiển hệ thống phanh và lực kéo không chỉ đảm bảo an toàn mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của xe. Các hệ thống như ASR (Anti Slip Regulation) và ABS (Anti-Lock Braking System) đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát lực kéo và lực phanh, giúp xe hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện khác nhau. Nghiên cứu này sẽ phân tích các nguyên lý hoạt động của các hệ thống này, từ đó đưa ra những giải pháp cải tiến nhằm tối ưu hóa hiệu suất và an toàn cho xe hybrid.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Sự phát triển của xe hybrid đã trở thành một xu hướng tất yếu trong bối cảnh ô nhiễm môi trường và cạn kiệt nguồn nhiên liệu. Việc nghiên cứu hệ thống phanh và lực kéo trên xe hybrid không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Các hệ thống như ASR và ABS cần được nghiên cứu kỹ lưỡng để đảm bảo hoạt động hiệu quả trong mọi tình huống. Đặc biệt, việc thu hồi năng lượng trong quá trình phanh tái sinh là một yếu tố quan trọng giúp tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu khí thải. Do đó, nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn cao trong ngành công nghiệp ô tô.

II. Cơ sở lý thuyết hệ thống phanh ABS hệ thống kiểm soát lực kéo ASR

Hệ thống phanh ABS và hệ thống kiểm soát lực kéo ASR là hai thành phần quan trọng trong việc điều khiển lực kéo và lực phanh trên xe hybrid. Hệ thống ABS giúp ngăn chặn hiện tượng bó cứng phanh, đảm bảo xe vẫn có thể điều khiển được trong quá trình phanh. Trong khi đó, hệ thống ASR giúp kiểm soát lực kéo, ngăn chặn hiện tượng trượt bánh xe. Cả hai hệ thống này đều hoạt động dựa trên các cảm biến và bộ điều khiển điện tử, cho phép điều chỉnh lực phanh và lực kéo một cách linh hoạt. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động của các hệ thống này sẽ giúp cải thiện hiệu suất và an toàn cho xe hybrid. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống phanh và lực kéo, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu hóa.

2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS

Hệ thống phanh ABS hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển điện tử, giúp ngăn chặn hiện tượng bó cứng phanh. Khi người lái đạp phanh, cảm biến sẽ theo dõi tốc độ quay của bánh xe. Nếu phát hiện bánh xe có dấu hiệu bó cứng, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh áp suất phanh để bánh xe không bị trượt. Điều này không chỉ giúp duy trì khả năng điều khiển xe mà còn giảm thiểu khoảng cách phanh. Hệ thống ABS là một phần không thể thiếu trong việc đảm bảo an toàn cho xe hybrid, đặc biệt trong các điều kiện đường trơn trượt.

III. Lý thuyết kiểm soát lực kéo điều khiển lực phanh

Lý thuyết kiểm soát lực kéo và điều khiển lực phanh trên xe hybrid là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Hệ thống ASR giúp kiểm soát lực kéo, đảm bảo bánh xe không bị trượt trong quá trình tăng tốc. Điều này đặc biệt quan trọng khi xe hoạt động trong điều kiện đường trơn trượt hoặc khi tăng tốc mạnh. Hệ thống điều khiển lực phanh cũng cần được tối ưu hóa để đảm bảo hiệu suất phanh tốt nhất. Nghiên cứu này sẽ phân tích các phương pháp điều chỉnh và tạo tín hiệu cho hệ thống ASR và ABS, từ đó đưa ra các giải pháp cải tiến nhằm nâng cao hiệu suất và an toàn cho xe hybrid.

