Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu lý thuyết điều khiển phanh ABS, hệ thống phanh ABS cụ thể trên xe thử nghiệm để xác định trạng thái chuyển động của bánh xe, đề xuất thật toán điều khiển. Qua đây đã thiết kế mô phỏng bộ điều khiển điện tử cho hệ thống ABS kiểu 4 van 3 vị trí nhờ phần mềm thiết kế mạch điện Proteus và tiến hành chế tạo bộ điều khiển. Nghiên cứu lý thuyết điều khiển phanh ABS, hệ thống phanh ABS cụ thể trên xe thử nghiệm để xác định trạng thái chuyển động của bánh xe, đề xuất thật toán điều khiển. Qua đây đã thiết kế mô phỏng bộ điều khiển điện tử cho hệ thống ABS kiểu 4 van 3 vị trí nhờ phần mềm thiết kế mạch điện Proteus và tiến hành chế tạo bộ điều khiển.
-1- M CL C M C L C DANH M C HÌNH V L I NÓI CH U NG T NG QUAN 1.1 Các v n đ v h th ng phanh ABS 1.2 S k t h p gi a ABS h th ng khác 10 1.2.1 H th ng ABS k t h p v i h th ng EBD BAS 11 1.2.2 H th ng ABS k t h p v i h th ng ki m soát l c kéo (TRC) 12 1.2.3 H th ng n đ nh xe b ng n t 15 1.3 Nhi m v c a đ tài 18 1.3.1 Tình hình nghiên c u 18 1.3.2 Nhi m v c a đ tài 19 CH NG C S LÍ LU N C A TÀI 21 2.1 L c bám h s bám 21 2.2 tr t 23 2.3 L c mô men tác d ng lên bánh xe phanh 23 2.4 Hi n t 2.5 ng tr c tính tr t l t c a bánh xe phanh 25 t phanh 27 2.5.1 c tính tr t theo đ bám 27 2.5.2 c tính tr t lí t ng 29 2.6 C u t o nguyên lí làm vi c c a ABS 32 2.6.1 C u t o c a h th ng ABS 32 2.6.1.1 C m bi n t c đ bánh xe 33 2.6.1.2 C m b m van phân ph i d u 34 2.6.2 Nguyên lí làm vi c c a ABS 36 2.6.2.1 Ph m vi u n c a ABS 36 Lu n v n th c s -2- 2.6.2.2 Chu trình u n c a ABS 39 2.6.2.3 Quá trình u n ABS 41 2.7 Nhi m v c a h th ng ABS 43 CH NG GI I THI U XE TH NGHI M 47 3.1 Gi i thi u mơ hình, u ki n th nghi m 47 3.2 S đ h th ng phanh có ABS c th xe thí nghi m 47 3.3 Q trình u n ABS 48 3.3.1 Khi phanh bình th ng 48 3.3.2 Quá trình gi áp su t 50 3.3.3 Quá trình gi m áp su t 51 3.3.4 Quá trình t ng áp su t 52 3.4 Tín hi u u n van th y l c ECU nguyên b n c a xe 54 3.5 Van n t ph n t khuy ch đ i công su t 54 CH NG THI T K , CH T O B I U KHI N I N T CHO H TH NG PHANH 56 4.1 Gi i thi u v vi u n AVR công d ng b u n 56 4.2 Gi i thi u v ph n m m mô ph ng l p trình cho vi u n 60 4.2.1 Gi i thi u v proteus 60 4.2.2 Gi i thi u v CodevisionAVR 61 4.3 Gi i thi u v giao di n ph n m m v đ th 63 4.4 Thi t k mô đun b u n n t 66 4.4.1 Kh i thu x lí tín hi u t c m bi n 66 4.4.2 Kh i c p ngu n cho b u n 69 4.4.3 Kh i u n r le 69 4.4.4 Kh i u n van n t v trí 71 4.4.5 Kh i khuy ch đ i công su t cho van n u n th y l c77 4.4.5.1 c tính c a ph n t khuy ch đ i công su t 77 Lu n v n th c s -3- 4.4.5.2 Thi t k kh i cung c p công su t u n van n t 81 4.4.6 Kh i k t n i v i máy tính 83 4.4.7 K t qu thi t k 84 4.5 Tinh ch nh m ch u n đ h th ng làm vi c 88 4.6 K t qu th nghi m 89 K T LU