Tóm tắt Luận án Nghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy

ƣợc mô tả trên Hình 2.2. Theo hình này, hầu hết các loại đƣờng hệ số bám dọc x đạt giá trị cực đại, hệ số bám ngang y đạt giá trị khá cao khi độ trƣợt tƣơng đối s nằm trong vùng giá trị độ trƣợt tối ƣu [24], [40]. Vì vậy, khi nghiên cứu thiết kế hệ thống phanh và điều khiển quá trình phanh ô tô ngƣời ta có thể chọn độ trƣợt tối ƣu )%2515( s (Hình 2.2) là ngƣỡng điều khiển gọi là “Điều khiển theo giá trị độ trƣợt định trƣớc”. 2.1.2. Phƣơng pháp điều khiển hạn chế trƣợt lết bánh xe khi phanh 2.1.2.1. Điều khiển theo giá trị độ trượt Để điều khiển độ trƣợt bằng đúng độ trƣợt tối ƣu ( 0ss  ) là một vấn đề rất khó, vì vậy trong thực tế thƣờng cho phép s dao động trong một vùng giới hạn xung quanh giá trị 0s - gọi là vùng trƣợt tối ƣu (Hình 2.3). Phƣơng pháp điều khiển này có ƣu điểm là quá trình phanh phù hợp với nhiều loại đƣờng, là phƣơng pháp điều khiển lý tƣởng, điều khiển tối ƣu quá trình phanh. Tuy nhiên, phƣơng pháp điều khiển này có nhƣợc điểm là giá trị s là thông số khó xác định, muốn xác định đƣợc giá trị s phải xác định đƣợc các thông số:  và vận tốc dài của xe; trong đó vận tốc dài của xe là một thông số khó xác định trực tiếp. Mặt khác muốn điều khiển phanh với nhiều loại đƣờng khác nhau, phải xác định một vùng giá trị 0s và điều khiển s nằm trong vùng đó vì vậy hiệu quả phanh giảm. 2.1.2.2. Điều khiển theo gia tốc góc bánh xe Để điều khiển tối ƣu quá trình phanh, mỗi nhãn xe khi thiết kế, chế tạo ECU-ABS phải xác định đƣợc giá trị gia tốc góc bánh xe làm giá trị ngƣỡng gia tốc góc, gồm: giá trị ngƣỡng giới dƣới ( L ) và giá trị ngƣỡng trên ( H ). Phƣơng pháp điều khiển theo giá trị gia tốc góc bánh xe trong sơ đồ thuật toán trên Hình 2.4. Phƣơng pháp này có ƣu điểm là giá trị gia tốc góc bánh xe ( ) đƣợc xác định trực tiếp từ vận tốc góc bánh xe ( ) nhờ các cảm biến đặt tại bánh xe, vì vậy thƣờng áp dụng trong thực tế. 2.1.3. Quá trình điều khiển hạn chế trƣợt lết bánh xe khi phanh theo gia tốc góc Quá trình điều khiển hệ thống ABS dựa trên các nguyên lý khác nhau, đƣợc xác định bởi các nhà nghiên cứu, chế tạo. Trong phạm vi nghiên cứu, luận án xem xét sự làm việc của hệ thống ABS điều khiển theo biến đổi của gia tốc góc bánh xe khi phanh, tín hiệu đầu vào bộ điều khiển điện tử do cảm biến đo vận tốc góc đặt ở các bánh xe phát ra. Xác định giá trị ngƣỡng gia tốc góc bánh xe là nội dung quan trọng trong việc nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ECU-ABS. Đây là cơ sở lý thuyết để phân tích quá trình điều khiển áp suất dầu hệ thống phanh thuỷ lực có ABS, đồng thời là cơ sở xác định giá trị ngƣỡng gia tốc góc bánh xe cho bộ điều khiển điện tử chế tạo sau này. Tóm lại, từ cơ sở lý thuyết về ABS trên ô tô, có thể thấy ABS của ô tô hoạt động ở 3 chế độ tăng áp, giữ áp và giảm áp khá phức tạp để trang bị cho xe máy và điều khiển ABS theo độ trƣợt gặp khó khăn trong việc xác định chính xác vận tốc dài của xe để xác định độ trƣợt. Do đó luận án Hình 2.2. Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt của một số loại đường [24], [40] 7 đi đề xuất hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết cho xe máy có cấu hình và nguyên lý hoạt động khác với ABS của ô tô. Từ các ƣu nhƣợc điểm của các phƣơng pháp điều khiển, luận án chọn phƣơng pháp điều khiển hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết theo vận tốc góc bánh xe. 2.2. Cấu hình hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết cho xe máy 2.2.1. Hệ thống phanh xe máy 2.2.2. Đề xuất cấu hình hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết Hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết cho xe máy đƣợc đề xuất có sơ đồ cấu hình nhƣ trên Hình 2.7. Hệ thống bao gồm xy lanh phanh chính, cơ cấu điều áp, cơ cấu phanh, bộ điều khiển và cảm biến vận tốc góc bánh xe. Trong đó xy lanh phanh chính và cơ cấu phanh có sẵn trên xe nghiên cứu, còn cơ cấu điều áp, bộ điều khiển và cảm biến vận tốc góc bánh xe sẽ đƣợc trang bị thêm vào hệ thống. 2.3. Đề xuất cơ cấu điều áp 2.3.1. Cấu tạo cơ cấu điều áp Cơ cấu điều áp đƣợc đề xuất có cấu tạo nhƣ Hình 2.11 bao gồm 2 bộ phận chính là van điều áp và nam châm điện (4), van điều áp bao gồm con trƣợt (1), vỏ van (2) và lò xo hồi vị (3). 2.3.2. Nguyên lý làm việc cơ cấu điều áp Ở chế độ tăng áp, dầu phanh từ cửa I đƣợc thông hoàn toàn sang cửa II nghĩa là dầu phanh đi từ xy lanh chính đến cơ cấu phanh, áp suất phanh đến cơ cấu phanh phụ thuộc lực bàn đạp. Lúc này nam châm điện không sinh lực (không có dòng điện đi đến nam châm), con trƣợt 1 bị lò xo hồi vị 3 đẩy hoàn toàn sang phía trái, dầu thông từ cửa I sang cửa II (Hình 2.11). Ở chế độ giảm áp, nam châm điện đƣợc cấp dòng tạo lực hút, hút con trƣợt 1 dịch chuyển sang phải, nén lò xo hồi vị 3 lại. Khi con trƣợt vƣợt dịch chuyển qua cửa I, cửa I bị đóng lại, ngăn dầu từ xy lanh chính. Con trƣợt tịnh tiến dịch chuyển sang phải, làm xuất hiện khoang hồi dầu B, dầu từ cơ cấu phanh đi đến khoang B và áp suất phanh ở cơ cấu phanh giảm xuống (Hình 2.13). Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy 1. Con trượt 3. Lo xo hồi vị 2. Vỏ van 4. Nam châm điện I: Cửa dầu vào cơ cấu điều áp từ xy lanh chính II: Cửa dầu từ cơ cấu điều áp đến xy lanh công tác A. Khoang cấp dầu từ xy lanh chính B. Khoang hồi dầu từ xy lanh công tác Hình 2.11. Cấu tạo cơ cấu điều áp 8 Khi ngừng cấp dòng vào nam châm điện, lực hút điện từ mất đi, con trƣợt 1 bị lò xo hồi vị 3 đẩy sang trái đẩy dầu phanh từ khoang B trở lại xy lanh công tác và hệ thống trở về chế độ tăng áp: cửa I thông với cửa II. Để đảm bảo cơ cấu điều áp hoạt động hiệu quả có ba thông số quan trọng là lực hút của nam châm điện 4, lực đàn hồi của lò xo hồi vị 3 và đƣờng kính con trƣợt 1 van điều áp cần phải đƣợc xác định phù hợp. 2.3.3. Tính toán mô phỏng cơ cấu điều áp Từ sơ đồ các lực tác dụng vào con trƣợt van điều áp (Hình 2.14), phƣơng trình chuyển động của con trƣợt van điều áp đƣợc viết nhƣ sau :   222 xFFFxm lxdnc  (2.13) Tùy theo độ dịch x2 của con trƣợt van điều áp hệ thống làm việc theo bốn trạng thái: + Trạng thái 1: Khi ở chế độ phanh bình thƣờng con trƣợt van điều