3.1 Các yêu cầu đối với hệ thống ASR

Hệ thống ASR cần đáp ứng nhiều yêu cầu khác nhau để đảm bảo hiệu suất hoạt động. Đầu tiên, hệ thống phải có khả năng phát hiện nhanh chóng tình trạng trượt của bánh xe. Thứ hai, hệ thống cần điều chỉnh lực kéo một cách linh hoạt để đảm bảo xe không bị trượt. Cuối cùng, hệ thống ASR cũng cần phải hoạt động đồng bộ với hệ thống phanh ABS để đảm bảo an toàn tối đa cho người lái. Việc nghiên cứu và phát triển các yêu cầu này sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của xe hybrid.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp ô tô, ô tô Hybrid đã trở thành giải pháp ưu việt nhằm tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Theo báo cáo của ngành, ô tô Hybrid kết hợp hai nguồn năng lượng chính là động cơ đốt trong (ICE) và động cơ điện (motor MG2), giúp tối ưu hóa hiệu suất vận hành. Tuy nhiên, việc điều khiển hệ thống kiểm soát lực kéo (ASR) và hệ thống điều khiển lực phanh (ABS) trên xe Hybrid có những điểm khác biệt so với xe thông thường do sự phối hợp phức tạp giữa hai nguồn động lực này.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích và nghiên cứu lý thuyết về việc điều khiển hệ thống ASR và ABS trên xe Hybrid, đồng thời tính toán năng lượng thu hồi được từ phanh tái sinh trên xe Toyota Prius Hybrid. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào lý thuyết điều khiển lực kéo và lực phanh trên xe Hybrid, với các tính toán lý thuyết dựa trên mô hình xe Prius, bỏ qua các ảnh hưởng thực tế như trượt và biến dạng lốp.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiểu biết về nguyên lý hoạt động và điều khiển các hệ thống an toàn trên xe Hybrid, góp phần phát triển các giải pháp kỹ thuật nhằm tăng hiệu quả tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Kết quả nghiên cứu cũng mở ra hướng thiết kế hệ thống phanh tái sinh cơ khí có thể ứng dụng trên các loại xe thông thường tại Việt Nam, góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Lý thuyết hệ thống phanh ABS (Anti-Lock Braking System): Giải quyết hiện tượng bánh xe bị hãm cứng khi phanh, duy trì độ trượt tối ưu (khoảng 10-30%) để đạt lực phanh cực đại và đảm bảo ổn định chuyển động. Hệ thống ABS điều khiển áp suất dầu phanh thông qua các van điện tử dựa trên tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe.

• Lý thuyết hệ thống kiểm soát lực kéo ASR (Anti Slip Regulation): Ngăn ngừa hiện tượng bánh xe chủ động bị trượt quay khi tăng tốc trên mặt đường trơn trượt. ASR điều chỉnh moment động cơ và lực phanh để duy trì độ trượt bánh xe trong vùng tối ưu, đảm bảo lực kéo tối đa và ổn định hướng.

• Khái niệm về hệ số bám (φ): Bao gồm hệ số bám dọc (φx) và hệ số bám ngang (φy), phụ thuộc vào độ trượt bánh xe (λ), loại mặt đường, tải trọng và điều kiện vận hành. Đặc tính trượt mô tả mối quan hệ giữa φ và λ, với giá trị cực đại φx đạt tại λ từ 10% đến 30%.

• Nguyên lý phanh tái sinh (Regenerative Braking System - RBS): Thu hồi năng lượng trong quá trình phanh hoặc giảm tốc bằng cách chuyển đổi động năng thành điện năng lưu trữ trong accu, góp phần tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Luận văn sử dụng tài liệu tham khảo chuyên ngành, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về hệ thống phanh ABS, kiểm soát lực kéo ASR và công nghệ xe Hybrid, đặc biệt là mô hình xe Toyota Prius Hybrid.

• Phương pháp phân tích: Phân tích lý thuyết các nguyên lý điều khiển lực kéo và lực phanh trên xe Hybrid, mô hình hóa các trạng thái làm việc của cụm truyền động Hybrid, và tính toán lý thuyết năng lượng thu hồi từ phanh tái sinh.

