NGHIÊN CỨU THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS

NGHIÊN CỨU THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS 1) Đặt vấn đề nghiên cứu 2) Tổng quan về hệ thống phanh thủy lực ABS 3) Kết cấu và hoạt động các bộ phận của hệ thống phanh ABS của mô hình thi công 4) Thi công mô hình ABS của xưởng Khung Gầm cho hoạt động. Thuật toán và lập trình điều khiển ABS 5) Kết luận và đề nghị 6) Tài liệu tham khảo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU THI CÔNG MÔ HÌNH

HỆ THỐNG PHANH ABS

GVHD:

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2021

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

2) Tổng quan về hệ thống phanh thủy lực ABS

3) Kết cấu và hoạt động các bộ phận của hệ thống phanh ABS của mô hình thi công

4) Thi công mô hình ABS của xưởng Khung Gầm cho hoạt động Thuật toán và lập

trình điều khiển ABS

5) Kết luận và đề nghị

6) Tài liệu tham khảo

II TÀI LIỆU THAM KHẢO :

1) ABS Toyota…

III TRÌNH BÀY :

1) 01 quyển thuyết minh đồ án

2) Upload lên google drive của khoa file thuyết minh đồ án ( word , powerpoint ,

poster)

IV THỜI GIAN THỰC HIỆN :

1) Ngày bắt đầu : 03/05/2021

2) Ngày hoàn thành: Theo kế hoạch của Khoa ĐTCLC (dự kiến 28/08/2021)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021

Giáo viên hướng dẫn

(Ký & ghi rõ họ tên)

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

2 Ưu điểm:

3 Khuyết điểm:

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?

5 Đánh giá loại:

6 Điểm:……….(Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2021

Giáo viên phản biện

(Ký & ghi rõ họ tên)

LỜI CẢM ƠN

Sau bốn năm học tập tại trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, bằng tất cả tấm lòng biết ơn và tri ân sâu sắc chúng em xin kính gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu, quý thầy cô trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM nói chung và quý thầy cô khoa Cơ Khí Động Lực nói riêng đã trang bị cho chúng em một nền tảng kiến thức và những hành trang để chúng em có thể ra đời, tìm được những công việc phù hợp

Đặc biệt, chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy , người đã tận tâm hưóng dẫn nhóm trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thiện đề tài Sự hỗ trợ tận tình

từ thầy đã giúp nhóm chúng em hoàn thành đồ án một cách suôn sẻ và thành công

Đề tài được thực hiện trong vòng 3 tháng nên không thể nào tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy nhóm luôn mong nhận được những ý kiến đóng góp hữu ích giúp đề tài trở nên hoàn thiện hơn từ các quý thầy đáng kính

Những kiến thức chúng em học tại trường sẽ là hành trang không thể thiếu cho công việc sau này của chúng em Một lần nữa chúng em xin kính gửi đến toàn thể quý thầy cô trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM lời chúc sức khỏe và lòng biết ơn sâu sắc nhất !

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Lê Hoàng Bảo Hiếu

Trần Lê Hải Dương

TÓM TẮT

Ngành ô tô ngày càng phát triển mạnh song song với nó là sự phát triển mạnh của hệ thống an toàn tiện nghi trên ô tô Chính vì vậy mà hệ thống phanh càng được chú ý vì nó gắn liền với sự an toàn của người sử dụng Với đề tài “Nghiên cứu thi công cải tạo mô hình hệ thống điều khiển phanh chống hãm cứng ABS” thì sẽ nghiên cứu lý thuyết sau

đó đi sâu vào chế tạo và thực nghiệm mô hình sao nó gần giống với hoạt động thực tế trên xe, trực quan, sinh động hơn để cho việc quan sát học tập dễ dàng hơn

Trong nguyên nhân hư hỏng máy móc trục trặc kỹ thuật thì tỉ lệ tai nạn giao thông

do hệ thống phanh là 52.2 % đến 74.4% Từ số liệu trên thấy rằng tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỉ lệ lớn nhất vì thế mà hiện nay hệ thống phanh càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế, chế tạo và sử dụng nghiêm ngặt và chặt chẽ nhằm tăng hiệu quả phanh tính ổn định hướng

Trong những cải tiến đó thì có hệ thống phanh trang bị ABS Nó còn được gọi là hệ thống phanh chống bó cứng bánh là một trong những hệ thống phanh có ưu điển vượt trội nhất hiện nay Nó đảm bảo cho người và phương tiện trên các loại đường làm cho người lái chủ động được tốc độ

Việc nghiên cứu đề tài thông qua nghiên cứu cuốn “Brakes, Brake Control and Driver Assistance System” của tác giả Konrad Reif, cuốn “Vehicle Dynamics and Control 2012” của tác giả Rajesh Rajamani và các tài liệu đào tạo kỹ thuật viên của Toyota Với thời gian hơn 3 tháng nghiên cứu và xây dựng mô hình, nhóm đã hoàn thành nhiệm vụ đề tài đặt ra Nội dung được thể hiện qua 5 chương:

