Nghiên cứu hệ thống hạn chế trượt quay của bánh xe ô tô trên cơ sở hệ thống phanh khí nén có ABS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Anh Vũ NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY CỦA BÁNH XE Ô TÔ TRÊN CƠ SỞ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS Ngành: Kỹ thuật cơ khí độ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Lê Anh Vũ

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY CỦA BÁNH XE Ô TÔ TRÊN CƠ SỞ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Lê Anh Vũ

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY CỦA BÁNH XE Ô TÔ TRÊN CƠ SỞ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS

Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

Mã số: 9520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

1 PGS TS Hồ Hữu Hải

2 PGS TS Dương Ngọc Khánh

Hà Nội – 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Công trình được thựchiện tại Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dưới sựhướng dẫn của PGS TS Hồ Hữu Hải và PGS TS Dương Ngọc Khánh Các số liệu và kếtquả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì côngtrình nào khác

Hà Nội, ngày

thán g

LỜI CẢM ƠN

Luận án tiến sĩ này được hoàn thành ngoài sự nỗ lực cố gắng của bản thân, NCS đãnhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy cô giáo, các nhà khoa học và tậpthể nghiên cứu khoa học NCS xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đõ đó

NCS xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Hồ Hữu Hải, PGS TS DươngNgọc Khánh - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là những người đã trực tiếp tận tìnhhướng dẫn, định hướng, đào tạo và giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu và hoànthành luận án

NCS xin chân thành cảm ơn các thầy giáo ở Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng - Viện

Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điềukiện giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu tại bộ môn để hoàn thành luận án này.NCS xin chân thành cảm ơn các thầy cô đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí Động lực,lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo điều kiện giúp đỡ và khuyếnkhích để NCS hoàn thành luận án này

NCS xin chân thành ghi nhận công sức, những đóng góp quý báu và nhiệt tình củacác anh, em NCS, cao học và sinh viên các khóa thuộc Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng -Viện Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình hỗ trợ, động viênNCS trong suốt thời gian NCS thực hiện luận án

Cuối cùng, NCS xin bày tỏ lòng kính yêu và biết ơn sự quan tâm động viên khuyếnkhích, cảm thông sâu sắc của gia đình, bạn bè đã tiếp thêm nghị lực cho NCS trong suốtthời gian học tập tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Nghiên cứu sinh

Lê Anh Vũ

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG vi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển của lĩnh vực sản xuất ô tô tải 4

1.1.1 Thực trạng 4

1.1.2 Định hướng phát triển 4

1.1.3 Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển 5

1.1.4 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm và sản xuất hệ thống chống trượt cho ô tô tải 6

1.2 Hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động 6

1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 9

1.3.1 Lịch sử phát triển hệ thống chống trượt quay có điều khiển 9

1.3.2 Các công trình nghiên cứu về hệ thống chống trượt quay bánh xe 10

1.4 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam 15

1.5 Mục tiêu, phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 16

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu 16

1.5.2 Nội dung nghiên cứu 16

1.5.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 17

1.5.4 Phương pháp nghiên cứu 18

1.6 Bố cục của luận án 18

1.7 Kết luận chương 1 19

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 21

2.1 Mô đun mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô 22

2.2 Mô đun mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực có vi sai 23

2.3 Mô đun mô hình mô phỏng bánh xe 26

2.3.1 Phương trình chuyển động quay của bánh xe bị động 26

2.3.2 Phương trình chuyển động quay của bánh xe chủ động 27

2.3.3 Phản lực tiếp tuyến tại bánh xe 29

2.4.1 Mô phỏng cơ cấu phanh bánh xe 32

2.4.2 Mô phỏng dẫn động phanh 36

2.5 Mô phỏng khảo sát chuyển động của ô tô 40

2.6 Khảo sát ảnh hưởng của mô men phanh tới đặc tính tăng tốc của ô tô 44

2.7 Kết luận chương 2 48

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG 50

3.1 Cấu trúc hệ thống 50

3.2 Trạng thái làm việc của các van chấp hành 52

3.3 Thuật toán điều khiển 54

3.4 Mô đun mô phỏng bộ điều khiển trong hệ thống 56

3.4.1 Sơ đồ bộ điều khiển 56

3.4.2 Mô phỏng điều khiển cơ cấu chấp hành 56

3.4.3 Mô phỏng bộ điều khiển 58

3.5 Nghiên cứu xác định ngưỡng điều khiển theo độ trượt của bánh xe 59

3.6 Kết luận chương 3 69

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG 71

4.1 Thiết kế chế tạo hệ thống 71

4.1.1 Mục đích và đối tượng 71

4.1.2 Cảm biến sử dụng trong hệ thống 71

4.1.3 Cụm van chấp hành 73

4.1.4 Thí nghiệm kiểm tra sự làm việc của cụm van chấp hành 75

4.1.5 Bộ điều khiển điện tử 78

4.2 Thực nghiệm hệ thống 83

4.2.1 Mục đích và phương pháp thực nghiệm 83

4.2.2 Chế tạo thiết bị thực nghiệm 84

4.2.3 Trình tự thực nghiệm 92

4.2.4 Kết quả thực nghiệm 94

4.3 Kết luận chương 4 99

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 102

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN 107

PHỤ LỤC……… 109

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

1 Ký hiệu bằng chữ cái La tinh

A 1 ,A 2 Lần lượt là tiết diện đường ống phanh trước và sau m2

C v Hệ số tiết lưu

DK3/2_p

i 0 Tỷ số truyền của truyền lực chính

i h1 Tỷ số truyền tay số 1

K Nhiệt trị riêng của chất khí

K g Hệ số chuyển đổi của chất khí

M

M t p2 , M p p2 Mô men phanh tại bánh xe bên trái, phải N.m

λ1, λ2 Ngưỡng trượt dưới và trên

φ p x , φ t x Hệ số bám bánh xe bên phải và trái

ASR Hệ thống chống trượt quay

(Anti Spin Regulator - Antriebsschlupfregelung)

ECU Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit)

ESP Chương trình điều khiển ổn định điện tử (Electronic Stability

Program)

FLC Điều khiển lôgic mờ (Fuzzy Logic Controller)

TCS Hệ thống điều khiển lực kéo (Traction control system)

VSC Hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Vehicle Stability Control)

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số của xe nghiên cứu 17

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật cơ cấu phanh 34

Bảng 2.2 Giá trị mô men phanh tính toán 34

Bảng 2.3 Giá trị mô men cơ cấu phanh bánh xe từ thí nghiệm 35

Bảng 2.4 Thông số sử dụng trong tính toán mô phỏng 41

Bảng 2.5 Các trường hợp mô phỏng với mức ga 30% 42

Bảng 2.6 Quan hệ giữa mô men phanh bánh xe với gia tốc cực đại (Gia tốc_max) cùng thời gian duy trì gia tốc lớn nhất (Thời gian) 47 Bảng 3.1 Tổng hợp các phương án mô phỏng xác định ngưỡng trượt điều khiển 61

Bảng 3.2 Giá trị độ trượt trung bình thu được khi mô phỏng quá trình khởi hành với một số giá trị ngưỡng và hệ số bám của đường khác nhau 65 Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật cảm biến vận tốc góc E2A-S08-KS02-WP-C1 72

Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của van 3/2 KTA317 74

Bảng 4.3 Trạng thái điều khiển của cụm van chấp hành 75

Bảng 4.4 Thông số cảm biến đo áp suất Sensys loại M5156-10286X-020BG 75

Bảng 4.5 thông số kỹ thuật cảm biến lực PST-A5t 88

Bảng 4.6 Tổng hợp kết quả sự trượt quay bánh xe 96

Bảng 4.7 Tổng hợp kết quả lực dọc của ô tô 98

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe. 7

Hình 1.2 Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trượt với các loại lốp 8

Hình 1.3 Nghiên cứu về hệ thống TCS của Huiyi Wang 13

Hình 1.4 Hệ thống chống trượt quay của hãng Wabco cho xe tải 15

Hình 1.5 Ô tô nghiên cứu 17

Hình 2.1 Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống 21

Hình 2.2 Các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động 22

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống truyền lực 23

Hình 2.4 Đặc tính mô men của động cơ 25

Hình 2.5 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị động 26

Hình 2.6 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động 27

Hình 2.7 Sơ đồ tính lực dọc 31

Hình 2.8 Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt dọc 32

Hình 2.9 Sơ đồ lực tác động trong cơ cấu phanh tang trống 33

Hình 2.10 Sơ đồ thí nghiệm đo mô men phanh bánh xe 35

Hình 2.11 Quan hệ áp suất và mô men phanh bánh xe theo tính toán và thí nghiệm 36

Hình 2.12 Sơ đồ mô phỏng dẫn động phanh khí nén của hệ thống 36

Hình 2.13 Mô men bán trục, vận tốc góc bánh xe khi ô tô chuyển động trên đường có hệ số bám hai bên bánh xe bằng 0.842 Hình 2.14 Mô men bán trục, vận tốc góc bánh xe khi ô tô chuyển động trên đường có hệ số bám hai bên bánh xe khác nhau (φt =0,1, φp =0,8) 43 Hình 2.15 Sơ đồ mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô khi tác động phanh 44

