Theo đó, hệ thống phanh khi hoạt động sẽ giúp kiểmsoát việc giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe theo chủ ý của lái xe.. 1.Bàn đạp phanh2.Bộ trợ lực phanh 3.Xilanh chính 4.Van điều hòa lực phanh
TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH
Hệ thống phanh
Phanh là một cơ cấu cơ học có chức năng hạn chế chuyển động của bánh xe bằng cách tạo ra ma sát, cho phép kiểm soát việc giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe theo ý muốn của lái xe Trong giai đoạn đầu của phát triển ô tô, hệ thống phanh chỉ gồm những khúc gỗ được gắn vào vành bánh xe ngựa; khi người lái gạt đòn bẩy, khối gỗ sẽ ép vào vành, hạn chế tốc độ quay của bánh xe.
Để giảm trọng lượng và tối ưu hiệu suất, hệ thống phanh ban đầu được thay từ gỗ sang thép và da, nhưng hiệu quả phanh vẫn chưa đạt như mong đợi và gây ra tiếng ồn khó chịu Các nhà sản xuất ôtô đối mặt với yêu cầu cải tiến hệ thống phanh để đảm bảo an toàn, nâng cao thẩm mỹ và mang lại sự thoải mái cho người lái Hiện nay, các dòng ô tô hiện đại được trang bị hệ thống phanh đĩa thủy lực giúp tăng cường an toàn khi vận hành và tối ưu hóa hiệu suất phanh so với các công nghệ cũ.
Hình 1 1 Hệ thống ô tô giúp giảm vận tốc hoặc dừng hẳn xe
Yêu cầu của hệ thống phanh
Hệ thống phanh ô tô đạt chuẩn được xác định dựa trên cơ sở do các cơ quan, tổ chức uy tín ban hành như quy định N0-13 ESK 00H (Hội đồng kinh tế Châu Âu), tiêu chuẩn F18-1969 (Thụy Điển), tiêu chuẩn FMVSS-121 (Mỹ) và tiêu chuẩn quốc gia về an toàn chuyển động của phương tiện giao thông; theo đó, hệ thống phanh ô tô đạt chuẩn cần đáp ứng các tiêu chí liên quan đến hiệu suất phanh, độ an toàn và độ tin cậy, thể hiện qua khả năng giảm tốc nhanh và ổn định, an toàn khi phanh khẩn cấp, độ bền và tuổi thọ của hệ thống, cũng như tuân thủ quy trình thử nghiệm và đánh giá theo các tiêu chuẩn trên.
- Quãng đường phanh ngắn nhất trong điều kiện phanh đột ngột.
- Thời gian phanh nhỏ nhất thích ứng các tình huống bất ngờ.
- Gia tốc phanh chậm dần càng lớn mang lại hiệu quả phanh càng cao.
- Phanh êm dịu, đảm bảo tính ổn định trong mọi trường hợp.
- Điều khiển nhẹ nhàng, người lái không tốn nhiều sức khi sử dụng.
- Phân bố mô men đều trên các bánh xe phù hợp với tải trọng lực bám.
- Không bị hiện tượng bó phanh.
- Thoát nhiệt tốt, nâng cao tuổi thọ của linh kiện trong hệ thống phanh.
- Kết cấu gọn nhẹ, dễ chẩn đoán hư hỏng trong mọi điều kiện.
Sơ đồ cấu tạo cơ bản hệ thống phanh
Hình 1 2 Sơ đồ hệ thống phanh cơ bản trên ôtô
Về cơ bản hệ thống phanh trên ô tô gồm 6 bộ phận:
4.Van điều hòa lực phanh (van P)
5.Phanh chân gồm 2 loại phanh đĩa và phanh trống
Hệ thống phanh hoạt động khi người lái đạp phanh, lực tác động được truyền từ bàn đạp tới bầu trợ lực phanh Lực này thúc đẩy các piston di chuyển, nén lò xo và dầu trong xi lanh chính, làm tăng áp suất và đẩy dầu qua các đường ống đến xi lanh ở bánh xe, nơi dầu đẩy piston và guốc phanh ép chặt lên má phanh, sinh ra lực ma sát và làm tang trống cùng moay ơ tại bánh xe giảm tốc hoặc dừng lại theo yêu cầu Khi người lái ngừng tác động lên bàn đạp phanh, xi lanh phanh đẩy dầu ngược về xi lanh chính, nhả phanh và cho xe quay lại vận tốc mong muốn.
Phân loại hệ thống phanh ôtô
Chúng tôi phân loại hệ thống phanh dựa trên trạng thái của xe đang chạy Phanh chân có hai loại chính là phanh đĩa và phanh tang trống, đều được điều khiển bằng áp suất thủy lực để đảm bảo lực phanh mạnh và ổn định Trong khi đó, hệ thống phanh khi đỗ xe hoạt động bằng cách tác động lên các phanh bánh sau thông qua dây kéo, giúp xe không dịch chuyển được khi đứng yên.
Cấu tạo phanh đĩa ô tô gồm 4 bộ phận chính: đĩa phanh, ngàm phanh, má phanh và dầu phanh Hệ thống phanh đĩa được thiết kế mở, cho phép các bộ phận phối hợp ăn ý với nhau để giúp xe dừng đỗ hoặc giảm tốc độ hiệu quả Đĩa phanh quay cùng bánh xe và chịu lực ma sát, ngàm phanh kẹp má phanh lên đĩa, má phanh là lớp chịu mài mòn, còn dầu phanh truyền lực từ bàn đạp phanh đến ngàm kích hoạt phanh Nhờ sự tương tác của bốn thành phần này, phanh đĩa ô tô mang lại hiệu quả phanh an toàn khi lái xe.
- Đĩa phanh (Roto) Đĩa phanh được gắn trực tiếp lên cụm may-ơ bánh xe Hiện nay, roto phanh đĩa có loại đặc, loại được thông gió và loại có tang trống Tuỳ vào chủ ý thiết kế, đĩa phanh sẽ được đục lỗ hoặc xẻ rãnh nhằm tối ưu hóa khả năng tản nhiệt cho hệ thống phanh đĩa ô tô khi hoạt động.
Hình 1 4 Đĩa phanh Hầu hết các loại roto hiện nay được làm từ thép carbon Đây là loại vật liệu có khả năng chịu nhiệt, chịu lực tốt, có độ bền cao Tuy nhiên, đĩa phanh có thể nứt vỡ nếu quá trình vận hành phải chịu lực tác động vượt ngưỡng cho phép nhiều lần Trong trường hợp má phanh không đạt tiêu chuẩn, đĩa phanh sẽ bị cào xước, giảm ma sát khi hoạt động.
- Ngàm phanh (Caliper) hay còn gọi là cùm phanh
Hình 1 5 Ngàm phanh Ngàm phanh có tác dụng giữ và ép má phanh tỳ lên mặt đĩa phanh để tạo ra lực phanh đủ mạnh giúp xe giảm tốc, dừng lại mà không bị giật cục Hiện nay, bộ phận này được thiết kế với 2 dạng chính là dạng trôi hoặc cố định.