• Phần mềm hỗ trợ: Sử dụng Matlab để mô phỏng và vẽ đồ thị mô tả đặc tính trượt, mối quan hệ giữa vận tốc góc và cường độ dòng điện trong phanh tái sinh, từ đó đánh giá hiệu quả thu hồi năng lượng.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2015 đến tháng 4 năm 2016, tập trung vào việc tổng hợp lý thuyết, phân tích mô hình và tính toán lý thuyết.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung vào mô hình xe Hybrid Prius làm đại diện cho xe Hybrid phổ biến, không thực hiện khảo sát thực nghiệm trên nhiều mẫu xe do phạm vi nghiên cứu lý thuyết.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Đặc tính trượt và hệ số bám trên xe Hybrid: Hệ số bám dọc φx đạt giá trị cực đại trong khoảng độ trượt λ từ 10% đến 30%, tương tự như xe thông thường. Tuy nhiên, trên xe Hybrid, sự phối hợp giữa động cơ đốt trong và motor điện ảnh hưởng đến việc điều chỉnh lực kéo và lực phanh, giúp duy trì độ trượt tối ưu hiệu quả hơn.

2. Hiệu quả của hệ thống ASR trên xe Hybrid: Hệ thống ASR kết hợp điều chỉnh moment động cơ và lực phanh giúp ngăn ngừa trượt quay bánh xe chủ động nhanh chóng, đảm bảo lực kéo tối đa và ổn định hướng. Ví dụ, trên xe Toyota Prius II, độ trượt các bánh xe khi vào cua với bán kính 28 m được tính toán nhỏ hơn 0.5%, cho thấy khả năng kiểm soát lực kéo hiệu quả.

3. Nguyên lý điều khiển lực phanh ABS trên xe Hybrid: Hệ thống ABS hoạt động theo chu trình điều khiển kín, điều chỉnh áp suất phanh dựa trên tín hiệu gia tốc bánh xe để duy trì độ trượt trong vùng tối ưu, tránh hiện tượng hãm cứng bánh xe. Chu kỳ điều khiển có thể lặp lại từ 4 đến 10 lần mỗi giây, đảm bảo phản ứng nhanh và ổn định.

4. Năng lượng thu hồi từ phanh tái sinh: Tính toán lý thuyết trên xe Toyota Prius cho thấy phanh tái sinh có thể thu hồi một phần đáng kể năng lượng trong quá trình giảm tốc, với điện áp thu được và cường độ dòng điện biến đổi theo vận tốc góc của motor MG2. Đồ thị mô tả mối quan hệ này cho thấy hiệu quả thu hồi năng lượng cao ở tốc độ từ 40 km/h đến 80 km/h.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phát hiện trên xuất phát từ cấu trúc đặc thù của xe Hybrid với hai nguồn năng lượng phối hợp linh hoạt, cho phép điều khiển lực kéo và lực phanh chính xác hơn so với xe truyền thống. Việc sử dụng hệ thống ASR và ABS tích hợp trên xe Hybrid không chỉ đảm bảo an toàn mà còn tối ưu hóa hiệu suất vận hành.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả phù hợp với xu hướng phát triển công nghệ xe Hybrid hiện đại, đồng thời bổ sung thêm các phân tích chi tiết về nguyên lý điều khiển và tính toán năng lượng phanh tái sinh. Việc mô phỏng bằng Matlab giúp minh họa rõ ràng các đặc tính trượt và hiệu quả thu hồi năng lượng, có thể trình bày qua các biểu đồ đặc tính trượt, đồ thị moment phanh và điện áp thu hồi.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc cung cấp cơ sở lý thuyết vững chắc cho việc thiết kế và phát triển hệ thống điều khiển lực kéo và lực phanh trên xe Hybrid, đồng thời mở rộng ứng dụng phanh tái sinh cho các loại xe thông thường nhằm giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm năng lượng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển hệ thống điều khiển lực kéo và lực phanh tích hợp trên xe Hybrid: Đề xuất thiết kế hệ thống điều khiển ECU có khả năng phối hợp linh hoạt giữa động cơ đốt trong và motor điện, nhằm duy trì độ trượt bánh xe trong vùng tối ưu (10-30%) để tăng hiệu quả lực kéo và phanh. Thời gian thực hiện: 1-2 năm; Chủ thể: các nhà sản xuất ô tô và viện nghiên cứu.

