Mô phỏng hệ thống phanh ABS-TCS

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

BÁO CÁO MƠN HỌC

ANTILOCK-BRAKING SYSTEM AND TRACTION
CONTROL SYSTEM IN CARSIM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2021

MỤC LỤC


LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình học tập và rèn luyện tại môi trường đại học chúng em đã học được rất
nhiều kiến thức bổ ích về chun mơn lẫn kiến thức cuộc sống từ các thầy cô, chúng em
được các q thầy cơ tân tình chỉ dạy và giúp đỡ trong quá trình học tập. Từ những kiến thức
mà các q thầy cơ chỉ dạy giúp chúng em có cơ sở nền tảng để hoàn thành Báo cáo cuối kỳ
một cách tốt đẹp.
Nhóm chúng em đặc biệt gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn đề tài, người
thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, tạo điều khiện, động viên và giúp đỡ chúng em rất nhiều
về mặt tinh thần cũng như kiến thức để chúng em vượt qua những ngày tháng khó khăn
trong sự tìm tịi hiểu biết về lĩnh vực mới, kiến thức mới để rồi cuối cùng hồn thành được
Báo cáo mơn học ngày hôm nay.
Mặc dù đã rất cố gắng và nỗ lực nhiều, nhưng vốn kiến thức hạn chế của chúng em
cũng như thời gian nghiên cứu là có hạn nên những thành quả đạt được khơng tránh khỏi
những thiếu sót. Do đó chúng em kính mong nhận được những sự đóng góp, chỉ dạy của q
thầy cơ để chúng em hồn thiện đồ án được tốt hơn.

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
2

ABS: Anti- Lock Brake System
TCS: Traction Control System
ESC: Electronic Stability Control

3


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Lăn có trượt quay...........................................................................................15
Hình 2.2. Lăn có trượt lết...............................................................................................16
Hình 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám.............................................................19
Hình 3.1. ON/OFF controller with dead band................................................................20
Hình 3.2. Mơ hình hệ thống phanh ABS........................................................................21
Hình 3.3. Sơ đồ khối bộ điều khiển hệ thống ABS.........................................................22
Hình 3.4. Khối Process...................................................................................................22
Hình 3.5. Đầu vào khối Process.....................................................................................22
Hình 3.6. Đầu ra khối Process........................................................................................23
Hình 3.7. Sơ đồ khối Controller.....................................................................................23
Hình 3.8. Thơng số khối Relay.......................................................................................24
Hình 3.9. Thơng số khối Speed limit..............................................................................24
Hình 3.10. Sơ đồ khối Actuator......................................................................................24
Hình 3.11. Mơ hình hệ thống TCS.................................................................................25
Hình 3.12. Sơ đồ khối bộ điều khiển hệ thống TCS.......................................................26
Hình 3.13. Khối Process.................................................................................................26
Hình 3.14. Đầu vào khối Process...................................................................................27
Hình 3.15. Đầu ra khối Process......................................................................................27
Hình 3.16. Khối Controller............................................................................................27
Hình 3.17. Sơ đồ khối tính tốn độ trượt và kiểm sốt vận tốc xe..................................28

Hình 3.18. Sơ đồ tính áp suất phanh đến các bánh xe....................................................28
Hình 3.19. Khối xử lý tín hiệu ESC...............................................................................28
Hình 3.20. Sơ đồ khối Actuator......................................................................................29
4


Hình 4.1. Tạo dataset mới ABS......................................................................................30
Hình 4.2. Thay đổi các thơng số.....................................................................................31
Hình 4.3. Thay đổi bộ điểu khiển Simulink....................................................................31
Hình 4.4. Thay đổi đường dẫn Simulink........................................................................32
Hình 4.5. Các chân input ABS.......................................................................................32
Hình 4.6. Các chân output ABS.....................................................................................32
Hình 4.7. Copy and link thơng số xe..............................................................................33
Hình 4.8. Copy and link phương thức vận hành.............................................................33
Hình 4.9. Phương thức vận hành....................................................................................34
Hình 4.10. Thiết lập loại đường.....................................................................................35
Hình 4.11. Thiết lập xe ABS..........................................................................................35
Hình 4.12. Thiết lập xe khơng có ABS...........................................................................36
Hình 4.13. Thực hiện chạy và so sánh............................................................................36
Hình 4.14. Đồ thị vận tốc mỗi bánh xe...........................................................................37
Hình 4.15. Đồ thị áp suất phanh mỗi bánh xe................................................................38
Hình 4.16. Đồ thị hệ số trượt ở các bánh xe của xe có ABS và khơng ABS...................39
Hình 4.17. Thiết lập phương thức vận hành...................................................................40
Hình 4.18. Thiết lập vị trí xuất phát...............................................................................40
Hình 4.19. Thiết lập thời gian bắt đầu phanh.................................................................41
Hình 4.20. Thực hiện chạy và so sánh............................................................................41
Hình 4.21. Đồ thị vận tốc xe, các bánh xe của hai xe ABS và khơng ABS....................42
Hình 4.22. Đồ thị áp suất phanh từng bánh xe của 2 xe ABS và khơng ABS ................42
Hình 4.23. Đồ thị hệ số trượt các bánh xe của xe có ABS và khơng ABS......................43
Hình 4.24. Đồ thị hệ số trượt các bánh xe của xe có ABS..............................................44