áp không dịch chuyển: 02 x . Q2 = Q1 . Áp lực dầu trong khoang b: 0dF , 1ppp  (theo [13]); + Trạng thái 2: Khi bánh xe bị trƣợt lết lực nam châm kéo con trƣợt van điều áp dịch chuyển sang phải x2: 003,00 2  x m đóng dần cửa I. Áp suất trong xy lanh chính :  dtQQ V K p   21 1 1 (2.16) Lƣu lƣợng dầu từ van điều áp cấp xuống xy lanh công tác Q2 (lƣu lƣợng sau tiết lƣu): )( 31 2 s m p pp QQ dn p dn    (2.17) + Trạng thái 3: Khi độ dịch của con trƣợt van điều áp đóng kín hoàn toàn cửa I mx 003,02  . Khi đó thể tích khoang B là 22xS Lƣu lƣợng dầu Q3 từ xy lanh công tác của cơ cấu phanh hồi về khoang B đƣợc xác định nhƣ sau: 223 SxQ   (m3/s) (2.18) Áp suất dầu trong xy lanh công tác của cơ cấu phanh đƣợc xác định: dtxSQQ V K p ct tong p          332 (2.19) + Trạng thái 4: Khi nam châm điện thôi tác dụng lực Fnc=0, con trƣợt van điều áp dịch chuyển sang bên phía tay trái, phƣơng trình (2.13) mất đi thành phần lực nam châm điện. 2.4. Mô hình mô phỏng hệ thống dẫn động phanh xe máy có hệ thống hạn chế trƣợt lết Hình 2.14. Lực tác dụng lên con trượt van điều áp Hình 2.13. Cơ cấu điều áp ở chế độ xảy ra trượt lết bánh xe (chế độ giảm áp) 9 Hình 2.22. Lực tác dụng lên bánh xe khi phanh Từ sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết trên Hình 2.7, luận án đề xuất sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết dẫn động thủy lực nhƣ Hình 2.17 2.4.1. Mô hình xy lanh – pít tông phanh chính Bỏ qua ảnh hƣởng của lò xo hồi vị, phƣơng trình dịch chuyển của pít tông xy lanh chính:   11111 xSpFxm s  (2.21) Lƣu lƣợng dầu Qs1 từ xy lanh chính cấp đến cơ cấu điều áp đƣợc tính nhƣ sau: )( 3 111 s mSxQ   (2.23) 2.4.2. Mô hình xy lanh – pít tông công tác Phƣơng trình chuyển động của pít tông xy lanh công tác: )( )0(3333 xxkxSpxm ctpct    (2.24) Mô men phanh đƣợc tính bằng công thức sau: )( )0(33 xxkRmfFRmfM tbdNtbdps  (2.26) 2.5. Mô hình mô phỏng động lực học của quá trình phanh xe 2.5.1. Mô hình mô phỏng bánh xe khi phanh Trong quá trình phanh, các lực và các mô men tác động vào bánh xe sau (bánh xe phanh) nhƣ trên Hình 2.22, từ đó có thể xây dựng đƣợc phƣơng trình chuyển động quay của bánh xe sau: bxsxspssbxs rFMJ    (2.27) 2.5.2. Mô hình mô phỏng bánh xe không phanh Trong quá trình phanh xe máy, bánh xe phía trƣớc không phanh chỉ lăn bị động trong suốt quá trình phanh. bxtxttbxt rFJ    (2.29) 2.5.3. Mô hình mô phỏng lốp xe Mô hình Burckhardt [52], [62] xác định quan hệ độ trƣợt của lốp xe và hệ số bám x theo hệ số bám tổng r và độ trƣợt tổng rs .   sCeC sCx 31 21   (2.31) 2.5.4. Mô hình mô phỏng quá trình phanh trên đƣờng thẳng Trong quá trình phanh, với các giả thiết đã nêu, xe máy chịu các lực tổng hợp tác dụng theo phƣơng chuyển động của xe nhƣ trên Hình 2.27, phƣơng trình chuyển động của xe khi phanh đƣợc viết nhƣ sau:   xmFF tongxsxt (2.32) Hình 2.17. Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh 10 Phản lực theo phƣơng thẳng đứng tác dụng vào bánh xe phía trƣớc: )(     xhgb ba m F g tong zt (2.34) Phản lực theo phƣơng thẳng đứng tác dụng vào bánh xe phía sau: )(     xhga ba m F g tong zs (2.35) 2.5.5. Kết quả mô phỏng bằng mô hình đã xây dựng Để kiểm tra mô hình mô phỏng luận án tiến hành mô phỏng bằng mô hình hệ thống phanh nhƣ Hình 2.29, khi cơ cấu điều áp chƣa đƣợc cấp lực nam châm điện Fnc=0 và thông số đầu vào nhƣ Bảng 2.2 trên các loại đƣờng có hệ số bám cực đại lần lƣợt là max 0,3; 0,5; 0,7 với các mức tác động phanh khác nhau với giả thiết sau 0,5s đạt mức đạp phanh cần thiết lần lƣợt là Fs= 50N, 90N, 130N thu đƣợc các kết quả nhƣ trên các hình từ Hình 2.31 đến Hình 2.33. Từ các kết quả mô phỏng có thể thấy quy luật sự thay đổi độ trƣợt, vận tốc góc bánh xe, áp suất phanh và gia tốc góc bánh xe trong quá trình phanh trên các loại đƣờng có hệ số bám cực đại khác nhau với các mức tác động phanh khác nhau phù hợp với các quy luật đã công bố trên các tài liệu lý thuyết. Từ đó có thể khẳng định mô hình đã xây dựng với các giả thuyết đã nêu có thể sử dụng để mô phỏng xác định các thông số cơ cấu điều áp cũng nhƣ xác định sơ bộ ngƣỡng điều khiển lý thuyết nhằm tiết kiệm thời gian và chi phí tiến hành thực nghiệm. 2.6. Mô phỏng xác định thông số cơ cấu điều áp 2.6.1. Mô phỏng xác định lực nam châm điện Mô phỏng hoạt động của cơ cấu điều áp theo mô hình mô phỏng nhƣ Hình 2.29 với các thông số chọn trƣớc là đƣờng kính cong trƣợt dp=0,008m; lò xo hồi vị có độ cứng kxl = 30.10 3 (N/m) và biến dạng ban đầu (nén) )(0055,00 ml  và các thông số của đối tƣợng nghiên cứu nhƣ Bảng 2.2. Do chƣa có bộ điều khiển, luận án sử dụng bộ tạo xung để tạo ra quy luật biến thiên lực nam châm điện có dạng xung vuông nhƣ Hình 2.35a. Đƣa vào quy luật tác động phanh trong quá trình mô phỏng nhƣ Hình 2.35b. Tiến hành mô phỏng với nhiều giá trị lực nam châm điện khác nhau, phân tích sự thay đổi vận tốc góc bánh xe và độ trƣợt bánh xe, luận án thấy rằng nam châm điện phải có giá trị tối thiểu 193N đảm bảo cơ cấu điều áp cũng nhƣ hệ thống làm việc tƣơng đối tốt. Kết quả mô phỏng trên đƣờng có hệ số bám cực đại 5,0max  với giá trị lực nam châm điện là 193N nhƣ các hình sau: Hình 2.35. Quy luật tác dụng lực Hình 2.27. Lực tác dụng lên xe máy 11 Từ đồ thị kết quả mô phỏng hệ thống phanh có cơ cấu điều áp cho thấy: Vận tốc góc của bánh xe giảm dần về giá trị “0” trong suốt quá trình phanh và biến thiên tăng giảm cùng pha với quy luật biến thiên của lực nam châm điện với chu kỳ 1s (0,5s tăng, 0,5s giảm). Tức là trong chu kỳ 1s, 0,5s đầu nam châm điện chƣa tạo lực hút vận tốc góc giảm mạnh, 0,5s sau khi lực nam châm điện tăng Hình 2.35b vận tốc góc của xe tăng (giảm ít hơn) (Hình 2.36). Độ trƣợt của bánh xe biến thiên ngƣợc pha với biến thiên của lực nam châm điện (Hình 2.37). Trong chu kỳ 1s, 0,5s đầu nam châm điện chƣa làm việc độ, trƣợt tăng mạnh, 0,5s sau nam châm điện tạo lực hút độ trƣợt giảm xuống. Tuy nhiên do có sự phân bố lại trọng lƣợng xe khi phanh làm lực bám bánh xe phía sau giảm dẫn đến bánh xe phía sau rất dễ trƣợt nên độ trƣợt tăng nhanh đến giá trị bằng 1. Nhƣ vậy với hai thông số klx = 30.10 3 N/m, dp = 8 mm luận án đã xác định đƣợc giá trị lực nam châm điện tối thiểu Fncs =193N cho kết quả làm việc của hệ thống tƣơng đối tốt, đây là cơ sở cho việc tính toán thiết kế nam châm điện của cơ cấu điều áp. 2.6.2. Tính nam châm điện cơ cấu điều áp Với phƣơng án tính toán thiết kế chế tạo nam châm điệ thông qua 2 bƣớc: tính nam châm điện bằng công thức từ (2.36) đến (2.43) và kiểm nghiệm lực từ công thức (2.44) đến (2.47) luận án chế tạo đƣợc lực nam châm điện có thông số nhƣ Bảng 2.4. 