بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله عملکرد یک خودروی سواری حین فرآیند ترمزگیری با دو ترمز معمولی و بهینهسازی شده مورد بررسی و مقایسه قرار می-گیرد. برای این منظور از خودروی پیش فرض نرمافزار آدامز- کار استفاده میشود. در ابتدا به تشریح پارامترهای مؤثر بر عملکرد فرآیند ترمز با تکیه بر روابط سینماتیکی و دینامیکی حاکم بر فاصله توقف پرداخته میشود.
در ادامه، روش مدلسازی ترمز با فشار متغیر در نرمافزار آدامز-کار بیان میشود. سپس، عملکرد توقف این خودرو با ترمز معمولی تحت سرعتهای مختلف و سطحجادهی خشک در این نرمافزار شبیهسازی میشود. سپس با تغییر درصد فشار مؤثر ترمز، عملکرد ترمز در توقف خودرو در همان سرعتها شبیهسازی میشود . بدین ترتیب، با مقایسه فاصله توقف خودرو به ازای مقادیر مختلف فشار ترمز در سرعتهای مختلف، مقدار بهینه درصد فشار مؤثر تعیین میشود.
مقدمه
عملکرد ترمز وسایل موتوری بدون شک یکی از مهمترین پارامترهایی است که ایمنی وسیله را تحت تاثیر قرار میدهد ب1 ب؟ دینامیک هر خودرو به طور مستقیم با مقادیر نیروهای رانش و یا مقاومی که به واسطه تماس چرخها با زمین ایجاد میگردند، در ارتباط است. بنابراین، قابلیت ترمزگیری، فرمانپذیری و شتابگیری یک خودرو متأثر از رفتار سطح تماس چرخ میباشد.
کنترل فشار ترمز در حین فرآیند ترمزگیری خود موجب عدم قفل ناخواستهی چرخ و در نتیجهی آن کاهش فاصله توقف خودرو، فرمانپذیری خودرو و عدم سایش غیر یکنواخت تایر میشود. بنابراین در این مقاله، با بررسی دقیق تأثیر فشار ترمز یک خودرو در سرعتهای مختلف بر فاصله توقف، مقدار بهینه فشار ترمز تعیین میشود. نتایج حاصل از این تحقیق که با استفاده از نرمافزار آدامز-کار صورت گرفته است، میتواند در طراحی سیستمهای ترمز استفاده شود.
پارامترهای مؤثر بر عملکرد ترمز
در فرآیند ترمزگیری حداکثر شتاب کاهنده در خودرو پایدار نیست و از ابتدای ترمزگیری برای مدت زمان کوتاه مقدار این شتاب رو به افزایش است. شکل 1 که نشان دهندهی پارامترهای اساسی ترمز است را در نظر بگیرید، در زمان صفر راننده متوجه خطر میشود. بعد از زمان واکنشَ tr ، راننده شروع به وارد آوردن نیرو به پدال ترمز میکند. بعد از آنکه زمان اعمال سیستم ترمز ta میگذرد، کفشکهای ترمز به کاسه درگیر میشوند و شتاب کاهندهی خودرو آغاز میشود.
افزایش خطی نیروی پدال یک تخمین است و در طول زمان t p رخ میدهد. در شرایط اورژانسی، رانندگان غیر حرفهای کاهش نیروی پدال بیشتری در زمانی بین 0/1 تا 0/2 ثانیه از آغاز ترمز گیری دارند و این زمان برای مدلسازی میبایست مد نظر قرار بگیرد . مطابق با شکل - .1الف - رانندگان حرفهای نیروی پدالی نزدیک تر به حالت ایدهآل ایجاد میکنند. وقتی که افزایش گشتاور ترمزی شروع میشود شتاب کاهنده در نقطهی 1 به طور خطی شروع به افزایش میکند - شکل - .1ب - - . در نقطه 2 با ثابت شدن مقدار نیروی پدال، همهی ترمزها قفل شده و مقدار شتاب کاهنده ثابت باقی می-ماند.
تغییرات سرعت به عنوان تابعی از زمان در شکل - .1ج - نشان داده شده است. قبل از اعمال شتاب کاهنده سرعت حرکت، در شرایطی که از نیروهای درگ موتور، درگ آیرودینامیکی و گشتاور مقاومت غلتشی صرف نظر شود، ثابت خواهد بود. در صورتیکه یکی از این نیروها قابل صرف نظر کردن نباشد، شتاب کاهنده دو جانبه خواهد بود.
فاصله توقف قابل پیش بینی با شتاب کاهندهی یک جانبه فقط % 0/5 تا %1 بیشتر از فاصله توقف دو جانبه خواهد بود ب2ب. تغییرات سرعت بین نقاط 1 و 2 غیر خطی و بین نقاط 2 و 3 خطی است. خودرو در نقطهی 3 متوقف میشود. بدیهی است که فاصله توقف از جمع فاصله توقف زمانهای مشخص شده بدست می آید - شکل - .1د - - .
