Nghiên cứu thiết kê1 chế tạo mô hình hệ thống thử phanh ô tô
Đề tài nghiên cứu xây dựng mô hình mô mô phỏng hệ thống thử phanh ô tô kiểu con lăn quán tính , điều khiển tự động sử dụng vi điều khiển PIC 18F4450, đồng thời xây dựng chương trình tính toán lực phanh bằng ngôn ngữ Visual Basic
NGHIÊN C U THI T K CH T O MÔ HÌNH
H TH NG TH PHANH Ô TÔ
Investigation and realization of a model of brake test system for automobiles
Sinh viên: Nguy n Vi t Luân – Vũ Trung Kiên
Cán b hư ng d n: Lê Cung, Nguy n Th Tranh
Chương trình ðào t o K sư Ch t lư ng cao PFIEV-ðà N ng
TÓM T T:
ð tài nghiên c u xây d ng mô hình mô ph ng h th ng th phanh ô tô ki u con lăn quán tính,
ñi u khi n t ñ ng s d ng vi ñi u khi n PIC18F4550, ñ ng th i xây d ng chương trình tính toán l c
phanh b ng ngôn ng Visual Basic.
ABSTRACT:
This article presents the investigation and the realisation of a model of automatic brake test
system using microcontroller PIC18F4550, and the elaboration of a program on Visual Basic language
for calculating automobile brake system factors.
I. M ñ u:
1. Lý do ch n ñ tài và ý nghĩa th c ti n:
Cùng v i s phát tri n n n kinh t , ôtô ngày càng ñóng vai trò quan tr ng trong v n
chuy n trên toàn th gi i. Các nhà thi t k ôtô ngày càng chú tr ng ñ n v n ñ ki m tra, b o
dư ng thư ng xuyên nh m ñ m b o an toàn trong lưu thông, trong ñó hi u qu phanh là y u t
quan tr ng ñư c quan tâm nghiên c u.
nư c ta hi n nay ñã t n t i nhi u h th ng th phanh ho t ñ ng v i nhi u nguyên lý
khác nhau. T i công ty Máy ñ ng l c và nông nghi p, nhà máy Ôtô VEAM (Thanh Hóa) có
trang b h th ng th phanh BEP3600 ki u con lăn quán tính ho t ñ ng v i nguyên lý khác h n
v i nh ng h th ng cũ và th hi n nh ng ưu ñi m n i tr i. Tuy v y, h th ng này ñã b hư h ng,
không ho t ñ ng ñư c, c n ñư c ph c h i.
Chính vì v y, c n thi t ph i nghiên c u c u trúc, nguyên lý ho t ñ ng c a h th ng th
phanh BEP3600, xây d ng mô hình mô ph ng và chương trình ñi u khi n h th ng, tính toán
l c phanh… Sau khi nghiên c u hoàn ch nh trên mô hình th c nghi m, s ti n t i áp d ng vào
vi c s a ch a khôi ph c h th ng th phanh t i nhà máy Ôtô Veam Thanh Hóa.
2. M c ñích và ph m vi nghiên c u:
- Nghiên c u c u trúc, nguyên lý làm vi c c a h th ng th phanh BEP3600 trang b t i
nhà máy Ôtô Veam Thanh Hóa, nghiên c u lý thuy t các phương pháp tính toán l c phanh.
- Thi t k và ch t o mô hình h th ng th phanh, thi t k vi m ch ñi u khi n h th ng
th phanh s d ng PIC18F4550, xây d ng chương trình ñi u khi n h th ng và tính toán l c
phanh. Trên cơ s thành công c a vi c ñi u khi n trên mô hình, s ng d ng vào vi c ñi u khi n
h th ng th phanh th c t BEP3600.
H th ng th phanh BEP3600 có th th c hi n ñư c r t nhi u ng d ng như ño l c phanh
tay, ki m tra t c ñ ñ ng h kilomét, ño l c phanh khi phanh xe, do v n t c bánh xe khi
phanh…. Tuy nhiên, ñ tài ch t p trung nghiên c u phương pháp ño l c phanh, v n t c bánh xe
khi phanh (phanh chính và phanh tay) và gi i thi u ba ng d ng cơ b n c a h th ng th phanh.
3. Phương pháp nghiên c u:
- Nghiên c u các phương pháp lý thuy t hay th c nghi m ñ xác ñ nh l c phanh, quãng
ñư ng phanh, v n t c phanh.