Hình 4.25. Tạo dataset mới............................................................................................45
Hình 4.26. Thiết lập các thơng số...................................................................................45
Hình 4.27. Thiết lập thời gian phanh..............................................................................46
Hình 4.28. Thiết lập đánh lái..........................................................................................46
Hình 4.29. Thiết lập dạng đường....................................................................................47
5


Hình 4.30. Thiết lập tọa độ vật cản................................................................................47
Hình 4.31. Đồ thị vận tốc xe, bánh xe của hai xe ABS và khơng ABS...........................49
Hình 4.32. Đồ thị áp suất phanh từng bánh xe của hai xe có ABS và khơng có ABS.....50
Hình 4.33. Đồ thị hệ số trượt các bánh xe của hai xe có ABS và khơng có ABS...........51
Hình 4.34. Đồ thị hệ số trượt các bánh xe có ABS trong khoảng 4,2 đến 6,8 giây.........51
Hình 4.35. Tạo dataset TCS mới....................................................................................52
Hình 4.36. Thiết lập các thơng số...................................................................................53
Hình 4.37. Tạo dataset xe khơng có TCS.......................................................................54
Hình 4.38. Đồ thị momen của hai xe với chế độ mở hồn tồn bướm ga.......................55
Hình 4.39. Đồ thị vận tốc các bánh xe, xe của hai xe chế độ mở hồn tồn bướm ga...56
Hình 4.40. Đồ thị áp suất phanh từng bánh xe với chế độ mở hồn tồn bướm ga........56
Hình 4.41. Đồ thị hệ số trượt từng bánh xe của hai xe TCS và không TCS...................58
Hình 4.42. Đồ thị hệ số trượt từng bánh xe của xe TCS.................................................58
Hình 4.43. Tạo dataset mới............................................................................................59
Hình 4.44. Thiết lập điều chỉnh dạng đường..................................................................60
Hình 4.45. Thiết lập Driver Controls..............................................................................61
Hình 4.46. Đồ thị momen của hai xe TCS và khơng TCS..............................................62
Hình 4.47. Đồ thị vận tốc các bánh xe, xe của hai xe TCS và khơng TCS.....................63
Hình 4.48. Đồ thị áp suất phanh từng bánh xe của 2 xe TCS và khơng TCS.................63
Hình 4.49. Đồ thị hệ số trượt từng bánh xe của 2 xe TCS và khơng TCS......................65
Hình 4.50. Đồ thị hệ số trượt từng bánh xe của xe có TCS............................................65
Hình 5.1. Vịng mở hệ thống cảnh báo điểm mù.............................................................69

Hình 5.2. Vịng kín hệ thống nâng hạ kính.....................................................................69
Hình 5.3. Phân tích lực trên xe.......................................................................................70
Hình 5.4. Chọn thơng số ban đầu Matlab Simulink........................................................71
Hình 5.5. Đồ thị vận tốc.................................................................................................72
Hình 5.6. Thay đổi đầu vào Matlab Simulink................................................................72
Hình 5.7. Đồ thị vận tốc khi thay đổi đầu vào................................................................73
Hình 5.8. Thay đổi tham số hệ thống.............................................................................73
6


