Luận văn Nghiên cứu hệ thống dẫn ðộng phanh khí nén trên xe vận tải cỡ lớn có điều khiển điện (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu hệ thống dẫn ðộng phanh khí nén trên xe vận tải cỡ lớn có điều khiển điện (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KIỀU NGỌC DỊCH VỤ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG DẪN ÐỘNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE VẬN TẢI CỠ LỚN CÓ ÐIỀU KHIỂN ÐIỆN NGÀNH : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ÐỘNG LỰC - 60520116 S K C0 0 4 8 8 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KIỀU NGỌC DỊCH VỤ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE VẬN TẢI CỠ LỚN CÓ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KIỀU NGỌC DỊCH VỤ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE VẬN TẢI CỠ LỚN CÓ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN NƯỚC Tp. Hồ Chí Minh, tháng 03/2016
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Kiều Ngọc Dịch Vụ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 07/11/1989 Nơi sinh: Ninh Thuận Quê quán: Ninh Thuận Dân tộc: Chăm Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 17/6 Phan Huy Ích, P.14, Quận Gò Vấp Điện thoại cơ quan: 0836022534 Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: kieuhongvu@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2010 đến 09/ 2012 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Giao thông vận tải TP. Hồ Chí Minh Ngành học: Cơ khí ô tô Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Hệ thống điện ô tô, Động cơ đốt trong Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 05/2010 – Viện kỹ thuật công nghệ cao NTT – Chuyên viên 07/2014 Trường ĐH Nguyễn Tất Thành Từ 08/2014 - Khoa Cơ khí, Trường ĐH Nguyễn Giảng viên Nay Tất Thành i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 201 (Ký tên và ghi rõ họ tên) ii
6. LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến quý thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian công tác, học tập và thực hiện luận văn cao học này. - Ban giám hiệu Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, phòng sau đại học ,TS. Nguyễn Văn Trạng và ban chủ nhiệm khoa Cơ Khí Động Lực đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành khóa học và thực hiện tốt luận văn này. - Quý thầy, cô đã tham gia giảng dạy lớp cao học ngành Kỹ thuật cơ khí động lực, tại Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, khóa 2014B. - TS. Nguyễn Nước đã dành nhiều thời gian để hướng dẫn tận tình và đóng góp nhiều ý kiến quý báu cho luận văn. - Gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã khuyến khích, động viên và giúp đỡ tôi rất nhiều trong công việc cũng như trong cuộc sống. Tp HCM, ngày tháng năm 2016 Học viên thực hiện Kiều Ngọc Dịch Vụ iii
7. TÓM TẮT Hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng trên ô tô nó đảm bảo tính an toàn của ô tô khi chuyển động trên đường. Hệ thống phanh khí nén thường được sử dụng phổ biến trên các loại xe như xe buýt, xe tải, xe đầu kéo và rơ-moóc. Sự hoạt động của hệ thống phanh được xem là lý tưởng khi mà lực tác dụng lên bàn đạp là nhỏ nhất từ người điều khiển và quãng đường phanh ngắn nhất có thể. Việc chậm trễ thời gian phanh và thời gian đáp ứng của hệ thống phanh là hai thông số quan trọng nó đóng vai trò lớn trong việc xác định quãng đường phanh dừng lại của xe. Đối với hệ thống phanh khí nén trên sơ-mi-rơ-moóc