Luận văn: Nghiên cứu xác lập ngưỡng điều khiển ABS cho hệ thống phanh khí nén

Tài liệu chuyên sâu về xác lập ngưỡng điều khiển ABS cho hệ thống phanh khí nén. Phân tích cơ sở lý thuyết, mô hình mô phỏng và kết quả nghiên cứu.

• Tác giả: Hoàng Ngọc Cường
• Người hướng dẫn: PGS. TS. Lưu Văn Tuấn
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực
• Đề tài: Nghiên Cứu Xác Lập Ngưỡng Điều Khiển ABS Của Hệ Thống Phanh Dẫn Động Khí Nén
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái Niệm Về Hệ Thống ABS Phanh Khí Nén

Hệ thống ABS (Anti-lock Braking System) là công nghệ phanh hiện đại được áp dụng rộng rãi trên các phương tiện giao thông, đặc biệt là xe tải và xe buýt. Hệ thống này hoạt động bằng cách sử dụng khí nén để tạo áp lực phanh, kết hợp với bộ điều khiển điện tử để ngăn chặn bánh xe bị khóa cứng khi phanh gấp. Ngưỡng điều khiển ABS là giá trị tới hạn quyết định khi nào hệ thống bắt đầu can thiệp vào quá trình phanh để duy trì độ bám đường và khả năng điều khiển xe. Việc xác lập ngưỡng điều khiển chính xác là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả phanh an toàn.

1.1. Cấu Tạo Cơ Bản Của Hệ Thống ABS

Hệ thống ABS khí nén bao gồm các thành phần chính: bộ cảm biến tốc độ bánh xe, bộ van điều khiển áp suất, bộ điều khiển điện tử (ECU), và hệ thống đường ống khí nén. Cảm biến tốc độ phát hiện sự thay đổi vận tốc, tín hiệu được gửi tới ECU để xử lý và điều khiển van pneumatic. Bộ van phân phối có khả năng tăng, giữ hoặc giảm áp suất phanh tùy theo tình trạng trượt của bánh xe.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Ngưỡng Điều Khiển

Ngưỡng điều khiển ABS quyết định thời điểm hệ thống bắt đầu hoạt động, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phanh và an toàn hành xá. Ngưỡng quá cao làm hệ thống kích hoạt muộn, ngưỡng quá thấp gây phanh không cần thiết. Xác lập chính xác giúp tối ưu hóa khoảng cách phanh, duy trì độ bám lốp, và cải thiện khả năng điều khiển xe.

II. Cơ Sở Lý Thuyết Xác Lập Ngưỡng Điều Khiển

Cơ sở lý thuyết để xác lập ngưỡng điều khiển ABS dựa trên phân tích động lực học của bánh xe và phương pháp đo lường độ trượt. Khi ô tô phanh, bánh xe trải qua các giai đoạn khác nhau: từ lăn bình thường đến trượt hoàn toàn. Đặc tính trượt lý tưởng cho thấy có một điểm tối ưu (thường từ 10-30% độ trượt) nơi lực ma sát đạt cực đại. Gia tốc góc bánh xe và độ trượt là hai thông số chính để xác định ngưỡng kích hoạt ABS, giúp hệ thống phát hiện sớm tình trạng bánh xe sắp khóa.

2.1. Phương Pháp Xác Định Dựa Trên Độ Trượt

Độ trượt được tính theo công thức: S = (v - ωr)/v, trong đó v là vận tốc xe, ω là vận tốc góc bánh, r là bán kính lốp. Ngưỡng trượt được thiết lập khi độ trượt đạt giá trị cảnh báo (thường 15-20%). Phương pháp này dễ thực hiện và phản ánh trực tiếp tình trạng bánh xe so với mặt đường.

2.2. Phương Pháp Xác Định Dựa Trên Gia Tốc Góc

Gia tốc góc bánh xe (dω/dt) phản ánh sự giảm tốc độ quay của bánh. Khi bánh sắp khóa, gia tốc góc âm tăng đột ngột. Hệ thống ABS sử dụng ngưỡng gia tốc góc âm (thường -5 đến -10 rad/s²) để kích hoạt giảm áp suất phanh, ngăn chặn bánh xe trượt quá mức.

