Tóm tắt Luận án Nghiên cứu hệ thống ABS dẫn động khí nén

điều khiển để duy trì hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y có B¾t ®Çu Kh«ng ®¹t §¹t M« pháng theo ®é tr­ît M« pháng theo gia tèc gãc - X¸c ®Þnh ®­îc miÒn biÕn thiªn gia tèc gãc; - X¸c ®Þnh ®­îc gia tèc gãc t¹i thêi ®iÓm chuyÓn pha. Ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ & hiÖu chØnh Kh«ng ®¹t §¹t Thùc nghiÖm Kh«ng ®¹t §¹t X¸c ®Þnh ®­îc bé ng­ìng gia tèc gãc (lý thuyÕt) X¸c ®Þnh ®­îc bé ng­ìng gia tèc gãc (thùc tÕ) KÕt thóc BiÕt môc tiªu: §é tr­ît tõ 10 - 30% Ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ & hiÖu chØnh Ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ & hiÖu chØnh M« pháng lý thuyÕt nghiªn cøu thùc nghiÖm - 7 - giá trị lớn. Tuy nhiên, rất khó để xác định độ trượt của bánh xe khi phanh do vận tốc dài của bánh xe và bán kính động lực học bánh xe là những đại lượng rất khó xác định được chính xác. Thực tế giới hạn điều khiển ABS theo độ trượt có thể thay đổi trong phạm vi lớn. Do đó căn cứ theo ngưỡng độ trượt của các bánh xe để điều khiển ABS có thể khiến mức độ hiệu quả phanh không giống nhau trên các loại đường khác nhau và khi sử dụng các loại lốp khác nhau. Mặt khác, gia tốc góc của bánh xe khi phanh là đạo hàm theo thời gian của vận tốc góc bánh xe nên nó thể hiện xu hướng bó cứng của bánh xe. Vận tốc góc bánh xe b có thể dễ dàng xác định với độ chính xác tương đối cao bằng cảm biến vận tốc góc, từ đó hệ thống dễ dàng tính toán được gia tốc góc của các bánh xe trên cơ sở đạo hàm giá trị vận tốc góc đo được đó. Do đó luận án chọn phương pháp điều khiển ABS theo gia tốc góc của bánh xe khi phanh. 2.3. Nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khí nén có ABS Để xây dựng được phương pháp và thuật toán điều khiển hệ thống ABS, cần thiết phải nghiên cứu đặc tính của đối tượng điều khiển. Một trong số các đặc tính quan trọng, quyết định đến phương pháp và thuật toán điều khiển là khả năng đáp ứng tần số điều khiển của đối tượng điều khiển. Mỗi chu kỳ làm việc của ABS, áp suất khí nén trong bầu phanh có thể thay đổi qua ba trạng thái tăng áp, giữ áp và giảm áp. Nếu chu trình làm việc của hệ thống chỉ gồm 2 pha tăng và giảm áp suất với độ dài mỗi pha được xác định hợp lý thì hệ thống sẽ đáp ứng được với tần số cao hơn. 2.4. Xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô trong quá trình phanh 2.4.1. Chuyển động của ô tô trong quá trình phanh trên đường bằng phẳng Trong quá trình phanh, ảnh hưởng của dao động khung xe, dầm cầu và bánh xe rất nhỏ so với sự phân bố lại trọng lượng lên các cầu xe. Hơn nữa đối tượng khảo sát là quá trình phanh trên đường thẳng, bằng phẳng của xe tải, nên để đơn giản, luận án đã giả thiết khung xe, dầm cầu và bánh xe là một khối thống nhất (bỏ qua hệ thống treo), chỉ xét đến sự phân bố lại trọng lượng lên các cầu xe để nghiên cứu quá trình phanh. Trong quá trình phanh, lực cản không khí và lực cản lăn rất nhỏ so với lực phanh [4] nên luận án bỏ qua các lực này trong quá trình tính toán. Do vậy, phương