- Chương1: Đặt vấn đề nghiên cứu

- Chương 2: Tổng quan về hệ thống phanh thủy lực ABS

- Chương 3: Kết cấu và hoạt động các bộ phận của hệ thống phanh ABS của mô hình thi công

- Chương 4: Thi công mô hình ABS của xưởng Khung Gầm cho hoạt động

Thuật toán và lập trình điều khiển ABS

- Chương 5: Kết luận và đề nghị

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 5

TÓM TẮT 6

MỤC LỤC 7

MỤC LỤC HÌNH ẢNH 9

MỤC LỤC BẢNG BIỂU 11

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 12

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 14

1.1 Lý do chọn đề tài 14

1.2 Mục tiêu đề tài: 15

1.3 Nhiệm vụ đề tài: 15

1.4 Đối tượng nghiên cứu: 16

1.5 Phạm vi nghiên cứu: 16

1.6 Phương pháp nghiên cứu: 16

1.7 Các nghiên cứu trong và ngoài nước: 17

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH THỦY LỰC ABS 21

2.1 Giới thiệu chung: 21

2.2 Nghiên cứu hệ thống ABS 21

2.2.1 Mối quan hệ giữa lực phanh và độ trượt: 21

2.2.2 Mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt: 23

2.2.3 Hiệu quả của ABS: 24

CHƯƠNG 3: KẾT CẤU VÀ HOẠT ĐỘNG CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG PHANH ABS CỦA MÔ HÌNH THI CÔNG 27

3.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động: 27

3.2.1 Xi lanh chính của hệ thống phanh: 29

3.2.2 Cấu tạo bầu trợ lực phanh: 32

3.2.3 Bộ chấp hành ABS: 36

3.2.4 Van điện 3 vị trí: 37

3.2.5 Cơ cấu phanh đĩa: 42

3.2.6 Cơ cấu phanh trống: 44

3.2.7 Hộp điều khiển điện tử ( ECU): 46

3.2.8 Mạch điều khiển các rơ le: 50

CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH THI CÔNG MÔ HÌNH VÀ THUẬT TOÁN LẬP TRÌNH ĐIỀU KHIỂN ABS 53

4.1 Tham khảo các mô hình trong xưởng: 53

4.2 Các bộ phận trên mô hình: 57

4.2.1 Xi lanh chính 57

4.2.2 Bộ chấp hành thủy lực van điện 3 vị trí: 57

4.2.3 Cụm phanh đĩa: 59

4.2.4 Cụm phanh trống: 59

4.2.5 Bố trí đồng hồ đo áp suất xy lanh 4 bánh xe: 60

4.2.6 ECU ABS: 60

4.2.7 Cảm biến tốc độ bánh xe: 61

4.2.8 Bánh răng: 62

4.2.9 Motor: 63

4.2.10 Công tắc máy, cầu chì: 63

4.2.11 Công tắt đèn phanh: 63

4.2.12 Sơ đồ mạch điện: 64

4.3 Hoạt động mô hình: 65

4.3.1 Cách hoạt động mô hình: 65

4.3.2 Đọc và xóa mã lỗi: 65

4.4 Thuật toán và lập trình điều khiển ABS: 67

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Mô hình ABS dùng trong đào tạo thực hành và thử nghiệm ABS 17

Hình 1 2 Mô hình đào tạo hệ thống phanh ABS - EBD - BAS - TCS - VSC 18

Hình 1 3 Hệ thống kiểm soát phanh ABS 20

Hình 2 1 Giới thiệu sơ đồ cấu tạo một hệ thống ABS trên xe 21

Hình 2 2 Sự thay đổi của hệ số bám dọc φX và hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối λ của bánh xe 23