2.7. Nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống có cơ cấu điều áp Để khảo sát quá trình thay đổi áp suất trong hệ thống phanh, tiến hành thử nghiệm với trình tự nhƣ sau: Đạp phanh dứt khoát với lực đạp lớn để áp suất tăng cực đại và cố gắng giữ nguyên trạng thái đó trong khoảng 3 - 5 giây và sau đó nhả phanh dứt khoát. Sự biến thiên áp suất dầu phanh đƣợc thiết bị đo ghi lại nhƣ đồ thị Hình 2.40. Hình 2.40. Áp suất dầu trong hệ thống khi phanh bình thường Bảng 2.4. Các thông số nam châm điện một chiều TT Thông số Giá trị Đơnvị 1 Lực nam châm điện một chiều 193 N 2 Khe hở đƣờng sức từ thông 0,4 cm 3 Tổng số vòng dây 1600 vòng 4 Số cuộn dây (mắc song song) 2 cuộn 5 Đƣờng kính lõi nam châm 4 cm 6 Đƣờng kính dây dẫn (cả cách điện) 0,87 mm 12 Qua đồ thị này có thể nhận thấy tỉ lệ thời gian của quá trình tăng áp suất và thời gian của quá trình giảm áp suất trong hệ thống phanh ở mức khoảng 60/40%. Từ nhận xét này, luận án tiếp tục tiến hành các thí nghiệm nhƣ sau: Tạo dãy xung có tần số thay đổi từ 2,0 Hz, 2,5Hz 8 Hz để điều khiển cơ cấu điều áp của hệ thống với tỉ lệ thời gian tăng áp/giảm áp là 60/40 %. Theo dõi, khảo sát sự biến thiên áp suất dầu phanh trong hệ thống phanh bánh xe sau. Thống kê giá trị áp suất dầu phanh cao nhất và thấp nhất trong cơ cấu phanh sau theo tần số của xung điều khiển, thu đƣợc đồ thị quy luật biến thiên áp suất theo tần số xung điều khiển nhƣ trên Hình 2.42. Từ đồ thị trên Hình 2.42 có thể thấy khi tần số xung điều khiển lớn hơn 6Hz khoảng biến thiên áp suất trong cơ cấu phanh bị thu hẹp rất nhanh. Khi điều khiển hệ thống làm việc với tần số lớn hơn 6Hz, mặc dù hệ thống vẫn làm việc tuy nhiên khả năng điều chỉnh áp suất hệ thống bị thu hẹp. Do vậy có thể nhận thấy hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết với cơ cấu điều áp đã chế tạo có thể làm việc với tần số điều khiển đến khoảng 6Hz. Đây là cơ sở để thiết kế bộ điều khiển điện tử của hệ thống. 2.8. Kết luận chƣơng 2 Trên cơ sở phân tích hệ thống phanh dẫn động thủy lực có sẵn trên xe máy, chƣơng này của luận án đã đề xuất hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết cho xe máy với các bộ phận sẵn có là xy lanh chính, cơ cấu phanh và trang bị thêm vào hệ thống cơ cấu điều áp và bộ điều khiển. Hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết hoạt động theo nguyên tắc sử dụng cơ cấu điều áp gồm hai trạng thái tăng áp và giữ áp, điều chỉnh áp suất phanh trong cơ cấu phanh từ đó thay đổi mô men phanh tại bánh xe. Mô hình mô phỏng hệ thống dẫn động phanh thủy lực có hệ thống hạn chế trƣợt lết kết hợp với mô hình mô phỏng động lực học quá trình phanh đã đƣợc xây dựng với một số giả thiết cho