Đồ án hệ thống điều khiển tự động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN

ABS - ANTILOCK BRAKING SYSTEM
DESIGN USING CARSIM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng năm


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO

ĐỒ ÁN

ABS - ANTILOCK BRAKING SYSTEM
DESIGN USING CARSIM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3 năm 2023


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
***
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 3 năm 2023

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC
Họ và tên sinh viên:
Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô

Giảng viên hướng dẫn
Ngày nhận đề tài:

Lớp:
ĐT:
Ngày nộp đề tài:

1. Tên đề tài:
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
3. Nội dung thực hiện đề tài:
4. Sản phẩm:
TRƯỞNG NGÀNH

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

1


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên:
Ngành:Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tơ
Tên đề tài: ABS – Antilock Braking System Design Using Carsim
Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: .
NHẬN XÉT

1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
6. Điểm. ....................................... (Bằng chữ:..........................................)
.................................................................................................................................
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 20…
Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

2


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên:
Ngành: Cơng Nghệ Kỹ Thuật Ơ Tô
Tên đề tài: ABS – Antilock Braking System Design Using Carsim
Họ và tên Giáo viên phản biện:
............................................................................................................................................
NHẬN XÉT

1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay không?
.................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
6.
Điểm:………….(Bằng chữ:..........................................................)
............................................................................................................................................

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 20…

Giáo viên phản biện
(Ký & ghi rõ họ tên

3


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN MÔN HỌC..........................................................................i
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN......................................ii
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN........................................iii
MỤC LỤC...........................................................................................................iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.....................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.......................................................................vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ......................................................vii
MỞ ĐẦU..............................................................................................................9
1. Lý do chọn đề tài..............................................................................................9
1.1 Lý do chọn đề tài.............................................................................................9
1.2 Mục tiêu của đề tài..........................................................................................9
1.3 Tổng quan lý thuyết........................................................................................9
1.4 Tính mới của đề tài.......................................................................................11
2. Giới hạn và phạm vi đề tài..............................................................................11
3. Dự kiến kết quả...............................................................................................11
4. Kế hoạch thực hiện.........................................................................................12
NỘI DUNG.........................................................................................................13
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH ABS.................................13
1.1 Tổng quan về hệ thống ABS.........................................................................13
1.1.1 Giới thiệu.................................................................................................13
1.2 Cơ sở lý thuyết về hệ thống ABS..................................................................14
1.2.1 Đặc tính của ma sát..................................................................................14
1.3 Hệ số trượt và hệ số bám (xét khi phanh)......................................................15
1.4 Sự lệch hướng của ô tô khi phanh.................................................................18
1.5 Tác hại của trượt lết khi phanh......................................................................19

1.6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS.......................................................19
CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU PHẦN MỀM MƠ PHỎNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ........................................................................24
2.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng....................................................................24
2.1.1 Phần mềm Matlab/Simulink.....................................................................24
2.1.2 Phần mềm Carsim....................................................................................25
2.2 Hệ thống điều khiển tự động trên ô tô...........................................................26
2.2.1 Hệ thống điều khiển vòng kín (Closed – Loop Control System)..............26
4


2.2.2 Bộ điều khiển Bang Bang........................................................................27
2.2.3 Bộ điều khiển PID....................................................................................27
CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG HỆ THỐNG ABS...................................................29
3.1 Mơ phỏng hệ thống abs bằng matlab simulink..............................................29
3.1.1 Điều khiển ABS bằng bộ điều khiển Bang-Bang.....................................31
3.1.2 Điều khiển ABS bằng bộ điều khiển PID.................................................31
3.2 Mô phỏng hệ thống ABA bằng Carsim.........................................................32
3.3 Đánh giá kết quả mô phỏng hệ thống ABS...................................................36
3.4 Kết luận.........................................................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................37

5


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ABS: Antilock Braking System
PID: Proportional-Integral-Derivative

6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 0 Bảng kế hoạch thực hiện.....................................................................................................12
Bảng 3-1 Hệ số KP , Kl và KD tối ưu của PID Controller trong hệ thống ABS..............................32