N CHUNG 93 TÀI LI U THAM KH O 95 PH L C 96 Lu n v n th c s -4- DANH M C HÌNH V Hình 1.1 th so sánh l c phanh có khơng có tr l c phanh kh n c p ……………………………………………………………… 12 Hình 1.2 S đ h th ng ABS TRC……………………………… 13 Hình 1.3 Các tr ng thái c a cánh b m ga ph ……………………… 14 Hình 1.4 S đ v trí h th ng ESP xe Mercedes……………… 16 Hình 1.5 ESP u n phanh ch ng hi n t ng quay vòng th a ho c quay vịng thi u………………………………………………… 17 Hình 2.1 Các y u t nh h ng đ n h s bám……………………… 22 Hình 2.2 S đ l c mơ men tác d ng lên bánh xe phanh……… 24 Hình 2.3 Tr ng thái l n c a bánh xe có tr t l t………………… 25 Hình 2.4 c tính tr t theo h s bám……………………………… 27 Hình 2.5 c tính tr t ng v i lo i đ Hình 2.6 c tính tr t lý t ng khác nhau………… 28 ng……………………………………… 30 Hình 2.7 Quá trình phanh c b n theo đ c tính tr t lý t ng……… 31 Hình 2.8 S đ b trí c c u h th ng phanh ABS………… 32 Hình 2.9 S đ c m bi n t c đ lo i n t b trí xe………… 33 Hình 2.10 Tín hi u n áp c a c m bi n t c đ bánh xe…………… 34 Hình 2.11 B m d u h th ng phanh ABS……………….……… 35 Hình 2.12 S đ c m van phân ph i………………………………… 36 Hình 2.13 Ph m vi u n c a h th ng ABS…………………… 37 Hình 2.14 Ph m vi u n c a ABS theo góc tr t bánh xe…… 38 Hình 2.15 Chu trình u n kín c a ABS……………………… 39 Hình 2.16 S đ tr ng thái không gian bi u di n ho t đ ng c a ABS 40 Hình 2.17 Quá trình u n c a ABS………………… 43 Hình 2.18 S thay đ i c a mơ men phanh Mp, áp su t d n đ ng phanh p gia t c a c a bánh xe phanh có ABS ………………… 45 Lu n v n th c s -5- Hình 2.19 S thay đ i t c đ góc ωb c a bánh xe, t c đ dài v c a ô tô đ tr t λ theo th i gian t phanh có h th ng ch ng hãm c ng bánh xe………………………………………………………… 46 Hình 3.1 S đ ngun lí h th ng phanh xe th nghi m……… 48 Hình 3.2 Nguyên lý làm vi c đ ch đ bình th ng – ABS khơng c kích ho t………………………………………………………… 49 Hình 3.3 Nguyên lý làm vi c ch đ gi áp………………………… 50 Hình 3.4 Nguyên lý làm vi c tr ng thái gi m áp…………………… 52 Hình 3.5 Nguyên lý làm vi c ch đ t ng áp……………………… 53 Hình 3.6 Tín hi u n áp u n ECU nguyên b n………… 54 Hình 4.1 S đ kh i vi u n Atmega16………………………… 58 Hình 4.2 S đ chân vi u n Atmega16……………………… 59 Hình 4.3 Giao di n ph n m m mô ph ng m ch n Proteus………… 60 Hình 4.4 Giao di n ph n m m biên d ch ngơn ng l p trình………… 62 Hình 4.5 Giao di n ph n m m Visual Basic………………………… 64 Hình 4.6 Giao di n ph n m m v đ th ………………………….…… 65 Hình 4.7 S đ ngun lý mơ ph ng b chu n hóa xung…………… 67 Hình 4.8 K t qu mơ ph ng kh i chu n hóa xung…………………… 68 Hình 4.9 Kh i c p ngu n 5V cho m ch u n………………… 69 Hình 4.10 S đ ngun lí kh i r le u n mô t b m d u…… 70 Hình 4.11 S đ nguyên lí kh i r le u n van n t ……… 70 Hình 4.12 S đ ngun lí u n dịng cơng su t……………… 71 Hình 4.13 S đ dịng u n đ t o pha gi áp………………… 73 Hình 4.14 S đ dòng u n đ t o pha gi áp………………… 74 Hình 4.15 S đ dịng u n đ t o pha t ng áp………………… 75 Hình 4.16 M ch ngun lí c a kh i u n phanh ABS……….