Thiết kế hệ thống phanh abs cho xe mô tô

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu: Ga [N] Trọng lượng toàn bộ của xe G0 [N] Trọng lượng xe khi không tải Gn [N] Trọng lượng người sử dụng Gt [N] Trọng lượng chất lên xe G01 [

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH ABS CHO XE MÔ TÔ

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN ĐÌNH ĐẠT

Đà Nẵng – Năm 2019

TÓM TẮT

Tên đề tài: Thiết kế hệ thống phanh ABS cho xe mô tô

Nhóm sinh viên thực hiện

Tổng quan về hệ thống chống bó cứng phanh (ABS)

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ sở lý thuyết hệ thống phanh

Cơ sở lý thuyết hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) trên xe mô tô

Cơ sở lý thuyết hệ thống điều khiển phanh ABS trên xe mô tô

Cơ sở lý thuyết phần mềm ALTIUM DESIGNER 16

Cơ lý thuyết bộ xử lý trung tâm

Chương 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH ABS CHO XE

MÔ TÔ

Xác định moment phanh yêu cầu

Xác định moment phanh mà cơ cấu phanh có thể sinh ra

Tính lực tác lên tay phanh

Tính hành trình tay phanh

Tính toán các chỉ tiêu phanh

Chương 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN

Cấu trúc hệ thống

Thiết kế bộ điều khiển

Thiết kế bộ điều khiển với phần mềm ALTIUM DESIGNER 16

Xây dựng thuật toán điều khiển

Xây dựng chương trình điều khiển

Chương 5: NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Đình Đạt Mã số sinh viên: 103150107

Lớp:15C4B, Khoa: Cơ Khí Giao Thông, Ngành: Kỹ thuật Cơ khí

1 Tên đề tài đồ án:

Thiết kế hệ thống phanh ABS cho xe mô tô

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống phanh ABS cho xe mô tô

4 Các bản vẽ, đồ thị:

Sơ đồ lực tác dụng lên xe (1A3)

Sơ đồ nguyên lý hoạt động ABS (1A3)

Bản vẽ cụm chi tiết phanh trước (1A3)

Bản vẽ sơ đồ mạch thủy lực trên xe (1A3)

5 Họ tên người hướng dẫn: TS Phạm Quốc Thái

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 02/09/2019

LỜI NÓI ĐẦU

Trong suốt khoảng thời gian làm đề tài tốt nghiệp, chúng em đã gặt hái được rất nhiều kiến thức chuyên ngành cũng như sự kết hợp làm việc nhóm

Lời đầu tiên chúng em xin cảm ơn đến Thầy TS Phạm Quốc Thái đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp và xin gửi lời cảm ơn gửi đến các Thầy Cô trong Khoa Cơ khí Giao thông Cảm ơn sự động viên và giúp đỡ tận tình từ gia đình và bạn bè

Chúng em đã phấn đấu và nỗ lực hết mình để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, song thời gian và kiến thức còn hạn chế nên còn nhiều thiếu sót mong quý thầy cô

và bạn đọc đóng góp để đồ án này được hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 16 tháng 12 năm 2019

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đình Đạt

CAM ĐOAN

Chúng em xin cam đoan đây là đề tài riêng của nhóm, đề tài không trùng lặp với bất kỳ đề tài đồ án tốt nghiệp nào trước đây Các thông tin, số liệu được sử dụng và tính toán đều từ các tài liệu có nguồn gốc rõ ràng, theo quy định

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Đình Đạt

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU I CAM ĐOAN II MỤC LỤC III DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ V

