Antilock-Braking System in Carsim & Traction Control System in Carsim

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (6.97 MB, 154 trang )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO CUỐI KỲ

SVTH: NGUYỄN NHỰT HUY
MSSV: 19145393
SVTH: TRẦN ĐẠI NAM
MSSV: 19145424
SVTH: TRANG NGỌC BẢO HƯNG
MSSV: 19145398
SVTH: PHẠM ANH TUẤN
MSSV: 19145499
SVTH: TRẦN NGUYỄN HOÀI NAM
MSSV: 19145101
GVHD: Ths. NGUYỄN TRUNG HIẾU

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2021

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO CUỐI KỲ

SVTH: NGUYỄN NHỰT HUY
MSSV: 19145393
SVTH: TRẦN ĐẠI NAM
MSSV: 19145424
SVTH: TRANG NGỌC BẢO HƯNG
MSSV: 19145398

SVTH: PHẠM ANH TUẤN
MSSV: 19145499
SVTH: TRẦN NGUYỄN HOÀI NAM
MSSV: 19145101
GVHD: Ths. NGUYỄN TRUNG HIẾU

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2021

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

TP. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 11 năm 2021

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên:

1. Trần Đại Nam

MSSV: 19145424

2. Nguyễn Nhựt Huy

MSSV: 19145393

3. Trần Nguyễn Hoài Nam

MSSV: 19145101

4. Trang Ngọc Bảo Hưng

MSSV: 19145398

5. Phạm Anh Tuấn

MSSV: 19145499

Ngành: Công nghệ kĩ thuật ơ tơ
Khóa: K19

Lớp: 191453A, 191453B, 191452C, 191452D

1. Tên đề tài
Antilock-Braking System in Carsim & Traction Control System in Carsim
2. Nhiệm vụ đề tài
Tìm hiểu về hệ thống phanh ABS và hệ thống kiểm soát lực kéo TCS và đồng
thời mô phỏng hai hệ thống này trên Carsim và Simulink.
3. Sản phẩm của đề tài
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
4. Ngày giao nhiệm vụ đề tài:
1/10/2021
5. Ngày hồn thành nhiệm vụ:

20/11/2021
TRƯỞNG BỘ MƠN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Hệ thống điều khiển ơ tơ

PHIẾU NHẬN XÉT BÁO CÁO CUỐI KÌ
(Dành cho giảng viên hướng dẫn)
Họ và tên sinh viên: Trần Đại Nam

MSSV: 19145424

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Nhựt Huy

MSSV: 19145393

Họ và tên sinh viên: Trần Nguyễn Hoài Nam

MSSV: 19145101

Họ và tên sinh viên: Trang Ngọc Bảo Hưng

MSSV: 19145398

Họ và tên sinh viên: Phạm Anh Tuấn

MSSV: 19145499

Tên đề tài: Antilock-Braking System in Carsim & Traction Control System in Carsim
Ngành đào tạo: Công nghệ kĩ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Hiếu
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2. Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN
2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2.2 Nội dung đồ án:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2.3.Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................

30
10
10
10
50
5

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10
15

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

3.
4.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
Tổng điểm

Điểm
đạt
được

15

5
10
10
100

4. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ
TP.HCM, ngày

tháng

năm 2021

Giảng viên hướng dẫn
((Ký, ghi rõ họ tên)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn Hệ thống điện ơ tơ

PHIẾU NHẬN XÉT BÁO CÁO CUỐI KÌ
(Dành cho giảng viên phản biện)
Họ và tên sinh viên: Trần Đại Nam

MSSV: 19145424

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Nhựt Huy

MSSV: 19145393

Họ và tên sinh viên: Trần Nguyễn Hoài Nam

MSSV: 19145101

Họ và tên sinh viên: Trang Ngọc Bảo Hưng

MSSV: 19145398

Họ và tên sinh viên: Phạm Anh Tuấn

MSSV: 19145499

Tên đề tài: Antilock-Braking System in Carsim & Traction Control System in Carsim
Ngành đào tạo: Công nghệ kĩ thuật ô tô
Họ và tên GV hướng dẫn: Nguyễn Trung Hiếu
Ý KIẾN NHẬN XÉT
1. Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

2. Nội dung đồ án:
..............................................................................................................................................................................