trình chuyển động của ô tô khi phanh có thể viết lại thành: bf brmx F F   (2.11) 2.4.2. Động lực học bánh xe trong quá trình phanh Với giả thiết bỏ qua lực cản lăn, phương trình chuyển động quay của bánh xe khi phanh được xác định như sau [57], [58], [64]: - 8 - bx b x dJ M F r   (2.12) 2.4.3. Sự phân bố lại trọng lượng khi phanh Trọng lượng phân bố lên cầu xe cần phải được xác định để có thể tính toán lực phanh tác dụng lên bánh xe. Trong quá trình phanh, trọng lượng của xe phân bố lên các cầu biến đổi theo gia tốc chậm dần x của xe, được xác định theo các công thức: Phân bố trên cầu trước:  zf g m F gb xh L    (2.13) Phân bố trên cầu sau:  zr g m F ga xh L    (2.14) 2.4.4. Mô hình mô phỏng chuyển động của xe Từ phương trình (2.21) xác định được vận tốc dọc của ô tô như sau: 0 0 t bf br x F F v dt v m    (2.15) 2.4.5. Mô hình mô phỏng bánh xe Khi mô phỏng chuyển động quay của bánh xe, luận án sử dụng phương trình chuyển động quay của bánh xe khi phanh (2.12). Gia tốc góc của bánh xe được xác định từ công thức (2.12): b x d bx M F r J    (2.16) Từ đó, vận tốc góc của bánh xe được xác định theo công thức : 0 0 t b x bx bx M F r J      (2.17) Các thông số xv xác định theo công thức (2.15) và  xác định theo công thức (2.17) là cơ sở để xác định độ trượt của bánh xe. 2.5. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén Mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén trên xe ô tô tải sử dụng các giả thiết:  Lực đạp phanh của người lái đủ để van phân phối mở hoàn toàn tại thời điểm bắt đầu mô phỏng;  Áp suất khí nén trong các bình chứa không thay đổi trong quá trình phanh, có giá trị bằng nhau và bằng 0,8 MPa; 2.5.1. Cơ sở tính toán áp suất và lưu lượng khí nén trong hệ thống phanh Phương trình trạng thái của khí lý tưởng ở trạng thái đẳng nhiệt: pV nRT (2.18) - 9 - Lưu lượng khối của chất khí chảy qua một tiết lưu có thể xác định theo công thức [38]:   w d a v g u p p p Q C K GT    (2.20) Khi có lưu lượng khí nén đi vào và đi ra khỏi một dung tích, áp suất trong dung tích đó thay đổi và có thể được mô tả như sau [38]: w, w, 1d in out n dp Q Q dt C     (2.21) Khí dung của chất khí ( nC ) được tính theo công thức [38]: n gV C kRT  (2.22) 2.5.2. Mô hình mô phỏng van phân phối Khi người lái đạp phanh, lưu lượng khí nén đi qua khoang dưới ra cầu trước là Q1, đi qua khoang phía trên ra cầu sau là Q2 được xác định như sau: 2 1 1 1 1 ( )( )Tank a v g u p p p p Q C K GT    (2.24) 1 2 2 2 2 ( )( )Tank a v g u p p p p Q C K GT    (2.25) 2.5.3. Mô hình mô phỏng van xả nhanh ở dòng phanh cầu trước Áp dụng phương trình (2.20) có thể xác định được các lưu lượng khí nén đi ra khỏi van xả nhanh đến các bầu phanh như sau: 1 11 11 11 ( )( )a g v u p p p p Q K C GT    (2.28) 1 12 12 12 ( )( )a g v u p p p p Q K C GT    (2.29) 2.5.4. Mô hình mô phỏng van gia tốc trên dòng phanh cầu sau Áp dụng phương trình (2.20), phương trình xác định các lưu lượng 21Q và 22Q đến bầu phanh phía sau bên trái và bầu phanh phía sau bên phải khi van gia tốc mở hoàn toàn như sau:    1 21 1 