Nghiên cứu hệ thống ABS dẫn động khí nén

Tr ng thái van ch p hành ABS khi không làm vi c .... Tr ng thái van ch p hành ABS trong pha gi áp .... Áp su t khí nén trong b u phanh khi phanh bình th ng ..... Nh đó nơng cao tính an t

i

Tôi xin cam đoan đơy lƠ công trình nghiên c u c a riêng tôi Công trình đ c th c

hi n t i B môn Ô tô và xe chuyên d ng, Tr ng i h c Bách Khoa Hà N i d i s

ii

hoàn thành Lu n án Ti n s nƠy, bên c nh s c g ng n l c c a b n thân, tôi đư

nh n đ c s đ ng viên vƠ giúp đ r t l n c a nhi u nhà khoa h c và t p th nghiên c u

Tôi xin bày t lòng c m n sơu s c đ n PGS TS L u V n Tu n ậ Tr ng i

h c Bách Khoa Hà N i và PGS TS ào M nh Hùng ậ Tr ng i h c Giao thông v n

t i Hà N i, là nh ng ng i đư t n tình h ng d n, đ nh h ng, đƠo t o và giúp đ tôi trong

su t quá trình nghiên c u và hoàn thành lu n án

Tôi xin chân thành c m n tài khoa h c công ngh c p nhƠ n c mã s

KC.03.05/11-15 vƠ các thƠnh viên trong đ tƠi đư t o nhi u đi u ki n nghiên c u, thi t b

thí nghi m đ th c hi n lu n án

Tôi xin chân thành c m n các th y giáo B môn Ô tô và xe chuyên d ng ậ Vi n

C khí đ ng l c, B môn T đ ng hóa ậ Vi n i n ậ Tr ng i h c Bách Khoa Hà N i

đư gi ng d y, ch b o và t o đi u ki n giúp đ tôi hoàn thành lu n án này

Tôi xin chân thành c m n các anh, em đ ng nghi p trong Khoa C khí, lưnh đ o

tr ng i h c Kinh t - K thu t Công nghi p đư t o đi u ki n giúp đ v th i gian và v t

ch t đ tôi hoàn thành lu n án này

Tôi xin chân thành c m n các anh, em nghiên c u sinh, h c viên cao h c và sinh

viên các khóa thu c b môn Ô tô và xe chuyên d ng ậ Vi n C khí đ ng l c ậ Tr ng i

h c Bách Khoa Hà N i đư h t lòng h tr , đ ng viên tôi trong su t th i gian tôi th c hi n

lu n án

Cu i cùng, tôi xin bày t lòng kính yêu và bi t n t i đ i gia đình, b n bè đư

th c s đ ng viên, giúp đ tôi trong su t th i gian tôi h c t p t i Tr ng i h c Bách

Khoa Hà N i

Hà N i, ngày tháng n m

Nghiên c u sinh

H H u Hùng

iii

M C L C

M c l c iii

Danh m c các ký hi u và ch vi t t t vi

Danh m c các b ng viii

Danh m c các hình nh, đ th ix

M đ u 1

CH NG 1 T NG QUAN V N NGHIÊN C U 5

1.1 H th ng phanh ABS khí nén trên xe ô tô 5

1.2 L ch s phát tri n h th ng ABS khí nén 6

1.3 Tình hình nghiên c u ngoƠi n c 8

1.4 Tình hình nghiên c u trong n c 11

1.5 i t ng nghiên c u 14

1.5.1 Xe nghiên c u vƠ b trí h th ng ABS 14

1.5.2 Van ch p hƠnh ABS vƠ ph ng pháp đi u khi n 17

1.6 M c tiêu vƠ ph m vi nghiên c u 19

1.7 N i dung vƠ ph ng pháp nghiên c u 20

1.8 K t lu n ch ng 1 21

CH NG 2 C S LÝ THUY T 23

2.1 Quy trình nghiên c u 23

2.2 Ph ng pháp đi u khi n ABS 25

2.3 Nghiên c u kh n ng đáp ng t n s đi u khi n c a h th ng phanh khí nén có ABS 28

2.4 Xơy d ng mô hình mô ph ng chuy n đ ng c a ô tô trong quá trình phanh 31

2.4.1 Chuy n đ ng c a ô tô trong quá trình phanh trên đ ng b ng ph ng 31

2.4.2 ng l c h c bánh xe trong quá trình phanh 33

2.4.3 S phơn b l i tr ng l ng khi phanh 35

2.4.4 Mô hình mô ph ng chuy n đ ng c a xe 36

2.4.5 Mô hình mô ph ng bánh xe 36

iv

2.5 Xơy d ng mô hình mô ph ng h th ng phanh khí nén 37

2.5.1 C s tính toán áp su t vƠ l u l ng khí nén trong h th ng phanh 38

2.5.2 Mô hình mô ph ng van phơn ph i 40

2.5.3 Mô hình mô ph ng van x nhanh dòng phanh c u tr c 41

2.5.4 Mô hình mô ph ng van gia t c trên dòng phanh c u sau 42

2.5.5 Mô hình mô ph ng b u phanh vƠ c c u phanh 42

2.6 K t lu n ch ng 2 44

CH NG 3 NGHIểN C U I U KHI N H TH NG ABS D N NG KHÍ NÉN 46 3.1 Kh n ng đáp ng t n s đi u khi n c a h th ng ABS 46

3.2 Thu t toán đi u khi n h th ng ABS 48

3.3 C m bi n vƠ ph ng pháp đo v n t c góc bánh xe 51

3.3.1 C m bi n đo v n t c góc bánh xe 51

3.3.2 VƠnh r ng c m bi n 52

3.3.3 Ph ng pháp xác đ nh v n t c góc vƠ gia t c góc bánh xe 54

3.4 Mô hình mô ph ng ho t đ ng c a h th ng ABS 55

3.4.1 Mô hình mô ph ng van ch p hƠnh ABS 55

3.4.2 Mô hình mô ph ng c m bi n đo v n t c góc bánh xe 57

3.4.3 Mô hình mô ph ng b đi u khi n 58

3.5 Mô hình mô ph ng chuy n đ ng c a ô tô khi phanh b i h th ng phanh khí nén có ABS 59

3.6 Nghiên c u, xác đ nh ng ng gia t c góc đi u khi n ABS 61

3.6.1 Mô ph ng đi u khi n theo đ tr t bánh xe 62

3.6.2 Mô ph ng đi u khi n theo gia t c góc bánh xe 64

3.6.3 K t qu mô ph ng 64

3.7 K t lu n ch ng 3 69

CH NG 4 NGHIểN C U TH C NGHI M 70

4.1 M c đích nghiên c u th c nghi m 70

4.2 Nghiên c u chính xác hóa ng ng đi u khi n 70

v

4.2.1 Quy trình mô ph ng th c nghi m 70

4.2.2 Thi t b th nghi m 71

4.2.3 Ng ng đi u khi n vƠ ho t đ ng c a h th ng phanh khí nén có ABS 77

4.3 Th nghi m đánh giá hi u qu h th ng 85

4.4 K t lu n ch ng 4 87

K T LU N CHUNG C A LU N ÁN VÀ KI N NGH 88

TÀI LI U THAM KH O 90

DANH M C CÁC CÔNG TRỊNH ẩ CÔNG B C A LU N ÁN 1

PH L C 1

ATC Automatic Traction Control H th ng đi u khi n l c kéo

ECU Electronic Control Unit B đi u khi n đi n t

ESC Electronic Stability Control H th ng đi u khi n n đ nh đi n t

RSC Roll Stability Control H th ng n đ nh ch ng l t

viii

DANH M C CÁC B NG

B ng 1 1 Thông s c a xe nghiên c u 15

B ng 1 2 B ng tr ng thái ho t đ ng c a van ch p hành ABS 19

B ng 3 1 B ng tr ng thái ho t đ ng c a mô hình mô ph ng van ch p hành ABS 57

B ng 3 2 Các thông s đ u vào chính c a mô hình mô ph ng 60

B ng 3 3 Ng ng gia t c góc đi u khi n ABS đ c xác đ nh theo lý thuy t 65

B ng 4 1 Các giá tr ng ng gia t c góc đi u khi n ABS phù h p v i giá tr đo đ c trong th c t c a h th ng ABS lu n án nghiên c u 77

B ng 4 2 Ng ng gia t c góc đi u khi n ABS đư đ c hi u ch nh qua mô ph ng th c nghi m 81

B ng 4 3 Ng ng gia t c góc đi u khi n ABS 82

B ng 4 4 Quy chu n Vi t Nam v hi u qu phanh và k t qu th nghi m 85

B ng 4 5 Tiêu chu n Châu Âu ECE R13 v hi u qu phanh và k t qu th nghi m 86

ix

Hình 1 1 Ph ng án b trí ABS ki u 4S/4M trên xe nghiên c u 16

Hình 1 2 Tr ng thái van ch p hành ABS khi không làm vi c 17

Hình 1 3 Tr ng thái van ch p hành ABS trong pha gi m áp 18

Hình 1 4 Tr ng thái van ch p hành ABS trong pha gi áp 19

Hình 2 1 Quy trình nghiên c u, đ xu t thu t toán đi u khi n 23

Hình 2 2 Quy trình nghiên c u, xác đ nh ng ng đi u khi n 24

Hình 2 3 Quan h gi a h s bám d c, bám ngang vƠ đ tr t d c c a bánh xe khi phanh 25