MỞ ĐẦU 1

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU: 2

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2

IV CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA XE GẮN MÁY 3

Tổng quan hệ thống phanh 3

Tổng qua hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) 6

Sự ra đời của hệ thống chống bó cứng phanh cơ khí 6

Sự ra đời của hệ thống chống bó cứng phanh điện 6

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

Cơ sở lý thuyết hệ thống phanh 9

Sự bám của bánh xe với mặt đường 10

Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 11

Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định khi phanh 16

2.2 Cơ sở lý thuyết hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) trên xe mô tô 17

2.2.1 Mục tiêu của cơ cấu ABS 17

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 20

2.2.3.Các trạng thái làm việc của ABS 20

2.2.4 Ưu, nhược điểm của hệ thống phanh ABS 22

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH ABS CHO XE MÔ TÔ 23

Xác định moment phanh yêu cầu 24

Xác định moment phanh 28

Đối với cơ cấu phanh trước: 28

Hành trình tay phanh 34

Tính toán các chỉ tiêu phanh: 35

Gia tốc chậm dần khi phanh 36

Thời gian phanh 36

Quãng đường phanh: 37

Tính chọn cơ cấu chấp hành thủy lực 37

Kết luận 38

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của xe 23

Hình 1.1 Chiếc xe gắn máy đầu tiên trên thế giới 3

Hình 1.2 Chiếc xe đầu tiên trang bị hệ thống phanh vành 4

Hình 1.3 Xe Lambretta TV125 Series 3 5

Hình 1.4 Chiếc xe đầu tiên của hãng Honda trang bị phanh đĩa 5

Hình 1.5 Ô tô được trang bị hệ thống ABS đầu tiên 7

Hình 1.6 Xe BMW K100 LT 7

Hình 1.7 Xe GSF1200SA 8

Hình 2.1.Đồ thị thể hiện sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo tốc độ bắt đầu phanh v1 và hệ số bám 15

Hình 2.2.Sự thay đổi moment phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của bánh xe khi phanh có ABS 18

Hình 2.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS 20

Hình 3.1.Sơ đồ lực tác dụng lên xe khi phanh 24

Hình 3.2 Sơ đồ phân bố tải trọng lên 2 bánh xe 25

Hình 3.3.Sơ đồ tính toán bán kính trung bình của đĩa ma sát 29

Hình 3.4.Sơ đồ tính cơ cấu phanh trống – guốc 31

Hình 3.5.Sơ đồ tính tỷ số truyền dẫn động tay phanh 33

Hình 3.6 Giản đồ phanh 35

DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu:

