LỜI NÓI ĐẦU Năm 1929 hệ thống phanh an toàn hiệu lắp máy bay Pháp, hệ thống phanh dựa theo nguyên lý ngắt phanh bánh xe bị trượt Những năm sau thời kỳ nghiên cứu áp dụng hệ thống phanh ô tô Đến năm 1978, Mercedes-Benz S-class trang bị hệ thống chống bó cứng cho phanh, từ khai sinh hệ thống phanh ứng dụng điện tử chống bó cứng bánh xe với tên anti-lock braking system (ABS) Ngày không sử dụng ô tô xa lạ với khái niệm ABS Việc trang bị hệ thống phanh ABS dường điều kiện tất yếu để lưu hành xe, ABS cải thiện tính an toàn xe, ứng dụng nhanh chóng Không hệ thống phanh, ABS kết hợp với hệ thống điều khiển tính ổn định xe (ESP,ESC) hệ thống điều khiển phân bố lực kéo (TCS) Có thể nói việc ứng dụng ABS xe tạo cách mạng áp dụng điện tử để tăng tính an toàn cho ô tô Vậy người kỹ sư ngày buộc phải nắm cách sử dụng, thiết kế, ưu nhược điểm hệ thống phanh Đồ án thiết kế ECU điều khiển cho ABS, mạch điện điều khiển van chấp hành, mạch xử lý tín hiệu, thiết kế cấu chấp hành ABS Lần làm việc trực tiếp với hệ thống phanh ABS, tài liệu thiết kế hệ thống ABS chưa phong phú, đồ án tránh khỏi sai sót chưa đáp ứng mong đợi người đọc Với cương vị sinh viên chúng em mong thầy giáo môn giúp đỡ, sửa chữa sai sót để đồ án hoàn thiện Chúng mong muốn đồ án tài liệu mà bạn sinh viên khóa sau tìm kiến thức cần, qua phát triển thêm để đưa tài liệu ngày hoàn chỉnh Đồ án hoàn thành nhờ vào tận tình hướng dẫn thầy Hồ Hữu Hải Em xin cảm ơn thầy nói riêng thầy môn cung cấp kiến thức cho chúng em suốt trình học Hà Nội tháng 5/2009 Sinh viên : Nguyễn Văn Thái- Nguyễn Văn Điệp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ABS 1.1 Hệ thống an toàn chủ động Khi xe chuyển động, lực tác dụng lên xe bao gồm: lực từ mặt đường, lực quán tính lực khí động học xe Lực khí động học lực sinh ma sát không khí xe chuyển động, khắc phục thiết kế cụ thể xe, chưa can thiệp điều khiển điện tử vào lĩnh vực để tăng tính ổn định cho xe Lực từ mặt đường tác dụng lên xe thông qua bánh xe thành phần định tính ổn định xe xe trang bị hệ thống an toàn chủ động để điều khiển thông số lực Muốn xét tổng quan lực tác dụng lên xe phải xét mô hình học ba chiều Để xét phụ thuộc xe vào lực bám lốp xe với mặt đường xét mô hình đây: Fx,t,p Fy,t,p Fy,s,p Fx,s,p M Fx,t,t Fy,t,t Fx,t,t Fy,s,t Hình 1.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô mặt phẳng ngang • Các lực Fx lực dọc từ mặt đường tác dụng lên xe,chủ yếu lực cản lăn, lực cản vật cản đường gồ ghề • Các lực Fy lực ngang từ mặt đường tác dụng lên xe, lực ngang lực gió lực ly tâm xuất quay vòng nhiều lực phát sinh ngẫu nhiên Phương độ lớn lực phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tình trạng mặt đường, vận tốc ô tô, tải trọng ô tô, đặc tính hệ thống treo, loại lốp sử dụng Tính ổn định ô tô bao gồm: ổn định quỹ đạo chuyển động ổn định góc quay xe quanh trọng tâm • Tính ổn định quỹ đạo chuyển động phụ thuộc vào phương độ lớn lực dọc ngang mặt đường tác dụng lên xe Khi bánh xe bị trượt quay bó cứng hệ số giảm xuống thấp, bánh xe không bám đường ảnh hưởng nghiêm trọng đến hành lang chuyển động xe • Tính ổn định góc phụ thuộc vào mô men ngoại lực tác dụng lên trọng tâm ô tô Mô men phụ thuộc vào vị trí trọng tâm ô tô so với bánh xe, thông số thông số cố định tương đối, kèm với loại xe Mô men phát sinh trọng tâm xe phụ thuộc vào