… 76 Hình 4.17 S đ nguyên lí m ch thí nghi m xác đ nh đ c tính c a Lu n v n th c s -6- IRF530 76……………………………………………………………… 77 Hình 4.18 Mơ hình thí nghi m xác đ nh đ c tính c a ph n t khuy ch đ i công su t s d ng đ tài…………………………………… 78 Hình 4.19 M ch thí nghi m xác đ nh đ c tính c a IRF530………… 78 Hình 4.20 S đ ngun lí kh i cung c p cơng su t u n van n t ………………………………………………………………… 81 Hình 4.21 S đ ngun lí kh i khuy ch đ i công su t c p cho c c u ch p hành h th ng phanh ABS……………………………………… 82 Hình 4.22 M ch đ ng b d li u s d ng vi m ch MAX232………… 84 Hình 4.23 M ch x lí u n………………………………… 85 Hình 4.24 M ch khuy ch đ i cơng su t……………………………… 86 Hình 4.25 M ch k t n i v i máy tính………………………………… 86 Hình 4.26 B u n phanh ABS hoàn ch nh…………………… 87 Hình 4.27 L p đ t b u n phanh ô tô th nghi m………… 88 Hình 4.28 th v n t c góc bánh xe trình phanh v n t c dài c a ô tô nh h n 20 km/h……………………………………… 90 Hình 4.29 th v n t c góc bánh xe trình phanh………… 91 Hình 4.30 th v n t c góc bánh xe phanh………………………… 92 Lu n v n th c s -7- L I NÓI U Vi c nghiên c u, thi t k b u n n t cho h th ng phanh ABS có ý ngh a quan tr ng, nh m ti p c n v i công ngh cao xe c bi t công ngh n t - u n t đ ng Làm n n t ng cho nghiên c u, ch t o th nghi m h th ng u n t đ ng khác xe V i m c làm vi c n đ nh cao, h th ng có th s n xu t hàng lo t l p đ t xe ô tô n Lu n v n s d ng ph c s n xu t ng pháp nghiên c u lý thuy t k t h p v i th c nghi m xe th c t đ th c hi n nhi m v : - Nghiên c u, xác đ nh tr ng thái chuy n đ ng c a bánh xe; - Nghiên c u, đ xu t thu t toán u n; - Nghiên c u, thi t k , ch t o b u n n t cho h th ng phanh ABS; - Th c nghi m ki m ch ng m t s tính n ng làm vi c c a b u n n t tài đ đ ng l c, Tr c th c hi n t i b môn ô tô xe chuyên d ng, Vi n C khí ng i h c Bách Khoa Hà N i d PGS.TS L u V n Tu n tài nh n đ is h ng d n tr c ti p c a c s h tr c a th y b môn anh ch đ ng nghi p Do th i gian h n ch , n i dung nghiên c u tr i r ng nhi u l nh v c khác nên không tránh kh i thi u sót R t mong nh n đ c s góp ý c a th y, anh ch đ ng nghi p đ đ tài hồn thi n h n q trình nghiên c u ti p theo Hà N i, 12/11/2009 Tác gi H H u Hùng Lu n v n th c s -8- CH NG T NG QUAN 1.1 Các v n đ v h th ng phanh ABS H th ng phanh ô tô m t nh ng h th ng đ m b o an tồn chuy n đ ng c a tơ, có công d ng: - Gi m d n t c đ ho c d ng h n xe xe chuy n đ ng; - Gi xe đ ng yên đ c n s có m t c a ng ng d c kho ng th i gian dài mà không i lái xe H th ng ch ng bó c ng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) n m h th ng an toàn ch đ ng c a ô tô hi n đ i H th ng s u n ch ng bó c ng bánh xe trình phanh, giúp t ng đ xe, rút ng n quãng đ tr n đ nh c a ng phanh, t ng kh n ng u n quay vịng tô ng h p c n thi t ph i tránh ch ng ng i v t L ch s phát tri n c a h th ng phanh phanh ABS qua th i kì sau: N m 1924: Khai sinh h th ng phanh th y l c đ n n m 1931 t ng tính an tồn phanh v i d n đ ng hai dòng; N m 1951: ng d ng d ng phanh đ a; N m 1952 đ n 1963 th i k ng d ng tr l c th y l c chân không; N m 1978: H th ng phanh ABS b t đ u có ng d ng th ng m i ô tô ABS tác đ ng vào h th ng d n đ ng th y l c nh m gi , gi m ho c t ng áp su t phanh d n đ n xi lanh phanh bánh xe đ ch ng tr tl t trình phanh N m 1989: H th ng phanh ABS đ tr c k t h p v i h th ng ch ng t quay TSC H th ng u n b ng cách u ch nh giá tr c a mô men phanh mô men đ c truy n t đ ng c đ n bánh xe H th ng cịn có kh n ng u n l nh m h n ch tr ng nhiên li u c p cho đ ng c t quay bánh xe th a mô men Tuy nhiên t i th i Lu n v n th c s -9- m đó, s kênh u n h th ng cịn ít, ch u n m t kênh, ho c hai kênh cho toàn b c u ho c m t c u xe s d ng van u hịa l c phanh b ng c khí đ phân ph i áp su t phanh đ n bánh N m 1994: H th ng phanh ABS đ c k t h p v i h th ng cân b ng n t EBD H th ng n t d n thay th h th ng c khí, h th ng phanh ABS h th ng b t đ u u n nhi u kênh, u n t ng bánh xe đ c l p Nh ng n m sau q trình hồn thi n, t i u hóa hi u qu làm vi c c a h th ng phanh H th ng ABS ho t đ ng t i u, đáp ng yêu c u nâng cao ch t l phanh c a ô tô ph i đ t đ ng c yêu c u sau: - ABS ph i đáp ng đ c yêu c u v an toàn liên quan đ n đ ng l c h c phanh chuy n đ ng c a ôtô - H th ng ph i làm vi c n đ nh có kh n ng thích ng cao, u n t t su t d i t c đ c a xe đ ng bê tơng khơ có đ bám t t đ n đ b t k lo i đ ng (thay đ i t ng đóng b ng có đ bám kém); - H th ng ph i khai thác t i đa kh n ng phanh c a bánh xe đ ng nh m t ng tính n đ nh u n gi m quãng đ ng phanh không ph thu c vào vi c phanh đ t ng t hay phanh t t c a ng i u i lái xe; - Khi phanh xe đ xe bên ph i ch y đ đ ng có h s bám khác (ví d hai bánh ng có dính d u nh t hai bánh bên trái ch y ng nh a khô) mơ men xoay xe quanh tr c đ ng qua tr ng tâm c a xe luôn x y ra, lúc h th ng ABS c n h tr làm mơ men quay t ng ch m đ ng i lái xe có đ th i gian u ch nh thông qua h th ng lái; Lu n v n th c s -10- - Ph i trì đ n đ nh kh n ng lái phanh g p lúc quay vịng; - H th ng ph i có ch đ t ki m tra, ch n đoán an tồn M t m ch ki m sốt ph i liên t c ki m tra s ho t đ ng c a h th ng m t cách đ y đ N u phát hi n m t l i có th làm h h ng vi c ng x c a ABS h th ng s thông báo cho lái xe bi t thơng qua đèn báo h th ng phanh s làm vi c nh m t h th ng phanh bình th ng 1.2 S k t h p gi a ABS h th ng khác Trong nh ng n m g n đây, v i s phát tri n m nh m c a k thu t u n n t t đ ng hóa, h th ng u n ô tô ngày đ c phát tri n hồn thi n h n, nâng cao tính ti n nghi an toàn s d ng c a ô tô Nh m nâng cao t c đ chuy n đ ng tính an tồn ch đ ng c a ô tô, h th ng phanh m t nh ng m c tiêu đ c đ u t phát tri n nhi u Trên c s m t h th ng