III. Mô Hình Mô Phỏng Hệ Thống ABS Khí Nén

Mô phỏng hệ thống ABS sử dụng công cụ Matlab Simulink để xây dựng mô hình toán học chi tiết của các thành phần hệ thống. Mô hình bao gồm: mô hình động lực học bánh xe, mô hình tính toán lưu lượng khí nén, mô hình hoạt động van phân phối, và mô hình bộ điều khiển điện tử (ECU). Qua mô phỏng, các nhà kỹ sư có thể kiểm chứng các thuật toán điều khiển, xác định ngưỡng tối ưu dưới các điều kiện phanh khác nhau, và đánh giá hiệu quả an toàn của hệ thống.

3.1. Các Thành Phần Mô Phỏng Chính

Mô hình bao gồm: (1) Van phân phối khí nén - điều khiển lưu lượng khí vào và thoát khỏi buồng phanh; (2) Bánh xe và lốp xe - tính toán lực ma sát; (3) Bộ điều khiển điện tử - xử lý tín hiệu cảm biến và ra lệnh điều khiển van; (4) Mô hình động lực học xe - tính toán vận tốc, gia tốc trong quá trình phanh trên các bề mặt đường khác nhau.

3.2. Cơ Sở Tính Toán Áp Suất Và Lưu Lượng Khí Nén

Áp suất khí nén trong buồng phanh được tính dựa trên phương trình trạng thái khí lý tưởng và nguyên lý bảo toàn khối lượng. Lưu lượng khí qua van điều khiển phụ thuộc vào hệ số tiết lưu và chênh lệch áp suất. Mô hình tính toán chi tiết này giúp xác định đáp ứng thời gian của hệ thống phanh.

IV. Kết Quả Và Ứng Dụng Thực Tiễn

Qua nghiên cứu xác lập ngưỡng điều khiển ABS, các kết quả mô phỏng cho thấy các thuật toán dựa trên độ trượt và gia tốc góc đều hiệu quả, nhưng phương pháp kết hợp cả hai thông số mang lại hiệu suất tốt nhất. Kết quả cho thấy ngưỡng tối ưu thay đổi theo loại xe, tính chất mặt đường, và điều kiện thời tiết. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu này là cơ sở để hiệu chỉnh hệ thống ABS trên các xe tải, xe buýt, giúp cải thiện an toàn giao thông và giảm quãng đường phanh.

4.1. Kết Quả Mô Phỏng Trên Các Điều Kiện Khác Nhau

Các mô phỏng trên đường khô, ướt, và trơn (băng, tuyết) cho thấy: trên đường khô, khoảng cách phanh ngắn nhất; trên đường ướt, ngưỡng kích hoạt ABS cần thấp hơn. Kết quả cung cấp dữ liệu tham khảo cho nhà sản xuất để điều chỉnh chiến lược điều khiển phù hợp với từng loại xe và công dụng.

4.2. Khuyến Nghị Ứng Dụng Công Nghiệp

Để nâng cao hiệu quả hệ thống ABS khí nén, khuyến nghị sử dụng ngưỡng thích nghi có thể tự điều chỉnh dựa trên tín hiệu cảm biến lực bám lốp. Cần thường xuyên bảo dưỡng, kiểm tra cảm biến tốc độ và van điều khiển để đảm bảo hoạt động chính xác.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TONG QUAN VAN DE NGHIEN CUU. Tổng quan hệ thống phanh ABS khi nén trên xe ô tô - 1 1. Giới thiệu về hệ thống phanh AB5 khí nén trên xe ô tô.

Câu tao chung của co cau ABS 1. Lịch sử phát trién hé thong ABS khí nén. Tình hình nghiên cứu ở trong vả ngoài nước. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 1.

Tỉnh hình nghiên cứu trong nước 1. Đôi tượng được nghiên cứu. Xe nghiên cứu - "1 1. Bộ van châp hành phanh AB5.

Mục tiêu, phạm vi và phương pháp nghiên cứu - 16 1. Mục tiêu nghiên cứu 1. Phạm vi nghiền cứu 1. Phương pháp nghiên cứu 16 1.