7


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 1-2-1 Ma sát tĩnh và Ma sát động..........................................................................................14
Hình 1-3-1 Sơ đồ các lực tác dụng lên bánh xe khi phanh...............................................................15
Hình 1-3-2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hệ số bám dọc φxx và hệ số bám ngang φxy theo độ trượt
tương đối δpp ....................................................................................................................................17
Hình 1-4-1 Sơ đồ các lực và moment tác dụng lên ơ tơ khi phanh mà có hiện tượng quay xe do lực
phanh phân bố khơng đều................................................................................................................18
Hình 1-6-1 Sơ đồ bố trí của hệ thống ABS trên ơ tơ........................................................................20
Hình 1-6-2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi các thông số Mp , p và ε khi sử dụng ABS......................21
Hình 1-6-3 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi tốc độ góc ωbb của bánh xe, tốc độ chuyển động của ô tô và
độ trượt tương đối δpp khi sử dụng hệ thống ABS...........................................................................22
Hình 2-1-1 Biểu tượng phần mềm MATLAB/Simulink..................................................................24
Hình 2-1-2 Biểu tượng phần mềm Carsim.......................................................................................26
Hình 2-2-1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển vịng kín......................................................................26
Hình 2-2-2 Bộ điều khiển Bang Bang trong Simulink.....................................................................27
Hình 2-2-3 Sơ đồ khối bộ điều khiển PID.......................................................................................28
Hình 3-1-a Thiết lập hệ thống ABS trên Matlab/Simulink...............................................................29
Hình 3-1-b Sơ đồ bộ điều khiển hệ thống ABS...............................................................................30
Hình 3-1-c Sơ đồ bộ chấp hành phanh.............................................................................................30
Hình 3-1-1 Bang – Bang Controller................................................................................................31
Hình 3-1-2 PID Controller...............................................................................................................32

Hình 3-2-1 Chọn loại xe trên carsim...............................................................................................33
Hình 3-2-2 Thiết lập thơng số kỹ thuật cho xe...............................................................................33
Hình 3-2-3 Thiết lập hệ thống ABS trên Carsim.............................................................................34
Hình 3-2-4 Thiết lập áp suất phanh.................................................................................................34
Hình 3-2-5 Thiết lập điều kiện mơ phỏng........................................................................................35
Hình 3-2-6Thiết lập điều kiện mặt đường mơ phỏng.......................................................................35
Hình 3-2-7 Kết nối Simulink với Carsim.......................................................................................36

8


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
1.1 Lý do chọn đề tài.
- Nền công nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô tăng nhanh,
mức độ lưu thông trên đường ngày càng lớn. Phương tiện giao thông ngày càng
được thiết kế với công suất cao, tốc độ chuyển động nhanh vì thế yêu cầu đặt ra với
cơ cấu phanh cũng ngày càng cao và nghiêm ngặt hơn. Một ơ tơ có cơ cấu phanh tốt
thì mới có khả năng phát huy hết cơng suất xe, mới có khả năng chạy ở tốc độ cao,
tăng tính kinh tế, tính an toàn và hiệu quả vận chuyển một của ơ tơ.
- Trên thế giới cũng có nhiều diễn biến hết sức phức tạp số vụ tai nạn giao thông
nên tính cấp thiết là phải nâng cao kĩ thuật cho phương thiện giao thông. Số vụ tai
nạn xảy ra trong trường hợp cần dừng khẩn cấp tài xế đạp phanh mạnh đột ngột làm
xe bị trượt bánh dẫn đến mất lái ngày càng tăng. Hệ thống phanh chống bó cứng
ABS giúp khắc phục tình trạng này.
1.2 Mục tiêu của đề tài
- Tìm hiểu hệ thống phanh abs
- Tìm hiểu về matlab-simulink, carsim
- Mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống phanh abs trên ô tô bằng matlab-simulink
- Thiết kế bộ điều khiển mô phỏng bằng carsim