Hình 5.9. Đồ thị vận tốc khi thay đổi tham số hệ thống.................................................74
Hình 5.10. Thay đổi đầu vào..........................................................................................75
Hình 5.11. Đồ thị quãng đường khi thay đổi đầu vào.....................................................75
Hình 5.12. Thay đổi các tham số hệ thống.....................................................................76
Hình 5.13. Đồ thị quãng đường khi thay đổi các tham số hệ thống................................76
Hình 5.14. Hệ thống MSD.............................................................................................77
Hình 5.15. Thay đổi giá trị lực F ...................................................................................78
Hình 5.16. Độ thị vị trí khi thay đổi giá trị lực F............................................................79
Hình 5.17. Thay đổi khối lượng vật nặng m...................................................................79
Hình 5.18. Đồ thị vị trí khi thay đổi tham số hệ thống...................................................80
Hình 5.19. Thay đổi hệ số cản b.....................................................................................80
Hình 5.20. Đồ thị vị trí khi thay đổi hệ số cản b.............................................................81
Hình 5.21. Thay đổi độ cứng lị xo k..............................................................................81
Hình 5.22. Đồ thị vị trí khi thay đổi độ cứng k..............................................................82
Hình 5.23. Thay đổi giá trị lực F....................................................................................83
Hình 5.24. Đồ thị vận tốc khi thay đổi giá trị lực F........................................................83
Hình 5.25. Thay đổi khối lượng vật nặng m...................................................................84
Hình 5.26. Đồ thị vận tốc khi thay đổi khối lượng vật nặng m......................................84
Hình 5.27. Thay đổi hệ số cản b.....................................................................................85
Hình 5.28. Đồ thị vận tốc khi thay đổi hệ số cản b.........................................................85

Hình 5.29. Thay đổi độ cứng lị xo k..............................................................................86
Hình 5.30. Đồ thị vấn tốc khi thay đổi độ cứng lò xo k..................................................86
Hình 5.31. Thay đổi giá trị lực F....................................................................................88
Hình 5.32. Đồ thị gia tốc khi thay đổi giá trị lực F.........................................................88
Hình 5.33. Thay đổi khối lượng vật nặng m...................................................................89
Hình 5.34. Đồ thị gia tốc khi thay đổi khối lượng vật nặng m.......................................89
Hình 5.35. Thay đổi hệ số cản b.....................................................................................90
Hình 5.36. Đồ thị gia tốc khi thay đổi hệ số cản b.........................................................90
Hình 5.37. Thay đổi độ cứng lò xo k..............................................................................91
7


Hình 5.38. Đồ thị gia tốc khi thay đổi độ cứng lị xo k..................................................91

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Lí do chọn đề tài
Cơ cấu phanh là cơ cấu an toàn chủ động của xe, dùng để giảm tốc độ hay dừng và đỗ
xe trong những truờng hợp cần thiết.
Nền công nghiệp đang ngày càng phát triến mạnh, số luợng phương tiện giao thông
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 ngật hơn. Một xe 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 xe.
Theo thống kê 10% số vụ tai nạn xảy ra trong trường hợp cần dừng khẩn cấp, tài xế
đạp phanh mạnh đột ngột làm xe bị rê bánh và trượt đi, dẫn đến mất lái. Hệ thống ABS giúp
khắc phục tình trạng này không phụ thuộc vào kỹ thuật phanh của người lái.
Có tầm quan trọng như ABS, hệ thống TSC giúp xe không bị trượt khi tăng tốc cũng
như vào những khúc cua. Tuy nhiên ABS và TCS chỉ trang bị phổ biến trên ô tô và xe phân
khối lớn những năm gần đây các nhà sản xuất bắt đâug trang bị trên các xe máy phổ thông.

Ở VN tai nạn giao thông ngày một gia tăng cả về số vụ và tính chất nguy hiểm. 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 tính kỹ thuật cho xe cơ giới là rất quan trọng.

8


Do tầm quan trọng của hệ thống phanh 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 mà nhóm đã tìm
hiểu về hệ thống phanh ABS và hệ thống kiểm soát lực kéo TCS.
1.2. Mục đích nghiên cứu
Tìm hiểu cách thức hoạt động qua mơ phỏng trên Carsim. Thơng qua đó sử dụng
Matlab Simulink để triển khai và cải tiến sơ đồ hệ thống.
1.3. Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu quá trình điều khiển của hệ thống ABS (Anti-lock Braking System) và
TCS (Traction Control System), các ảnh hưởng của hệ số bám và các yếu tố khác đến hệ
thống trên ô tô.
1.4. Phạm vi nghiên cứu
Mơ phỏng và diễn tả q trình làm việc của hệ thống chống bó cứng bánh xe bằng
Carsim, từ đó sử dụng Matlab Simulink để phân tích sơ đồ hệ thống, hàm truyền và các khối
liên quan. Phân tích yếu tố như: vận tốc chuyển động của xe, hệ số bám bánh xe với mặt
đường đến quá trình phanh.