Ga [N] Trọng lượng toàn bộ của xe

G0 [N] Trọng lượng xe khi không tải

Gn [N] Trọng lượng người sử dụng

Gt [N] Trọng lượng chất lên xe

G01 [N] Trọng lượng phân bố lên bánh xe trước

G02 [N] Trọng lượng phân bố lên bánh xe sau

Z1, Z2 [N] Phản lực tiếp tuyến của mặt đường tác dụng lên các bánh xe

L0 [mm] Chiều dài cơ sở

S [mm] Chiều rộng cơ sở

a, b [mm] Khoảng cách từ tâm của xe theo chiều cao

hg [mm] Tọa độ trọng tâm của xe theo chiều cao

P1 [N] Lực phanh lên bánh trước

P2 [N] Lực phanh lên bánh sau

Pj [N] Lực phanh quán tính

Mp1 [Nm ] Moment phanh của bánh xe trước

Mp2 [Nm ] Moment phanh của bánh xe trước

Rbx [mm] Bán kính làm việc của bánh xe

d [mm] Đường kính xy lanh bánh xe trước

dc [mm] Đường kính xy lanh chính

B [mm] Bề rộng của lốp

R1 [mm] Bán kính trong của đĩa ma sát

R2 [mm] Bán kính trong của đĩa ma sát

Ptp [N] Lực tác dụng lên tay phanh

i Tỷ số truyền dẫn động tay phanh

 Hiệu suất dẫn động tay phanh

S0 [mm] Hành trình tự do của tay phanh

Slv [mm] Hành trình làm việc của tay phanh

Stp [mm] Hành trình tay phanh

jpmax [m/s2] Gia tốc chậm dần khi phanh

t [s] Thời gian phanh

v1 [m/s] Vận tốc của xe tại thời điểm bắt đầu phanh

v2 [m/s] Vận tốc của xe lúc xe dừng hẳn

S [m] Quãng đường phanh

ABS Anti-lock Breaking System

ECU Electronic Control Unit

HCU Hydraulic Control Unit

MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Ở Việt Nam, theo thống kê của Ủy ban an toàn giao thông xe máy là phương tiện đi lại chủ yếu của người dân, chiếm hơn 85% tổng số phương tiện giao thông đang hoạt động trên cả nước, với nhiều ưu điểm như tính cơ động cao, linh hoạt, giá thành rẻ Tuy nhiên, xe máy cũng là nguyên nhân gây ra hơn 70% vụ tai nạn giao thông đường bộ Chính phủ đã ban hành nhiều giải pháp đồng bộ tăng cường công tác quản lý nhằm đảm bảo an toàn, giảm nguy cơ tai nạn cho hoạt động tham gia giao thông của người đi mô

tô, xe máy

Và ABS ra đời như một nhu cầu tất yếu.ABS ban đầu được phát minh để trang bị cho máy bay, dần dần được phổ biến sang ô tô, xe máy phân khối lớn và hiện nay đang dần trở thành một trang bị an toàn tiêu chuẩn trên nhiều mẫu xe tay ga

Về cơ bản, công nghệ ABS trên xe máy không giúp rút ngắn quãng đường phanh Trong lần thử nghiệm hệ thống phanh ABS tại nhà máy của Piaggio Việt Nam, đại diện

kỹ thuật của hãng xe Italy chia sẻ, phanh ABS trên xe máy chủ yếu hỗ trợ an toàn cho người điều khiển, giúp người lái vẫn có thể giữ thăng bằng tốt khi phanh gấp

Nếu như ngoài ABS, xe hơi còn có thêm cân bằng điện tử, cùng dây an toàn và túi khí, thì trên những chiếc xe máy, ABS gần như là công nghệ an toàn duy nhất dễ dàng trang bị và đạt hiệu quả cao

Chống bó cứng phanh không phải là thiết bị mới mẻ Hầu hết các mẫu xe mô-tô phân khối lớn hiện đại đều có hỗ trợ tính năng này Việc trang bị ABS khiến cho những mẫu

xe nặng cân như xe ga, trở nên an toàn hơn rất nhiều, đặc biệt là trong điều kiện đường trơn trượt như trời mưa

Ở các thị trường phát triển, ABS đã trở thành một trang bị gần như là tiêu chuẩn các mẫu xe ga Tuy nhiên, tại Việt Nam không có nhiều chiếc xe máy thông thường được sở hữu hệ thống này.Việc nâng cấp từ phanh thường lên phanh ABS sẽ khiến giá

cả của các mẫu xe tăng lên khá nhiều Trang bị thêm những thiết bị an toàn dường như vẫn chưa được các nhà sản xuất chú trọng

Vì vậy, việc tính toán thiết kế hệ thống phanh ABS cho xe mô tô có thể được xem như một giải pháp tiêu chuẩn kỹ thuật bắt buộc để hạn chế tai nạn do xe mô tô gây ra,

góp phần đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông và thực hiện mục tiêu An toàn giao thông quốc gia

II MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU:

Tính toán thiết kế, lắp đặt, vận hành hệ thống phanh ABS trên xe HUSKY

Xem xét sự cải tiến mà hệ thống phanh ABS tạo được trên mô tô

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: Xe mô tô HUSKY

Phạm vi nghiên cứu: Đề tài tập trung nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm

về việc sử dụng hệ thống phanh ABS trên xe HUSKY

IV CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Cách tiếp cận: Tìm kiếm tài liệu, thu thập thông tin, dựa trên các công trình đã công

bố về các hệ thống ABS được sử dụng trên mô tô, thử nghiệm kết quả, quan sát, phân tích số liệu, viết báo cáo, trình bày báo cáo

Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm tại “Trung tâm Phòng Thí nghiệm AVL” - Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA XE GẮN MÁY

Tổng quan hệ thống phanh

Mô tô là phương tiện giao thông thiết yếu trong cuộc sống hằng ngày, chiếc xe mô tô đảm nhận vận chuyển người hàng hóa trên mọi nẻo đường Nhiệm vụ đảm bảo an toàn cho người và hàng hóa cũng như những người cùng tham gia giao thông thì hệ thống phanh giữ một vai trò quan trọng Không chỉ giúp phương tiện giảm tốc độ hay dừng hẳn mà nó còn đòi hỏi quá trình đó diễn ra thật mượt mà và theo ý người điều khiển vậy nên đã có rất nhiều hệ thống phanh và các cách dẫn động khác nhau đã ra đời

Chiếc xe gắn máy đầu tiên ra đời tại Pháp do Pierre Michaux và Louis-Guillaume Perreaux thực hiện đây là kỹ sư người Pháp, người đã thiết kế chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nước sử dụng nhiên liệu cồn đầu tiên tại Pháp Chiếc xe đạp gắn động cơ hơi nước Michaux-Perreaux chiếc xe này họ đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1868

Hình 1.1 Chiếc xe gắn máy đầu tiên trên thế giới

Chiếc Michaux-Perreaux có khung bằng sắt, thiết kế theo dạng khung xe đạp có sửa đổi cho yên ngồi nâng lên tạo khoảng trống để lắp động cơ hơi nước nhỏ Bàn đạp gắn

ở bánh trước xe đạp vẫn được giữ lại từ xe đạp Bánh xe trước lớn hơn bánh sau, đều làm bằng gỗ bọc sắt rèn, nan hoa bằng sắt rèn Động cơ được gắn trên khung xe được đặt nghiêng một góc 45 độ, đằng sau nó là lò hơi và các thùng nhiên liệu, nước Đó là động cơ hơi nước một xi-lanh làm bằng đồng mạ, công suất 0,5 mã lực Chuyển động

của động cơ được truyền cho bánh sau theo cơ cấu gồm bánh ròng rọc và dây cu roa Tuy nhiên, chiếc xe đầu tiên vẫn chưa có bộ phận giảm sóc và phanh

Hình 1.2 Chiếc xe đầu tiên trang bị hệ thống phanh vành

Một trong những chiếc xe máy đầu tiên có cơ cấu phanh được chế tạo bởi Steffey Motor Motorcycle of Philadelphia vào năm 1902 Chiếc xe này chỉ sử dụng phanh vành chỉ hoạt động ở bánh trước Hoạt động dựa trên cơ chế ma sát tác dụng lên vành bánh

xe khi quay làm giảm tốc độ của bánh xe và làm nó chậm lại Má phanh thường được làm từ những vật liệu như da, cao su, nút chai và được chụp bằng miếng kim loại Phanh vành thường được khởi động bởi một đòn bẩy gắn ở bị trí tay lái, làm ép tấm ma sát lên vành bánh xe

Phanh tang trống được sử dụng lần đầu tiên trên xe máy vào những năm 1920 và thiết

kế cơ bản không thay đổi nhiều Ban đầu được sử dụng để phanh cả bánh trước và bánh sau, phanh tang trống phần lớn được thay thế bằng phanh đĩa hoặc chỉ được sử dụng cho phanh sau

Lambretta TV125 Series 3 là chiếc xe máy sản xuất hiện đại đầu tiên có phanh đĩa Được ra mắt vào năm 1965,xe được trang bị phanh đĩa trước và được điều khiển bằng cáp