- Mô phỏng hệ thống abs bằng carsim
1.3 Tổng quan lý thuyết
+ Nghiên cứu "A Study of the Characteristics of Anti-Lock Braking System (ABS)
Braking Performance" của Jin-Hak Yi và Kyung-Seok Kim (1996) tập trung vào
đánh giá hiệu suất phanh ABS bằng cách phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu
suất của hệ thống phanh.
Các tác giả đã tiến hành mô phỏng và đánh giá các yếu tố tác động đến hiệu suất
của hệ thống phanh ABS như lực phanh, tốc độ xe, độ bám đường, hệ số ma sát của
lốp và thiết kế của hệ thống phanh. Kết quả cho thấy rằng hệ thống phanh ABS có
thể cải thiện khả năng kiểm sốt xe trong trường hợp phanh khẩn cấp và tránh được
sự trượt của bánh xe.
Nghiên cứu này cũng đã chỉ ra rằng sự cân bằng giữa lực phanh và độ bám đường là
yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống phanh ABS. Ngoài ra, thiết
kế của hệ thống phanh cũng cần được tối ưu hóa để đảm bảo tính an toàn và hiệu
suất của hệ thống phanh.
+ Nghiên cứu "Fault Detection and Isolation for Anti-lock Braking Systems" của
9


Yuxia Dong và Wen-Hua Chen (2010) tập trung vào phát hiện và phân lập các lỗi
của hệ thống phanh ABS. Các tác giả đã phân tích các lỗi phổ biến trong hệ thống
phanh ABS, bao gồm các lỗi phát sinh từ cảm biến, mạch điện, và hệ thống điều
khiển. Nghiên cứu này đã đề xuất một phương pháp phát hiện và phân lập lỗi dựa
trên mơ hình của hệ thống phanh ABS. Phương pháp này sử dụng các giải thuật
định tuyến và các kỹ thuật xử lý tín hiệu để phát hiện các lỗi và xác định nguyên
nhân gây ra lỗi. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề xuất một phương pháp điều chỉnh
tham số để cải thiện độ chính xác của phương pháp phát hiện lỗi.
Kết quả của nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp phát hiện và phân lập lỗi đề
xuất có thể đạt được độ chính xác cao và có thể áp dụng cho các hệ thống phanh
ABS trong thực tế. Nghiên cứu này cung cấp một cách tiếp cận mới cho việc giám

sát và bảo trì các hệ thống phanh ABS.
+ Nghiên cứu "Development of a Test Method for Evaluating the Reliability of an
Anti-lock Braking System (ABS) Under Severe Winter Conditions" của S. Kim và
đồng nghiệp (2014) tập trung vào đánh giá độ tin cậy của hệ thống phanh ABS
trong điều kiện đường trơn trượt và khắc nghiệt trong mùa đông.
Nghiên cứu này đã phát triển một phương pháp thử nghiệm mới để đánh giá độ tin
cậy của hệ thống phanh ABS dưới điều kiện đường trơn trượt và tuyết đóng dày.
Phương pháp thử nghiệm bao gồm các yêu cầu đánh giá như hiệu suất phanh, độ ổn
định và độ bền của hệ thống phanh ABS.
Kết quả của nghiên cứu cho thấy rằng phương pháp thử nghiệm mới này có thể
đánh giá độ tin cậy của hệ thống phanh ABS trong điều kiện thực tế khắc nghiệt và
giúp cải thiện hiệu quả của hệ thống phanh ABS. Nghiên cứu này có ý nghĩa quan
trọng trong việc phát triển các tiêu chuẩn đánh giá độ tin cậy của hệ thống phanh
ABS và cải thiện an toàn khi lái xe trong điều kiện mùa đông khắc nghiệt.
+ Theo bài “NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ABS”của Nguyễn Văn
Quyền sinh viên Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật tp.hcm năm 2021 thì nghiên
cứu tập trung vào đánh giá hiệu suất phanh ABS bằng cách phân tích các yếu tố
ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống phanh như lực ma sát, hệ số trượt, hệ số bám,
10


độ lệch hướng , trượt lết …
Trong bài nghiên cứu tác giả đã tiến hành mô phỏng và đánh giá các yếu tố tác
động đến hiệu suất của hệ thống phanh ABS như lực phanh, tốc độ xe, độ bám
đường, hệ số ma sát của lốp và thiết kế của hệ thống phanh. Từ đó tác giả rút ra
được những kết quả về quảng đường phanh, tốc độ xe và bánh xe khi phanh và áp
suất khi phanh.
Nghiên cứu này cũng đã chỉ ra rằng sự cân bằng giữa lực phanh và độ bám đường là
yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống phanh ABS. Ngoài ra, thiết
kế của hệ thống phanh cũng cần được tối ưu hóa để đảm bảo tính an tồn và hiệu