tại TP. Hồ Chí Minh nói riêng, thường sử dụng các loại van cơ khí điều khiển nên tồn tại khoảng thời gian chậm tác dụng giữa chúng. Việc đề xuất giải pháp thiết kế một hệ thống phanh điện khí nén trên sơ-mi-rơ-moóc sử dụng van điều khiển điện tử điều này sẽ làm giảm quãng đường phanh của xe bằng cách giảm thời gian trễ và thời gian phản ứng của hệ thống phanh. Các nội dung trình bày tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của một hệ thống phanh điện khí nén so với hệ thống phanh khí nén thông thường. Điều này được thực hiện bằng cách tính toán động lực học dẫn động phanh điện-khí nén, thiết kế sơ đồ dẫn động phanh điện khí nén, thiết kế hệ thống điều khiển điện tử và xây dựng mô hình thử nghiệm. Cấu trúc luận văn gồm 5 chương: Chương 1: Tổng quan. Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Chương 3: Nghiên cứu dẫn động phanh khí nén trên rơ-moóc siêu trường Chương 4: Thiết kế hệ thống điều khiển điện cho dẫn động phanh khí nén trên rơ-moóc Chương 5: Kết luận. iv
8. ABSTRACT The brake system is one of the vital systems in an automobile that ensure its safety on the road. Air brake systems are usually used in vehicle such as buses, trucks and tractor–trailers. The brake system should ideally operate with the least effort from the driver and should stop the vehicle within the shortest possible distance. The brake time lag and the brake response time are two important parameters that play a major role in determining the stopping distance. For the pneumatic brakes system on tractor–trailers in Ho Chi Minh city, the conventional air brake system uses mechanically actuated valves that have an intrinsic time lag associated with them. the proposed solution an electro-pneumatic brake will use electronically actuated valves that will reduce the stopping distance of the vehicle by decreasing the time lag and the response time of the brake system. The work presented in this paper focuses on a comprehensive performance evaluation of an electro-pneumatic brake system in comparison with the conventional air brake system. This is carried out by designing electro pneumatic brake actuator diagrams, design electric control system and construction of experimental modeling. Structure thesis consists of five chapters: Chapter 1: Overview. Chapter 2: Theoretical basis. Chapter 3: Researching pneumatic brake actuator on tractor–trailers. Chapter 4: Designing electric control system for pneumatic brake actuator on tractor–trailers. Chapter 5: Conclusion. v
9. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cám ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách các hình viii Danh sách các bảng x Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. Lý do thực hiện và tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 2 1.3. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài 3 1.4. Phương pháp nghiên cứu 7 1.5. Phạm vi nghiên cứu 7 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN 2.1. Vai trò của ô tô đối với sự phát triển kinh tế-xã hội 9 2.2. Vài nét về vấn đề an toàn giao thông và vai trò của hệ thống phanh 9 2.3. Khái quát về hệ thống phanh khí nén 12 2.3.1. Đặc điểm của hệ thống phanh khí nén 12 2.3.2. Yêu cầu đối với hệ thống phanh khí nén 16 2.4. Động lực học dẫn động phanh khí nén. 18 2.4.1. Phương trình động lực học của dẫn động phanh khí nén 18 2.4.2. Phương pháp tính toán động lực học dẫn động phanh khí nén 22 2.5. Các giải pháp hoàn thiện dẫn động phanh khí nén 28 2.5.1. Giải pháp nâng cao độ tin cậy 29 vi