Hình 2 4 Ph m vi đi u khi n c a ABS 27

Hình 2 5 Các pha đi u khi n áp su t trong h th ng theo gia t c góc bánh xe 28

Hình 2 6 Thi t b t o xung đi u khi n van ch p hành ABS ph c v kh o sát kh n ng đáp ng t n s đi u khi n c a h th ng phanh ABS khí nén 30

Hình 2 7 Áp su t khí nén trong b u phanh khi phanh bình th ng 30

Hình 2 8 Các l c tác d ng vƠo xe khi phanh trên đ ng th ng, b ng ph ng 32

Hình 2 9 Phân b ng su t và ph n l c t đ ng khi l p l n 34

Hình 2 10 L c và mô men tác d ng lên bánh xe khi phanh 34

Hình 2 11 S đ h th ng phanh khí nén có ABS trên ô tô 37

Hình 2 12 S đ van phân ph i trong h th ng phanh khí nén 40

Hình 2 13 S đ nút chia khí nén đ n các b u phanh 41

Hình 2 14 S đ van gia t c trên dòng phanh c u sau 42

Hình 2 15 S đ mô t b u phanh 43

Hình 3 1 Quy lu t bi n thiên c a áp su t khí nén trong b u phanh khi đi u khi n t n s 0,5 Hz (bên trái) và 5 Hz (bên ph i) 47

Hình 3 2 Quy lu t bi n thiên giá tr áp su t cao nh t và th p nh t trong b u phanh phía sau theo t n s c a xung đi u khi n 47

Hình 3 3 L u đ thu t toán đi u khi n ABS theo gia t c góc bánh xe 50

x

Hình 3 4 S đ m ch c a c m bi n E2A-S08KS02-WP-C1 2M 52

Hình 3 5 VƠnh r ng vƠ c m bi n l p lên xe 53

Hình 3 6 Ph ng pháp đo t n s 54

Hình 3 7 Thông tin b đi u khi n thu đ c t c m bi n 57

Hình 3 8 S đ m t mô đun trong mô hình mô ph ng b đi u khi n h th ng ABS theo đ tr t c a bánh xe 58

Hình 3 9 S đ m t mô đun trong mô hình mô ph ng b đi u khi n h th ng ABS theo gia t c góc c a bánh xe 59

Hình 3 10 S đ kh i mô hình mô ph ng chuy n đ ng th ng c a ô tô khi phanh b i h th ng phanh khí nén có ABS 60

Hình 3 11 Các pha đi u khi n h th ng theo đ tr t c a bánh xe 62

Hình 3 12 Bi n thiên giá tr gia t c góc bánh xe và bi n đi u khi n ECU theo th i gian 63 Hình 3 13 Gia t c góc c a bánh xe khi phanh trên đ ng khô, v0 = 40 km/h 65

Hình 3 14 tr t c a bánh xe khi phanh trên đ ng khô, v0 = 40 km/h 66

Hình 3 15 V n t c c a bánh xe và c a xe khi phanh trên đ ng khô, v0 = 40 km/h 66

Hình 3 16 Quưng đ ng phanh khi phanh trên đ ng khô, v0 = 40 km/h 66

Hình 3 17 Gia t c góc c a bánh xe khi phanh trên đ ng t, v0 = 40 km/h 67

Hình 3 18 tr t c a bánh xe khi phanh trên đ ng t, v0 = 40 km/h 67

Hình 3 19 V n t c c a bánh xe và c a xe khi phanh trên đ ng t, v0 = 40 km/h 67

Hình 3 20 Quưng đ ng phanh khi phanh trên đ ng t, v0 = 40 km/h 68

Hình 4 1 S đ quy trình mô ph ng th c nghi m xác đ nh ng ng gia t c góc đi u khi n ABS 71

Hình 4 2 C u trúc b đi u khi n đi n t c a h th ng phanh ABS 72

Hình 4 3 B đi u khi n đi n t h th ng ABS 73

Hình 4 4 Ph n m m hi n th và ghi d li u v n t c góc bánh xe 74

Hình 4 5 Thi t b đánh d u quưng đ ng phanh trên xe th nghi m 75

Hình 4 6 Thi t b đo ghi đa kênh DEWE5000 vƠ các c m bi n 76

Hình 4 10 Quy lu t bi n thiên v n t c góc các bánh xe khi th c nghi m phanh trên đ ng

t t v i v n t c ban đ u 40km/h có ABS (s d ng b giá tr ng ng trong b ng B ng 4 2)

82Hình 4 11 Bi n thiên v n t c góc các bánh xe khi phanh có ABS trên đ ng ph nh a

asphalt khô, v0 = 40 km/h 83Hình 4 12 Bi n thiên v n t c góc các bánh xe khi phanh có ABS trên đ ng ph nh a asphalt t, v0 = 40 km/h 84

giúp Vi t Nam có th s n xu t đ c ô tô hi n đ i, đ t các tiêu chu n qu c t và c nh tranh

t t v ch t l ng và giá thành v i các s n ph m ô tô trên th gi i

H th ng phanh là h th ng an toàn ch đ ng quan tr ng trên ô tô V n t c và t i

tr ng c a xe t i ngày càng cao nên yêu c u h th ng phanh ph i có hi u qu càng cao Bên

c nh đó c n ph i t ng tính n ng n đ nh h ng chuy n đ ng cho xe khi phanh, đ c bi t là

khi phanh g p Hi u qu phanh và n đ nh h ng chuy n đ ng c a ô tô khi phanh ph

thu c nhi u y u t , trong đó đi u khi n quá trình phanh là y u t có nh h ng l n nh t

Trên các xe ô tô t i t i tr ng trung bình và l n s d ng h th ng phanh khí nén có

đ tr cao, phân b tr ng l ng trên các c u xe thay đ i l n theo đi u ki n ch t i nên hi u

qu phanh b nh h ng r t l n H th ng ch ng bó c ng bánh xe khi phanh (ABS) là m t

h th ng quan tr ng, nh m t ng tính n đ nh h ng chuy n đ ng và hi u qu phanh Nh

đó nơng cao tính an toƠn khi v n hành cho xe M t s n c tiên ti n đư quy đ nh b t bu c

ph i l p đ t h th ng ABS trên các lo i xe t i

Trên th gi i, các hãng s n xu t l n đư nghiên c u r t sâu v h th ng ABS, có

th c nghi m ki m ch ng và đư ng d ng th ng m i vào h u h t các lo i xe Tuy nhiên

các tài li u, k t qu nghiên c u là t li u riêng c a các hãng, không đ c công b ho c có

công b ch mang tính ch t h ng d n s d ng

Trong khi đó, các xe t i hi n đang s d ng trong n c đa s s d ng h th ng

phanh khí nén và không có ABS Do đó, vi c nghiên c u, làm ch k thu t, công ngh

hi n đ i trên ô tô nói chung, h th ng phanh ABS khí nén nói riêng đ t ng b c nghiên

c u ch t o, thay th các c m chi ti t trong h th ng ABS c a các hãng có ý ngh a th c

ti n đ i v i ngành công nghi p ô tô n c ta, giúp nâng cao ch t l ng và kh n ng c nh

tranh cho các s n ph m ô tô ch t o trong n c

tài khoa h c công ngh c p nhƠ n c: “Nghiên c u thi t k ch t o th nghi m

h th ng ABS cho h th ng phanh khí nén dùng trên ô tô l p ráp t i Vi t Nam”, mư s

KC.03.05/11-15 (sau đơy g i t t lƠ đ tài KC.03.05/11-15) do Tr ng i h c Bách khoa

- 2 -

Hà N i ch trì th c hi n nhi u n i dung nghiên c u, ch t o các c m chi ti t trong h

th ng ABS Trong các n i dung nghiên c u c a đ tài KC.03.05/11-15, n i dung nghiên

c u, ch t o b đi u khi n đi n t yêu c u có các k t qu nghiên c u chi ti t v ph ng

pháp và thu t toán đi u khi n ABS và giá tr ng ng đi u khi n ABS ơy lƠ v n đ

nghiên c u không đ c các hãng công b , c n ph i có ph ng pháp nghiên c u khoa h c,

trang thi t b hi n đ i đ hoàn thi n nghiên c u

Xu t phát t nh ng yêu c u th c t trên, nghiên c u sinh ch n đ tài: “Nghiên c u

h th ng ABS d n đ ng khí nén” nh m tri n khai m t s n i dung nghiên c u c a đ tài