1
- Nghiên c u th c nghi m d a trên vi c ch t o mô hình h th ng th phanh, l p trình
ñi u khi n mô hình nh m ki m ch ng các phương pháp lý thuy t. Sau ñó áp d ng chương trình
ñi u khi n vào ñi u khi n h th ng phanh th c t t i nhà máy Ôtô VEAM Thanh Hóa.
II. T ng quan:
Hi n nay nư c ta, s lư ng các băng th phanh trong các xí nghi p s a ch a, tr m ki m
ñ nh cũng như các trư ng ð i h c K thu t ngày càng tăng cùng v i yêu c u ngày càng kh t
khe v ch t lư ng ki m tra. ði n hình là h th ng th phanh AHS c a hãng AHS Wildau
GmdH+ Co. KG Bussinesspark Berlin Windau ð c ñư c l p ñ t t i trư ng ð i h c Bách khoa
ðà N ng, h th ng th phanh RAVAGLIOLI c a hãng Pontecchi Marconi Bologna Italia Via
Maggio Italia t i Công ty Ô tô Trư ng H i, h th ng th phanh Micro Brake 6000 c a hãng
Biess Marth Automobil-Servicegerate ð c t i Garage Sài Gòn, Long An, h th ng th phanh
c a hãng Nissan Nh t B n ñư c l p t i nhà máy Cơ khí Ô tô ðà N ng...
M i h th ng ñ u s d ng nguyên lý tính toán l c phanh riêng và có nh ng ưu khuy t
ñi m nh t ñ nh. Như c ñi m cơ b n mà h u h t các h th ng phanh thư ng g p là v n hành ch
ñ th v n t c tĩnh (2,3-5km/h) và vì v y không gi ng v i ñi u ki n th c t c a xe ch y trên
ñư ng. H th ng th phanh BEP3600 kh c ph c ñư c như c ñi m ñó, có th v n hành ch ñ
ñ ng v i v n t c có th lên t i 180 km/h ch ñ th v n t c. Hơn n a, h th ng này ñư c tích
h p nhi u ch c năng cho phép xác ñ nh ñư c nhi u y u t ñánh giá hi u qu phanh, ño ñư c giá
tr quãng ñư ng phanh, l c phanh… c a m i bánh xe.
III. Nh ng nghiên c u lý thuy t và th c nghi m:
1. Nguyên lý xác d nh l c phanh c a ô tô:
Hình 1 trình bày mô hình nh m xác ñ nh l c phanh
trên bánh xe. Bánh xe ñư c ñ t trên m t rulô dư i m t áp r Bánh xe
l c nh t ñ nh. Khi cho rulô quay, bánh xe s quay theo. Khi F
phanh
rulô và bánh xe ñ t ñư c v n t c góc n ñ nh, tài x ñ p
phanh, t o ra momen phanh tác ñ ng lên bánh xe, làm bánh
xe d ng l i, ñ ng th i t o nên m t l c phanh Fphanh tác
ñ ng lên rulô làm rulô chuy n ñ ng ch m d n.
Phương trình chuy n ñ ng c a ru lô như sau: Rulô
∑M can + M phanh = mR 2ω
& (1)
Trong ñó: J = mR 2 và ω l n lư t là mômen quán
& Hình 1
tính và gia t c góc c a rulô; R và m: bán kính và kh i
lư ng c a ru lô, ∑
M can : t ng các thành ph n momen c n tác ñ ng lên rulô, không k momen
M phanh do l c Fphanh tác ñ ng lên rulô. T (1), có th suy ra công th c tính toán l c phanh:
dv
∑F can + Fphanh = m , v i v là v n t c ti p tuy n trên bánh xe: v = ω R .
dt
Như v y, ñ xác ñ nh l c phanh, c n thi t ph i xác ñ nh gia t c ti p tuy n dv/dt c a rulô.
2. Sơ ñ nguyên lý làm vi c h th ng th phanh BEP3600:
Khi xe vào v trí th phanh, b n bánh xe ô tô ñư c ñ t trên b n rulô. B n ñ ng cơ s kéo
b n ru lô chuy n ñ ng, tương ng làm b n bánh xe quay theo. Khi các rulô ñ t ñư c t c ñ n
ñ nh (v n t c th ), b n ñ ng cơ ñư c ng t kh i ngu n ñi n và các rulô s quay t do. K t lúc
ng t ñi n ñ n th i ñi m ñư c cài ñ t trư c, chương trình s tính toán l c c n c a xe. Sau ñó, h
th ng thông báo ñ tài x ñ p phanh, chương trình b t ñ u th c hi n vi c ño l c phanh. Do tác
2
ñ ng c a l c c n c a xe và c a momen phanh, rulô chuy n ñ ng ch m d n. B n encoder ñư c
b trí nh m xác ñ nh gia t c góc c a các rulô, t ñó xác ñ nh ñư c l c c n và l c phanh. Các
bi n t n ñư c b trí nh m ñi u ch nh t c ñ ñ ng cơ, khi c n th phanh các ch ñ khác nhau
(hình 2).