10. 2.5.2. Giải pháp làm tăng hiệu quả phanh 32 Chương 3: NGHIÊN CỨU DẪN ĐỘNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN RƠ-MÓOC SIÊU TRƯỜNG 3.1. Dẫn động phanh khí nén trên rơ-moóc siêu trường có điều khiển bằng điện 37 3.2. Tính toán động lực học dẫn động phanh khí nén trên sơ-mi-rơ-móoc 51 3.2.1. Giới thiệu hệ thống phanh khí nén trên sơ-mi-rơ-moóc 51 3.2.2. Tính toán động lực học dẫn động phanh khí nén trên sơ-mi-rơ-moóc 3.3. Giải pháp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy cho dẫn động phanh khí nén trên rơ-moóc siêu trường. 61 3.3.1. Giải pháp nâng cao độ tin cậy 61 3.3.2. Giải pháp nâng cao hiệu quả phanh 63 Chương 4: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN CHO DẪN ĐỘNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN SƠ-MI-RƠ-MOÓC 4.1. Thuật toán điều khiển PID 69 4.2. Bộ vi điều khiển Arduino, van dẫn và các cảm biến 72 4.3. Phương pháp điều khiển 79 4.4. Thiết kế, chế tạo mô hình thử nghiệm 80 Chương 5: KẾT LUẬN 5.1. Kết quả nghiên cứu 90 5.2. Hướng phát triển đề tài 91 Tài liệu tham khảo 92 vii
11. DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Mô hình hóa hệ thống phanh khí nén. 4 Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống phanh điện – khí nén 4 Hình 1.3: Sơ đồ mô hình hóa dẫn động khí nén 5 Hình 1.4: Sơ đồ thí nghiệm hệ thống van phanh kép 6 Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phần cứng 7 Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phanh khí nén trên xe KAMAZ-5320 13 Hình 2.2: Giản đồ phanh 14 Hình 2.3: Tiết lưu (a) và kí hiệu (b). 19 Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống phanh khí nén của hãng Bendix 29 Hình 2.5: Sơ đồ cung cấp khí nén của hệ thống phanh ô tô 30 Hình 2.6: Sơ đồ mạch dẫn động phanh cầu trước 31 Hình 2.7: Sơ đồ mạch dẫn động phanh cầu sau và phanh dừngvới van 32 xả nhanh và van tăng tốc 32 Hình 2.8: Bố trí van tăng tốc trên xe. 33 Hình 2.9: Sơ đồ bố trí van hạn chế áp suất cầu trước. 35 Hình 2.10: Sơ đồ bố trí bộ điều hòa lực phanh. 36 Hình 3.1: Dẫn động phanh rơ-moóc một dòng. 39 Hình 3.2: Dẫn động phanh rơ-moóc hai dòng. 40 Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý dẫn động phanh đoàn xe Mac 64227 41 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý van điện từ 44 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý dẫn động phanh điện - khí nén 47 Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý dẫn động phanh điện khí nén trên rơ moóc 48 Hình 3.7: Đặc tính động lực học của dẫn động phanh điện - khí nén 50 Hình 3.8: Thông số kỹ thuật sơ-mi rơ-moóc loại 40 feet, 2 trục 52 Hình 3.9: Sơ đồ hệ thống phanh của sơ-mi rơ-moóc loại 40 feet, 2 trục 53 viii
12. Hình 3.10: Sơ đồ dẫn động phanh sơ-mi rơ-moóc hai cầu 54 Hình 3.11: Đặc tính lưu thông khâu D-E 55 Hình 3.12: Sơ đồ mô hình hóa mạch dẫn động phanh 56 Hình 3.13: Đồ thị hệ số lưu lượng μ ứng với đường kính trong và chiều dài của đường ống 58 Hình 3.14: Lưu đồ thuật toán 59 Hình 3.15: Đặc tính động lực học dẫn động phanh của sơ-mi-rơ-moóc hai cầu 59 Hình 3.16: Sơ đồ mô hình hóa mạch dẫn động phanh khi có điều khiển điện 60 Hình 3.17: Đặc tính động lực học dẫn động phanh của sơ-mi-rơ-moóc hai cầu có điều khiển bằng điện 60 Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý hệ thống bảo vệ xe kéo 61 Hình 3.19: Sơ đồ hệ thống