Tính toán hiệu quả phanh của ô tô có trang bị hệ thống phanh chống hãm cứng ABS

Nội dung text: Tính toán hiệu quả phanh của ô tô có trang bị hệ thống phanh chống hãm cứng ABS

1. TÍNH TOÁN HIỆU QUẢ PHANH CỦA Ô TÔ CÓ TRANG BỊ HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG ABS CALCULATIONS OF BRAKE EFFICIENCY AUTOMOBILE WITH ANTI-BRAKE SYSTEM [1]TS. Lâm Mai Long, [2]KS. Nguyễn Văn Hòa [1]Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, [2]Cao đẳng nghề Long An [1] [2] longlm@hcmute.edu.vn, hoa111980@gmail.com Tóm tắt Một phương pháp tính toán hiệu quả phanh và ổn định phanh trên xe có trang bị hệ thống phanh chống hãm cứng (ABS) được trình bày trong bài báo này. Tác giả sử dụng mô hinh tính toán các thông số hệ thống phanh ABS thay đổi biến thiên theo quy luật là hàm Cosin trên những loại đường khác nhau. Kết quả nghiên cứu đã tính toán được các chỉ tiêu phanh ABS trên các loại đường khác nhau cho xe ô tô con nói chung và xe Toyota Corola Altis nói riêng với vận tốc phanh ban đầu (90km/h), trên loại đường bê tông khô thì gia tốc phanh đạt 8,72 (m/s2), quãng đường phanh là 36,2 (m). Trên loại đường trơn ướt gia tốc phanh đạt 5,684 (m/s2) với quãng đường phanh 57,3 (m). Việc xây dựng được phương pháp tính toán hiệu quả phanh ABS sẽ làm cơ sở cho việc xác định được các thông số về chỉ tiêu phanh cho xe có trang bị hệ thống phanh ABS nhằm tăng cường chất lượng kiểm định cho các trung tâm đăng kiểm ô tô. Từ khóa: Động lực học phanh ô tô, hiệu quả phanh, hệ số bám, phanh chống hãm cứng, Abstract The efficient braking and braking stability of a mathematic method for vehicles equipped with an anti-lock braking system was presented in this study. The author uses the computational model parameters ABS variability changes as a rule, cosine function on different types of roads. The study results were calculated by the ABS indicator on the different roads for the cars in general and in particular Toyota Corola Altis brake initial velocity (90km/h), the type of concrete roads dry the brake acceleration 8,72(m/s2), braking distance 36,2(m). On slippery road type brake acceleration reached 5,684(m/s2) with brake distance 57,3(m). The method developed ABS braking effectiveness calculations will serve as a basis for determining the target parameters of braking for vehicles equipped with ABS brake system to strengthen quality inspection for the automobile registration center. Keywords: Dynamics vehicle braking, brake efficiency, sticking coefficient, antilock brake systems 1. Giới thiệu cường độ cực đại, các bánh xe bị bó cứng và Trong quá trình phanh để đạt được hiệu trượt lết trên đường, khi đó hệ số bám giữa quả phanh tối ưu đòi hỏi lực phanh ở các bánh bánh xe và mặt đường sẽ là s nhỏ hơn giá trị xe phải luôn luôn có giá trị lớn. Tuy nhiên lực cực đại p, vì thế hiệu quả phanh không thể đạt phanh không thể lớn tùy ý mà nó bị giới hạn tối ưu được. Đối với hệ thống phanh ABS, khi bởi giới hạn bám (lực phanh luôn luôn nhỏ hơn lực phanh đạt đến giới hạn bám, bộ điều khiển hoặc bằng lực bám), do đó muốn có lực phanh điện tử của hệ thống sẽ điều chỉnh để duy trì hệ lớn đòi hỏi phải duy trì hệ số bám giữa bánh xe số bám dao động quanh giá trị cực đại p, nhờ và mặt đường dao động xung quanh giá trị cực vậy hiệu quả phanh của ABS được cải thiện rất đại. Ở hệ thống phanh thường, khi phanh với nhiều so với phanh thường. 1