phương độ lớn ngoại lực Fx, Fy bánh xe Vậy điều khiển tính ổn định xe điều chỉnh độ lớn ngoại lực tác dụng lên xe cách điều chỉnh ngoại lực Tb T thông qua cấu phanh Xét mô hình bánh xe chủ động sau:[2] Fz Tb v T Fx Hình 1.2 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe Phương trình chuyển động bánh xe : J dω = r Fz µ − Tb + T (1) dt Trong đó: • J mô men quán tính bánh xe; • ω vận tốc góc bánh xe; • Τ mô men từ động truyền xuống bánh xe; • Τb mô men phanh; • Fz lực từ hệ thống treo tác động lên bánh xe; • Fx=Fz.µ ngoại lực từ mặt đường tác dụng lên bánh xe; • r bán kính bánh xe Độ trượt định nghĩa công thức sau: λ= v − vω v − r.ω = v v v vận tốc dài xe Thực nghiệm đưa đồ thị mối quan hệ độ trượt hệ số ma sát sau [2] Vậy để đảm bảo độ ổn định tốt cho ô tô bánh xe phải có độ bám đường tốt tức λ=0,1÷0,25 Phương trình (1) biến đổi phương trình sau: Fx = dω 1 J + Tb − T (2) r dt r r Muốn điều khiển µ phải điều chỉnh Tb- mô men phanh điều chỉnh T-mô men truyền từ động xuống bánh xe điều chỉnh Fz Các biện pháp nâng cao tính ổn định ô tô bao gồm biện pháp kết cấu tạo góc đặt bánh xe để tạo mô men ổn định hướng, tối ưu hóa thiết kế khung hệ thống treo, sử dụng lốp có hệ số cản lăn thấp…Ngoài biện pháp kết cấu ô tô có trang bị hệ thống điện tử khí tích hợp để điều khiển thông số phân tích nhằm giữ cho độ trượt đạt trị số cao Bảng tổng kết đưa phát triển hệ thống điều khiển ô tô [2] Hình 1.4 Bảng giai đoạn phát triển hệ thống ATCD Năm 1924 khai sinh hệ thống phanh thủy lực đến năm 1931 tăng an toàn phanh với dẫn động hai dòng, năm 1951 ứng dụng phanh đĩa năm 1952 đến 1963 thời kỳ ứng dụng trợ lực thủy lực chân không ABS điều khiển điện tử bắt đầu khai sinh vào năm 1978 ABS tác động vào hệ thống dẫn động thủy lực ngắt áp suất phanh dẫn đến xy lanh bánh xe bánh xe bị bó cứng để chống trượt lết trình phanh Quá trình phát triển an toàn chủ động gua giai đoạn lịch sử: • Năm 1989, hệ thống phanh tích hợp ABS TCS ( hệ thống điều khiển phân bố mô men bánh xe) Hệ thống điều khiển độ ổn định cách điều chỉnh giá trị T Tb nói Nó không điều khiển mô men bánh xe mà điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động nhằm hạn chế trượt quay bánh xe thừa mô men Tuy nhiên số kênh điều khiển thời gian ít, điều khiển kênh, hai kênh cho toàn cầu cầu xe sử dụng van điều hòa lực phanh khí để phân phối áp suất phanh đến bánh • Năm 1994, ABS tích hợp thêm EBD hệ thống điều khiển điện phân bố lực phanh bánh xe Bên phía phải bảng cho thấy tỷ lệ sử dụng điện tăng dần thủy lực giảm dần Thời gian ABS điều khiển nhiều kênh cho bánh xe Nhưng tính ổn định lúc phát huy tác dụng phanh xe khởi động động • Năm 1995, ESP (hoặc ESC) đời hệ thống hỗ trợ tính ổn định xe nhờ tác động vào lực phanh bánh xe (tức tác điều chỉnh Tb) Khi xe chạy phanh lực bám bánh xe khác gây mô men quay trọng tâm xe làm ổn định góc Hệ thống có nhiệm vụ tính toán hệ số trượt bánh xe, tác động vào van chấp hành ABS để điều chỉnh lực phanh bánh xe cho mô men sinh trọng tâm xe không ảnh hưởng đến tính ổn định Thời kỳ ABS tích hợp BA- hệ thống hỗ trợ phanh gấp, CBC- hệ thống hỗ trợ quay vòng dựa theo nguyên lý ESP • Năm 1998, hệ thống ACC ứng dụng, hệ thống điều khiển tăng tính an toàn xe Bằng cảm biến laser sóng điện từ, hệ thống máy tính xác định khoảng cách xe ECU tự điều chỉnh khoảng cách an toàn thông qua ESP Giai đoạn ứng dụng hệ thống treo điều chỉnh tự động (tác động vào Fz) nhằm tối ưu tính ổn định xe thân thiện với người ngồi xe • Từ năm 2002 trở lại đây, hệ thống phát triển xe X-by-Wire Tức hệ thống chấp hành thay dần hệ thống điện theo phía phải bảng Ô tô thực trở thành hệ điện tử, cảm biến xe có nhiệm vụ xác định trạng thái xe, với tín hiệu tác động lái xe, hệ thống máy tính xe thu nhận tín hiệu, tính toán định đưa tín hiệu xử lý đồng hệ chấp hành xe treo, lái, phanh, động tính ổn định đảm bảo tối ưu Các hệ thống trước hệ thống điều khiển biệt lập có liên hệ tương đối, hệ thống phanh hệ thống treo liên hệ điều khiển Còn với X-by-Wire hệ thống có mối liên hệ tổng thể với phản ứng xe định từ “bộ não” ECU xe Khi xe trạng thái phanh, thay đổi hệ thống treo tính bám đường lốp phối hợp nhịp nhàng, hệ thống hỗ trợ tăng hiệu hệ thống Trên tổng kết phát triển hệ thống an toàn chủ động ô tô Trong tổng thể hệ điều khiển đồ án dừng mức nghiên cứu ổn định xe phanh thiết kế hệ thống phanh ABS 1.2 Nguyên lý ABS Như phân tích trên, phương trình chuyển động bánh xe chủ động là: Fx = dω 1 J + Tb − T (2) r dt r r Trong phương trình tác động vào cấu phanh để tạo mô men phanh Tb hợp lí, giữ cho độ trượt nằm mức thấp λt=0,15 cao λc=0,3 gia tốc góc bánh xe thay đổi giá trị thay đổi cảm biến thu nhận làm tín hiệu phản hồi hệ thống Xy lanh bx p Chấp hành i ECU Cb vận tốc λ chuẩn ad Cb đạp phanh Xử lý aω Hình 1.5 Nguyên lý ABS Tốc độ bánh xe cảm biến thu nhận đưa dạng xung điện áp hình sin Tín hiệu xung hình sin xử lý để đưa tín hiệu gia tốc bánh xe ECU ECU tiếp nhận tín hiệu với tín hiệu từ cảm biến đạp phanh, tín hiệu từ cảm biến giảm tốc xe (a d) sau tính toán độ trượt, so sánh với độ trượt chuẩn (λchuẩn) cuối định đưa tín hiệu dòng điện điều khiển đến van chấp hành điều khiển áp suất phanh đến xy lanh bánh xe Chế độ điều khiển phanh ABS điều khiển rời rạc bao gồm ba giai đoạn: tăng áp, giữ áp, giảm áp Hình 1.6 đồ thị trình phanh có ABS • Chế độ mặc định xe chế độ tăng áp, có tác động vào bàn đạp phanh áp suất từ xy lanh đến thẳng xy lanh bánh xe Áp suất phanh tăng dần theo mức độ đạp phanh Chế độ tăng áp trì ECU nhận thấy độ trượt tăng dần đến giá trị so sánh • Đến ECU nhận thấy độ trượt có xu hướng vượt qua ngưỡng λc ECU lệnh cho van chấp hành giảm áp suất xy lanh chính, vận tốc bánh xe tăng đột ngột, độ trượt theo giảm vận tốc xe giảm.(giai đoạn A) A B C D v i P 1- vận tốc bánh xe t (s) 2- vận tốc xe Hình 1.6 Đồ thị trình phanh ABS • Khi độ trượt giảm ngưỡng λt λc ECU lệnh cho van chấp hành giữ áp suất xy lanh để trì độ trượt tối ưu Quá trình xen kẽ chu kỳ tăng áp áp suất xy lanh bánh xe tăng dần, vận tốc bánh xe mức tương đối ổn định, vận tốc xe giảm.(giai đoạn B) • Trong trình giữ áp, gia tốc xe lớn nên độ trượt có khả vượt qua mức cao Khi độ trượt đến ngưỡng mức cao ECU lặp lại lệnh giảm áp cho van chấp hành để giảm độ trượt Tính chất giai đoạn tương tự giai đoạn A.(giai đoạn C) • Sau giảm độ trượt gia tốc xe giảm, ECU lệnh cho van chấp hành xen kẽ giữ áp tăng áp đến xe dừng hẳn.