HỆ THỐNG điều KHIỂN và GIÁM sát TRÊN ôtô tên đề tài nghiên cứu và mô phỏng hệ thống phanh ABS

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM
SÁT TRÊN ÔTÔ
Tên đề tài: Nghiên cứu và mơ phỏng hệ thống
phanh ABS
GVHD: Ts Lê Đức Hiếu
Nhóm thực hiện: Trần Đình Phúc
Vũ Xuân Phú
Chu Văn Phong
Đỗ Văn Phú
Phùng Hải Quân
Hà Nội - 2021


MỤC LỤC
Chương 1 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH ................................ 2
1.1

Hệ thống phanh .............................................................................. 2

1.2

Sơ đồ cấu tạo cơ bản hệ thống phanh............................................. 3

1.3

Phân loại hệ thống phanh ôtô ......................................................... 4

1.3.1 Phanh đĩa .................................................................................. 5
1.3.2 Phanh tang trống ...................................................................... 8
1.4

Các chi tiết đánh giá chất lượng phanh .......................................... 9

1.4.1 Gia tốc chậm dần khi phanh .................................................... 9
1.4.2 Thời gian phanh ..................................................................... 10
1.4.3 Quãng đường phanh ............................................................... 11
1.4.4 Lực phanh và lực phanh riêng ............................................... 12
Chương 2 : HỆ THỐNG PHANH ABS .............................................. 14
2.1

Quá trình điều khiển của ABS ..................................................... 14

2.1.1 Yêu cầu cơ cấu ABS .............................................................. 17
2.1.2 Phạm vi điều khiển của ABS ................................................. 18
2.1.3 Chu trình điều khiển của ABS ............................................... 20
2.1.4 Tín hiệu điều khiển ABS ....................................................... 21
2.2

Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS ........................................ 22

2.2.1 Trạng thái phanh bình thường (ABS khơng hoạt động) ........ 22
2.2.2 Trạng thái phanh gấp (ABS hoạt động) ................................. 22
Chương 3 : MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH ABS SỬ DỤNG MƠ
HÌNH ¼ XE
3.1

26

Giới thiệu về Matlab-Simulink .................................................... 26

3.1.1 Phần mềm Matlab .................................................................. 26


3.1.2 Matlab-Simulink .................................................................... 28
3.2

Sơ đồ ¼ mơ phỏng hệ thống phanh ABS ..................................... 29

3.2.1 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh .......... 29
3.2.2 Tỉ lệ trượt ............................................................................... 30
3.2.3 Hệ số ma sát ........................................................................... 31
3.2.4 Mô men bánh xe..................................................................... 33
3.3

Mô phỏng hệ thống ABS sử dụng mơ hình ¼ xe trên Simulink .. 33

3.3.1 Lựa chịn độ trượt mong muốn kích hoạt hệ thống ABS....... 33
3.3.2 Khối điều khiển ...................................................................... 34
3.3.3 Thiết lập bảng thể hiện mối quan hệ giữa hệ số ma sát và độ
trượt

34
3.3.4 Thiết lập các khối tính tốn tốc độ bánh xe, tốc độ xe, qng

đường phanh, tính tốn độ trượt thực tế...................................................... 35
3.4

Sơ đồ mô phỏng hệ thống ABS sử dụng mơ hình ¼ xe ............... 36

Chương 4 : KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH ..................... 36
4.1

Lựa chọn thơng số đầu vào .......................................................... 36

4.2

Kết quả mô phỏng ........................................................................ 37

4.2.1 Kết quả tốc độ bánh xe........................................................... 37
4.2.2 Kết quả mô phỏng tốc độ xe .................................................. 38
4.2.3 Quãng đường đến khi xe dừng hẳn ........................................ 39
4.2.4 Sơ đồ tỉ lệ trượt thực tế .......................................................... 39
4.3

Kết luận ........................................................................................ 40
LỜI KẾT ........................................................................................ 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Hệ thống ơ tơ giúp giảm vận tốc hoặc dừng hẳn xe.......................... 2
Hình 1. 2 Sơ đồ hệ thống phanh cơ bản trên ôtô............................................... 3
Hình 1. 3 Cấu tạo phanh đĩa .............................................................................. 5
Hình 1. 4 Đĩa phanh .......................................................................................... 5
Hình 1. 5 Ngàm phanh ...................................................................................... 6
Hình 1. 6 Má phanh ........................................................................................... 6
Hình 1. 7 Nguyên lý hoạt động phanh đĩa ........................................................ 7