phanh trên xe kéo và rơ-moóc 62 Hình 3.20: Sơ đồ hệ thống phanh của sơ-mi rơ-moóc loại 40 feet, 3 trục 64 Hình 3.21: Sơ đồ hệ thống kết hợp van phanh tay và van tăng tốc 65 Hình 3.22: Sơ đồ hệ thống phanh sơ-mi-rơ-moóc có điều khiển điện 67 Hình 4.1: Sơ đồ cấu trúc bộ điều chỉnh PID 69 Hình 4.2: Card Arduino UNO 72 Hình 4.3: Sơ đồ khối cảm biến áp suất 74 Hình 4.4: Cấu tạo cảm biến kiểu áp trở 75 Hình 4.5: Cảm biến áp suất E8CC 76 Hình 4.6: Đặc tuyến và sơ đồ mạch của cảm biến 77 Hình 4.7 Van servo khí nén Joucomatic 77 Hình 4.8: Ký hiệu van và sơ đồ giắc nối điện 78 Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý làm việc 78 Hình 4.10: Sơ đồ khối van tỷ lệ 79 Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý dẫn động phanh điện khí nén trên rơ moóc 79 Hình 4.12: Mô hình thiết kế hoàn thiện 82 ix
13. Hình 4.13: Khung gá cho mô hình 82 Hình 4.14: Lưu đồ giải thuật điều khiển 83 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Sự tương đương giữa đại lượng điện và khí nén 24 Bảng 2.2: Các sơ đồ dẫn động khí nén và các biểu thức toán học 26 x
14. Chương 1: TỔNG QUAN 1.1. LÝ DO THỰC HIỆN VÀ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ngày nay cùng vớ sự phát triển kinh tế xã hội nền kinh tế nước ta đang phát triển mạnh mẽ về tất cả các lĩnh vực như công nghiệp, thương mại, du lịch, xây dựng, dịch vụ , thì phương tiện giao thông cũng phát triển không ngừng. Đặc biệt là giao thông đường bộ trong đó ô tô đóng vai trò chủ đạo, ngành công nghiệp ôtô được phát triển trên một quy mô rộng lớn. Ôtô đóng một vai trò rất quan trọng trong giao thông vận tải, nó thay thế cho rất nhiều các phương tiện chuyên chở khác, nâng cao được hiệu quả công việc và tính kinh tế cũng như đáp ứng những ngành công nghiệp khác. Cùng với sự phát triển vượt bật của khoa học kỹ thuật và nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng đòi hỏi những nhà chế tạo, nhà sản xuất ô tô phải luôn cải tiến công nghệ và nghiên cứu để đáp ứng nhu cầu ấy và lần lượt những dòng xe đã ra đời với đầy đủ tính năng tiện nghi và mang tính chất chuyên dụng hơn, cũng từ những yêu cầu đó mà ôtô không ngừng được cải tiến hoàn thiện hơn, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về phương tiện chuyên chở cũng như nhu cầu giao thông đi lại của con người. Ngoài yêu cầu về các hệ thống như hệ thống treo, hệ thống lái, kết cấu khung vỏ cần thiết kế đảm bảo tối ưu thì một hệ thống rất quan trọng không thể thiếu được trên ôtô đó là hệ thống phanh của xe. Để nâng cao tính tiện nghi, đảm bảo về tốc độ tối đa cho ôtô trong quá trình chuyển động trên mọi địa hình, độ tin cậy cao, đảm bảo sự an toàn cho hành khách và hàng hóa trong suốt quá trình vận hành ô tô. Đặc biệt ở Việt Nam hiện nay, do nhu cầu vận chuyển hàng hóa ngày càng nhiều bằng các loại xe tải cỡ lớn và xe đầu kéo rơ-moóc vì vậy việc trang bị, bổ sung những tài liệu kỹ thuật về các loại xe trên là rất cần thiết, góp phần sử dụng và khai thác phương tiện đạt hiệu quả tốt nhất. Hiện nay đa số các tài liệu dùng cho các ngành cơ khí ô tô còn ít, nếu có thường là những tài liệu hướng dẫn sử dụng hay lý thuyết chung, rất ít các tài liệu về kết cấu xe cụ thể. Đặc biệt là các tài liệu riêng về hệ thống phanh trên xe kéo rơ-moóc hầu như là chưa 1