KC.03.05/11-15

Ý ngh a khoa h c và th c ti n c a lu n án

Hi n nay trong n c có nhi u doanh nghi p s n xu t, l p ráp ô tô s d ng h th ng

phanh khí nén v i s n l ng và ch ng lo i ngƠy cƠng t ng Tuy nhiên đa s các ch ng lo i

ô tô này ch a đ c trang b ABS H th ng ABS đang đ c nh p kh u nguyên b nên ph

thu c nhi u vào các hãng s n xu t n c ngoài, lƠm t ng giá thƠnh s n xu t Do đó, vi c

nghiên c u h th ng phanh ABS khí nén đ t ng b c nghiên c u ch t o, thay th các

c m chi ti t trong h th ng ABS c a các hãng có ý ngh a th c ti n đ i v i ngành công

nghi p ô tô và công nghi p ph tr trong n c, giúp nâng cao ch t l ng và kh n ng c nh tranh cho các s n ph m ô tô ch t o trong n c

Lu n án đư gi i quy t đ c các v n đ : Xây d ng mô hình mô ph ng h th ng

phanh khí nén có ABS, đ xu t m t thu t toán đi u khi n h th ng theo gia t c góc bánh

xe; Thông qua b c mô ph ng ho t đ ng c a h th ng trên máy tính, lu n án đánh giá

đ c g n đúng đ c tính c a h th ng ABS khí nén trên m t m u xe nghiên c u, s b xác

đ nh đ c ng ng giá tr gia t c góc c a bánh xe đ đi u khi n chuy n đ i gi a các pha

t ng áp, gi áp, gi m áp trong chu trình ho t đ ng c a ABS; Nghiên c u đ c tính c a c m

bi n đo v n t c góc bánh xe lên ô tô, t đó xác đ nh đ c gia t c góc c a bánh xe; Nghiên

c u th c nghi m nh m hi u ch nh giá tr ng ng gia t c góc đi u khi n ơy lƠ các v n đ

có tính khoa h c, lƠ c s cho các nghiên c u hoàn thi n ti p theo c a h th ng ABS khí

nén

K t qu nghiên c u c a lu n án đ c đ tài KC.03.05/11-15 ng d ng vào s n xu t

th nghi m b đi u khi n đi n t ABS cho h th ng phanh khí nén trên xe ô tô t i K t qu

th nghi m cho th y h th ng ABS ho t đ ng n đ nh, hi u qu phanh c a ô tô trong

tr ng h p có ABS đ c c i thi n so v i tr ng h p không có ABS

- 3 -

N i dung và b c c c a lu n án

Ngoài ph n m đ u và các m c theo quy đ nh, n i dung nghiên c u c a lu n án

đ c trình bày trong b n ch ng vƠ sáu ph l c:

nghiên c u v đi u khi n h th ng ABS khí nén trên th gi i và trong n c; qua đó tìm ra

nh ng v n đ còn t n t i trong các công trình nghiên c u t i Vi t Nam đ xác đ nh n i

dung và m c tiêu lu n án c n th c hi n

CH NG 2 C S LÝ THUY T: Trình bày nghiên c u c s lý thuy t đi u

khi n c a h th ng ABS, nghiên c u và mô hình hóa chuy n đ ng c a ô tô trong quá trình

phanh; nghiên c u và mô hình hóa ho t đ ng c a h th ng phanh khí nén trên xe nghiên

c u

NÉN: Trình bày nghiên c u, đ xu t ph ng pháp vƠ thu t toán đi u khi n h th ng phanh

khí nén có ABS, nghiên c u và mô hình hóa ho t đ ng c a h th ng ABS lƠm c s cho

nghiên c u xác đ nh giá tr ng ng đi u khi n h th ng phanh khí nén có ABS b ng

ph ng pháp mô ph ng trên máy tính

xác đ nh giá tr ng ng đi u khi n h th ng phanh khí nén có ABS k t qu th nghi m đánh giá hi u qu phanh c a h th ng ABS trên xe nghiên c u

có ABS trên xe nghiên c u;

c trung bình;

phanh khí nén có ABS;

- 4 -

 Xác đ nh đ c b giá tr ng ng gia t c góc bánh xe dùng đ đi u khi n

chuy n pha làm vi c c a các van ch p hành ABS trong quá trình ABS khí nén

ho t đ ng

Equation Chapter (Next) Section 1

- 5 -

H th ng phanh trên ô tô ngày càng phát tri n hoàn thi n v k t c u và quá trình

đi u khi n, nơng cao tính n ng an toƠn cho xe ô tô Nhi u thành t u khoa h c, công ngh

đ c ng d ng ngày càng ph bi n trên ô tô nói chung và h th ng phanh nói riêng Trên

c s phân tích, đánh giá các công trình nghiên c u trên th gi i và t i Vi t Nam, lu n án

đ xu t các n i dung vƠ ph ng pháp nghiên c u

1.1 H th ng phanh ABS khí nén trên xe ô tô

ABS (Anti-lock Braking System) là h th ng ch ng hãm c ng bánh xe khi phanh

đ ng m c cao, nh đó nơng cao tính n đ nh h ng chuy n đ ng c a ô tô khi phanh,

duy trì kh n ng d n h ng và gi m quưng đ ng phanh [71] Trong tr ng h p phanh trên đ ng khô và v i v n t c cao (trên 35 km/h), quưng đ ng phanh khi có ABS ng n

h n khi không có ABS Tuy nhiên, trong tr ng h p phanh t v n t c th p h n, phanh trên

đ ng tr n tr t, quưng đ ng phanh khi có ABS có th dƠi h n khi không có ABS [60]

Hi u qu c a ABS khi phanh v n t c th p không cao nên h th ng ABS không đ c kích

ho t Gi i h n v n t c c a ô tô tr c khi phanh đ kích ho t h th ng ABS khác nhau theo

t ng lo i xe và theo nhà s n xu t ABS H th ng ABS l p trên xe t i r moóc ho c s mi

r moóc giúp h n ch đ c nguy c đ u kéo b quay ng c (jackknifing) khi phanh g p, nơng cao tính an toƠn cho ô tô H n n a, các bánh xe không b tr t l t trong quá trình

phanh nên h n ch đ c t c đ mài mòn c a l p xe [71]

So v i h th ng phanh th y l c có ABS, h th ng phanh ABS khí nén có t n s làm

vi c th p h n do quá trình bi n đ i áp su t khí nén trong b u phanh ch m h n nhi u so v i

quá trình bi n đ i áp su t d u trong h th ng phanh th y l c Theo công b c a hãng

Wabco [69], [70], [71], t n s ho t đ ng c a h th ng ABS khí nén do hãng ch t o n m

trong kho ng t 3 đ n 5 Hz

Hi n nay h th ng phanh ABS s d ng c m bi n đ xác đ nh tình tr ng l n c a

bánh xe, t đó đ a ra tín hi u đi u khi n van ch p hành ABS theo thu t toán đư đ c đ nh

tr c M t s h th ng hi n đ i còn tích h p thêm c m bi n đo gia t c dài c a thơn xe đ gia t ng hi u qu đi u khi n quá trình phanh D a trên c u trúc c a h th ng ABS c b n,

các nhà nghiên c u đư phát tri n nhi u h th ng đi u khi n khác nh m nơng cao tính n ng

n đ nh vƠ an toƠn nh h th ng t đ ng đi u khi n l c kéo (ATC - Automatic Traction

- 6 -

Control); H th ng đi u khi n cân b ng đi n t (ESC - Electronic Stability Control) …

[49], [50]

Trên th gi i, ABS liên t c đ c nghiên c u và phát tri n nên hi u qu c a h

th ng ngƠy cƠng cao Ban đ u, h th ng ABS khí nén l p đ t trên xe t i nh m t l a ch n

thêm cho s an toƠn, nh ng v i s hi u qu v t tr i c a nó nên t n m 1991, các n c Chơu Ểu đư b t bu c các hãng ph i l p ABS lên xe t i h ng n ng, đ n n m 1998 ti p t c

áp d ng b t bu c trên các lo i xe t i h ng nh [50] Hi n nay, ABS đ c l p đ t r ng rãi

trên h u h t các lo i xe, k c máy kéo nông nghi p nh m t tiêu chu n an toàn [36]

Trong n c hi n nay có nhi u doanh nghi p s n xu t, l p ráp ô tô s d ng h th ng phanh khí nén nh T ng công ty Máy đ ng l c và máy nông nghi p (VEAM), Công ty C

ph n ô tô Tr ng H i, Công ty c ph n ô tô TMT, Công ty TNHH ô tô Chi n th ng, Vinaxuki … S n ph m ô tô c a các doanh nghi p ô tô trong n c r t đa d ng, t xe t i

tr ng nh đ n các xe t i tr ng l n, t xe con đ n xe khách, xe buýt Trong đó, các xe t i c

trung bình tr lên vƠ xe khách, xe buỦt đ c trang b h th ng phanh khí nén S l ng xe

s d ng h th ng phanh khí nén khá l n vƠ ngƠy cƠng t ng Tuy nhiên, ch có m t s ít lo i

xe có trang b h th ng phanh khí nén có ABS, còn đa s các dòng còn l i không có ABS