Hình 1. 8 Cấu tạo phanh tang trống .................................................................. 8
Hình 1. 9 Nguyên lý hoạt động phanh tang trống ............................................. 9
Hình 1. 10 Ảnh hưởng của vận tốc ban đầu Vo và hệ số bám  đến quãng
đường phanh nhỏ nhất. .................................................................................... 11
Hình 2. 1 Sơ đồ khối các cụm chức năng của cơ cấu ABS............................. 14
Hình 2. 2 Cảm biến tốc độ bánh xe ................................................................. 14
Hình 2. 3 Cảm biến tốc độ xe.......................................................................... 15
Hình 2. 4 Vị trí cấu tạo cảm biến giảm tốc ..................................................... 15
Hình 2. 5 Hộp ECU ......................................................................................... 15
Hình 2. 6 Bộ phận chấp hành .......................................................................... 16
Hình 2. 7 Bộ phận chấp hành thủy lực ............................................................ 16
Hình 2. 8 Phạm vi điều khiển của cơ cấu ABS ............................................... 18
Hình 2. 9 Phạm vi điều khiển ABS theo góc trượt bánh xe ............................ 20
Hình 2. 10 Chu trình điều khiển kín của ABS ................................................ 21
Hình 2. 11 Chế độ phanh thường (ABS khơng hoạt động)............................. 22
Hình 2. 12 Chế độ tăng áp ............................................................................... 23
Hình 2. 13 Chế độ giữ áp ................................................................................ 24
Hình 2. 14 Chế độ giảm áp.............................................................................. 25


Hình 3. 1 Matlab-Matrix Laboratory .............................................................. 26
Hình 3. 2 Sơ đồ lực mô-men tác dụng lên bánh xe khi phanh ........................ 29
Hình 3. 3: Vùng ổn định của hệ số ma sát ...................................................... 31
Hình 3. 4 Lựa chọn độ trượt mong muốn kích hoạt ABS ............................... 34
Hình 3. 5 Khối điều khiển BANG-BANG controller ..................................... 34
Hình 3. 6 Khối Look-up table ......................................................................... 34
Hình 3. 7 Bảng thơng số nhập Look-up table ................................................. 35
Hình 3. 8 Sơ đồ tính tốn tốc độ bánh xe ........................................................ 35
Hình 3. 9 Sơ đồ tính tốn tốc độ xe................................................................. 35
Hình 3. 10 Sơ đồ tính tốn độ trượt thực tế của xe ......................................... 36

Hình 3. 11 Sơ đồ mô phỏng hệ thống ABS sử dụng mơ hình ¼ trên Simulink
......................................................................................................................... 36
Hình 4. 1 Đồ thị mơ phỏng tốc độ bánh xe ..................................................... 37
Hình 4. 2 Đồ thị mơ phỏng tốc độ xe .............................................................. 38
Hình 4. 3 Đồ thị quãng đường phanh của xe .................................................. 39
Hình 4. 4 Đồ thị độ trượt thực tế của xe ......................................................... 40
Bảng 3. 1 Các hệ số ảnh hưởng bởi tình trạng mặt đường ............................. 33
Bảng 4. 1 Thơng số đầu vào (Tham khảo xe Toyota Innova 2010) ............... 37

Công thức 1. 1 Gia tốc chậm dần khi phanh ..................................................... 9
Công thức 1. 2 Gia tốc chậm dần khi phanh với anpha = 0 ............................ 10
Công thức 1. 3 Thời gian phanh ...................................................................... 10
Công thức 1. 4 Quãng đường phanh nhỏ nhất ................................................ 11
Công thức 1. 5 Lực phanh sinh ra ở các bánh xe ............................................ 12
Công thức 1. 6 Lực phanh riêng P là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng
G ...................................................................................................................... 12


Công thức 1. 7 Lực phanh riêng cực đại ......................................................... 12
Công thức 3. 1 Tỉ lệ trượt ................................................................................ 30
Công thức 3. 2 Độ trượt bánh xe thực tế ......................................................... 32
Công thức 3. 3 Gia tốc chậm dần bánh xe khi phanh ..................................... 33