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

3. Kết quả đạt được:
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

4. Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................
..............................................................................................................................................................................

5. Câu hỏi:
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................
............................................................................................................................................................................

Khả năng thực hiện/phân tích/tổng hợp/đánh giá

10
15

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình
đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế.
Khả năng cải tiến và phát triển
Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành…

3.
4.

Đánh giá về khả năng ứng dụng của đề tài
Sản phẩm cụ thể của ĐATN
Tổng điểm

Điểm đạt
được

15
5
10
10
100

7. Kết luận:
 Được phép bảo vệ
 Không được phép bảo vệ

TP.HCM, ngày

tháng

năm 2021

Giảng viên phản biện
((Ký, ghi rõ họ tên)

LỜI NĨI ĐẦU
Với sự phát triển của ngành ơ tơ của Việt Nam như hiện nay, cùng với chiến lược
phát triển của nhà nước, chính sách nội địa hố phụ tùng ôtô trong việc sản xuất và lắp
ráp đã tạo điều kiện cho các nhà thiết kế nghiên cứu, chế tạo các cụm, các hệ thống trên
ôtô trong nước, trong đó có hệ thống phanh. Vấn đề nghiên cứu thiết kế và chế tạo các
phần tử của hệ thống phanh ABS, TCS là phù hợp với xu hướng phát triển của thế giới và
chủ trương nội địa hoá sản phẩm ơtơ của Việt Nam. Chính vì vậy, chúng em được giao đề
tài: “Ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink mô phỏng hệ thống phanh ABS và hệ thống
TCS trên xe ô tô”
Trong tình hình hiện nay, ngành ơtơ của nước ta chủ yếu là lắp ráp nên để có thể
độc lập chế tạo các chi tiết của ôtô rất cần những nghiên cứu ứng dụng vào thực tế.
Nghiên cứu các vấn đề về lý thuyết và điều khiển hệ thống phanh ôtô hiện đại nhằm ứng
dụng thiết kế và chế tạo các hộp đen ECU điều khiển hệ thống phanh là một vấn đề rất
phức tạp nhưng đó là cơng việc cần phải bắt tay vào làm để trong tương lai không xa
chúng ta có thể tự nghiên cứu và sản xuất ra những sản phẩm ơtơ riêng của Việt Nam.
Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là nhằm xây dựng cơ sở lí thuyết
cho hệ thống phanh ABS và hệ thống kiểm soát lực kéo TCS, trên cơ sở đó mơ phỏng
trên simulink để thấy rằng sự hiệu quả của hai hệ thống này.
Đề tài cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc nghiên cứu về tính hiệu quả của phanh
khi cần giảm tốc độ cũng như hiệu quả phanh trong quá trình điều khiển động học của

ôtô thông qua việc sử dụng phần mềm lập trình.
Trong thời gian học tập tại trường chúng em được trang bị những kiến thức về
chuyên ngành và để đánh giá quá trình học tập và rèn luyện, chúng em được Thầy giao
cho nhiệm vụ hoàn thành đồ án cuối kì với nội dung: “Ứng dụng phần mềm Matlab
-Simulink mơ phỏng hệ thống phanh ABS và hệ thống TCS trên xe ơ tơ”. Với kinh
nghiệm và kiến thức cịn ít nhưng với sự chỉ bảo tận tình của Thầy Th.S Nguyễn Trung
Hiếu chúng em đã hoàn thành đồ án đúng thời gian quy định.
Trong quá trình thực hiện đồ án, dù mỗi thành viên trong nhóm đã hết sức cố
gắng, cộng với sự giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy và bạn bè, xong do khả năng, tài liệu
1

và thời gian cịn hạn chế nên khó có thể tránh khỏi sai sót. Vì vậy chúng em rất mong sự
chỉ bảo của Thầy và sự góp ý của bạn bè để đồ án của chúng em được hoàn thiện.
Qua đây em cũng xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của Thầy
Th.S Nguyễn Trung Hiếu đã tạo điều kiện để chúng em hoàn thành tốt đồ án. Bên cạnh
đó chúng em cũng xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, chỉ bảo để hồn thành tối đồ
án đúng thời hạn quy định.

Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 11 năm 2021
Nhóm thực hiện:

2

MỤC LỤC
LỜI NĨI ĐẦU................................................................................................................... i
MỤC LỤC....................................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH...............................................................................................vi
DANH MỤC BẢNG........................................................................................................ix

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN............................................................................................1
1.1. Lí do chọn đề tài......................................................................................................1
1.2. Phạm vi nghiên cứu.................................................................................................2
1.3. Nội dung chính đề tài..............................................................................................2
1.4. Kế hoạch thực hiện đề tài........................................................................................2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU.................................................3
2.1. Cơ sở lý thuyết........................................................................................................3
2.1.1. Lực phanh và mô men tác dụng bánh xe khi phanh..........................................3
2.1.2. Điều kiện đảm bảo sự phanh tối ưu..................................................................5
2.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của q trình phanh......................................8
2.1.4. Cơ sở lí thuyết về điều hịa lực phanh và chống bó cứng bánh xe khi phanh. 12
2.2. Tổng quan hệ thống ABS......................................................................................24
2.2.1. Mục tiêu hệ thống phanh ABS........................................................................24
2.2.2. Hiệu quả của cơ cấu phanh ABS....................................................................27
2.3. Quá trình điều khiển của ABS...............................................................................30
2.3.1. Yêu cầu của cơ cấu ABS................................................................................30
2.3.2. Phạm vi điều khiển của ABS..........................................................................31
2.3.3. Chu trình điều khiển của ABS........................................................................34
2.3.4. Tín hiệu điều khiển ABS................................................................................37
2.3.5. Quá trình điều khiển ABS...............................................................................39
2.4. Cấu tạo và nguyên lí làm việc của các cụm chi tiết và cơ cấu ABS.......................40
2.4.1. Cảm biến tốc độ bánh xe................................................................................40
2.4.2. Cảm biến giảm tốc..........................................................................................42
2.4.3. Cảm biến gia tốc ngang..................................................................................43
2.4.4. Hộp điều khiển điện tử (ECU)........................................................................44
3

2.4.5. Bộ chấp hành thuỷ lực....................................................................................47
2.5. Các trạng thái phanh..............................................................................................48

2.5.1. Khi phanh bình thường (ABS khơng hoạt động)............................................48
2.5.2. Khi phanh gấp (ABS hoạt động)....................................................................49
2.6. Tổng quan hệ thống TCS.......................................................................................52
2.6.1. Khái niệm cơ sở..............................................................................................52
2.6.2. Công dụng của TCS.......................................................................................52
2.6.3. Mục tiêu của TCS...........................................................................................53
2.6.4. Cấu tạo chung của hệ thống TCS...................................................................54
2.6.5. Cơ sở lý thuyết hệ thống chống trượt quay TCS sử dụng hệ thống phanh......54
2.6.6. Hệ thống chống trượt quay TCS: điều chỉnh tải của động cơ.........................57
2.6.7. Hệ thống kiểm soát lực kéo............................................................................58
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ABS VÀ TCS BẰNG CARSIM.................61
3.1. Mục tiêu thiết kế....................................................................................................61
3.2. Nhiệm vụ thiết kế mô phỏng.................................................................................61
3.3. Thiết kế mô phỏng ABS trên simulink..................................................................61
3.3.1. Sơ đồ mơ phỏng và ngun lí hoạt động khối controller của hệ thống ABS...61
3.3.2. Sơ đồ mơ phỏng và ngun lí hoạt động khối Atuator của hệ thống ABS......68
3.3.3. Kết luận..........................................................................................................71
3.4. Thiết kế mô phỏng TCS trên simulink...................................................................71
3.4.1. Sơ đồ mô phỏng và nguyên lí hoạt động khối controller của hệ thống TCS..71
3.4.2. Sơ đồ mơ phỏng và ngun lí hoạt động Actuator của hệ thống TCS.............77
3.4.3. Kết luận..........................................................................................................81
CHƯƠNG 4: CÁC ĐỒ THỊ MƠ PHỎNG...................................................................82
4.1. Đồ thị mơ phỏng hệ thống phanh ABS..................................................................82
4.2. Đồ thị mô phỏng hệ thống chống trượt quay TCS.................................................92
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................94
5.1. Kết luận.................................................................................................................94
5.2. Kiến nghị............................................................................................................... 94
CHƯƠNG 6: ASSIGNMENT........................................................................................95
6.1. Assignment 1.........................................................................................................95
4