Cac déng xe được áp dụng.8 Kết luận chương1 - 18 CHUONG 2. CO SG LY THUYET. Phương pháp điều khiển ABS. Phạm vi didu khiển của phanh ABS - 19 2.

Dặc tính lý tưởng của hệ thông phanh AB8. Chu trình điều khiển của hệ thống phanh ABS. Tín hiệu diều khiển ABS - - 25 2. Quá trình điều khiến của ABS.

26 ii DANH MUC CAC KY HIEU VIET TAT STT | Ky higu Chủ thích Đơn vị 1 ab Khong cach từ trọng tâm ô tô đến cầu trước, đến m cầu sau 2 hy Khoảng cách tử trọng tâm ô tô đến mặt đường m 3 L Chiều đài cơ sở m 4) RE Tags bang te giita lép va ml. dong theo các N 5 FF Le cảnlăn, lực cản không khí N 6 Ms = -Mémen phanh Nm 7 Tụ Tate phanh N 8 ta Bán kính động lựo học của bánh xe m 9 x,y IIệ số bám đọc, hệ số bảm ngang 10 viva Vận tốc dài của ô tô, vận tốc trượt của bảnh xe ams 1L a Độ trượt của bánh xe 12 m Khôi lượng của 6 tô Ke 13 OD Vận tốc góc bánh xe Rad/s 14 £ đụ — GiatỐc góc bánh xe Rad/s? 15 P Áp suất khỉ nén Nin? 16 v 'Thể tích bình chứa. or 17 T Nhiét độ của chất khí K 18 n Khéi lượng mol phân tir mol 19 R Hang sé chat khi Imol!K 20 7 'Trọng lượng riêng của chất khi N/m2 21 8 Gia tắc trọng trưởng. mía! DANH MUC CAC KY HIEU VIET TAT STT | Ky higu Chủ thích Đơn vị 1 ab Khong cach từ trọng tâm ô tô đến cầu trước, đến m cầu sau 2 hy Khoảng cách tử trọng tâm ô tô đến mặt đường m 3 L Chiều đài cơ sở m 4) RE Tags bang te giita lép va ml.

dong theo các N 5 FF Le cảnlăn, lực cản không khí N 6 Ms = -Mémen phanh Nm 7 Tụ Tate phanh N 8 ta Bán kính động lựo học của bánh xe m 9 x,y IIệ số bám đọc, hệ số bảm ngang 10 viva Vận tốc dài của ô tô, vận tốc trượt của bảnh xe ams 1L a Độ trượt của bánh xe 12 m Khôi lượng của 6 tô Ke 13 OD Vận tốc góc bánh xe Rad/s 14 £ đụ — GiatỐc góc bánh xe Rad/s? 15 P Áp suất khỉ nén Nin? 16 v 'Thể tích bình chứa. or 17 T Nhiét độ của chất khí K 18 n Khéi lượng mol phân tir mol 19 R Hang sé chat khi Imol!K 20 7 'Trọng lượng riêng của chất khi N/m2 21 8 Gia tắc trọng trưởng. mía! PUY Luc 84 ĐANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỎ THỊ Hinh 1. Sơ đồ điêu khiển cia co cdu ABS.

Vị trí lắp cảm biến tốc đô bánh xe. Câm biến tốc độ bánh xe loại điên từ. Tín hiệu điện áp ở tốc độ bánh xe 5 Hinh 1 5. Bộ van chấp hanh phanh ABS - 12 Hinh 1.

Hoạt động của bộ chấp hanh ABS khi phanh bình thường. Hoạt động của bộ chấp hành ABB ở chế độ giảm ắp. Iloạt động của bộ chấp hành ABS ở chế độ giữ áp ¬- Tinh 1 9. TIoạt động của bộ chấp hành ABS ở chế đô tăng áp - 15 Hinh 1 10.

Xe Daewoo Novus V3TEF 340Ps - 17 Hinh 1. Xe Huyndai Xcient.Ke Daewoo V3TVF - 18 Hinh 2. Phạm vi điều chỉnh của cơ cầu ABS. Phạm vị điều khiển gủa ABS theo góc trượt bánh xe - 20 Hinh 2.