Hình 2 3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt 23

Hình 2 4 Xe hoạt động có và không có ABS 26

Hình 3 1 Sơ đồ khối các cụm chức năng của cơ cấu ABS 28

Hình 3 2 Sơ đồ điều khiển cơ cấu ABS 28

Hình 3 3 Cấu tạo xi lanh chính và bình chứa dầu 29

Hình 3 4 Xilanh chính 30

Hình 3 5 Cấu tạo của bầu trợ lực phanh 32

Hình 3 6 Cấu tạo bầu trợ lực phanh ( Khi không phanh ) 33

Hình 3 7 Chế độ đạp phanh 34

Hình 3 8 Chế độ giữ phanh 35

Hình 3 9 Sơ đồ khối bộ chấp hành ABS 36

Hình 3 10 Cấu tạo van điện 3 vị trí 37

Hình 3 11 Chế độ phanh bình thường ( ABS không hoạt động) 38

Hình 3 12 Chế độ giảm áp 39

Hình 3 13 Chế độ giữ áp 40

Hình 3 14 Chế độ tăng áp 41

Hình 3 15 Mô hình phanh đĩa 43

Hình 3 16 Nguyên lý hoạt động của phanh đĩa 44

Hình 3 17 Cấu tạo của phanh trống 45

Hình 3 18 Nguyên lý hoạt động của phanh trống 46

Hình 3 19 Các chức năng điều khiển của ECU 47

Hình 3 20 Điều khiển chống hãm cứng bánh xe khi phanh 49

Hình 3 21 Sơ đồ mạch điều khiển các rơ le 51

Hình 4 1 Mô hình ABS kiểu truyền thống đã có ở xưởng 53

Hình 4 2 Khung mô hình được tân trang 55

Hình 4 3 Phục hồi xi lanh chính 57

Hình 4 4 Bộ chấp hành ABS 57

Hình 4 5 Quá trình đo kiểm bộ chấp hành 58

Hình 4 6 Phanh đĩa 59

Hình 4 7 Phanh trống 59

Hình 4 8 Đồng hồ đo áp suất 60

Hình 4 9 ECU ABS 60

Hình 4 10 Cảm biến tốc độ và vòng răng cảm biến 62

Hình 4 11 Bánh răng cảm biến trên mô hình 62

Hình 4 12 Motor dẫn động 63

Hình 4 13 Công tắt đèn phanh 63

Hình 4 14 Sơ đồ mạch điện ABS của xe TOYOTA CELICA 64

Hình 4 15 Sơ đồ khối hệ thống mô phỏng hoạt động 67

Hình 4 16 Mạch điều khiển PWM DC 20A 68

Hình 4 17 Sơ đồ chân PWM DC 20A 68

Hình 4 18 Mạch Adruino Uno 69

MỤC LỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1 1 Thống kê các vụ tai nạn trên thế giới 14

Bảng 3 1 Mô tả hoạt động của van điện 3 vị trí 37

Bảng 4 1 Bố trí các chi tiết trên mặt phẳng của mô hình 56

Bảng 4 2 Bảng tra cứu mã lỗi 67

Bảng 4 3 Thông số Arduino 70

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ECU (electronic control unit) Cụm điều khiển điện tử

ABS (Anti-lock Braking System) Hệ thống phanh chống hãm cứng

HCU (hycdraulic ontrol unit) Cụm điều khiển thủy lực

PKB (Parking Brake) Tín hiệu phanh tay và đèn báo mức dầu thắng

IG (Ignition) Chân dương sau công tắc IG

MR (Motor Relay) Chân điều khiển rơ le mô tơ

MT (Motor Test) Chân kiểm tra mô tơ

AST (Actuator Solenoid Test) Chân kiểm tra bộ chấp hành

SFR (Solenoid Front Right) Cuộn dây solenoid trước phải

SFL (Solenoid Front Left) Cuộn dây solenoid trước trái

SRR (Solenoid Rear Right) Cuộn dây solenoid sau phải

SRL (Solenoid Rear Left) Cuộn dây solenoid sau trái

SR (Solenoid Relay) Chân điều khiển Rơ le (cuộn dây bộ chấp hành)

FR+ (Front Right) Chân dương cảm biến tốc độ trước phải

FR- (Front Right) Chân âm cảm biến tốc độ trước phải

FL+ (Front Left) Chân dương cảm biến tốc độ trước trái

FL- (Front Left) Chân âm cảm biến tốc độ trước trái

RR+ (Rear Right) Chân dương cảm biến tốc độ sau phải

RR- (Rear Right) Chân âm cảm biến tốc độ sau phải

RL+ (Rear Left) Chân dương cảm biến tốc độ sau trái

RL- (Rear Left) Chân âm cảm biến tốc độ sau trái

SFR (Solenoid Front Right) Chân tín hiệu đến cuộn dây solenoid trước phải SFL (Solenoid Front Left) Chân tín hiệu đến cuộn dây solenoid trước trái SRR (Solenoid Rear Right) Chân tín hiệu đến cuộn dây solenoid sau phải SRL (Solenoid Rear Left) Chân tín hiệu đến cuộn dây solenoid sau trái)

của ô tô

mặt phẳng XOY và đi qua trọng tâm A của ô tô

CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

xe bị rê bánh và trượt đi, dẫn đến mất lái Hệ thống ABS giúp khắc phục tình trạng này không phụ thuộc vào kỹ thuật phanh của người lái

Ở VN tai nạn giao thông ngày một gia tăng cả về số vụ và tính chất nguy hiểm

Số vụ tai nạn 15000 15500 16060 16700

Số người chết 11200 12300 14600 15740

Số người bị thương 11840 12140 12410 12780

Bảng 1 1 Thống kê các vụ tai nạn trên thế giới

Trên thế giới cũng có nhiều diễn biến hết sức phức tạp,số vụ tai nạn ngày càng tăng nên tính cấp thiết là phải nâng cao kỹ thuật cho xe cơ giới nói chung và cho ô tô nói riêng Báo cáo năm 2004 của WHO cho biết mỗi ngày trên thế giới, hơn 3000 người chết do tai nạn giao thông Trong số này, các nước có thu nhập thấp và trung bình chiếm đến 85%

số ca tử vong Do tầm quan trọng của hệ thống phanh trên ô tô về sự an toàn giao thông

trong quá trình hoạt động mà việc nghiên cứu để nâng cao kỹ thuật sử lí cho hệ thống phanh

mà nhà trường đã giao cho em tìm hiểu về hệ thống phanh ABS

Ngành công nghệ ôtô là một trong những ngành ứng dụng rất nhiều hệ thống hiện đại nhằm đáp ứng được các nhu cầu đòi hỏi sự an toàn, tiện nghi và khả năng phát huy tối