Hình 2.16 Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô và độ trượt bánh xe khi ở mức ga 80% trên đường hệ số bám một bên bánh xe chủ động bằng 0.2 (φt =0,2, φp =0,8) 45 Hình 2.17 Vận tốc, gia tốc ô tô và độ trượt bánh xe khi ở mức ga 80% trên đường hệ số bám một bên bánh xe chủ động bằng 0.5 (φt =0,5, φp =0,8) 46 Hình 2.18 Quan hệ giữa hệ số bám, mô men phanh bánh xe với tỷ lệ thời gian duy trì gia tốc lớn nhất của ô tô 48 Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống phanh khí nén có ABS 50

Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe bằng phanh khí nén 51

Hình 3.4 Sơ đồ ký hiệu của van 3/2 thường đóng 53

Hình 3.5 Trạng thái làm việc của các van chấp hành 53

Hình 3.6 Thuật toán điều khiển hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe 54

Hình 3.7 Tín hiệu và các pha điều khiển hệ thống theo độ trượt 55

Hình 3.8 Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe chủ động 56

Hình 3.9 Sơ đồ một mô đun điều khiển van 3/2 trong hệ thống 57

Hình 3.10 Các biến điều khiển van 3/2, van ABS, áp suất bầu phanh và mô men phanh bánh xe ở bên bánh xe bị trượt quay 57

Hình 3.11 Sơ đồ mô tả một mô đun điều khiển 59

Hình 3.12 Sơ đồ mô tả mô hình mô phỏng hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe 59

Hình 3.13 Sơ đồ mô tả phương pháp xác định ngưỡng điều khiển 60

Hình 3.14 Vận tốc góc bánh xe, gia tốc ô tô, độ trượt và mô men phanh bánh xe khi một bên bánh xe chủ động khởi hành trên đường có hệ số bám bằng 0.45 (φt = 0,45, φp =0,8) với ngưỡng điều khiển λ1 = 0,05, λ2 = 0,25 62

Hình 3.15 Vận tốc góc bánh xe, gia tốc ô tô, độ trượt và mô men phanh bánh xe khi một bên bánh xe chủ động khởi hành trên đường có hệ số bám bằng 0.45 (φt =0,45, φp =0,8) với ngưỡng điều khiển λ1 = 0,2, λ2 = 0,4 62

Hình 3.16 Vận tốc góc bánh xe, gia tốc ô tô, độ trượt và mô men phanh bánh xe khi một bên bánh xe chủ động khởi hành trên đường có hệ số bám bằng 0.45 (φt=0,45, φp =0,8) với ngưỡng điều khiển λ1 = 0,05, λ2 = 0,4 63

Hình 3.17 Vận tốc góc bánh xe, gia tốc ô tô, độ trượt và mô men phanh bánh xe khi một bên bánh xe chủ động khởi hành trên đường có hệ số bám bằng 0.2 (φt=0,2, φp =0,8) với ngưỡng điều khiển λ1 = 0,2, λ2 = 0,25 64

Hình 3.18 Vận tốc, gia tốc ô tô và vận tốc góc bánh xe, độ trượt bánh xe khi một bên bánh xe chủ động đi trên đường có hệ số bám bằng 0.1 (φt=0,1, φp =0,8) 66

Hình 3.19 Vận tốc, gia tốc ô tô và vận tốc góc bánh xe, độ trượt bánh xe khi một bên bánh xe chủ động đi trên đường có hệ số bám bằng 0.2 (φt=0,2, φp =0,8) 66

Hình 3.20 Vận tốc, gia tốc ô tô và vận tốc góc bánh xe, độ trượt bánh xe khi một bên bánh xe chủ động đi trên đường có hệ số bám bằng 0.3 (φt=0,3, φp =0,8) 67

Hình 3.21 Gia tốc cực đại đạt được khi có điều khiển (φt=0,1 ÷0,3, φp =0,8) 68

Hình 3.22 Lực kéo của ô tô khi một bên bánh xe chủ động đi trên đường có hệ số bám bằng 0.1 (φt=0,1, φp =0,8) 68

Hình 4.1 Sơ đồ mạch cảm biến E2A-S08-KS02-WP-C1 72

Hình 4.2 Sơ đồ cụm van chấp hành 74

Hình 4.3 Sơ đồ lắp ghép cụm van chấp hành hạn chế trượt quay được chế tạo thử 74

Hình 4.4 Sơ đồ cảm biến đo áp suất khí nén 75

Hình 4.5 Biến thiên áp suất bầu phanh với ô tô nguyên bản 77

Hình 4.6 Biến thiên áp suất bầu phanh khi lắp van chấp hành và kích hoạt 77

Hình 4.7 Cấu trúc bộ điều khiển điện tử 78

Hình 4.8 Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu từ cảm biến vận tốc góc bánh xe phía trước 79 Hình 4.9 Sơ đồ tính các thông số để transistor bão hòa 80

Hình 4.10 Bảng mạch hoàn thiện của bộ điều khiển 82

Hình 4.11 Sơ đồ nguyên lý của bộ điều khiển 83

Hình 4.12 Thiết bị đo – ghi dữ liệu 84

Hình 4.13 Sơ đồ đấu dây cho giắc nguồn 85

Hình 4.14 Sơ đồ đấu dây cho cảm biến lực (đo lực dọc của ô tô) 85

Hình 4.15 Sơ đồ đấu dây cho cảm biến tốc độ (đo vận tốc góc bánh xe) 85

Hình 4.16 Sơ đồ đấu dây cho cảm biến áp suất 86

Hình 4.17 Giao diện phần mềm đo, ghi dữ liệu 86

Hình 4.18 Sơ đồ mạch đo, ghi vận tốc góc bánh xe 87

Hình 4.19 Mô tả thực nghiệm đo vận tốc góc bánh xe ô tô 88

Hình 4.20 Cảm biến Load cell PST-A5t 88

Hình 4.21 Sơ đồ mạch đo lực dọc 89

Hình 4.22 Mô tả thực nghiệm đo lực dọc của ô tô 89

Hình 4.23 Định chuẩn thiết bị đo lực dọc của ô tô 90

Hình 4.24 Đồ thị định chuẩn lực kéo và điện áp ra bộ đo dữ liệu 90

Hình 4.25 Sơ đồ mạch đo, ghi áp suất khí nén 91

Hình 4.26 Đồ thị định chuẩn áp suất khí nén và dòng điện ra bộ đo dữ liệu 91

Hình 4.27 Vận tốc 4 bánh xe trên nền xưởng công nghiệp 94

Hình 4.28 Vận tốc ô tô khi có điều khiển 95

Hình 4.29 Độ trượt bánh xe khi có điều khiển 95

Hình 4.30 Áp suất khí nén tại bầu phanh và bình chứa 95

Hình 4.31 Vận tốc 4 bánh xe khi lắp cảm biến lực vào sau ô tô 97

Hình 4.32 Giá trị tổng lực dọc của ô tô 97

Hình 4.33 Áp suất khí nén tại bầu phanh và bình chứa khi đo lực dọc 98

MỞ ĐẦU

Sau hơn 20 năm xây dựng, mặc dù đã phát triển mạnh so với những năm đầu thập niên

90 của thế kỷ trước, nhưng ngành công nghiệp ô tô Việt Nam vẫn ở mức quy mô nhỏ với côngnghệ lạc hậu Đại đa phần các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước có quy mô vừa và nhỏvới công việc chủ yếu là lắp ráp dạng CKD (Completely Knocked Down), trên cơ sở linh kiệnnhập khẩu từ nước ngoài Tỷ lệ nội địa hóa trong sản phẩm ô tô trong nước còn rất thấp Mặc

dù đã có nhiều chính sách ưu đãi của Chính phủ đối với các dòng xe tải nhỏ và trung bình,nhưng lĩnh vực sản xuất ô tô tải vẫn còn đang trong một tình trạng không mấy khả quan Chỉmột số ít sản phẩm của khung vỏ, thùng bệ, ca bin có thể tự sản xuất được, còn hầu hết các bộphận chính từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển… đều được nhậpngoại, trong đó phần lớn các linh kiện là từ Trung Quốc với chất lượng thấp, qui mô sản xuất

và mức đầu tư cho công nghệ còn thấp, chất lượng còn rất hạn chế

Với bối cảnh như vậy, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam còn rất nhiều việc phải làm

để có thể sản xuất ra những sản phẩm ô tô tải mang thương hiệu Việt Nam có chất lượng

và giá thành về trước mắt đáp ứng nhu cầu trong nước và về lâu dài để hướng tới xuấtkhẩu, hội nhập với khu vực và thế giới

Theo quy hoạch của Chính phủ trong Quyết định số 229/QĐ-TTg ngày 04/02/2016

về Cơ chế, chính sách thực hiện Chiến lược và Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô

tô Việt Nam, trong đó thể hiện sự quan tâm lớn đến công nghiệp phụ trợ Theo bản Quyhoạch này, mục tiêu cho đến năm 2020, công nghiệp ô tô Việt Nam có thể chế tạo đượcmột số chi tiết quan trọng trong hệ thống truyền lực, phanh, đặc biệt chú trọng vào xekhách và xe tải nhẹ

