Luận án tiến sĩ: Hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy - ĐH Bách Khoa Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN SỸ AN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT CHO XE MÁY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN SỸ AN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT CHO XE MÁY Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 9520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. Hồ Hữu Hải 2. Lưu Văn Tuấn Hà Nội – 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình được thực hiện tại Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hồ Hữu Hải và PGS.

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Hà nội, ngày … tháng … năm 2018 TẬP THỂ HƯỚNG DẪN Người cam đoan Người hướng dẫn Người hướng dẫn khoa học 1 khoa học 2 PGS.TS Hồ Hữu Hải PGS.TS Lưu Văn Tuấn Nguyễn Sỹ An LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều nhà khoa học và tập thể nghiên cứu. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Hồ Hữu Hải, PGS.TS Lưu Văn Tuấn – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, là những người đã tận tình hướng dẫn, định hướng, đào tạo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo ở Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng – Viện Cơ khí động lực, Bộ môn Tự động hóa – Viện Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh, em đồng nghiệp trong Khoa Cơ Điện, lãnh đạo trường Đại học Công nghiệp Dệt may Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và vật chất để tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh, em nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên các khóa thuộc bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng – Viện Cơ khí động lực – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hết lòng hỗ trợ, động viên tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính yêu và biết ơn tới đại gia đình, bạn bè đã thực sự động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Hà Nội, ngày … tháng … năm 20… Nghiên cứu sinh Nguyễn Sỹ An MỤC LỤC MỞ ĐẦU.

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Sự cần thiết phải hạn chế trượt lết cho bánh xe khi phanh. Tình hình nghiên cứu hạn chế trượt lết bánh xe khi phanh. Nghiên cứu về hạn chế trượt lết bánh xe khi phanh (ABS) trên thế giới.

Nghiên cứu về hạn chế trượt lết bánh xe khi phanh trong nước. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Nội dung và phương pháp nghiên cứu. Kết luận chương 1.

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT. Cơ sở lý thuyết hạn chế trượt lết bánh xe khi phanh. Hệ số bám của bánh xe với mặt đường khi phanh. Phương pháp điều khiển hạn chế trượt lết bánh xe khi phanh.

Quá trình điều khiển hạn chế trượt lết bánh xe khi phanh theo gia tốc góc. Cấu hình hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy. Hệ thống phanh xe máy. Đề xuất cấu hình hệ thống phanh hạn chế trượt lết.

Đề xuất cơ cấu điều áp. Cấu tạo cơ cấu điều áp. Nguyên lý làm việc cơ cấu điều áp. Tính toán mô phỏng cơ cấu điều áp.

Mô hình mô phỏng hệ thống dẫn động phanh xe máy có hệ thống hạn chế trượt lết. Mô hình xy lanh – pít tông phanh chính. Mô hình xy lanh – pít tông công tác. Mô hình mô phỏng động lực học của quá trình phanh xe.

Mô hình mô phỏng bánh xe khi phanh. Mô hình mô phỏng bánh xe không phanh (bánh xe trước). Mô hình mô phỏng lốp xe. Mô hình mô phỏng quá trình phanh trên đường thẳng.

Kết quả mô phỏng bằng mô hình đã xây dựng. Mô phỏng xác định thông số cơ cấu điều áp. Mô phỏng xác định lực nam châm điện. Tính nam châm điện cơ cấu điều áp.

Nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống có cơ cấu điều áp. Kết luận chương 2. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN (ECU). Nghiên cứu chọn thuật toán điều khiển.

Xác định ngưỡng gia tốc góc điều khiển hệ thống. Mô phỏng điều khiển theo độ trượt bánh xe. Mô phỏng điều khiển theo gia tốc góc bánh xe. Thiết kế chế tạo ECU.

Cấu trúc hệ thống phanh hạn chế trượt lết và bộ điều khiển. Thiết kế khối cấp nguồn. Giới thiệu cảm biến đo vận tốc góc bánh xe. Khối xử lý tín hiệu cảm biến vận tốc góc.

Khối xử lý tín hiệu từ công tắc bàn đạp phanh. Khối công suất điều khiển cơ cấu điều áp hệ thống phanh hạn chế trượt lết. Khối điều khiển. Kiểm tra bộ điều khiển.

Kết luận chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM. Bố trí hệ thống trên xe. Sơ đồ bố trí hệ thống trên xe máy.

Bố trí hệ thống phanh hạn chế trượt lết trên xe máy thực. Mục đích thực nghiệm. Thiết bị đo ghi dữ liệu dùng trong thực nghiệm. Phương án thực nghiệm.