đa công suất động cơ, tốc độ xe của người sử dụng Nên các nhà chế tạo đã không ngừng cải tiến và hoàn thiện các bộ phận trên xe Đối với những xe có tốc độ cao, khi đang điều khiển trong tình huống bất ngờ có chướng ngại vật xuất hiện phía trước, buộc người tài

xế phải đạp phanh gấp, hoặc phanh khi xe đang đi trong đường trơn trượt, nếu đối với phanh thường thì sẽ bị trượt lết ở các bánh xe, làm xe bị mất ổn định lái và mất đi hiệu quả phanh dễ dẫn đến tai nạn Vì vậy, các nhà sản xuất và chế tạo ôtô đã sử dụng hệ thống phanh ABS (Anti-lock Braking System) để trang bị cho các xe đời mới, với mục đích là để khắc phục được những tình trạng đó, nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối cho tài

xế củng như hành khách trên xe Hệ thống được sử dụng rộng rãi trên hầu hết các loại

xe của các hãng nổi tiếng Nó có một tầm quan trọng rất lớn trong việc phanh xe và ABS trở thành tiêu chuẩn của các xe khi xuất xưởng

Trong đào tạo về hệ thống phanh ABS, hiện tại có nhiều tài liệu và mô hình phục vụ giảng dạy Tuy nhiên, các thiết bị này khá cồng kềnh, không trực quan và thích hợp giảng dạy thực tập tại xưởng Vì vậy, nhóm thực hiện đồ án đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thi công mô hình hệ thống điều khiển phanh chống bó cứng ABS” nhằm nghiên cứu, thiết

kế và chế tạo mô hình điều khiển hệ thống phanh ABS với kích thước gọn nhẹ hơn, thuận tiện trong việc giảng dạy trên lớp cũng như tại xưởng thực tập

1.2 Mục tiêu đề tài:

Nghiên cứu thi công cải tạo mô hình hệ thống điều khiển chống bó cứng phanh ABS

1.3 Nhiệm vụ đề tài:

- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống chống bó cứng phanh trên ô tô

- Thiết kế cải tạo mô hình hệ thống điều khiển phanh ABS

- Thi công thực nghiệm mô hình

- Kết luận

1.4 Đối tượng nghiên cứu:

- Nghiên cứu kết cấu, cấu tạo của bộ điều khiển phanh ABS

- Nghiên cứu nguyên lý hoạt động, hư hỏng và cách sửa chữa hệ thống phanh ABS

1.5 Phạm vi nghiên cứu:

- Do giới hạn về thời gian và kinh phí nên phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn ở hệ thống phanh thủy lực có trang bị hệ thống phanh ABS kiểu van điện 3 vị trí của TOYOTA

1.6 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương án nghiên cứu chính ở đây là phương pháp tham khảo tài liệu kết hợp với phương pháp thực nghiệm phù hợp với nhiệm vụ đề tài

- Dựa trên các nguồn tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, tiến hành chọn lọc, phân tích và cơ cấu hóa, giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng xảy

ra trong quá trình phanh, từ đó có những phân tích đánh giá tính hiệu quả và phạm vi ứng dụng của cơ cấu ABS, giúp người đọc nắm được bản chất hoạt động của cơ cấu một cách rõ nhất Sử dụng phương pháp nghiên cứu để xây dựng mô hình hoạt động của cơ cấu ABS và giải thích cơ chế các quá trình điều khiển của ABS

1.7 Các nghiên cứu trong và ngoài nước:

Hình 1 1 Mô hình ABS dùng trong đào tạo thực hành và thử nghiệm ABS

o Hệ thống lái xe của ABS được cài đặt bên trong để được an toàn, và RPM của

4 bánh xe được điều khiển bằng biến tần ABS hoạt động để kiểm soát phanh

tị bánh xe bằng cách điều khiển thủy lực dựa trên sự khác biệt tốc độ bánh xe

o Các mạch thủy lực và điện của ABS được in màu, và lắp đặt tại bảng điều khiển Thiết bị đo áp lực và đồng hồ rpm kỹ thuật số của 4 bánh xe, thiết bị đo

áp lực của tổng thể hệ thống chân không và xi lanh chủ, đèn ABS chỉ được cài đặt

Được cung cấp bởi công ty CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP SJC VIỆT NAM

Hình 1 2 Mô hình đào tạo hệ thống phanh ABS - EBD - BAS - TCS - VSC

Sản phẩm của công ty: CÔNG TY THƯƠNG MẠI DỊCH VỤ XÂY DỰNG SONG HƯNG THUẬN

Chú ý: Điện áp sử dụng 380V

Mô tả hoạt động:

o Mô hình có thể hoạt động được Các moay ơ gắn bánh xe được dẫn động bằng

mô tơ điện 3 pha công suất lớn, tốc độ có thể hiển thị và thay đổi được nhờ biến tần Có thể thay đổi tải trọng tác động lên bánh xe Tổng phanh được trợ lực nhờ bơm hút chân không

o Trên mặt panel 1 có bố trí khoá điện, đèn Check ABS , giắc chẩn đoán OBD, bộ giắc điện đo kiểm, bàn đạp phanh, công tắc khẩn cấp, rơle cầu chì

o Trên mặt panel 2 có bố trí sơ đồ mạch điện điều khiển, sơ đồ hệ thống thủy lực, các đồng hồ đo áp suất

Tình hình nghiên cứu chống bó cứng bánh xe ở Việt Nam

Những kết quả nghiên cứu về về hệ thống chống bó cứng bánh xe trên ô tô ở việt nam đến nay còn rất nhiều hạn chế,chưa có công trình chuyên sâu nghiên cứu tổng thể về hệ thống Một số công trình đã được thực hiện ở Việt Nam hoặc ở nước ngoài của các tác giả

Việt Nam chủ yếu đi sâu vào nghiên cứu một phần trong hệ thống như hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh như:

Đề tài: Nghiên cứu hệ thống phanh ABS trên cơ sở hệ thống thử nghiệm tương đương, thực hiện năm 2005; Đề tài : Mô phỏng hệ dẫn động phanh dầu sử dụng trợ lực chân không, thực hiện năm 2005; Đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe, thực hiện năm 2006; Đề tài “Tổng hợp bộ điều khiển điện tử và mô phỏng

hệ thống phanh có ABS trên ô tô du lịch” của tác giả Anh Vũ v.v

Nhìn chung với các hiểu biết chưa nhiều ở nước ta, đề tài mong muốn tham gia một phần trong mảng nghiên cứu chống trượt quay bánh xe giúp ô tô tăng khả năng tăng tốc trên đường đặc biệt là đường có hệ số bám thấp Đây là vấn đề liên quan đến an toàn giao thông khi điều kiện đường xá nước ta còn chưa phát triển và tạo điều kiện cho xe có khả năng tăng tốc tốt khi điều kiện thời tiết xấu

Để khắc phục những hiện tượng đó, phần lớn các ô tô con sang trọng hiện nay đều được trang bị hệ thống chống trượt quay bánh xe, gọi tắt là ASR (Traction Control System) Tại thị trường ô tô Việt Nam rất ít hãng trang bị hệ thống này trên ôtô chỉ có vài hãng như: BMW, GM Daewoo,Toyota

*Quốc tế:

Trên thế giới đã có rất nhiều nhà nghiên cứu về lĩnh vực này ví dụ như : Asami, K., Nomura, Y and Naganawa, T.(1989) Traction Control (TRC) System for 1987 Toyota Crown Cho, D and Hedrick, J.K (1989) Choi, S H and Cho, D W (1998) Nonlinear Sliding mode controller with pulse width modulation for vehicular slip ratio control Proceedings of the KSAE 1999 Spring Annual Meeting K Fujita, K., Inous, Y and Masutomi S (1990) The ‘Lexus’ Traction Control (TRAC) System Kawabe, T., Nakazawa, M.,Notsu, I and Watanabe, Y (1997) A Sliding Mode Controller for Wheel Slip Ratio Control System Vehicl Systems Dynamics, Vol 27.Tan, H.S and Chin, Y

K (1992) Vehicle antilock braking and traction control Qua nghiên cứu các đề tài trên, mỗi đề tài có mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu khác nhau và đạt được kết quả nhất định trong đó nổi trội nhât là: Công trình nghiên cứu với đề tài (wheel slip control with moving slipding surface for traction control system) của K.CHUN và M.SUNWOO đại học Hanyang –seoul -Hàn Quốc (11/4/2004); trong đó tác giả đã phân tích được quá trình điều khiển, tiến hành mô phỏng bằng phần mềm Matlap- Simulink và được thử nghiệm trên xe điện (electric kart) công trình đã đạt được

- Đã tính tới yếu tố thời gian tăng tốc và thời gian phản ứng của hệ thống

- Mô phỏng được quá trình điều khiển

- Kiểm nghiệm trong phòng thí nghiệm trên loại xe điện nhỏ Hạn chế của đề tài : - Mới chỉ kiểm nghiệm dưới dạng mô hình đơn giản

Hình 1 3 Hệ thống kiểm soát phanh ABS

Hệ thống phanh thủy lực gốc của xe được lắp đặt, chỉ thay cho đĩa phanh, má phanh trống được sử dụng để nhìn rõ hơn khi áp suất tăng và phanh xuất hiện;

Một sơ đồ mạch điện với các mạch dầu và các tiếp điểm đo của các thành phần hiện có được lắp đặt trên giá đỡ

Mô phỏng lỗi cho phép theo dõi các thay đổi trong chế độ làm việc của hệ thống

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH THỦY

LỰC ABS

2.1 Giới thiệu chung:

Hệ thống ABS được thiết kế dựa trên cấu tạo của một hệ thống phanh thường Ngoài các cụm bộ phận chính của một hệ thống phanh như cụm xy lanh chính, bầu trợ lực áp thấp, cơ cấu phanh bánh xe, các van điều hoà lực phanh, … để thực hiện chức năng chống hãm cứng bánh xe, thì hệ thống ABS cần trang bị thêm các bộ phận như cảm biến tốc độ bánh xe, hộp ECU, bộ chấp hành thuỷ lực, bộ phận chẩn đoán, báo lỗi, …

Hình 2 1 Giới thiệu sơ đồ cấu tạo một hệ thống ABS trên xe

2.2 Nghiên cứu hệ thống ABS:

2.2.1 Mối quan hệ giữa lực phanh và độ trượt:

Lực phanh tạo ra ở cơ cấu phanh nhưng mặt đường là nơi tiếp nhận lực phanh

đó Vì vậy lực phanh của ô tô bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường,

mà đặc trưng là hệ số bám φ, theo mối quan hệ sau:

Từ đây ta thấy rằng khi phanh gấp (Fp lớn) hay khi phanh trên các đoạn đường

có φ thấp như đường băng, tuyết thì phần lớn Fp dư mà mặt đường không có khả năng tiếp nhận sẽ làm bánh xe sớm bị bó cứng và trượt lết trên đường Mức độ thể hiện qua

hệ số trượt tương đối λ:

Hình 2 2 Sự thay đổi của hệ số bám dọc φX và hệ số bám ngang φy theo độ trượt

tương đối λ của bánh xe

Từ đồ thị hình 2.2 ta thấy rằng hệ số bám dọc có giá trị cực đại φmax ở một độ trượt tương đối λ0 Thực nghiệm chứng minh λ0 thường nằm trong giới hạn (10-30) % Ở giá trị λ0 này không những hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang cũng có giá trị khá cao Khi λ=100% là trạng thái bánh xe bị bó cứng và bị trượt lết hoàn toàn trên đường

Vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trượt của bánh xe là λ0 (10-30) % thì sẽ đạt lực phanh cực đại Nghĩa là hiệu quả phanh cao nhất và đảm bảo ổn định tốt nhất khi phanh

2.2.2 Mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt:

Hình 2 3 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt

Mối quan hệ giữa lực phanh và tỉ số trượt được biểu diễn bởi đồ thị 2.2 ta có thể dễ dàng hiểu được mối liên hệ giữa lực phanh và hệ số trượt Lực phanh không nhất thiết cân đối với tỉ số trượt Vì vậy để đảm bảo lực phanh lớn nhất thì tỉ số trượt nằm trong vùng dung sai trượt ABS

Từ những kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng đối với ABS thì hiệu quả phanh và ổn định phanh phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn sơ đồ phân phối các mạch điều khiển và mức độ độc lập hay phụ thuộc vào việc điều khiển lực phanh tại các bánh xe Sự thoả mãn đồng thời hai chỉ tiêu hiệu quả phanh và ổn định khi phanh là vấn đề khá phức tạp và là vấn đề đã và đang nghiên cứu của các nhà chuyên môn Các hệ thống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng nguyên lý điều chỉnh sau đây:

 Theo gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh

 Theo giá trị độ trượt cho trước

 Theo giá trị của tỉ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó

Ở các loại đường nhựa khô, hệ số bám dọc vẫn tương đối cao Tuy nhiên hệ số bám ngang 𝜑𝜑 nhỏ, do đó không đảm bảo được lực bám ngang, làm cho xe mất tính ổn định hướng khi phanh Vì vậy trang bị ABS trên xe sẽ vẫn rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả phanh tốt nhất Qua thực nghiệm người ta thấy rằng khi xe có trang bị hệ thống ABS:

 Đường nhựa khô: hiệu quả phanh đạt khoảng 115% (tăng 15% so với không có ABS)

 Đường đóng băng: hiệu quả phanh đạt khoảng 150% (tăng 50% so với không có ABS)

2.2.3 Hiệu quả của ABS:

 Quãng đường phanh

Đây là chỉ tiêu đặc trưng và có ý nghĩa quan trọng nhất vì nó mang tính trực quan giúp người lái xe xử lý tình huống hợp lý nhất Từ cơ sở lý thuyết cơ cấu phanh ô tô ta

có biểu thức xác định quãng đường phanh nhỏ nhất như sau:

Smin: Quãng đường phanh nhỏ nhất

v1: Vận tốc của ô tô ứng với thời điểm bắt đầu phanh v2: Vận tốc của ô tô ở cuối quá trình phanh

δ: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ô tô

g: Gia tốc trọng trường (g=9.81m/s2)

 Tính ổn định phanh:

Tính ổn định phanh được hiểu là khi phanh xe không bị chệch hướng (trượt ngang), trượt lết hoặc bị lật, đảm bảo tính điều khiển lái và chuyển động an toàn Điều này đặc biệt quan trọng khi xe chạy trên đường trơn, tốc độ cao Xe mất ổn định khi phanh rất nguy hiểm vì không kiểm soát được hướng chuyển động của xe Tính

ổn định khi phanh được phân tích ở hai trường hợp: tính ổn định hướng và tính ổn định khi quay vòng Đó là khả năng xe giữ được quỹ đạo chuyển động như ý muốn ban đầu của người lái trong quá trình phanh