15. có, việc này sẽ gây khó khăn trong việc cải tạo hoặc thiết kế mới hệ thống phanh trên xe rơ-móoc. Việc bổ sung một tài liệu chuyên ngành về ô tô cũng rất cần thiết. Nhận định được tầm quan trọng ấy nên em đã quyết định thực hiện đồ tài: “Nghiên cứu dẫn động phanh khí nén trên xe vận tải cỡ lớn có điều khiển bằng điện”. Với đề tài này em hy vọng có thể đáp ứng được phần nào những nhu cầu nói trên. 1.2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI: Với yêu cầu nội dung của đề tài, mục tiêu cần đạt được sau khi hoàn thành đề tài như sau: Trình bày được cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh khí nén, hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động các chi tiết, bộ phận trong hệ thống phanh khí nén. Phân tích động lực học dẫn động phanh khí nén từ đó đưa ra các giải pháp hoàn thiện cho dẫn động phanh bằng khí nén. Nghiên cứu dẫn động phanh khí nén moóc kéo siêu trường có điều khiển bằng điện, phân tích ưu nhược điểm của dẫn động phanh cụ thể trên moóc kéo tại TP. HCM và đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả và độ tin cậy hệ thống phanh khí nén moóc kéo siêu trường. Tính toán, thiết kế dẫn động phanh khí nén có điều khiển bằng điện. 1.3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC: 1.3.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu trong nước Hệ thống phanh khí nén là một hệ thống rất phức tạp, do bản chất các hiện tượng vật lý xảy ra trong hệ thống phức tạp lại phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như kích thước đường ống, chất lượng lưu thông của dòng khí, mật độ và áp suất của dòng khí. Do đó việc nghiên cứu động lực học hệ thống phanh khí nén phải dựa trên kết quả của các nghiên cứu cơ bản về hệ thống khí nén nói chung. Có rất nhiều nhà khoa học trong nước đã thực hiện quá trình nghiên cứu về động lực học dẫn động phanh khí nén và đạt được những thành tựu đáng kể như: Đề tài: “Nâng cao hiệu quả và tính đồng bộ của của dẫn động phanh khí nén” TS. Nguyễn Nước, 1984. Trong đề tài này tác giả đã nghiên cứu cả phần lý thuyết và thực nghiệm của động lực học dẫn động phanh khí nén, sau đó đưa ra một số kiến nghị về 2
16. kích thước (chiều dài và đường kính) của các đường ống dẫn khí cũng như các vị trí bố trí tối ưu của các cụm chi tiết trong dẫn động phanh nhằm nâng cao hiệu quả phanh, giảm thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh của hệ thống. Thời gian gần đây do nhu cầu vận chuyển hàng hóa ngày càng nhiều bằng các loại xe tải cỡ lớn và xe đầu kéo rơ-moóc, nhiều nhà nghiên cứu cũng đi theo hướng nghiên cứu về dẫn động phanh khí nén như: “Nghiên cứu và mô phỏng dẫn động phanh xe tải nặng, siêu nặng phục vụ giảng dạy” Nguyễn Đức Lâm, Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM, 2005; “Nghiên cứu mô hình hóa dẫn động phanh khí nén và nghiên cứu động lực học dẫn động phanh khí nén trên rơ-moóc nhiều cầu” Đặng Quốc Cường, Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM, 2012 Tuy nhiên những nghiên cứu này chỉ dừng lại ở mức độ lý thuyết chưa được ứng dụng nhiều trong thực tế. 1.3.2. Tóm tắt kết quả nghiên cứu ngoài nước “Improvement of calculation and dynamics air brake on vehicles” [3] Alexander Kramskoy, Kharkiv State road - Transport University, 2006. Đề tài gồm bốn phần: - Phần thứ nhất tác giả trình bày các xu hướng chính của hệ thống phanh khí nén. - Phần thứ hai: trình bày các giả thiết cơ bản khi mô hình hóa động lực học dẫn động phanh khí nén. - Phần thứ ba: mô hình hóa động lực học dẫn động phanh khí nén trên xe КrAZ-6510 (Hình 1.1). - Phần thứ tư: sử dụng phần mềm Matlab để tính toán động lực học dẫn động phanh khí nén, sau đó đưa ra kết luận. 3
