بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی اثر پارامتر ضریب لغزش در ترمزهای ضد قفل بر مسافت طیشده یک خودرو بعد از ترمزگیری
خلاصه
جلوگیری از قفل شــدن چرخها در هنگام ترمز کردن در شــرایط مختلف جاده، اســاس کار ســیســتم ترمز ترمز ضــد قفلَ میباشــد. افزایش راندمان دســتگاه ترمز (کوتاهی خط ترمز، غلتش چرخها در حال ترمز، حداقل ســایش لاســتیک) و همچنین هدایت و کنترل مطلوب خودرو در هنگام ترمز کردن از مزیتهای این سیستم به شمار میآید. در این پروژه مینیم سازی مسافت ترمز گیری یک خودرو با احتساب کمیت کنترلی ضریب لغزش که کنترل آن اساس کار سیستم ترمز ضد قفل تلقی میشود را تحت شرایط مرزی و بارگذاری مشخص و با روشهای ژنتیک الگوریتمُ و تندترین کاهش مقیدِ بررســی میکنیم. منظور از بارگذاری در اینجا نیروی ترمزی اســت که توســط راننده به پدال ترمز اعمال میشــود. متغیرهای طراحی به طور کلی عبارتاند از: مشخصات فیزیکی خودرو، سرعت و ضریب اصطکاک چرخها با زمین. لازم به ذکر است که در هیچ مقالهای تا کنون برای بهینهسازی سیستم ترمز ضد قفل، از پرامتر ضریب لغزش استفاده نشده است ولی در این مقاله تمرکز بهینهسازی روی این کمیت میباشد و از آن به عنوان یک پارامتر اصلی بهینه سازی استفاده شده است. با توجه به استانداردهای ترافیک جادهای، مقدار تابع هدف بهینه سازی ترمز خودرو قبل از ایستادن و بدون احتساب ضریب لغزش 07 گزارش شده است. این موضوع در صورتی است که با محاسبات انجام شده در این مقاله و با تابع هدف مشابه و احتساب ضریب لغزش، مقدار تابع هدف حدود 65 تعیین و به نحو مطلوبی بهینه میشود.
کلمات کلیدی: ترمز ضد قفل- ضریب لغزش- متغیر طراحی- تابع هدف
.1 مقدمه
سیستم ترمز ضد قفل نخستین بار برای هواپیمها طراحی گردید. هواپیماها در هنگام فرود و ترمز کردن، مخصوصاً در هنگام مرطوب بودن و لغزنده بودن باند، نیروی زیادی مصرف میکنند تا انرژی جنبشی اولیه را مستهلک سازند و این نیروی زیاد و تلاش گسترده برای متوقف کردن آن و همچنین اعمال نیروی متفاوت جاده و نیروی آئرودینامیک، باعث انحراف هواپیما به طرفین میشد در ابتدا برای جلوگیری از قفل کردن چرخها در جاده کم اصطکاک از سیستم مکانیکی هیدرولیکی استفاده نمودند ولی رفتهرفته راهبرد ایجاد یک ترمز ضد قفل در هواپیما احساس شد و این شروعی برای دنیای سیستم ترمز ضد قفل بود. رفتهرفته با پیشرفتهایی که حاصل شد این سیستم در خودروها نیز به کار گرفته شد، به طوری که در سال 1707 شرکت دایملربنز اولین شرکتی بود که سیستم ضد بلوکه ترمز سیستم ترمز ضد قفل را روی خودروها نصب کرد.[2] سپس بی ام و تویوتا آن را در خودروهایشان به کار گرفتند و از اوایل دهه 07 اکثر شرکتهای خودروساز مانند پژو، رنو، سیتروئن و هوندا از سیستم ترمز ضد قفل استفاده کردهاند.
حالات مختلف ترمز گیری عبارتاند از: الف- حالت مطلوب ترمز: وقتی است که گشتاور ترمز با گشتاور اصطکاک برابر باشد. در این حالت خط ترمز عادی بوده است و چرخ در حالت غلتیدن متوقف میشود. ب- حالتهای غیر مطلوب: گشتاور اصطکاکی بزرگتر از گشتاور ترمز باشد، در این حالت به علت کمبود نیروی ترمز خط ترمز زیاد و امکان برخورد خودرو با مانع وجود دارد. این حالت در اثر ضـــعیف بودن نیروی ترمز، روغن زدن چرخها، عمل نکردن بوستر ترمز و غیره ایجاد میشود. ج- گشتاور ترمز بزرگتر از گشتاور اصطکاکی باشد: در این حالت چرخ قفلکرده و در حالت ترمز روی زمین کشیده میشود.[3] در بیان ضریب لغزش، اگر کمیتهای سرعت خودرو و سرعت چرخ را در نظر بگیریم، نسبت تفاضل سرعت خودرو و سرعت چرخ بر ســرعت خودرو را ضــریب لغزش میگویند.[4] در هنگام ترمز کردن، فشــار مدار ترمز افزایش مییابد، نیروی ترمز زیاد میشــود و نســبت به عکسالعمل جاده لغزش شـــروع میشـــود و تا حدود 27٪ لغزش خودرو پایداری خود را حفظ میکند و بالاتر از آن پایداری از بین میرود. هراندازه نیروی ترمز اضافه شود، تأثیر ترمز افزایش نمییابد و لغزش بیشتر میشود بنابراین بهترین حالت ترمز حالتی است که لغزش حدود 27٪ باشد.این موضوع در شکل زیر آمده است.
معادلات و روند حل
متغیرهای طراحی به صورت زیر تعریف میشوند:
χ نسبت ارتفاع مرکز ثقل و فاصله دو محور است که به صورت زیر بیان میشود:
χ
توزیع بار استاتیکی محور عقب است که در آن wr بار استاتیکی محور عقب، Mvg وزن خودرو است.
ضریب ترکشن محور جلو که در آن Fbf نیروی ترمز محور جلو و Wf بار دینامیکی محور جلو است.
ضریب ترکشن محور جلو که در آن Fbr نیروی ترمز محور عقب و Wr بار دینامیکی محور عقب است.
درصد لغزش ترمز که Vw سرعت خطی لحظهای چرخ خودرو و Vv سرعت لحظهای خودرو است.
سرعت لحظهای چرخ خودرو که بنا به مقدار ضریب لغزش و سرعت مجاز خودرو، قابلبیان است.[5,6] تابع بهینهسازی برای مینیمم سازی مسافت ترمز گیری خودرو به صورت زیر است:
قیود مسئله نیز به صورت زیر بیان میشود: قید اول و دوم: موقعیت عمودی مرکز ثقل
قید سوم و چهارم: موقعیت افقی مرکز ثقل
قید پنجم و ششم: ضریب ترکشن جلو
قید هفتم و هشتم: ضریب ترکشن جلو
قید نهم: مجموع ضریب ترکشن عقب و جلو
قید دهم: پایداری ترمز گیری-قفل شدن چرخ جلو قبل از عقب که به صورت زیر تعریف میشود
قید یازدهم و دوازدهم: حد ξ برای کارکرد بهینه ترمز