ABS khí nén là h th ng ph c t p, ch y u đ c nh p kh u nguyên b t các hãng

nh Wabco, Bendix … nên giá thƠnh c a ô tô s n xu t, l p ráp trong n c có ABS b t ng

cao V i xu h ng nơng cao tính n ng an toƠn cho xe, gia t ng t l n i đ a hóa s n ph m,

gi m giá thành s n xu t, các nhà s n xu t bu c ph i nghiên c u, hoàn thi n s n ph m đ

t ng b c làm ch các công ngh , quy trình công ngh s n xu t

1.2 L ch s phát tri n h th ng ABS khí nén

Quá trình phát tri n h th ng phanh ABS đư tr i qua th i gian r t dài v i nhi u

thành t u đáng k Các nhà s n xu t d n chuy n sang nghiên c u chuyên sâu v t ng lo i

phanh Có th k đ n hãng Bosch r t n i ti ng v i s n ph m ABS cho h th ng phanh th y

l c, hãng Wabco và Bendix chi m th ph n l n trên th tr ng ABS dùng cho h th ng

phanh khí nén Hai hãng này có quá trình nghiên c u, phát tri n s n ph m g n gi ng nhau

Lu n án trích d n m t s s ki n quan tr ng c a hãng Wabco [69], đ i di n cho s phát

tri n c a h th ng ABS khí nén trên ô tô

N m 1969: Sau th i gian dài nghiên c u, h th ng phanh phanh ABS khí nén đ u tiên đ c công b t i tri n lãm Ô tô IAA

- 7 -

N m 1974: Hưng WABCO và Mercedes-Benz chính th c ký k t th a thu n h p tác

nh m thúc đ y phát tri n h th ng và th c hi n các th nghi m trên xe

N m 1975: WABCO b t đ u phát tri n h th ng đi u khi n đi n t c a riêng mình

d a trên vi c x lý tín hi u t ng t (Analog) WABCO đư h p tác v i các hãng khác đ

m r ng s n xu t

N m 1980: Gi i thi u thi t b đi n t đ c s hóa hoàn toàn Máy vi tính là b x

lý trung tâm Th nghi m cu i cùng đ c th c hi n vƠo mùa đông n m 1980 t i Lapland

v i s có m t cùa nhi u chuyên gia t nhi u n c trên th gi i Sau đó b đi u khi n đi n

t h th ng phanh nƠy đ c s d ng trên các xe th ng m i

N m 1981, hãng Mercedes-Benz vƠ các hưng khác đư phát tri n h th ng ABS c a

WABCO Dòng s n ph m thu c th h A g m h th ng đi u khi n 2 kênh vƠ đi u khi n 4

kênh

N m 1986, hãng WABCO gi i thi u h th ng ch ng tr t quay (qua h th ng ki m

soát l c kéo) v i b đi u khi n đi n t th h B g m 6 kênh đi u khi n ABS

N m 1989, hãng WABCO gi i thi u c c u ch p hành ABS dành cho moóc kéo,

kèm theo b ch n đoán l i theo tiêu chu n ISO

N m 1990, hãng WABCO gi i thi u b đi u khi n ABS/ASR th h C, v i b ch n đoán l i và các ch c n ng b sung đi kèm

Tháng 10 n m 1991, Các n c Châu Âu (EC) b t bu c ph i l p đ t h th ng phanh

ABS trên các xe t i h ng n ng

N m 1996, hãng WABCO gi i thi u h th ng h th ng ABS th h D dành cho xe

kéo moóc và gi i thi u h th ng đi u khi n đi n t cho h th ng phanh EBS

(Electronically controlled Braking System)

N m 1998, h th ng EBS dƠnh cho xe kéo moóc đ c hoàn thi n và b t đ u b t

bu c ph i l p đ t h th ng ABS trên các xe t i h ng nh h n

N m 2000, gi i thi u h th ng ABS th h E trên xe kéo moóc

N m 2003, h th ng ABS đ c phát tri n thêm ch c n ng đi u khi n n đ nh

ch ng l t ậ RSC (Roll Stability Control)

N m 2008, h th ng ABS phiên b n E4 đ c phát tri n ơy lƠ phiên b n có ch c

n ng m r ng thêm cho ABS nh : H th ng đi u khi n n đ nh đi n t (ESC - Electronic

- 8 -

Stability Control), h th ng n đ nh ch ng l t (RSC - Roll Stability Control), h th ng đi u

khi n l c kéo (ATC - Automatic Traction Control) k t h p đi u khi n đ ng c

Nh v y, h th ng đi u khi n quá trình phanh ô tô đ n nay đư khá hoàn thi n v k t

v n là h th ng c b n Nghiên c u đi u khi n h th ng phanh ABS là c s đ phát tri n

và tích h p các h th ng đi u khi n tích c c khác trên xe

1.3 Tình hình nghiên c u ngoƠi n c

L c phanh t i đa ph thu c vào h s bám gi a bánh xe và m t đ ng, trong khi h

s bám này l i ph thu c vƠo đ tr t c a bánh xe Do đó, đ nâng cao l c phanh nh m

nâng cao hi u qu phanh và tính n đ nh c a xe khi phanh c n ph i đi u khi n đ đ tr t

c a bánh xe luôn n m trong vùng t i u, t i đó các giá tr h s bám d c vƠ bám ngang đ u

cao Các nghiên c u sau đó [59], [69], [71] đư ch ra r ng hi u qu phanh cao nh t khi đ

tr t c a bánh xe v i m t đ ng n m trong kho ng 15% ậ 30% ây chính là m c tiêu đ

nghiên c u, ch t o h th ng phanh có h th ng ch ng hãm c ng (ABS) Trên th gi i đư

có nhi u nghiên c u v h th ng ABS, tiêu bi u có các công trình sau:

Tháng 5 n m 1991, Rutledge Jack công b sáng ch “H th ng phanh ABS khí nén

dành cho xe t i” [61] H th ng đi u khi n quá trình phanh ABS khí nén này khác v i các

h th ng phanh ABS tr c đó lƠ không có ECU vƠ c m bi n H th ng t đ ng kích ho t

(0,07 MPa) H th ng này có th đi u khi n ABS cho c đ u kéo vƠ r -moóc H th ng s

d ng b đi u khi n đ n gi n, ch là các b t o xung đ đóng m van ch p hành ABS theo

h s bám cao …) ho c tr ng h p h s bám th p và bánh xe b tr t l t tr c khi áp su t

trong b u phanh v t ng ng 10 psi, hi u qu phanh không đ t t i giá tr cao nh t

Nghiên c u đ c tính c a h th ng khí nén, Ing T Hong công ty BarDyne (M )

và Richard K Tessmann công ty FES (M ) đư xơy d ng m i quan h gi a các đ i l ng

v n t c, l u l ng, áp su t, tr ng l ng riêng c a ch t khí, nhi t đ d a trên các ph ng

trình Navier Storkes T h ph ng trình đ ng h c c a dòng ch t khí, tác gi s d ng ph n

quá trình x khí nén t bình ch a và ví d v mô ph ng h th ng treo khí nén đ minh h a

K t qu nghiên c u là n n t ng cho các nghiên c u ti p theo v h th ng khí nén nói chung

- 9 -

và c th trên h th ng phanh khí nén trên ô tô Công trình nƠy đ c trình bày t i Chicago

trong h i ngh qu c t v k thu t th y khí n m 1996 [38]

Tháng 6 n m 1998, JohnBernad ( Handsworth Wood, Birmingham) công b

nghiên c u v h th ng đi n t đi u khi n quá trình phanh c a h th ng phanh khí nén trên

ô tô [42] H th ng này có m t b đi u khi n trung tâm và 4 b đi u khi n ph B đi u

khi n trung tâm xu t tín hi u đi u khi n cho t ng b đi u khi n ph , các b đi u khi n ph

hi u ch nh theo các d li u v đ tr t và áp su t khí nén đ đ a tín hi u cu i cùng đi u

khi n van ch p hành ABS H th ng này x lý d li u t nhi u lo i c m bi n (c m bi n áp

su t khí nén, c m bi n bƠn đ p phanh, c m bi n gia t c d c c a ô tô, c m bi n v n t c góc

bánh xe) nên xác đ nh đ c chính xác tr ng thái phanh, nh đó đ a ra đ c ph ng án

đi u khi n t i u tin c y c a h th ng cao do cùng lúc đ c đi u khi n t hai c p đi u

khi n nên khi có s c v i m t b đi u khi n, h th ng ABS v n có th ti p t c làm vi c

m c dù hi u qu phanh không cao nh tr c Tuy nhiên, h th ng này có quá nhi u b

đi u khi n giao ti p liên t c v i nhau, vì v y gi i quy t v n đ truy n thông r t ph c t p,

yêu c u v thi t b đ ng b

Mark Bennett và Michael Tober đư nghiên c u và th c hi n mô ph ng th c nghi m

(HIL) s d ng c m bi n đi n t vƠ vƠnh r ng s d ng trên ô tô th c t vƠ đ ng trên t p chí