2. Ứng dụng phanh tái sinh cơ khí trên xe thông thường: Thiết kế và chế tạo hệ thống phanh tái sinh cơ khí dựa trên nguyên lý phanh tái sinh trên xe Hybrid, nhằm thu hồi năng lượng trong quá trình phanh, giảm tiêu hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường. Thời gian thực hiện: 2-3 năm; Chủ thể: các công ty công nghệ ô tô và trung tâm nghiên cứu.

3. Nâng cao độ chính xác của cảm biến và bộ điều khiển: Cải tiến các cảm biến tốc độ bánh xe và bộ xử lý tín hiệu trong ECU để tăng tốc độ phản hồi và độ chính xác trong điều khiển ASR và ABS, đặc biệt trong điều kiện mặt đường thay đổi nhanh. Thời gian thực hiện: 1 năm; Chủ thể: các nhà cung cấp linh kiện và viện nghiên cứu.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức kỹ thuật: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về công nghệ điều khiển lực kéo và lực phanh trên xe Hybrid cho kỹ sư và kỹ thuật viên trong ngành ô tô, nhằm nâng cao năng lực vận hành và bảo trì hệ thống. Thời gian thực hiện: liên tục; Chủ thể: các trường đại học và trung tâm đào tạo nghề.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và nhà thiết kế ô tô: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về điều khiển lực kéo và lực phanh trên xe Hybrid, giúp cải tiến thiết kế hệ thống truyền động và an toàn.

2. Nhà nghiên cứu và giảng viên đại học: Tài liệu tham khảo quý giá cho các nghiên cứu tiếp theo về công nghệ xe Hybrid, hệ thống phanh ABS, ASR và phanh tái sinh.

3. Các công ty sản xuất và sửa chữa ô tô: Hỗ trợ trong việc phát triển và bảo trì các hệ thống điều khiển lực kéo và lực phanh, nâng cao hiệu suất và an toàn cho xe Hybrid và xe thông thường.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các tiêu chuẩn kỹ thuật và chính sách khuyến khích sử dụng xe Hybrid, góp phần bảo vệ môi trường và tiết kiệm năng lượng.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống ASR hoạt động như thế nào trên xe Hybrid?
   ASR trên xe Hybrid điều chỉnh moment động cơ và lực phanh dựa trên tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe để ngăn ngừa trượt quay bánh xe chủ động, duy trì lực kéo tối ưu và ổn định hướng xe.

2. Tại sao hệ số bám dọc φx lại quan trọng trong điều khiển lực phanh?
   Hệ số bám dọc φx xác định lực phanh cực đại có thể sinh ra giữa bánh xe và mặt đường. Duy trì φx ở giá trị cực đại trong vùng độ trượt 10-30% giúp tối ưu hiệu quả phanh và đảm bảo an toàn.

3. Phanh tái sinh trên xe Hybrid có lợi ích gì?
   Phanh tái sinh thu hồi năng lượng trong quá trình giảm tốc, chuyển đổi thành điện năng lưu trữ trong accu, giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải khí nhà kính.

4. Làm thế nào để hệ thống ABS ngăn ngừa hiện tượng hãm cứng bánh xe?
   ABS điều chỉnh áp suất dầu phanh theo chu trình tăng, giữ và giảm áp suất dựa trên tín hiệu gia tốc bánh xe, duy trì độ trượt bánh xe trong vùng tối ưu để tránh hãm cứng.

5. Có thể ứng dụng công nghệ phanh tái sinh trên xe thông thường không?
   Có thể, bằng cách thiết kế hệ thống phanh tái sinh cơ khí dựa trên nguyên lý của xe Hybrid, giúp thu hồi năng lượng phanh và giảm tiêu hao nhiên liệu cho xe thông thường.

Kết luận

• Luận văn đã nghiên cứu và phân tích lý thuyết về điều khiển hệ thống kiểm soát lực kéo ASR và hệ thống điều khiển lực phanh ABS trên xe Hybrid, đặc biệt trên mô hình xe Toyota Prius.

• Đã làm rõ nguyên lý hoạt động, đặc tính trượt và vai trò của hệ số bám trong việc duy trì hiệu quả lực kéo và lực phanh.

• Tính toán lý thuyết năng lượng thu hồi từ phanh tái sinh cho thấy tiềm năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường.

• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho việc thiết kế hệ thống điều khiển và phanh tái sinh cơ khí ứng dụng rộng rãi.

• Đề xuất các giải pháp phát triển công nghệ và đào tạo kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả vận hành và an toàn cho xe Hybrid và xe thông thường.

Next steps: Tiến hành thiết kế thực nghiệm hệ thống điều khiển và phanh tái sinh cơ khí, đồng thời mở rộng nghiên cứu ứng dụng trên các mẫu xe khác.

Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp trong ngành ô tô nên hợp tác phát triển và ứng dụng các công nghệ này để thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Một vấn đề lớn cũng là bài toán quan trọng cần giải quyết đối với hoạt động của hệ thống phanh, đó là khi ô tô phanh gấp hay phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường trơn, đường đóng băng, tuyết thì dễ xảy ra hiện tượng các bánh xe sớm bị hãm cứng, tức là hiện tượng bánh xe bị trượt lết trên đường khi phanh. Khi đó quãng đường phanh sẽ kéo dài hơn, tức hiệu quả phanh thấp đi, đồng thời dẫn đến tình trạng mất ổn định và khả năng điều khiển của xe. Nếu các bánh xe trước sớm bị hãm cứng sẽ làm cho xe không thể chuyển hướng theo sự điều khiển được, nếu các bánh sau bị hãm cứng, do sự khác nhau về hệ số bám giữa bánh trái và phải và mặt đường nên làm cho đuôi xe bị lạng, trượt ngang và chuyển động lệch hướng so với lúc bắt đầu phanh. Trong trường hợp xe phanh khi đang quay vòng, hiện tượng trượt ngang của các bánh xe dễ dẫn đến các hiện tượng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất ổn định khi xe quay vòng.

Để giải quyết bài toán về vấn đề hiệu quả và tính ổn định khi phanh, phần lớn các ô tô hiện nay điều được trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh, tức chống hiện tượng trượt lết của bánh xe gọi là “ Anti-lock Braking System” và thường được gọi tắt là hệ thống phanh ABS. Hệ thống ABS hoạt động chống hãm cứng bánh xe khi phanh bằng cách điều khiển thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các xy lanh bánh xe để cho nó không bị hãm cứng khi phanh trên đường trơn hay khi phanh gấp, đảm bảo tính hiệu quả và tính ổn định trong quá trình phanh. Hệ số bám và lực bám có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô, nó có liên quan chặt chẽ đến tính chất động lực học của ô tô HVTH: Quãng Minh Đằng Trang 5 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lâm Mai Long đến hiệu quả phanh và độ ổn định khi phanh, tính năng dẫn hướng,… hệ thống ABS, ASR được thiết kế cũng dựa trên cơ sở phân tích và xử lý để đạt được các giá trị tối ưu này.2 Hệ số bám Bánh xe là phần tử đàn hồi kết nối giữa xe và mặt đường.

Nhờ có sự bám giữa xe và mặt đường mới có sự truyền động các moment kéo, moment phanh được tạo ra từ động cơ hay cơ cấu phanh đến mặt đường, giúp cho xe chuyển động hay dừng lại được. Sự bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bằng hệ số bám φ. Về cơ bản, có thể xem hệ số bám tương tự như hệ số ma sát giữa hai vật thể cơ học. Tuy nhiên do mối quan hệ truyền động giữa bánh xe và mặt đường là vấn đề rất phức tạp, vừa có tính chất của một ly hợp ma sát vừa theo nguyên lý ăn khớp thanh răng bánh răng, còn sự mấu bám của bề mặt gai lốp vào mặt đường.

Hệ số bám φ giữa bánh xe và mặt đường được chia làm hai thành phần: hệ số bám trong mặt phẳng dọc, tức là mặt phẳng chuyển động của ô tô được gọi là hệ số bám dọc φx. Ngoài ra còn hệ số bám trong mặt phẳng ngang vuông góc với mặt phẳng dọc và được gọi là hệ số bám ngang φy. Hệ số bám dọc φx được hiểu là tỷ số của lực phanh cực đại Fmax trên tải trọng Gb tác dụng lên bánh xe.1) 𝐺𝑏 Tương tự hệ số bám ngang φy được xác định theo biểu thức: 𝑌𝑚𝑎𝑥 φy= (2.2) 𝐺𝑏 Trong đó Ymax là lực ngang cực đại tác dụng lên bánh xe. HVTH: Quãng Minh Đằng Trang 6 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS.

Lâm Mai Long Thực nghiệm chứng tỏ hệ số bám φ phụ thuộc bởi nhiều yếu tố như: loại mặt đường và tình trạng mặt đường, kết cấu và nguyên liệu lốp, tải trọng tác dụng lên bánh xe, tốc độ chuyển động của xe, điều kiện nhiệt độ làm việc, độ trượt giữa bánh xe và mặt đường. Do đó, trong quá trình chuyển động của xe, giá trị hệ số bám φ là thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố kể trên. Đặc biệt là độ trượt giữa bánh xe và mặt đường ảnh hưởng rất nhiều đến hệ số bám. Khi tăng độ trượt (trượt lết hay trượt quay) của bánh xe thì hệ số bám lúc đầu tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị cực đại trong khoảng độ trượt 10 ÷ 30%.3 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh.1 Lực và moment tác dụng lên bánh xe khi phanh F F Hình 2.1 Sơ đồ lực và moment tác dụng lên ô tô khi phanh [1] Khi phanh, tại bánh xe xuất hiện các lực và moment sau: FP - Là lực đẩy từ khung xe truyền đến.

Gb - Tải trọng tác dụng lên bánh xe. Zb - Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe. Cơ cấu phanh sinh ra một moment ma sát gọi là moment phanh Mp nhằm hãm bánh xe lại; khi đó xe chuyển động với gia tốc chậm dần, do đó trên bánh xe sẽ có HVTH: Quãng Minh Đằng Trang 7 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lâm Mai Long moment quán tính Mjb tác dụng, moment này cùng với chiều chuyển động của bánh xe.

Ngoài ra còn có moment cản lăn Mf tác dụng, moment này ngược chiều chuyển động và có tác dụng hãm bánh xe lại. Tuy nhiên, thực nghiệm chứng tỏ rằng moment cản lăn trong trường hợp này có giá trị rất bé so với moment phanh, vì thế có thể bỏ qua. Xem như chỉ có moment phanh dùng để cản lại moment quán tính. Lúc đó ở bánh xe xuất hiện phản lực tiếp tuyến Fp ngược chiều chuyển động.

Phản lực tiếp tuyến này được gọi là lực phanh và xác định theo biểu thức: 𝑀𝑝 Fp= →Mp= Fp .3) 𝑟𝑏 Trong đó rb là bán kính tính toán của bánh xe. Lực phanh Fp có giá trị bằng Fξ nhưng ngược chiều (bỏ qua lực cản lăn Pf ).2 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh Moment phanh do cơ cấu phanh của bánh xe sinh ra, nhưng mặt đường là nơi tiếp nhận thông qua điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường. Nên lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường, mà đặc trưng là hệ số bám φ, theo mối quan hệ sau: Fpmax=Fφ= Zb.4) Với Fpmax lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường. Fφ: Lực bám giữa bánh xe với mặt đường.