Bánh ñà 1
ð ng cơ 2
Encoder 3
M ch
ñi u Máy
khi n 4 tính 5
Hình 3 : Mô hình th c
nghi m h th ng th phanh
Hình 2 : Sơ ñ nguyên lý mô hình h th ng th phanh
BEP3600 t i nhà máy ôtô Veam Thanh Hóa
B tñ u B tñ u A
ð p phanh
Kh i ñ ng ñ ng cơ V = Vth Kh i ñ ng ñ ng cơ V = Vth
D ng ñ ng cơ. G c th i gian t = 0. Fpi = m.dv/dt – Fc - Ft
D ng ñ ng cơ Xác ñ nh gia t c c a rulô
Xác ñ nh gia t c rulô
S
Fci = m.dv/dt - Ft V=0?
Fti = m.dv/dt
ð ð
Ft = Max(Fti) S Fp = Max (Fpi)
t = t1 ?
ð
K t thúc
Fc = Max (Fci) K t thúc
Hình 4 :
A
Hình 5
3
3. Sơ ñ nguyên lý làm vi c c a mô hình h th ng th phanh:
ð ti n hành nghiên c u th c nghi m trư c khi áp d ng vào ñi u khi n và xác ñ nh l c
phanh trên h th ng th phanh th c t , chúng em xây d ng mô hình th c nghi m như trên hình
3. Hai bánh ñà (1) mô ph ng hai rulô trư c c a h th ng th phanh. Khi ñ ng cơ (2) quay s
làm quay các bánh ñà. Tín hi u t encoder ñưa v m ch ñi u khi n, m ch này s tính toán và
truy n lên máy tính giá tr v n t c góc, gia t c góc c a bánh ñà, ñ ng th i m ch này cũng ñóng,
ng t và ñi u ch nh t c ñ ñ ng cơ, th c hi n các ch ñ th v n t c khác nhau. Quá trình v n
hành ñư c ñi u khi n trên máy tính, các l nh ñi u khi n ñư c truy n xu ng m ch ñi n ñ ñi u
khi n tr ng thái ñ ng cơ.
4. Phương pháp th c nghi m xác ñ nh l c phanh:
Trư c h t c n
xác ñ nh l c c n Ft c a B tñ u TH PHANH TH
h th ng, l c này ñư c PHANH TAY
xác ñ nh khi không có
xe trên b th . Hình 4 Ru lô quay ñ n v n t c
trình bày sơ ñ thu t th , bánh xe quay theo
toán xác ñ nh l c c n Ft Tương t ch ñ
c a h th ng. Sau ñó, TH PHANH,
C t ngu n ñ ng cơ,
nhưng ch có 2
xác ñ nh l c c n Fc c a ru lô quay t do
rulô sau quay,
xe và l c phanh Fp, theo dùng phanh tay
sơ ñ thu t toán cho
T lúc c t ngu n t = 0 ñ n
trên hình 5. th i ñi m cài ñ t trư c t = t1:
V n t c và gia t c Tính l c c n
rulô ñư c xác ñ nh theo
phương pháp như sau: T i t = t1, b t ñ u ñ p phanh
Giá tr v n t c ñư c l y Th l i
m u v i chu kỳ 140ms, Ti p t c
cùng v i th i gian T t = t1 ñ n khi V = 0:
Tính l c phanh
tương ng và ñư c lưu
vào m ng hai chi u.
B ng cách xem như v n Hình 6
t c là tuy n tính theo
th i gian trong kho ng gi a hai l n l y m u, có th tính toán ñư c gia t c rulô như sau:
dv v n+1 − v n
= , trong ñó tn, tn+1: th i ñi m l y m u liên ti p th n và n+1 v i v n t c tương
dt tn+1 − tn
ng là vn, vn+1 v i v n ≤ v ≤ v n+1 .
5. Quy trình th phanh:
Quá trình th phanh bao g m th phanh chính (g i t t là th phanh) và th phanh tay.
Quy trình v n hành ñư c mô t sơ ñ cho trên hình 6.