SAE s 2002-01-3123 [46] Nghiên c u ch ra nhi u d ng tín hi u khác nhau c a c m bi n

trong các tr ng h p nh b m t r ng, có va ch m v i vƠnh r ng, kho ng cách c m bi n ậ vƠnh r ng không đ ng đ u …

Tháng 8 n m 2005, Pierre Abboud và Thanh Ho công b sáng ch “C c u ch p

hành ABS s d ng piston cân b ng áp su t” [54] Tác gi đư nghiên c u và th c nghi m

m t lo i van ch p hành ABS r t đ c bi t, bên trong s d ng piston cân b ng áp su t, do

v y có th t o ra đ c các pha t ng áp, gi m áp và gi áp ch v i m t cu n dây Khí nén

đ c c p đ u vào v i áp su t kho ng 120 psi (0,83 MPa), áp su t khí nén đ u ra đ c

đi u ch nh b i van ch p hành ABS 3 v trí V trí c a piston trong van ABS ph thu c vào

c ng đ dòng đi n c p vào cu n dây H th ng nƠy có u đi m là ch s d ng m t cu n

dây k t h p v i piston cân b ng đ đi u khi n van ch p hành ABS Tuy nhiên vì van ch p

hành ABS ch có m t cu n dây và piston có 3 v trí làm vi c nên r t khó đi u khi n chính

xác v trí piston, đ c bi t là khi ho t đ ng t n s cao

Tháng 6 n m 2006, Timothy J Frashure và hãng Bendix công b sáng ch “Phơn

chia h th ng ch ng hãm c ng bánh xe” dƠnh cho h th ng phanh ô tô t i [67] H th ng

- 10 -

c a Timothy J Frashure g m hai mô đun đi u khi n riêng bi t Hai mô đun đi u khi n này

giao ti p v i nhau thông qua chu n truy n thông J1939 u đi m c a cách thi t k ki u

chi u dài dây tín hi u vƠ các đ u k t n i đ c gi m t i đa, đ tin c y c a h th ng t ng lên đáng k H n n a, h th ng đ c chia thƠnh hai mô đun đi u khi n ABS đ c l p, n u x y

ra s c v i m t mô đun ABS thì h th ng ABS kênh còn l i v n ho t đ ng bình th ng

Gi a hai mô đun có giao ti p nên h th ng ch c n có m t h th ng ch n đoán vƠ đèn báo

l i Nh c đi m l n c a công trình này là h th ng ph c t p, c n đ n hai mô đun riêng bi t

đ đi u khi n ABS

Diego Pedroso dos Santos, Eduardo Lobo Lustosa Cabral đư xơy d ng b đi u

khi n ABS trên c s đi u khi n m [28] đ c công b trên t p chí SAE s 2008-36-0039

n m 2008 Mô hình xe đ c xây d ng gi i h n đ ng l c h c ph ng d c H th ng đi u

khi n có s d ng thêm c m bi n gia t c đ xác đ nh gia t c dài c a xe khi phanh nh m t i

u hóa quá trình đi u khi n K t qu mô ph ng cho th y quưng đ ng phanh khi có ABS

d b nhi u b i rung đ ng c a thơn xe, đ c bi t trên xe ô tô t i Do đó c n có thu t toán và

ch ng trình l c t t đ h n ch các nhi u do rung đ ng gây ra

Jinglai Wu, Hongchang Zhang, Yunqing Zhang và Liping Chen đư xơy d ng mô

hình v t lý mô t h nhiêu đ i t ng (t ng van, van gia t c, b u phanh) trong h th ng

phanh khí nén b ng ph n m m AMESim Nghiên c u đ c đ ng trên t p chí SAE, s

2009-01-0408 [41], theo đó các thông s nh h ng l n đ n th i gian ch m tác d ng và

bi n thiên áp su t khí nén đ c xác đ nh b ng ph ng pháp th nghi m BƠi báo c ng nêu

các kh n ng c i ti n b m t v t li u, k t c u … đ thu đ c các thông s t i u, h th ng

phanh khí s có đ ch m tác d ng nh nh t

Cùng h ng nghiên c u th c nghi m (HIL), n m 2010, Wu Chao, Duan Jianmin và

Yu Yongchuan đư xơy d ng mô hình th nghi m trong phòng thí nghi m v i các thi t b

nh trên xe th c t và mô hình xe [74] Tr c h t, mô hình đ c mô ph ng trong

Matlab/Simulink v i nhi u tình hu ng s c nh m t c m bi n, … sau đó h th ng biên

dch thƠnh mư đi u ki n v i th i gian th c, mư đi u khi n nƠy đ c c p nh t vào ph n

c ng DSPACE V i ph n m m đi kèm c a DSPACE có th ki m soát các pha trong quá

trình mô ph ng, có th theo dõi vƠ đi u ch nh các thông s mô ph ng trong th i gian th c

- 11 -

xây d ng mô hình h th ng phanh khí nén, Jeevan N Patil, Sivakumar Palanivelu và Ajit Kumar Jindal b c đ u xây d ng mô hình toán h c cho van phân ph i

(lo i van kép, có hai dòng đi u khi n phanh cho hai c u đ c l p) Công trình đ c công b

trên t p chí SAE s 2013-26-0150 [39] Trong công trình này, các tác gi đư l p ph ng

trình mô t ho t đ ng c a t ng ph n t trong van, xây d ng mô hình b ng ph n m m

AMESim Tác gi mô ph ng m t chu trình phanh g m đ p phanh (pha t ng áp) trong 0,3

giây, gi phanh (gi áp) trong 2,8 giây và nh phanh (gi m áp) trong 0,3 giây Mô hình mô

t chi ti t van phân ph i, k t qu nghiên c u có đ chính xác cao, th hi n đ c m i quan

h gi a đ tr c a s bi n thiên áp su t sau van v i khe h gi a các chi ti t chuy n đ ng bên trong van Mô hình lƠ c s đ m r ng nghiên c u cho c h th ng phanh khí nén

Có th nói các công trình nghiên c u h th ng t đ ng đi u khi n quá trình phanh

th i k đ u t p trung gi i quy t v n đ hoàn thi n k t c u Th i gian g n đơy các nghiên

c u ch y u t p trung gi i quy t v n đ thu t toán đi u khi n nh m t i u hóa hi u qu

phanh và kh n ng n đ nh h ng chuy n đ ng c a ô tô khi phanh Các nghiên c u ph n

l n đ c th c hi n b ng mô hình mô ph ng trên máy tính, m t s công trình th c hi n

nghiên c u th c nghi m Tuy nhiên k t qu công b m t cách s l c, n i dung khoa h c

và các s li u không đ c công b nên khó s d ng tr c ti p cho th c t s n xu t

Các hãng l n nh Wabco, Bendix, Bosch … đ u các có nghiên c u r t sâu vào h

th ng ABS, có phòng thí nghi m nghiên c u c m bi n, t i u k t c u van ch p hƠnh c ng

nh thu t toán đi u khi n và thi t k b đi u khi n … S n ph m c a các hưng đ c th

nghi m, t i u hóa thi t k và s n xu t th ng m i đ l p đ t trên xe ô tô Tuy nhiên tài

li u nghiên c u c a các hãng xe là tài li u bí m t, không đ c công b Các tài li u k

thu t do các hãng này công b ch là h ng d n s d ng và gi i thi u s n ph m

1.4 Tình hình nghiên c u trong n c

Th i gian g n đơy, s l ng xe t i, xe khách s d ng h th ng phanh khí nén Vi t Nam t ng nhanh, đ c bi t là m t s dòng xe l p ráp trong n c Các công ty s n xu t, l p ráp ô tô trong n c đang d n n i đ a hóa các c m chi ti t và ti n t i s n xu t ô tô v i

th ng hi u riêng Do đó các nhà nghiên c u trong n c c n nhanh chóng làm ch công

ngh tiên ti n đư vƠ đang đ c ng d ng trên ô tô hi n đ i Th i gian qua, có m t s nhà

khoa h c đư nghiên c u v h th ng phanh có ABS, tiêu bi u có các công trình sau:

tài KC.03.05/11-15 do Tr ng i h c Bách khoa Hà N i ch trì đư hoƠn thƠnh

n m 2015 v i các n i dung nghiên c u chính: Nghiên c u h th ng phanh khí nén s d ng