Hình 1.3 Xe Lambretta TV125 Series 3

Vào ngày 5/4/1969, 2 chiếc Honda CB750 bản thử nghiệm đã được trưng bày tại khách sạn Metropole - nơi tổ chức triển lãm mô tô Brighton Là dòng mô tô đầu tiên không chỉ được trang bị động cơ 4 xi-lanh mà còn cả phanh đĩa và bộ đề, CB750 đã trở thành chuẩn mực mới của sự tối tân Trên thực tế, nó đã tiên phong tạo ra một khái niệm mới trong thế giới xe 2 bánh

Hình 1.4 Chiếc xe đầu tiên của hãng Honda trang bị phanh đĩa

Honda CB750 năm 1969 đưa phanh đĩa xe máy vào thị trường đại chúng, sử dụng bộ kẹp trượt pít-tông đơn dẫn động phanh thủy lực với đĩa trước lớn tăng độ cứng vững

Tổng qua hệ thống chống bó cứng phanh (ABS)

Sự ra đời của hệ thống chống bó cứng phanh cơ khí

Phanh ABS đã được nghiên cứu phát triển đầu tiên trên các máy bay của Pháp vào năm 1929 Khi đó, do nền công nghiệp điện tử chưa phát triển nên hệ thống được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí có độ chính xác kém Đến những năm 50, hệ thống phanh ABS đầu tiên được sử dụng là hệ thống Maxaret của Dunlop và vẫn còn sử dụng trên một số kiểu máy bay

Được giới thiệu lần đầu tiên vào thập niên 1960 trên các máy bay thương mại Khi một máy bay có trọng lượng 50 tấn đáp xuống đường băng bị đóng băng ở tốc độ 210 km/h, nếu người phi công không thể nhanh bằng cách nhịp liên tục trên bàn đạp phanh thì chiếc máy bay trị giá 20 triệu đô la sẽ trượt khỏi đường bằng và trở thành đống sắt vụn Để khắc phục hiện tượng trên, người ta bắt đầu ứng dụng phanh ABS vào máy bay Với công nghệ thời đó, các chi tiết phanh ABS rất lớn và đắt tiền ABS sử dụng Hidro -

cơ khí hoạt động không tin cậy và không đủ nhanh trong mọi tình huống

Sự ra đời của hệ thống chống bó cứng phanh điện

Đến năm 1971, khi kỹ thuật điện tử phát triển, Chrysler cùng với công ty Bendix Corporation giới thiệu hệ thống phanh ABS 3 kênh điều khiển bằng máy tính được gọi

là phanh chắc chắn Hệ thống này được sử dụng vài năm sau đó, hệ thống vận hành tốt

và tỏ ra đáng tin cậy Cũng trong năm đó, General Motors cũng trang bị phanh ABS cho

2 bánh sau như là một lựa chọn đi kèm theo các kiểu xe Cadillac

Năm 1975, Robert Bosch đã tiếp nhận một công ty Châu Âu gọi là Teldix và tất cả các bằng sáng chế được kết hợp lại và được sử dụng để xây dựng nên nền tảng của hệ thống phanh ABS được giới thiệu vài năm sau đó Các công ty Đức, Bosch và Daimler-Benz đã hợp tác phát triển được công nghệ chống bó phanh kể từ đầu thập niên 1970,

và là người đầu tiên hoàn thành hệ thống phanh ABS đa kênh 4 bánh điều khiển điện tử trên xe tải và xe Mercedes-Benz W116 S-Class trong năm 1978 Đây là chiếc xe ô tô thương mại đầu tiên trên thế giới được trang bị ABS điều khiển bằng điện

Hình 1.5 Ô tô được trang bị hệ thống ABS đầu tiên

Tiếp đến là Honda NSX là mẫu xe ô tô được sản xuất số lượng lớn đầu tiên với hệ thống ABS 4 kênh được bán ở Mỹ và Nhật, nó điều khiển độc lập lực phanh ở bốn bánh

xe Kể từ đó, ABS ngày càng phổ biến và trở thành tiêu chuẩn cho hầu hết các xe ô tô sản xuất ngày nay