suất của hệ thống phanh.
+ Qua 4 bài nghiên cứu thì nhóm chúng em quyết định nghiên cứu về lý thuyết cấu
tạo, cách thức hoạt động của phanh abs, và tập trung vào nghiên cứu, phân tích các
yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống phanh như lực ma sát, hệ số trượt, hệ
số bám, độ lệch hướng , trượt lết … cuối cùng kết hợp các phương pháp mơ hình
hóa hệ thống và sử dụng 2 phần mềm hỗ trợ chính là matlab-simulink và carsim để
tiến hành mô phỏng và đưa ra kết quả từ đó rút ra được những đánh giá chính xác
về hệ thống abs
1.4 Tính mới của đề tài
- Nghiên cứu và mô phỏng theo điều kiện tiêu chuẩn làm việc ở nước ta để mang
tính thị trường Việt Nam nhiều hơn nữa để nâng cao chất lượng cũng như tính tiện
lợi, an toàn cho người dùng
- Nghiên cứu sâu hơn nữa vào tính toán, các yếu tố ảnh hưởng đến lực phanh, cơ
cấu phanh trên các loại xe có sử dụng hệ thống ABS ở Việt Nam hiện nay.
- Dựa trên cơ sở tính toán lý thuyết, sử dụng phần mềm Carsim, Matlab để mơ
phỏng tính tốn các thiết kế, đặt các tính tốn đó vào mơi trường vận hành mơ
phỏng thực tế để kiểm tra kiểm nghiệm
2. Giới hạn và phạm vi đề tài
- Nghiên cứu hệ thống phanh thủy lực có sử dụng hệ thống phanh abs trên xe du
lịch
- Mô phỏng, thiết kế hệ thống phanh bằng phần mềm matlab- Simulink và carsim
3. Dự kiến kết quả
- Giới thiệu được về matlab-simulink, casim, tổng quan hệ thống phanh abs
- Trình bày lịch sử và quá trình phát triển của hệ thống phanh abs trên xe ơ tơ
- Mơ hình hóa và mô phỏng được hệ thống phanh abs trên ô tô bằng matlabsimulink
- Thiết kế bộ điều khiển mô phỏng bằng casim
- Đánh giá kết quả mô phỏng và các chế độ làm việc điển hình
11

4. Kế hoạch thực hiện
Bảng 1 Bảng kế hoạch thực hiện
Nội Dung Người
cơng việc Thực
hiện
1. Khảo
sát và
phân tích
đề tài
2. Xây
dựng đề
cương đề
tài
3. Mơ
hình hóa
hệ thống
4. Mơ
phỏng hệ
thống
5. Thiết
kế bộ
điều
khiển mơ
phỏng
6. Case
studies

Thời
gian
thực

hiện
1
tuần

1
tuần

Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần Tuần
5
6
7
8
9
10
11
12
x

x

5
tuần

x

x

x

x

x

5tuầ
n

x

x

x

x

x

x

x

x

x

x

3tuầ
n

2

tuần

12


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH ABS
1.1 Tổng quan về hệ thống ABS
1.1.1 Giới thiệu
- Hệ thống phanh (Brake System) là hệ thống điều khiển tự động an tồn trên ơ tơ,
được dùng để giảm tốc độ hoặc dừng và đỗ ô tô trong những trường hợp cần thiết.
Nó là một trong những bộ phận chính và đóng vai trị quan trọng khi điều khiển ơ tơ
trên đường. Chất lượng của một hệ thống phanh trên ô tô được đánh giá thông qua
hiệu quả phanh (quãng đường phanh, thời gian phanh và gia tốc phanh), đồng thời
còn phải đảm bảo tính ổn định chuyển động của ô tô khi phanh.
- Khi ô tô phanh đột ngột hoặc phanh trên các loại đường trơn, đường băng, đường
tuyết sẽ dễ xảy ra hiện tượng sớm bị hãm cứng bánh xe (hiện tượng bánh xe bị trượt
lết trên mặt đường khi phanh). Lúc này, quãng đường phanh sẽ dài hơn (hiệu quả
phanh giảm) đồng thời dẫn đến tình trạng mất ổn định hướng lái và khả năng điều
khiển của ô tơ. Nếu các bánh xe trước bị hãm cứng thì xe không thể chuyển hướng
theo sự điều khiển của người lái. Nếu các bánh xe sau bị hãm cứng thì sự khác nhau
giữa hệ số bám của bánh xe trái và phải với mặt đường sẽ làm cho đuôi xe bị đảo,
lúc này xe bị trượt ngang. Trong trường hợp xe phanh khi đang quay vòng, hiện
tượng trượt ngang của các bánh xe dễ dẫn đến các hiện tượng quay vịng thiếu hoặc
thừa, từ đó làm mất tính ổn định chuyển động của ô tô.
- Để giải quyết được vấn đề trên, đa phần các ô tô hiện đại ngày nay đều được trang
bị hệ thống chống bó cứng phanh, còn được gọi là hệ thống ABS – Anti-lock
Braking System. Hệ thống này sẽ chống hiện tượng bị hãm cứng của bánh xe bằng
cách điều khiển và thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các cơ cấu phanh được đặt tại
các bánh xe để ngăn không cho chúng bị hãm cứng khi phanh trên đường trơn hoặc