9


CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về hệ thống ABS (Anti- Lock Brake System)
2.1.1. Giới thiệu ABS
ABS (viết tắt của cụm từ Anti- Lock Brake System) - hệ thống chống bó cứng phanh

hay chống khóa phanh là một trong những hệ thống an toàn được trang bị trên xe ơ tơ, giúp
hỗ trợ tài xế trong q trình vận hành xe an toàn hơn.
ABS là một hệ thống tự động sử dụng các nguyên tắc phanh theo ngưỡng và phanh
theo nhịp, những kỹ thuật đã từng được thực hành bởi những người lái xe thành thạo trước
khi ABS phổ biến. Hiểu một cách đơn giản, hệ thống chống bó cứng phanh ABS giúp người
lái khơng cần phải nhấp/nhả phanh liên tục để kiểm soát tốc độ trong các trường hợp khẩn
cấp mà hệ thống này sẽ tự động điều chỉnh và kiểm sốt tốc độ, giúp xe khơng bị trượt bánh
hay quay vòng. ABS hoạt động với tốc độ nhanh hơn nhiều và hiệu quả hơn hầu hết các trình
điều khiển có thể quản lý. Mặc dù ABS nói chung giúp cải thiện khả năng kiểm sốt xe và
giảm khoảng cách dừng xe trên các bề mặt khô và trơn trượt, nhưng trên các bề mặt có nhiều
sỏi đá hoặc tuyết, ABS có thể làm tăng đáng kể quãng đường phanh, trong khi vẫn cải thiện
khả năng kiểm sốt lái. ABS hoạt động bằng cách ngăn khơng cho bánh xe bị bó cứng trong
q trình phanh, do đó duy trì lực kéo tiếp xúc với mặt đường và cho phép người lái duy trì
khả năng kiểm sốt xe nhiều hơn.
2.1.2. Tính cần thiết của hệ thống
Hiện nay nghành công nghiệp ô tô đang phát triển rất mạnh mẽ đặc biệt là tại Việt
Nam, trong những năm gần đây ô tô đang ngày càng phổ biến và phù hợp với nhu cầu sử
dụng của khách hàng. Mọi người sử dụng ơ tơ với nhiều mục đích khác nhau, nhất là vận
chuyển hành khách, hàng hóa, giao thơng cơng cộng,... Nhu cầu cao dẫn đến mật độ ô tô lưu
thông trên đường ngày càng cao dẫn đến tai nạn giao thơng ngày càng nhiều. Chính vì thế,
việc đảm bảo tính an tồn cho người sử dụng ơ tơ là một trong những vấn đề cần thiết và
10


luôn được quan tâm của các nhà thiết kế và chế tạo ơ tơ nói chung. Trong đó hệ thống phanh
đóng vai trị rất quan trọng và ngày càng phổ biến trên các dịng xe ơ tơ hiện nay. Để đảm
bảo việc thích nghi với các điều kiện giao thơng hiện nay như thời tiết, mặt đường, chướng
ngại vật,…tránh những tình hướng và hậu quả xảy ra đối với người điều khiển thì ABS có
vai trị cực kì quan trọng. Trong đó, ABS là một trong những cơng nghệ an toàn bổ sung cho
hệ thống phanh hữu dụng nhất của ngành cơng nghiệp ơ tơ hiện nay. Vai trị chủ yếu của hệ

thống ABS là giúp tài xế duy trì khả năng kiểm sốt xe trong những tình huống phanh gấp.
Hiện nay, hệ thống phanh càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế, chế tạo, và sử
dụng ABS cũng ngày càng nghiêm ngặt và chặt chẽ. Hầu hết các dịng xe ơ tơ hiện nay đều
được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh ABS.
2.2. Tổng quan về hệ thống TCS (Traction Control System)
2.2.1. Giới thiệu TCS
TCS (Traction Control System) là tên gọi thường được dùng nhất của hệ thống này,
ngồi ra nó cịn có các tên gọi khác như TRC, ASR, DSC tùy theo từng hãng. TCS được
trang bị phổ biến trên nhiều loại xe hoạt động chủ yếu với mục đích giúp đảm bảo độ tiếp
xúc của xe (chính xác là lốp xe) với mặt đường bằng các thiết bị điện tử rất hiện đại.
Hệ thống TCS được dùng để làm giảm sự trượt của bánh xe và để tăng tối đa khả
năng bám đất mà không bị trượt. Hệ thống này tác động lên hệ thống thắng và động cơ để
điều hòa lực tiếp tiếp đặt tại điểm tiếp xúc vỏ xe và mặt đường. Hệ thống này khơng chỉ
dùng trong khi thắng xe mà cịn dùng khi tăng tốc.
Hệ thống kiểm soát lực kéo xe đóng vai trị quan trọng trong hệ thống cân bằng điện
tử (ESC). Nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động kéo xe trên đường có hệ số ma sát (µ) thấp và
phát huy tối đa hệ số ma sát theo chiều dọc, TCS được sử dụng để kiểm soát tỷ lệ trượt trong
phạm vi tỷ lệ trượt tối ưu bằng cách điều chỉnh momen động cơ hoặc áp lực phanh.
2.2.2. Tính cần thiết của TCS
TCS hoạt động để đảm bảo xe không bị mất ma sát (giữa lốp xe và mặt đường) trong
quá trình gia tốc. Theo một cách khác, bạn có thể hình dung khi xe bạn tăng tốc từ một tốc
11