21 21 Tank Tank g v u p p p p Q K C GT    (2.31) - 10 -    1 22 1 22 22 Tank Tank g v u p p p p Q K C GT    (2.32) 2.5.5. Mô hình mô phỏng bầu phanh và cơ cấu phanh Áp dụng phương trình (2.21) với lưu ý thể tích bầu phanh thay đổi do màng bầu phanh dịch chuyển có được phương trình xác định biến thiên áp suất như sau [7]:   ( )Cha ChaCha o dP p FkRT dy Q dt g yF V kRT dt    (2.33) Phương trình chuyển động của màng bầu phanh và cần đẩy như sau: 2 2 ( )Cha o lx d y dy m p F yi y C yC b dtdt      (2.34) Mô men phanh tại các bánh xe được xác định theo công thức sau:   '0M yi y C r  (2.35) Trong đó: 'C là hệ số mô men của cơ cấu phanh [N/m]; r: Bán kính của trống phanh [m]. 2.6. Kết luận chương 2 Điều khiển quá trình phanh để duy trì độ trượt trong khoảng nhất định sẽ giúp duy trì giá trị hệ số bám dọc và hệ số bám ngang cao, nhờ đó nâng cao tính ổn định hướng chuyển động và hiệu quả phanh của ô tô. Tuy nhiên, độ trượt của bánh xe khi phanh là đại lượng rất khó xác định chính xác nên khó thực hiện điều khiển hệ thống căn cứ theo độ trượt của bánh xe. Trong khi đó, gia tốc góc của bánh xe thể hiện xu hướng bó cứng của bánh xe khi phanh. Hơn nữa, gia tốc góc có thể xác định dễ dàng thông qua cảm biến đo vận tốc góc bánh xe. Do đó luận án chọn phương pháp điều khiển ABS theo gia tốc góc bánh xe. Việc xác định khả năng đáp ứng tần số điều khiển của đối tượng điều khiển là cần thiết và có ý nghĩa quan trọng đối với việc đề xuất thuật toán và các thông số điều khiển khác. Việc xác định ngưỡng điều khiển là quá trình phức tạp. Để giảm thời gian và chi phí nghiên cứu, luận án tiến hành nghiên cứu thông qua các bước: mô phỏng trên máy tính để điều chỉnh thuật toán điều khiển và xác định sơ bộ ngưỡng điều khiển; nghiên cứu thực nghiệm trên cơ sở kết quả nghiên cứu lý thuyết nhằm chính xác hóa các thông số cần xác định. Để có cơ sở thực hiện mô phỏng trên máy tính, luận án đã xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô, kết hợp với mô hình mô phỏng của hệ thống phanh và hệ thống ABS để có được đối tượng nghiên cứu hoàn chỉnh. Equation Chapter (Next) Section 1 - 11 - CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN 3.1. Khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống ABS Thực hiện nội dung nghiên cứu đã trình bày ở mục 2.2 với dãy xung điều khiển có tần số thay đổi lần lượt từ 0,5 Hz, 1 Hz, 10 Hz để điều khiển van chấp hành ABS hoạt động ở chế độ tăng áp và giảm áp luân phiên nhau với tỉ lệ thời gian tăng áp/giảm áp là 60/40 %. Thống kê lại giá trị áp suất khí nén trong bình chứa và giá trị áp suất cao nhất và thấp nhất trong bầu phanh phía sau theo tần số của xung điều khiển, luận án xây dựng được đồ thị như . Từ đó có thể nhận định rằng, khi tần số điều khiển từ 5 Hz trở lên, giá trị cao nhất của áp suất trong bầu phanh không lớn, áp suất biến thiên trong phạm vi nhỏ làm giảm ý nghĩa của ABS. Từ đó, khi thiết kế bộ điều khiển ABS, không nhất thiết phải lấy mẫu tín hiệu từ các cảm biến đo vận tốc góc bánh xe với tần số quá cao và chương trình điều khiển của bộ điều khiển cần thiết kế để phù hợp với khả năng đáp ứng của hệ thống. 