Trên xe mô tô thì ra đời muộn hơn năm 1989, BMW đã phát hành chiếc xe máy đầu tiên được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh (ABS).với hệ thống ABS trang bị được tinh chỉnh từ hệ thống ABS của ô tô song hệ thống được trang bị cho BMW K100 LT nặng hơn đáng kể so với các hệ thống trọng lượng nhẹ được trang bị cho xe máy hiện đại ngày nay

Hình 1.6 Xe BMW K100 LT

Honda theo sau vào năm 1992 với chiếc ST1100 được trang bị ABS đầu tiên của hãng

Hình 1.7 Xe GSF1200SA

Cũng vào thập niên này, người ta chế tạo ra các vi mạch nhỏ hay các chip điện từ Vì vậy, các máy tính nhỏ hơn, mạnh hơn được ra đời và ứng dụng trên nhiều lĩnh vực Trải qua nhiều thập kỷ, bộ vi xử lý đã được sử dụng nhiều trên ô tô và nó cho phép đạt độ chính xác rất cao

Năm 1997, Suzuki xuất xưởng chiếc GSF1200SA trang bị ABS Năm 2005, Davidson cung cấp phanh ABS cho các xe mô tô của cảnh sát như là một lựa chọn đi kèm và đến năm 2009, nó trở thành tiêu chuẩn trên các xe Harley Ultra - Glide Năm

Harley-2006, Yamaha cũng trang bị phanh ABS trên các dòng xe FZ1, FZ6 S2, XJ6 Diversion, XT1200Z…

Hệ thống phanh ABS được điều khiển bằng điện từ Bộ điều khiển ABS, được gọi là ABS ECU ( Electronic Control Unit ) theo dõi tốc độ các bánh xe nhờ vào các cảm biến bánh xe Nếu xảy ra hiện tượng trượt khi phanh, các cảm biến gửi tín hiệu về thông báo cho ECU, ngay lập tức ECU điều khiển áp suất dầu phanh đến các bánh xe bị trượt thông qua các van điện từ (solenoid) bên trong bộ chia dầu HCU (Hydraulic Control Unit) làm

áp suất dầu giảm loại bỏ được sự trượt bánh xe

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật điện từ, điều khiển tự động và các phần mềm tính toán, lập trình cực mạnh đã cho phép nghiên cứu và đưa vào ứng dụng các phương pháp điều khiển mới trong ABS như điều khiển mờ, điều khiển thông minh, tối ưu hóa quá trình điều khiển ABS

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Cơ sở lý thuyết hệ thống phanh

Cũng như tất cả các phương tiện giao thông khác, hệ thống phanh đặc biệt quan trọng, liên quan trực tiếp đến tính an toàn và đảm bảo khả năng vận hành ở tốc độ cao của xe

Để đảm bảo được những điều kiện đó, hệ thống phanh phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản sau:

Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:

- Làm việc bền vững, tin cậy

- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm

- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hóa

- Giữ cho phương tiện đứng yên khi cần thiết, trong thời gian không hạn chế

- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của phương tiện khi phanh

- Không có hiện tượng tự nhanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng

- Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện

sử dụng

- Có khả năng thoát nhiệt tốt

- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ

Để có hiệu quả phanh cao:

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn:

- Phân phối mô men phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng được toàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh Muốn vậy, lực phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên chúng

- Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng các bộ trợ lực hay dùng dẫn động khí nén hoặc bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe có trọng lượng toàn bộ lớn

Để đánh giá hiệu quả phanh người ta sử dụng hai chỉ tiêu chính là : gia tốc chậm dần

và quãng đường phanh Ngoài ra cũng có thể dùng các chỉ tiêu khác, như: Lực phanh hay thời gian phanh

Tính năng phanh hay chất lượng quá trình phanh được định lượng thông qua 2 nhóm chỉ tiêu: hiệu quả phanh hay tính ổn định khi phanh