độ ổn định nào đó, TCS hoạt động để đảm bảo sự tiếp xúc lớn nhất giữa lốp xe với mặt
đường, thậm chí ngay cả trong tình trạng đường xấu. Bạn thử nghĩ xem nếu xe bạn không
được trang bị hệ thống trên thì sẽ như thế nào nếu đang đi trên đoạn đường trơn, lầy lội hay
đường bị đóng băng, lúc đó xe của bạn sẽ càng bị lún sâu hơn hoặc sẽ bị trượt không ma sát
trên mặt đường.
Một mặt đường bị ướt hoặc đóng băng sẽ làm giảm đáng kể ma sát giữa lốp xe với

mặt đường. Vì lốp xe là bộ phận duy nhất của xe thực sự tiếp xúc với mặt đất, nên khi xảy ra
hiện tượng mất ma sát đều dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng. Mặt khác khi xe được
trang bị hệ thống TCS sẽ làm giảm mất mát công suất và tiêu hao nhiên liệu không cần thiết.
Hệ thống TCS giảm mômen xoắn của động cơ khi bánh xe bắt đầu trượt quay không phụ
thuộc vào ý định của người lái, cùng lúc đó nó điều khiển hệ thống phanh vì vậy giảm
mômen truyền đến mặt đường tới một giá trị phù hợp. Ở đường có hệ số ma sát thấp, chẳng
hạn như đường tuyết, băng, hay đường ướt, bánh xe chủ động sẽ bị quay tại chỗ nếu xe khởi
hành hay tăng tốc nhanh, làm mất mát mômen chủ động và có thể làm trượt xe.
Vì vậy trên các dịng xe mà không trang bị hệ thống TCS khi mà khởi hành hay tăng
tốc trên các đoạn đường xấu như vậy tài xế sẽ khó kiểm sốt xe, gây tiêu hao nhiên liệu hơn.
Vì vậy có hệ thống TCS trên xe là rất cần thiết vì nó giúp ta dễ điều khiển xe hơn và tiết
kiệm nhiên liệu hơn khi ta điều khiển xe trong các tình huống trên.
2.3. Cơ sở lý thuyết hoạt động hệ thống ABS, TCS
2.3.1. Đặc điểm q trình phanh ơ tơ
Tính năng phanh hay chất lượng q trình phanh được định lượng thơng qua 2 nhóm
chỉ tiêu: “Hiệu quả phanh” và “Tính ổn định khi phanh”.
Hiệu quả phanh đánh giá mức độ giảm tốc độ của ô tô khi người lái tác động lên cơ
cấu điều khiển phanh trong trường hợp phanh khẩn cấp.

12


Tính ổn định khi phanh đánh giá khả năng duy trì quỹ đạo của ơ tơ theo ý muốn của
người lái trong q trình phanh.
2.3.2. Các tiêu chí đánh giá hiệu quả quá trình phanh
2.3.2.1. Thời gian phanh
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. Biểu thức xác định thời gian phanh nhỏ nhất:

t p. min =

δj
δj
.
dv
=
⋅ ( v1 − v2 )
∫v ϕ.g
ϕ
⋅
g
2
v1

Trong đó:
v1: vận tốc của xe tại thời điểm bắt đầu phanh.
v2: vận tốc của xe tại thời điểm kết thúc phanh.
: hệ số bám.
δj: hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay.
2.3.2.2. Gia tốc chậm dần khi phanh
Gia tốc chậm dần 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 ơ tơ trong q trình
phanh. Biểu tức xác định gia tốc chậm dần khi phanh lớn nhất:

j p max =

13

ϕ .g
δj

Trong đó:
: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ô tô.
jpmax: Gia tốc chậm dần khi phanh lớn nhất.
2.3.2.3. Quãng đường phanh
Quãng đường phanh là chỉ tiêu đặc trưng và có ý nghĩa quan trọng nhất để đánh giá
chất lượng phanh của ơ tơ vì quãng đường phanh cho phép người lái hình dung được vị trí xe
sẽ dừng trước chứng ngại vật mà họ phải xử trí để khỏi xảy ra tai nạn khi người lái xe phanh
ở tốc độ cao. Vì vậy trong tính năng kỹ thuật của ơ tơ, các nhà chế tạo 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, dễ dàng
tạo điều kiện cho người lái xe xử lý tốt trong khi phanh ôtô trên đường. Biểu thức xác định
quãng đường phanh nhỏ nhất:

S p. min =

δj
⋅ v12
2ϕ ⋅ g

Trong đó:
v1: Vận tốc chuyển động của ơtơ lúc bắt đầu phanh.
ϕ

: Hệ số bám.