6.2. Assignment 2.......................................................................................................105
6.3. Assignment 3.......................................................................................................108
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................125

5

DANH MỤC HÌNH Ả
Hình 2.1: Sơ đồ lực và mơmen tác dụng lên bánh xe khi phanh........................................3
Hình 2.2: Sơ đồ lực tác dụng lên ơtơ khi phanh.................................................................5
Hình 2.3: Đồ thị thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo tốc độ bắt đầu phanh và hệ
số bám.............................................................................................................................. 11
Hình 2.4: Đồ thị quan hệ giữa mơmen phanh và với hiệu số bám..................................13
Hình 2.5: Đồ thị quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh đảm bảo sự phanh lý tưởng
1-đầy tải; 2-không tải......................................................................................................14
Hình 2.6: Đường đặc tính của bộ điều hịa lực phanh.....................................................15
Hình 2.7: Giản đồ phanh.................................................................................................19
Hình 2.8: Sự thay đổi mơ men phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của bánh xe khi
phanh có ABS...................................................................................................................25
Hình 2.9: Sự thay đổi tốc độ gócωb của bánh xe, vận tốc v, độ trượtλ theo thời gian t.. .26
Hình 2.10: Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh............................................................28
Hình 2.11: Sự lệch hướng ơto khi phanh..........................................................................29
Hình 2.12: Phạm vi điều chỉnh của cơ cấu ABS..............................................................32
Hình 2.13: Phạm vi điều khiển của ABS theo góc trượt bánh xe.....................................33
Hình 2.14: Chu trình điều khiển kín của ABS..................................................................35
Hình 2.15 Sơ đồ trạng thái khơng gian biểu diễn hoạt động của cơ cấu ABS..................35
Hình 2.16: Vịng lọc hoạt động của ABS.........................................................................36
Hình 2.17: Quá trình điều khiển của ABS.......................................................................39

Hình 2.18: Vị trí lắp cảm biến.........................................................................................40
Hình 2.19: Cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ............................................................41
Hình 2.20: Tín hiệu điện áp ở tốc độ bánh xe..................................................................42
Hình 2.21: Vị trí và cấu tạo cảm biến giảm tốc...............................................................42
Hình 2.22: Các chế độ hoạt động của cảm biến giảm tốc................................................43
Hình 2.23: Cảm biến gia tốc ngang.................................................................................44
Hình 2.24: Các chức năng điều khiển của ECU..............................................................45
Hình 2.25: Sơ đồ mạch điện ABS của xe TOYOTA CELICA............................................46
Hình 2.26: Bộ chấp hành thủy lực...................................................................................47
6

Hình 2.27: Sơ đồ bộ chấp hành thủy lực..........................................................................48
Hình 2.28: Chế độ phanh thường (ABS khơng hoạt động)..............................................49
Hình 2.29: Chế độ tăng áp...............................................................................................50
Hình 2.30: Chế độ giữ áp................................................................................................50
Hình 2.31: Chế độ giảm áp..............................................................................................51
Hình 2.32: Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe...........................53
Hình 2.33 Sơ đồ cấu tạo chung của hệ thống TCS...........................................................54
Hình 2.34: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động....................................55
Hình 2.35: Hệ thống kiểm sốt lực kéo sơ khai...............................................................57
Hình 2.36: Sơ đồ khối điều khiển hệ thống....................................................................59Y
Hình 3.1: Sơ đồ mơ phỏng và ngun lí hoạt động khối controller của hệ thống ABS.....61
Hình 3.2: Controller ABS.................................................................................................62
Hình 3.3: Thành phần của bộ Controller ABS.................................................................62
Hình 3.4: Khối Slip Ratio ABS.........................................................................................63
Hình 3.5: Tín hiệu điều khiển của 1 bánh (LF)................................................................63
Hình 3.6: Block Switch ABS.............................................................................................64
Hình 3.7: Function Block Parameters: Speed Limit1......................................................64
Hình 3.8: Control mode...................................................................................................65