 So sánh chuyển động giữa xe có hệ thống phanh thường và xe có trang bị ABS

Ở trong hình ta có thể thấy xe không có ABS, xe đang chạy khi đạp phanh đột ngột thì ngay lập tức cả 4 bánh xe bị bó cứng và trượt lết trên đường, lúc này người tài xế không thể điều chỉnh được hướng lái nữa và xe sẽ đâm thẳng vào chướng ngại vật phía trước, hoặc xe bị quay vòng



Hình 2 4 Xe hoạt động có và không có ABS

Ở xe có trang bị hệ thống phanh ABS, thì khi đạp phanh đột ngột hệ thống phanh nhấp nhả liên tục, vì vậy các bánh xe không bị bó cứng và người tài xế vẫn điều khiển được hướng lái của xe khi đang phanh Nhìn hình ta có thể thấy, chiếc xe vẫn lách khỏi chướng ngại vật khi đang phanh Xe không bị quay ngang khi phanh và quãng đường phanh rút ngắn hơn so với xe không được trang bị ABS

CHƯƠNG 3: KẾT CẤU VÀ HOẠT ĐỘNG CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG PHANH ABS CỦA MÔ HÌNH THI CÔNG

3.1 Cấu tạo và nguyên lí hoạt động:

3.1.1 Cấu tạo hệ thống ABS:

Cơ cấu ABS được thiết kế dựa trên cấu tạo của một cơ cấu phanh thường Ngoài ra các cụm bộ phận chính của một cơ cấu phanh như cụm xy lanh chính, bầu trợ lực, cơ cấu phanh bánh xe, các van điều hoà lực phanh.Để thực hiện chức năng chống hãm cứng bánh xe khi phanh, thì cơ cấu ABS cần trang bị thêm các bộ phận như : cảm biến tốc độ bánh xe, hộp diều khiển điện tử (ECU), bộ chấp hành thuỷ lực, bộ chẩn đoán, báo lỗi Một cơ cấu ABS bao gồm 3 cụm bộ phận chính :

- Cụm tín hiệu vào gồm các cảm biến tốc độ bánh xe, công tắc báo phanh, …có nhiệm vụ gửi thông tin tốc độ bánh xe, tín hiệu phanh về hộp điều khiển điện tử (ECU), dưới dạng tín hiệu điện

- Hộp điều khiển điện tử (ECU) có chức năng nhận và xử lý các tín hiệu vào, đưa tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành thuỷ lực, điều khiển quá trình phanh chống

Hình 3 1 Sơ đồ khối các cụm chức năng của cơ cấu ABS

Hình 3 2 Sơ đồ điều khiển cơ cấu ABS

- Nguyên tắc điều khiển của cơ cấu phanh ABS:

o Các cảm biến tốc độ bánh xe nhận biết tốc độ góc của các bánh xe và gửi tín hiệu về ECU dưới dạng các xung điện áp xoay chiều

o ECU theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách tính tốc độ xe và sự thay đổi tốc độ bánh xe, xác định mức trượt dựa trên tốc độ các bánh xe

o Khi phanh gấp hay phanh trên những đường ướt, trơn trượt có hệ số bám thấp, ECU điều khiển bộ chấp hành thuỷ lực cung cấp áp suất dầu tối ưu cho mỗi

xy lanh phanh bánh xe theo các chế độ tăng áp, giữ áp hay giảm áp để duy trì

độ trượt nằm trong giới hạn tốt nhất, tránh bị hãm cứng bánh xe khi phanh

3.2 Các bộ phận chính trong hệ thống ABS của mô hình thi công:

3.2.1 Xi lanh chính của hệ thống phanh:

- Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực thông thường:

Hình 3 3 Cấu tạo xi lanh chính và bình chứa dầu

- Bàn đạp phanh, xi lanh chính loại kép (2 dòng), bình dầu

- Xilanh chính: bố trí trong hệ thống phanh có tác dụng chuyển đổi lực tác động từ bàn đạp phanh thành áp suất thủy lực Áp suất này truyền đến các xilanh con ở các bánh xe, tác động điều khiển guốc phanh hoặc tấm má phanh ép sát vào trống hoặc đĩa phanh để hãm các bánh xe lại

Khi không tác động vào các phanh

Hình 3 4 Xilanh chính

- Các cuppen của piston số 1 và số 2 được đặt giữa cửa vào và cửa bù tạo ra một đường đi giữa xilanh chính và bình dầu Piston số 2 được lò xo hồi số 2 đẩy sang bên phải, nhưng bu lông chặn không cho nó đi xa hơn nữa

Khi đạp bàn đạp phanh

- Piston số 1 dịch chuyển sang bên trái và cuppen của piston này bịt kín cửa bù

để chặn đường đi giữa xi lanh này và bình chứa Khi piston bị đẩy thêm, nó làm tăng áp suất thuỷ lực bên trong xi lanh chính áp suất này tác động vào các xi lanh phanh phía sau Vì áp suất này cũng đẩy piston số 2, nên piston

số 2 cũng hoạt động giống như pittông số 1 và tác động vào các xi lanh phanh của bánh trước