δj: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay.
2.3.2.4. Lực phanh và lực phanh riêng
Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh. Chỉ tiêu

này được dùng thuận lợi nhất là khi thử phanh ô tô trên bệ thử.
14


Fp =

Mp

Fpr =

rb
Fb
G

Trong đó:
Fb: lực phanh ơ tơ.
Mb: momen phanh cơ cấu phanh.
rb: bán kính tính tốn bánh xe.
2.3.3. Hệ số trượt
Sự trượt của bánh xe được thể hiện thông qua hệ số trượt
Vận tốc chuyển động lý thuyết v0: v0 là vận tốc của xe khi chuyển động hoàn tồn
khơng có trượt.

vo = = . =
Ở đây:
Sl: Qng đường lý thuyết mà bánh xe đã lăn.
t: Thời gian bánh xe đã lăn.
rb: Bán kính tính tốn của bánh xe.
N: Tổng số vịng quay của bánh xe.
: Vận tốc góc của bánh xe.

15


Vận tốc chuyển động thực tế v: v là vận tốc chuyển động của xe khi có tính đến ảnh
hưởng của sự trượt của bánh xe với mặt đường.

v= =.=
Trong đó:
St: quãng đường thực tế mà bánh xe đã lăn.
t: thời gian mà bánh xe đã lăn.
rl: bán kính lăn của bánh xe
Vận tốc trượt: = vo -v
*Trường hợp bánh xe lăn có trượt quay:
Sự trượt của bánh xe được thể hiện thông qua hệ số trượt khi kéo :
= =1Bánh xe lăn có trượt quay: Đây là trường hợp của bánh xe đang có lực kéo, khi đó tốc
độ của tâm bánh xe (tốc độ thực tế) V nhỏ hơn tốc độ lý thuyết , do vậy cực P nằm trong
vòng bánh xe và rl < rb. Trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, theo quy luật phân
bố vận tốc sẽ xuất hiện một vận tốc trượt ngược hướng với trục x. Ta có quan hệ sau:

16


Hình 2.1: Lăn có trượt quay
v = + vo = + . =.
→ =v- >0
Mà = = 1 Vậy < 0 thì > 0
Ở trạng thái trượt quay hồn tồn (bánh xe chủ động quay, xe đứng yên) ta có:
v=0 → > 0 →

=v- =0-=→ = = 1 (Trượt quay hồn tồn)

*Trường hợp bánh xe lăn có trượt lết:
Sự trượt của bánh xe được thể hiện thông qua hệ số trượt khi phanh :
= =
Trong đó:
v0: là vận tốc lý thuyết của xe.
17


v: là vận tốc thực tế của xe.
: bán kính lăn của bánh xe.
: bán kính tính tốn của bánh xe.

Hình 2.2: Lăn có trượt lết
Ta có khi bánh xe bị trượt lết đây là trường hợp bánh xe đang được phanh. Trong
trường hợp này v >v0, cực P nằm bên ngoài bánh xe và r l > rb. Tại vùng tiếp xúc của bánh xe
với mặt đường cũng xuất hiện tốc độ trượt nhưng hướng theo hướng dương của trục x.
Ta có:
v = + vo = + . =.
→

=v- >0

Mà = =

18


Do > 0 nên < 0
Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn (bánh xe bị hãm cứng, xe vẫn chuyển động) ta có:

v0 →=0 →
=v- =v
→ = - 1 (Trượt lết hoàn toàn)
2.3.4. Hệ số bám và lực bám
Lực bám đường là lực bám sinh ra tại bề mặt tiếp xúc giữa mặt đường và lốp xe, lực
bám dọc giúp xe tiến về phía trước hoặc giảm tốc độ khi phanh. Lực bám ngang tạo ra sự ổn
định khi chuyển động.
Độ bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bởi hệ số bám. Tùy theo chiều
của phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe mà hệ số bám sẽ có tên gọi khác nhau. Nếu xét
khả năng bám theo chiều dọc (khi dưới bánh xe chỉ có phản lực dọc: lực kéo hoặc lực
phanh), thì hệ số bám được gọi là hệ số bám dọc và được định nghĩa như sau:
=
Nếu xét khả năng bám theo chiều ngang (khi dưới bánh xe chỉ có phản lực ngang
Yb), thì hệ số bám được gọi là hệ số bám ngang và được định nghĩa như sau:
=
Trường hợp tổng quát, khi dưới bánh xe có tác dụng đồng thời cả phản lực dọc X b và
phản lực ngang Yb, thì phải xét khả năng bám theo chiều của vectơ lực Q = , là hợp lực của
Xb và Yb. Lúc này hệ số bám được gọi là hệ số bám tổng quát và được định nghĩa như sau:
= =
Để cho bánh xe chủ động khơng bị trượt quay thì lực kéo tiếp tuyến cực đại ở bánh xe
đó phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám dọc giữa bánh xe với mặt đường:
19


với , =
Nếu bánh xe đang phanh, để bánh xe khơng bị trượt lết thì lực phanh cực đại ở bánh
xe đó phải nhỏ hơn hoặc bằng lực bám dọc:

Khi dưới bánh xe có phản lực ngang tác dụng thì khả năng bám theo chiều ngang
được thể hiện qua lực bám ngang y :

Để cho bánh xe không bị trượt ngang thì phản lực ngang cực đại phải nhỏ hơn hoặc
bằng lực bám ngang:
Nếu xét theo chiều dọc (chiều chuyển động của xe) thì lực kéo cực đại F kmax bị giới
hạn bởi lực bám . Nếu muốn sử dụng tồn bộ lực kéo từ động cơ truyền xuống để thắng các
lực cản chuyển động thì cần phải tăng lực bám. Để tăng lực bám, chúng ta phải tăng hệ số
bám hoặc trọng lượng bám.
Yếu tố ảnh hưởng đến lực bám:
Khơng có trọng lượng, khơng có lực bám: Nếu bánh trước nhấc lên, sẽ khơng cịn lực
bám giữa bánh và mặt đường nữa. Để khắc phục điều này, các hệ thống treo đóng vai trị
quan trọng, bên cạnh vai trị mang lại sự êm dịu cịn giúp bánh ln tiếp xúc với mặt đường.
Một chiếc xe tốt sẽ không “bốc đầu” khi tăng tốc đột ngột hay “nhấc đuôi” khi phanh gấp dù
điều này tưởng như làm nhiều người thích thú.
Nguyên nhân thứ hai là bánh bị trượt do tăng tốc hay đạp phanh đột ngột. Khơng ít
lần trong các bộ phim hành động có cảnh một chiếc xe tăng tốc, bánh quay trịn và bốc khói,
nhưng sau vài một khoảng thời gian xe mời di chuyển. Nguyên nhân do độ trượt của bánh
quá lớn. Yếu tố quan trọng thứ ba là mặt đường. Đường trơn làm giảm lực, khi phải lái xe
trên đường bùn, đường có cát, lực bám dọc giảm khiến cho xe không thể tăng tốc.

20


Hình 2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám
Hình A: Ảnh hưởng của áp suất trong lốp.
Hình B: Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động của ơ tơ.
Hình C: Ảnh hưởng của phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe.
Hình D: Ảnh hưởng của độ trượt của bánh xe với mặt đường.
Cuối cùng là tình trạng lốp. Áp suất lốp quá thấp hay quá cao đều làm giảm khả năng
bám của bánh. Hãy duy trì áp suất lốp theo khuyến cáo của nhà sản xuất. Lốp bị mòn cũng
một nguyên nhân làm giảm lực bám, rõ ràng lốp mới có khả năng bám đường tốt hơn lốp đã
bị mòn. Khi lăn trên mặt đường, phần rãnh giữa các hoa lốp tại vị trí lốp biến dạng là nơi

thốt khí, nước giúp cho nó ln được tiếp xúc trực tiếp với mặt đường.

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRÊN SIMULINK
21


3.1. Giới thiệu phương pháp điều khiển
Điều khiển ON/OFF
Là phương pháp điều khiển đơn giản, dễ thiết kế và giá thành rẻ, nhưng điều khiển sẽ
bị dao động quanh giá trị nhiệt độ đặt chứ không ổn định. Phương pháp này thường dùng
trong những đối tượng cho phép khoảng nhiệt rộng
Đầu ra của bộ điều khiển chỉ có hai vị trí phụ thuộc vào dấu của sai lệch. Nếu hai vị
trí này đóng hồn tồn và mở hồn tồn thì người ta gọi đó là bộ điểu khiển ON/OFF. Hầu
hết các bộ điều khiển hai vị trí này đều có vùng trung hòa để ngăn ngừa sự dao động của đầu
ra.
Vùng trung hòa là vùng xung quanh điểm đặt mà tại đó khơng xảy ra hành động điều
khiển nào cả. Độ sai lệch phải vượt qua vùng này thì mới xảy ra hành động điều khiển.