Thiết kế dạng trôi gồm hai thành phần chính là piston và mặt tựa Khi có lực tác động, piston tỳ lên mặt đĩa và tạo ra phản lực đẩy, đẩy cùm phanh di chuyển để tăng lực kẹp lên đĩa phanh, từ đó hệ thống phanh hoạt động ổn định và hiệu quả.
Ngàm phanh cố định có cấu tạo phức tạp với 2 piston thủy lực được đặt ở thế đối xứng Khi có lực tác động, má phanh tỳ vào đĩa phanh và quá trình này không làm ngàm phanh di chuyển Do đặc tính không di chuyển của ngàm và sự ăn khít giữa má phanh và đĩa phanh, ngàm phanh cố định mang lại hiệu suất phanh ổn định ở tải trọng cao Tuy nhiên, chi phí sản xuất của ngàm phanh cố định vẫn còn đắt đỏ, khiến nó chỉ phù hợp với một số dòng xe thể thao hiệu năng cao.
- Má phanh (Brake pads) hay còn gọi là bố thắng đĩa
Má phanh ô tô là một khối chịu nhiệt được chế tạo từ các vật liệu như gốm, hợp kim và Kevlar Trong cấu tạo của phanh đĩa ô tô, hai má phanh hoạt động bằng cách kẹp chặt lên đĩa phanh để tạo ma sát, từ đó làm giảm tốc độ quay của bánh xe và giúp xe dừng lại an toàn.
Phanh đĩa hoạt động dựa trên nguyên lý truyền lực qua dầu chuyên dụng trong hệ thống thủy lực; khi piston trong kẹp phanh dịch chuyển, nó ép má phanh lên đĩa phanh, tạo ma sát và giúp xe giảm vận tốc hoặc dừng lại.
*Ngoài 4 bộ phận chính trên, phanh đĩa còn có lò xo, bộ lọc khí giúp hệ thống phanh đĩa vận hành mượt mà, hiệu quả.
Nguyên lý hoạt động đĩa phanh:
Hình 1 7 Nguyên lý hoạt động phanh đĩa
Trong hệ thống phanh của xe, khi người lái đạp bàn đạp phanh, áp suất dầu tăng lên trong các ống dầu và xi lanh phanh ở bánh xe, đẩy piston và má phanh ép lên đĩa phanh, tạo ra lực ma sát giữa má phanh và đĩa phanh khiến đĩa phanh và bánh xe giảm tốc hoặc dừng lại theo ý muốn của người lái.
Khi người lái thả bàn đạp phanh, áp suất dầu phanh trong hệ thống giảm nhanh do sự biến dạng của vòng đệm kín dầu trên piston, khiến piston và má phanh rời khỏi đĩa phanh Quá trình này giúp má phanh trở về vị trí ban đầu, ngắt liên kết với đĩa phanh và cho đĩa phanh quay tự do, từ đó đảm bảo xe có thể kiểm soát tốt cho lần phanh tiếp theo và tăng tính an toàn khi lái xe.
1.3.2 Phanh tang trống Phanh tang trống còn được gọi là phanh guốc, phanh đùm, tên gọi tiếng anh là Drum Brake Hệ thống phanh này được phát minh bởi Louis Renault vào năm 1902.
Hình 1 8 Cấu tạo phanh tang trống
Cấu tạo phanh tang trống gồm các bộ phận chính như xi lanh bánh xe, piston, cuppen, má phanh và lò xo hồi vị, cùng một số bộ phận khác có nhiệm vụ truyền lực Xi lanh bánh xe nhận dầu phanh từ hệ thống thủy lực và tạo áp lực tác động lên piston, piston đẩy má phanh ép vào vành trống để giảm tốc Cuppen đóng vai trò trung gian truyền lực giữa piston và má phanh, giúp lực phanh được phân bố đồng đều Má phanh là bộ phận chịu ma sát trực tiếp với vành trống, quyết định khả năng dừng xe Lò xo hồi vị có nhiệm vụ lấy lại vị trí ban đầu của má phanh và các bộ phận liên quan sau khi nhả phanh, đồng thời ổn định hoạt động của hệ thống Ngoài ra còn có một số bộ phận khác giúp truyền lực và điều chỉnh tác động phanh để đảm bảo phanh tang trống hoạt động an toàn và hiệu quả.
- Xi lanh bánh xe (wheel cylinder): Đóng vai trò làm buồng chứa piston, cuppen, dầu.
Piston là bộ phận được nối với guốc phanh trong hệ thống phanh, khi có áp suất dầu, piston sẽ đẩy ra khiến má phanh ép lên trống phanh Quá trình này tạo ma sát và giúp xe giảm tốc độ hoặc dừng lại.
- Cuppen: Giữ vai trò làm kín xi lanh, không cho khí lọt vào và rò rỉ dầu.
- Má phanh (brake pads): Là bộ phận ma sát trực tiếp với trống phanh.
- Lò xo hồi vị (return spring): Khi áp suất dầu giảm, lò xo hồi vị sẽ ép piston trở về vị trí ban đầu.
Nguyên lý hoạt động phanh tang trống:
Hình 1 9 Nguyên lý hoạt động phanh tang trống
Hệ thống phanh tang trống ô tô hoạt động bằng cách tạo lực ép lên các bộ phanh để sinh ma sát và làm cho bánh xe ngừng quay Khi người lái đạp phanh, cơ cấu phanh sinh ra lực ép lên bề mặt phanh, khiến bánh xe ngừng quay Lực này vừa kìm hãm quán tính của xe vừa đưa xe về trạng thái dừng an toàn.
Các chi tiết đánh giá chất lượng phanh
Để đánh giá chất lượng của quá trình phanh ta phải xét đến các yếu tốsau: Gia tốc chậm dần khi phanh
Lực phanh và lực phanh riêng
1.4.1 Gia tốc chậm dần khi phanh j max = g
Công thức 1 1 Gia tốc chậm dần khi phanh
Trong đó: j - hệ số tính đến ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay không đều trong hệ thống truyền lực.
Khi phanh trên đường nằm ngang ( = 0 ): j max = g j
Công thức 1 2 Gia tốc chậm dần khi phanh với anpha = 0
Các công thức cho thấy để gia tốc giảm dần khi phanh, cần giảm hệ số ma sát liên quan đến truyền động Khi phanh đột ngột, người lái có thể cắt ly hợp để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực, từ đó giảm tải lên hệ thống phanh và tăng hiệu quả phanh Gia tốc phanh tối đa phụ thuộc vào độ bám giữa lốp và mặt đường, điều này bị quyết định bởi cấu tạo lốp và tình trạng mặt đường Trên đường nhựa tốt, độ bám sẽ cao hơn, mang lại phanh an toàn và ổn định hơn.
= 0,75 0,8 Nếu coi j 1 và g = 10m/s 2 thì gia tốc phanh cực đại trên đường nhựa tốt có thể đạt trị số = 0,75 0,8m / s 2
Công thức 1 3 Thời gian phanh
Qua biểu thức (1.3), thời gian phanh ngắn nhất phụ thuộc vào vận tốc bắt đầu phanh v0, hệ số j và hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường Để giảm thời gian phanh, cần giảm hệ số j bằng cách cắt ly hợp khi phanh để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực Giá trị tối đa của hệ số j được giới hạn bởi j max và ảnh hưởng của nó đến hiệu suất phanh.
Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng hệ thống phanh của ô tô Trong các tính năng kỹ thuật của xe, các nhà sản xuất thường công bố quãng đường phanh của ô tô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định Việc công bố này giúp so sánh hiệu suất phanh giữa các mẫu xe và đảm bảo người dùng có cơ sở để đánh giá sự an toàn khi lái xe Ngoài ra, thông tin về quãng đường phanh ở các vận tốc khác nhau còn hỗ trợ đánh giá khả năng xử lý và đáp ứng của hệ thống phanh trong thực tế.
So với các tiêu chí khác, quãng đường phanh là chỉ tiêu dễ nhận biết nhất đối với người lái xe, giúp họ nhận thức trực quan và dễ dàng điều chỉnh khi phanh trên đường Việc nắm bắt quãng đường phanh từ đó hỗ trợ người lái xử lý tình huống một cách chủ động, tăng khả năng kiểm soát xe và nâng cao an toàn khi phanh ô tô trên mọi điều kiện giao thông.
Công thức 1 4 Quãng đường phanh nhỏ nhất
Spmin- Quãng đường phanh ngắn nhất (tính từ khi bắt đầu phanh đến khi xe dừng hẳn).
Qua biểu thức (1.4), để đạt quãng đường phanh ngắn nhất cần giảm hệ số j; vì vậy nếu người lái cắt ly hợp trước khi phanh, quãng đường phanh sẽ ngắn hơn do tác động của hệ truyền động lên quá trình phanh được tối ưu hóa.
Trên hình 1.10 biễu diễn sự phụ thuộc giữa quàng đường phanh S với vận tốc ban đầu v1 và hệ số bám
Hình 1 10 Ảnh hưởng của vận tốc ban đầu Vo và hệ số bámđến quãng đường phanh nhỏ nhất.
Theo công thức (1.4), quãng đường phanh S phụ thuộc vào vận tốc ban đầu v0 theo quy luật bậc hai Do đó, khi v0 tăng thì quãng đường phanh S tăng lên theo bình phương của v0; ngược lại, hệ số bám càng cao thì S càng giảm, cho thấy khả năng bám đường quan trọng làm giảm quãng đường phanh Từ đó, việc tăng vận tốc lái xe làm tăng đáng kể quãng đường phanh, trong khi cải thiện độ bám đường giúp rút ngắn quãng đường phanh và nâng cao an toàn khi ô tô chuyển động.
1.4.4 Lực phanh và lực phanh riêng
Lực phanh và lực phanh riêng là chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh và thường được sử dụng khi thử phanh trên bệ thử.
Lực phanh sinh ra ở các bánh xe ô tô được xác định theo công thức:
Công thức 1 5 Lực phanh sinh ra ở các bánh xe Lực phanh riêng P là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ
Công thức 1 6 Lực phanh riêng P là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng G Lực phanh riêng cực đại nhận được khi lực phanh cực đại:
Trong đánh giá chất lượng phanh ô tô, có bốn chỉ tiêu được xem xét, và quãng đường phanh là đặc trưng nổi bật nhất vì nó cho phép người lái hình dung vị trí xe dừng trước một chướng ngại vật ở vận tốc phanh đang áp dụng để tránh tai nạn Công thức 1 mô tả 7 lực phanh riêng cực đại, nhấn mạnh vai trò của hệ thống phanh trong việc đảm bảo dừng nhanh và an toàn ở các điều kiện lái khác nhau.
Chỉ tiêu này được sử dụng để đánh giá hiệu quả tác động của phanh, thể hiện qua lực phanh và lực phanh riêng Hai thông số này cho thấy mức độ đáp ứng và độ ổn định của hệ thống phanh, là các yếu tố thuận lợi khi đánh giá chất lượng phanh trên bệ thử nhằm đảm bảo an toàn và tối ưu hiệu suất phanh.
Phanh ô tô không thể làm xe dừng ngay tại thời điểm bắt đầu phanh mà xe sẽ dừng ở một khoảng cách so với vị trí bắt đầu phanh Đồng thời, xe có thể lệch khỏi hướng chuyển động ban đầu khi bước vào quá trình phanh Vì vậy, để đánh giá quá trình phanh một cách toàn diện, ngoài việc nghiên cứu các chỉ tiêu đã nêu trên, cần xem xét cả tính ổn định hướng của ô tô trong suốt quá trình phanh để đảm bảo kiểm soát phương tiện và an toàn giao thông.
HỆ THỐNG PHANH ABS
Quá trình điều khiển của ABS
Hình 2 1 Sơ đồ khối các cụm chức năng của cơ cấu ABS Một cơ cấu ABS bao gồm 3 cụm bộ phận chính:
Cụm tín hiệu vào gồm các cảm biến quan trọng như cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến tốc độ xe, công tắc báo phanh và cảm biến giảm tốc, có nhiệm vụ gửi các thông tin về tốc độ bánh xe và tín hiệu phanh về hộp điều khiển điện tử ECU dưới dạng tín hiệu điện.
Hình 2 2 Cảm biến tốc độ bánh xe
Hình 2 3 Cảm biến tốc độ xe
Hình 2.4 mô tả 4 vị trí cấu tạo của cảm biến giảm tốc và vai trò của chúng trong hệ thống phanh ABS Hộp điều khiển điện tử (ECU) nhận và xử lý các tín hiệu vào từ cảm biến, sau đó đưa tín hiệu điều khiển tới bộ chấp hành thủy lực để điều khiển quá trình phanh, giúp phanh chống bó cứng hoạt động ổn định và an toàn cho người lái.
Bộ phận chấp hành gồm có bộ điều khiển thuỷ lực, bộ phận hiển thị đèn báo phanh ABS, bộ phận kiểm tra, chẩn đoán.
Hình 2 6 Bộ phận chấp hành
Hình 2 7 Bộ phận chấp hành thủy lực Trong đó:
+ Bộ điều khiển thuỷ lực nhận tín hiệu điều khiển từ ECU thực hiện quá trình phân phối áp suất dầu đến các cơ cấu phanh bánh xe.
Bộ phận hiển thị đèn báo phanh và hệ thống chẩn đoán có chức năng thông báo cho người lái khi hệ thống ABS gặp sự cố, thông qua các xung điện hoặc tín hiệu nhấp nháy của đèn báo ABS.
Nguyên tắc điều khiển cơ bản của cơ cấu ABS như sau:
Các cảm biến tốc độ bánh xe đóng vai trò nhận biết tốc độ góc quay của từng bánh và gửi dữ liệu này về ECU Tín hiệu từ cảm biến được phát dưới dạng xung điện áp xoay chiều, cho phép ECU phân tích và điều chỉnh hoạt động của xe dựa trên tốc độ quay của mỗi bánh Nhờ thông tin này, các hệ thống an toàn và hỗ trợ lái như phanh ABS, kiểm soát lực kéo và cân bằng điện tử có thể hoạt động chính xác, tối ưu hóa hiệu suất vận hành và tăng cường an toàn trên mọi điều kiện đường xá.
ECU theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách tính toán tốc độ xe và sự thay đổi tốc độ giữa các bánh thông qua cảm biến tốc độ bánh xe, từ đó xác định mức trượt dựa trên tốc độ của các bánh xe để tối ưu hóa kiểm soát lực kéo và an toàn vận hành.
Khi phanh gấp trên đường ướt, trơn trượt hoặc có hệ số bám thấp, ECU điều khiển bộ chấp hành thủy lực để cung cấp áp suất dầu tối ưu cho từng xy-lanh phanh của bánh xe Hệ thống phanh hoạt động theo các chế độ tăng áp, giữ áp và giảm áp nhằm duy trì độ trượt ở mức tối ưu, ngăn ngừa hãm cứng bánh xe khi phanh và cải thiện hiệu quả phanh trên địa hình ướt.
2.1.2 Yêu cầu cơ cấu ABS
Một cơ cấu ABS hoạt động tối ưu, đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng phanh của ô tô phải thỏa mãn đồng thời các yêu cầu sau:
Cơ cấu phải đáp ứng yêu cầu về an toàn liên quan đến động lực học phanh và chuyển động ô tô.
Để đạt hiệu suất vận hành tối ưu, cơ cấu phải làm việc ổn định và có khả năng thích ứng cao, đảm bảo điều khiển tốt trong suốt dải tốc độ của xe và ở bất kỳ loại đường nào, từ đường bê tông khô có độ bám tốt đến đường đóng băng có độ bám kém.
Hệ thống phanh xe được thiết kế để khai thác tối đa khả năng phanh của các bánh xe trên mọi mặt đường, từ đó tăng tính ổn định khi điều khiển và giảm quãng đường phanh Hiệu quả phanh không phụ thuộc vào cách người lái phanh, dù phanh đột ngột hay phanh từ từ.
Khi phanh trên đường có các hệ số bám khác nhau, ví dụ bánh phải chạy trên tuyết còn bánh trái trên đường nhựa khô, mô-men xoay quanh trục đứng qua trọng tâm xe là luôn xảy ra không thể tránh khỏi Tuy nhiên, với sự hỗ trợ của cơ cấu ABS, mô-men xoay sẽ tăng lên rất chậm, giúp người lái có đủ thời gian để bù trừ bằng cách điều chỉnh cơ cấu lái một cách dễ dàng và an toàn.
Cơ cấu phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh trong lúc đang quay vòng.
Cơ cấu phanh ABS phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đoán và an toàn, với một mạch điều khiển liên tục kiểm tra đầy đủ sự hoạt động của hệ thống để đảm bảo an toàn vận hành Khi phát hiện một lỗi có thể làm hư hại cách thức ABS thực thi, hệ thống sẽ thông báo cho lái xe và khi đó cơ cấu phanh sẽ hoạt động như một phanh bình thường.
2.1.3 Phạm vi điều khiển của ABS
Hình 2 mô tả 8 phạm vi điều khiển của cơ cấu phanh ABS, nhằm tối ưu lực phanh và ổn định xe trên mọi điều kiện mặt đường Các ví dụ tiêu biểu gồm: 1) lốp bố tròn trên đường bê tông khô cho hiệu suất phanh ổn định; 2) lốp bố chéo trên đường nhựa ướt, nơi ABS can thiệp để ngăn khóa bánh và trượt; 3) lốp bố tròn trên đường tuyết, thể hiện cách ABS duy trì kiểm soát phanh khi bề mặt đường thay đổi Các phạm vi còn lại mở rộng khả năng kiểm soát ABS để thích ứng với biến đổi của ma sát và tải trọng, đảm bảo an toàn khi phanh ở mọi điều kiện.
4: Lốp bố tròn chạy trên đường đóng băng.
Mục tiêu của hệ thống phanh ABS là duy trì độ trượt của bánh xe khi phanh ở phạm vi hẹp quanh giá trị 0, tương đương 0–30% trên đồ thị đặc tính trượt, được gọi là phạm vi điều khiển của ABS Trong phạm vi này, hiệu quả phanh đạt ở mức cao nhất khi lực phanh đạt giá trị cực đại tại x_max, đồng thời xe có tính ổn định tốt nhất (y ở mức cao), đáp ứng đầy đủ các yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh là rút ngắn quãng đường phanh và cải thiện tính ổn định hướng cũng như khả năng điều khiển lái của xe khi phanh.
Giới hạn thực tế này có thể biến động trong phạm vi rộng hơn và có thể bắt đầu sớm hơn hoặc kết thúc muộn hơn, tùy thuộc vào điều kiện bám của bánh xe với mặt đường Điều này nhấn mạnh vai trò của ma sát giữa bánh xe và bề mặt đường, cũng như ảnh hưởng của chất lượng lốp và tình trạng mặt đường đến khả năng duy trì giới hạn vận hành an toàn và ổn định.
Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc x và độ trượt được thể hiện khi xét các loại lốp khác nhau chạy trên các loại đường có hệ số bám khác nhau, cho thấy sự phụ thuộc của quá trình phanh và kiểm soát xe vào đặc tính của lốp và mặt đường Phạm vi điều khiển của cơ cấu ABS thay đổi tùy thuộc từng điều kiện cụ thể, nên hiệu suất và độ ổn định của hệ thống ABS sẽ khác nhau giữa các tình huống và cấu hình lốp-mặt đường.
Theo đó ta thấy đối với loại lốp bố tròn chạy trên đường bê tông khô
Đường cong 1 cho φx max đạt được khi độ trượt khoảng 10% so với lốp bố chéo chạy trên đường nhựa ướt, trong khi đường cong 2 có độ trượt tối ưu để đạt hệ số bám cực đại là 30% Độ trượt tối ưu để đạt hệ số bám cực đại khác nhau ở hai trường hợp này Vì vậy phạm vi điều khiển ABS cũng khác nhau: với lốp bố tròn chạy trên đường bê tông khô, quá trình điều khiển ABS sẽ xảy ra sớm hơn so với trường hợp lốp bố chéo chạy trên đường ướt.
Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS
2.2.1 Trạng thái phanh bình thường (ABS không hoạt động) Khi phanh xe ở tốc độ chậm (dưới 8 km/h hay 12,25km/h tuỳ từng loại xe) hay rà phanh trong trường hợp này ABS không hoạt động và ECU không gửi dòng điện đến cuộn dây của van địên từ Do đó, van 3 vị trí bị ấn xuống bởi lò xo hồi vị và cửa A vẫn mở trong khi cửa B vẫn đóng (hình2.14) Dầu phanh từ xylanh chính qua cửa A đến cửa C trong van điện 3 vị trí rồi tới xylanh bánh xe Dầu phanh không vào được bơm bởi van một chiều số 1 gắn trong mạch bơm Khi nhả chân phanh, dầu từ hồi từ xylanh chính về xylanh bánh xe qua cửa C đến cửa A và van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trí
Hình 2 11 Chế độ phanh thường (ABS không hoạt động)
2.2.2 Trạng thái phanh gấp (ABS hoạt động)
Trong hệ thống phanh, khi một bánh xe có xu hướng bó cứng khi phanh gấp, bộ chấp hành thủy lực sẽ điều khiển giảm áp suất dầu phanh tác dụng lên bánh xe đó dựa trên tín hiệu từ ECU Quá trình điều chỉnh áp suất này giúp bánh xe không bị khóa và duy trì khả năng kiểm soát lái xe trong tình huống phanh gấp Đây là một thành phần cốt lõi của hệ thống phanh an toàn, cho phép ABS phản hồi nhanh chóng để duy trì ma sát và sự ổn định của xe.
Trong Hình 2 mô tả 12 chế độ tăng áp, khi cần tăng áp suất trong xylanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt dòng điện cấp cho cuộn dây van điện từ, khiến cửa A mở và cửa B đóng, cho phép dầu từ xylanh phanh chính chảy qua cửa C của van điện từ 3 vị trí đến xylanh bánh xe Mức tăng áp suất dầu được kiểm soát bằng cách lặp lại quá trình tăng áp và giữ áp, nhằm duy trì lực phanh mong muốn và tối ưu hóa hiệu quả hệ thống phanh.
Khi áp suất trong xylanh bánh xe tăng hay giảm, cảm biến tốc độ bánh xe sẽ gửi tín hiệu cho biết bánh xe đã đạt vận tốc mục tiêu ECU cấp dòng điện 2A tới cuộn dây van điện từ để duy trì áp suất trong xylanh bánh xe ở mức ổn định.
Khi dòng điện cấp cho cuộn dây van điện từ giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp) xuống còn 2A (ở chế độ giữ áp), lực từ sinh ra trong cuộn dây cũng giảm; van điện từ 3 vị trí dịch chuyển về vị trí giữa nhờ lực của lò xo hồi vị làm cửa A và cửa B đều đóng Lúc này bơm dầu vẫn còn làm việc.
Hình 2 13 Chế độ giữ áp mô tả rằng khi ABS hoạt động, bánh xe sẽ nhấp nhả khi phanh và xe có rung động nhẹ; đồng thời bàn đạp phanh rung động do dầu phanh hồi về từ bơm dầu Đây là trạng thái bình thường khi ABS làm việc.
Van điện 3 vị trí như trên được sử dụng nhiều trên các xe trước đây, ngày nay kiểu van điện hai vị trí được dùng phổ biến hơn (hình 37) là sơ đồ bộ phận chấp hành ABS sử dụng 8 van điện 2 vị trí, bao gồm 4 van giữ áp suất và 4 van giảm áp suất Hoạt động cơ bản của bộ chấp hành thuỷ lực kiểu này giống như kiểu van 3 vị trí, tín hiệu điều khiển từ ECU đến các van điện dưới dạng điện áp Ngoài ra bộ phận chấp hành phanh ABS của các xe ngày nay cũng có cải tiến thành rất nhiều loại khác nhau.
Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn dây của van điện từ, sinh ra một lực từ mạnh Van 3 vị trí di chuyển lên phía trên, đóng cửa A và mở cửa B.
Nhờ nguồn 12V từ ECU cấp cho động cơ bơm, dầu phanh được bơm từ bình dầu lên hệ thống và quay trở về bình dầu thông qua van điện 3 vị trí Dầu phanh từ xylanh bánh xe được dẫn qua cửa C tới cửa B và hồi về bình dầu Cửa A đóng để ngăn dầu phanh từ xylanh chính vào van điện 3 vị trí và van một chiều số 1 và số 3, khiến áp suất dầu trong xylanh bánh xe giảm xuống và ngăn ngừa bánh xe bị bó cứng Mức độ giảm áp suất phụ thuộc vào tín hiệu từ ECU và trạng thái đóng/mở của các van.
Hình 2 14 Chế độ giảm áp
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH ABS SỬ DỤNG MÔ HèNH ẳ XE 26
Giới thiệu về Matlab-Simulink
Hình 3.1 Matlab – Matrix Laboratory giới thiệu Matlab, tên viết tắt của Matrix Laboratory Matlab là phần mềm do MathWorks phát triển nhằm cung cấp môi trường lập trình và tính toán kỹ thuật số cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu.
Matlab cho phép bạn sử dụng ma trận để tính toán các con số một cách nhanh chóng và chính xác, đồng thời vẽ đồ thị và trực quan hóa các hàm số cùng với các đồ thị liên quan Nền tảng này hỗ trợ chạy các thuật toán phức tạp, phân tích và xử lý dữ liệu, cũng như tối ưu hóa quy trình làm việc Ngoài ra, Matlab còn cho phép tạo giao diện người dùng trực quan và liên kết với các chương trình máy tính được viết bằng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau, mở rộng khả năng tích hợp, tương tác và chia sẻ giữa các hệ thống.
MATLAB là công cụ mạnh giúp giải quyết các bài toán trong phân tích số, xử lý tín hiệu kỹ thuật số và xử lý đồ họa một cách hiệu quả mà không cần viết mã lệnh cổ điển Người dùng có thể triển khai thuật toán, mô phỏng và trực quan hóa dữ liệu dễ dàng, từ đó tối ưu hóa quy trình phân tích và xử lý tín hiệu số, phục vụ cho các lĩnh vực kỹ thuật và khoa học máy tính.
Matlab hiện có hàng nghìn lệnh và chức năng tiện ích Ngoài các chức năng tích hợp của ngôn ngữ, Matlab còn có các lệnh ứng dụng đặc biệt và các chức năng hộp công cụ (Toolbox) nhằm mở rộng môi trường Matlab để giải quyết các bài toán cụ thể.
Hộp công cụ toán học sơ cấp là tập hợp các công cụ và khái niệm nền tảng, hữu ích cho người dùng trong các lĩnh vực như xử lý tín hiệu kỹ thuật số, xử lý hình ảnh và xử lý giọng nói Nó cũng bao gồm các phương pháp làm việc với ma trận thưa và các kỹ thuật logic mờ, giúp phân tích và xử lý dữ liệu một cách hiệu quả và chính xác Dù bạn đang học toán sơ cấp hay tham gia vào các ứng dụng kỹ thuật, hộp công cụ này đóng vai trò thiết yếu trong việc thiết kế, đánh giá và tối ưu hóa các thuật toán và hệ thống.
Một ngôn ngữ lập trình bậc cao, hay ngôn ngữ scripting, cung cấp đầy đủ các lệnh điều khiển, hàm, cấu trúc dữ liệu và khả năng đầu vào/đầu ra, cùng với hỗ trợ lập trình hướng đối tượng Nhờ những đặc tính này, nó cho phép bạn nhanh chóng tạo và phá hủy phần mềm trong môi trường lập trình quy mô nhỏ hoặc xây dựng các chương trình lớn và phức tạp trong lập trình quy mô lớn.
Môi trường làm việc Matlab
Matlab cung cấp các công cụ mạnh mẽ giúp người dùng dễ dàng làm việc với các hàm và tệp, đặc biệt là quản lý biến và xuất nhập dữ liệu trong môi trường làm việc, từ đó tối ưu hóa quy trình xử lý dữ liệu Bên cạnh đó, Matlab còn đi kèm các công cụ phát triển, quản lý, gỡ lỗi và lập hồ sơ các tệp, giúp người dùng tổ chức mã nguồn, theo dõi lịch sử thay đổi và tăng cường hiệu suất làm việc.
M và các ứng dụng Matlab.
+Một công cụ giúp bạn xem dữ liệu của mình ở định dạng biểu đồ. Ngoài ra, có thể xây dựng giao diện đồ họa.
Thư viện hàm tính toán
Đây là một tập hợp các thuật toán tính toán được xây dựng từ các hàm cơ bản như tổng, sin và cos, và mở rộng đến các phép toán số học phức tạp, bao gồm ma trận nghịch đảo, giá trị riêng và vector riêng của ma trận, cũng như các hàm đặc biệt như hàm Bessel và các phép biến đổi Fourier nhanh.
Đây là một thư viện cho phép bạn viết phần mềm bằng C và FORTRAN và tương tác với MATLAB, đi kèm các công cụ để gọi các quy trình MATLAB thông qua liên kết động Thư viện cho phép sử dụng MATLAB như một công cụ tính toán để đọc và ghi các tệp M, từ đó tích hợp các chức năng MATLAB trực tiếp vào ứng dụng C hoặc FORTRAN của bạn.
Simulink là một phần mềm đồ họa định hướng sơ đồ khối được dùng để mô phỏng các hệ động lực Là thành phần của MATLAB, Simulink tích hợp nhiều hàm của MATLAB và có khả năng trao đổi dữ liệu hai chiều với môi trường MATLAB, từ đó tăng tính linh hoạt và khả năng tích hợp cho các mô hình.
Với Simulink, bạn có thể xây dựng mô hình mô phỏng cho hệ thống một cách trực quan như khi vẽ sơ đồ khối Thư viện khối của Simulink cung cấp nhiều khối chức năng khác nhau, hỗ trợ mô hình hóa các thành phần và quá trình trong hệ thống Để tạo mô hình, hãy khởi động MATLAB và khởi tạo Simulink, sau đó mở thư viện khối Simulink và chọn các nhóm phù hợp với mục tiêu thiết kế Thư viện của Simulink thường được phân thành 8 nhóm chính, giúp người dùng tổ chức và truy cập dễ dàng các khối cần thiết.
Nhóm Continuous và Discrete: chứa các khối cơ bản để xử lý tín hiệu liên tục và rời rạc;
Nhóm Function & table: chứa các khối thực hiện việc gọi hàm từ Matlab, khối nội suy và khối hàm truyền;
Nhóm Math: chứa các khối thực thi các hàm toán học;
Khối Monlinear: chứa các khối phi tuyến;
Nhóm Sinks & Systems: chứa các khối công cụ xử lý tín hiệu;
Nhóm Sinks: chứa các khối thực hiện chức năng xuất kết quả;
Nhóm Source chứa các khối phát tín hiệu Để copy một khối từ thư viện vào cửa sổ của mô hình, chọn khối, kéo thả khối đã chọn vào cửa sổ mô hình Trong cửa sổ mô hình, nếu muốn copy một khối, ấn phím Ctrl và kéo chuột sang vị trí đặt bản copy; nếu muốn xoá hãy chọn nó và ấn phím Delete Để thực hiện một quá trình mô phỏng, xác lập giá trị đầu và lựa chọn cách thức xuất kết quả mô phỏng Các bước tiến hành mô phỏng gồm xây dựng các tham số của mô hình, xác lập điều kiện biên, điều khiển việc thực thi quá trình mô phỏng.
Sơ đồ ẳ mụ phỏng hệ thống phanh ABS
Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) nhằm giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trượt biến đổi ở phạm vi hẹp quanh giá trị λ0 để tận dụng tối đa khả năng bám đường; khi đó lực phanh đạt cực đại tại φxmax và tính ổn định cùng khả năng dẫn hướng của bánh xe đạt ở mức cao nhất với giá trị φy tối ưu, đáp ứng các yêu cầu của cơ cấu phanh là rút ngắn quãng đường phanh và cải thiện sự ổn định cũng như khả năng dẫn hướng của xe khi phanh Vì vậy, để mô phỏng động lực phanh, ta thực hiện các mô hình toán học cho xe và cần phân tích các thông số vật lý của bánh xe trong quá trình phanh.
3.2.1 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Hình 3 2 Sơ đồ lực mô-men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Trong đó: m: Khối lượng ẳ xe v: Vận tốc xe lúc bắt đầu phanh
: Vận tốc góc của bánh xe
M p : Mô-men phanh của xe
I: Mô-men quán tính của xe
N: Phản lực của bánh xe
Ff : Lực ma sát giữa lốp và mặt đường
Rr: Bán kính làm việc của bánh xe
Hệ thống ABS phải kiểm soát được độ trượt của bánh xe quanh một giá trị tối ưu Công thức tính độ trượt của bánh xe như sau:
Công thức 3 1 Tỉ lệ trượt : tốc độ góc của bánh xe
: tốc độ góc tương đối của xe
Qua các biểu thức, ta thấy độ trượt bánh xe bằng 0 khi vận tốc quay của bánh xe bằng với vận tốc của xe, và độ trượt bằng 1 khi bánh xe bị khóa do phanh Giá trị độ trượt mong muốn là 0.2, đồng nghĩa với số vòng quay của bánh xe bằng 0.8 so với trường hợp không phanh ở cùng vận tốc xe Lựa chọn độ trượt này tối đa hóa ma sát giữa lốp và đường và giúp giảm thiểu quãng đường phanh trong điều kiện ma sát có sẵn.
Hệ số ma sát giữa bánh xe và đường phụ thuộc vào một số yếu tố như: Độ trượt bánh xe
Tình trạng mặt đường Điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, …)
Trong khuôn khổ mục tiêu mô phỏng của đề tài này, chúng ta chỉ tính đến sự biến thiên của hàm hệ số ma sát theo độ trượt dọc của bánh xe, nhằm làm rõ vai trò của ma sát trong động học và lực tác dụng giữa bánh xe và mặt đường Việc tập trung vào biến thiên của hệ số ma sát trên độ trượt dọc giúp xây dựng một mô hình đơn giản nhưng vẫn phản ánh đúng đặc trưng của quá trình mô phỏng, đồng thời hỗ trợ đánh giá hiệu quả và tối ưu hóa các tham số liên quan đến truyền động và kiểm soát hệ thống.
Hình 3 3: Vùng ổn định của hệ số ma sát
Trong quá trình phanh, độ trượt bánh xe quyết định hiệu quả phanh và an toàn cho xe: khi bánh xe trượt 100% thì bánh xe bị khóa cứng nhưng xe vẫn tiếp tục chuyển động, còn ở độ trượt 0% thì bánh xe và xe có cùng vận tốc, tức là bánh xe quay đồng bộ với tốc độ di chuyển của xe.