Trước tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các cụm chi tiết trên ô

tô, thì cần phải có đầu tư đặc biệt cho lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu phục vụ cho việcthiết kế chế tạo, trong đó có các cụm của hệ thống điều khiển điện tử, nhằm phát triển sảnphẩm có chất lượng cao

Hệ thống chống trượt quay bánh xe là một hệ thống tự động điều khiển vận tốc gócbánh xe chủ động nhằm tận dụng tối đa hệ số bám dọc và bám ngang của bánh xe chủ độngkhi đi trên đường có hệ số bám hai bên khác nhau [16] Hệ thống này sẽ nâng cao hiệu quảsử dụng cũng như tăng tính năng an toàn chuyển động của ô tô Hiện nay các hãng xe đãnghiên cứu chuyên sâu về cả lý thuyết lẫn thực nghiệm để thiết kế và chế tạo các các hệthống chống trượt quay bánh xe chủ động và trang bị rộng rãi trên các dòng xe khác nhaubằng cách tác động trực tiếp hoặc gián tiếp vào các hệ thống phanh, hệ thống truyền lực, hệthống treo của ô tô [29] Tuy nhiên, với điều kiện còn nhiều thiếu thốn về cơ sở vật chất,trang thiết bị thí nghiệm như hiện nay, các nhà khoa học Việt Nam bước đầu nghiên cứu

phát triển tách biệt hệ thống phanh hoặc hệ thống truyền lực thành hệ thống chống trượtquay bánh xe chủ động.

Xuất phát từ những nhu cầu ở trên, nghiên cứu sinh đã chọn hướng nghiên cứu pháttriển hệ thống phanh ABS khí nén của xe tải nhỏ có bổ sung hệ thống hạn chế trượt quaybánh xe chủ động khi đi trên đường có hệ số bám không đồng nhất nhằm góp phần làm chủcông nghệ chế tạo phục vụ chiến lược nội địa hóa công nghiệp ô tô Việt Nam

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động của xe tải 4x2 trên đường có hệ

số bám khác nhau (2 bên bánh xe chủ động) từ đó đề xuất và chế tạo một mẫu (ban đầu) hệthống hạn chế trượt quay bánh xe với giải pháp tác động phanh bánh xe bị trượt quay trên

cơ sở hệ thống phanh khí nén có ABS nhằm nâng cao tính năng động lực học cho ô tô

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ độngcho ô tô tải 4x2 được trang bị hệ thống phanh khí nén có ABS của đề tài khoa học công

nghệ cấp nhà nước, mã số KC.03.05/11-15.

Phạm vi nghiên cứu

Điều khiển hệ thống phanh khí nén nhằm hạn chế trượt quay từng bên bánh xe chủđộng của ô tô trên đường có hệ số bám không đồng nhất

Phương pháp nghiên cứu

Với mục đích nghiên cứu chế tạo thành công hệ thống hạn chế trượt quay trên ô tô,luận án đã dùng nghiên cứu mô phỏng trên máy tính để khảo sát các ảnh hưởng hệ số bám

và hiệu quả điều khiển tới đặc tính tăng tốc của ô tô tải ở các loại đường Trên cơ sở đó xácđịnh sơ bộ giá trị ngưỡng điều khiển Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển và dùng phươngpháp nghiên cứu thực nghiệm để phân tích, điều chỉnh hệ thống hoạt động tốt trong thực tế

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Luận án đã đề xuất được phương án phát triển từ hệ thống phanh khí nén ABS có bổsung hệ thống hạn chế trượt quay của bánh xe chủ động Nghiên cứu xây dựng mô hình hệthống hạn chế trượt quay, đề xuất thuật toán điều khiển và phương pháp xác định ngưỡngđiều khiển hệ thống Điều này cho phép gợi mở các hướng nghiên cứu lý thuyết và thựcnghiệm áp dụng với các sản phẩm nội địa với điều kiện hiện có

Hệ thống được chế tạo phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo hiện đang áp dụngtại Việt Nam, cho phép thử nghiệm để tiến tới sản xuất hàng loạt nhằm giảm chi phí sảnxuất thực tế và hiện đại hóa ô tô sản xuất tại Việt Nam Sự thành công của đề tài góp phầnhoán cải và sản xuất các ô tô tải có sử dụng phanh khí có hiệu quả, giảm thiểu giá thành ô

tô để tăng năng lực cạnh tranh với ô tô nhập ngoại

Nội dung và bố cục của luận án:

Luận án sẽ tiến hành các nội dung nghiên cứu như sau:

- Khảo sát ảnh hưởng của mô men phanh tới đặc tính tăng tốc của ô tô tải trên đường

có hệ số bám không đồng nhất;

- Nghiên cứu đề xuất được thuật toán điều khiển và xác định được ngưỡng điều khiểntheo độ trượt phù hợp với xe thí nghiệm;

- Chế tạo hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe chủ động cho ô tô tải 4x2;

- Chế tạo hệ thống đo ứng dụng các cảm biến vận tốc góc bánh xe, lực kéo và áp suấtkhí nén cho ô tô nghiên cứu;

- Thực nghiệm, nhận xét khả năng hoạt động của toàn hệ thống hạn chế trượt quaybánh xe

Với các nội dung nghiên cứu trên, nội dung luận án được trình bày trong các phần chính như sau:

Chương 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 2 Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống

Chương 3 Nghiên cứu bộ điều khiển và mô phỏng hoạt động của hệ thống

Chương 4 Thiết kế, chế tạo và thực nghiệm hệ thống

Kết luận

Các kết quả nghiên cứu mới của luận án

Luận án trình bày các kết quả nghiên cứu mới gồm:

- Đề xuất mô hình hệ thống hạn chế trượt quay của bánh xe chủ động trên cơ sở hệ thống phanh khí nén có trang bị ABS;

- Đề xuất thuật toán điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe chủ động cho ô tô tải có trạng bị hệ thống phanh ABS khí nén;

-Thiết kế, chế tạo một mẫu ban đầu hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động và

thực nghiệm trên ô tô nghiên cứu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển của lĩnh vực sản xuất ô tô tải

Mặc dù đã đạt được một số thành tựu, sau hơn 20 năm xây dựng và phát triển ViệtNam vẫn đang sở hữu một ngành công nghiệp ô tô quy mô nhỏ, công nghệ còn hạn chế Đa

số các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước có quy mô vừa và nhỏ với công việc chủ yếu

là lắp ráp dạng CKD trên cơ sở linh kiện nhập khẩu từ nước ngoài Doanh nghiệp ô tô lớnnhất Việt Nam hiện nay là Trường Hải cũng vẫn chỉ là cơ sở lắp ráp với tỷ lệ nội địa hóathấp

Trong bối cảnh chung của ngành công nghiệp ô tô như vậy, lĩnh vực sản xuất ô tô tải,mặc dù được hưởng nhiều chính sách ưu đãi của Chính phủ cũng đang ở trong một tìnhtrạng không mấy khả quan Hầu hết các doanh nghiệp ô tô Việt Nam mới chỉ sản xuất đượcmột số sản phẩm của khung vỏ, thùng bệ, ca bin và một số chi tiết khác Toàn bộ phần máymóc từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển… đều được nhập khẩu từnước ngoài, trong đó phần lớn là từ Trung Quốc

Với linh kiện nhập khẩu từ Trung Quốc chất lượng thấp, quy mô sản xuất không lớn

và mức đầu tư cho công nghệ thấp, ô tô tải nội địa thường có chất lượng không cao

Trước tình hình trên, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam còn rất nhiều việc phải làm

để có thể sản xuất ra những chiếc ô tô tải có chất lượng và giá thành đáp ứng nhu cầu trongnước và hướng tới xuất khẩu, hội nhập với khu vực và thế giới

1.1.2 Định hướng phát triển

Trước tình hình trên, trong tháng 7/2014 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành 2 văn bảnquan trọng là “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìnđến năm 2030” và “Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2025, tầm

số 229/QĐ-TTg về Cơ chế, chính sách thực hiện Chiến lược và Quy hoạch phát triển ngànhcông nghiệp ô tô Việt Nam.