Hình 3.9: Khối Control Mode..........................................................................................66
Hình 3.10: Xử lý tín hiệu ở bánh xe bên trái ở cầu trước LF...........................................66
Hình 3.11: Function Block Parameters: Switch...............................................................67
Hình 3.12: Khối vi sai cầu sau.........................................................................................68
Hình 3.13: Brake Actuator Model....................................................................................68
Hình 3.14: hàm truyền từ M/C Pressure sang W/C Pressure...........................................69
Hình 3.15: Thơng số xe làm thử nghiệm..........................................................................70
Hình 3.16: Sơ đồ mơ phỏng controller của hệ thống TCS...............................................71
Hình 3.17: Controller TCS...............................................................................................71
Hình 3.18: Cấu tạo Controller TCS.................................................................................72
Hình 3.19: Khối Slip Ratio...............................................................................................72
Hình 3.20: Tín hiệu điều khiển của bánh xe ở cầu trước (LF).........................................72
Hình 3.21: Speed Limit LF...............................................................................................73
7

Hình 3.22: Function Block Parameters: Speed Limit LF.................................................74
Hình 3.23: Control Mode TCS.........................................................................................74
Hình 3.24: So sánh điểm giữa trong Control Mode.........................................................75
Hình 3.25: Xử lí tín hiệu..................................................................................................75
Hình 3.26: Function Block Parameters: Switch..............................................................76
Hình 3.27: Xử lí tín hiệu, tín hiệu output 0 hoặc 1...........................................................77
Hình 3.28: Brake Actuator Model....................................................................................77
Hình 3.29: Đối tượng điều khiển.....................................................................................78
Hình 3.30: Cấu tạo Khối Actuator...................................................................................78
Hình 3.31: Điều chỉnh áp suất phù hợp...........................................................................79
Hình 3.32: Áp suất phanh điều khiển bánh xe cầu trước bên trái....................................79
Hình 3.33: Cơng thức hàm truyền

8

Hình 4.1: Đồ thị vận tốc thực tế và lí thuyết của xe.........................................................82
Hình 4.2: Đồ thị quãng đường phanh..............................................................................82
Hình 4.3: Đồ thị áp suất phanh bốn bánh xe...................................................................83
Hình 4.4: Đồ thị vận tốc thực tế và lí thuyết của xe.........................................................85
Hình 4.5: Đồ thị vận tốc thực tế và lí thuyết của xe khơng ABS.......................................86
Hình 4.6: Đồ thị quãng đường phanh..............................................................................86
Hình 4.7: Đồ thị áp suất phanh bốn bánh xe...................................................................87
Hình 4.8: Đồ thị vận tốc thực tế và lí thuyết của xe.........................................................89
Hình 4.9: Đồ thị vận tốc thực tế và bánh xe của xe khơng ABS.......................................90
Hình 4.10: Đồ thị quãng đường phanh............................................................................90
Hình 4.11: Đồ thị áp suất phanh bốn bánh xe..................................................................91
Hình 4.12: Đồ thị vận tốc bốn bánh xe và vận tốc thực tế...............................................92
Hình 4.13: Đồ thị áp suất phanh bốn bánh xe.................................................................92

8

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Kết quả thí nghiệm ơtơ du lịch có hệ thống chống hãm cứng bánh xe.............18
Bảng 2.2: Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cho phép ôtô lưu hành trên đường..................21

9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lí do chọn đề tài
Nền cơng nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô tăng nhanh,
mật độ lưu thông trên đường ngày càng lớn. Các xe ngày càng được thiết kế với công
suất cao hơn, tốc độ chuyển động nhanh hơn thì yêu cầu đặt ra với cơ cấu phanh cũng

càng cao và nghiêm ngặt hơn. Một ơ tơ có cơ cấu phanh tốt, có độ tin cậy cao thì mới có
khả năng phát huy hết cơng suất, xe mới có khả năng chạy ở tốc độ cao, tăng tính kinh tế
nhiên liệu, tính an tồn và hiệu quả vận chuyển của ô tô 10% số vụ tai nạn xảy ra trong
trường hợp cần dừng khẩn cấp, tài xế đạp phanh mạnh đột ngột làm xe bị trượt lết và
trượt quay, dẫn đến mất lái. Hệ thống ABS và TCS giúp khắc phục tình trạng này khơng
phụ thuộc vào kỹ thuật phanh cũng như khả năng điều khiển của người lái.
Ở VN tai nạn giao thông ngày một gia tăng cả về số vụ và tính chất nguy hiểm:
Năm