Kết quả thực nghiệm hệ thống phanh hạn chế trượt lết. Kết luận chương 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

106 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 1 - ii - DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ký hiệu Đơn vị Giải thích Khoảng cách từ trọng tâm xe máy đến bánh trước, bánh a,b m sau hg m Chiều cao trọng tâm so với mặt đường Lực tương tác giữa lốp và mặt đường theo các phương Fx, Fy, Fz N x, y, z Fnc N Lực nam châm điện một chiều Fd N Lực dầu tác dộng lên đỉnh pít tông cơ cấu điều áp klx N/m Độ cứng lò xo cơ cấu điều áp l0 m Độ nén ban đầu của lò xo cơ cấu điều áp Ft, Fs N Lực tác dụng lên má phanh bánh xe trước, bánh xe sau Mpt, Mps Nm Mô men phanh bánh xe trước, bánh xe sau p1, pxl N/m2 Áp suất dầu trong xy lanh chính, xy lanh công tác  N.s/m Độ nhớt động học của dầu  Hệ số tiết lưu s Độ trượt Khối lượng pít tông xy lanh chính, xy lanh cơ cấu điều m1, m2, mt kg áp suất, xy lanh công tác mtong kg Khối lượng toàn bộ xe Lưu lượng trước, sau cơ cơ cấu điều áp, hồi vào khoang Q1 , Q2 , Q3 m3/s b rbx m Bánh kính lăn bánh xe dp m Đường kính con trượt van điều áp J bx kgm2 Mô men quán tính bánh xe  x ,  y , r Hệ số bám theo phương x, y, hệ số bám tổng x1 , x2 , x3 Độ dịch chuyển của pít tông xy lanh chính, con trượt m van điều áp, pít tông xy lanh công tác  rad/s Vận tốc góc  rad/s2 Gia tốc góc Vận tốc dài xe máy, vận tốc ban đầu, vận tốc kết thúc v, v0, v1 m/s điều khiển - iii - g m/s2 Gia tốc trọng trường W1,W2 vòng Số vòng dây của cuộn dây 1, cuộn dây 2 0 henry/cm Hệ số từ dẫn qua kẽ hở không khí m W / cm2 .0 C Hệ số tỏa nhiệt cuộn dây  mm2/m Điện trở suất của dây đồng B gox Cường độ từ cảm lcp m Chiều dài trung bình lõi G henry Từ dẫn qua kẽ hở không khí fk Hệ số điền đầy cuộn dây  0 C Nhiệt độ chênh lệch cho phép của cuộn dây x m Khe hở từ thông Danh mục chữ viết tắt Ký Giải thích hiệu Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi ABS Anti-lock Braking System phanh ASR Anti Skid Regulator Hệ thống chống trượt quay VDC Vehile Dynamic Control Kiểm soát động lực xe ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử Electronic Brake Hệ thống phân bố lực phanh điện tử EBD Distribution TCS Traction control system Hệ thống điều khiển lực kéo ESP Electronic Stability Program Chương trình điều khiển ổn định điện tử VSC Vehicle Stability Control Hệ thống điều khiển ổn định ô tô - iv - DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Thông số xe nghiên cứu. Hệ số theo công thức Burckhardt của một số loại đường[52].

Các thông số đầu vào mô phỏng. Các thông số tính nam châm. Các thông số nam châm điện một chiều. Miền biến thiên ngưỡng giá trị gia tốc góc.

Tổng hợp các phương án mô phỏng. Ma trận trung bình diện tích so sánh. Ngưỡng gia tốc góc điều khiển. Thông số cảm biến do áp suất M5256-C3079E-050BG của hãng Sensys.

Thông số cảm biến ADXL335 của Analog Device. Giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết phù hợp với giá trị đo trong thực nghiệm. Phương án thực nghiệm khi không điều khiển. Phương án thực nghiệm khi có điều khiển.

100 -v- DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. Đồ thị quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt [7], [21], [54]. Trường hợp 1 trong nghiên cứu của Takefumi Sato, Tenri và Japan. Trường hợp 2 trong nghiên cứu của Takefumi Sato, Tenri và Japan.

Nghiên cứu của Pickenhahn Josef, Barr Stephen P., Beuerle Christoph, Glasmacher Klaus, Weidele Alois và Fischer Martin. Hệ thống được đề xuất bởi Chen Po-Hsi, Hwu Long-Cherng và Juang Puu-An. Mô hình bộ điều khiển trong nghiên cứu. Sơ đồ hệ thống của Chun-Kuei HUANG, Ming-Chang SHIH năm 2010 15 Hình 1.

Sơ đồ thuật toán các khối trong hệ thống. Hệ thống được đề xuất bởi Takenouchi Kazuya, Nakayama Masanobu, 17 Hình 1. Hệ thống được đề xuất bởi Eckert Alfred, Olejnik Peter và Reviol Ralf18 Hình 1. Sơ đồ cấu tạo ABS trên xe máy.

Sơ đồ xác định hệ số A,B,C,D [21]. Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt của một số loại đường [24], [40]. Sơ đồ thuật toán điều khiển theo độ trượt cho trước .