ABS, h th ng phanh có th k t h p v i m t s h th ng khác, đ n nay, m t h th ng phanh hi n đ i có r t nhi u ch c n ng u vi t Ngoài tác d ng c b n gi m t c đ hay d ng xe, h th ng phanh can thi p c trình kh i đ ng t ng t c c a ô tô, kh ng ch hi n t ng quay vòng thi u, quay vòng th a, làm t ng tính n đ nh c a xe vào đ ng vòng M t s s k t h p c a ABS v i h th ng khác: - ABS k t h p v i h th ng phân ph i l c phanh b ng n t (Electronic Brake-force Distribution – EBD) h th ng tr l c phanh kh n c p (Brake Assist System – BAS) - ABS k t h p v i h th ng ki m soát l c kéo (Traction Control (TRC) hay Acceleration Slip Regulator (ASR) Lu n v n th c s -101- // Input/Output Ports initialization // Port A initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTA=0x00; DDRA=0x00; // Port B initialization // Func7=In Func6=In Func5=In Func4=In Func3=In Func2=Out Func1=In Func0=Out // State7=T State6=T State5=T State4=T State3=T State2=0 State1=T State0=0 PORTB=0x00; DDRB=0x05; // Port C initialization // Func7=Out Func6=Out Func5=Out Func4=Out Func3=Out Func2=Out Func1=Out Func0=Out // State7=0 State6=0 State5=0 State4=0 State3=0 State2=0 State1=0 State0=0 PORTC=0x00; DDRC=0xFF; // Port D initialization // Func7=Out Func6=Out Func5=In Func4=In Func3=In Func2=In Func1=In Func0=In // State7=0 State6=0 State5=T State4=T State3=T State2=T State1=T State0=T PORTD=0x00; DDRD=0xC0; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC0 output: Disconnected TCCR0=0x00; TCNT0=0x00; OCR0=0x00; Lu n v n th c s -102- // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer Stopped // Mode: Normal top=FFFFh // OC1A output: Discon // OC1B output: Discon // Noise Canceler: Off // Input Capture on Falling Edge // Timer Overflow Interrupt: Off // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off TCCR1A=0x00; TCCR1B=0x00; TCNT1H=0x00; TCNT1L=0x00; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer Stopped // Mode: Normal top=FFh // OC2 output: Disconnected ASSR=0x00; TCCR2=0x00; TCNT2=0x00; OCR2=0x00; MCUCR=0x00; MCUCSR=0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK=0x00; Lu n v n th c s -103- // USART initialization // Communication Parameters: Data, Stop, No Parity // USART Receiver: On // USART Transmitter: On // USART Mode: Asynchronous // USART Baud rate: 57600 UCSRA=0x00; UCSRB=0xD8; UCSRC=0x86; UBRRH=0x00; UBRRL=0x08; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; // Global enable interrupts #asm("sei") while (1) { // Place your code here if(PIND.1==1) { PORTD.6 = 1; PORTD.7 = 1; // if(epxilon_FL >= 5) { giam_ap_FL(); } if(epxilon_FL >= & epxilon_FL = 5) { giam_ap_FR(); } if(epxilon_FR >= & epxilon_FR = 5) { giam_ap_RL(); } if(epxilon_FR >= & epxilon_FR = 5) { giam_ap_RR(); } Lu n v n th c s -105- if(epxilon_RR >= & epxilon_RR