در حین فرآیند ترمز گیری وقتی لغزش %100 - قفل کامل چرخ - رخ میدهد، مقدار ضریب نیروی ترمزی تا ضریب اصطکاک لغزشی بین تایر و سطح جاده افت میکند، بنابراین خودرو پایداری و کنترل جهت خود را از دست میدهد و فاصلهی توقف از حداقل مقدار ممکن بیشتر میشود. طبق شکل 3، کاملا این افت در جهت طولی و عرضی خودرو مشهود است، به طوری که در جهت عرضی این ضریب به مقدار صفر میرسد و نمونهی بارز آن در مسابقات اتومبیلرانی هنگامی که برای چرخش ناگهانی خودرو،از ترمز دستی استفاده کرده و چرخهای عقب را در حالت قفل کامل قرار میدهند و با کوچکترین اغتشاشی از سوی فرمان، در جهت عرض خودرو لغزش میکنند.
یا آزاد - ، گامهای زمانی کلاچ، گاز، ترمز و لحظههای شروع این فرآیندها، مقدار فشردگی پدال ترمز بر حسب درصدی از فشردگی حداکثر، اصطکاک جاده، موقعیت دنده، مقدار تاخیر زمانی کلاچ گرفتن و رها کردن پدال گاز، شرایط انتهایی توقف برنامه میباشد. ضریب اصطکاک استاندارد تعریف شده طبق استاندارد FMVSS10 برای سطوح خشک 0/81 میباشد که برای این شبیه سازی در نظر گرفته شده است ب7ب. توجه شود که پدال ترمز با حداکثر نیرو فشرده شده و زمان رسیدن پدال ترمز به آخرین حد ممکن نیز 0/1 ثانیه میباشد.
تحلیل و مقایسهی نتایج
در شبیهسازی عملکرد ترمز در سرعتهای مختلف شامل 20، 35، 50، 65 ، 80، 95، 110، 125 و 140 کیلومتر در ساعت مشاهده شد که به سبب طراحی ترمز خودروی مورد بررسی در این شرایط - ضریب اصطکاک - 0/81 چرخهای جلو در همهی سرعتهای مذکور و چرخهای عقب در سرعتهای 125 و 140 کیلومتر در ساعت، کاملاً قفل میشوند و تا آخر ترمز گیری قفل شده باقی میمانند.
برای نمونه شکل 4 میزان لغزش را برای سرعت 110 کیلومتر در ساعت را نشان میدهد . مشاهده میشود چرخهای جلو به طور کامل قفل میشوند و میزان لغزش چرخهای عقب نیز پس از یک نوسان، ثابت میشود. توجه شود که پس از گذشت 1 ثانیه، فرآیند ترمزگیری شروع شده است. در نرم افزار آدامز لغزش منفی به معنی لغزش ناشی از کاهش سرعت زاویهای چرخ و لغزش مثبت به معنی لغزش ناشی از افزایش سرعت زاویهای چرخ تعریف میشود.
مدلسازی ترمز با فشار متغیر در نرمافزار آدامز-کارُ
جهت نمایش مقدار فشار عملکرد بر فاصلهی توقف در فرآیند ترمزگیری، از خودروی پیش فرض نرمافزار آدامز کار استفاده شده است. جرم خودرو 1528 کیلوگرم، فاصلهی بین محورهای عقب و جلو 2122 میلیمتر، ارتفاع خودرو 1521 میلیمتر و شعاع تایرها در جلو و عقب به ترتیب 326 و 341 میلیمتر میباشد. ترمزها از نوع دیسکی و عملگر از نوع هیدرولیکی میباشد. موتور خودرو در قسمت عقب بدنه سوار شده است و خودرو دیفرانسیل عقب است.
پارامترهای ورودی که این نرمافزار برای شبیهسازی فرآیند ترمزگیری در یک مسیر مستقیم نیاز دارد شامل: تعداد گامهای شبیهسازی، حالت شبیهسازی، سرعت اولیه، ورودی به فرمان - قفل متغیری که بر روی سرعت و شتاب دورانی تاثیر میگذارد فشار عملکرد میباشد. شبیهسازی انجام گرفته در این مقاله میزان فشار بهینه چرخهای جلو به صورت مدار باز در سرعتهای مختلف را به صورتی تعیین میکند تا از لغزش %100 چرخ جلوگیری شود و متضمن کمترین فاصلهی توقف باشد. برای نمونه شکلهای 5، 6 و 7 میزان فاصله توقف را به ازای مقادیر مختلف فشار ترمز به ترتیب در سرعتهای 50، 80 و 110 کیلومتر در ساعت نشان میدهند که توسط نرمافزار متلب به کمک درونیابی مرتبه 4 رسم شدهاند.