Hệ số ma sát tối ưu đạt được khi độ trượt của bánh xe là 20%, cho thấy tại mức độ trượt này lốp đạt được lực bám lớn nhất trên mặt đường Dựa vào đồ thị, đường cong hệ số ma sát được chia thành hai khu vực: khu vực 0–20% độ trượt là giai đoạn ma sát tăng lên khi bánh xe bắt đầu trượt và đạt đỉnh tại 20%, còn khu vực trên 20% độ trượt là giai đoạn ma sát giảm hoặc giảm dần, phản ánh mất kéo khi trượt quá mức tối ưu.
Trong cơ học xe và bám đường, có hai vùng đặc trưng của quan hệ giữa hệ số ma sát và độ trượt của bánh xe: vùng ổn định và vùng không ổn định Vùng ổn định là nơi hệ số ma sát tăng lên khi độ trượt của bánh xe tăng lên, cho thấy ma sát cải thiện khả năng bám và kiểm soát xe khi tăng tốc hoặc phanh Ngược lại, vùng không ổn định là nơi hệ số ma sát giảm khi độ trượt tăng lên, khiến xe dễ trượt và khó kiểm soát Việc nhận diện và hiểu rõ hai vùng này giúp tối ưu hoá thiết kế lốp, điều chỉnh áp suất và các hệ thống kiểm soát lực kéo để duy trì bám đường an toàn.
Khi bánh xe trượt vào vùng không ổn định, hệ số ma sát giảm và bánh xe có thể bị khóa, gây trượt bánh và làm xe mất ổn định Trong trường hợp cụ thể này, hệ thống ABS sẽ giữ cho bánh xe trượt ở khoảng 20%, nơi hệ số ma sát có giá trị cao nhất Hệ số ma sát có thể được biểu diễn dưới dạng một hàm thực nghiệm, trong đó độ trượt của bánh xe là một đối số của hàm.
Công thức 3 2 Độ trượt bánh xe thực tế Trong đó:
: Độ trượt của bánh xe
A, B, C, D: là các hệ số thực nghiệm
Với các giá trị khác nhau của các hệ số A, B, C và D, công thức thực nghiệm (3.2) có thể được sử dụng để biểu diễn hệ số ma sát cho các loại và trạng thái đường khác nhau Việc điều chỉnh các tham số này cho phép mô tả đặc tính ma sát của bề mặt đường ở điều kiện khô, ẩm, ướt, đóng băng hoặc trơn trượt và sự biến thiên theo tải trọng cùng vận tốc Công thức (3.2) cung cấp khung tính toán linh hoạt để ước lượng hệ số ma sát dựa trên dữ liệu thực nghiệm, hỗ trợ đánh giá an toàn giao thông và tối ưu hóa thiết kế và vận hành đường bộ.
Bê tông khô Bê tông ướt Tuyết Băng
Bảng 3 1 Các hệ số ảnh hưởng bởi tình trạng mặt đường 3.2.4 Mô men bánh xe
Ta có công thức tính mô-men của bánh xe:
Công thức 3 3 Gia tốc chậm dần bánh xe khi phanh Trong đó:
: Lực ma sát giữa lốp và mặt đường (N)
: hệ số ma sát giữa lốp và mặt đường m: khối lượng toàn bộ xe (kg) g: gia tốc trọng trường (9.81 m/s 2 )
Từ công thức 2.3 ta có thể tính được gia tốc chậm dần của xe khi phanh
Qua việc tích phân gia tốc đã được tính, ta xác định vận tốc thực của xe (v) Tiếp tục tích phân vận tốc cho ta quãng đường phanh Sd mà xe có thể đi trong quá trình giảm tốc Để xem tốc độ quay của bánh, ta lấy vận tốc thực của xe chia cho bán kính bánh xe, từ đó tính được ω – tốc độ quay của bánh Chuỗi tính toán này cho phép ước lượng hiệu suất phanh và độ an toàn dựa trên các tham số kỹ thuật.
Mụ phỏng hệ thống ABS sử dụng mụ hỡnh ẳ xe trờn Simulink
3.3.1 Lựa chòn độ trượt mong muốn kích hoạt hệ thống ABS Ở đây ta chọn khối “Constant” thiết lập độ trượt mong muốn
Hình 3 4 Lựa chọn độ trượt mong muốn kích hoạt ABS
Bộ điều khiển BANG-BANG so sánh độ trượt thực với độ trượt mong muốn để kích hoạt phanh.
Hình 3 5 Khối điều khiển BANG-BANG controller 3.3.3 Thiết lập bảng thể hiện mối quan hệ giữa hệ số ma sát và độ trượt
Ta lấy khối “1-D Lookup Table” thiết lập hệ số trượt với các giá trị của hệ số ma sát và độ trượt
Hình 3 6 Khối Look-up table
Trong Hình 3.7, bảng thông số nhập Look-up table đóng vai trò tham chiếu tham số để thiết lập các giá trị ban đầu cho hệ thống Ở mục 3.3.4, các khối tính toán được thiết lập để xử lý tốc độ bánh xe, tốc độ xe, quãng đường phanh và tính toán độ trượt thực tế dựa trên dữ liệu từ bảng tham chiếu, đảm bảo sự nhất quán giữa mô hình và các tham số thực tế Quá trình thiết lập giúp ước lượng chính xác quãng đường phanh và độ trượt, tối ưu hóa sự nhạy bén của hệ thống điều khiển và nâng cao độ tin cậy của dự báo khi mô phỏng hoặc vận hành thực tế Nhờ Look-up table, việc tra cứu và áp dụng các tham số trở nên nhanh chóng, đồng thời giúp người thiết kế điều chỉnh các tham số một cách linh hoạt cho quá trình tối ưu hóa.
Hình 3 8 Sơ đồ tính toán tốc độ bánh xe
Hình 3 9 Sơ đồ tính toán tốc độ xe
+ Khối tính toán độ trượt thực tế của xe
Hình 3 10 Sơ đồ tính toán độ trượt thực tế của xe
Sơ đồ mụ phỏng hệ thống ABS sử dụng mụ hỡnh ẳ xe
Hỡnh 3 11 Sơ đồ mụ phỏng hệ thống ABS sử dụng mụ hỡnh ẳ trờn
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH
Lựa chọn thông số đầu vào
Kí hiệu Đơn vị Giá trị Ý nghĩa m kg 320 Khối lượng cả xe
V0 m/s 44 Vận tốc lúc đầu(~100km/h)
I Kg.m 2 5 Mô men quán tính bánh xe g m/s 2 9.81 Gia tốc trọng trường
Bảng 4 1 Thông số đầu vào (Tham khảo xe Toyota Innova 2010)
Kết quả mô phỏng
4.2.1 Kết quả tốc độ bánh xe
Đồ thị mô phỏng tốc độ bánh xe cho thấy khi hệ thống phanh ABS hoạt động, tốc độ góc của bánh xe giảm dần về 0 với thời gian khoảng 25,5 giây Quá trình giảm tốc diễn ra từ từ và có các dao động nhỏ phản ánh chu kỳ hoạt động của ABS, cho thấy sự điều chỉnh liên tục của hệ thống phanh Nhờ ABS, bánh xe không bị hãm cứng đột ngột và vận tốc góc không bị giảm về 0 một cách đột ngột, từ đó tăng cường khả năng kiểm soát lái và an toàn khi phanh.