trƣớc của xe máy trên phần mềm Matlab – Simulink. Kết quả mô phỏng trên mô hình này phù hợp với quy luật hoạt động đã phổ biến của hệ thống trong thực tế. Các thông số của cơ cấu điều áp của hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết bánh xe đã đƣợc xác định thông qua tính toán, thiết kế chế tạo và mô phỏng cơ cấu điều áp, cụ thể: đƣờng kính con trƣợt cơ cấu điều áp (8mm), lò xo có độ cứng (30.103 N/m đƣợc lắp với độ biến dạng ban đầu ml 0055,00  ) và lực nam châm điện (193N). Khả năng đáp ứng tần số điều khiển của cơ cấu điều áp cũng nhƣ hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết đã đƣợc xác định thông qua thực nghiệm, kết quả cho thấy hệ thống có thể làm việc đến tần số khoảng 6Hz. Để hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết hoạt động hiệu quả, việc điều khiển hệ thống hay điều khiển cơ cấu điều áp kiểm soát áp suất phanh trong hệ thống khi phanh có vai trò rất quan trọng. Do vậy thuật toán điều khiển cơ cấu điều áp cũng nhƣ chế tạo bộ điều khiển sẽ đƣợc luận án tiếp tực trình bày trong các chƣơng sau. Hình 2.42. Giá trị áp suất cao nhất và thấp nhất đạt được trong cơ cấu phanh sau theo tần số của xung điều khiển 13 CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN (ECU) 3.1. Nghiên cứu chọn thuật toán điều khiển 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 hƣớng tăng tốc, giảm tốc cũng nhƣ bó cứng của bánh xe. Vận tốc góc bánh xe  có thể xác định bằng cảm biến vận tốc góc thông thƣờng, từ đó hệ thống có thể tính toán đƣợc gia tốc góc của các bánh xe trên cơ sở đạo hàm giá trị vận tốc góc đo đƣợc đó. Do đó luận án chọn phƣơng pháp điều khiển hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết theo gia tốc góc của bánh xe khi phanh. Khi phanh, bộ điều khiển đƣợc cấp nguồn điện và liên tục theo dõi vận tốc góc bánh xe từ đó tìm ra vận tốc ban đầu của xe v và gia tốc góc của các bánh xe. Nếu vận tốc này của xe máy nhỏ hơn giá trị định trƣớc v1, hệ thống phanh không kích hoạt chế độ có điều khiển của hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết mà chỉ hoạt động nhƣ trạng thái phanh bình thƣờng. Nếu vận tốc v của xe máy lớn hơn v1, bộ điều khiển sẽ chạy chƣơng trình điều khiển hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết đã đƣợc lập trình sẵn nhƣ lƣu đồ thuật toán trên Hình 3.3. 3.2. Xác định ngƣỡng gia tốc góc điều khiển hệ thống 3.2.1. Mô phỏng điều khiển theo độ trƣợt bánh xe Một bộ điều khiển tạm thời đƣợc xây dựng trên thuật toán điều khiển theo độ trƣợt của bánh xe. Bắt đầu quá trình phanh, áp suất dầu trong hệ thống phanh tăng làm độ trƣợt của bánh xe tăng dần. Khi độ trƣợt vƣợt quá ngƣỡng giới hạn 1s , bộ điều khiển chuyển sang trạng thái (pha) giảm áp suất trong hệ thống phanh. Vận tốc góc của bánh xe tăng dần, độ trƣợt giảm dần đến khi nhỏ hơn giá trị 2s , bộ điều khiển chuyển sang pha điều khiển tăng áp suất. Chu trình điều khiển gồm các pha tăng áp, giảm áp đƣợc điều khiển biến đổi qua lại liên tục đến khi kết thúc quá trình hoạt động. Các pha điều khiển của bộ điều khiển và các giá trị ngƣỡng độ trƣợt