17. Vк21 Vк31 Yк21 Yк31 rк21 rк31 Pк21 Pк31 3 V к11 3 Yк11 2 rк11 VT21 VT31 Pк11 1 YT21 rT21 YT31 rT31 2 1 2 VT11 2 4 YT11 YНС ТК rT11 Pm r30 YT30 Y30 VT30 V30 Pm r10 rНС ТК rT30 YВС ТК YT10 Y10 4 VНС ТК VT10 V10 rВС ТК rT10 VВС ТК rT12 2 2 VT22 VT32 YT12 2 YT22 rT22 YT32 rT32 VT12 3 rк12 3 V к12 rк22 rк32 Yк12 Vк22 Vк32 Yк22 Yк32 Pк12 Pк22 Pк32 Hình 1.1: Mô hình hóa hệ thống phanh khí nén. “Mathematical model of electronic circuit-pneumatic brakeactuators with proportional modulators”, S.I. Poseur, GS.TS. L.O. Red, GS.TS. A.N. Krasyuk Moscow, tháng 4 năm 2009. Ở đề tài này các tác giả đưa ra mô hình tính toán động lực học dẫn động phanh điện khí nén, qua đó đánh giá được hiệu suất, chất lượng của modul tỷ lệ (trong phần dẫn động điện). Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống phanh điện – khí nén. 1. Bàn đạp phanh điện; 2. Mạch vi điều khiển; 3. Modul tỉ lệ (bộ điều biến). 4. Bình khí nén; 5. Bầu phanh; 6. Ống dẫn khí nén. Để tính toán động lực học khí nén trong mô hình này các tác giả đã sử dụng phương pháp mô hình hóa của GS. Metlyuk, mô hình như sau: 4
18. Hình 1.3: Sơ đồ mô hình hóa dẫn động khí nén 1. Modul tỉ lệ; 2. Đường ống dẫn; 3. Bầu phanh; p0. Áp suất bình khí nén; p1. Áp suất bên trong modul tỉ lệ; p2. Áp suất đường ống; p3. Áp suất tại bầu phanh; V1. Thể tích modul tỉ lệ; V2. Thể tích đường ống; V3. Thể tích bầu phanh. Từ mô hình trên các tác giả đã xây dựng mô hình tính toán, xác định được biểu đồ thay đổi áp suất theo thời gian, từ đó đánh giá được hiệu suất, chất lượng của Modul tỉ lệ. “Performance Evaluation of an Electro-Pneumatic Braking System for Commercial Vehicles”, [5] E. Arun Kumar, Vikas Gautam and Shankar C. Subramanian, 2012 Tóm tắt - Hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng trên ô tô nó đảm bảo tính an toàn của ô tô khi chuyển động trên đường. Hệ thống phanh khí nén thường được sử dụng phổ biến trên các loại xe thương mại như xe buýt, xe tải và xe đầu kéo, rơ moóc. Sự hoạt động của hệ thống phanh được xem là lý tưởng khi mà lực tác dụng lên bàn đạp là nhỏ nhất từ người điều khiển và quãng đường phanh ngắn nhất có thể. Việc chậm trễ thời gian phanh và thời gian đáp ứng của hệ thống phanh là hai thông số quan trọng nó đóng vai trò lớn trong việc xác định quãng đường phanh dừng lại của xe. Đối với hệ thống phanh thuần khí nén thường sử dụng các loại van cơ khí điều khiển nên tồn tại khoảng thời gian chậm tác dụng giữa chúng. Một hệ thống phanh điện khí nén sẽ sử dụng van điều khiển điện tử điều này sẽ làm giảm quãng đường phanh của xe bằng cách giảm thời gian trễ và thời gian phản ứng của hệ thống phanh. Các nội dung trình bày tập trung vào việc đánh giá hiệu suất toàn diện của một hệ thống phanh điện khí nén so với hệ thống phanh khí thông thường. Điều này được thực hiện bằng cách thực hiện thí nghiệm đầy đủ và phân tích các dữ liệu thu thập được. Kết cấu tốt nhất của hệ thống 5