4.2.2 Kết quả mô phỏng tốc độ xe
Hình 4.2 đồ thị mô phỏng tốc độ xe cho thấy vận tốc giảm dần về 0 trong khoảng thời gian 25,5 s, quá trình giảm tốc diễn ra đều đặn và không có sự đột ngột, từ đó đảm bảo an toàn chống trượt lết cho xe ô tô.
Vận tốc xe giảm xuống theo đồ thị parabol bảo đảm quá trình giảm tốc không đột ngột, không gây bó cứng hệ thống phanh.
4.2.3 Quãng đường đến khi xe dừng hẳn
Hình 4.3: Đồ thị quãng đường phanh của xe cho thấy quãng đường dừng lại khi phanh với xe trang bị ABS khoảng 590 m Đây là khoảng cách an toàn để xe dừng hẳn và đảm bảo quãng đường phanh không khiến xe bị trượt lết trên đường, giúp người lái vẫn có thể kiểm soát và điều khiển xe trong quá trình giảm tốc.
4.2.4 Sơ đồ tỉ lệ trượt thực tế
Đồ thị độ trượt thực tế cho thấy độ trượt bánh xe bắt đầu tăng khi xe đang ở trạng thái chuyển động đều Khi tỷ lệ trượt đạt khoảng 0.18, hệ thống nhận biết tín hiệu và nắn chỉnh khởi động ABS giúp giữ độ trượt ở khoảng 0.2, nhằm đảm bảo an toàn và ngăn phanh bị bó cứng Sau đó, độ trượt tiếp tục tăng cho tới khi đạt bằng 1, tức là xe dừng hẳn.
Kết luận
Đề tài đã được mô phỏng và cho ra một sơ đồ gần đúng nhất với thực tế, mang lại ý nghĩa thiết thực cho công tác nghiên cứu và phát triển Sơ đồ này làm nổi bật các giá trị quan trọng như tính khả thi, ứng dụng thực tiễn và tiềm năng đổi mới, đồng thời cung cấp cơ sở để đánh giá hiệu quả, định hướng đầu tư và xác định các hướng nghiên cứu tiếp theo Việc làm sáng tỏ mối liên hệ giữa các yếu tố trong hệ thống giúp tăng độ tin cậy của kết quả và hỗ trợ các quyết định trong quá trình triển khai.
-Cấu tạo của các hệ thống phanh, nguyên lý làm việc của hệ thống ABS trong mô phỏng.
-Phân tích bản chất cơ bản và công thức được sử dụng trong hệ thống phanh ABS.
-Đưa ra được các sơ đồ về các chỉ tiêu đánh giá phanh như quãng đường phanh, thời gian phanh, vận tốc góc bánh xe,
Đề tài nêu ra bản chất cơ bản, công thức và ứng dụng của MATLAB-Simulink trong mô phỏng quá trình điều khiển hệ thống phanh ô tô có ABS Quá trình mô phỏng đã hoàn thành nội dung chính là xây dựng được mô hình hệ thống phanh ABS, phục vụ cho phân tích và tối ưu hóa điều khiển ABS trong các điều kiện phanh khác nhau và thời gian đáp ứng.
+Xác định các giá trị thông số đầu vào của mô hình +Xác định được công thức từ đó xây dựng lên các cấu trúc hệ thống
Chúng tôi trình bày sơ đồ các tham số đầu ra quan trọng của hệ thống phanh, bao gồm quãng đường phanh, vận tốc góc bánh xe, vận tốc xe và độ trượt thực tế của bánh xe khi ABS được kích hoạt Các kết quả được xuất ra dưới dạng đồ thị trực quan và phù hợp với thực tế, giúp đánh giá chính xác hiệu suất phanh và hành vi của ABS dưới nhiều điều kiện lái xe khác nhau.
Sau tuần làm việc khẩn trương nghiêm túc, cùng với sự hướng dẫn của thầy giáo TS Lê Đức Hiếu cùng các thầy giáo trong bộ môn Khoa
Đề tài Công nghệ ô tô của nhóm 9 đã hoàn thành Với nhiệm vụ và các vấn đề đặt ra trong đồ án tốt nghiệp, chúng em đã phân tích và trình bày những hiểu biết của mình trên cơ sở quá trình tính toán và khai thác kỹ thuật Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp, chúng em tham khảo một số tài liệu liên quan và nhận được sự chỉ bảo của giáo viên hướng dẫn để định hướng phương pháp nghiên cứu và trình bày kết quả một cách có hệ thống.
Lê Đức Hiếu Tuy nhiên trong khuôn khổ của đề tài môn học chúng em không thể đề cập hết được toàn bộ vấn đề thực tế đòi hỏi.
Xét ở mặt lý thuyết, đề tài đã được xem xét tương đối toàn diện Tuy nhiên, do trình độ còn hạn chế, thiếu kiến thức thực tế và kinh nghiệm nghề nghiệp, cùng với thời gian thực hiện có hạn, bản đồ án này vẫn còn một số nhược điểm Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo của thầy cô và sự đóng góp ý kiến của các bạn đồng nghiệp để đề tài môn học của chúng em được hoàn thiện hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy trong Khoa Công nghệ ô tô đã động viên và giúp đỡ chúng em tận tình.
Hà Nội ngày…tháng…năm 2021Nhóm sinh viên thực hiện
Giáo trình lý thuyết ô tô do các tác giả TS Phạm Văn Thoan, Ts Lê Văn Anh, ThS Trần Phúc Hòa và TS Nguyễn Thanh Quang biên soạn, được NXB Khoa học và kĩ thuật ấn hành vào năm 2017.
[2]Tác giả: PTSKHKT Thái Nguyễn Bạch Liên, Trịnh Chí
Long, Nguyễn Văn Bang, Kết cấu và tính toán ô tô, NXB Giao thông vận tải – 1984
[3] Tác giả: PTS Nguyễn Khắc Trai, Cấu tạo gầm xe con, NXB Giao thông vận tải – 2000
[4] Tác giả: Nguyễn Hữu Cẩn – Dư Quốc Thịnh, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng, Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học và kỹ thuật
[5] Tác giả: Nguyễn Phùng Quang, Sách Matlab-Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động , NXB Khoa học và kỹ thuật – 2004
[6] ThS Đồng Minh Tuấn, Khoa Cơ khí động lực, Đề tài: Ứng dụng Matlab-
Simulinks mô phỏng hệ thống phanh abs trên xe du lịch ,
[8] Tác giả: K.CHUN và M.SUNWOO, Đề tài Wheel slip control with moving slipding surface for traction control system,Đại học Hanyang – Seoul – Hàn Quốc (11/4/2004)
[9] Chủ biên: Phạm Minh Hiếu, Giáo trình TIN HỌC ỨNG DỤNG TRONG KỸ THUẬT Ô TÔ , NXB THỐNG KÊ, Trường DHCN Hà Nội, năm 2017.
[10] Tác giả Nikhil Subhash Shewale, Dr R Deivanathan, Bài báo:Modeling and Simulation of Anti-lock Braking System, đăng