(giai đoạn D) Vận tốc xe cao trình A-B-C-D đồ thị lặp lại nhiều lần đến đạp phanh 1.3 Sơ đồ cấu trúc hệ thống phanh có ABS Để thực chế độ tăng áp, giữ áp, giảm áp hệ thống ABS sử dụng van điện từ để điều khiển áp suất bánh xe Để hiểu nguyên lý điều khiển nhiều bánh trước hết xét mô hình bánh hình 1.7 ECU Đường điện Đường dầu Hình 1.7a Sơ đồ ABS với van 2/2 chế độ tăng áp Hình 1.7a sơ đồ ABS sử dụng hai van hai cửa hai vị trí (2/2) cho bánh xe Chế độ mặc định tăng áp (ECU chưa hoạt động), vị trí thường trực van mở van đóng, dầu chạy thẳng từ xy lanh đến bánh xe, đồng thời đường dầu nối với bơm ABS để hỗ trợ trình tăng áp có điều khiển ECU Khi giữ áp van số cuộn nam châm van điện từ hút 10 PHỤ LỤC Code viết cho vi điều khiển /***************************************************** This program was produced by the CodeWizardAVR V1.25.9 Standard Automatic Program Generator © Copyright 1998-2008 Pavel Haiduc, HP InfoTech s.r.l http://www.hpinfotech.com Project : Version : Date : 5/11/2009 Author : FcxClarity Company : BKHN Comments: Chip type : ATmega16 Program type : Application Clock frequency : 8.000000 MHz Memory model : Small External SRAM size : Data Stack size : 256 *****************************************************/ #include #include #include #include #define top //#define bottom / ******************************************************************* *****************/ // Declare your global variables here unsigned char FL, FR; float omegaFL, omegaFR, omegaRL, omegaRR, epxilonFL;// omega_FL, omega_FR, omega_RL, omega_RR; int epxilonFR, epxilonRL, epxilonRR; char str_o_FL[4]; char str_e_FL[4]; char flash s1[]="a", s2[]="b"; 61 / ******************************************************************* ******************/ // External Interrupt service routine interrupt [EXT_INT0] void ext_int0_isr(void) { // Place your code here FL++; } // External Interrupt service routine interrupt [EXT_INT1] void ext_int1_isr(void) { // Place your code here FR++; } #define RXB8 #define TXB8 #define UPE #define OVR #define FE #define UDRE #define RXC #define FRAMING_ERROR (1[...]... bánh xe Lực phanh tại các bánh xe đạt được giá trị lớn nhất khi bánh xe bắt đầu có hiện tượng trượt lết Trong quá trình trượt, mô men phanh không tăng được nữa mà thậm chí có xu hướng giảm đi Như vậy, khi thiết kế hệ thống phanh, lực phanh lớn nhất lớn nhất tại các bánh xe được tính gần đúng bằng lực bám [3] Pp max = Pϕ Với pϕ = ϕ G là lực bám giữa bánh xe và đường Mô men phanh cực đại của ô tô được tính... mô men phanh cần thiết tại mỗi bánh là: Bánh xe cầu trước: Bánh xe cầu sau: M p1 = M p2 = jh  Gb   1 + g ϕ rbx 2L  gb  jh  Ga   1 − g ϕ rbx 2L  ga  Với kí hiệu lốp 1 85/ 70 R14 ta có các thông số cơ bản sau:  Bề rộng lốp B = 1 85 mm;  Tỉ số H/B = 0,7;  Đường kính lắp d = 14 inch = 355 mm;  Loại lốp sợi mành hướng kính Từ đó ta tính được bán kính thiết kế của lốp r0: d  355   r0... của xy lanh phanh là 4M p πd2 4P P= pi ⇒ pi = = 4 π d 2 2 µ rtbπ d 2 Trong đó: • pi là áp suất đường ống phanh; • d = đường kính xy lanh bánh xe chọn d = 50 mm Đối với bánh trước ta có: p1 = 4 .51 9,4 = 5, 37 MPa 0,3.0,1.0, 05 2 π Vậy ta chọn áp suất đường ống là 6MPa Lực phanh ở đĩa phanh bánh sau càng lớn khi gia tốc phanh càng nhỏ Vậy ta tính đường kính xy lanh bánh sau cho trường hợp gia tốc phanh bằng... má phanh Áp suất trên bề mặt má phanh bị giới hạn bởi sức bền vật liệu Tính kiểm tra áp suất trên bề mặt má phanh theo công thức: q= P ≤ [ q ] = 1 ,5 ÷ 2, 0 MPa F Do mô men phanh tại má phanh trên cầu trước lớn hơn trên cầu sau nên ta chỉ tính toán cho má phanh trên cầu trước Tacó : q= π 0, 052 4 = 1, 24 MPa ≤ [ q ] = 1 ,5 ÷ 2,0 MPa 4763.10−6 11781 Vậy má phanh đủ bền 2.3.3 Kiểm nghiệm nhiệt trên má phanh. .. mát, vật liệu chế tạo tốt hơn phanh guốc nên với độ tăng nhiệt độ 22 0 C cơ cấu vẫn đảm bảo hoạt động tốt 2.4 Tính toán dẫn động phanh Hệ thống phanh sử dụng trên xe con là hệ thống phanh dẫn động thủy lực Hình 2.4 là sơ đồ dẫn động phanh l’ D x1 δ l x2 d Hình 2.4 Sơ đồ dẫn động phanh 22 Đường kính xylanh công tác của bánh trước d1 và bánh sau d2 được tính dựa trên cơ sở lực phanh P1 và P2 đã được xác... bố trí ABS theo kiểu này Van nối ba đầu Hình 1.13 Sơ đồ bốn kênh điều khiển bốn bánh *************************************************************** Kết luận: Từ những phương án đã phân tích ở trên ta thấy phương pháp điều khiển bốn kênh, bốn bánh là tối ưu nhất trong các sơ đồ dẫn động 15 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH, DẪN ĐỘNG PHANH 2.1 Xác định mô men phanh cần thiết trên các bánh xe Lực phanh tại... ,7.1 85 +  = 307( mm ) 2  2   Khi làm việc, bán kính thực tế của lốp bị giảm do biến dạng Gọi λ là hệ số biến dạng của lốp thì ta có: rbx =λ.r0 = 0, 95. 307 =291 (mm) Thay các thông số ta tính được mô men phanh cần thiết cho mỗi bánh xe: Bánh xe cầu trước: M p1 = 19400.1,34  6 ,37.0,7  1+ 0, 65. 0,291 = 1266 ,4( Nm )  2.2,6  9,81.1,34 ÷  18 Bánh xe cầu sau: M p2 = 19400.1,26  6 ,37.0,7  1− 0, 65. 0,291... 0, 65. 0,291 = 56 8,4( Nm )  2.2,6  9,81.1,26 ÷  2.2 Tính toán cơ cấu phanh đĩa Hình 2.2 thể hiện sơ đồ tính toán phanh đĩa Chọn cơ cấu phanh đĩa kiểu trục trượt nên lực P ép lên các má phanh đối xứng qua đĩa phanh Mô men phanh được tính như sau: rtb M p = 2 µ Prtb Trong đó : • µ là hệ số ma sát của má phanh; • P là lực của xy lanh phanh; • rtb = 100 (mm) là bán kính đặt lực Hình 2.2 Sơ đồ phanh đĩa Ta... đun, nếu ABS sử dụng bơm riêng thì mô đun này có cả bơm của ABS ABS gồm hệ thống phanh thường kết hợp với mô đun van điều khiển và ECU Số bánh xe và kênh điều khiển tăng dần theo từng thời kỳ phát triển có các kiểu dẫn động và điều khiển sau: • Điều khiển một hoặc hai kênh cho hai bánh sau, sơ đồ dẫn động như hình 1.10 Hình a là điều khiển hai bánh sau chung một van điện từ, bánh trước là phanh bình... trọng tâm xe, hg = 0,7 m  Pj là lực quán tính xuất hiện khi phanh, p j = G j g  Z1, Z2 là phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe cầu trước và bánh xe cầu sau Phương trình cân bằng mô men đối với O2 : ∑M 02 = Z 1 L − Gb − Pj h = 0 Với j là gia tốc phanh, ta có: mjmax = mgϕ ⇒ jmax = 9,81.0, 65 = 6 ,37( m / s 2 ) Trong đó, ϕ = 0, 65 được chọn sao cho trên đường tốt có hệ số bám cao thì hiệu quả phanh đạt ... CHƯƠNG THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN PHANH ABS 5. 1 Giới thiệu hệ thống ABS xe camry 19 95 5.1.1 Bố trí hệ thống phanh, phần tử hệ thống phanh ABS Hầu hết xe hạng sang Toyota trang bị hệ thống phanh ABS. .. xử lý đồng hệ chấp hành xe treo, lái, phanh, động tính ổn định đảm bảo tối ưu Các hệ thống trước hệ thống điều khiển biệt lập có liên hệ tương đối, hệ thống phanh hệ thống treo liên hệ điều khiển... thống Trên tổng kết phát triển hệ thống an toàn chủ động ô tô Trong tổng thể hệ điều khiển đồ án dừng mức nghiên cứu ổn định xe phanh thiết kế hệ thống phanh ABS 1.2 Nguyên lý ABS Như phân tích