2016

2017

2018

2019

Số vụ tai nạn

21.586

20.080

18.499

18.169

Số người chết

8.680

8.279

8.079

7.824

Số người bị thương

19.280

17.040

14.732

14.568

Trên thế giới cũng có nhiều diễn biến hết sức phức tạp, số vụ tai nạn ngày càng
tăng nên tính cấp thiết là phải nâng cao kỹ thuật cho xe cơ giới nói chung và cho ơ tơ nói
riêng. Báo cáo năm 2015 của WHO cho biết mỗi ngày trên thế giới, hơn 3000 người chết
do tai nạn giao thông. Trong số này, các nước có thu nhập thấp và trung bình chiếm đến
85% số ca tử vong.
Do tầm quan trọng của hệ thống phanh trên ơ tơ về sự an
tồn giao thơng trong q trình hoạt động mà việc nghiên cứu để
nâng cao kỹ thuật xử lí cho hệ thống phanh cần nâng cao tính
năng an tồn, chất lượng và khả năng cạnh tranh của ô tô tải sản
xuất lắp ráp trong nước, chúng em đã nghiên cứu đề tài “Mô
phỏng hệ thống phanh ABS và hệ thống TCS trên carsim” tại

1

trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật . Dưới sự hướng dẫn của
Thầy Nguyễn Trung Hiếu.
1.2. Phạm vi nghiên cứu
Do giới hạn về thời gian nên phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn ở hệ
thống phanh thuỷ lực có trang bị cơ cấu ABS trên xe đu lịch, đây là cơ cấu phanh điển
hình được trang bị cơ cấu ABS nhiều trên các xe hiện nay.
1.3. Nội dung chính đề tài
Một là, phân tích làm rõ quá trình chống bó cứng bánh xe và q trình chống
trượt lết bánh xe, thơng số đánh giá, từ đó phân tích hệ số bám của bánh xe với mặt
đường và ảnh hưởng của nó đến q trình phanh ơtơ.
Hai là, trình bày q trình điều khiển và mơ tả các phần tử chính của hệ thống
phanh chống bó cứng bánh xe ABS và hệ thống chống kiểm soát lực kéo bánh xe TCS.
Ba là, xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS và hệ
thống kiểm sốt lực kéo bánh xe TCS, sau đó tiến hành mơ phỏng q trình làm việc ở
một số chế độ làm việc điển hình.
Bốn là, phân tích kết quả mô phỏng và rút ra kết luận.
1.4. Kế hoạch thực hiện đề tài
Với mục tiêu là “Mô phỏng cơ cấu phanh ABS và hệ thống TCS bằng simulink
thông qua carsim ” để phục vụ công tác nghiên cứu đề tài, nên phương pháp nghiên cứu
chính ở đây là phương pháp tham khảo tài liệu kết hợp với phương pháp thực nghiệm,
phù hợp với nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.
Dựa trên các nguồn tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, tiến
hành chọn lọc, phân tích và cơ cấu hóa, giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng xảy
ra trong quá trình phanh, từ đó có những phân tích đánh giá tính hiệu quả và phạm vi ứng
dụng của cơ cấu ABS và hệ thống TCS.
Sử dụng phương pháp nghiên cứu để xây dựng mơ hình hoạt động của cơ cấu
ABS và hệ thống TCS, giải thích cơ chế các q trình điều khiển của hệ thống ABS cũng
như hệ thống TCS.