khi phanh đột ngột, đảm bảo hiệu quả phanh và tính ổn định chuyển động của ô tô
khi phanh.

13


1.2 Cơ sở lý thuyết về hệ thống ABS
1.2.1 Đặc tính của ma sát
- Ma sát là sự cản trở chuyển động của hai vật khi chúng tiếp xúc nhau. Nó thay đổi
phụ thuộc vào lực tác dụng lên bề mặt trượt, độ phẳng và vật liệu của các bề mặt
tiếp xúc.
- Khi kéo vật từ trạng thái đứng yên sang trạng thái chuyển động thì chúng ta cần
nhiều sức hơn so với khi kéo vật đó tiếp tục chuyển động. Điều này có nghĩa là khi
kéo vật từ trạng thái đứng yên thì ma sát tĩnh lớn hơn ma sát động của vật đang ở
trạng thái chuyển động.
- Hệ thống phanh trên ô tô được thiết kế và chế tạo dựa trên hai loại lực ma sát này,
đó là ma sát giữa má phanh và đĩa phanh (hoặc trống phanh) và ma sát giữa bánh xe
và mặt đường.

Hình 1-2-1 Ma sát tĩnh và Ma sát động

14


- Nếu ma sát của hệ thống phanh nhỏ hơn ma sát giữa bánh xe và mặt đường thì xe
khơng thể giảm tốc nhanh chóng được.
- Nếu ma sát của hệ thống phanh lớn hơn ma sát giữa bánh xe và mặt đường thì
bánh xe sẽ bị hãm cứng và trượt lết trên mặt đường, do ma sát động nhỏ hơn ma sát
tĩnh nên khi bánh xe càng bị trượt nhiều sẽ khiến hiệu quả phanh giảm, gây mất ổn
định hướng lái của xe và khó điều khiển xe hơn…

- Với những xe được trang bị hệ thống ABS sẽ điều chỉnh áp lực dầu tác dụng lên
các xylanh bánh xe, làm cho các bánh xe giảm cùng tốc độ và khơng bị hãm cứng,
giúp duy trì ổn định hướng lái của xe tốt hơn so với khi phanh
1.3 Hệ số trượt và hệ số bám (xét khi phanh)
- Trong tính tốn động lực học của q trình phanh ơ tô, chúng ta thường sử dụng
giá trị hệ số bám đã được dữ liệu hóa trước. Hệ số bám này được xác định bằng
thực nghiệm khi bánh xe đang chuyển động mà bị hãm cứng hoàn toàn, nghĩa là
bánh xe bị trượt lết hoàn toàn.
- Thực tế, hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường không chỉ phụ thuộc vào tình
trạng mặt đường mà cịn phụ thuộc khá nhiều vào độ trượt tương đối giữa bánh xe
và mặt đường khi phanh.

Hình 1-3-1 Sơ đồ các lực tác dụng lên bánh xe khi phanh
15


Độ trượt tương đối (khi phanh) được xác định theo cơng thức:
λ=

v−ωbb r b
(v > ωbb r b )
v

Trong đó: v: vận tốc chuyển động của ô tô
ωb : vận tốc góc của bánh xe khi đang quay
rb : bán kính tính toán của bánh xe
Việc xác định độ trượt tương đối của bánh xe là quan trọng vì nó liên quan đến lực
bám dọc và khả năng tăng/giảm tốc của ô tô.
Hệ số bám dọc là tỷ số giữa lực phanh tiếp tuyến giữa bánh xe và mặt đường Fp và
tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe Gb:

φx x =

Fp
Gb

Với cơng thức trên thì hệ số bám dọc φx x bằng 0 khi lực phanh tiếp tuyến Fp bằng 0,
nghĩa là khi chưa phanh. Từ Hình 1.3.1, ta thấy hệ số bám dọc đạt cực đại φx x ,max khi
độ trượt tương đối tối ưu λ = λ p ,0. Thực nghiệm chứng tỏ rằng, giá trị λ p ,0 thường
nằm trong khoảng từ 10 ÷ 30%. Tại giá trị độ trượt tương đối tối ưu λ p ,0 không
những đảm bảo hệ số bám dọc đạt cực đại mà hệ số bám ngang φx y cũng đạt giá trị
khá cao.
Như vậy, nếu giữ cho quá trình phanh luôn xảy ra ở độ trượt tương đối tối ưu λ p ,0
thì chúng ta sẽ đạt được lực phanh cực đại, nghĩa là hiệu quả phanh sẽ cao nhất và
đảm bảo ổn định tốt nhất khi phanh:
F p ,max =φx x ,max Gb

Để độ trượt tương đối luôn nằm trong giới hạn hẹp quanh giá trị λ p ,0thì hệ thống
phanh thường được lắp đặt thêm hệ thống ABS, nhờ vậy sẽ đảm bảo hiệu quả
phanh, tính ổn định, tính dẫn hướng khi phanh nhờ giá trị φx x ,max , φx y đạt giá trị cao.
Từ đồ thị thấy rằng, nếu khi phanh mà các bánh xe bị bó cứng ngay từ đầu thì hiệu
quả phanh, tính ổn định, tính dẫn hướng khi phanh sẽ giảm đột ngột do φx x giảm đi
16


một nửa và φx y giảm đi vài lần.
Do đó, hệ thống ABS dựa trên các nguyên lý điều chỉnh sau:
-

Theo gia tốc góc chậm dần của bánh xe được phanh ( ε) .

-

Theo giá trị độ trượt tương đối cho trước λ .

-

Theo giá trị của tỷ số giữa vận tốc góc của bánh xe và gia tốc góc chậm dần

của nó.
Từ đó mà hệ thống ABS ra đời, đảm bảo hiệu quả phanh cao và điều chỉnh áp suất
trong dẫn động phanh sao cho độ trượt tương đối giữa các bánh xe và mặt đường
thay đổi quanh giá trị λ p ,0 trong giới hạn hẹp.
Những loại mặt đường trơn có hệ số ma sát thấp như đường nhựa ướt sẽ có lực
phanh thấp, quãng đường phanh dài hơn so với đường bê tơng khơ.

Hình 1-3-2 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hệ số bám dọc φx x và hệ số bám ngang φx y
theo độ trượt tương đối λ p

Đường cong cho thấy lực bám dọc của bánh xe tăng nhanh khi độ trượt tương đối
17


tăng từ 10 ÷ 30%. Lực bám dọc đạt cực đại khi độ trượt tương đối khoảng 25%,
sau đó khi tăng độ trượt tương đối thì lực bám dọc có xu hướng giảm.
Ngày nay, một số ô tô sử dụng các khái niệm đường cong này, quen thuộc nhất là
hệ thống ABS – xác định độ trượt tương đối bằng cách xác định khi bánh xe sắp
khóa cứng để bắt đầu giảm áp suất phanh nhằm ngăn chặn các bánh xe không bị
trượt.
1.4 Sự lệch hướng của ô tô khi phanh
- Khi ô tô phanh, tải trọng bị dồn lên cầu trước và tải trọng của cầu sau giảm, khiến

cho xe chuyển động không ổn định.
- Nếu bánh xe bị hãm cứng sẽ làm cho xe không thể chuyển hướng được theo sự
điều khiển của người lái.
- Thực tế vào cuối q trình phanh, trục dọc bị lệch một góc so với hướng chuyển
M q λ p v1 2
(
)
động ban đầu: γ=
2 I z φx y g

Từ công thức trên, γ tỷ lệ nghịch với bình phương hệ số bám ngang φx y.
Ta suy ra hệ số bám ngang: φx y =

√

M q λp v1
2 Izγ g

18