Theo quy hoạch của Chính phủ, cần “Chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụcho sản xuất nông nghiệp …” nhằm đạt được sản lượng xấp xỉ 100.000 xe vào năm 2020,đáp ứng 78% nhu cầu tiêu thụ nội địa

Bản Quy hoạch lần này đã thể hiện sự quan tâm đặc biệt đến công nghiệp phụ trợ:

“Giai đoạn đến năm 2020, cơ bản hình thành ngành công nghiệp hỗ trợ cho sản xuất ô tô.Phấn đấu đáp ứng 30 - 40% (về giá trị) nhu cầu linh kiện, phụ tùng của sản xuất, lắp ráp xe

ô tô trong nước, chế tạo được một số chi tiết quan trọng trong bộ phận truyền động, hộp số,động cơ (nhất là cho xe khách và xe tải nhẹ)”

Sự quan tâm đặc biệt của Chính phủ tới công nghiệp hỗ trợ đã được khẳng định bằngNghị định số 111/2015/NĐ-CP về Phát triển công nghiệp hỗ trợ, ban hành ngày03/11/2015, trong đó định rõ những chính sách hỗ trợ phát triển đối với ngành công nghiệpnày, trong đó có lĩnh vực sản xuất phụ tùng ô tô

1.1.3 Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển

Hiện nay ở Việt Nam có khá nhiều doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô tải, chủ yếu

là loại nhỏ và trung bình Có thể kể đến những nhà sản suất lớn như Trường Hải, VEAM,TMT Ngoài ra còn có các liên doanh cũng tham gia sản xuất một số loại ô tô tải các cỡ.Nhìn chung, các sản phẩm trong lĩnh vực này đều dựa trên các bộ linh kiện nhậpkhẩu (chủ yếu từ Trung Quốc và Hàn Quốc) với tỷ lệ nội địa hóa không cao Phần sản xuấttrong nước chỉ có ca bin, thùng xe và khung Với mức đầu tư về chất xám và trang thiết bịcòn khiêm tốn, chất lượng của các sản phẩm của các cơ sở lắp ráp trong nước còn ở mức

độ hạn chế Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ô tô chủ yếu cho thị trường trong nước hiệnnay nhờ có ưu thế về giá thành

Một trong những nguyên nhân chính kìm hãm sự phát triển của ngành công nghiệp ô

tô Việt Nam là sự yếu kém của công nghiệp phụ trợ Theo thống kê, hiện nay ở Việt Nam,hiện chỉ có khoảng 40 nhà cung cấp linh kiện trên tổng số 50 nhà lắp ráp, trong khi TháiLan có tới trên 1.500 doanh nghiệp phụ trợ với tỷ lệ nội địa hóa đạt tới 70%-80% ĐàiLoan cũng có khoảng trên 2.000 nhà đầu tư sản xuất linh kiện phụ tùng thay thế

Với thực trạng trên, tỷ lệ nội địa hoá của các loại ô tô lắp ráp trong nước là rất thấp Theo

Bộ Công thương (2016): "Tỷ lệ nội địa hoá đạt thấp, …" đến nay chủ yếu mới đạt bình quân 10% Đối với xe con của Thaco đạt 15-18%, của Toyota Việt Nam đạt 37% đối với dòng xeInova Đối với xe tải nhẹ: Thaco đạt khoảng 33%, Vinaxuki đạt khoảng 50%”

7-Như vậy, có thể thấy rằng các nhà sản xuất trong nước thực chất mới chỉ làm côngviệc lắp ráp mà chưa quan tâm đến nghiên cứu phát triển để có thể tiến tới chế tạo nhữngchiếc xe mang thương hiệu Việt Nam và đưa các doanh nghiệp trong nước hội nhập với thếgiới

Trước tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các cụm và các hệthống cho ô tô, thì cần phải có đầu tư chiều sâu, đặc biệt là đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứuphát triển sản phẩm có chất lượng cao Trong đó, ưu tiên hàng đầu cần được dành cho cácnghiên cứu chuyên sâu phục vụ cho việc thiết kế chế tạo các hệ thống điều khiển điện tửchiếm tỷ trọng giá trị cao.

1.1.4 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm và sản xuất hệ thống chống trượt cho ô tô tải

Cho tới ngày nay, các nhà máy cơ khí Việt Nam mới chỉ sản xuất được một số dạngchi tiết cơ khí đơn giản phục vụ cho việc thay thế phụ tùng trong sửa chữa ô tô như: bánhrăng trụ, bánh răng côn, nhíp, thùng xe

Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, trong những năm gầnđây, đã xuất hiện một số đề tài nghiên cứu thiết kế các hệ thống điều khiển điện tử như đềtài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm hệ thống ABS cho hệ thống phanh khí néntrên ô tô tải sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam” là một trong những đề tài trọng điểm cấp Nhànước KC.03.05/11-15 đã được thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội với nhữngkết quả ban đầu được đánh giá cao Tuy nhiên, các đề tài trên chỉ giải quyết chống trượt lếtcủa bánh xe, chưa giải quyết chống trượt quay của bánh xe chủ động

1.2 Hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động

Trên thực tế khi ô tô hoạt động, lực bám giữa lốp xe và mặt đường có giới hạn vàthay đổi tùy theo tính chất của mặt đường Do vậy không phải lúc nào mô men từ động cơtruyền xuống cũng chuyển hết thành mô men kéo của bánh xe Trường hợp mô men từđộng cơ truyền xuống cầu chủ động, đến các bán trục lớn hơn giới hạn bám của bánh xetrên mặt đường sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay tại các bánh xe chủ động [26]

Lực bám sinh ra ở bánh xe chủ động được xác định bằng công thức:

Trong đó: φ là hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường

Trong quá trình ô tô khởi hành và tăng tốc, nếu mô men ở trên bánh chủ động từ động

cơ truyền xuống lớn hơn mô men sinh ra do lực bám của mặt đường (Mx> Mφ) hoặc lực cảnlớn (hệ số bám hai bên bánh xe bằng nhau) làm cho bánh xe chủ động sẽ bị trượt quay, khi đó

hệ số bám dọc giảm và hệ số bám ngang cũng giảm xuống thấp Điều đó làm cho hiệu quả tăngtốc và tính ổn định khi tăng tốc giảm rõ rệt, tăng sự mòn lốp Có thể xem xét cụ thể hơn qua đồ

Hình 1.1 Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe.

Ở đây với φx và φy là hệ số bám dọc và hệ số bám ngang của bánh xe khi tác độngphanh Qua đồ thị có thể thấy khi độ trượt nằm trong khoảng 10% - 30% thì hệ số bám dọc

và bám ngang đều lớn

Mục đích của hệ thống chống trượt quay bánh xe là duy trì hệ số trượt giữa bánh xe

và mặt đường khi tăng tốc trong mọi điều kiện nằm trong khoảng 10%–30% để đảm bảo hệ

số bám dọc và bám ngang đều cao nhằm tận dụng được trọng lượng bám ở từng bánh xe

Do đó hệ thống này cần thiết xác định độ trượt thực tế ở các bánh xe để có tác động điềukhiển đến các cơ cấu chấp hành

Sự trượt dọc của bánh xe gắn liền với sự biến dạng theo chu vi lốp Do tác dụng bởi

mô men xoắn ở bánh xe, các lớp lốp ở vùng tiếp xúc bị biến dạng, gây nên dịch chuyểntương đối với nền và được xác định bằng độ trượt dọc

Độ trượt của bánh xe chủ động biểu thị bởi tỷ lệ phần trăm của vận tốc ô tô với vậntốc góc bánh xe và được xác định theo công thức [66]:

Trong đó: v là vận tốc của thân xe (vận tốc thực tế của ô tô),

v = v 0 ; λ=0 % (1.4)+ Khi bánh xe bị trượt quay hoàn toàn:

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, độ trượt của bánh xe có ảnh hưởng lớn tới hệ số bám

dọc (φ x) của bánh xe với mặt đường Đặc tính quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trượt, một

số loại lốp trên loại đường cụ thể, được mô tả trên hình 1.2 [3], [7]

Hình 1.2 Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trượt với các loại lốp

2- Lốp mành chéo chạy trên đường nhựa ướt; 4- Lốp mành tròn chạy trên đường băng Đối với mỗi loại đường, loại lốp khác nhau cho kết quả quan hệ φ x và λ khác nhau và

giới hạn vùng có hệ số bám tốt nhất (vùng cần tác động điều khiển) ở từng trường hợpcũng thay đổi không đồng đều, có thể sớm hoặc muộn hơn Do đó, trong quá trình nghiêncứu, tính toán hiện tượng trượt quay bánh xe cần xem xét quan hệ động lực học bánh xe vàsử dụng đúng chủng loại lốp của nhà sản xuất [7]

Hệ thống chống trượt quay bánh xe sử dụng hệ thống phanh được nghiên cứu, theo dõi

và điều khiển áp suất phanh cho từng bên bánh xe nhằm duy trì độ trượt biến đổi trong phạm

vi giá trị trượt tối ưu nhằm giảm thiểu hiện tượng trượt quay, tăng tính an toàn cho ô tô khibánh xe ở vùng có hệ số bám thấp [27] Vùng giá trị trượt tối ưu là ngưỡng điều khiển hay điềukhiển theo giá trị độ trượt định trước, song giá trị này xác định chính xác là vấn đề khó bởi sự

xác định vận tốc góc bánh xe cầu trước (bị động) và cầu sau (chủ động) khá nhanh và sai

số ít, từ đó dễ dàng tính toán độ trượt cúa bánh xe chủ động

Do vậy, luận án tiến hành tìm hiểu các phương pháp điều khiển mô men phanh từngbánh xe nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động của ô tô