1

LỜI NĨI ĐẦU
Ơ tơ hiện nay có một vai trị rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực của
nền kinh tế quốc dân, dùng để vận chuyển hành khách, hàng hóa và nhiều công
việc khác....Nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật và xu thế giao lưu, hội

nhập quốc tế trong lĩnh vực sản xuất và đời sống, giao thông vận tải đã và đang
là một ngành kinh tế kỹ thuật cần được ưu tiên của mỗi quốc gia.
Hiện nay,ngành ô tô đã có những tiến bộ vượt bậc về thành tựu kỹ
thuật mới như: Điều khiển điện tử và kỹ thuật bán dẫn cũng như các phương
pháp tính tốn hiện đại. Khả năng cải tiến, hoàn thiện và nâng cao để đáp ứng
với mục tiêu chủ yếu về tăng năng suất, vận tốc, tải trọng có ích, tăng tính kinh
tế, nhiên liệu, giảm cường độ lao động cho người lái, tăng tiện nghi sử dụng
cho hành khách.
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 tại trường
và trong môn Chuyên đề hệ thống điều khiển và giám sát, chúng em đã chọn
đề tài “Nghiên cứu mô phỏng hệ thống phanh ABS xe Toyota Innova
2010”.Trong quá trình làm đồ án, dù bản thân đã hết sức cố gắng, cộng với sự
giúp đỡ nhiệt tình . Vì vậy chúng em rất mong sự chỉ bảo của thầy cô để đồ án
của chúng em được hoàn thiện.
Qua đây chúng em cũng xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, chỉ bảo
tận tình của thầy giáo TS Lê Đức Hiếu đã hướng dãn tận tình và tạo điều kiện
để chúng em hồn thành nhiệm vụ được giao.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội,ngày……tháng…..năm 2021
Nhóm sinh viên thực hiện


2

Chương 1 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH
1.1

Hệ thống phanh

Phanh là thiết bị cơ học có chức năng hạn chế chuyển động của bánh xe
bằng cách tạo ra ma sát. Theo đó, hệ thống phanh khi hoạt động sẽ giúp kiểm
soát việc giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe theo chủ ý của lái xe. Trong giai đoạn
phát triển đầu tiên của xe hơi, phanh chỉ là những khúc gỗ được gắn vào vành
bánh xe ngựa. Người lái gạt đòn bẩy, khối gỗ sẽ hạn chế tốc độ quay của bánh
xe.
Sau đó, để giảm sự nặng nề, hệ thống phanh gỗ được thay thế bằng thép
và da. Tuy nhiên, chúng vẫn không mang lại hiệu quả phanh như mong muốn
và gây ra tiếng ồn khó chịu. Vấn đề đặt ra cho các nhà sản xuất xe hơi những
yêu cầu cần phải cải tiến hệ thống phanh đảm bảo an toàn, có tính thẩm mỹ cao
và mang lại sự thoải mái cho lái xe. Đến nay, các dịng ơ tơ hiện đại được trang
bị hệ thống phanh đĩa thủy lực giúp tăng cường việc đảm bảo an tồn cho sử
dụng.

Hình 1. 1 Hệ thống ô tô giúp giảm vận tốc hoặc dừng hẳn xe


3
Yêu cầu của hệ thống phanh
Yêu cầu của hệ thống phanh ô tô được xác định dựa trên những cơ sở do các
cơ quan, tổ chức uy tín như quy định N0-13 ESK 00H (Hội đồng kinh tế Châu
Âu, tiêu chuẩn F18-1969 (Thụy Điển), tiêu chuẩn FM VSS-121 (Mỹ) và tiêu
chuẩn quốc gia về an toàn chuyển động của phương tiện giao thơng. Theo đó,
hệ thống phanh ơ tơ đạt chuẩn cần đáp ứng những tiêu chí như sau:
- Quãng đường phanh ngắn nhất trong điều kiện phanh đột ngột.
- Thời gian phanh nhỏ nhất thích ứng các tình huống bất ngờ.
- Gia tốc phanh chậm dần càng lớn mang lại hiệu quả phanh càng cao.
- Phanh êm dịu, đảm bảo tính ổn định trong mọi trường hợp.
- Điều khiển nhẹ nhàng, người lái không tốn nhiều sức khi sử dụng.
- Phân bố mô men đều trên các bánh xe phù hợp với tải trọng lực bám.

- Không bị hiện tượng bó phanh.
- Thốt nhiệt tốt, nâng cao tuổi thọ của linh kiện trong hệ thống phanh.
- Kết cấu gọn nhẹ, dễ chẩn đoán hư hỏng trong mọi điều kiện.

1.2

Sơ đồ cấu tạo cơ bản hệ thống phanh

1.2.1

Cấu tạo

Hình 1. 2 Sơ đồ hệ thống phanh cơ bản trên ôtô
Về cơ bản hệ thống phanh trên ô tô gồm 6 bộ phận:


4
1.Bàn đạp phanh
2.Bộ trợ lực phanh
3.Xilanh chính
4.Van điều hịa lực phanh (van P)
5.Phanh chân gồm 2 loại phanh đĩa và phanh trống
6.Phanh đỗ/ Phanh tay

1.2.2

Nguyên lý làm việc

Hệ thống phanh hoạt động khi lái xe đạp phanh, lực sẽ truyền từ bàn đạp
đến bầu trợ lực của phanh. Khi đó, các piston chuyển động nén lò xo và dầu

trong xi lanh chính. Q trình này làm tăng áp suất, đẩy dầu đến các đường ống
và xi lanh của bánh xe, đẩy piston và guốc phanh ép chặt vào má phanh sinh ra
lực ma sát. Dưới tác động này, tang trống và moay ơ tại bánh xe sẽ giảm tốc độ
quay hoặc dừng lại theo yêu cầu của lái xe. Khi lái xe dừng việc tác động lực
vào bàn đạp phanh, xi lanh phanh ép các piston đẩy dầu ngược trở lại xi lanh
chính, tạo cơ chế nhả phanh khiến xe sẽ trở lại vận tốc như lái xe mong muốn.

1.3

Phân loại hệ thống phanh ôtô

Hệ thống phanh mà chúng em tìm hiểu và phân loại dựa trên trạng thái
xe đang chạy, phanh chân có 2 loại là phanh đĩa và phanh tang trống được điều
khiển bằng áp suất thủy lực còn hệ thống phanh khi đỗ xe tác động vào các
phanh bánh sau qua các dây kéo để xe không dịch chuyển được


5

1.3.1

Phanh đĩa

Hình 1. 3 Cấu tạo phanh đĩa
Cấu tạo phanh đĩa ơ tơ gồm 4 bộ phận chính: đĩa phanh, ngàm phanh, má
phanh và dầu. Tổ hợp phanh này được thiết kế hở, các bộ phận phối hợp ăn ý
với nhau, trợ giúp ô tô dừng đỗ xe hoặc giảm tốc độ hiệu quả.
- Đĩa phanh (Roto)
Đĩa phanh được gắn trực tiếp lên cụm may-ơ bánh xe. Hiện nay, roto phanh
đĩa có loại đặc, loại được thơng gió và loại có tang trống. Tuỳ vào chủ ý thiết

kế, đĩa phanh sẽ được đục lỗ hoặc xẻ rãnh nhằm tối ưu hóa khả năng tản nhiệt
cho hệ thống phanh đĩa ơ tơ khi hoạt động.

Hình 1. 4 Đĩa phanh
Hầu hết các loại roto hiện nay được làm từ thép carbon. Đây là loại vật liệu
có khả năng chịu nhiệt, chịu lực tốt, có độ bền cao. Tuy nhiên, đĩa phanh có thể


6
nứt vỡ nếu quá trình vận hành phải chịu lực tác động vượt ngưỡng cho phép
nhiều lần. Trong trường hợp má phanh không đạt tiêu chuẩn, đĩa phanh sẽ bị
cào xước, giảm ma sát khi hoạt động.
- Ngàm phanh (Caliper) hay cịn gọi là cùm phanh

Hình 1. 5 Ngàm phanh
Ngàm phanh có tác dụng giữ và ép má phanh tỳ lên mặt đĩa phanh để tạo
ra lực phanh đủ mạnh giúp xe giảm tốc, dừng lại mà không bị giật cục. Hiện
nay, bộ phận này được thiết kế với 2 dạng chính là dạng trơi hoặc cố định.
Trong đó, thiết kế dạng trôi bao gồm piston và mặt tựa. Khi xuất hiện lực
tác động, piston sẽ tỳ lên mặt đĩa tạo phản lực đẩy cùm phanh di chuyển.
Ngàm phanh cố định có kết cấu phức tạp hơn với 2 piston thủy lực được
đặt ở thế đối xứng. Khi có lực tác động, má phanh tỳ vào đĩa phanh, quá trình
này không khiến ngàm phanh di chuyển. Hiện nay, ngàm phanh cố định có chi
phí sản xuất đắt đỏ, chỉ phù hợp với số ít dịng xe thể thao hiệu năng cao.
- Má phanh (Brake pads) hay còn gọi là bố thắng đĩa

Hình 1. 6 Má phanh


7

Má phanh là khối thống nhất được chế tạo từ các vật liệu chịu nhiệt như
gốm, hợp kim, Kevlar. Bộ phận thuộc cấu tạo phanh đĩa ô tô này gồm 2 má kẹp
chặt lấy đĩa phanh.
- Piston (Dầu)
Nguyên lý hoạt động của phanh đĩa là dùng dầu chuyên dụng để truyền lực.
Khi piston vận hành tạo lực ép má phanh vào đĩa phanh, giúp xe giảm vận tốc
hoặc dừng lại.
*Ngoài 4 bộ phận chính trên, phanh đĩa cịn có lị xo, bộ lọc khí giúp hệ
thống phanh đĩa vận hành mượt mà, hiệu quả.
Nguyên lý hoạt động đĩa phanh:

Hình 1. 7 Nguyên lý hoạt động phanh đĩa

- Người lái khi đạp và bàn đạp phanh sẽ làm tăng áp suất dầu trong các
đường ống dầu và xi lanh của bánh xe, đẩy piston và tấm má phanh ép vào đĩa
phanh, tạo nên lực ma sát làm cho đĩa phanh và moayer bánh xe giảm dần tốc
độ quay hoặc dừng lại theo yêu cầu của người lái.
- Khi người lái rời chân khỏi bàn đạp phanh, áp suất trong hệ thống dầu
phanh giảm nhanh, nhờ sự biến dạng của vòng đệm kín dầu của piston làm cho
piston và má phanh rời khỏi đĩa phanh.


8

1.3.2

Phanh tang trống

Phanh tang trống còn được gọi là phanh guốc, phanh đùm, tên gọi tiếng
anh là Drum Brake. Hệ thống phanh này được phát minh bởi Louis Renault vào

năm 1902.

Hình 1. 8 Cấu tạo phanh tang trống
Về cơ bản, cấu tạo phanh tang trống bao gồm các bộ phận như xi lanh
bánh xe, piston, cuppen, má phanh và lò xo hồi vị và một số bộ phận có nhiệm
vụ truyền lực khác. Mỗi bộ phận đảm nhận một chức năng khác nhau, cụ thể
như sau:
- Xi lanh bánh xe (wheel cylinder): Đóng vai trị làm buồng chứa piston,
cuppen, dầu.
- Piston: Là bộ phận được nối với guốc phanh. Khi có áp suất dầu, bộ phận
này sẽ đẩy ra làm cho má phanh ép vào trống phanh giúp xe giảm tốc độ
hoặc dừng.
- Cuppen: Giữ vai trị làm kín xi lanh, khơng cho khí lọt vào và rị rỉ dầu.
- Má phanh (brake pads): Là bộ phận ma sát trực tiếp với trống phanh.
- Lò xo hồi vị (return spring): Khi áp suất dầu giảm, lò xo hồi vị sẽ ép
piston trở về vị trí ban đầu.
Nguyên lý hoạt động phanh tang trống:


9

Hình 1. 9 Nguyên lý hoạt động phanh tang trống
Hệ thống phanh tang trống ô tô hoạt động bằng cách tác động lực lên
phanh làm cho các bánh xe ngừng quay. Cụ thể, khi người lái đạp phanh, cơ
cấu phanh tạo ra một lực. Lực này sẽ làm cho các bánh xe dừng quay đồng thời
kìm hãm qn tính của xe khiến xe dừng lại.
Bằng cách sử dụng áp suất thuỷ lực truyền từ xilanh chính đến xi lanh
phanh, guốc phanh sẽ được ép vào trống, trống phanh này lại quay cùng với lốp
khiến bánh xe dừng lại. Khi không có sự xuất hiện của áp suất đến xi lanh, lực
của lò xo phản hồi đẩy guốc phanh rời khỏi mặt trong của trống phanh và trở

về vị trí ban đầu.

1.4

Các chi tiết đánh giá chất lượng phanh

Để đánh giá chất lượng của quá trình phanh ta phải xét đến các yếu tốsau:
Gia tốc chậm dần khi phanh
Thời gian phanh
Quãng đường phanh
Lực phanh và lực phanh riêng

1.4.1

Gia tốc chậm dần khi phanh
jmax =

g

j

( cos  sin  )

Công thức 1. 1 Gia tốc chậm dần khi phanh


10
Trong đó:  j - hệ số tính đến ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay
không đều trong hệ thống truyền lực.
Khi phanh trên đường nằm ngang (  = 0 ):

jmax =

g

j



Công thức 1. 2 Gia tốc chậm dần khi phanh với anpha = 0
Từ các công thức trên thấy, để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần giảm
hệ số  1 . Vì vậy khi phanh đột ngột, người lái cần cắt ly hợp để tách động cơ
ra khỏi hệ thống truyền lực nhằm giảm  1 và tăng jmax . Gia tốc phanh cực đại
phụ thuộc vào hệ số bám  giữa lốp và mặt đường. Giá trị của hệ số bám 
phụ thuộc vào kết cấu lốp, tình trạng mặt đường. Trên đường nhựa tốt
 = 0,75  0,8 . Nếu coi  j  1 và g = 10m/s2 thì gia tốc phanh cực đại trên đường

nhựa tốt có thể đạt trị số j max = 0,75  0,8m / s 2 .

1.4.2

Thời gian phanh
t min =

 j v0
g

Công thức 1. 3 Thời gian phanh
Từ biểu thức (1.3) ta thấy thời gian phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận
tốc bắt đầu phanh v0 , hệ số  j và hệ số bám  giữa bánh xe với mặt đường.

Để giảm thời gian phanh cần giảm hệ số  j bằng cách cắt ly hợp khi phanh để
tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực.


11

1.4.3

Quãng đường phanh

Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng
phanh của ơ tơ. Vì vậy trong tính năng kỹ thuật của ơ tơ, các nhà chế tạo thường
cho biết quãng đường phanh của ô tô 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 và dễ dàng tạo điều kiện cho người
lái xử lý tốt trong khi phanh ô tô trên đường.
S min =

 j v02
2g

Công thức 1. 4 Quãng đường phanh nhỏ nhất
Spmin- Quãng đường phanh ngắn nhất (tính từ khi bắt đầu phanh đến khi
xe dừng hẳn).
Qua biểu thức (1.4) ta thấy để giảm quãng đường phanh nhỏ nhất cần
giảm hệ số  j , cho nên nếu người lái cắt ly hợp trước khi phanh thì quãng
đường phanh sẽ ngắn hơn.
Trên hình 1.10 biễu diễn sự phụ thuộc giữa quàng đường phanh S với
vận tốc ban đầu v1 và hệ số bám  .

Hình 1. 10 Ảnh hưởng của vận tốc ban đầu Vo và hệ số bám  đến
quãng đường phanh nhỏ nhất.


12
Công thức (1.4) quãng đường phanh phụ thuộc vào vận tốc v0 theo quy
luật bậc 2. Qua đó thấy rằng, vận tốc v0 càng cao thì quãng đường phanh S càng
lớn, ngược lại hệ số bám  càng tăng thì S càng giảm.

1.4.4

Lực phanh và lực phanh riêng

Lực phanh và lực phanh riêng là chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh và
thường được sử dụng khi thử phanh trên bệ thử.
Lực phanh sinh ra ở các bánh xe ô tô được xác định theo công thức:
Pp =

Mp
rb

Công thức 1. 5 Lực phanh sinh ra ở các bánh xe
Lực phanh riêng P là lực phanh tính trên một đơn vị trọng lượng tồn bộ
G của xe, nghĩa là:
P=

Pp
G

Cơng thức 1. 6 Lực phanh riêng P là lực phanh tính trên một đơn vị

trọng lượng G
Lực phanh riêng cực đại nhận được khi lực phanh cực đại:
Pmax =

Pp max
G

=

.G
G

=

Công thức 1. 7 Lực phanh riêng cực đại
Khi đánh giá chất lượng phanh của ơ tơ, ơ tơ có thể sử dụng một trong
bốn chỉ tiêu trên. Trong đó quãng đường phanh là đặc trưng nhất, vì nó cho
phép người lái hình dung được vị trí xe dừng trước một chướng ngại vật mà họ
phải xử lý để khỏi xảy ra tai nạn khi người lái xe phanh ở vận tốc nào đấy. Do
đó, chỉ tiêu này thường được sử dụng để đánh giá hiệu quả tác động của phanh.
Lực phanh và lực phanh riêng thuận lợi khi đánh giá chất lượng phanh trên bệ
thử.


13
Tuy nhiên, khi phanh ô tô không thể dừng ngay mà sẽ dừng cách vị trí
lúc bắt đầu phanh một khoảng nào đó. Khơng những thế mà ơ tơ cịn bị lệch
khỏi hướng chuyển động lúc bắt đầu phanh. Vì vậy để đánh giá q trình phanh
thì ngồi việc nghiên cứu các chỉ tiêu nêu trên cần phải nghiên cứu tính ổn định
hướng của ơ tơ trong q trình phanh.

14

Chương 2 : HỆ THỐNG PHANH ABS
2.1

Quá trình điều khiển của ABS

2.1.1

Cơ cấu ABS

Hình 2. 1 Sơ đồ khối các cụm chức năng của cơ cấu ABS
Một cơ cấu ABS bao gồm 3 cụm bộ phận chính:
Cụm tín hiệu vào gồm: cảm biến tốc độ bánh xe,cảm biến tốc độ xe, công
tắc báo phanh, cảm biến giảm tốc… với nhiệm vụ gửi thơng tin tốc độ bánh xe,
tín hiệu phanh về hộp điều khiển điện tử (ECU), dưới dạng tín hiệu điện.

Hình 2. 2 Cảm biến tốc độ bánh xe


15

Hình 2. 3 Cảm biến tốc độ xe

Hình 2. 4 Vị trí cấu tạo cảm biến giảm tốc
Hộp điều khiển điện tử (ECU) có chức năng nhận và xử lý các tín hiệu
vào, đưa tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành thuỷ lực, điều khiển q trình
phanh chống bó cứng

Hình 2. 5 Hộp ECU


16
Bộ phận chấp hành gồm có bộ điều khiển thuỷ lực, bộ phận hiển thị đèn
báo phanh ABS, bộ phận kiểm tra, chẩn đốn.

Hình 2. 6 Bộ phận chấp hành

Hình 2. 7 Bộ phận chấp hành thủy lực
Trong đó:
+ Bộ điều khiển thuỷ lực nhận tín hiệu điều khiển từ ECU thực hiện quá
trình phân phối áp suất dầu đến các cơ cấu phanh bánh xe.
+ Bộ phận hiển thị đèn báo phanh và bộ phận kiểm tra chẩn đoán có chức
năng báo cho người lái xe biết khi cơ cấu ABS gặp sự cố, dưới dạng các xung
điện hoặc là tín hiệu nhấp nháy của đèn báo.
Nguyên tắc điều khiển cơ bản của cơ cấu ABS như sau:
Các cảm biến tốc độ bánh xe nhận biết tốc độ góc của các bánh xe và gửi
tín hiệu về ECU dưới dạng các xung điện áp xoay chiều.


17
ECU theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách tính tốc độ xe và sự thay
đổi tốc độ bánh xe, xác định mức trượt dựa trên tốc độ các bánh xe.
Khi phanh gấp hay phanh trên những đường ướt, trơn trượt có hệ số bám
thấp, ECU điều khiển bộ chấp hành thuỷ lực cung cấp áp suất dầu tối ưu cho
mỗi xy lanh phanh bánh xe theo các chế độ tăng áp, giữ áp hay giảm áp để duy
trì độ trượt nằm trong giới hạn tốt nhất, tránh bị hãm cứng bánh xe khi phanh.

2.1.2

Yêu cầu cơ cấu ABS

Một cơ cấu ABS hoạt động tối ưu, đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng
phanh của ô tô phải thỏa mãn đồng thời các yêu cầu sau:
Cơ cấu phải đáp ứng yêu cầu về an toàn liên quan đến động lực học phanh
và chuyển động ô tô.
Cơ cấu phải làm việc ổn định và có khả năng thích ứng cao, điều khiển
tốt trong suốt dải tốc độ của xe và ở bất kỳ loại đường nào (thay đổi từ đường
bê tơng khơ có sự bám tốt đến đường đóng băng có sự bám kém).
Cơ cấu phải khai thác một các tối ưu khả năng phanh của các bánh xe
trên đường, do đó giữ tính ổn định điều khiển và giảm quãng đường phanh.
Điều này không phụ thuộc vào việc phanh đột ngột hay phanh từ từ của
người lái xe.
Khi phanh xe trên đường có các hệ số bám khác nhau (ví dụ hai bánh xe
bên phải chạy trên đường tuyết và hai bánh bên trái chạy trên đường nhựa khơ)
thì mô men xoay xe quanh trục đứng đi qua trọng tâm của xe là luôn luôn xảy
ra không thể tránh khỏi, nhưng với sự hỗ trợ của cơ cấu ABS, sẽ làm cho nó
tăng rất chậm để người lái xe có đủ thời gian bù trừ mơ men này bằng cách điều
chỉnh cơ cấu lái một cách dễ dàng.


18
Cơ cấu phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh trong lúc đang
quay vòng.
Cơ cấu phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đốn và an tồn. Một mạch kiểm
sốt phải liên tục kiểm tra sự hoạt động của cơ cấu một cách đầy đủ. Nếu phát
hiện một lỗi nào đó có thể làm hư hỏng việc ứng xử của ABS thì cơ cấu sẽ
thơng báo cho lái xe biết và khi đó cơ cấu phanh sẽ làm việc như một cơ cấu

phanh bình thườg

2.1.3

Phạm vi điều khiển của ABS

Hình 2. 8 Phạm vi điều khiển của cơ cấu ABS
1: Lốp bố tròn chạy trên đường bêtông khô. 2: Lốp bố chéo chạy trên
đường nhựa ướt. 3: Lốp bố tròn chạy trên đường tuyết
4: Lốp bố trịn chạy trên đường đóng băng.
Mục tiêu của cơ cấu ABS là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có độ
trượt thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị 0 (0=10-30% trên đồ thị đặc
tính trượt), gọi là phạm vi điều khiển của cơ cấu ABS. Khi đó hiệu quả phanh
cao nhất (lực phanh đạt giá trị cực đại do giá trị x max) đồng thời tính ổn định


19
của xe là tốt nhất (y đạt giá trị cao), thỏa mãn các yêu cầu cơ bản của cơ cấu
phanh là rút ngắn quãng đường phanh, cải thiện tính ổn định hướng và khả năng
điều khiển lái của xe trong khi phanh.
Thực tế giới hạn này có thể thay đổi trong phạm vi lớn hơn, có thể bắt
đầu sớm hơn hay kết thúc trễ hơn tùy theo điều kiện bám của bánh xe và mặt
đường.
Trên thể hiện mối quan hệ giữa hệ số bám dọc x và độ trượt
 ứng với các loại lốp khác nhau chạy trên các loại đường có hệ số bám

khác nhau. Phạm vi điều khiển của cơ cấu ABS ứng với từng điều kiện cụ thể
là khác nhau.
Theo đó ta thấy đối với loại lốp bố trịn chạy trên đường bê tơng khơ
(đường cong 1) thì giá trị φx max đạt được ứng với độ trượt khoảng 10% so với

loại lốp bố chéo chạy trên đường nhựa ướt (đường cong 2) là 30%. Độ trượt tối
ưu 0 để đạt giá trị hệ số bám cực đại trong hai trường hợp trên là khác nhau.
Vì vậy phạm vi điều khiển ABS của chúng, trường hợp lốp bố trịn chạy trên
đường bêtơng khơ sẽ có q trình điều khiển ABS xảy ra sớm hơn.
Tương tự là phạm vi điều khiển của cơ cấu ABS đối với loại lốp bố trịn
chạy trên đường tuyết và đường đóng băng (đường cong 3 và 4). Khi phanh
trên đường vòng, xe chịu sự tác động của lực ngang nên các bánh xe sẽ có một
góc trượt  Đồ thị (hình…) thể hiện mối quan hệ giữa hệ số bám dọc x và hệ
số bám ngang φy với độ trượt tương ứng với góc trượt α = 2o và α = 10o. ta nhận
thấy rằng khi góc trượt lớn (ví dụ α = 10o) thì tính ổn ddingj của xe giảm đi rất
nhiều. Trong trường hợp này cơ cấu ABS sẽ can thiệp sớm khi hệ số bám dọc

x còn giá trị rất nhỏ (φx ≈ 0.35), trong khi hệ số bám ngang φy đạt được giá trị
cực đại của nó là 0.8, quá trình điều khiển này cũng được kéo dài hơn bình
thường. Nhờ vậy, xe giữ được tính ổn định khi phanh trên đường vịng, mặc dù
qng đường phanh có thể kéo dài hơn so với khi chạy thẳng.