Hiệu quả phanh đánh giá mức độ giảm tốc độ của mô tô khi người lái tác động lên cơ cấu điều khiển phanh trong trường hợp phanh khẩn cấp

Tính ổn định khi phanh đánh giá khả năng duy trì của mô tô theo ý muốn của người lái trong quá trình phanh

Sự bám của bánh xe với mặt đường

Đặt vấn đề

Một vấn đề lớn và cũng là bài toán quan trọng cần giải quyết đối với hoạt động của

cơ cấu phanh đó là khi xe phanh gấp hay phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường trơn, đường bùn lầy thì hay xãy ra hiện tượng sớm bị hãm cứng bánh xe, tức

là bánh xe bị trượt lết trên đường khi phanh Khi đó, quãng đường phanh sẽ dài hơn, tức

là hiệu quả phanh thấp đi, đồng thời dẫn đến tình trạng mất ổn định và khả năng điều khiển của xe Nếu bánh trước bị hãm cứng sẽ làm cho xe không thể chuyển hướng theo

sự điều khiển được, nếu bánh sau bị hãm cứng có thể làm xe đuôi xe bị lạng, xe bị trượt ngang và chuyển động trệch hướng so với khi bắt đầu phanh Trong trường hợp xe phanh khi quay vòng, hiện tượng trượt ngang của bánh xe, việc bánh xe bị trượt ngang có thể dẫn đến hiện tượng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất tính ổn định khi xe quay vòng

Để giải quyết vấn đề hiệu quả phanh và tính ổn định khi phanh, hầu hết các xe moto phân khối lớn hiện nay điều được trang bị cơ cấu chống hãm cứng bánh xe khi phanh,

tức là cơ cấu chống trượt lết của bánh xe, gọi là “Anti-lock Breaking System” và thường

được viết tắt gọi là ABS

Cơ cấu ABS hoạt động chống hãm cứng bánh xe khi phanh bằng cách điều khiển thay

phanh trên đường trơn hay khi phanh gấp, đảm bảo hiệu quả và tính ổn định của xe trong quá trình phanh

Hệ số bám

Bánh xe là phần tử đàn hồi kết hợp giữa bánh xe và mặt đường, nhờ có sự bám giữa bánh xe với mặt đường mới có sự truyền động các moment kéo, moment phanh được tạo ra từ động cơ hay cơ cấu phanh tới mặt đường, giúp xe chuyển động hay dừng lại được

Sự bám giữa bánh xe và mặt đường được đặc trưng bởi hệ số bám, về cơ bản có thể xem hệ số bám như hệ số ma sát giữa 2 vật thể cơ học Tuy nhiên, do mối quan hệ truyền động giữa bánh xe và mặt đường là vấn đề rất phức tạp, vừa có tính chất của 1 ly hợp

ma sát, vừa theo nguyên lý ăn khớp giữa bánh răng, thanh răng, vì ở đây còn có sự bám giữa bề mặt gai lốp vào mặt đường

Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường được chia thành 2 thành phần: Hệ số bám trong mặt phẳng dọc, tức trong mặt chuyển động của xe được gọi là hệ số bám dọc ϕx

và hệ số bám trong mặt phẳng ngang vuông góc với mặt phẳng dọc được gọi là hệ số bám ngang ϕy

Thực nghiệm chứng tỏ rằng hệ số bám phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Loại mặt đường và tình trạng mặt đường, kết cấu và nguyên liệu lốp, áp suất không khí ở trong lốp, tải trọng tác dụng lên bánh xe, tốc độ chuyển động của xe, điều kiện nhiệt độ làm việc, độ trượt giữa bánh xe với mặt đường Do đó, trong quá trình chuyển động của xe, giá trị của hệ số bám thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố trên

Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh bao gồm: Gia tốc chậm dần lớn nhât jmax, quảng đường phanh nhỏ nhất Smin, và lực phanh hoặc lực phanh riêng Để đánh giá hiệu quả phanh có thể dùng một trong các chỉ tiêu sau:

Thời gian phanh nhỏ nhất tmin:

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

Trong trường hợp tổng quát, ta có:

j dv

dt =

dv t

Trong trường hợp phanh khẩn cấp:

dv g j

v1: Vận tốc của xe tại thời điểm bắt đầu phanh

v2: Vận tốc của xe tại thời điểm kết thúc phanh Công thức (2.2) cho thấy thời gian phanh sẽ dài khi vận tốc khi bắt đầu phanh lớn, thời gian phanh sẽ ngắn khi hệ số bám lớn Thời gian phanh trong trường hợp ly hợp vẫn đóng (δj>1) thì thời gian phanh sẽ dài hơn trong trường hợp ly hợp mở

Gia tốc phanh chậm dần:

Gia tốc chậm dần đều khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh và là đại lượng đặc trưng cho mức độ giảm tốc độ của moto trong quá trình phanh Khi phân tích các lực tác dụng lên moto, có thể viết phương trình cân bằng lực kéo như sau:

P j =P pP f +P+P P i (2.3) Trong đó:

Pj: Lực quán tính sinh ra khi phanh mô tô

Pp: Lực phanh sinh ra ở các bánh xe

P: Lực cản lăn

Pη: Lực để thắng tiêu hao do ma sát cơ khí

Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực cản cản lại chuyển động của mô tô rất bé so với lực phanh, vì thế có thể bỏ qua các lực cản Pf, Pω, Pη và khi phanh trên đường thẳng ta có: Pj = Pp

Khi đó, lực phanh lớn nhất Pp.max sinh ra tại các bánh xe được xác định bằng biểu thức: Pp.max = Pj.max

Theo điều kiện bám ta có:

δj: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay trên moto

jp.max: Gia tốc chậm dần khi phanh

g: Gia tốc trọng trường

Từ biểu thức (2.4) có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh:

j p

g j





m ax = [1] (2.5)

Nhận xét:

Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm hệ số δj.Vì vậy khi phanh đột ngột, người lái cần cắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc đó δj sẽ giảm còn jp.max sẽ tăng Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh còn phụ thuộc vào hệ số bám φ của lốp với mặt đường (giá trị của hệ số bám lớn nhất φmax = 0.75-0.8 trên mặt đường nhựa tốt)

Quãng đường phanh:

Quãng đường phanh Sp là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng phanh của

mô tô Vì vậy, trong tính năng kỹ thuật của moto, các nhà chế tạo cho biết quãng đường phanh lớn nhất ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định So với các chỉ tiêu khác thì quãng đường phanh là chỉ tiêu mà người lái xe có thể nhận thức được một cách trực quan, dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xe có thể xử lý tốt khi phanh mô tô trên đường

Để xác định quãng đường phanh nhỏ nhất, có thể sử dụng biểu thức sau:

j p

g dt

dv j

dv

g dv

2 2 2 1 min

2

1

v v g dv v g

2

1

v g dv v g

Từ biểu thức trên ta thấy, quãng đường phanh nhỏ nhất của mô tô phụ thuộc vào:

- Vận tốc chuyển động của mô tô lúc bắt đầu phanh v1

- Hệ số bám φ

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

Muốn giảm quãng đường phanh thì ta cần phải giảm δi, vì vậy nếu người lái cắt ly hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn hơn Ở biểu thức trên ta thấy, quãng đường phanh Sp.min phụ thuộc vào hệ số bám φ, mà hệ số bám φ phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên bánh xe

Vì vậy, Sp.min phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ của mô tô G

Ta có đồ thị thể hiện sự thay đổi của quãng đường phanh nhỏ nhất theo vận tốc bắt đầu phanh v1 và giá trị hệ số bám như sau: