NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT SỰ BIẾN THIÊN MÔ MEN PHANH TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi LỜI NÓI ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2 1.1 TÌNH HÌNH GIAO THÔNG VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO Ô TÔ Ở VIỆT NAM 2 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ CÓ ĐIỀU KHIỂN 3 1.2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phanh ABS 3 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 5 1.2.3 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 8 1.3 HỆ THỐNG PHANH KHÍ CÓ ĐIỀU KHIỂN ABS 12 1.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống phanh khí có điều khiển 12 1.3.2 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của các phần tử trong hệ thống phanh ABS 13 1.4 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 19 1.5. NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 20 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 21 2.1 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHANH 21 2.1.1. Gia tốc chậm dần khi phanh 21 2.1.2. Thời gian phanh 22 2.1.3. Quãng đường phanh 23 2.1.4 Lực phanh và lực phanh riêng 24 2.1.5 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của một số nước phát triển 25 2.2 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT LẾT CỦA BÁNH XE KHI PHANH 27 2.2.1 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 27 2.2.2 Hệ số bám 28 2.2.3 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh 30 2.2.4. Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh 32 2.2.5 Nguyên tắc điều khiển độ trượt ABS 34 2.2.6 Kiểm soát bánh xe 36 CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANHKHÍ NÉN CÓ ĐIỀU KHIỂN 38 3.1. GIỚI THIỆU VỀ XE THÍ NGHIỆM 38 3.1.1 Giới thiệu về xe LIFAN 2,98 tấn 38 3.1.2 Thông số kỹ thuật của xe 39 3.2 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ ABS TRÊN XE THÍ NGHIỆM 40 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý ABS trên xe thí nghiệm 40 3.2.2 Các phần tử trong hệ thống phanh ABS trên xe thí nghiệm 41 3.3 XÂY DỰNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ĐIỀU KHIỂN 46 3.3.1 Phương trình mô tả các phần tử trong hệ thống phanh 46 3.3.2 Chương trình mô phỏng hệ thống phanh và các kết quả mô phỏng 51 CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM 54 4.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 54 4.2 ĐỐI TƯỢNG THÍ NGHIỆM 54 4.3 THIẾT BỊ ĐO ÁP SUẤT TRONG THÍ NGHIỆM 54 4.4 TRÌNH TỰ VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 59 KẾT LUẬN 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT STT Ký hiệu Chú thích Đơn vị 1 Pb Lực đẩy từ khung xe truyền đến Nm 2 Gb Tải trọng tác dụng lên bánh xe KN 3 Fb Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe Nm 4 P¬f Lực cản lăn KN 5 Mk Mô men kéo Nm 6 Mf Mô men cản lăn Nm 7 Pk Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động KN 8 PkMax Lực kéo cực đại mà bánh xe có thể sinh ra được KN 9 P Lực bám lớn nhất giữa bánh xe và mặt đường. Nm 10 v0 Là vận tốc lý thuyết của bánh xe ms 11 wt Vận tốc góc của bánh xe rads 12 φ Là hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường 13 Gφ Là trọng lượng bám N 14 Lực đẩy từ khung xe truyền đến KN 15 Zb Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe Nm 16 Mp Mô men phanh Nm 17 Mjb Mô men quán tính Nm 18 PPmax Lực phanh cực đại mà bánh xe có thể tiếp nhận được 19 –a Ngưỡng gia tốc âm rads2 20 +a Ngưỡng gia tốc dương rads2 21 Bán kính tính toán m 22 Bán kính lăn của bánh xe (m) 23 Q Lưu lượng chất khí m3s 24 Cv Hệ số lưu lượng 25 Pa Áp suất khí quyển Nm2 26 Pbình Áp suất bình khí nén Nm2 27 y Dịch chuyển piston trong bầu phanh m 28 i Tỷ số truyền tính từ bầu phanh đến cơ cấu phanh DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1 Số liệu thống kê các vụ tai nạn giao thông tại việt nam từ 2011 đến 2015 2 Bảng 1.2 Bảng chế độ hoạt động của các van ABS 17 Bảng 2.1 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của một số nước 26 Bảng 2.2 Tiêu chuẩn Châu Âu về hiệu quả phanh (ECER13) 26 Bảng 4.1 Các thông số kỹ thuật của vi điều khiển DsPIC30F4011 55 Bảng 4.2 Bảng thông số đo thực nghiệm áp suất bầu phanh trong hai trường hợp 61   DANH MỤC CÁC HÌNH TT Tên hình Trang Hình 1.1 So sánh xe có ABS và không có ABS 3 Hình 1.2 So sánh xe có EBD và không có EBD 5 Hình 1.3 Sơ đồ xe và các yếu tố điều khiển trượt tương ứng 10 Hình 1.4 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển của hệ thống 11 Hình 1.5 Sơ đồ đơn giản một mạch điều khiển phanh ABS 12 Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống phanh có điều khiển cơ bản 13 Hình 1.7 Cảm biến đo tốc độ góc bánh xe loại điện từ 14 Hình 1.8 Trạng thái tăng áp của van ABS 15 Hình 1.9 Trạng thái giữ áp của van ABS 16 Hình 1.10 Trạng thái giảm áp của van ABS 17 Hình 1.11 Sơ đồ tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc góc bánh xe 18 Hình 2.1 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo tốc độ bắt đầu phanh v1 và hệ số bám  24 Hình 2.2 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 27 Hình 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám 30 Hình 2.4 Giải thích hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh 31 Hình 2.5 Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh. 32 Hình 2.6 Đặc tính trượt tương ứng với các loại đường khác nhau 33 Hình 2.7 Sự thay đổi mô men phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của bánh xe khi phanh có ABS 34 Hình 2.8 Quá trình điều khiển chống trượt theo gia tốc góc bánh xe 37 Hình 3.1 Hình ảnh xe thí nghiệm xe Lifan 2,98 tấn LF3070G1 38 Hình 3.2 Sơ đồ tổng thể xe LF3070G1 38 Hình 3.3 Sơ đồ bố trí ABS trên xe thí nghiệm 40 Hình 3.4 Lắp đặt cảm biến và vành răng cảm biến trên xe thí nhiệm 42 Hình 3.5 Cơ cấu chấp hành của hệ thống ABS 43 Hình 3.6 Vị trí lắp đặt cụm van trên xe thí nghiệm 43 Hình 3.7 Cơ cấu chấp hành van ABS lắp trên xe thí nghiệm 44 Hình 3.8 Thiết bị máy tính ECUABS 44 Hình 3.9 Cảm biến áp suất lắp sau bình khí nén 45 Hình 3.10 Cảm biến áp suất đặt gần cơ cấu phanh 45 Hình 3.11 Sơ đồ khối mô phỏng tổng van 47 Hình 1.12 Sơ đồ khối nút chia sau 47 Hình 3.13 Sơ đồ khối van ABS RL bên trái 49 Hình 3.14 Sơ đồ khối van ABS RR bên phải 49 Hình 3.15 Sơ đồ khối cơ cấu phanh RL bên trái 50 Hình 3.16 Sơ đồ khối cơ cấu phanh RR bên phải 50 Hình 3.17 Sơ đồ khối ECU 51 Hình 3.18 Chương trình mô phỏng tổng thể hệ thống 51 Hình 3.19 Đồ thị biến thiên áp suất trong bầu phanh bánh xe 52 Hình 3.20 Đồ thị biến thiên mô men phanh bánh xe 53 Hình 4.1 Lưu đồ chương trình cài đặt trên VĐK DSPIC30F4011 57 Hình 4.2 Giao diện phần mềm hiển thị áp suất 58 Hình 4.3 Bên trong thiết bị đo áp suất 58 Hình 4.4 Bộ thiết bị đo áp suất bầu phanh hoàn chỉnh 58 Hình 4.5 Hình ảnh hiển thị biến thiên áp suất trên máy tínhkhi không có van ABS 59 Hình 4.6: Hình ảnh hiển thị biến thiên áp suất trên máy tínhkhi có van ABS 60 LỜI NÓI ĐẦU Nền công nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô tăng nhanh, mật độ lưu thông trên đường ngày càng nhiều. Với xu thế hội nhập, thị trường ôtô nước ta sẽ sôi động, ngày càng nhiều chủng loại lẫn số lượng, Theo thống kê của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) năm 2012 có 48163 xe tải, năm 2013 có 66140 xe tải, năm 2014 tổng số đã bán là 44518 xe tải và 3 tháng đầu năm 2015 là 13205 xe tải được bán ra cung cấp cho thị trường, trong đó có khoảng 71% là xe sử dụng phanh khí và đa phần là xe sử dụng hệ thống phanh khí thông thường không có hệ thống ABS (AntiLock Brake System). Trên thế giới hệ thống phanh khí nén có điều khiển ABS trang bị trên ô tô được sử dụng phổ biến; các hãng cũng đưa ra các sản phẩm về hệ thống phanh có điều khiển ứng dụng cho nhiều thế hệ xe khác nhau và ngày càng hiện đại. Ở Việt Nam, công nghệ ôtô vẫn chủ yếu là lắp ráp và sản xuất các cụm chi tiết nhỏ lẻ... Hiện nay mức độ sử dụng hệ thống phanh khí có diều khiển hiện đại hiện nay ở Việt Nam còn hạn chế, mới chỉ tập trung chủ yếu ở xe Bus và xe tải hạng nặng và đa phần là xe nhập khẩu nguyên chiếc. Với điều kiện đường giao thông nông thôn tại Việt Nam có độ bám bề mặt thấp, vấn đề trượt của bánh xe thường xuyên xảy ra. Để ứng dụng và khai thác có hiệu quả tất cả các tính năng ưu việt của hệ thống phanh ABS trên ô tô nói chung, việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khảo sát sự biến thiên mô men phanh trong hệ thống phanh khí nén có ABS” là hết sức quan trọng và cần thiết. Đề tài đ¬ược thực hiện tại Khoa cơ khí động lực, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên d¬ưới sự hư¬ớng dẫn của TS. Đàm Hoàng Phúc. Do thời gian, trình độ còn hạn chế, tính chất rộng lớn của đề tài nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự bổ sung, góp ý của các nhà kỹ thuật, các thầy và đồng nghiệp. Hưng Yên, tháng 8 năm 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

NGUYỄN VĂN NINH

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT SỰ BIẾN THIÊN MÔ MEN PHANH

TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS

LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

NGUYỄN VĂN NINH

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT SỰ BIẾN THIÊN MÔ MEN PHANH

TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS

LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS Đàm Hoàng Phúc

Hưng Yên - Năm 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và những kết quả thực nghiệm được nghiêncứu trong luận văn là hoàn toàn thực tế, khách quan Những kết quả tương tự chưatừng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Hưng Yên, ngày… tháng… năm 2015

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Ninh

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT iv

DANH MỤC CÁC BẢNG v

DANH MỤC CÁC HÌNH vi

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 2

1.1 TÌNH HÌNH GIAO THÔNG VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO Ô TÔ Ở VIỆT NAM 2

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ CÓ ĐIỀU KHIỂN .3

1.2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phanh ABS 3

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 5

1.2.3 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài 8

1.3 HỆ THỐNG PHANH KHÍ CÓ ĐIỀU KHIỂN ABS 12

1.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống phanh khí có điều khiển 12

1.3.2 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của các phần tử trong hệ thống phanh ABS .13

1.4 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 19

1.5 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 20

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 21

2.1 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHANH 21

2.1.1 Gia tốc chậm dần khi phanh 21

2.1.2 Thời gian phanh 22

2.1.3 Quãng đường phanh 23

2.1.4 Lực phanh và lực phanh riêng 24

2.1.5 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của một số nước phát triển 25

2.2 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT LẾT CỦA BÁNH XE KHI PHANH 27

2.2.1 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 27

2.2.2 Hệ số bám 28

2.2.3 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh 30

2.2.4 Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh 32

2.2.5 Nguyên tắc điều khiển độ trượt ABS 34

2.2.6 Kiểm soát bánh xe 36

CHƯƠNG 3 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANHKHÍ NÉN CÓ ĐIỀU KHIỂN 38

3.1 GIỚI THIỆU VỀ XE THÍ NGHIỆM 38

3.1.1 Giới thiệu về xe LIFAN 2,98 tấn 38

3.1.2 Thông số kỹ thuật của xe 39

3.2 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ ABS TRÊN XE THÍ NGHIỆM 40

3.2.1 Sơ đồ nguyên lý ABS trên xe thí nghiệm 40

3.2.2 Các phần tử trong hệ thống phanh ABS trên xe thí nghiệm 41

3.3 XÂY DỰNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ĐIỀU KHIỂN 46

3.3.1 Phương trình mô tả các phần tử trong hệ thống phanh 46

3.3.2 Chương trình mô phỏng hệ thống phanh và các kết quả mô phỏng 51

CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM 54

4.1 MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM 54

4.2 ĐỐI TƯỢNG THÍ NGHIỆM 54

4.3 THIẾT BỊ ĐO ÁP SUẤT TRONG THÍ NGHIỆM 54

4.4 TRÌNH TỰ VÀ KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 59

KẾT LUẬN 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT

7 Pk Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động KN

8 PkMax Lực kéo cực đại mà bánh xe có thể sinh ra được KN

15 Zb Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên

bánh xe

Nm

18 PPmax Lực phanh cực đại mà bánh xe có thể tiếp nhận

được

28 i Tỷ số truyền tính từ bầu phanh đến cơ cấu phanh

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Số liệu thống kê các vụ tai nạn giao thông tại việt nam từ 2011 đến

2015 2

Bảng 1.2 Bảng chế độ hoạt động của các van ABS 17

Bảng 2.1 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của một số nước 26

Bảng 2.2 Tiêu chuẩn Châu Âu về hiệu quả phanh (ECE-R13) 26

Bảng 4.1 Các thông số kỹ thuật của vi điều khiển DsPIC30F4011 55

Bảng 4.2 Bảng thông số đo thực nghiệm áp suất bầu phanh trong hai trường hợp 61

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 So sánh xe có ABS và không có ABS 3

Hình 1.2 So sánh xe có EBD và không có EBD 5

Hình 1.3 Sơ đồ xe và các yếu tố điều khiển trượt tương ứng 10

Hình 1.4 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển của hệ thống 11

Hình 1.5 Sơ đồ đơn giản một mạch điều khiển phanh ABS 12

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống phanh có điều khiển cơ bản 13

Hình 1.7 Cảm biến đo tốc độ góc bánh xe loại điện từ 14

Hình 1.8 Trạng thái tăng áp của van ABS 15

Hình 1.9 Trạng thái giữ áp của van ABS 16

Hình 1.10 Trạng thái giảm áp của van ABS 17

Hình 1.11 Sơ đồ tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc góc bánh xe 18

Hình 2.1 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo tốc độ bắt đầu phanh v1 và hệ số bám  24

Hình 2.2 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh 27

Hình 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám 30

Hình 2.4 Giải thích hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh 31

Hình 2.5 Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh 32

Hình 2.6 Đặc tính trượt tương ứng với các loại đường khác nhau 33

Hình 2.7 Sự thay đổi mô men phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của bánh xe khi phanh có ABS 34

Hình 2.8 Quá trình điều khiển chống trượt theo gia tốc góc bánh xe 37

Hình 3.1 Hình ảnh xe thí nghiệm xe Lifan 2,98 tấn LF3070G1 38

Hình 3.2 Sơ đồ tổng thể xe LF3070G1 38

Hình 3.3 Sơ đồ bố trí ABS trên xe thí nghiệm 40

Hình 3.4 Lắp đặt cảm biến và vành răng cảm biến trên xe thí nhiệm 42

Hình 3.5 Cơ cấu chấp hành của hệ thống ABS 43

Hình 3.6 Vị trí lắp đặt cụm van trên xe thí nghiệm 43

Hình 3.7 Cơ cấu chấp hành van ABS lắp trên xe thí nghiệm 44

Hình 3.8 Thiết bị máy tính ECU-ABS 44

Hình 3.9 Cảm biến áp suất lắp sau bình khí nén 45

Hình 3.10 Cảm biến áp suất đặt gần cơ cấu phanh 45

Hình 3.11 Sơ đồ khối mô phỏng tổng van 47

Hình 1.12 Sơ đồ khối nút chia sau 47

Hình 3.13 Sơ đồ khối van ABS RL bên trái 49

Hình 3.14 Sơ đồ khối van ABS RR bên phải 49

Hình 3.15 Sơ đồ khối cơ cấu phanh RL bên trái 50

Hình 3.16 Sơ đồ khối cơ cấu phanh RR bên phải 50

Hình 3.17 Sơ đồ khối ECU 51

Hình 3.18 Chương trình mô phỏng tổng thể hệ thống 51

Hình 3.19 Đồ thị biến thiên áp suất trong bầu phanh bánh xe 52

Hình 3.20 Đồ thị biến thiên mô men phanh bánh xe 53

Hình 4.1 Lưu đồ chương trình cài đặt trên VĐK DSPIC30F4011 57

Hình 4.2 Giao diện phần mềm hiển thị áp suất 58

Hình 4.3 Bên trong thiết bị đo áp suất 58

Hình 4.4 Bộ thiết bị đo áp suất bầu phanh hoàn chỉnh 58

Hình 4.5 Hình ảnh hiển thị biến thiên áp suất trên máy tínhkhi không có van ABS 59

Hình 4.6: Hình ảnh hiển thị biến thiên áp suất trên máy tínhkhi có van ABS 60

LỜI NÓI ĐẦU

Nền công nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô tăngnhanh, mật độ lưu thông trên đường ngày càng nhiều Với xu thế hội nhập, thịtrường ôtô nước ta sẽ sôi động, ngày càng nhiều chủng loại lẫn số lượng, Theothống kê của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) năm 2012 có 48163

xe tải, năm 2013 có 66140 xe tải, năm 2014 tổng số đã bán là 44518 xe tải và 3tháng đầu năm 2015 là 13205 xe tải được bán ra cung cấp cho thị trường, trong đó

có khoảng 71% là xe sử dụng phanh khí và đa phần là xe sử dụng hệ thống phanhkhí thông thường không có hệ thống ABS (Anti-Lock Brake System)

Trên thế giới hệ thống phanh khí nén có điều khiển ABS trang bị trên ô tôđược sử dụng phổ biến; các hãng cũng đưa ra các sản phẩm về hệ thống phanh cóđiều khiển ứng dụng cho nhiều thế hệ xe khác nhau và ngày càng hiện đại

Ở Việt Nam, công nghệ ôtô vẫn chủ yếu là lắp ráp và sản xuất các cụm chitiết nhỏ lẻ Hiện nay mức độ sử dụng hệ thống phanh khí có diều khiển hiện đạihiện nay ở Việt Nam còn hạn chế, mới chỉ tập trung chủ yếu ở xe Bus và xe tải hạngnặng và đa phần là xe nhập khẩu nguyên chiếc Với điều kiện đường giao thôngnông thôn tại Việt Nam có độ bám bề mặt thấp, vấn đề trượt của bánh xe thườngxuyên xảy ra Để ứng dụng và khai thác có hiệu quả tất cả các tính năng ưu việt của

hệ thống phanh ABS trên ô tô nói chung, việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khảo sát sự biến thiên mô men phanh trong hệ thống phanh khí nén có ABS” là hết

sức quan trọng và cần thiết

Đề tài được thực hiện tại Khoa cơ khí động lực, Trường Đại học Sư Phạm

Kỹ Thuật Hưng Yên dưới sự hướng dẫn của TS Đàm Hoàng Phúc.

Do thời gian, trình độ còn hạn chế, tính chất rộng lớn của đề tài nên khôngthể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự bổ sung, góp ý của các nhà

kỹ thuật, các thầy và đồng nghiệp

Hưng Yên, tháng 8 năm 2015

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TÌNH HÌNH GIAO THÔNG VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO Ô TÔ Ở VIỆT NAM

Nền kinh tế đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô tăng nhanh, mật

độ lưu thông trên đường ngày càng nhiều, cơ sở hạ tầng giao thông chưa đáp ứngđược sự gia tăng số lượng xe đa dạng về chủng loại và số lượng Với điều kiệnđường giao thông nông thôn tại Việt Nam có độ bám bề mặt thấp, vấn đề trượt củabánh xe thường xuyên xảy ra Từ đó rất cần một ô tô có hệ thống phanh tốt, độ tincậy cao mới có tăng tính an toàn cho con người, tính kinh tế nhiên liệu và hiệu quảvận chuyển hàng hóa của ôtô

Theo thống kê khoảng 10% số vụ tai nạn xảy ra trong trường hợp cần dừngkhẩn cấp, tài xế đạp phanh mạnh đột ngột làm xe bị rê bánh và trượt, dẫn đến khảnăng mất tính điều khiển hoặc mất tính ổn định của ô tô Hệ thống phanh có trang bịABS giúp khắc phục tình trạng này và giúp hạn chế phụ thuộc vào kỹ thuật phanhcủa người lái Theo thống kê của Ủy ban An toàn giao thông Quốc gia, ở Việt Namtai nạn giao thông luôn ở mức cao về số vụ và tính chất nguy hiểm Cụ thể:

Bảng 1.1 Số liệu thống kê các vụ tai nạn giao thông tại việt nam từ 2011 đến 2015

bị chưa bắt buộc phải trang bị trên các dòng xe tải có trọng tải nhỏ Hầu hết các cơ

sở sản xuất lắp ráp ô tô trong nước chưa nghiên cứu để làm chủ công nghệ đó vàphát triển thương mại sản phẩm xe tải lắp ráp hệ thống phanh tích cực Các liêndoanh ô tô cũng không nghiên cứu sản phẩm này tại Việt Nam mà chỉ lắp ráp từ phụkiện nhập ngoại Tuy nhiên với điều kiện khí hậu và đặc điểm cơ sở hạ tầng giao

thông vận tải nước ta còn rất kém chất lượng, nên khi xe ô tô tham gia giao thôngthường xuyên xảy ra hiện tượng trượt dẫn tới nguy hiểm tính mạng cho người thamgia giao thông Vì vậy, nhằm nâng cao tính năng an toàn, chất lượng và khả năng

cạnh tranh của ô tô tải sản xuất lắp ráp trong nước Do vậy, đề tài “Nghiên cứu khảo sát sự biến thiên mô men phanh trong hệ thống phanh khí nén có ABS”là

rất cần thiết

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ CÓ ĐIỀU KHIỂN 1.2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phanh ABS

Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) nằm trong

hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại Hệ thống sẽ điều khiển chống bó cứngcác bánh xe trong quá trình phanh, giúp tăng độ ổn định của xe, rút ngắn quãngđường phanh, tăng khả năng điều khiển quay vòng ô tô trong trường hợp cần thiếtphải tránh chướng ngại vật

Hình 1.1 So sánh xe có ABS và không có ABS

Lịch sử phát triển của hệ thống phanh và phanh ABS qua các thời kì sau:

 Năm 1924: Khai sinh hệ thống phanh thủy lực và đến năm 1931 thì tăng tính

an toàn phanh với dẫn động hai dòng;

 Năm 1951: Ứng dụng dạng phanh đĩa

 Năm 1952 đến 1963 là thời kỳ ứng dụng trợ lực thủy lực và chân không

 Năm 1969 Hệ thống phanh ABS ra đời

 Năm 1978: Hệ thống phanh ABS bắt đầu có ứng dụng thương mại trên ô tô.ABS tác động vào hệ thống dẫn động thủy lực nhằm giữ, giảm hoặc tăng ápsuất phanh dẫn đến các xi lanh phanh bánh xe để chống trượt lết trong quátrình phanh.

 Năm 1989: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống chống trượtquay TSC Hệ thống này điều khiển bằng cách điều chỉnh giá trị của mô menphanh và mô men được truyền từ động cơ đến các bánh xe Hệ thống này còn

có khả năng điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động cơ nhằm hạn chế trượtquay bánh xe do thừa mô men Tuy nhiên tại thời điểm đó, số kênh điềukhiển hệ thống còn ít, chỉ điều khiển một kênh, hoặc hai kênh cho toàn bộcác cầu hoặc một cầu xe và sử dụng van điều hòa lực phanh bằng cơ khí đểphân phối áp suất phanh đến các bánh

 Năm 1994: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống cân bằng điện

tử EBD Hệ thống điện tử dần thay thế các hệ thống cơ khí, hệ thống phanhABS trong hệ thống đã bắt đầu điều khiển nhiều kênh, điều khiển từng bánh xeđộc lập

EBD (Electronic Brake-force Distribution) - Bộ phận phân phối lực phanhđược lắp thêm vào hệ thống phanh nhằm phân phối lực phanh của từng bánh xe mộtcách hợp lý theo tải trọng tác dụng khi phanh Nguyên lý làm việc của bộ EBD về

cơ bản gần giống với ABS Tuy nhiên, để nhận biết được tải trọng tác dụng lên cácbánh xe thay đổi thì trong bộ EBD cần có thêm cảm biến G (G-sensor) lắp ở vị trígần trọng tâm xe

Hình 1.2 So sánh xe có EBD và không có EBD

Khi phanh, nếu cảm biến nghiêng về bánh xe nào cảm biến G sẽ xuất tín hiệuG+, bánh xe phía đối diện sẽ là G-, tín hiệu này áp dụng cho cầu trước và cầu sauhoặc dãy bánh xe phía bên trái hoặc bên phải Khi phanh nếu phía nào nhận tín hiệuG+ thì phía đó được điều khiển để tăng áp và ngược lại

Chúng ta đều biết rằng khi phanh xe trên đường thẳng, tải trọng của xe có xuhướng dồn về phía trước, làm tăng tải cho cầu trước và giảm tải cho cầu sau Sựtăng tải cho các cầu ở phía trước phụ thuộc vào mức độ phanh gấp xe Thậm chítrong trường hợp phanh quá gấp có thể dẫn đến các bánh xe bị trượt lết, làm mấtkhả năng bám của lốp xe với đường gây mất an toàn cho xe

Cũng tương tự như vậy cho trường hợp phanh khi xe quay vòng hoặc chuyểnlàn, các bánh xe phía bên ngoài vòng cua có xu hướng tăng tải và giảm tải cho cácbánh xe phía bên trong do có lực ly tâm, mức độ tăng giảm phụ thuộc vào vận tốcchuyển động và mức độ ngoặt của vòng cua

1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Trong thời gian qua đã có một số nhà khoa học của Việt Nam nghiên cứu về

hệ thống phanh ABS như:

- GS.TS Nguyễn Hữu Cẩn với công trình nghiên cứu các vấn đề cơ bản về lýthuyết phanh ô tô, chỉ tiêu đánh giá chất lượng và các thành tựu mới trong tính toán

hệ thống phanh

- Năm 1996, luận văn thạc sĩ của tác giả Nguyễn Mạnh Cường đã nghiên cứucác nguyên lý chung của hệ thống ABS, ảnh hưởng tương tác lốp với mặt đường và

mô hình tính toán phanh, đề cập phương pháp điều khiển phanh theo giá trị độ trượttối ưu

- Năm 2004, Luận án tiến sĩ của Dương Tiến Minh tại Học viện Kỹ thuậtQuân sự với đề tài “Nghiên cứu chất lượng phanh ô tô quân sự với hệ thống phanh

có lắp điều hòa lực phanh” Đề tài nghiên cứu nâng cao chất lượng phanh ô tô quân

sự với hệ thống phanh có lắp bộ điều hòa lực phanh đã xây dựng mô không gianhình tính toán cho xe hai cầu, mô hình khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu vàđiều kiện sử dụng đến chất lượng phanh Đề tài tiến hành mô phỏng ở các trườnghợp vận tốc, mức tải và các loại đường khác nhau

- Năm 2006, luận văn thạc sĩ của Nguyễn Đức Hạnh tại đại học Bách khoa

Hà Nội “Mô phỏng hệ thống phanh ABS trên ô tô mô hình thực tế, kết nối với máytính” đã chế tạo mô hình ¼ hệ thống phanh ABS theo nguyên mẫu của xe ToyotaCamry sản xuất từ năm 1995 Đề tài nghiên cứu các phương pháp điều khiển quátrình phanh và lựa chọn phương án điều khiển theo độ trượt của bánh xe sau đó chếtạo ECU và phần mềm giao tiếp với máy tính Nghiên cứu đã chế tạo đầy đủ môhình và thử nghiệm cho các kết quả sát thực

- Năm 2009, Luận án tiến sĩ của Nguyễn Văn Tiềm tại đại học Giao thôngVận tải “Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển chuyển động thích nghi trên cơ sởlogic mờ và mạng nơ ron nhân tạo” đã xây dựng trên mô hình mô phỏng ¼ xe Tácgiả xây dựng được hai mô hình hệ thống điều khiển thích nghi hệ phi tuyến, ứngdụng khảo sát hệ thống điều khiển chuyển động tương đối và bài toán điều khiểnchống bó cứng bánh xe khi phanh

- Năm 2010, Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Sỹ Đỉnh tại Học viện Kỹthuật Quân sự nghiên cứ thiết lập mô hình tính toán động lực học dẫn động phanhthủy lực theo mô hình đàn hồi và lắp đặt thử nghiệm hệ thống ABS lên xe UAZ -

31512 nhằm nâng các chất lượng xe chỉ huy trong quân đội

- Năm 2011, luận văn thạc sĩ của Nguyễn Thanh Tùng tại đại học Bách khoa

Hà Nội “Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển để đạt lực phanh tối ưu trong hệ thốngABS” đã phân tích và chọn mô hình xe ¼ để nghiên cứu, khảo sát đặc tính làm việccủa hệ thống phanh ABS Bên cạnh đó, đề tài đề xuất kỹ thuật điều khiển hệ thốngphanh ABS nhằm tối ưu lực phanh với việc tăng tần số điều khiển

- Năm 2012, Luận án tiến sĩ của Lại Năng Vũ tại đại học Bách khoa Hà Nội

“Nghiên cứu hệ thống điều khiển quá trình phanh ô tô” đã nghiên cứu về hệ thốngphanh thủy lực có trợ lực chân không cho xe du lịch 5 chỗ Đề tài nghiên cứu xâydựng thuật toán điều khiển và thiết chế bộ điều khiển điện tử điều khiển quá trìnhphanh trên cơ sở cải tiến lắp đặt hệ thống phanh ABS của hãng Toyota lên xeCamry sản xuất năm 2001

- Năm 2013, luận văn thạc sĩ của Nguyễn Trung Kiên tại đại học Bách khoa

Hà Nội “Nghiên cứu mô phỏng hệ thống phanh khí nén có ABS” đã nghiên cứu xâydựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh ABS khí nén dựa trên phần mềm Matlab,thuật toán điều khiển dựa trên đánh giá độ trượt các bánh xe trong quá trình phanh

Đề tài mới chỉ nghiên cứu mô hình mô phỏng trên máy tính với các điều kiện biên

để đơn giản hóa mô hình mô phỏng

- Năm 2014, Tác giả Hồ Hữu Hải chủ nhiệm đề tài nghiên cứu khoa học vàcông nghệ trọng điểm cấp Nhà nước “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệthống ABS cho hệ thống phanh khí nén trên ô tô tải sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam”

đã xây dựng thuật toán điều khiển, tiến hành chế tạo cụm cơ cấu chấp hành, cụmcảm biến đo tốc độ góc bánh xe và bộ điều khiển điện tử cho xe tải sản xuất tại ViệtNam Đề tài đã tiến hành thực nghiệm quá trình điều khiển phanh với xe cụ thể, ởcác mức tải, vận tốc và nhiều loại đường khác nhau

Trong thời gian qua, việc nghiên cứu về hệ thống phanh đa phần về hệ thốngphanh dầu có điều khiển còn hệ thống phanh khí có điều khiển thì rất hạn chế vàchưa có công trình nghiên cứu toàn diện và đầy đủ hệ thống này trên xe cụ thể

Do đó, nghiên cứu quá trình phanh khí nén có điều khiển nhằm nâng caohiệu quả phanh, chất lượng điều khiển phanh, thiết kế chế tạo và cải tiến các cụm

chi tiết trong hệ thống thật sự cần thiết trong nghiên cứu, lắp ráp, chế tạo đối vớingành công nghiệp ô tô trong nước và các đơn vị nghiên cứu.

1.2.3 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Hệ thống phanh ABS lần đầu tiên được lắp trên ôtô vào năm 1969 Sau đó,

hệ thống ABS đã được nhiều công ty sản xuất ôtô nghiên cứu và đưa vào ứng dụng

từ những năm 1970

Công ty Toyota sử dụng lần đầu tiên cho các xe tại Nhật từ năm 1971, đây là

hệ thống phanh ABS 1 kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau Nhưng phải đếnthập niên 1980 hệ thống này mới được phát triển mạnh nhờ hệ thống điều khiển kỹthuật số, vi xử lý (digital microprocessors/microcontrollers) thay cho các hệ thốngđiều khiển tương tự (analog) đơn giản trước đó

Lúc đầu hệ thống phanh ABS chỉ được lắp trên các xe du lịch cao cấp, đắttiền, được trang bị theo yêu cầu và theo thị trường Dần dần hệ thống này được đưavào sử dụng rộng rãi hơn, đến nay ABS gần như đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộccho tất cả các loại xe tải, một số xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ởnhững vùng có đường băng, tuyết dễ trơn trượt Hệ thống phanh ABS không chỉđược thiết kế trên các hệ thống phanh thủy lực, mà còn ứng dụng rộng rãi trên các

hệ thống phanh khí nén của các xe tải và xe khách lớn

Trên thế giới đã có rất nhiều nhà nghiên cứu về lĩnh vực này Qua nghiêncứu một số đề tài thì mỗi đề tài có mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứukhác nhau, vì vậy mỗi để tài đạt được kết quả nhất định trong đó nổi trội lên là:

* Năm 2004: “wheel slip control with moving slipding surface for tractioncontrol system” của K.CHUN và M.SUNWOO đại học Hanyang –seoul-Hàn Quốc(trong đó tác giả đã phân tích được quá trình điều khiển, tiến hành mô phỏng bằngphần mềm Matlab- Simulink và được thử nghiệm trên xe điện (electric car) côngtrình 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

- Mô hình mới kiểm tra được trên xe điện, không xét tới hệ thống phanhdùng dẫn động khí nén

* Năm 2002 “A Simulation Model for Vehicle Braking Systems Fitted withABS” của tác giả Terry D Day Sydney G Roberts thuộc tập đoàn EngineeringDynamics Corporation, trong đó tác giả đã phân tích được quá trình điều khiển củaABS, phạm vi điều khiển của ABS và ảnh hưởng của hệ số bám, vận tốc phanh đếnquãng đường phanh Tuy nhiên hạn chế của đề tài mới chỉ nghiên cứu về quy trình,quá trình điều khiển của ABS và ảnh hưởng của hệ thống phanh có trang bị ABStới áp suất phanh trong hệ thống, tới quãng đường phanh và vận tốc góc của bánh

xe Đề tài giới hạn trong hệ thống phanh thủy lực, chưa xét đến động lực học phanhkhí nén

* Năm 2011, các tác giả Guoye Wang, Yanli Feng, Juanli Zhang, Fang Wangcông bố công trình: Nghiên cứu tính toán độ trượt để nâng cao hiệu quả điều khiểnphanh ABS Nghiên cứu tập trung ở mức độ trượt tấp, đánh giá độ ảnh hưởng đếnhiệu quả điều khiển phanh ABS Các tác giả đã xây dựng mô hình của hệ thống thửnghiệm dựa trên Matlab Simulink với xe tham khảo là xe Chery A3 Trong nghiêncứu này, tác giả đã thực hiện mô phỏng và phân tích mức độ điều khiển hoạt độngcủa ABS trên các loại được có hệ số bám khác nhau Kết quả nghiên cứu cho thấyviệc điều khiển ABS với các điều kiện đường khác nhau có thể đánh giá dựa trên hệthống theo dõi độ trượt của bánh xe Bánh xe được điều khiển để duy trì độ trượt ởmức độ tối ưu Với biện pháp điều khiển này trong nghiên cứu này, các lốp xe còntăng được tuổi thọ do giảm độ mòn, giảm tiếng ồn Đây là ưu điểm lớn của thínghiệm so với các thí nghiệm kiểm tra hiệu quả quá trình điều khiển phanh ABStrước đây Tuy nhiên nghiên cứu còn hạn chế ở chỗ chỉ khảo sát ở độ trược thấptrong khi thực tế hoạt động thì bánh xe lại có độ trượt nằm trong phạm vi lớn Do đókết quả nghiên cứu chỉ phù hợp với một số điều kiện hoạt động cụ thể của xe