Đặc tỉnh trượt lý tướng - - 21 Hình 2. Quá trình phanh. cơ bản theo đặc tỉnh trượt Lý tưởng. Chu trình điều khiển kín của ADS.

So dd trạng thái không gian biểu điễn hoạt động của cơ cầu ABS. Vòng lặp hoạt ding cia ABS - 25 Hình 2. Quá trình điêu khiển cia ABS. 9, Các lực tác dụng vảo xe khi phanh trên đường g thẳng, bằng phẳng30 Hình 2.

Phân bố ứng suất và phản lực từ đường khi lốp lăn. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 32 Tình 2. Các pha điều khiển áp suất hệ thẳng theo độ trượt của bánh xe. Thuật toán đề các định ngưỡng trượt theo độ trượt và gia tốc góc Hình 2.

Cơ sở để các định ngưỡng trượt gia tốc gó: sen ca 38 Tĩnh 3. Thông số của xe IIuyndai IIDI20/ĐM. 8ơ dỗ bố trí hệ thông phanh ABS - - 47 Hình 3. Sơ đỗ van phân phối trong hệ thống phanh khi nén - 49 Hinh 3.

So dd khéi mô phỏng tổng van. Sơ để mô phỏng lưu lượng qua tổng van trên. Sơ đỗ mô phỏng lưu lượng qua tổng van đưới li Hình 3. Sơ đỗ nút chia khí nén diến các bầu phanh.Sø đỗ mô phỏng lưu lượng tại ngã ba cầu trước - 53 ĐANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỎ THỊ Hinh 1.

Sơ đồ điêu khiển cia co cdu ABS. Vị trí lắp cảm biến tốc đô bánh xe. Câm biến tốc độ bánh xe loại điên từ. Tín hiệu điện áp ở tốc độ bánh xe 5 Hinh 1 5.

Bộ van chấp hanh phanh ABS - 12 Hinh 1. Hoạt động của bộ chấp hanh ABS khi phanh bình thường. Hoạt động của bộ chấp hành ABB ở chế độ giảm ắp. Iloạt động của bộ chấp hành ABS ở chế độ giữ áp ¬- Tinh 1 9.

TIoạt động của bộ chấp hành ABS ở chế đô tăng áp - 15 Hinh 1 10. Xe Daewoo Novus V3TEF 340Ps - 17 Hinh 1. Xe Huyndai Xcient.Ke Daewoo V3TVF - 18 Hinh 2. Phạm vi điều chỉnh của cơ cầu ABS.

Phạm vị điều khiển gủa ABS theo góc trượt bánh xe - 20 Hinh 2. Đặc tỉnh trượt lý tướng - - 21 Hình 2. Quá trình phanh. cơ bản theo đặc tỉnh trượt Lý tưởng.

Chu trình điều khiển kín của ADS. So dd trạng thái không gian biểu điễn hoạt động của cơ cầu ABS. Vòng lặp hoạt ding cia ABS - 25 Hình 2. Quá trình điêu khiển cia ABS.

9, Các lực tác dụng vảo xe khi phanh trên đường g thẳng, bằng phẳng30 Hình 2. Phân bố ứng suất và phản lực từ đường khi lốp lăn. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 32 Tình 2. Các pha điều khiển áp suất hệ thẳng theo độ trượt của bánh xe.

Thuật toán đề các định ngưỡng trượt theo độ trượt và gia tốc góc Hình 2. Cơ sở để các định ngưỡng trượt gia tốc gó: sen ca 38 Tĩnh 3. Thông số của xe IIuyndai IIDI20/ĐM. 8ơ dỗ bố trí hệ thông phanh ABS - - 47 Hình 3.

Sơ đỗ van phân phối trong hệ thống phanh khi nén - 49 Hinh 3. So dd khéi mô phỏng tổng van. Sơ để mô phỏng lưu lượng qua tổng van trên. Sơ đỗ mô phỏng lưu lượng qua tổng van đưới li Hình 3.

