Bộ giáo dục đào tạo
Bộ quốc phòng
Học viện kỹ thuật quân sự
------------------------------
phan đình lý
Tên đề tài luận văn :
Khảo sát phơng pháp thiết kế và kết cấu của hệ thống phanh chống hãm
cứng bánh xe ( ABS ) trên ôtô hiện đại.
Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Hà nội- năm 2004.
Bộ giáo dục đào tạo
Bộ quốc phòng
Học viện kỹ thuật quân sự
--------------------------------
phan đình lý
Tên đề tài luận văn :
Khảo sát phơng pháp thiết kế và kết cấu của hệ thống phanh chống hãm
cứng bánh xe ( ABS ) trên ôtô hiện đại.
Chuyên ngành : kỹ thuật cơ khí- chế tạo máy.
Ngời thực hiện :
Họ và tên
: KS. phan đình lý
Lớp
: Xe quân sự K14
Hệ đào tạo
: Tập chung.
Giáo viên hớng dẫn
Họ và tên
Học hàm, học vị
Đơn vị công tác
Cấp bậc : Thiếu tá.
:
: trần khắc thiêm
Cấp bậc : Đại tá
: Tiến sĩ.
: Học viện kỹ thuật quân sự .
Hà nội năm 2004.
Các ký hiệu sử dụng trong luận văn
Tên gọi
TT
Lực cản không khí
N
DA
5
Gia tốc phanh
m/s2
Dx
6
Lực phanh ở cầu trớc
N
Fxf
7
Lực phanh ở cầu sau
N
Fxs
13 Lực ngang
N
Yk
14 Thời gian phanh
s
t
15 Vận tốc bắt đầu phanh
m/s
V0
16 Vận tốc kết thúc quá trình phanh
m/s
Vf
m
x
17 Quãng đờng phanh
DSC - (Dynamic Stability Control): Điều khiển ổn định động.
EML- (Electronic output control): Bộ điều khiển điện tử công suất động cơ.
ECT - (Electronic Controlled Transmission): Bộ điều khiển hộp số tự động.
ECU - (Electric Control Unit): Bộ điều khiển điện tử.
TRC - (Traction Control System): Hệ thống điều khiển lực kéo.
4WD- (4 Wheels Drive): Xe hai cầu chủ động.
FWD- (Front Wheels Drive): Xe cầu trớc chủ động.
RWD- (Rear Wheels Drive): Xe cầu sau chủ động.
FF - Động cơ đặt phía trớc, bánh trớc chủ động.
FR - Động cơ đặt phía trớc, bánh sau chủ động.
Mục lục.
Trang
Trang nhiệm vụ luận văn tốt nghiệp.
Danh mục các chữ viết tắt.
Danh mục các ký hiệu.
Danh mục các bảng biểu, hình vẽ.
Mục lục.
Mở đầu.
1
Chơng I - Tổng quan về điều khiển quá trình phanh ôtô.
1.1
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
1.2
Các phơng pháp điều khiển mô men truyền động.
27
1.2.6 Ôn định động học của xe khi quay vòng.
28
Chơng II Kết cấu và sơ đồ hệ thống phanh ABS điển hình.
31
2.1
Sự phát triển của hệ thống phanh ABS.
2.2
Phân loại hệ thống phanh ABS.
33
2.3
Kết cấu các bộ phận trong hệ thống phanh và các chức năng cơ bản của
chúng.
Các bộ phận cơ bản của hệ thống điều khiển lực kéo.
2.4.1.2
Cơ cấu chấp hành bớm ga phụ.
55
2.4.1.3
Cảm biến vị trí bớm ga phụ.
56
2.4.1.4
Bộ điều khiển điện tử (ECU ABS & TRC ).
56
2.4.1.5
Quá trình điều khiển lực phanh.