- 12 -

trên ô tô t i l p ráp t i Vi t Nam; Nghiên c u, thi t k , ch t o van ch p hành ABS; Thi t

k , ch t o c m bi n và vành r ng đo v n t c góc bánh xe cho h th ng ABS; Thi t k , ch

t o b đi u khi n đi n t cho h th ng ABS khí nén Sau khi ch t o th nghi m và l p đ t lên xe đ có h th ng phanh khí nén có ABS, đ tài ti n hành các th c nghi m đ đánh giá

hi u qu làm vi c c a h th ng ABS trên ô tô l p ráp trong n c K t qu th nghi m cho

th y h th ng ABS khí nén trên xe nghiên c u đ t Quy chu n Vi t Nam và tiêu chu n

Châu Âu v hi u qu phanh

Trong các n i dung th c hi n c a đ tài, n i dung thi t k , ch t o b đi u khi n

đi n t cho h th ng ABS khí nén có m c đ ph c t p cao nh t ch t o đ c b đi u

khi n đi n t bu c ph i có thu t toán đi u khi n vƠ các ng ng đi u khi n chuy n pha c a

ABS Hai v n đ này là y u t c t lõi c a b đi u khi n, không đ c các hãng s n xu t

ABS công b , vƠ c ng không th gi i mư đ c t các s n ph m ECU th ng m i trên th

tr ng

khi n ABS, xác đ nh các ng ng đi u khi n chuy n pha c a ABS đ i v i lo i xe do đ tài

KC.03.05/11-15 nghiên c u Nghiên c u đ c th c hi n trên xe ô tô t i có t i tr ng 2,98

t n có h th ng phanh chính là phanh khí nén, đư đ c đ tài KC.03.05/11-15 l p đ t thêm

b n van ch p hƠnh ABS tr c các b u phanh, l p đ t c m bi n và vƠnh r ng lên các tr ng phanh đ xác đ nh tình tr ng l n c a t t c các bánh xe K t qu nghiên c u c a lu n án

đ c đ tài KC.03.05/11-15 ng d ng vào thi t k , ch t o b đi u khi n đi n t cho h

th ng phanh khí nén có ABS

đ tƠi “Nghiên c u mô ph ng h th ng phanh khí nén có ABS” [8] đư nghiên c u, xây

d ng mô hình và th c hi n mô ph ng h th ng phanh ABS khí nén trên xe tham kh o là xe

t i Kamaz-5320, t i tr ng 8.000 kg Tác gi đư xây d ng mô hình c a các c m chi ti t

chính trong h th ng phanh nh : mô ph ng van phân ph i, đ ng ng d n khí nén, b u

phanh, c c u phanh, van ch p hành ABS v i nhi u gi thi t nh m đ n gi n hóa vƠ ch a xét đ n nh h ng c a van gia t c trên dòng phanh c u sau, van x nhanh trên dòng phanh

c u tr c tài mô ph ng b đi u khi n b ng Stateflow trong Matlab, thu t toán đi u

khi n d a trên đ tr t c a các bánh xe trong quá trình phanh Mô hình ch a th c hi n mô

ph ng tín hi u t các c m bi n đo v n t c góc bánh xe, giá tr đ tr t đ c l y t k t qu

mô ph ng chuy n đ ng c a thân xe Tác gi th c hi n mô ph ng các v n t c ban đ u

- 13 -

khác nhau, trên các lo i đ ng có h s bám khác nhau Ngoài k t qu mô ph ng quãng

đ ng phanh và v n t c dài c a xe, lu n v n m i ch đ c p đ n quy lu t bi n thiên c a các

thông s liên quan đ n bánh xe tr c bên trái nh : áp su t khí nén trong b u phanh, mô

men phanh bánh xe, v n t c góc vƠ đ tr t bánh xe Quy lu t bi n thiên c a các thông s liên quan đ n các bánh xe khác ch a đ c p đ n Các k t qu c a lu n v n m i ch d ng l i

mô ph ng trên máy tính, ch a đ c ki m ch ng qua th c nghi m nên ch a th ng d ng

tr c ti p vào công nghi p s n xu t

Lu n án ti n s k thu t c a L i N ng V (N m 2012 ậ H Bách khoa HƠ N i) v i

đ tƠi “Nghiên c u h th ng đi u khi n quá trình phanh ô tô” [2] đư nghiên c u h th ng

đi u khi n quá trình phanh áp d ng cho phanh th y l c có tr l c chân không trên ô tô con

Tác gi đư xây d ng mô hình mô ph ng h th ng phanh th y l c trên ô tô con b ng Matlab

ậ Simulink, b đi u khi n đ c xây d ng b ng logic m (Fuzzy logic) Mô hình mô ph ng

có xét đ n n đ nh h ng chuy n đ ng c a ô tô khi phanh Qua mô ph ng, tác gi tìm ra

ng ng giá tr gia t c góc đ đi u khi n ABS, đánh giá đ c hi u qu làm vi c c a h

th ng ABS Tác gi đư ch t o thành công b đi u khi n đi n t và l p đ t, th nghi m

trên xe Camry Le s n xu t n m 2001 nh m đánh giá ho t đ ng c a b đi u khi n ch t o,

th nghi m đánh giá hi u qu c a h th ng ABS

“T ng h p b đi u khi n đi n t và mô ph ng h th ng phanh có ABS trên xe du l ch” [1]

đư xây d ng mô hình mô ph ng h th ng phanh th y l c có ABS trên xe ô tô con và th

nghi m b đi u khi n đi n t trên mô hình h th ng phanh trong phòng thí nghi m Lu n

v n đư s d ng ph n m m Matlab - Stateflow đ mô hình hóa các tr ng thái đi u khi n c a

b đi u khi n (tr ng thái t ng áp, gi áp, gi m áp) h th ng phanh th y l c Ngoài nhi m

v đi u khi n các van ch p hành ABS khi c n thi t, b đi u khi n còn có nhi m v kích

mô ph ng đi u khi n theo đ tr t c a bánh xe trên mô hình mô ph ng h th ng phanh

th y l c k t h p mô hình đ ng l c h c ½ xe Tác gi đư t ng h p đ c b đi u khi n đi n

t cho mô hình ABS th y l c trong phòng thí nghi m

Lu n án ti n s k thu t c a Nguy n S nh (n m 2010 ậ H c vi n K thu t Quân

s ) [6] đư ng d ng mô hình đƠn h i đ thi t l p mô hình toán kh o sát m i ch đ làm

c a h th ng d n đ ng phanh th y l c làm vi c ch đ không ABS b ng ph n m m, lu n

- 14 -

án đư xác đ nh đ c các thông s c b n lƠm c s khoa h c đ l a ch n các mô đun tiêu

chu n c a h th ng ABS l p trên xe UAZ ậ 31512 nh m nâng cao ch t l ng xe ch huy trong quơn đ i K t qu th c nghi m cho th y mô hình kh o sát và h th ng phanh đ c

l p thêm ABS đư c i thi n đ c đáng k hi u qu phanh Tuy nhiên, lu n án không nghiên

c u n i dung phát tri n m i h th ng ABS

Lu n án ti n s c a Nguy n V n Ti m (n m 2009 ậ H Giao thông V n t i Hà

N i) v i đ tƠi “Nghiên c u xây d ng h đi u khi n chuy n đ ng thích nghi trên c s

logic m và m ng n ron nhơn t o” [9] đư xơy d ng đ c hai thu t toán đi u khi n thích nghi trên c s logic m và m ng n ron nh n t o trên mô hình mô ph ng ¼ xe Tác gi đư

xây d ng đ c hai mô hình h th ng đi u khi n thích nghi h phi tuy n và ng d ng cho

kh o sát h th ng đi u khi n chuy n đ ng t ng đ i vƠ bƠi toán đi u khi n ch ng bó c ng

bánh xe ô tô khi phanh K t qu mô ph ng cho th y thu t toán đư đ xu t đ m b o đ tin

c y, nơng cao đ c ch t l ng đi u khi n h phi tuy n Tuy nhiên nghiên c u m i ch

d ng l i mô ph ng trên máy tính cho mô hình ữ nên ch a th ng d ng tr c ti p vào s n

xu t

Nhìn chung, các công trình nghiên c u trong n c đư có nhi u Ủ ngh a quan tr ng

trong vi c hoàn thi n c s lý thuy t quá trình phanh c ng nh gi i quy t các v n đ v

đi u khi n quá trình phanh Tuy nhiên, các nghiên c u sâu v h th ng ABS còn h n ch ,

ch y u t p trung nghiên c u ABS cho h th ng phanh th y l c b ng mô hình mô ph ng, các th c nghi m ch y u đ c th c hi n trên mô hình có tính ch t minh h a trong phòng

thí nghi m M t s ít công trình nghiên c u v h th ng ABS khí nén nh ng đ u ch d ng

l i mô ph ng trên máy tính, ch a có các nghiên c u th c nghi m đ hoàn thi n nghiên

c u

1.5 i t ng nghiên c u

i t ng nghiên c u c a lu n án là h th ng phanh khí nén và h th ng ABS (c m

bi n, van ch p hành ABS, b đi u khi n) s d ng cho xe ô tô t i c trung bình, c th đ c

gi i thi u trong các ti u m c 1.5.1 vƠ 1.5.2 sau đơy

1.5.1 Xe nghiên c u và b trí h th ng ABS

Xe nghiên c u là xe t i s d ng h th ng phanh khí nén đ c thi t k không có

ABS, có các thông s nh trong B ng 1 1 sau:

Lu n án nghiên c u kh n ng l p đ t ABS lên xe, nghiên c u ph ng án b trí c m

bi n và van ch p hành ABS đ t o đ i t ng nghiên c u thu t toán đi u khi n, ng ng

đi u khi n và b đi u khi n đi n t

Ph ng án b trí c m bi n và van ch p hành ABS

H th ng ABS trên xe t i s d ng h th ng phanh khí nén r t đa d ng, đ c phân

lo i theo s c m bi n (Sensor ậ S) và s van ch p hành ABS (Modulator ậ M) [49] nh : 4S/4M, 6S/4M, 6S/6M …

V i xe nghiên c u, h th ng ABS có th b trí các ph ng án 2S/2M, 4S/3M, 4S/4M Ph ng án 2S/2M s d ng m t c m bi n xác đ nh tình tr ng l n c a bánh xe c u

tr c, m t c m bi n xác đ nh tình tr ng l n c a bánh xe c u sau Hai bánh xe c u tr c

đ c đi u khi n chung b i m t van ch p hành ABS, các bánh xe c u sau đ c đi u

khi n b i m t van ch p hƠnh ABS khác Ph ng án thi t k nƠy đ n gi n nh t, có s l ng

c m bi n và van ch p hành ABS ít nh t, thu t toán vƠ ch ng trình đi u khi n đ n gi n

Tuy nhiên, các bánh xe trên cùng m t c u đ c đi u khi n chung nên không s d ng h t

- 16 -

kh n ng bám c a t ng bánh xe H n n a tình tr ng l n c a các bánh xe trên cùng m t c u

đ c xác đ nh b ng m t c m bi n nên có th xác đ nh sai tr ng thái l n c a t ng bánh xe,

đ nh tình tr ng l n c a t ng bánh xe, tuy nhiên ch có 3 van ch p hành ABS Các bánh xe

án này phân b l c phanh trên c u sau t ng đ i đ ng đ u nh ng không s d ng t i đa

đ c kh n ng phanh c a t ng bánh xe Ph ng án 4S/4M s d ng 4 c m bi n và 4 van

ch p hành ABS, giúp xác đ nh đ c chính xác tình tr ng l n c a t ng bánh xe, đi u khi n

đ c l p t ng bánh xe nên s d ng đ c t i đa kh n ng phanh t i t ng bánh xe Nh đó nơng cao đ c hi u qu hi u qu phanh H n n a, khi xu t hi n s sai l ch l c phanh trên

các bánh xe c a cùng m t c u, bên bánh xe có h s bám cao s đ c đi u khi n làm gi m

áp su t phanh, h n ch nguy c quay thơn xe, t ng đ n đ nh cho xe ô tô khi phanh Tuy

nhiên thi t k h th ng, thu t toán vƠ ch ng trình đi u khi n ABS c a ph ng án nƠy

ph c t p nh t

ABS ki u 4S/4M Xe đ c đ tài KC.03.05/11-15 l p thêm b n b vƠnh r ng vƠ c m bi n

cho b n bánh xe nh trình bƠy m c 3.3, h th ng phanh đ c l p đ t thêm b n van ch p

hành ABS nh trình bƠy m c 1.5.2, b trí ngay phía tr c các b u phanh S đ l p đ t

h th ng ABS lên xe nghiên c u nh Hình 1 1

Hình 1 1 Ph ng án b trí ABS ki u 4S/4M trên xe nghiên c u

- - - Khí nén

i n

- 17 -

Van ch p hƠnh ABS có nhi m v đi u khi n áp su t khí nén trong b u phanh, nh m

th c hi n các pha t ng áp, gi m áp vƠ gi áp, giúp nâng cao kh n ng n đ nh h ng chuy n đ ng c a ô tô khi phanh vƠ hi u qu phanh

Van ch p hành ABS do đ tài KC.03.05/11-15 ch t o theo m u van ch p hành

Van ch p hƠnh ABS lúc nƠy đóng vai trò nh m t đo n đ ng ng d n khí nén Tr ng thái

c a van đi n t đi u khi n c p khí, x khí vƠ đ ng đi c a khí nén trong van ABS khi ABS

không kích ho t nh Hình 1 2 [49]

Hình 1 2 Tr ng thái van ch p hành ABS khi không làm vi c

Tr ng h p ABS ho t đ ng pha t ng áp

Tr ng h p van ch p hƠnh ABS ho t đ ng pha t ng áp, tr ng thái c a các van

đi n t vƠ đ ng đi c a khí nén trong van gi ng h t tr ng h p van ch p hƠnh ABS không

ho t đ ng Không có dòng đi n đi u khi n các van đi n t đi u khi n c p khí vƠ x khí

Ho t đ ng c a các van đi n t vƠ đ ng đi c a khí nén trong van ch p hƠnh ABS nh

Hình 1 2

C ng c p khí nén t van phân ph i

Van đi n t đi u

Khoang đi u khi n

Van mƠng đi u khi n c p khí

- 18 -

Tr ng h p ABS ho t đ ng pha gi m áp

th c hi n gi m áp su t trong b u phanh, van ch p hƠnh ABS đóng đ ng c p khí vƠo b u phanh b ng cách đóng van mƠng đi u khi n c p khí M t khác van ch p hƠnh ABS m đ ng x khí t b u phanh ra môi tr ng thông qua vi c m van mƠng đi u khi n

x khí th c hi n đ c đi u đó, b đi u khi n c p dòng đi n đi u khi n vƠo van đi n t

đi u khi n c p khí vƠ van đi n t đi u khi n x khí Ho t đ ng c a các van đi n t và

đ ng đi c a khí nén trong van ch p hƠnh ABS nh Hình 1 3 [49]

Hình 1 3 Tr ng thái van ch p hành ABS trong pha gi m áp

pha này th c hi n đ c đi u đó, b đi u khi n c p dòng đi n đi u khi n vƠo van đi n

t đi u khi n c p khí vƠ c t dòng đi n đi u khi n vƠo van đi n t đi u khi n x khí Ho t

đ ng c a van đi n t vƠ đ ng đi c a khí nén trong van ch p hƠnh ABS nh Hình 1 4

[49]

C ng c p khí

nén t Van phân ph i

Van đi n t đi u

khi n c p khí

(M )

Van đi n t đi u

khi n x khí (M )

- 19 -

Hình 1 4 Tr ng thái van ch p hành ABS trong pha gi áp

T k t c u vƠ ho t đ ng c a van ch p hƠnh ABS trên, nh n th y các tr ng thái t ng

áp, gi m áp, gi áp đ c đi u khi n b i 2 van: van đi n t đi u khi n c p khí và van đi n

t đi u khi n x khí B ng tr ng thái sau th hi n ho t đ ng c a van ch p hƠnh ABS khi

đi u khi n ON/OFF các van đi n t

B ng 1 2 B ng tr ng thái ho t đ ng c a van ch p hành ABS

Hai van đi n t đi u khi n c p và x khí trong van ch p hƠnh ABS đ c đi u khi n

thông qua các cu n dơy trong van đi n t

1.6 M c tiêu và ph m vi nghiên c u

M c tiêu nghiên c u

 Nghiên c u, xác đ nh đ c kh n ng đáp ng t n s đi u khi n c a h th ng

phanh khí nén có ABS trên xe nghiên c u;

C ng c p khí nén t Van phân ph i

Van đi n t đi u

khi n c p khí (M )

Van đi n t đi u

- 20 -

h th ng phanh d n đ ng khí nén có ABS nh m ph c v nghiên c u, mô ph ng xác đ nh ng ng đi u khi n vƠ quá trình đi u khi n h th ng;

t c góc bánh xe và xác đ nh đ c b giá tr ng ng gia t c góc bánh xe dùng đ

đi u khi n chuy n pha làm vi c c a các van ch p hành ABS trong quá trình ABS

khí nén ho t đ ng

Ph m vi nghiên c u

Lu n án th c hi n nghiên c u h th ng ABS d n đ ng khí nén trên ô tô t i c trung

bình, s d ng vƠnh r ng c m bi n và van ch p hƠnh ABS do đ tài KC.03.05/11-15 ch

t o H th ng ABS d n đ ng khí nén trên xe nghiên c u s d ng thông s t b n c m bi n

đo v n t c góc c a b n bánh xe đ đi u khi n b n van ch p hƠnh ABS đ c l p, do đó lu n

án nghiên c u thu t toán đi u khi n h th ng ABS theo gia t c góc c a các bánh xe khi

phanh Lu n án nghiên c u mô ph ng chuy n đ ng c a xe trong quá trình phanh trên

đ ng b ng, ph ng và nghiên c u mô ph ng h th ng phanh d n đ ng khí nén có ABS

b ng ph n m m Matlab ậ Simulink, Matlab ậ StateFlow, ch a xét đ n quá trình phanh khi

xe quay vòng vƠ phanh trên đ ng có h s bám khác nhau gi a hai v t bánh xe Qua quá

trình mô ph ng ho t đ ng c a h th ng trên máy tính, lu n án xác đ nh đ c g n đúng b

giá tr ng ng gia t c góc đi u khi n ABS Lu n án th c hi n các nghiên c u th c nghi m

trên các lo i đ ng th ng, b m t đ ng đ ng nh t ph nh a asphalt (khô vƠ t), ph bê

tông (khô vƠ t) các d i v n t c khác nhau (t 30 km/h đ n 60 km/h) nh m chính xác

hóa b giá tr ng ng gia t c góc đi u khi n ABS vƠ đánh giá hi u qu ho t đ ng c a toàn

b h th ng

1.7 N i dung vƠ ph ng pháp nghiên c u

N i dung nghiên c u

 Nghiên c u h th ng phanh ABS khí nén trên ô tô;

 Nghiên c u c m bi n vƠ ph ng pháp đo v n t c góc, gia t c góc bánh xe;

 Nghiên c u kh n ng đáp ng t n s đi u khi n c a h th ng phanh khí nén có

ABS;

 Nghiên c u, xây d ng thu t toán đi u khi n h th ng phanh ABS khí nén;

- 21 -

trình phanh trên đ ng b ng ph ng;

 Nghiên c u, xây d ng mô hình mô ph ng h th ng phanh ABS khí nén;

 Nghiên c u th c nghi m h th ng phanh ABS khí nén trên đ ng th nghi m

Ph ng pháp nghiên c u

Lu n án s d ng k t h p ph ng pháp nghiên c u lý thuy t và nghiên c u th c

nghi m, c th nh sau:

Nghiên c u lý thuy t: xây d ng mô hình mô ph ng h th ng trên máy tính, th c

hi n mô ph ng đ kh o sát đ c tính c a h th ng, t đó xác đ nh s b giá tr ng ng đi u

khi n

Nghiên c u th c nghi m: c th c hi n nhi u l n trên c s giá tr ng ng đi u

ch nh giá tr ng ng đi u khi n đ h th ng ho t đ ng t t trong th c t

1.8 K t lu n ch ng 1

H th ng ABS khí nén liên t c đ c nghiên c u hoàn thi n v k t c u vƠ tính n ng

làm vi c, đ c l p đ t th ng m i trên nhi u lo i xe t i khác nhau các n c phát tri n,

h th ng ABS khí nén b t bu c ph i đ c l p đ t trên xe ô tô t i nh m t tiêu chu n an

toàn

Trên th gi i, vi c nghiên c u, hoàn thi n h th ng ABS khí nén đang đ c nhi u

nhà khoa h c quan tâm nghiên c u vƠ đ t đ c nhi u thành t u Tuy nhiên, k t qu nghiên

c u đ c công b mang tính ch t gi i thi u, ch a đ chi ti t đ có th tri n khai ng d ng

vào th c t Vi c nghiên c u, ng d ng công ngh ABS vào s n xu t ô tô trong n c còn

nhi u h n ch

T i Vi t Nam, có m t s công trình nghiên c u v h th ng ABS nh ng ch y u

t p trung vào ABS dành cho h th ng phanh th y l c C n có nhi u nghiên c u, ch t o

th nghi m ti p theo đ t ng b c làm ch công ngh ABS khí nén trên xe ô tô

Vi c nghiên c u nh m t ng b c làm ch k thu t, công ngh ABS khí nén trên

các xe ô tô có Ủ ngh a th c ti n và khoa h c, giúp phát tri n n n công nghi p ph tr s n

- 22 -

xu t ô tô, nâng cao kh n ng c nh tranh v ch t l ng và giá thành cho ô tô s n xu t trong

n c s n xu t

Lu n án đ c nghiên c u nh m gi i quy t các v n đ ph c t p trong n i dung thi t

k , ch t o b đi u khi n đi n t cho h th ng phanh khí nén có ABS c a đ tài

KC.03.05/11-15 K t qu nghiên c u c a lu n án đ c đ tài KC.03.05/11-15 ng d ng,

ch t o thành công b đi u khi n đi n t h th ng ABS

Equation Chapter (Next) Section 1

lu n án ti n hành nghiên c u theo quy trình nh s đ trên Hình 2 1

Hình 2 1 Quy trình nghiên c u, đ xu t thu t toán đi u khi n

HoƠn thƠnh giai đo n này, lu n án đ xu t đ c thu t toán đi u khi n K t h p

thu t toán đi u khi n v i các giá tr ng ng đi u khi n đ có đ c ch ng trình đi u

khi n

B giá tr ng ng đi u khi n ABS đ c nghiên c u, xác đ nh theo các b c:

nghiên c u mô ph ng lý thuy t trên máy tính, sau đó s d ng k t qu nghiên c u mô

ph ng lý thuy t đ ti n hành mô ph ng th c nghi m Quy trình nghiên c u, xác đ nh b

giá tr ng ng đi u khi n đ c mô t nh s đ trên Hình 2 2

- 24 -

Hình 2 2 Quy trình nghiên c u, xác đ nh ng ng đi u khi n

- 25 -

2.2 Ph ng pháp đi u khi n ABS

Hi u qu phanh và kh n ng d n h ng chuy n đ ng c a ô tô ph thu c vào l c

V i m t lo i xe nh t đ nh, đ duy trì đ c l c phanh l n và kh n ng đi u khi n

h ng c n th c hi n đi u khi n đ duy trì h s bám d c x và h s bám ngang y có giá

- 26 -

tr t c a bánh xe khi phanh đ c xác đ nh theo công th c:

o

v vv

Trong đó:

 v lƠ v n t c dƠi th c t c a bánh xe, b ng v n t c dƠi c a thơn xe;

 v0 là v n t c dƠi lỦ thuy t c a bánh xe, đ c xác đ nh nh sau:

C n c vào quan h gi a h s l c d c, h s bám ngang v i đ tr t d c c a bánh

qu phanh cao, c n duy trì đ c đ tr t c a bánh xe khi phanh trong kho ng t 10 ậ

30% H th ng ABS s đi u khi n áp su t phanh nh m duy trì đ tr t bi n đ i trong

ph m vi đó

Tuy nhiên, r t khó đ xác đ nh đ tr t c a bánh xe khi phanh (xác đ nh theo công

th c (2.5)) do v n t c dài c a bánh xe và bán kính đ ng l c h c bánh xe là nh ng đ i

l ng r t khó xác đ nh đ c chính xác

Th c t gi i h n này có th thay đ i trong ph m vi l n, có th b t đ u s m ho c k t

thúc mu n h n tùy theo đi u ki n bám c a bánh xe và m t đ ng (Hình 2 4) [2] Do đó

c n c theo ng ng đ tr t c a các bánh xe đ đi u khi n ABS có th khi n m c đ hi u

qu phanh không gi ng nhau trên các lo i đ ng khác nhau và khi s d ng các lo i l p

khác nhau

- 27 -

Hình 2 4 Ph m vi đi u khi n c a ABS

M t khác, gia t c góc c a bánh xe khi phanh lƠ đ o hàm theo th i gian c a v n t c

góc bánh xe: d b

dt



  nên nó th hi n xu h ng bó c ng c a bánh xe Do đó, n u xác đ nh

đ c ng ng gia t c góc đi u khi n phù h p, h th ng ABS có th h n ch s tr t l t c a

bánh xe và h n ch s suy gi m giá tr các h s bám d c x và h s bám ngang y

V n t c góc bánh xe b có th d dàng xác đ nh v i đ chính xác t ng đ i cao

b ng c m bi n v n t c góc, t đó h th ng d dƠng tính toán đ c gia t c góc c a các bánh

xe trên c s đ o hàm giá tr v n t c góc đo đ c đó Do đó lu n án ch n ph ng pháp

đi u khi n ABS theo gia t c góc c a bánh xe khi phanh

Trong khuôn kh lu n án, b đi u khi n ABS đ c thi t k nh m m c đích đi u

khi n ch ng bó c ng bánh xe khi phanh C c u ch p hành g m các van đi n t ho t đ ng

hai tr ng thái m vƠ đóng (ON ậ OFF) đ t o ra các tr ng thái t ng áp, gi áp và gi m áp

su t khí nén trong b u phanh (M c 1.5.2), kh n ng đáp ng t n s đi u khi n c a c c u

phanh không cao (M c 3.1) nên lu n án ch n ph ng pháp đi u khi n logic đ đi u khi n

h th ng

Trong quá trình đi u khi n c a ABS, các tr ng thái (còn đ c g i lƠ pha) thay đ i

áp su t (t ng áp, gi m áp hay gi áp) đ c kích ho t d a vào giá tr gia t c góc c a bánh

xe khi phanh Lu n án ch n b giá tr ng ng gia t c góc đ đi u khi n chuy n pha g m 4

giá tr     , pha đi u khi n ABS theo gia t c góc bánh xe đ c minh h a nh 1, 2, 3, 4Hình 2 5