3.2. Thuật toán điều khiển hệ thống ABS Khi cấp nguồn điện, bộ điều khiển làm việc và liên tục theo dõi vận tốc góc, gia tốc góc của các bánh xe và ở trạng thái chờ. Khi người lái đạp phanh (có tín hiệu từ công tắc đèn báo phanh), bộ điều khiển lập tức chuyển sang chế độ hoạt động. Lúc này bộ điều khiển tính toán vận tốc dài của ô tô (v) và so sánh với giá trị được đặt trước ( 0v ).Nếu vận tốc dài của ô tô nhỏ hơn  0 ,v v hệ thống phanh không kích hoạt chế độ có điều khiển của ABS mà chỉ hoạt động như trạng thái phanh bình thường. Nếu vận tốc dài của ô tô lớn hơn  0 ,v v bộ điều khiển sẽ chạy chương trình điều khiển ABS đã được lập trình sẵn. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Tan so dieu khien [Hz] A p s u a t k h i n e n [ M P a ] Ap suat binh chua Ap suat bau phanh cao nhat Ap suat bau phanh thap nhat Hình 3. 2. Quy luật biến thiên giá trị áp suất cao nhất và thấp nhất trong bầu phanh phía sau theo tần số của xung điều khiển - 12 - Pha hoạt động mặc định đầu tiên của chu trình điều khiển là pha tăng áp. Khi đó áp suất khí nén trong bầu phanh tăng dần, mô men phanh tăng theo làm gia tốc góc của bánh xe giảm dần. Khi gia tốc góc giảm đến giá trị nhỏ hơn giá trị ngưỡng  1 1 ,   ECU điều khiển chuyển sang trạng thái giữ nguyên áp suất trong bầu phanh. Nếu gia tốc góc của bánh xe chưa giảm quá giá trị ngưỡng  1 1 ,   ECU tiếp tục điều khiển hệ thống hoạt động ở trạng thái tăng áp suất trong bầu phanh. Áp suất trong bầu phanh duy trì ở mức cao khiến gia tốc góc bánh xe tiếp tục giảm, khi gia tốc góc giảm đến giá trị nhỏ hơn giá trị ngưỡng  2 2   thì ECU điều khiển giảm áp suất trong bầu phanh. Nếu gia tốc góc của bánh xe chưa giảm quá giá trị ngưỡng  2 2   , ECU tiếp tục điều khiển hệ thống hoạt động ở trạng thái giữ nguyên áp suất trong bầu phanh. Khi ECU điều khiển chuyển sang trạng thái giảm áp, áp suất trong bầu phanh giảm, mô men phanh giảm theo làm gia tốc góc của bánh xe tăng dần. Khi gia tốc góc bánh xe tăng vượt quá giá trị ngưỡng  3 3   thì ECU điều khiển chuyển sang pha giữ nguyên áp suất. Nếu quá trình giảm áp chưa đủ để gia tốc góc bánh xe tăng vượt quá giá trị ngưỡng  3 3   thì ECU tiếp tục điều khiển hệ thống hoạt động ở trạng thái giảm áp suất trong bầu phanh. Theo quán tính, gia tốc góc bánh xe tiếp tục tăng, và khi tăng vượt quá giá trị ngưỡng  4 4   , ECU sẽ điều khiển chuyển sang pha tăng áp suất trong bầu phanh. Nếu quá trình giữ áp chưa đủ để gia tốc góc bánh xe tăng vượt quá giá trị ngưỡng  4 4   thì ECU tiếp tục điều khiển hệ thống hoạt động ở trạng thái giữ nguyên áp suất trong bầu phanh. Hình 3. 3.. Lưu đồ thuật toán điều khiển ABS theo gia tốc góc bánh xe - 13 - Chu trình điều khiển được lặp lại như vậy cho đến khi vận tốc dài của ô tô giảm xuống thấp hơn mức được đặt trước (v1) thì chuyển quá trình phanh sang kiểu phanh bình thường (van chấp hành ABS liên tục ở trạng thái tăng áp) cho đến khi kết thúc quá trình phanh. 3.3. Cảm biến và phương pháp đo vận tốc góc bánh xe Xe nghiên cứu là xe tải sử dụng hệ thống phanh khí nén không có ABS. Do đó đề tài KC.03.05/11-15 cần phân tích đặc điểm kết cấu của xe nghiên cứu để chọn phương án lắp đặt vành răng đo vận tốc góc bánh xe, tính chọn cảm biến và tính số răng của vành răng để đảm bảo hệ thống ABS làm việc ổn định. Đây là cơ sở để luận án nghiên cứu, đề xuất thuật toán điều khiển hệ thống và nghiên cứu xác định các ngưỡng điều khiển. 3.3.1. Cảm biến đo vận tốc góc bánh xe Cảm biến được lựa chọn là một loại cảm biến điện từ của hãng Omron, có mã hiệu E2A-S08KS02-WP-C1 2M. Đây là loại cảm biến thông dụng trong công nghiệp, dễ tìm mua và giá thành rẻ. Các thông số khác của cảm biến như sau:  Tần số làm việc lớn nhất: 1.500 Hz;  Điện áp hoạt động: 12 – 24 V (tối đa tới 32V). 3.3.2. Vành răng cảm biến Đề tài KC.03.05/11-15 đã thiết kế và chế tạo rành răng cảm biến đo vận tốc góc bánh xe. Vành răng được lắp lên phần trống phanh có đường kính 358 mm, có các thông số chính như sau:  Số răng: 120 răng;  Bề rộng răng: 5 mm;  Khoảng cách giữa hai răng: 5 mm; 3.3.3. Phương pháp đo vận tốc góc và gia tốc góc bánh xe Để đo vận tốc góc bằng cảm biến điện từ kết hợp với rành răng, luận án sử dụng phương pháp đo tần số. Vận tốc góc của bánh xe (rad/s) được xác định theo công thức sau: 2x m n t p    (3.1) Gia tốc góc của bánh xe được tính toán dựa trên đạo hàm của vận tốc góc. Trong thiết kế phần cứng ECU, vi điều khiển được tính toán gia tốc góc bánh xe trên cở sở đạo hàm số. Gia tốc góc bánh xe sau thời gian lấy mẫu k được xác định theo công thức: 21 ( / )k kk m rad s t       (3.2) - 14 - 3.4. Mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống ABS 3.4.1. Mô hình mô phỏng van chấp hành ABS Áp dụng phương trình (2.20), lưu lượng khí nén inQ đi qua van ABS đến bầu phanh trong pha tăng áp và lưu lượng khí nén outQ xả qua van ABS trong pha giảm áp được xác định như sau:     _cha cha ain g v u p p p p Q K C Ctr Sup GT    (3.3)     _cha a a aout g v u p p p p Q K C Ctr Exh GT    (3.4) Ctr_Sup và Ctr_Exh là biến điều khiển dòng khí nén đi vào bầu phanh và biến điều khiển xả khí nén ra khỏi bầu phanh. Các biến này có giá trị bằng 0 hoặc 1 tùy theo tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển. 3.4.2. Mô hình mô phỏng cảm biến đo vận tốc góc bánh xe Trên thực tế, cảm biến đo vận tốc góc bánh xe kiểu cảm biến điện từ và vành răng yêu cầu khoảng thời gian mt để đo và cập nhật về cho vi xử lý. Trong mỗi chu kỳ lấy mẫu mt , giá trị vận tốc góc mà vi xử lý nhận được là hằng số. Sử dụng khối Zero order hold để giữ giá trị vận tốc góc không đổi trong suốt thời gian đúng bằng thời gian lấy mẫu. Sau thời gian lấy mẫu trên, bộ điều khiển được cập nhật các giá trị vận tốc góc bánh xe mới. 3.4.3. Mô hình mô phỏng bộ điều khiển Hệ thống phanh ABS có các trạng thái hoạt động: Phanh thường (không kích hoạt ABS), tăng áp, giữ áp, giảm áp và liên tục có sự chuyển đổi qua lại giữa các trạng thái đó. Do đó luận án xây dựng bộ điều khiển trong môi trường Matlab – StateFlow. Mô hình mô phỏng bộ điều khiển ABS theo gia tốc góc bánh xe được xây dựng gồm bốn mô đun tương tự nhau, sơ đồ của một mô đun được trình bày như Hình 3. 9. Hình 3. 9. Sơ đồ một mô đun trong mô hình mô phỏng bộ điều khiển hệ thống ABS theo gia tốc góc của bánh xe - 15 - 3.5. Mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô khi phanh bởi hệ thống phanh khí nén có ABS Trên cơ sở các quan hệ giữa các đại lượng vật lý trong quá trình phanh đã trình bày ở mục đã nêu ở mục 2.3 và 2.4, luận án đã xây dựng được mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô trong quá trình phanh trên đường bằng phẳng bởi hệ thống phanh khí nén có ABS trong môi trường Matlab – Simulink và Matlab – StateFlow. Sơ đồ khối của mô hình mô phỏng này được thể hiện như Hình 3. 10. Chi tiết phần mô hình mô phỏng được giới thiệu ở Phụ lục 2. Hình 3. 10. Sơ đồ khối mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô khi phanh bởi hệ thống phanh khí nén có ABS 3.6. Nghiên cứu, xác định ngưỡng gia tốc góc điều khiển ABS 3.6.1. Mô phỏng điều khiển theo độ trượt bánh xe Hệ thống phanh khí nén có ABS được mô phỏng với phương pháp điều khiển theo theo độ trượt. Phương pháp điều khiển ABS này biết trước được miền biến thiên của đối tượng điều khiển (độ trượt của các bánh xe nằm trong khoảng 10 – 30%). Bằng cách quy hoạch các bộ giá trị của ngưỡng độ trượt điều khiển  1 4...  và các kết quả mô phỏng tương ứng (độ trượt bánh xe, quãng đường phanh ), luận Bµn ®¹p phanh C¸c b×nh khÝ nÐn Van ph©n phèi Van x¶ nhanh Van gia tèc Van chÊp hµnh tr­íc bªn tr¸i Van chÊp hµnh tr­íc bªn ph¶i Van chÊp hµnh sau bªn tr¸i Van chÊp hµnh sau bªn ph¶i C¬ cÊu phanh tr­íc bªn tr¸i C¬ cÊu phanh tr­íc bªn ph¶i C¬ cÊu phanh sau bªn tr¸i C¬ cÊu phanh sau bªn ph¶i ECU - ABS M« h×nh b¸nh xe tr­íc tr¸i M« h×nh b¸nh xe tr­íc ph¶i M« h×nh b¸nh xe sau tr¸i M« h×nh b¸nh xe sau ph¶i M« h×nh th©n xe pTank Q1 Q2 Q11 pcham1 Mb1 vx Fxi Fzi vx Fb® Q12 Q21 Q22 QCham1 QCham2 QCham3 QCham4 Mb2 Mb3 Mb4 pcham2 pcham3 pcham4 p11 p12 p21 p22 p2 p1 Ctr_Supi Ctr_Exhi Hình 3. 12. Biến thiên giá trị đột trượt, gia tốc góc và biến điều khiển ECU theo thời gian - 16 - án chọn được bộ giá trị độ trượt cho hiệu quả phanh cao nhất. Phân tích sự biến thiên gia tốc góc của bánh xe tương ứng với các trạng thái hoạt động của van chấp hành ABS (thông qua giá trị biến điều khiển từ ECU) trong trường hợp mô phỏng hoạt động (Hình 3.12) xác định được sơ bộ giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển hệ thống ABS. 3.6.2. Mô phỏng điều khiển theo gia tốc góc bánh xe Thực hiện mô phỏng hệ thống theo gia tốc góc bánh xe với bộ giá trị ngưỡng gia tốc góc xác định được sơ bộ ở bước trên (Mục 3.6.1). Đánh giá kết quả mô phỏng để điều chỉnh bộ ngưỡng giá trị gia tốc góc điều khiển 1 , 2 , 3 , 4 . Quá trình này được thực hiện nhiều lần đến khi hệ thống đạt hiệu quả phanh tốt nhất. 3.6.3. Kết quả mô phỏng Kết quả mô phỏng sau đây cho thấy luận án đã xây dựng được mô hình mô phỏng hệ thống phanh ABS khí nén phù hợp với hoạt động thực tế của hệ thống trên xe, xác định được bộ ngưỡng giá trị gia tốc góc điều khiển 1 , 2 , 3 , 4 phù hợp để điều khiển. Cụ thể, ngưỡng gia tốc góc xác định được bằng lý thuyết như Bảng 3.2. Bảng 3. 2. Ngưỡng gia tốc góc điều khiển ABS được xác định theo lý thuyết Chuyển pha Ngưỡng gia tốc góc (ε) điều khiển bánh xe cầu trước Ngưỡng gia tốc góc (ε) điều khiển bánh xe cầu sau Tăng áp → Giữ áp 1 = −61,6 (rad/s 2) 1 = −56,5 (rad/s 2) Giữ áp → Giảm áp 2 = −82,0 (rad/s 2) 2 = −75,8 (rad/s 2) Giảm áp → Giữ áp 3 = +45,3 (rad/s 2) 3 = +49,4 (rad/s 2) Giữ áp → Tăng áp 4 = +66,7 (rad/s 2) 4 = +69,5 (rad/s 2) Để kiểm tra mô hình mô phỏng, luận án thực hiện mô phỏng quá trình phanh của ô tô khi phanh với vận tốc ban đầu 40 km/h và 72 km/h trên đường khô và đường ướt. Trên mỗi loại đường sẽ mô phỏng hai trường hợp: hệ thống phanh có ABS và hệ thống phanh không có ABS (không kích hoạt ABS). Sau đây là một số kết quả mô phỏng. Một số kết quả mô phỏng quá trình phanh với vận tốc ban đầu trước khi phanh v0 = 11,11 (m/s) (40 km/h), phanh trên đường khô như các Hình 3. 13, Hình 3. 14, Hình 3. 15. Kết quả mô phỏng hoạt động ở các trường hợp khác được nêu ở Phụ lục 3. - 17 - Hình 3. 13. Gia tốc góc của bánh xe khi phanh trên đường khô, v0 = 40 km/h Hình 3. 14. Độ trượt của bánh xe khi phanh trên đường khô, v0 = 40 km/h Hình 3. 15. Vận tốc của bánh xe và của xe khi phanh trên đường khô, v0 = 40 km/h Các kết quả mô phỏng trên mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô trong quá trình phanh khi phanh bởi hệ thống phanh khí nén có ABS do luận án xây dựng phù hợp với quy luật thực tế. Do đó có thể sử dụng mô hình mô phỏng để nghiên cứu, xác định sơ bộ giá trị ngưỡng điều khiển của hệ thống ABS. 3.7. Kết luận chương 3 Khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khí nén có ABS trên xe nghiên cứu chỉ đạt đến 4 Hz, do đó khi thiết kế bộ điều khiển cần tính toán các thông số: thời gian lấy mấu tín hiệu vận tốc góc, thời gian điều khiển van chấp hành ABS, phương pháp điều khiển phù hợp để hệ thống làm việc tốt. Trên cơ sở đặc tính và thông số của cảm biến đo vận tốc góc bánh xe và vành răng do đề tài KC.03.05/11-15 thiết kế, chế tạo, luận án đã nghiên cứu và xác 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -100 -50 0 50 100 Thoi gian phanh [s] G ia to c go c F R [r ad /s 2 ] Gia toc goc banh xe truoc phai 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 -100 -50 0 50 100 Thoi gian phanh [s] G ia to c g oc R L [r a d/ s2 ] Gia toc goc banh xe sau trai Co ABS Khong ABS Co ABS Khong ABS 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Thoi gian phanh [s] D o tru ot F R [ x1 00 % ] Do truot banh xe truoc phai 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Thoi gian phanh [s] D o tru ot R L [x 10 0% ] Do truot banh xe sau trai Co ABS Khong ABS Co ABS Khong ABS 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Thoi gian phanh [s] v_ _ F R & v _ _V e hi cl e [ km /h ] Van toc banh xe truoc phai va van toc o to 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Thoi gian phanh [s] v_ _R L & v _ _V e hi cl e [ km /h ] Van toc banh xe sau trai va van toc o to v__FR, Co ABS v__Vehicle, Co ABS v__FR, Khong ABS v__Vehicle, Khong ABS v__RL, Co ABS v__Vehicle, Co ABS v__RL, Khong ABS v__Vehicle, Khong ABS - 18 - định gia tốc góc bánh xe theo phương pháp đạo hàm số vận tốc góc bánh xe. Gia tốc góc bánh xe được sử dụng làm thông số điều khiển cho hệ thống ABS. Luận án đã xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống ABS (van chấp hành ABS, cảm biến và bộ điều khiển) và kết hợp với mô hình mô phỏng hệ thống phanh và mô hình mô phỏng chuyển động của xe để có mô hình mô phỏng quá trình phanh của xe sử dụng hệ thống phanh khí nén có ABS. Mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén có ABS do luận án xây dựng cho kết quả mô phỏng phù hợp với hoạt động của hệ thống trong thực tế. Do đó có thể sử dụng mô hình mô phỏng này cho các nghiên cứu, phát triển tiếp theo về hệ thống phanh khí nén có ABS trên xe ô tô. Điều khiển ABS khí nén theo gia tốc góc bánh xe là phương pháp khả thi và có hiệu quả. Tuy nhiên, quá trình xác định các giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển phức tạp. Kết quả có được từ giai đoạn mô phỏng trên máy tính là giá trị sơ bộ cho các nghiên cứu, mô phỏng thực nghiệm tiếp theo. Equation Chapter (Next) Section 1 - 19 - CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 4.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm Bằng phương pháp thực nghiệm đã trình bày ở nội dung 2.3 và nghiên cứu, phân tích kết quả thực nghiệm ở nội dung 3.1, và luận án đã xác định được khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khí nén có ABS trên xe nghiên cứu. Trên cơ sở đó luận án nghiên cứu, đề xuất được thuật toán điều khiển hệ thống theo gia tốc góc các bánh xe khi phanh. Luận án đã xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô trong quá trình phanh, mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén có ABS, trên cơ sở đó nghiên cứu, xác định được sơ bộ giá trị ngưỡng điều khiển hệ thống ABS. Tiếp theo, luận án tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm nhằm mục đích:  Chính xác hóa bộ giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển ABS khí nén đã xác định sơ bộ bằng phương pháp mô phỏng trên máy tính.  Đánh giá hiệu quả hoạt động của toàn bộ hệ thống phanh khí nén có ABS trên xe nghiên cứu. 4.2. Nghiên cứu chính xác hóa ngưỡng điều khiển 4.2.1. Quy trình mô phỏng thực nghiệm Việc thử nghiệm trên đường thử được thực hiện nhiều lần với nhiều giá trị ngưỡng điều khiển khác nhau. Các giá trị ngưỡng điều khiển này được tham khảo từ kết quả của bước mô phỏng trên và được điều chỉnh dần sau mỗi lần mô phỏng thực nghiệm để phù hợp với điều kiện vận hành thực tế của xe và của nhiều loại đường (đường khô và ướt, đường trải nhựa asphalt, đường bê tông ). 4.2.2. Thiết bị thử nghiệm 4.2.2.1. Bộ điều khiển điện tử hệ thống ABS Phần chính của bộ điều khiển là một vi điều khiển họ AVR của hãng Atmel. Các thông số kỹ thuật và chức năng của bộ điều k