6. Chương trình ñi u khi n h th ng và tính toán l c phanh:
ð ñi u khi n t c ñ ñ ng cơ quay rulô, thu nh n tín hi u t encoder…, chúng em ñã thi t
k và ch t o b vi m ch ñi u khi n s d ng PIC18F4550, ñ ng th i xây d ng chương trình
ñi u khi n, tính toán xác ñ nh v n t c xe khi phanh, xác ñ nh gia t c rulô (hay bánh xe), xác
ñ nh l c phanh. Chương trình ñư c vi t trên ngôn ng Visual Basic.
Giao di n chính c a chương trình ñi u khi n ñư c trình bày trên hình 7 bao g m:
4
Nút CÀI ð T: thi t l p các thông s ban ñ u như v n t c th phanh, các h s hi u
ch nh... Nút B T ð U: b t ñ u th phanh, toàn b quá trình th ñ u th c hi n t ñ ng. Nút
BI U ð : hi n th ñ th sau m i quá trình th phanh. Nút STOP: d ng ñ ng cơ. Nút EXIT:
thoát kh i chương trình.
Trên màn hình giao di n hi n th b ng s m t s k t qu như: v n t c bánh xe, l c c n tác
ñ ng lên h th ng, l c phanh… K t qu xác ñ nh v n t c và l c phanh (t i th i ñi m phanh)
ñư c hi n th b ng s trên màn hình giao di n (hình 7) và ñư c bi u di n b ng ñ th như trên
hình 8 và hình 9.
Hình 7 : Giao di n chính c a chương trình ñi u khi n
Hình 8 : ð th v n t c xe Hình 9 : ð th l c phanh
5
IV. ðánh giá k t qu :
Sau th i gian nghiên c u th c hi n ñ tài, chúng em ñã ñ t ñư c các k t qu sau ñây: N m
v ng ñư c c u t o, nguyên lý ho t ñ ng c a h th ng th phanh BEP3600. Thi t k , ch t o,
v n hành thành công mô hình h th ng th phanh, xây d ng ñư c chương trình ñi u khi n h
th ng và tính toán ñư c các ch tiêu cơ b n c a h th ng th phanh (v n t c bánh xe, l c
phanh…).
Mô hình và chương trình ñi u khi n ho t ñ ng n ñ nh, các s li u ño ñ c ñư c th hi n
ñúng theo quy lu t, giao di n thu n l i, chương trình ng d ng cho phép lưu tr k t qu d
dàng, thu n ti n cho vi c theo dõi, t ñó có th c i ti n v thu t toán chương trình ñ gi m sai s
ño lư ng.
V i thành công c a vi c th nghi m trên mô hình, ñ tài ñang ti p t c nghiên c u và tri n
khai ng d ng vào h th ng th phanh BEP3600 th c t t i nhà máy ôtô Veam Thanh Hóa.
V. K t lu n:
ð tài nghiên c u cơ b n ñã thành công trên mô hình th c nghi m và có th ñư c tri n
khai m r ng ng d ng th c t nh m ñi u khi n h th ng th phanh BEP3600 t i nhà máy ôtô
Veam Thanh Hóa. Các ng d ng khác c a h th ng th phanh như ki m tra ABS (h th ng
ch ng bó phanh) c n ñư c ti p t c nghiên c u th c hi n b ng cách phát tri n phương pháp vi
phân ñ th .
L i c m ơn:
Chúng em chân thành c m ơn th y Lê Cung, th y Nguy n Th Tranh, ông Tr n Hoàn,
Giám ñ c Công ty Cơ khí t ñ ng hóa DAMECO ðà N ng, ñã t n tình hư ng d n và t o ñi u
ki n thu n l i cho chúng em hoàn thành các nghiên c u ng d ng c a mình.
Tài li u tham kh o:
[1] Công ty Cơ khí t ñ ng hóa DAMECO, H th ng th phanh BTS3000C, ðà N ng 2005.
[2] Ngô Diên T p, L p trình ghép n i máy tính trong Windows, Nhà xu t b n Khoa H c và K
Thu t, Hà N i 2002.
[3] Ngô Diên T p, Vi ñi u khi n v i l p trình C, Nhà xu t b n Khoa H c và K Thu t, Hà N i
2002.
[4] Nguy n Ti n, Ngô Qu c Vi t, Ph m Nguy n Tu n Kỳ, K thu t l p trình Visual Basic -
T h c trong 21 ngày, Nhà xu t b n Giáo d c Hà N i 1997.
[5] Nguy n H u C n, Phanh Ôtô (Cơ s khoa h c và thành t u m i), Nhà xu t b n Khoa H c
và K Thu t, Hà N i 2004.
6