2. 2. Mô hình tính toán động lực học phanh 2.2 Tính toán quãng đường phanh tại giai cuả ô tô có trang bị hệ thống phanh ABS đoạn thứ hai 2.1 Phân tích quá trình phanh Ở giai đoạn 2 là giai đoạn phát triển của Quá trình phanh ô tô có trang bị hệ thống lực phanh, xem như quy luật tăng là tuyến tính. phanh ABS được chia thành ba giai đoạn như Dẫn động phanh thủy lực thời gian này khoảng hình 2.1 t1 = 0,2 – 0,3(s) [01]. Vào cuối giai đoạn này, gia tốc chậm dần khi phanh sẽ đạt giá trị lớn J (m/s2) J’ J0 nhất J0: O’ t’ J0 = p.g (2.1) J0 - ∆/2 Trong đó p là giá trị lớn nhất của hệ số J0 - ∆ bám , g là gia tốc trọng trường g = 9,18 m/s2. Ở giai đoạn này sự tăng giá trị của lực phanh được xem là một hàm biến thiên theo O t (s) thời gian, do đó giá trị trung bình của lực phanh trong giai đoạn này được tính: t0 t1 t2 t3 1 Fpt mgφ p (2.2) Hình 2.1: Sự biến thiên của gia tốc phanh 1 2 trong hệ thống ABS Theo định luật 2 Newton, giá trị trung bình - Giai đoạn thứ nhất bắt đầu khi người lái của gia tốc phanh giai đoạn này là: nhìn thấy chướng ngại vật cho đến khi chân Fpt 1 J 1 gφ (2.3) của người lái tác dụng vào bàn đạp phanh 1 m 2 p - Giai đoạn thứ hai chính là giai đoạn gia Ta có phương trình chuyển động của xe tăng của lực phanh đến khi lực phanh (gia tốc trong giai đoạn này: phanh) đạt giá trị cực đại,  dV 1 dV Fpt mV m hay mgφ m - Giai đoạn thứ ba là giai đoạn khi mà bộ 1 dt 2 p dt điều khiển điện tử của phanh ABS làm việc, ở 1 gφ dt dV (2.4) giai đoạn này bộ điều khiển điện tử sẽ điều 2 p chỉnh gia tốc phanh sao cho hệ số bám giữa Lấy tích phân hai vế phương trình (2.4),ta được: bánh xe và mặt đường luôn dao động xung t V 1 1 0 1 gφ dt dV V V gφ t (2.5) quanh giá trị cực đại của nó, lúc này giá trị gia p 1 0 p 1 0 2 V 2 tốc phanh sẽ giao động xung quanh một giá trị 1 Theo nguyên lý bảo toàn năng lượng, công ngưỡng mà bộ điều chỉnh điện tử xác định, giai do lực phanh sinh ra bằng với sự giảm của đoạn này kết thúc khi xe dừng hẵn và tài xế nhả động năng xe, do vậy ta có biểu thức: bàn đạp phanh 1 1 1 - Giai đoạn bốn là giai đoạn nhả phanh, lực F S mgφ S mV2 mV2 pt1 1 p 1 0 1 (2.6) phanh sẽ giảm dần đến giá trị 0. Trong quá 2 2 2 trình phanh trên ta thấy rằng giai đoạn một và Khi đó quãng đường phanh giai đoạn này 2 2 giai đoạn bốn sẽ không gây ảnh hưởng đến chỉ V0 V1 đạt được là: S1 (2.7) tiêu phanh nên ta bỏ qua khi tính toán. gφp 2
3. 2.3 Tính toán hiệu quả phanh trong giai Từ biểu thức (2.7) và (2.11) ta có quãng đoạn thứ ba đường phanh: Quá trình phanh của phanh ABS được minh V 2 V 2 Δ t 2 Δ Δ S S S 0 1 J 2 cost 1 2 0 2 2 2 họa qua hình 2.1, [02]. gφ p 2 2 2Ω 2Ω Ở giai đoạn 3 của quá trình phanh chúng ta (2.14) xem phương trình dao động này là một hàm Biểu thức (2.14) cũng chính là biểu thức của Cosin. Tại hệ tọa độ J'O't' hình 2.1 ta có: tổng quát để tính toán quãng đường phanh. Từ Δ J' cost' biểu thức (2.14) nếu chúng ta tính toán cho 2 phanh cổ điển, khi đó trong phanh cổ điển thì Δ (2.8) J' J J0 các thành phần tần số dao động  và biên độ 2 t' t t1 dao động không tồn tại, khi đó phương trình (2.14) sẽ trở thành: Từ biểu thức (2.8) ta có gia tốc tức thời J 2 2 2 V0 V1 t2 trong giai đoạn này là: S S1 S2 J0 (2.15) gφ 2 d2S Δ Δ 2 (2.9) J 2 J0 cosΩ t t1 3. Thảo luận và xác định thông số hệ thống dt 2 2 phanh ABS t dS2 Δ Δ J0 cosΩ t t1 dt Trong quá trình bộ điều khiển của ABS dt 2 2 t1 (2.10) hoạt động trong giai đoạn này, các van từ của Δ Δ J0 t t1 sinΩ t t1 bộ chấp hành đóng mở khoảng từ 8 đến 20 2 2Ω lần/giây [03], tùy thuộc vào từng loại đường Khi đó quãng đường phanh trong giai cũng như tình trạng của mặt đường. Khi đó tần đoạn này được tính: số dao động được xác định: t Δ Δ Ω S2 J0 t t1 sinΩ t t1 dt 2 2Ω 8  20 (3.1) t1 2π t 2 Δ t Δ t Δ t Từ biểu thức (3.1) ta xác định được  có J0 J0 t1 t cosΩ t t1 2 2 2 t1 2Ω2 t1 t1 giá trị trong khoảng 50 đến 126, giá trị này phụ Δ t 2 t 2 Δ Δ Δ J 1 J t t t cosΩ t t thuộc chủ yếu vào tốc độ ô tô và tình trạng của 0 0 1 1 2 1 2 2 2 2 2Ω 2Ω mặt đường, ở đây giá trị 50 ứng với đường khô (2.11) và 126 cho đường ướt và trơn trượt. Biên độ Trong đó: t – t = t do đó t = t + t thay vào 1 2 1 2 tượng trưng cho khoảng thay đổi của gia tốc biểu thức (2.10) ta được: phanh, nó có thể tượng trưng cho sự chính xác Δ t 2 Δ Δ S J 2 cost của điều khiển trong hệ thống ABS và còn có 2 0 2 2 2 (2.12) 2 2 2Ω 2Ω thể dùng để ước lượng hiệu quả phanh. Gia tốc phanh trung bình trong giai đoạn φ(λ'') φ(λ') g (3.2) này được tính: Với λ'' và λ' là các giá trị lân cận trên và t2 Δ Δ dưới của λp. Ví dụ với đường sulfat khô λp = J0 cosΩ t t1 dt 2 2 t1 0,17 thì ta chọn giá trị λ''= 0,2 và λ' = 0,15. Với J 2 t 2 t1 đường ướt λp = 0,36 ta chọn λ'' = 0,38 và λ' = Δ Δ 0,35. Với các thông số ở trên thế vào biểu thức J0 sint 2 2 2Ω t 2 t1 (2.13) 3
4. (3.2) ta có giá trị của biên độ = 0,3 đối với 4. Kết quả tính toán đường khô và = 0,5053 đối với đường ướt. Với các mô hình tính toán hiệu quả phanh Mối quan hệ giữa hệ số bám và tỉ số trượt λ ABS như tính toán gia tốc phanh, thời gian xác định từ biểu thức sau: phanh và quãng đường phanh cho hệ thống φp phanh như trên, ta có kết quả tính toán các φ λ λ λ p λ p thông số chỉ tiêu phanh trên các loại đường với φ φ λ φ φ (3.3) p s p p s vận tốc phanh ban đầu như bảng 4.1. φ λ λ λ p 1 λ p 1 λ p Bảng 4.1: Kết quả tính toán chỉ tiêu phanh cho hệ thống phanh ABS. Vận tốc Thông số chỉ tiêu phanh phanh Theo QCVN: Kết quả tính toán Loại đường ban đầu 2011/GTVT V0 Gia tốc phanh Thời gian phanh Quãng đường [Jp] [Sp] 2 2 (Km/h) Jp (m/s ) tp (s) phanh Sp (m) (m/s ) (m) Đường bê tông khô 90 8,720 2,95 36,2 Đường trơn ướt 90 5,684 4,49 57,3 Đường bê tông khô 50 8,717 1,69 11,9 5,9 20 Đường trơn ướt 50 5,684 2,48 14,8 Từ kết quả tính toán các chỉ tiêu phanh trong các thông số động học ô tô khi phanh trên xe có bảng 4.1, ta so sánh với chỉ tiêu kiểm định chất trang bị hệ thống phanh ABS, xây dựng lượng phanh ô tô theo QCVN: 2011/GTVT phương pháp tính toán hiệu quả phanh và ổn [04], với quãng đường phanh cho phép 20 m ở định trong quá trình phanh ABS và tính toán vận tốc phanh ban đầu 50 Km/h. Trong khi đó, kiểm nghiệm hệ thống phanh trên xe thật Toyota kết quả tính toán quãng đường phanh trên hai loại đường có hệ số bám tốt đạt 11,9 m và Corolla Altis. Xây dựng được phương pháp tính đường có hệ sô bám kém (đường trơn ướt) đạt toán các chỉ tiêu phanh trên xe có trang bị hệ 14,8 m ở vận tốc phanh ban đầu 50Km/h. Như thống phanh ABS gồm chỉ tiêu quãng đường vậy, hiệu quả phanh của xe có trang bị hệ thống phanh, gia tốc phanh và thời gian phanh. phanh ABS đạt hiệu quả cao. Ngoài ra, việc xây dựng được phương 5. Kết luận và hướng phát triển pháp tính toán hiệu quả phanh ABS sẽ làm cơ 5.1. Kết luận Qua đề tài tính toán hiệu quả phanh và ổn sở cho việc xác định các thông số về chỉ tiêu định phanh trên xe có trang bị hệ thống ABS. phanh cho xe trang bị hệ thống phanh ABS nhằm tăng cường chất lượng kiểm định cho các Dưạ trên các cơ sở lý thuyết chuyển động ô tô cũng như các kiến thức liên quan đến đề tài mà trung tâm đăng kiểm ô tô. tác giả đã hoàn thành nhiệm vụ đề tài đề ra . 5.2 Kiến nghị Măc̣ dù có nhiều cố gắng tuy nhiên với Qua quá trình nghiên cứ u quy luật biến thiên trình độ và điều kiện có nhiều hạn chế nên đề 4
5. tài có phạm vi nhất định . Trong tương lai tác University of Southern California, UCB- giả nghiên cứu và hoàn thiện các phần sau: ITS-PRR-95-37, 2005. - Khảo sát đánh giá hiệu quả phanh ô tô trong [02] Jun Li, Dongsheng Wu, and Xiaojing Zha thực tế trên xe có trang bị hệ thống phanh ABS “Study on Theoretical Calculations of - Kiểm chứng phương pháp tính toán hiệu quả Braking Performance for Automobile with phanh ABS bằng phương pháp thực nghiệm Anti-Lock Braking System Based on nhằm rút ra các yếu tố làm ảnh hưởng đến chất Design Parameters” American Scientific lượng phanh được chính xác và khác quan. Publishers Adv. Sci. Lett. Vol. 4, No. 6/7, - Nghiên cứu đánh giá các quy luật điều khiển, 2011 kiểm soát của hệ thống phanh ABS từ đó đề [03] Toyota Technical Training “Chapter 5 xuất những giải pháp mới nhằm hoàn thiện hệ antilock brake”, 2009. thống phanh, nâng cao chất lượng phanh ô tô. [04] QCVN 09 “Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng an toàn kỹ thuật và bảo vệ Tài liệu tham khảo môi trường đối với ô tô”, 2011/BGTVT. [01] H. Raza, Z. Xu, P. Ioannou, B. Yang Tp. HCM, ngày tháng năm 2014 “Modeling and Control Design for a XÁC NHẬN CBHD Computer Controlled Brake System” 5
6. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.