Khi nhả bàn đạp phanh

- Các piston bị đẩy trở về vị trí ban đầu của chúng vì áp suất thuỷ lực và lực của các lò xo phản hồi Tuy nhiên do dầu phanh từ các xi lanh phanh không chảy về ngay mà áp suất thuỷ lực bên trong xi lanh chính tạm thời giảm xuống (độ chân không phát triển) Do đó, dầu phanh ở bên trong bình chứa chảy vào xi lanh chính qua cửa vào, và nhiều lỗ ở đỉnh pit tông và quanh chu vi của cuppen piston Sau khi piston đã trở về vị trí ban đầu của nó, dầu phanh dần dần chảy từ xi lanh phanh

về xi lanh chính rồi chảy vào bình chứa qua các cửa bù Cửa bù này còn khử các thay đổi về thể tích của dầu phanh có thể xảy ra ở bên trong xi lanh do nhiệt độ

thay đổi Điều này tránh cho áp suất thuỷ lực tăng lên khi không sử dụng các phanh

3.2.2 Cấu tạo bầu trợ lực phanh:

o Bầu trợ lực: Bầu trợ lực phanh khuếch đại lực tác dụng khi đạp chân phanh,

và làm giảm lực cơ học cần thiết để vận hành chúng Trong hầu hết các hệ thống phanh ô tô các bầu trợ lực phanh luôn kết hợp với xi lanh tổng phanh

Hình 3 5 Cấu tạo của bầu trợ lực phanh

- Bầu trợ lực phanh được dùng trên các xe ô tô, lắp giữa xi lanh chính và bàn đạp phanh Bầu trợ lực chân không có hình dáng một hộp tròn bằng kim loại, trong đó có chứa màng trợ lực, van khí trời và van chân không cùng các lò xo

- Dùng để giảm nhẹ cường độ của người lái khi đạp phanh trên ô tô

Nguyên lý bầu trợ lực phanh khi không có tác động:

Hình 3 6 Cấu tạo bầu trợ lực phanh ( Khi không phanh )

- Van không khí được nối với cần điều khiển van và bị lò xo phản hồi của van không khí kéo về bên phải Van điều chỉnh bị lò xo van điều chỉnh đẩy sang trái Điều này làm cho van không khí tiếp xúc với van điều chỉnh Do đó, không khí bên ngoài đi qua lưới lọc bị chặn lại không vào được buồng áp suất biến đổi Trong điều kiện này van chân không của thân van bị tách khỏi van điều chỉnh, tạo

ra một lối thông giữa lỗ A và lỗ B Vì luôn luôn có chân không trong buồng áp suất không đổi, nên cũng có chân không trong buồng áp suất biến đổi vào thời điểm này Vì vậy lò xo màng ngăn đẩy pittông sang bên phải

Nguyên lý bầu trợ lực phanh khi đạp phanh:

- Độ chênh áp suất giữa buồng áp suất không đổi và buồng áp suất biến đổi làm cho pittông dịch chuyển về bên trái, làm cho đĩa phản lực đẩy cần đẩy bộ trợ lực

về bên trái và làm tăng lực phanh

Nguyên lý bầu trợ lực phanh khi giữ phanh:

Hình 3 8 Chế độ giữ phanh

- Nếu đạp bàn đạp phanh nửa chừng, cần điều khiển van và van không khí ngừng dịch chuyển nhưng pittông vẫn tiếp tục di chuyển sang bên trái do độ chênh áp suất Lò xo van điều khiển làm cho van này vẫn tiếp xúc với van chân không, nhưng nó dịch chuyển theo pittông

- Vì van điều khiển dịch chuyển sang bên trái và tiếp xúc với van không khí, không khí bên ngoài bị chặn không vào được buồng áp suất biến đổi, nên áp suất trong buồng áp suất biến đổi vẫn ổn định

- Do đó, có một độ chênh áp suất không thay đổi giữa buồng áp suất không đổi và buồng áp suất biến đổi Vì vậy, pittông ngừng dịch chuyển và duy trì lực phanh này

3.2.3 Bộ chấp hành ABS:

Khi nhận được tín hiệu điều khiển từ ECU gửi đến Bộ điều khiển thủy lực làm thay đổi áp lực dầu phanh đến các xi lanh bánh xe bằng cách đóng mở các van điện và điều khiển hoạt động của bơm

- Cấu tạo: một bộ chấp hành thuỷ lực gồm có các bộ phận chính sau: các van điện

từ, motor điện dẫn động bơm dầu, bơm dầu và bình tích áp, rơ le bơm, rơ le van điện từ

Hình 3 9 Sơ đồ khối bộ chấp hành ABS

3.2.4 Van điện 3 vị trí:

Hình 3 10 Cấu tạo van điện 3 vị trí

Bảng 3 1 Mô tả hoạt động của van điện 3 vị trí

 Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động):

Khi 4 bánh xe đang quay ở tốc độ thấp ( dưới 8 km/h hay 12,25 km/h tùy vào loại

xe hoặc không có bánh xe nào bị bó cứng) ABS không hoạt động và ECU không gửi