2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
2.1. Cơ sở lý thuyết
2.1.1. Lực phanh và mô men tác dụng bánh xe khi phanh
Khi người lái tác dụng vào bàn đạp phanh thì ở cơ cấu phanh sẽ tạo ra mơ men
ma sát cịn gọi là mơ men phanh MP nhằm hãm bánh xe lại. Tại vùng tiếp xúc giữa bánh
xe với đường xuất hiện lực phanh (Fp) ngược với chiều chuyển động của ô tô.
Xét tại một bánh xe như hình vẽ:

Hình 2.1: Sơ đồ lực và mơmen tác dụng lên bánh xe
khi phanh
Trong đó:
MP - Mơ men phanh tác dụng lên bánh xe.
FP - Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe
với mặt đường.
Mf - Mômen cản lăn.
Ff - Lực cản lăn
Zb - Phản lực phát tuyến tác dụng lên bánh xe.
rb - Bán kính làm việc trung bình của bánh xe.
3

Khi đó lực phanh Fp được xác định theo cơng thức:
FP =

(2.1)

Do đó lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt
đường:
Fpmax =Fϕ =Zb.

(2.2)

Trong đó:
Fpmax - Lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám
của bánh xe với mặt đường.
F - Lực bám giữa bánh xe với mặt đường.
Zb - Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe.
- Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường.
Khi phanh thì bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần, do đó trên bánh xe sẽ
có mơ men qn tính Mjb tác dụng, mô men này cùng với chiều chuyển động của bánh
xe; ngồi ra cịn có mơmen cản lăn M f tác dụng, mômen này ngược với chiều chuyển
động và có tác dụng hãm bánh xe lại. Như vậy trong khi phanh bánh xe thì lực hãm tổng
cộng là:
Fh = = Fp +

(2.3)

Trong q trình phanh ơtơ, mơmen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh tăng lên, đến
một lúc nào đấy sẽ dẫn đến sự trượt lết bánh xe. Khi bánh xe bị trượt lết hồn tồn thì hệ
số bám có giá trị thấp nhất thì lực phanh sinh ra giữa bánh xe và mặt đường là nhỏ nhất,
dẫn tới hiệu quả phanh thấp nhất. Không những thế, nếu các bánh xe trước bị trượt sẽ làm
mất tính dẫn hướng khi phanh, còn nếu bánh sau bị trượt khi phanh làm mất tính ổn định
khi phanh. Vì vậy để tránh hiện tượng trượt lết hoàn toàn bánh xe (tức là khơng để bánh
xe bị bó cứng khi phanh) trên ơtơ hiện đại có đặt bộ chống bó cứng bánh xe khi phanh.

4

2.1.2. Điều kiện đảm bảo sự phanh tối ưu
Giả sử ô tô chuyển động với vận tốc v 1, khi phanh thì v1 giảm dần và gia tốc j<0.
Lúc này các lực tác dụng lên ơtơ (hình 2.2)

Hình 2.2: Sơ đồ lực tác dụng lên ơtơ khi phanh
Trong đó:
G - Trọng lượng ôtô đặt tại trọng tâm của xe.
Z1, Z2 - Các phản lực thẳng góc của bánh xe trước và sau.
Ff1, Ff2 - Lực cản lăn của bánh trước và sau.
FP1, FP2 - Lực phanh sinh ra ở bánh trước và sau.
Fj - Lực quán tính.
Fω - Lực cản khơng khí.
L - Chiều dài cơ sở của xe.
Lực qn tính Fj sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần, F j đặt tại trọng tâm
và cùng chiều với chiều chuyển động, và Fj được xác định theo biểu thức sau :
Fj = jp δi

(2.4)

Trong đó:
g - Gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2).
5

jp - Gia tốc chậm dần khi phanh.
δi - Hệ số tính đến ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động
quay.
Khi phanh thì lực cản khơng khí F ω và lực cản lăn Ff1 và Ff2 khơng đáng kể, có

thể bỏ qua. Sự bỏ qua này chỉ gây sai số khoảng 1,5 ÷ 2%.
Bằng cách lập các phương trình cân bằng mômen của các lực tác dụng lên ô tô
khi phanh đối với các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường A và B, ta có thể xác
định các phản lực thẳng góc Z1 và Z2 như sau:
Ta có phương trình mơmen tại điểm A:
∑ =Z1 .L – Gb -Fj. hg = 0
Suy ra:
Z1 =

(2.5)