Hình 3.1. ON/OFF controller with dead band1
Bộ điều khiển ON/OFF cung cấp các xung năng lượng đến quá trình điều khiển, điều
này sẽ tạo ra một chu kỳ điều khiển có biên độ phụ thuộc vào ba yếu tố: độ quán tính, thời
gian trễ, và mức độ thay đổi của tải.

1 Tài liệu bài giảng Lecture 7, bộ môn Hệ thống điều khiển tự động – Th.S Nguyễn Trung Hiếu.

22


Độ dao động sẽ giảm khi xảy ra một hay nhiều thay đổi: tăng độ quán tính, giảm thời
gian trễ, giảm độ thay đổi của tải.

Điều khiển hai vị trí chỉ phù hợp cho q trình có độ qn tính lớn, thời gian trễ và độ
thay đổi trên tải nhỏ (ví dụ như điều khiển nhiệt độ lị nung chẳng hạn. Tuy điều khiển hai vị
trí hạn chế đối tượng điều khiển như vậy, nhưng do nó đơn giản và rẻ tiền nên người ta vẫn
thích dùng nó.
3.2. Điều khiển ABS
3.2.1. Xây dựng mơ hình hệ thống ABS

Hình 3.2. Mơ hình hệ thống phanh ABS
Nguyên lý hoạt động: Hệ thống chống bó cứng phanh ABS hoạt động dựa trên cảm
biến tốc độ của các bánh xe sau đó gửi về cho bộ điều khiển ABS. Khi phát hiện ra một hoặc
nhiều bánh xe có tốc độ chậm hơn quy định lúc này qua van thủy lực và bơm, hệ thống
phanh sẽ tự động làm giảm áp suất tác động lên đĩa để bánh xe ơ tơ khơng bị bó cứng. Hệ
thống ABS sẽ tác động ấn - nhả thanh kẹp trên phanh đĩa với tần suất 15 lần/s thay vì tác
động lực mạnh trong 1 thời gian khiến bánh xe có thể bị chết (hiện tượng thường gặp trên
các dịng xe không được trang bị hệ thống phanh ABS). Sau đó hệ thống máy tính điều khiển
sẽ dựa trên thơng số cảm biến vận tốc và những thao tác của người lái xe để đưa ra áp lực
phanh tối ưu nhất cho các bánh xe. Đảm bảo sự ổn định thân xe và kiểm soát quỹ đạo xe.

23


Ngược lại nếu trong quá trình di chuyển, một hay nhiều bánh xe quay quá nhanh, hệ thống
phanh cũng sẽ tự động tác động lực trở lại để đảm bảo q trình hãm.
3.2.2. Mơ hình hóa hệ thống ABS Matlab Simulink
Về cơ bản có loại điều khiển là: điều khiển ON/OFF đối với phương pháp này có
những ưu điểm và nhược điểm riêng chúng ta sẽ đi xem xét các kết quả để kết luận ABS phù
hợp hay khơng.

Hình 3.3. Sơ đồ khối bộ điều khiển hệ thống ABS
Khối Process:

Hình 3.4. Khối Process
Đầu vào gồm: áp suất phanh tại các bánh xe.

24


Hình 3.5. Đầu vào khối Process
Đầu ra gồm: vận tốc của các bánh xe, vận tốc xe (Vx_SM) và áp suất phanh tại xy
lanh chính Master Cylinder Pressure (Pbk_Con).

Hình 3.6. Đầu ra khối Process

Khối Controller:

Hình 3.7. Sơ đồ khối Controller
Sau khi xử lý độ trượt ở mỗi bánh xe ta truyền hệ số trượt vào 2 bộ Relay (ON-OFF)
tương ứng với 2 bánh xe ở phía trước và 2 bánh xe ở phía sau. Trong đó, ‘0’ là nhả lực
phanh, ‘1’ là tác dụng lực phanh vào. Sau đó đi qua bộ Speed Limit, bộ này có nhiệm vụ so
sánh tốc độ xe với giá trị định sẵn là 7 km/h. Nếu tốc độ xe lớn hơn hoặc bằng 7 km/h thì tín
hiệu ON-OFF từ bộ Relay sẽ tiếp tục truyền sang cơ cấu chấp hành (Actuator). Trong đó, tín
hiệu ON/OFF của hai bánh xe sau sẽ được kiểm tra và lấy tín hiệu chung theo bánh xe có độ
trượt nhỏ hơn (thông qua khối “min”). Khi tốc độ xe dưới 7 km/h thì bộ điều khiển ABS

25