1.3 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

1.3.1 Lịch sử phát triển hệ thống chống trượt quay có điều khiển

Hiện nay trên thế giới, hệ thống phanh có điều khiển đã được tích hợp với các hệthống điều khiển chống trượt quay với nhiều tên gọi như TCS (Traction Control System),ASR (Anti Spin Regulator - Antriebsschlupfregelung), ATC (Automatic Traction Control)[24] Các hệ thống này đã được áp dụng rộng dãi nhằm nâng cao lực kéo, tính ổn định vàtính an toàn của ô tô trong mọi chế độ hoạt động khi ô tô đi ở nhiều loại đường có hệ sốbám khác nhau hay trong những trường hợp làm việc khẩn cấp [14], [15], [22], [42], [62].Bắt đầu từ thập niên 1980 hệ thống phanh có điều khiển được phát triển mạnh nhờ hệthống điều khiển kỹ thuật số, vi xử lý (digital microprocessors/microcontrollers) thay chocác hệ thống điều khiển tương tự (analog) đơn giản trước đó, thông qua các mốc thời gian:

- Năm 1986, hãng WABCO giới thiệu hệ thống ASR với bộ điều khiển B gồm 6 kênh điều khiển ABS

- Năm 1990, hãng WABCO giới thiệu hệ thống ABS/ASR thế hệ C, với bộ chẩn đoán lỗi và các chức năng bổ sung đi kèm

- Năm 1994, hãng WABCO giới thiệu hệ thống VCS (Vario Compact System) dành cho ô tô kéo moóc

-Năm 1996, hãng WABCO giới thiệu hệ thống điều khiển điện tử cho hệ thống phanh

- Năm 1998, hãng WABCO giới thiệu hệ thống EBS dành cho ô tô kéo moóc đượchoàn thiện và bắt đầu bắt buộc phải lắp đặt hệ thống chống trượt bánh xe trên các ô tô tảihạng nhẹ tại một số quốc gia [48]

-Năm 2000, hãng WABCO giới thiệu hệ thống hệ thống chống trượt bánh xe trên ô tôkéo moóc, hệ thống điều khiển phanh cho đoàn xe EBL (Electronic Brake force Limitation)

- Năm 2003, hãng WABCO giới thiệu hệ thống điều khiển ổn định chống lật – RSC (Roll stability control)

- Năm 2008, hệ thống phanh có điều khiển phiên bản mới có chức năng mở rộngnhư: Hệ thống điều khiển ổn định điện tử (ESC- Electronic Stability Control), hệ thốngđiều khiển lực kéo (ATC – Automatic Traction Control) kết hợp điều khiển động cơ [23]

1.3.2 Các công trình nghiên cứu về hệ thống chống trượt quay bánh xe

Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống phanh nói chung và

hệ thống chống trượt quay (kiểm soát lực kéo) nói riêng Có thể kể đến các công trìnhnghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực kiểm soát lực kéo như sau:

Điều khiển kiểm soát mô men động cơ:

- Tháng 12 năm 1990, Matsumoto đã công bố công trình nghiên cứu “Kiểm soát lực kéo

để ngăn trượt xe trên đường cong và khi quay vòng” [56] Nghiên cứu sử dụng các cảm biến:tốc độ ô tô, vận tốc góc các bánh xe, góc đánh lái, gia tốc dọc, độ cao bánh xe, từ đó điều khiển

mô tơ bướm ga và cơ cấu phanh trong trường hợp phát hiện sự trượt quay của

bánh xe

Khi bánh xe tăng tốc và đánh lái mạnh có thể dẫn đến các bánh xe trượt quay, sự phân bốtải trọng đến các bánh xe cầu trước thay đổi theo chiều hướng giảm, làm giảm khả năng tiếpnhận phản lực từ mặt đường, ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động, khi đó mô đun điềukhiển sẽ điều chỉnh mô tơ bướm ga mở nhỏ hơn mức đạp ga để giảm công suất của

ô tô dẫn tới ô tô quay vòng tốt hơn Khi phát hiện tỉ lệ trượt của bánh xe nào cao hơn tỉ lệ trượtcho phép, bộ điều khiển sẽ điều khiển thực hiện phanh bánh xe đó cho đến khi độ trượt đạt giátrị cho phép Trường hợp người lái đạp ga đột ngột làm công suất động cơ tăng quá lớn gâytrượt quay tại các bánh xe, bộ điều khiển sẽ điều khiển mức độ làm việc của mô tơ bướm gathấp hơn để chống trượt quay Nghiên cứu này áp dụng với ô tô 4 bánh dùng phanh

đĩa dẫn động thủy lực ở cả 4 bánh xe

Mặc dù hệ thống kiểm soát độ bám đường của sáng chế đã được chứng minh phù hợpcho một động cơ phía trước, bốn bánh xe nhưng có thể áp dụng cho nhiều loại ô tô có bố tríđộng cơ và cụm bánh xe khác nhau khi chỉ cần thay đổi và bổ sung một số luật điều khiển.Tuy nhiên, hệ thống này sử dụng rất nhiều cảm biến và điều khiển đồng thời nhiều hệthống nên rất phức tạp và nảy sinh vấn đề xử lý độ trễ hệ thống lớn Mặt khác, nghiên cứuchú trọng nhiều vấn đề ổn định của ô tô ở trạng thái quay vòng chứ chưa đề cập nhiều vềtrường hợp ô tô chạy trên đường có độ bám xấu hay khi khởi hành, tăng tốc, chuyển lànđường Với trạng thái quay vòng thường chạy với vận tốc thấp nên vấn đề trượt quay củacác bánh xe chưa thể hiện rõ rệt

- Tháng 10 năm 1996, Tetsuhiro Yamashita và Koji Hirai đã công bố nghiên cứu Hệthống kiểm soát lực kéo cho ô tô và áp dụng cho hãng Mazda Motor [64] Hệ thống này thựchiện kiểm soát độ bám đường cho ô tô và đặc biệt là ngăn chặn sự trượt khi ô tô quay vòng

4 cảm biến đo vận tốc góc cho 4 bánh xe trong đó có 2 cảm biến của 2 bánh xe chủ động

và 2 cảm biến cho bánh xe bị động, 1 cảm biến góc đánh lái Tỷ lệ trượt của bánh xe chủđộng được xác định bằng cách tính toán độ chênh lệch giữa vận tốc dài lý thuyết của bánh

xe chủ động với vận tốc ô tô (được tính từ vận tốc góc của bánh xe bị động) từ đó điềukhiển giảm lượng nhiên liệu hoặc tác động vào hệ thống đánh lửa Tuy nhiên, khi ô tô quayvòng sẽ gây ra sự khác nhau về vận tốc góc giữa 2 bánh xe dẫn hướng làm cho tỷ lệ trượtlớn hơn trường hợp đi thẳng, lực ly tâm lớn gây mất an toàn và làm người lái khó điềukhiển hơn, khi đó cần điều khiển giảm công suất của động cơ nhiều hơn để ô tô dễ điềukhiển khi quay vòng và đảm bảo an toàn Tín hiệu góc đánh lái có vai trò chuyển đổi điềukhiển trượt cho 2 trường hợp ô tô chạy thẳng và ô tô quay vòng

- Tháng 1 năm 2002, Dong-Chul Shin và Kyungki-do công bố nghiên cứu Phương phápđiều khiển trượt với hệ thống điều khiển lực kéo thông qua hệ thống truyền động bướm

ga chính (MTA - Main Throttle Actuator) áp dụng trên các chủng loại ô tô của hãngHyundai [32]

Trong nghiên cứu này, phương pháp điều khiển trượt cho một hệ thống điều khiểnlực kéo (TCS – Traction Control System) được sử dụng ở nhiều ô tô khác nhau Phươngpháp này bao gồm các bước kiểm soát đầu ra động cơ theo vận tốc góc của từng bánh xesau khi một trạng thái chuyển động được xác định bằng cách sử dụng cảm biến đo vận tốcgóc bánh xe, độ mở bướm ga, và vị trí bàn đạp ga Hệ thống TCS sẽ ưu tiên điều khiểngiảm công suất động cơ trước, được thực hiện bằng cách thay đổi việc mở bướm ga rồi mớitác động điều khiển vào hệ thống phanh

Nghiên cứu này chỉ tập trung vấn đề điều khiển bướm ga ứng với từng giai đoạn chuyểnđộng cụ thể của ô tô và được bộ điều khiển TCS tính toán trước Hệ thống kiểm soát bướm ga

để điều khiển công suất động cơ được phân loại lại thành hai loại: hệ thống truyền động bướm

ga chính (MTA) và hệ thống bướm ga đôi (TTS - Twin Throttle body System)

Vấn đề kiểm soát độ trượt bánh xe theo giá trị độ trượt và được kích hoạt hệ thốngTCS bằng công tắc khi người lái thấy cần thiết Do đó, khi hiện tượng trượt quay bánh xexảy ra đột ngột (hoặc ngẫu nhiên) trong quá trình ô tô chuyển động sẽ không được điềukhiển tự động nên hiệu quả chưa cao, chỉ phù hợp ở trường hợp người lái chủ động khi xácđịnh rõ ràng ô tô sẽ hoặc đang bị trượt Hơn nữa việc kiểm soát bướm ga đôi sẽ thêm phầnphức tạp trong thuật toán điều khiển

- Tháng 6 năm 2004, Paul Antony Fawkes và các cộng sự công bố nghiên cứu Hệthống điều khiển lực kéo thông qua hệ thống quản lý động cơ (EMS - Engine ManagementSystem), điều khiển mô men xoắn đầu ra của động cơ và hệ thống phanh khi xảy ra trượt

quay bánh xe áp dụng cho ô tô Land Rover Các cảm biến đo vận tốc góc bánh xe gửithông tin về EMS, khi phát hiện thấy vận tốc góc bánh xe thực tế lớn hơn so với tính toán

lý thuyết (nạp sẵn trong EMS), EMS nhận biết tốc độ động cơ đang dư thừa và điều khiểngiảm tốc độ động cơ xuống, như vậy sẽ giảm được mô men xoắn [53]

Ngoài ra, hệ thống này tích hợp với một bộ điều khiển phanh để có thể phanh chotừng bánh xe tương ứng Các hệ thống kiểm soát lực kéo bao gồm cảm biến vận tốc gócbánh xe, một bộ cảm biến mô men xoắn của động cơ, một thiết bị hiển thị ra màn hình mômen xoắn động cơ Hệ thống điều khiển phanh nhận các tín hiệu từ các cảm biến đo, theodõi hoạt động rồi điều khiển để cân bằng được vận tốc góc của các bánh xe

Điều khiển kiểm soát mô men phanh trên bánh xe chủ động:

- Tháng 6 năm 1993, Shunso F Watanabe và các cộng sự công bố nghiên cứu hệ thốngchống hãm cứng bánh xe và điều khiển lực kéo cho hãng xe FORD [60] Trong nghiên cứunày tác giả đã đưa ra hệ thống hoạt động ở hai chế độ chống hãm cứng bánh xe và điều khiểnlực kéo bằng cách tiếp nhận các tín hiệu vận tốc ô tô, vận tốc góc từng bánh xe (loại cảm biếntiệm cận) vào mô đun điều khiển 2 cụm van điện từ nhằm tăng giảm lực phanh trong trườnghợp phát hiện bánh xe bị hãm cứng hoặc áp dụng phanh tới bánh xe bị trượt quay

Nghiên cứu này cho ra hệ thống kiểm soát hiện tượng trượt khá đơn giản bởi bộ vanđiện từ gồm một van áp lực phản hồi đầu tiên và một van áp lực phản hồi thứ hai, điềuchỉnh độ rộng xung điện áp trên các van áp lực để cung cấp một lực phanh tỷ lệ thuận hay

tỉ lệ nghịch với từng trạng thái tăng áp, giảm áp Phương pháp này có nhược điểm là chỉtập trung điều khiển chống trượt bánh xe bằng kết cấu cơ – điện – thủy lực ở bộ chấp hành

mà chưa để ý đến các điều khiển khác như điều khiển giảm mô men xoắn truyền từ động

cơ, nhận biết trạng thái chuyển động quay vòng hay đi thẳng

- Tháng 5 năm 2004, Huiyi Wang nghiên cứu phát triển từ hệ thống phanh ABS của

xe khách thành hệ thống TCS [39] Nghiên cứu này bổ sung mô đun điều khiển lượngnhiên liệu kết hợp với điều khiển phanh bánh xe Điều khiển nhiên liệu thông qua điềukhiển độ mở bướm ga, điều khiển tác động phanh thông qua 2 van điện từ ở mỗi bên bánh

xe chủ động Một ECU (sử dụng vi điều khiển C167CS, 16 bit) điều khiển theo ngưỡngtrượt thông qua tín hiệu vận tốc góc các bánh xe

Công trình mô phỏng bán thực nghiệm trên mô hình ô tô khách ở trường hợp tăngtốc trên đường thẳng từ vận tốc ban đầu là 2m/s với 100% độ mở bướm ga Kết quả chothấy, sau 10s vận tốc của ô tô được cải thiện, độ trượt từ 100% giảm xuống dao động xung

Nghiên cứu này tập trung phát triển bộ điều khiển ECU và thực hiện mô hình môphỏng bằng máy tính Các thông số đầu vào của mô hình mô phỏng là giả định, chưanghiên cứu thực nghiệm và ở các loại đường khác nhau Công trình này nghiên cứu pháttriển mô hình lý thuyết và chú trọng đến các mô đun điều khiển.

Hình 1.3 Nghiên cứu về hệ thống TCS của Huiyi Wang

- Tháng 3 năm 2005, Thomas Sauter và các cộng sự công bố nghiên cứu Hệ thốngkiểm soát lực kéo giảm trượt của bánh xe bên phía ngoài khi ô tô quay vòng cho hãngBosch [63] Hệ thống điều khiển chống trượt cho các bánh xe chủ động khi ô tô quay vòngvới mặt đường có độ bám thấp

Nghiên cứu này có phần giao thoa với công trình nghiên cứu của Matsumoto, đó làchú trọng nhiều vấn đề ổn định của ô tô ở trạng thái quay vòng chứ chưa đề cập nhiều vềtrường hợp ô tô chạy trên đường có độ bám xấu hay khi khởi hành, tăng tốc, chuyển lànđường Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ rõ việc điều khiển giảm trượt quay khi ô tô chạytrên các loại đường có độ bám thấp như đường trơn trượt và tác động điều khiển vào khuvực của hệ thống phanh, không quan tâm nhiều việc điều khiển động cơ hay các phầnkhác Có thể nói, nghiên cứu này là một mô đun riêng cho lĩnh vực điều khiển chống trượtquay bằng cách tác động vào hệ thống phanh

- Tháng 9 năm 2007, Davor Hrovat và các cộng sự có một cách tiếp cận mới về điềukhiển chống trượt đó là thay đổi giá trị ngưỡng trượt cho ô tô khi nhiệt độ môi trường thayđổi [30] Điều kiện này áp dụng với các vùng có nhiệt độ thấp có thể dẫn tới đóng băng gâytrượt lớn

Sáng chế này nhằm cải thiện một phần hệ thống kiểm soát lực kéo bằng cách cho phép

hệ thống điều chỉnh ngưỡng trượt với độ trượt được xác định trước Cảm biến nhiệt độ cungcấp tín hiệu cho bộ điều khiển, tính toán và liên hệ với đường cong đặc tính trượt có sẵn đểthiết lập bộ ngưỡng trượt mới theo sự thay đổi của nhiệt độ môi trường Ngưỡng trượt thực tếđược đo đạc từ cảm biến đo vận tốc góc các bánh xe và so sánh với ngưỡng trượt của bộ

điều khiển (thay đổi theo nhiệt độ môi trường) để quyết định tác động cơ cấu chấp hànhhay không Điểm nổi bật của sáng chế là ngưỡng trượt luôn được thay đổi theo điều khiệnnhiệt độ môi trường, cho phép chế độ kiểm soát lực kéo hoạt động tốt hơn.

- Tháng 5 năm 2009, Tseng và các cộng sự nghiên cứu hệ thống chống trượt quay bằngđiều khiển các cơ cấu phanh tại các bánh nhưng có tính đến bán kính lốp (trong trường hợp

ô tô thay lốp dự phòng không đủ kích thước theo tiêu chuẩn) Công trình nghiên cứu này

nhằm phát triển mở rộng các nghiên cứu đã công bố của Davor Hrovat.

- Tháng 8 năm 2009, Fodor và các đồng nghiệp công bố nghiên cứu điều khiển lực kéotrong trường hợp ô tô thay đổi trạng thái đột ngột Nghiên cứu sử dụng các cảm biến gia tốcdọc, gia tốc ngang, vận tốc góc bánh xe và cảm biến góc lắc ngang thân xe Đây cũng là công

trình nghiên cứu nhằm phát triển tiếp các nghiên cứu đã công bố của Davor Hrovat

trình mang tính tổng hợp cao các công trình nghiên cứu trước đó của Davor Hrovat và thể hiện

sự điều khiển toàn diện các hệ thống trên ô tô và tất nhiên, hệ thống điều khiển kiểm soát lựckéo trên được áp dụng cho các ô tô hiện đại, đặc biệt là những ô tô có giá thành lớn

- Vào thập niên 90, hãng Wabco chế tạo và không ngừng bổ sung chức năng hệ thốngASR cho hệ thống phanh khí nhằm phục vụ cho các xe tải và xe thương mại của các hãng xenổi tiếng trên thế giới Hệ thống chống trượt quay bánh xe của hãng này chế tạo ở phiên bản Achỉ tập trung tác động điều khiển cho bánh xe chủ động với việc sử dụng mỗi bên

bánh xe là các van chấp hành ABS có các van điện từ để điều khiển khí nén với 2, 4, 6kênh điều khiển Với mô hình này, rất đơn giản mà cho hiệu quả chống trượt hợp lý nhất làvới xe tải chạy với tốc độ trung bình, do đó hiện nay vẫn được các hãng áp dụng cho phần

đa các xe tải cỡ trung bình trở xuống [49]

Mô hình mà hãng Wabco chế tạo được điều khiển theo độ trượt bởi ECU (ElectronicControl Unit) tích hợp ABS, ASR nên trong hệ thống gồm các van điện từ rất phức tạp.Mặt khác, mô hình này chưa quan tâm đến trường hợp ô tô chạy tốc độ cao [66]

Ngoài việc điều khiển kiểm soát mô men động cơ, mô men phanh trên bánh xe chủ động

dùng bánh răng côn thẳng, cơ cấu vi sai này được điều khiển đóng mở (cơ khí, thuỷ lực,khí nén hoặc điện ) chủ yếu bằng công tắc, cần đẩy khi có sự chênh lệch vận tốc góc giữahai bánh xe (Vi sai bị khóa một phần hoặc toàn phần) [4], [6] Để thực hiện điều chỉnh giữacác bánh xe này, các xe hiện đại có bố trí thêm bộ khóa vi sai điện tử ABD (AutomaticBarking Differentia) [6] Sử dụng ly hợp trong các cụm vi sai để chống trượt vẫn có nhượcđiểm Nếu tình trạng mặt đường rất trơn, xe có thể bị trượt sang lề đường Khi lực bámgiữa lốp và mặt đường không đủ lớn để làm trượt ly hợp, vi sai không tạo ra sự chêch lệchtốc độ cần thiết giữa các bánh xe.

Các công trình nghiên cứu của các nhà khoa học và các hãng sản xuất ô tô trên thế giới

đã được ứng dụng ở trên các dòng ô tô du lịch, ô tô buýt, ô tô khách, ô tô tải Các nghiên

cứu đưa ra các phương án điều khiển hệ thống phanh [14], [65], [67], điều khiển vi sai,điều khiển mô men động cơ không ngừng hoàn thiện và liên tục phát triển Tuy nhiên, dovấn đề bảo mật nên việc tiếp cận tài liệu và triển khai áp dụng cho các dòng ô tô tại ViệtNam gặp nhiều khó khăn

Hình 1.4 Hệ thống chống trượt quay của hãng Wabco cho xe tải

1.4 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Hiện nay mức độ sử dụng hệ thống phanh khí có điều khiển hiện đại hiện nay ở ViệtNam còn hạn chế, mới chỉ tập trung chủ yếu ở ô tô buýt, khách và ô tô tải hạng nặng và đaphần là ô tô nhập khẩu nguyên chiếc Theo thống kê của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô ViệtNam (VAMA) năm 2012 có 48163 ô tô tải, năm 2013 có 66140 ô tô tải, năm 2014 có 46163

ô tô tải cung cấp cho thị trường, trong đó có khoảng 71% ô tô tải sử dụng phanh khí và đaphần sử dụng hệ thống phanh khí thông thường không có hệ thống điều khiển hỗ trợ Cáccông trình nghiên cứu trong nước về hệ thống phanh đã chỉ rất cụ thể quá trình điều khiển

phanh, cơ sở lý thuyết và các thuật toán điều khiển phanh trên cơ sở nghiên cứu mô phỏng

mô hình và chế tạo thử nghiệm

Năm 2014, tác giả Hồ Hữu Hải chủ nhiệm đề tài nghiên cứu khoa học và công nghệtrọng điểm cấp Nhà nước “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống ABS cho hệthống phanh khí nén trên ô tô tải sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam” đã xây dựng thuật toánđiều khiển, tiến hành chế tạo cụm cơ cấu chấp hành, cụm cảm biến đo vận tốc góc bánh xe

và bộ điều khiển điện tử cho ô tô tải sản xuất tại Việt Nam [1]

Năm 2015, luận án tiến sĩ của Hồ Hữu Hùng tại đại học Bách khoa Hà Nội “nghiêncứu hệ thống ABS dẫn động khí nén” nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển của

hệ thống phanh khí nén trên xe tải 4x2, xây dựng thuật toán và bộ điều khiển điện tử theongưỡng gia tốc góc [1] Đề tài đã tiến hành thực nghiệm quá trình điều khiển phanh với ô

tô cụ thể, ở các mức tải, vận tốc và nhiều loại đường khác nhau, đáp ứng các tiêu chuẩnhiện hành của Việt Nam và ECE (Economic Commission for Europe) về hệ thống phanh.Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu về hệ thống chống trượt quay bánh xe mới chỉdừng lại mô hình mô phỏng nên sẽ tồn tại những sai khác về kết quả thu được so với việcnghiên cứu trên ô tô thật [3], [34]

Do đó, việc nghiên cứu phát triển hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động trên

cơ sở hệ thống phanh khí nén có ABS nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của ô tô là thật sựcần thiết trong nghiên cứu cũng như sản xuất chế tạo ô tô tại Việt Nam

1.5 Mục tiêu, phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động của xe tải 4x2 trên đường có hệ

số bám khác nhau (2 bên bánh xe chủ động) từ đó đề xuất và chế tạo một mẫu (ban đầu) hệthống hạn chế trượt quay bánh xe với giải pháp tác động phanh bánh xe bị trượt quay trên

cơ sở hệ thống phanh khí nén có ABS nhằm nâng cao tính năng động lực học cho ô tô

1.5.2 Nội dung nghiên cứu

Luận án đã tiến hành các nội dung nghiên cứu như sau:

- Khảo sát ảnh hưởng của mô men phanh tới đặc tính tăng tốc của ô tô tải trên đường

có hệ số bám không đồng nhất;

- Nghiên cứu đề xuất được thuật toán điều khiển và xác định được ngưỡng điều khiển theo độ trượt phù hợp với ô tô thí nghiệm;

- Chế tạo hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe chủ động cho ô tô tải 4x2 (3

tấn);

- Chế tạo hệ thống đo ứng dụng các cảm biến vận tốc góc bánh xe, lực kéo và áp suấtkhí nén cho ô tô nghiên cứu;

- Thực nghiệm, nhận xét hoạt động của toàn hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe

1.5.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ độngcho ô tô tải 4x2 được trang bị hệ thống phanh khí nén có ABS của đề tài khoa học côngnghệ cấp nhà nước, mã số KC.03.05/11-15

Phạm vi nghiên cứu của luận án về hệ thống hạn chế trượt quay từng bên bánh xechủ động của ô tô trên đường có hệ số bám khác nhau

Hình 1.5 Ô tô nghiên cứu Bảng 1.1 Thông số của xe nghiên cứu

Loại phương tiện

Công suất Max/ số vòng quay kW/(v/p) 85/3200

Momen xoắn cực đại/ số vòng quay Nm/ (v/p) 320/2000

1.5.4 Phương pháp nghiên cứu

Với mục đích nghiên cứu chế tạo một mẫu ban đầu hệ thống hạn chế trượt quay trên

ô tô, luận án đã sử dụng phương pháp nghiên cứu mô phỏng trên máy tính nhằm xác định

sơ bộ giá trị ngưỡng điều khiển kết hợp với phương pháp nghiên cứu thực nghiệm nhằmhoàn thiện thêm hệ thống và đánh giá phần nào khả năng hoạt động của hệ thống

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG: Trình bày việcxây dựng mô hình mô phỏng hệ thống khi chưa có bộ điều khiển gồm các mô đun: mô hình

mô phỏng chuyển động của ô tô, mô hình mô phỏng bánh xe chủ động, mô hình mô phỏngtruyền lực có vi sai, mô hình mô phỏng dẫn động phanh khí nén và cơ cấu chấp hành Tiến

hành mô phỏng khảo sát chuyển động của ô tô, ảnh hưởng của mô men phanh tới khả năngtăng tốc của ô tô nhằm xác định vùng tác động phanh có hiệu quả.

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNGCỦA HỆ THỐNG: Trình bày nghiên cứu đề xuất cấu trúc hệ thống, thuật toán điều khiển

hệ thống, mô hình hóa hoạt động của hệ thống trên máy tính nhằm xác định giá trị ngưỡngđiều khiển theo độ trượt của bánh xe

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG: Trình bàynội dung nghiên cứu, thiết kế chế tạo cơ cấu chấp hành và bộ điều khiển điện tử của hệthống trên ô tô nghiên cứu Chế tạo thiết bị đo dữ liệu ứng dụng các cảm biến đo vận tốcgóc bánh xe, cảm biến lực, cảm biến áp suất khí nén, thực nghiệm hệ thống hạn chế trượtquay bánh xe và nhận xét các kết quả

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: Nhận xét kết quả nghiên cứu của luận án so với cácmục tiêu đã đề ra, đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo để từng bước bổ sung, tiếp tục hoànthiện hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe

1.7 Kết luận chương 1

Hệ thống chống trượt của ô tô đang ngày càng được nghiên cứu chú trọng và đầu tưnhiều và áp dụng đa dạng các loại ô tô thương mại Riêng vấn đề chống trượt quay bánh xechủ động có rất nhiều nghiên cứu khác nhau và áp dụng ở mỗi hãng ô tô có sự khác nhaunhất định Việc nghiên cứu điều khiển chống trượt quay bánh xe cho ô tô tải 4x2 (hiện lưuhành trong nước ngày càng gia tăng về số lượng và chủng loại) là cần thiết và cần đượcđầu tư của ngành công nghiệp ô tô

Các nghiên cứu trên thế giới về hoàn thiện các hệ thống chống trượt quay bánh xe cósử dụng hệ thống phanh, nâng cao tính kinh tế kỹ thuật, an toàn trong sử dụng ô tô ngàycàng nhiều và có nhiều thành tựu Song, các nghiên cứu chỉ công bố về các kết quả môphỏng, các thông số kỹ thuật cơ bản, các kết cấu áp dụng trên ô tô thương mại và mangtính chất giới thiệu bởi lý do bảo mật - bản quyền, rất ít công trình công bố về giá trị độtrượt cũng như cách xác định giá trị ngưỡng điều khiển và phương pháp điều khiển, nênchưa đủ nội dung chi tiết để ứng dụng vào thực tiễn

Ở Việt Nam, đã có những công trình nghiên cứu về hệ thống chống trượt bánh xe sửdụng hệ thống phanh khí, nhưng đa phần là công bố kết quả mô hình mô phỏng Mới đây,

có công trình nghiên cứu về hệ thống phanh khí nén có điều khiển nhưng là chống hãm cứngbánh xe Do đó, để áp dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn cần có công trình nghiên cứutoàn diện và đầy đủ hệ thống chống trượt quay bánh xe trên ô tô cụ thể, có thể mở rộng

công trình nghiên cứu sử dụng phanh khí nén chống hãm cứng bánh xe cho nghiên cứu chốngtrượt quay bánh xe nhằm từng bước làm chủ kỹ thuật, công nghệ hiện đại trên ô tô phục vụcông nghiệp sản suất, lắp ráp trong nước nâng cao khả năng cạnh tranh cho ô tô nội địa.

Từ những yêu cầu cấp thiết trên, luận án nghiên cứu đề xuất mô hình hệ thống hạnchế trượt quay bánh xe bằng điều khiển tác động phanh bánh xe chủ động, mô hình hóa hệthống, xác định ngưỡng điều khiển, chế tạo - thực nghiệm cơ cấu chấp hành, bộ điều khiển

hệ thống, chế tạo thiết bị đo, thực nghiệm tổng hợp kết quả trên ô tô cụ thể và nhận xét kếtquả theo mục tiêu đã đề ra

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG

Nội dung chương 1 luận án đã tìm hiểu sự trượt quay của bánh xe với mặt đường, cáccông trình nghiên cứu về hiện tượng này và xác định đối tượng nghiên cứu là xe tải nhỏ (3 tấn)

đã được trang bị hệ thống phanh khí nén có ABS cũng như xác định mục tiêu đề xuất - chế tạo

hệ thống trượt quay bánh xe chủ động Trong chương này, luận án trình bày việc xây dựng môhình mô phỏng động lực học phương dọc kết hợp với mô hình mô phỏng hệ thống phanh khínén có ABS, khảo sát sự ảnh hưởng của tác động phanh tới khả năng tăng tốc của

ô tô khi đi trên đường có hệ số bám không đồng nhất

Mô hình mô phỏng hệ thống gồm các mô đun: Hệ thống động lực (từ động cơ quahộp số, truyền lực chính và vi sai đến các bánh xe chủ động), bánh xe, chuyển động thẳngcủa ô tô, hệ thống dẫn động khí nén có ABS, cơ cấu phanh như trên hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống

Có thể tóm tắt các nội dung cụ thể trong chương này:

- Nghiên cứu xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô

- Xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động của bánh xe chủ động

- Xây dựng mô hình mô phỏng truyền lực có vi sai

- Xây dựng mô hình mô phỏng dẫn động phanh và cơ cấu chấp hành

- Khảo sát chuyển động của ô tô và ảnh hưởng của mô men phanh tới khả năng tăng tốc của ô tô khi đi trên đường có hệ số bám không đồng nhất

Các mô hình mô phỏng đều được xây dựng bởi phần mềm Matlab – Simulink [9]

2.1 Mô đun mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô

Khi ô tô chuyển động thẳng, các lực và mô men tác dụng lên ô tô được mô tả trênhình 2.2 [5], [16], [35], [50], [57] Để đơn giản hóa mô hình mô phỏng (Với giả thiết ô tôchuyển động thẳng, một bên bánh xe bị trượt quay), luận án sử dụng một số giả thiết: ô tôchuyển động thẳng trên mặt đường bằng phẳng; bỏ qua dao động theo phương thẳng đứng;luận án nghiên cứu chuyển động chưa xét đến các thành phần lực ngang; vận tốc ô tô nhỏnên bỏ qua lực cản không khí

Hình 2.2 Các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động

Trong đó:

lên trong tâm T (có tọa độ được xác định qua các thông số a,b,L,h g) của ô tô

m - là khối lượng của ô tô.

g - là gia tốc trọng trường.

và trước.

cầu sau và trước (gồm có lực kéo và lực cản lăn được xác định theo mô đun

mô hình mô phỏng bánh xe)

x - chuyển dịch của ô tô.

Phương trình chuyển động của ô tô theo phương dọc được viết như sau:

Trường hợp bánh xe bị trượt quay khi khởi hành, lực cản của không khí có thể bỏ qua không xét Do đó phương trình chuyển động có thể viết lại như sau:

Tổng hợp lực tiếp tuyến từ đường tác dụng lên bánh xe giúp ô tô chuyển động được là

2.2 Mô đun mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực có vi sai

Hệ thống truyền lực của ô tô nghiên cứu là loại truyền lực có hộp số cơ khí thường,động cơ đặt trước, dẫn động cầu sau Mô men từ động cơ qua hộp số, trục các đăng, cầu xerồi đến các bánh xe chủ động phía sau được mô tả như hình 2.3

Trong nghiên cứu mô phỏng, luận án sử dụng tỷ số truyền lớn nhất của hộp số cơ khí(ih1=7,31) và tỷ số truyền bộ truyền lực chính của cầu chủ động loại đơn (i0=6.57) theothông số kết cấu của nhà sản xuất

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống truyền lực

Trong hệ thống truyền lực, vi sai đảm bảo cho các bánh xe chủ động có thể quay với

các vận tốc khác nhau đồng thời phân phối mô men đến các bánh xe chủ động Do tác dụng đócủa vi sai, khi ô tô có một bên bánh xe ở đường có hệ số bám thấp, bánh xe có thể bị trượtquay, làm giảm khả năng cơ động của ô tô Để tăng khả năng cơ động của ô tô trong trườnghợp đó, cần điều khiển khóa vi sai (nếu có sẵn cơ cấu khóa vi sai) Trên ô tô nghiên cứu, bộ

vi sai bánh răng hành tinh không có cơ cấu khóa vi sai nên cần thiết tạo mô men phanh trênbánh xe bị trượt quay nhằm tăng tính năng cơ động của ô tô

Để xây dựng phương trình chuyển động quay của các bánh xe cần thiết xác định mô menchủ động của bánh xe được xác định bởi mô men truyền từ động cơ, qua hộp số, đến truyền lựcchính, qua vi sai đến các bán trục và mô men phanh tác động lên bánh xe (nếu có) [45], [52].Luận án sử dụng giả thiết trọng lượng phân bố hai bên bánh xe trái phải bằng

nhau

Khi mô men cản hai bên bánh xe bằng nhau, các bánh xe bên phải và bên trái quaycùng vận tốc góc (ωt = ωp = ω0; ω0 – vận tốc góc của vi sai) và mô men chủ động truyền đến hai bánh xe bằng nhau:

M x p-mô men chủ động bánh xe bên phải

M x t -mô men chủ động bánh xe bên phải

M vs -Mô men vỏ vi sai

Khi mô men cản hai bên bánh xe như nhau, nhưng lực bám hai bên bánh xe khácnhau, làm cho hai bánh xe quay với vận tốc khác nhau (giả sử ωt > ωp), khi đó xuất hiện

mô men ma sát giữa các bánh răng hành tinh và bánh răng bán trục bên trái và bên phảibằng nhau về giá trị nhưng ngược nhau về dấu Cho nên, mô men từ vi sai truyền đến bánh

M ms p ,M ms t - mô men ma sát của các bánh răng bên phải, trái của bộ vi sai.

Hai mô men này có cùng giá trị nhưng ngược nhau về dấu

- công suất truyền sang bên bánh xe chủ động phải, trái

N msp ,N mst -công suất do ma sát bên bánh xe chủ động phải, trái.

- công suất truyền sang bên bánh xe chủ động phải, trái

N msp ,N mst -công suất do ma sát bên bánh xe chủ động phải, trái.

 0 - vận tốc góc của vỏ vi sai

 t , p - vận tốc góc của bánh xe chủ động trái và phải.

Vi sai đối xứng nên ω t +ωω p = 2.ω 0 Từ đây, mô men truyền đến mỗi bên bánh xe

các chi tiết trong bộ vi sai (Vi sai bánh răng côn thường có mô men ma sát trong cơ cấu visai nhỏ, chỉ bằng khoảng 4 ÷ 6% mô men đi qua vi sai)

động cơ (n e) gọi là đặc tính ngoài của động cơ Thực tế, động cơ làm việc chủ yếu ở chế độtải nhỏ hơn 100% theo các đường đặc tính cục bộ, được xác định từ mức tải động cơ vàvận tốc góc động cơ trên hình 2.4

320 240

N p , N t

N p , N t

Hình 2.4 Đặc tính mô men của động cơ

25