* Nghiên cứu phương pháp điều khiển trượt cho một hệ thống điều khiển lực

kéo TCS (Traction Control System) được sử dụng ở nhiều xe do Dong- Chul Shin,

kyungky-do nghiên cứu và được cấp bằng sáng chế 01/01/2002

Phương pháp này bao gồm các bước tạo ra các biến để kiểm soát đầu ra động

cơ theo tốc độ của từng bánh xe sau khi một trạng thái lái được xác định bằng cách

sử dụng tốc độ bánh xe, độ mở bướm ga, và vị trí bàn đạp ga; xác định xem TCSyêu cầu kích hoạt theo các biến được tạo ra và xác định tình trạng lái; tạo ra mộtbiến điều khiển đầu tiên để kiểm soát lực kéo sau khi thực hiện kiểm soát lực kéoban đầu nếu nó được xác định rằng việc kiểm soát độ bám đường ngay lập tức trước

đó đã không được thực hiện, và trực tiếp tạo ra một biến kiểm soát thứ hai để kiểmsoát lực kéo nếu nó được xác định rằng việc kiểm soát độ bám đường ngay lập tứctrước đó đã được thực hiện, biến điều khiển đầu tiên và các biến điều khiển thứ haiđược tạo ra nếu nó được xác định ở bước trên rằng TCS yêu cầu kích hoạt và kiểmsoát tốc độ ở bánh xe thông qua điều khiển đầu ra động cơ,điều khiển công suấtđộng động cơ được thực hiện bằng cách thay đổi việc mở bướm ga theo một tronghai biến điều khiển đầu tiên hoặc các biến điều khiển thứ hai

Hình 1.3 Sơ đồ xe và các yếu tố điều khiển trượt tương ứng

Hình 1.4 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển của hệ thống

Theo hình 1.3 và 1.4 mô tả một hệ thống phanh khí có điều khiển với thuậttoán điều khiển hệ thống TCS Hệ thống điều khiển này bao gồm một hệ thống kiểmsoát áp suất phanh; một hệ thống thay đổi thời điểm đánh lửa và lượng phun nhiênliệu, qua đó kiểm soát đầu ra động cơ; một hệ thống điều khiển bướm ga để kiểmsoát đầu vào động cơ; và một hệ thống sử dụng hỗn hợp gồm hai hay nhiều hơn cácphương pháp này Hệ thống kiểm soát bướm ga để điều khiển công suất động cơđược phân loại lại thành hai loại: hệ thống truyền động bướm ga chính và hệ thốngbướm ga đôi

Đặc biệt hệ thống TCS này không những kiểm soát lực kéo, ngăn ngừa sựtrượt quá mức của bánh xe lái trên đường khi tăng tốc hay bắt đầu từ trạng thái

dừng mà còn duy trì xe ở một bán kính cua mong muốn qua đó nâng cao hiệu suấtcua Khả năng đó thực hiện bằng cách kiểm soát cường độ lái truyền tới các bánh từđộng cơ

Các hãng lớn như Wabco, Bendix, Bosch … đều có các nghiên cứu rất sâu

về ABS cùng với hệ thống phòng thí nghiệm tối ưu các kết cấu cũng như thuật toánđiều khiển và thiết kế bộ điều khiển Sản phẩm của các hãng được thử nghiệm, tối

ưu hóa thiết kế và được sản xuất, thương mại hóa sản phẩm để lắp đặt trên xe ô tôtrên thế giới Tuy nhiên tài liệu nghiên cứu lại không công bố, chỉ đưa ra dưới dạnghướng dẫn sử dụng và giới thiệu sản phẩm Vì vậy việc tập nghiên cứu nhằm phục

vụ khai thác ở Việt Nam rất khó khăn

1.3 HỆ THỐNG PHANH KHÍ CÓ ĐIỀU KHIỂN ABS

1.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống phanh khí có điều khiển

Hình 1.5 Sơ đồ đơn giản một mạch điều khiển phanh ABS

Hệ thống phanh có điều khiển trên ô tô được bố trí cho dẫn động phanh khínén với các nguyên lý tổng quát thể hiện trên hình 1.3

Trong hệ thống phanh có điều khiển nói chung là một hệ thống tự động điềuchỉnh áp suất khí đưa vào cụm cơ cấu chấp hành tác động vào bánh xe sao cho phùhợp với chế độ lăn của bánh xe nhằm loại trừ khả năng trượt của bánh xe khi phanhđảm bảo hiệu quả phanh và ổn định hướng chuyển động của ô tô Đối với phanh

khí, bộ chấp hành là tổng hợp các van điện từ điều chỉnh áp xuất đến các bầu phanhbánh xe.Ngoài ra trong hệ thống còn có nguồn bổ sung năng lượng như: bình tíchnăng giảm xung, van an toàn hệ thống…

Ngày nay, hệ thống phanh có điều khiển trở nên phổ biến đối với xe con, xe

du lịch hiện đại đặc biệt là với xe chở khách và một số loại xe tải Chính vì lý donày mà nhiều quốc gia quy định bắt buộc các hãng xe sản xuất phải có hệ thốngđiều khiển chống trượt Riêng với nước ta, tỷ lệ xe tải có lắp đặt hệ thống phanh cóđiều khiển chống trượt hầu như chỉ có ở các chủng loại xe nhập khẩu còn với các xesản xuất trong nước đa phần chưa được trang bị Với sự phát triển không ngừng củangành công nghệ ô tô, hiện nay hệ thống phanh có điều khiển rất đa dạng và phứctạp đều áp dụng trên nền tảng hệ thống phanh có ABS hay nói cách khác là hệ thốngphanh có ABS mở rộng hay liên hợp

1.3.2 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của các phần tử trong hệ thống phanh ABS

Hệ thống ABS được thiết kế dựa trên cấu tạo của một hệ thống phanhthường Ngoài các cụm bộ phận chính của một hệ thống phanh bình thường, để thựchiện chức năng chống hãm cứng bánh xe khi phanh, thì hệ thống ABS cần trang bịthêm các bộ phận như cảm biến tốc độ bánh xe, hộp ECU, bộ chấp hành ABS, bộphận chẩn đoán, báo lỗi

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống phanh có điều khiển cơ bản

a Cảm biến vận tốc góc bánh xe

Cấu tạo và bố trí chung của bộ cảm biến tốc độ bánh xe thể hiện như hình 1.5

Hình 1.7 Cảm biến đo tốc độ góc bánh xe loại điện từ

Cấu tạo bộ đo vận tốc góc bánh xe: Gồm một lõi thép từ (nam châm vĩnh

cửu) trên lõi thép có cuộn dây tín hiệu (cảm biến), một rô to dạng vành cùng quayvới bánh xe (vành răng) Cảm biến và vành răng có khoảng cách được lắp ráp theotiêu chuẩn sao cho có thể cung cấp tín hiệu đầu vào là xung vuông cho ECU

(Electronic Control Unit).