19. phanh điện khí nén được xác định trên tiêu chí đánh giá hiệu suất của hệ thống, chi phí và độ phức tạp của hệ thống. Hình 1.4: Sơ đồ thí nghiệm hệ thống van phanh kép “Research of Pneumatic Braking Force Control on Regenerative Braking Electric Vehicle”, Wang Jun, GaoShuai and Zhang XingShuo, 2014 Tóm tắt - Phanh hãm tái tạo là một trong những biện pháp quan trọng để tăng phạm vi hoạt động của xe điện. Trước đó, một dự án về kiểm soát phân phối lực phanh đã được thực hiện nó bao gồm phân phối lực phanh giữa cầu trước và cầu sau, phân bổ lực phanh giữa lực phanh khí nén và lực phanh của động cơ. Đối với hệ thống phanh điện khí nén xe buýt, hai vấn đề quan trọng của hệ thống phanh tái tạo là điều khiển lực phanh khí nén và điều khiển lực phanh của động cơ. Giả sử rằng lực phanh động cơ đã được kiểm soát, thì công việc này tập trung vào việc kiểm soát lực phanh của hệ thống phanh khí nén. Trên nền tảng của hệ thống phanh khí nén truyền thống, cảm biến và một số van được thêm vào, van đóng-ngắt tốc độ cao cho các trường hợp để kiểm soát lực phanh khí nén phía trước và phía sau. Van đóng-ngắt tốc độ cao có thể được điều khiển trực tiếp bằng vi xử lý, do đó cải thiện đáng kể độ chính xác khi điều khiển và rút ngắn thời gian đáp ứng khi vượt quá của hệ thống phanh. Theo quan điểm của các vấn đề về kiểm soát phanh khí nén, các tham số tự điều chỉnh của thuật toán điều khiển mờ PID được thực hiện. Đây là loại điều khiển có thể thiết lập các thông số PID phù hợp tự động với các yêu cầu của quá trình điều khiển qua mạng để phát huy đầy đủ các chức năng của 6
20. PID và đạt được kiểm soát chất lượng tốt hơn. Để kiểm tra hiệu suất của hệ thống điều khiển, công việc này được xây dựng bởi một phần cứng mô phỏng trong vòng lặp (HIL). Kết quả của các thử nghiệm HIL cho thấy bằng cách sử dụng thuật toán PID thích nghi mờ có thể cải thiện hiệu suất của hệ thống khí nén. Hệ thống có thể theo dõi các tín hiệu đầu vào một cách nhanh chóng và có độ chính xác trạng thái ổn định cao hơn, so với các hệ thống điều khiển PID thông thường. Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phần cứng 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Để đạt được kết quả như mục tiêu của đề tài đề ra, tác giả sẽ nghiên cứu bằng phương pháp sau: - Tham khảo các tài liệu, các đề tài, dự án có liên quan được thực hiện trong và ngoài nước. - Tham khảo các bài báo nghiên cứu khoa học có liên quan được công bố trên các tạp chí uy tín trên thế giới, trên mạng Internet - Khảo sát thực tế và thu thập thông tin tại các xưởng đóng rơ-moóc tại Thành phố Hồ Chí Minh. - Sử dụng các phần mềm tính toán, phần mềm mô phỏng để đánh giá kết quả nghiên cứu. 1.5. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Do thời gian nghiên cứu có hạn, tài liệu tham khảo còn hạn chế cũng như kinh phí còn hạn hẹp nên đề tài này chỉ dừng lại ở mức độ nghiên cứu sau: - Phần lý thuyết chỉ nghiên cứu dẫn động phanh khí nén có điều khiển bằng điện trên xe moóc kéo siêu trường (xe vận tải cỡ lớn). 7
21. - “Động lực học dẫn động phanh” ở đây là động lực học truyền động khí nén bên trong hệ thống phanh, vì vậy trong phạm vi luận văn chỉ nghiên cứu phần liên quan đến truyền động khí nén bên trong hệ thống, không tính toán động lực học của ô tô khi phanh - Ở phần tính toán thiết kế dẫn động khí nén có điều khiển bằng điện chỉ tập trung vào việc tính toán, thiết kế dựa trên cơ sở cải tiến dẫn động phanh khí nén điển hình đã có trên rơ moóc tại Thành phố Hồ Chí Minh chứ không tính toán mới cả hệ thống dẫn động phanh. - Mô hình thiết kế dẫn động phanh khí nén điều khiển bằng điện chỉ mang tính chất trực quan, mô phỏng các hoạt động của hệ thống chứ chưa được lắp đặt thực tế trên ô tô, chưa kiểm nghiệm vì thế chưa đánh giá được hiệu quả phanh trong thực thế mà chỉ đánh giá hiệu quả phanh trên cơ sở lý thuyết bằng phần mềm mô phỏng. 8