của bánh xe 1s , 2s đƣợc minh họa trên Hình 3.4. Bộ điều khiển đƣợc xây dựng trên thuật Hình 3.2. Nguyên lý xác định pha điều khiển áp suất theo gia tốc góc Hình 3.3. Lưu đồ thuật toán điều khiển phanh theo gia tốc góc bánh xe Hình 3.5. Lưu đồ thuật toán điều khiển theo độ trượt bánh xe 14 toán điều khiển theo độ trƣợt bánh xe. Các trạng thái làm việc của bộ điều khiển – hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết và các ngƣỡng giới hạn điều khiển và đƣợc mô tả nhƣ trên Hình 3.5. Tiến hành mô phỏng hệ thống theo bộ giá trị ngƣỡng độ trƣợt ( 1s , 2s ) tƣơng ứng với giả thiết biết trƣớc đƣợc miền biến thiên độ trƣợt mong muốn (từ 15% đến 25%) và quy luật tác dụng lực lên bàn đạp phanh Hình 2.35a. Quá trình này đƣợc thực hiện lặp lại nhiều lần trên các đƣờng có hệ số bám cực đại khác nhau, phân tích, đánh giá các kết quả mô phỏng tƣơng ứng (độ trƣợt bánh xe, vận tốc góc, gia tốc góc, áp suất phanh ) khi hệ thống đạt hiệu quả phanh tƣơng đối tốt. Kết quả mô phỏng trên đƣờng có hệ số bám cực đại 5,0max  nhƣ trên các hình từ Hình 3.8 đến Hình 3.11. Từ kết quả mô phỏng trên có thể thấy với đƣờng có hệ số bám cực đại 5,0max  , trong trƣờng hợp có điều khiển, độ trƣợt bánh xe phía sau đã đƣợc điều khiển duy trì quanh giá trị trung bình 20% gần với vùng độ trƣợt mong muốn từ khi phanh đến khi vận tốc xe giảm xuống dƣới vận tốc giới hạn điều khiển (4m/s) khoảng 3,6s, áp suất phanh trong cơ cấu phanh bánh xe sau biến thiên theo chu kỳ ngƣợc pha với vận tốc góc giá trị áp suất biên thiên từ 0,6.106 (N/m2) đến 3,4.106 (N/m 2 ). Trong khi nếu không có điều khiển, độ trƣợt bánh xe sau tăng nhanh đến giá trị trƣợt hoàn toàn, vận tốc góc xe giảm về giá trị “0” trong khoảng 1,4s, điều này cho thấy khi không có điều khiển bánh xe phái sau đã bị bó cứng sau 1,4s từ khi bắt đầu phanh. Từ đó có thể thấy bánh xe đã không còn xảy ra hiện tƣợng trƣợt lết. Độ trƣợt bánh xe đã đƣợc điều khiển cải thiện nhiều so với trƣờng hợp không điều khiển mặc dù độ trƣợt vẫn còn sai số trong quá trình điều khiển ở khoảng thời gian phanh cuối khi vận tốc xe nhỏ đi. Vậy bộ điều khiển theo độ trƣợt đã làm việc hiệu quả trong vùng độ trƣợt gần với vùng độ trƣợt mong muốn (15% – 25%). Từ kết quả mô phỏng theo độ trƣợt nằm trong vùng trƣợt đó trên các loại đƣờng có hệ số bám cực đại khác để thu thập kết quả mối quan hệ giữa tín hiệu điều khiển và gia tốc góc bánh xe. 15 Phân tích sự biến thiên gia tốc góc bánh xe tƣơng ứng trạng thái hoạt động của bộ điều khiển trong các trƣờng hợp mô phỏng hoạt động hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết theo độ trƣợt. Từ sự biến thiên của tín hiệu điều khiển (điều khiển cơ cấu điều áp), xác định đƣợc thời điểm bộ điều khiển chuyển pha trên đƣờng gia tốc góc bánh xe. Từ đó xác định đƣợc các giá trị gia tốc góc bánh xe ứng với các thời điểm bộ điều khiển chuyển pha trong quá trình phanh là bộ ngƣỡng điều khiển hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết theo gia tốc góc (Hình 3.12). Hình 3.12. Biến thiên giá trị gia tốc góc theo tín hiệu điều khiển trên đường 5,0max  Bằng phƣơng pháp nghiên cứu nhƣ trên Hình 3.12, luận án tiến hành mô phỏng và thống kê đƣợc miền biến thiên giá trị gia tốc góc bánh xe trong trƣờng hợp mô phỏng hoạt động của hệ thống điều khiển theo độ trƣợt nhƣ Bảng 3.1. Từ bảng thống kê miền biến thiên ngƣỡng giá trị gia tốc góc có thể thấy với bánh xe phía sau, để hệ thống điều khiển chuyển từ pha tăng áp (tín hiệu DK=0) sang pha giảm áp (tín hiệu DK=1) khi gia tốc góc giảm nhỏ hơn giá trị từ -68,0 (rad/s2) đến -95,3 (rad/s2). Giá trị gia tốc góc bánh xe sau để hệ thống điều khiển chuyển từ pha giảm áp (tín hiệu DK=1) sang pha tăng áp (tín hiệu DK=0) khi gia tốc góc tăng lớn hơn giá trị từ +14.1 (rad/s2) đến +31,9 (rad/s2). 3.2.2. Mô phỏng điều khiển theo gia tốc góc bánh xe Với miền giá trị gia tốc góc bánh xe xác định sơ bộ thông qua mô phỏng hệ thống điều khiển theo độ trƣợt. Tiến hành mô phỏng hệ thống theo các giá trị ngƣỡng gia tốc góc sơ bộ với thông số đầu vào nhƣ Bảng 2.2 và quy luật tác dụng lực lên bàn đạp phanh nhƣ Hình 2.34a. Đánh giá kết quả mô phỏng để điều chỉnh bộ giá trị ngƣỡng gia tốc góc điều khiển 1 , 2 cho hệ thống phanh bánh sau. Quá trình này đƣợc thực hiện lặp lại nhiều lần khi hệ thống đạt hiệu quả phanh tốt nhằm xác định, hiệu chỉnh các giá trị 1 , 2 . Bảng 3.1. Miền biến thiên ngưỡng giá trị gia tốc góc Bánh xe phía sau (rad/s 2 ) (rad/s 2 ) Giới hạn trên Giới hạn dƣới Giới hạn trên Giới hạn dƣới 31,9 14,1 -68,0 -95,3 16 Đánh giá kết quả mô phỏng theo thông số vận tốc góc bánh xe theo nguyên lý nhƣ trên Hình 3.15. Đƣờng vận tốc góc bánh xe lý tƣởng AB đƣợc xác định đƣợc đối với mỗi loại đƣờng có hệ số bám cực đại max . Điểm A là điểm vận tốc góc bánh xe ban đầu khi xe bắt đầu phanh. Điểm B là điểm kết thúc quá trình phanh vận tốc xe v = 0. Từ đó luận án vẽ đƣợc đƣờng vận tốc góc bánh xe lý tƣởng nhƣ trên Hình 3.15. Hiệu chỉnh các giá trị ngƣỡng gia tốc góc điều khiển sao cho đƣờng vận tốc góc khi phanh có điều khiển gần nhất với đƣờng vận tốc góc lý tƣởng bằng cách xác định diện tích miền chênh lệch giữa 2 đƣờng (phần diện tích gạch chéo) S sao cho diện tích này là nhỏ nhất từ đó xác định đƣợc giá trị gia tốc góc ngƣỡng tốt nhất cho loại đƣờng đó. Diện tích so sánh S chính là tích phân sai lệch của thông số điều khiển theo thời gian, thể hiện chất lƣợng quá trình điều khiển. Tính các giá trị tuyệt đối diện tích so sánh giữa đƣờng vận tốc góc có điều khiển và đƣờng vận tốc góc lý tƣởng đƣợc ma trận giá trị theo cặp ngƣỡng. Từ đó có thể vẽ lên đồ thị dạng mặt của ma trận diện tích so sánh và xác định đƣợc giá trị diện tích so sánh nhỏ nhất. Xác định ngƣỡng tƣơng ứng với vùng diện tích đó đƣợc chọn để thiết kế hệ thống. Tuy nhiên đối với mỗi loại đƣờng có giá trị ngƣỡng khác nhau, không thể có giá trị ngƣỡng tốt nhất cho tất cả loại đƣờng. Vì vậy chỉ có thể xác định giá trị ngƣỡng tƣơng đối tốt cho các loại đƣờng đang xét. Bằng cách xác định ma trận giá trị diện tích so sánh đối với mỗi loại đƣờng sau đó tìm ma trận trung bình của các ma trận đó bằng công thức (3.3) và tìm giá trị nhỏ nhất trong ma trận trung bình rồi