Tương tự lập phương trình mơmen tại điểm B ta được:
Z2 =

(2.6)

Nhận xét: Các phản lực tiếp tuyến tại bánh xe là hàm bậc nhất đối với lực phanh
và phụ thuộc vào trọng lượng ôtô khi phanh và toạ độ trọng tâm.
Thay giá trị Fj từ công thức (2.4) vào (2.5), (2.6) ta được:
Z1 = (b + )

(2.7)

Z2 = (a - )

(2.8)

Lực phanh Fp1 và Fp2 đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và
mặt đường và ngược chiều với chiều chuyển động của ơtơ.
Theo điều kiện bám Fpmax Fϕ nhưng khi tính tốn người ta lấy Fpmax = nên ta có:

Fpmax = G.

(2.9)

Nhận xét: Sự phanh có hiệu quả nhất là khi lực phanh
sinh ra ở các bánh xe tỷ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên chúng,
6

mà tải trọng tác dụng lên các bánh xe trong q trình phanh lại
thay đổi do có lực qn tính Fj tác dụng.
Vậy để phanh có hiệu quả nhất thì tỷ số giữa các lực
phanh ở các bánh xe trước và lực phanh ở các bánh xe sau sẽ là:
==

(2.10)

Hay
(2.11)
Do bỏ qua Fω và Ff nên khi phanh thì:
Fj = Fp và Fjmax = Fpmax = G
Thay giá trị Fjmax vào (2.11) ta được:
(2.12)
Nhận xét: Tỷ số lực phanh bánh xe trước – sau phụ thuộc
toạ độ trọng tâm của xe và gia tốc chậm dần khi phanh. Để tỷ số
này khơng thay đổi trong suốt q trình phanh là điều kiện khơng
thể vì: Trên xe tải trọng lớn kết hợp với hệ thống treo làm thay
đổi chiều cao trọng tâm khi xe chuyển động. Mặt khác do sức cản
mặt đường thì gia tốc chậm dần khi phanh khơng phải là chậm
dần đều, do cách chất tải vì thế hệ số bám thay đổi nên toạ độ

trọng tâm cũng thay đổi làm tỷ số cũng luôn thay đổi
Đảm bảo điều kiện phanh thì tỷ số F p1 /Fp2 phải tuân theo
(2.12), muốn bảo đảm điều kiện này thì: Thay đổi mômen phanh
tại bánh xe bằng cách dùng áp suất dầu hoặc khí nén tác dụng
vào xylanh phanh mà có thể điều chỉnh được, vì vậy ta phải lắp
thêm bộ điều hồ lực phanh trong hệ thống phanh ơtơ.
2.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của quá trình phanh
Để đánh giá chất lượng của quá trình phanh ta phải xét đến các yếu tố sau:
7


Gia tốc chậm dần khi phanh
 Thời gian phanh
 Quãng đường phanh
 Lực phanh và lực phanh riêng
2.1.3.1. Gia tốc chậm dần khi phanh
Gia tốc chậm dần đều khi phanh là một trong những chỉ
tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh. Khi phân tích các
lực tác dụng lên ơtơ, có thể viết phương trình cân bằng lực kéo
khi phanh ôtô như sau:
Fj = Fp ± Ff + Fω +Fη ± Fi

(2.13)

Trong đó:
Fj - Lực qn tính sinh ra khi phanh ôtô.
Fp - Lực phanh sinh ra ở các bánh xe.
Ff - Lực cản lăn.
Fω - Lực cản không khí.

Fi - Lực cản lên dốc.
Fη - Lực để thắng tiêu hao cho ma sát cơ khí.
Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực cản lại chuyển động của ơtơ có giá trị rất bé
so với lực phanh. Vì thế có thể bỏ qua các lực cản Ff; Fω; Fη và khi phanh trên đường nằm
ngang có phương trình:
Fj = Fp
Khi đó lực phanh lớn nhất FPmax sinh ra tại bánh xe được xác định theo biểu thức:
Fpmax = Fj max
Theo điều kiện bám Fp max ≤ F ≤ G nên ta có:
.

(2.14)

Trong đó:
8

Antilock-Braking System in Carsim & Traction Control System in Carsim

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về