Sơ đỗ nút chia khí nén diến các bầu phanh.Sø đỗ mô phỏng lưu lượng tại ngã ba cầu trước - 53 DANH MUC CAC KY HIEU VIET TAT STT | Ky higu Chủ thích Đơn vị 1 ab Khong cach từ trọng tâm ô tô đến cầu trước, đến m cầu sau 2 hy Khoảng cách tử trọng tâm ô tô đến mặt đường m 3 L Chiều đài cơ sở m 4) RE Tags bang te giita lép va ml. dong theo các N 5 FF Le cảnlăn, lực cản không khí N 6 Ms = -Mémen phanh Nm 7 Tụ Tate phanh N 8 ta Bán kính động lựo học của bánh xe m 9 x,y IIệ số bám đọc, hệ số bảm ngang 10 viva Vận tốc dài của ô tô, vận tốc trượt của bảnh xe ams 1L a Độ trượt của bánh xe 12 m Khôi lượng của 6 tô Ke 13 OD Vận tốc góc bánh xe Rad/s 14 £ đụ — GiatỐc góc bánh xe Rad/s? 15 P Áp suất khỉ nén Nin? 16 v 'Thể tích bình chứa. or 17 T Nhiét độ của chất khí K 18 n Khéi lượng mol phân tir mol 19 R Hang sé chat khi Imol!K 20 7 'Trọng lượng riêng của chất khi N/m2 21 8 Gia tắc trọng trưởng. mía! LỜI CAM ĐOAN Tôi xí cam đoan đây là công trình nghiên cửu của riêng tôi.

Những nội dưng trình bày trong luận vẫu này do tôi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS, Lưu Văn Tuấn, các thầy giáo trong bộ môn ô tô và xe chuyên dung truémg Dai học Bách Khoa Hà Nội cũng với sự giúp đỡ cũa bạn bè, đẳng nghiệp. Các số liệu, kết quả trong luận vẫn là trung thực. Hã Nội ngày tháng năm 2017 ‘Tac giá Hoàng Ngọc Cường MUc Luc LOICAM DOAN. " ei DANH MỤC CÁC KÝ HIỂU VIỆT T¿ wi DANH MỤC HÌNH VE VA DO THI.

- viii CHƯƠNG 1. TONG QUAN VAN DE NGHIEN CUU. Tổng quan hệ thống phanh ABS khi nén trên xe ô tô - 1 1. Giới thiệu về hệ thống phanh AB5 khí nén trên xe ô tô.

Câu tao chung của co cau ABS 1. Lịch sử phát trién hé thong ABS khí nén. Tình hình nghiên cứu ở trong vả ngoài nước. Tình hình nghiên cứu ngoài nước 1.

Tỉnh hình nghiên cứu trong nước 1. Đôi tượng được nghiên cứu. Xe nghiên cứu - "1 1. Bộ van châp hành phanh AB5.

Mục tiêu, phạm vi và phương pháp nghiên cứu - 16 1. Mục tiêu nghiên cứu 1. Phạm vi nghiền cứu 1. Phương pháp nghiên cứu 16 1.

Cac déng xe được áp dụng.8 Kết luận chương1 - 18 CHUONG 2. CO SG LY THUYET. Phương pháp điều khiển ABS. Phạm vi didu khiển của phanh ABS - 19 2.

Dặc tính lý tưởng của hệ thông phanh AB8. Chu trình điều khiển của hệ thống phanh ABS. Tín hiệu diều khiển ABS - - 25 2. Quá trình điều khiến của ABS.

26 ii PUY Luc 84 "Tiết điện đông chảy mm Luu lugneg khí nén. mm/s Khi dung của chất khí Hệ số tiết lưu. Trọng lượng riêng trung bình của chất khí Xiiệt độ của khí nén K vũ MUc Luc LOICAM DOAN. " ei DANH MỤC CÁC KÝ HIỂU VIỆT T¿ wi DANH MỤC HÌNH VE VA DO THI.

- viii CHƯƠNG 1. TONG QUAN VAN DE NGHIEN CUU. Tổng quan hệ thống phanh ABS khi nén trên xe ô tô - 1 1. Giới thiệu về hệ thống phanh AB5 khí nén trên xe ô tô.

Câu tao chung của co cau ABS 1. Lịch sử phát trién hé thong ABS khí nén.