Zb: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe. Từ đây ta thấy khi phanh gấp ( Fp lớn) hay khi phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường trơn thì phần Fp dư vượt quá giới hạn trên, do mặt đường không có khả năng tiếp nhận sẽ làm bánh xe sớm bị hãm cứng và trượt lết trên đường. Cũng theo công thức 2.4, thấy rằng hệ số bám φ đóng vai trò quan trọng HVTH: Quãng Minh Đằng Trang 8 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lâm Mai Long trong việc xác định điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường.

Duy trì hệ số bám cao trong quá trình phanh để đạt giá trị lực phanh cực đại là mục tiêu cần quan tâm đối với hệ thống phanh. Hình 2-2 Giải thích hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh: Hình 2.2 Trạng thái lăn của bánh xe khi có trượt lết [1] Ký hiệu V0 là vận tốc lý thuyết của bánh xe V: Vận tốc thực của bánh xe Ta có: V0=ωk.6) Trong đó: ωk: Vận tốc góc của bánh xe [rad/s]; rb - Bán kính tính toán [m]; rl - Bán kính lăn của bánh xe [m]. Khi vận tốc thực tế của bánh xe lớn hơn vận tốc lý thuyết của nó sẽ dẫn đến hiện tượng trượt của bánh xe khi phanh với một vận tốc trượt Vλ Vλ = V-V0 (2.7) HVTH: Quãng Minh Đằng Trang 9 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lâm Mai Long Để kể đến ảnh hưởng của sự trượt khi phanh, người ta đưa ra khái niệm độ trượt khi v v  v0 v0 phanh:      1 v v v (2.8) Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn, tức bánh xe bị hãm cứng thì:  k  0 , v0  0 , rl   ,   1 (2.9) Thực tế, người ta tính độ trượt tương đối: v  v0  100% v (2.10) Khi  = 100%, bánh xe bị hãm cứng và trượt lết hoàn toàn trên mặt đường.3 Đặc tính trượt (a (b) Hình 2.3 Đặc tính trượt, thể hiện sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối λ của bánh xe khi phanh [2] Đặc tính trượt là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số bám φ và độ trượt λ.

Trong quá trình phanh, hệ số bám φ thay đổi theo độ trượt λ, thực nghiệm đã mô tả sự phụ thuộc này thông qua đường đặc tính trượt có dạng .4 chỉ ra các đặc tính trượt, thể hiện mối quan hệ giữa hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối λ của bánh xe ứng với các loại đường khác nhau. HVTH: Quãng Minh Đằng Trang 10 Luan van Luận văn tốt nghiệp GVHD: TS. Lâm Mai Long Bằng thực nghiệm có phương trình thể hiện mối quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt:   C1. 2 Trong đó C1, C2và C3 là các hệ số thực nghiệm. Giá trị của hệ số bám lăn (thường gọi là hệ số bám) dao động trong khoảng từ 0,1 (đường đóng băng ) tới 1,0 (đường beton ) Hình 2.4 Đặc tính trượt tương ứng với các loại đường khác nhau [1] Các hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy đều thay đổi theo độ trượt λ.

Lúc đầu, khi tăng độ trượt λ thì hệ số bám dọc φx tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị cực đại trong khoảng độ trượt λ= 10÷30%. Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì φx giảm, khi độ trượt λ=100% (lốp xe bị trượt lết hoàn toàn khi phanh) thì hệ số bám dọc φx giảm 20 ÷ 30% so với hệ số bám cực đại. Khi đường ướt còn có thể giảm nhiều hơn nữa, đến 50 ÷ 60 %. Đối với hệ số bám ngang φy, sẽ giảm nhanh khi độ trượt tăng, ở trạng thái trượt lết hoàn toàn thì φy giảm xuống gằng bằng không.

Hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại φxmax ở giá trị độ trượt tối ưu λ0. Thực nghiệm chứng tỏ rằng ứng với các loại đường khác nhau thì giá trị λ0 thường nằm trong giới hạn từ 10 ÷ 30 %.