Nguyên lý làm việc: Khi bánh xe ô tô quay dẫn đến vành răng quay làm cho

từ thông của nam châm vĩnh cửu đi qua cuộn dây luôn thay đổi về chiều và giá trị.Trong cuộn dây phát sinh suất điện động xoay chiều có đặc tính thể hiện như hình

vẽ trên (hình sin có chu kỳ phụ thuộc tốc độ vành răng) Tùy thuộc số lượng xungtrong một đơn vị thời gian ta xác định được tốc độ góc của bánh xe khi phanh

b Cơ cấu chấp hành ABS

Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ ECU thực hiện điều khiển các van điện từđóng, mở đường khí nén từ bình tới các bầu phanh phù hợp với chế độ tăng áp, giữ

áp hay giảm áp, bảo đảm cho bánh xe làm việc trong vùng có độ trượt tối ưu

Cấu tạo cụm van ABS gồm tổ hợp gồm các van điện từ, được bố trí trong cácđường dẫn khí bao bọc bởi vỏ van Tín hiệu điều khiển các van điện từ là các tínhiệu điện Với điện áp 24V theo nguyên lý đóng (ON), ngắt (OFF) Ở trạng thái

bình thường, van điện từ cửa nạp (van cửa A _ van giữ) ở trạng thái thường đóng,còn van điện từ cửa xả (van cửa B_ van giảm) ở trạng thái thường mở.

* Nguyên lý làm việc của bộ chấp hành.

- Trạng thái tăng áp:

Hình 1.8 Trạng thái tăng áp của van ABS

Ở trạng thái tăng áp, van giữ đóng, van giảm mở Hệ thống phanh làm việcnhư chế độ bình thường (không có ABS), áp suất trong bầu phanh tăng theo mức độ

mở của van phân phối Dòng khí từ bình qua van gia tốc vào cửanạp, đẩy màng cao

su mở cửa nạp Lúc này, do cửa B mở nên dòng khí theo của B vào phía sau màngcao su cửa xả, do áp suất hai bên màng cửaxả như nhau nên cửa xả được đóng, dòngkhí nén có áp suất phù hợp đi vào bầu phanh thực hiện quay cam ép cơ cấu phanhthực hiện quá trình phanh xe

-Trạng thái giữ áp:

Hình 1.9 Trạng thái giữ áp của van ABS

ECU thu thập tín hiệu từ các cảm biến dưới bánh xe, kiểm tra và phát hiện sự

bó cứng, khi bánh xe bắt đầu có biểu hiện bó cứng, ECU phát tín hiệu cấp điện ápđiều khiển cuộn dây điện từ của van giữ, mở cửa A Lúc này, áp suất hai bên màngcao su cửa nạp như nhau, nên đóng kín cửa nạp Vậy 2 cửa nạp và xả được đóngkín, áp suất trong bầu phanh được giữ không đổi

-Trạng thái giảm áp.

Khi bánh xe bị bó cứng, ECU điều khiển cấp điện áp tới cả 2 cuộn dây điện

từ của 2 van, thực hiện đóng van nạp, mở van xả Lúc này, van xả được đóng, ápsuất hai bên màng cao su chênh lệch nhau, thực hiện mở van cửa xả và van cửa nạpđược đóng kín Do đó, khí trong bầu phanh được xả nhanh ra ngoài, thực hiện quátrình giảm áp

Hình 1.10 Trạng thái giảm áp của van ABS

Ba chế độ làm việc này được điều khiển bởi ECU điện tử, phụ thuộc vào tínhiệu cảm biến tốc độ góc từ các bánh xe, chế độ hoạt động của các van được mô tảtheo bảng dưới đây

Bảng 1.2 Bảng chế độ hoạt động của các van ABS

Khi phanh bình thường

(ABS không hoạt động)

Cửa A đóng(OFF)

Cửa B mở(OFF)Khi phanh gấp hoặc

(ON)

Cửa B mở(OFF)Chế độ tăng áp Cửa A đóng

(OFF)

Cửa B mở(OFF)

c ECU- ABS

Bộ điều khiển trung tâm (ECU- ABS) là một máy tính cỡ nhỏ làm việc theochương trình định sẵn, tín hiệu điều khiển van điện từ phụ thuộc vào tín hiệu cảmbiến và chương trình vi xử lý

Trong ECU-ABS có bố trí bộ tạo xung để đảm bảo nhịp độ làm việc của hệthống Các thông tin đưa vào được nhớ theo địa chỉ trong các bộ nhớ của ECU vàliên tục được xử lý Điều khiển hệ thống là bộ vi xử lý, cấu trúc bộ vi xử lý là mộtmảng vi mạch điện tử chứa các thuật toán và mạch xử lý logic…

Tại ECU –ABS: gia tốc góc bánh xe được đo và quy đổi thành vận tốc thực

tế ô tô được xác định Cùng với các giá trị xác lập sẵn của độ trượt, gia tốc giới hạn

Từ đó, đưa các tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành thực hiện quá trình phanh.Nếumột sự cố xảy ra ở bất cứ bộ phận nào trong hệ thống tín hiệu, đèn báo ABS trênđồng hồ táp lô sẽ sang báo sự cố xảy ra Các tín hiệu sai lệch so với mức chuẩnđược bộ nhớ lưu trữ và chuyển thành tín hiệu báo lỗi Các lỗi được mã hóa và có thểđọc được khi cần

Bộ điều khiển điện tử bao gồm các thành phần sau:

* Khối thu và xử lý tín hiệu từ cảm biến: nhằm gửi các tín hiệu gửi về ECU

từ tín hiệu của bốn cảm biến vận tốc góc bánh xe, tín hiệu bàn đạp phanh, tín hiệu

IG (tín hiệu đánh lửa của động cơ), tín hiệu báo trạng thái rơ le van điện từ.

Tín hiệu vận tốc góc bánh xe là tín hiệu điện hình sin xoay chiều có biên độ

và tần số thay đổi, vì vậy trước khi đưa vào vi điều khiển cần được chuẩn hóa thànhxung vuông 5V Bộ phận này được tích hợp sẵn trong cảm biến

Hình 1.11 Sơ đồ tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc góc bánh xe

Các tín hiệu bàn đạp phanh, công tắc phanh tay, đều là dạng tín hiệu số giánđoạn với mức cao là 24V, mức thấp là 0V do công tắc hành trình tạo ra Do đó, để

xử lý các tín hiệu này phù hợp với mức làm việc của vi điều khiển, dùng điện trởphân áp sao cho phù hợp với mức logic của vi điều khiển (mức cao > 2,5V, mứcthấp < 1V)

*Khối cấp nguồn cho bộ điều khiển:linh kiện điện tử trong mạch ECU đều

làm việc ở mức điện áp là 5V, trong khi điện áp cung cấp trên xe là 24V Do đó đểmạch điều khiển làm việc được thì phải có nguồn nuôi ổn định ở mức điện áp 5V

*Khối điều khiển van điện từ: bộ chấp hành ABS trên xe là loại van điện từ 2

van 2 vị trí; tín hiệu điều khiển các van điện từ là dạng tín hiệu điện áp (24V), làmviệc theo nguyên tắc ON –OFF; tần số điều khiển dao động 4 – 6 Hz

1.4 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

* Mục đích:

Trên thế giới hệ thống phanh khí nén có ABS trang bị trên ô tô được sử dụngrất nhiều; các hãng cũng đưa ra các sản phẩm về hệ thống phanh có điều khiển ứngdụng cho nhiều thế hệ xe khác nhau Việc chế tạo và sử dụng hệ thống phanh khí cóđiều khiển ở Việt Nam còn ít được quan tâm, trong khi số lượng xe có phanh khíđang ngày một gia tăng Với điều kiện đường giao thông nông thôn tại Việt Nam có