59
2.4.2 Hệ thống điều khiển ổn định động khi xe quay vòng DSC.
62
76
3.2.1 Gia tốc phanh.
78
3.2.2 Thời gian phanh.
79
3.2.3 Quãng đờng phanh.
80
3.2.4 Lực phanh và lực phanh riêng.
81
3.2.5 Giản đồ phanh và chỉ tiêu phanh thực tế.
82
3.2.6 Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định hớng của ôtô khi phanh.
88
3.3
89
[10] Tom Denton (2000), Automobile Electrical and Electronic systems
(2nd Edition).
[11] Manfred Burckhardt (1995), Fahrwerktechnik: Radschlupf Regelsysteme.
Phô lôc 1
File d÷ liÖu
%DATA Data la file du lieu de chay chuong trinh mo phong
%trong moi truong MatLab Simulink
%
Xem them file Run
fprintf('Nap du lieu cho mo hinh phanh ABS...')
g = 9.81;
v0 = 88;
Rk =0.22
% Ban kinh banh xe
Kf = 1;
m = 50;
PBmax = 1500;
TB = 0.01;
I = 5;
%
% Do truot tuong doi
%
slip = (0:.05:1.0);
set(h,'DefaultAxesFontSize',8)
plot(time,yout(:,1:2))
title('Toc do cua xe va toc do banh xe')
ylabel('Toc do(rad/s)')
xlabel('Thoi gian(s)')
set(gca,'Position',[0.1300
0.1500
0.7750
0.750])
set(get(gca,'xlabel'),'FontSize',10)
set(get(gca,'ylabel'),'FontSize',10)
set(get(gca,'title'),'FontSize',10)
h = findobj(0, 'Name', 'Do truot ABS');
if isempty(h),
h=figure('Position',[300
56
452
257],...
'Name','Do truot ABS',...
'NumberTitle','off');
end
figure(h);
set(h,'DefaultAxesFontSize',8)
plot(time,slp)
title('Do truot')
xlabel('Thoi gian(s)')
ylabel('Do truot tuong doi chuan hoa')
set(gca,'Position',[0.1300
0.1500
0.7750
87
3.3
Kết quả thí nghiệm hiệu quả phanh của ôtô con có trang bị ABS.
88
3.4
Kết quả thí nghiệm về tính ổn định hớng khi phanh.
89
Hình
1.1 Lực tác dụng lên ôtô khi phanh.
5
1.2 Quan hệ giữa hệ số bám dọc x với độ trợt tơng đối trên các mặt đờng
khác nhau.
9
1.3 Sự thay đổi hệ số bám ngang y giữa bánh xe với mặt đờng.
10
1.4 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe ôtô khi phanh.
1.12 Chu kỳ phanh khi có ABS.
24
1.13 Lực tác dụng lên bánh xe khi tăng tốc trên đờng có hệ số bám không đồng
nhất.
25
1.14 Quan hệ giữa hệ số bám dọc với độ trợt tăng tốc trên các mặt đờng khác
nhau khi tăng tốc.
26
1.15 đồ thị hệ số bám ngang theo góc trợt.
26
1.16 Các phơng pháp điều khiển mô men động cơ.
27
1.17 sự thay đổi phản lực thẳng đứng khi xe quay vòng.
29
2.1
Sự phát triển của hệ thống phanh ABS.
37
2.7
Cảm biến gia tốc và vị trí lắp đặt của chúng trên xe.
38
2.8
Hai loại cảm biến khác nhau.
39
2.9
Cơ cấu chấp hành của Bosch đợc đặt trên khung xe.
40
2.10 Cơ cấu chấp hành của Teves.
41
2.11 Hai loại cơ cấu chấp hành khác nhau.
41
2.12 Hoạt động của cơ cấu chấp hành khi phanh bình thờng.
50
2.20 Sơ đồ bố trí minh hoạ các van trong hệ thống phanh ABS.
51
2.21 Cơ cấu chấp hành của Delco ABS VI.
52
2.22 Sơ đồ bố trí các bộ phận trên xe.
53
2.23 Sơ đồ hệ thống TRC.
53
2.24 Cơ cấu chấp hành bớm ga phụ.
55
2.25 Cảm biến vị trí bớm ga phụ.
56
2.26 Sơ đồ khối bộ điều khiển điện tử của hệ thống TRC.
57
66
2.35 Giảm áp xuất ở bánh sau phải.
67
2.36 Trạng thái tăng áp của bánh xe trớc/sau phải khi xe quay vòng thừa.
68
2.37 Trạng thái giữ áp của bánh xe trớc/sau phải khi xe quay vòng thừa.
68
2.38 Trạng thái giảm áp của bánh xe trớc/sau phải khi xe quay vòng thừa.
69
2.39 DSC điều khiển khi xe quay vòng thừa.
70
2.40 Tăng áp xuất của bánh sau trái.
71
2.41 DSC điều khiển khi xe quay vòng thiếu.
72
Sơ đồ mô phỏng hệ thống phanh ABS.
92
3.6
Các kết quả thu đợc ( Từ hình 3.6 ữ 3.17 ).
93 ữ 97
Chơng II
kết cấu và sơ đồ hệ thống phanh (ABS) điển hình.
2.1 Sự phát triển của hệ thống phanh (ABS)
Các hiện tợng giảm hiệu quả phanh, mất ổn định trong quá trình phanh
cũng nh ổn định động học trong quá trình quay vòng đợc trình bày ở
(chơng I), nguyên nhân gây nên các hiện tợng này đó chính là mối quan hệ
giữa lực phanh hay lực kéo với hệ số bám giữa bánh xe với mặt đờng. Bởi
vậy, các giải pháp kết cấu và điều khiển chủ yếu tập trung giải quyết vấn đề
lực kéo hay lực phanh phù hợp với hệ số bám giữa bánh xe với mặt đờng.
Để tạo điều kiện cho ngời lái dễ dàng điều khiển xe trong các tình
huống nguy hiểm, các hãng xe ôtô nổi tiếng trên thế giới đã nghiên cứu phát
triển các hệ thống đảm bảo an toàn chủ động cũng nh an toàn thụ động. Một
trong các phơng pháp đảm bảo an toàn chủ động đó là hệ thống phanh. Với
hệ thống phanh thông thờng ban đầu chỉ đảm bảo an toàn ở tốc độ chuyển
động thấp và trên đờng có hệ số bám cao. Khi ôtô chuyển động với tốc độ
cao thì hệ thống phanh thông thờng không đáp ứng đợc tính an toàn nữa.
Bosch ABS/ASC+T
Van ®iÒu khiÓn 3/3
Kh«ng cã piston
E34 M50 B25
DSC1
E31
Bosch ABS/ASC+T
2 van ®iÒu khiÓn 2/2
E31, 38, 39
DSC2
E31,
E38
ABS/ASC+T Mark
IV
Kh«ng b×nh tÝch
n¨ng
ABS/ASC-DDE Mark IV
G
Kh«ng b×nh tÝch n¨ng
E36 M51 tds td
DSC3
E38
ABS/ASC-EZA Mark IV
G
Môtơ
Van điện 2 vị trí(4) và van
điều khiển lu lợng (4).
Van điện hai vị trí(6) và van
tăng áp (2).
Van điện 2 vị trí (6).
4ch
3ch
FF.
4ch
3ch
FF.
3ch
3ch
Van điện 2 vị trí (8).
4ch
Van điện 3 vị trí (3) và van
nối tắt (1).
3ch
3ch
Môtơ
Van điện 3 vị trí (3) và van
cơ khí.(1).
Van điện 3 vị trí (4).
P/S
Van điện 2 vị trí (1) với các
van điều khiển thay đổi.
Van điện 2 vị trí ( 3 chính 2
phụ ) với các van điều khiển
thay đổi.
FR, MR hoặc 4WD dựa
trên FR.
FF.
FF, 4WD dựa trên FF hoặc
FR ( W/TRC ).
FR.
FR hoặc 4WD dựa trên
FR.
FR.
(1)+ - Trong trờng hợp (ABS) điều khiển 4 bánh, những xe có mạch
Bộ điều khiển điện tử
Hình 2.2 Sơ đồ bố trí các bộ phận của hệ thống phanh ABS trên xe.
2.3.1 Cảm biến tốc độ bánh xe.
Cảm biến tốc độ bánh xe là một cảm biến điện tử nó tạo ra tín hiệu
điện khi bánh xe quay, những cảm biến này đợc xem nh con mắt của bộ
điều khiển điện tử, nó cho phép bộ điều khiển điện tử nhìn thấy mức độ giảm
tốc hoặc mức độ hãm cứng của bánh xe. Mỗi cảm biến sử dụng một cơ cấu
rotor có răng, và đợc gọi là vòng cảm biến, vòng kích thích hay vòng từ trở,
đợc gắn trên moayơ hoặc trục bánh xe và cùng quay với bánh xe. Hầu hết
các vòng cảm biến đều có thể thay thế đợc, khi thay thế phải đảm bảo vòng
thay thế đúng số răng nh vòng cũ và đợc định vị đúng, khe hở giữa cảm
biến và vòng cảm biến đợc xác định chính xác (khe hở thờng nằm trong
khoảng 0,3 0,5 mm) để sự cảm ứng điện có thể xảy ra.
1. Cảm biến phía trớc.
2. Cơ cấu chuyển hớng bánh trớc.
3. Vòng cảm biến.
4. Cụm moay ơ, ổ bi.
6. trục.
7. Cơ cấu chuyển hớng bánh sau.
cứng. Ngoài ra bộ điều khiển điện tử còn sử dụng cảm biến giảm tốc để phát
hiện chính xác định hệ số bám của bánh xe với bề mặt đờng.
Ví dụ: Trong trờng hợp xe 4WD ( 4 bánh xe hai cầu đều là chủ động ),
nếu một trong các bánh xe bị hãm cứng trên mặt đờng có hệ số bám thấp,
bánh xe bị hãm cứng sẽ làm các bánh xe khác bị hãm cứng theo. Hiện tợng
này xảy ra bởi vì tất cả các bánh xe đợc nối với hệ thống truyền lực, nên tốc
độ các bánh xe có ảnh hởng lẫn nhau. Vì vậy cảm biến giảm tốc đợc sử
dụng nhiều ở kiểu xe 4WD.
Cảm biến giảm tốc bao gồm hai cặp đèn LED ( diod phát quang ) và
phototransistor ( transistor quang ), một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín
hiệu. Cảm biến giảm tốc nhận biết đợc mức độ giảm tốc của xe và gửi các tín
hiệu điện về bộ điều khiển điện tử. Bộ điều khiển điện tử dùng những tín hiệu
này để xác định chính xác tình trạng mặt đờng và thực hiện các biện pháp
điều khiển thích hợp .
Hình 2.7 Cảm biến giảm tốc và vị trí lắp đặt trên xe.
Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rãnh lắc theo chiều dọc xe
tơng ứng với mức giảm tốc độ. Các rãnh trên đĩa cắt ánh sáng từ đèn LED
đến phototransistor và làm phototransistor đóng, mở. Ngời ta sử dụng hai cặp
đèn LED và phototransistor. Tổ hợp tạo bởi các cặp phototransistor này tắt và
bật, chia mức độ giảm tốc thành bốn mức và gửi về bộ điều khiển điện tử dới
dạng tín hiệu.
Trên một vài kiểu xe, gia tốc ngang (hay còn gọi là gia tốc lệch bên)
cũng đợc đo để xác định xe có ở trạng thái quay vòng hay không. Trong quá
trình quay vòng các bánh xe phía trong có xu hớng nhấc lên khỏi mặt đất do
lực ly tâm, ngợc lại các bánh xe phía ngoài bị tỳ mạnh xuống mặt đờng. Nói
cách khác bánh xe phía trong có xu hớng bị hãm cứng dễ ràng hơn trong khi
các bánh xe phía ngoài khó bị hãm cứng hơn. Vì vậy sau khi xem xe có ở
Copyright: Tài liệu đại học ©