độ bám bề mặt thấp, vấn đề trượt của bánh xe thường xuyên xảy ra Từ những thựctrạng trên, vấn đề đặt ra là cần thiết phải nghiên cứu về hệ thống phanh khí hiện đạicho xe tải Cho nên, cần nghiên cứu rõ việc bố trí thiết kế, cũng như chế tạo cáccụm chi tiết trong hệ thống nhất thiết phải tiến hành mô phỏng rồi thực nghiệm.Mục tiêu của đề tài là khảo sát sự biến thiên mô men phanh nhắm làm cơ sở chohoàn thiện vấn đề điều khiển hệ thống phanh Để hoàn thiện thuật toán điều khiển

hệ thống phanh cần thiết phải biết mô men phanh thay đổi nhanh hay chậm như thếnào đối với tín hiệu điều khiển Đối với phương pháp mô phỏng hiện nay rất hiệuquả và phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam Đó cũng là mục đích của đề tài

* Đối tượng: Với phạm vi của đề tài và khuôn khổ cho phép đề tài nghiên

cứu chủng loại xe sử dụng rộng rãi ở Việt Nam xe tải LIFAN 2,98 tấn

* Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu mô phỏng (trên máy tính và thực nghiệm so sánh kết quả)

1.5 NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

- Tìm hiểu tổng quan về hệ thống phanh khí có ABS

- Nghiên cứu kết cấu và nguyên lý các cụm chi tiết trong hệ thống phanh khí

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

2.1 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ PHANH

Để đánh giá chất lượng của quá trình phanh ta phải xét đến các yếu tố sau[1]

- Quãng đường phanh

- Gia tốc chậm dần khi phanh

- Thời gian phanh

- Lực phanh và lực phanh riêng

2.1.1 Gia tốc chậm dần khi phanh

Gia tốc chậm dần đều khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng đểđánh giá chất lượng phanh Khi phân tích các lực tác dụng lên ôtô, có thể viếtphương trình cân bằng lực kéo khi phanh ôtô như sau:

m i f

Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực cản lại chuyển động của ôtô có giá trị rất

bé so với lực phanh Vì thế có thể bỏ qua các lực cản P f ; P; P và khi phanh trênđường nằm ngang có phương trình: Pj = Pp

Khi đó lực phanh lớn nhất P Pmax sinh ra tại bánh xe được xác định theo biểuthức: Ppmax = Pjmax

Trong đó:

i: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ôtô

j pmax: Gia tốc chậm dần khi phanh

2.1.2 Thời gian phanh

Thời gian phanh cũng là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lượngphanh Thời gian phanh càng nhỏ thì phanh càng tốt

Để xác định thời gian phanh cần sử dụng công thức sau:

i

g dt

dv j

Muốn xác định thời gian phanh nhỏ nhất chỉ cần tích phân dt trong giới hạn

từ thời điểm ứng với vận tốc phanh ban đầu v 1 tới thời điểm ứng với v 2 ở cuối quátrình phanh:

 1 2

min

1

2

v v g

dv g

v 2: ứng với vận tốc khi kết thúc phanh

Từ biểu thức (1.5) ta thấy rằng thời gian phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vậntốc bắt đầu phanh của ôtô, phụ thuộc vào hệ số i và hệ số bám  giữa bánh xe vớimặt đường Để thời gian phanh nhỏ cần giảm i, vì vậy người lái xe cần cắt ly hợpkhi phanh

2.1.3 Quãng đường phanh

Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng, thực tế nhất để đánh giá chấtlượng phanh của ôtô So với các chỉ tiêu khác thì quãng đường phanh là chỉ tiêu màngười lái xe có thể nhận thức được một cách trực quan, dễ dàng tạo điều kiện chongười lái xe xử trí tốt trong khi phanh ôtô trên đường

Từ công thức:

dt

dv g i

min

v

v i v

v

g dv v g

j v S

g







Từ biểu thức trên ta thấy quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào:

- Vận tốc chuyển động của ôtô lúc bắt đầu phanh v 1

- Hệ số bám 

- Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay 1

Muốn giảm quãng đường phanh thì ta cần phải giảm 1 Vì vậy nếu người láicắt ly hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn hơn Ta thấy ở biểu thức

trên S min phụ thuộc vào , mà  phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên bánh xe Do

vậy S min phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ của ôtô G.

Ta có đồ thị thể hiện sự thay đổi của quãng đường phanh nhỏ nhất theo vận

tốc bắt đầu phanh v 1 và theo giá trị hệ số bám như sau:

Hình 2.1 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất

theo tốc độ bắt đầu phanh v1 và hệ số bám 

Từ đồ thị thấy rằng:

- Ở vận tốc bắt đầu phanh v 1 càng cao thì quãng đường phanh S càng lớn vì quãng đường phanh phụ thuộc bậc 2 vào v 1

- Hệ số bám  càng cao thì quãng đường phanh S càng giảm.

2.1.4 Lực phanh và lực phanh riêng

Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh.Chỉ tiêu này được dùng thuận lợi nhất là khi thử phanh ôtô trên bệ thử

- Lực phanh sinh ra ở bánh xe được xác định theo biểu thức:

b

P p

M P: mômen phanh của các cơ cấu phanh

r b: bán kính làm việc trung bình của bánh xe

- Lực phanh riêng P là lực phanh được tính trên một đơn vị trọng lượng toàn

P

max

Từ biểu thức trên ta thấy rằng lực phanh riêng cực đại bằng giá trị hệ số bám :

- Về mặt lý thuyết thì: trên mặt đường nhựa khô nằm ngang, lực phanh riêngcực đại có thể đạt giá trị 7580%

- Trong thực tế giá trị đạt được thấp hơn nhiều khoảng 45 đến 65%

Trong các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh thì chỉ tiêu quãng đường phanh làđặc trưng nhất và có ý nghĩa quan trọng nhất, vì khi biết được quãng đường phanhcho phép thì người lái hình dung được vị trí xe sẽ dừng trước một chướng ngại vật

mà họ phải xử lý để khỏi xảy ra tai nạn khi người lái xe phanh ở tốc độ ban đầu nào

đó Cần chú ý rằng bốn chỉ tiêu nêu trên có giá trị ngang nhau (giá trị tương đương),nghĩa là khi đánh giá hiệu quả phanh chỉ cần một trong bốn chỉ tiêu nói trên

2.1.5 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của một số nước phát triển

Việc dùng chỉ tiêu nào để đánh giá hiệu quả phanh là tùy thuộc vào trạng tháitrang thiết bị đo lường của từng nước và sự phát triển nền công nghiệp của nước đó.Sau đây sẽ trình bày chỉ tiêu đánh giá hiệu quả ở một số nước

Bảng 2.1 Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của một số nước

M5T M2

M>5 T M3

M3.5T N1

3.5T<M

N2

M>12T N3

2.2 HIỆN TƯỢNG TRƯỢT LẾT CỦA BÁNH XE KHI PHANH

2.2.1 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh

Hình 2.2 thể hiện các lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh khingười lái xe đạp bàn đạp phanh[10]., [3]., [7]., [6]., [9]

Zb- Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe

M p - Mô men phanh

M jb - Mô men quán tính

M f - Mô men cản lăn

P p - Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường