thi công hệ thống điều khiển abs tcs

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (15.86 MB, 192 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

GVHD: GVC.ThS. NGUYỄN VĂN TOÀN SVTH: TRẦN CƠ NGHĨA

TRẦN GIA KHÁNH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ơ TƠ

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2023

S K L 0 1 2 5 0 3

THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ABS - TCS

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2023

THI CÔNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ABS - TCS

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

i

LỜI CẢM ƠN

Với sự giúp đỡ, hỗ trợ từ thầy GVC.ThS. Nguyễn Văn Tồn, nhóm chúng em đã hồn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thi công hệ thống điều khiển ABS - TCS” sau 3 tháng nghiên cứu và thực hiện đề tài.

Đầu tiên nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy GVC.ThS. Nguyễn Văn Toàn, người trực tiếp hướng dẫn và dìu dắt nhóm chúng em hồn thiện đề tài này. Thầy đã dành thời gian tận tình chỉ bảo và đưa ra những hướng dẫn quý báu bằng kinh nghiệm của mình, thầy đã nhắc nhở và động viên nhóm chúng em cả về kiến thức lẫn tinh thần để nhóm chúng em có thể làm việc chính xác từ những phần cơ bản tới những phần phức tạp để đề tài được hoàn thiện một cách tốt nhất. Một lần nữa nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm và khích lệ từ thầy đã giúp chúng em cố gắng hoàn thiện được để tài trọn vẹn nhất.

Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các thầy khoa Cơ Khí Động Lực, các thầy ở xưởng khung gầm đã tạo điều kiện cho nhóm chúng em trực tiếp thực hành tại xưởng khung gầm đồng thời hướng dẫn, nhắc nhở chúng em vượt qua những khó khăn cũng như những sai sót mà nhóm đã gặp phải để nhóm chúng em có thể hồn thiện đồ án.

Bên cạnh đó nhóm chúng em cũng muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè đã hết lòng ủng hộ, giúp đỡ và động viên cho nhóm trong suốt q trình thực hiện đồ án tốt nghiệp.

Nhóm chúng em xin chúc thầy cơ, bạn bè, gia đình ln ln dồi dào sức khỏe, tràn đầy năng lượng, có thật nhiều niềm vui, hạnh phúc trong cuộc sống để có thể tiếp tục đồng hành và dìu dắt nhiều thế hệ sinh viên đạt được thành cơng hơn nữa.

Nhóm chúng em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày tháng năm

Nhóm sinh viên thực hiện Trần Cơ Nghĩa Trần Gia Khánh

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

ii

TÓM TẮT

Với sự phát triển của ngành ô tô của Việt Nam như hiện nay, cùng với sự phát triển của nền kinh tế và sự gia tăng nhanh chóng của phương tiện giao thơng cơng cộng, dẫn đến số vụ tai nạn giao thông trong thành phố ngày càng tăng. Vấn đề quan trọng là làm thế nào để tài xế có thể lái xe an tồn và thuận lợi, từ đó giảm thiểu tối đa các tình huống nguy hiểm có thể xảy ra và giảm bớt mệt mỏi cho tài xế khi lưu thông trong điều kiện giao thông đông đúc và phải vận hành xe bus liên tục trong thành phố như Hồ Chí Minh hiện nay. Bên cạnh đó, chính sách nội địa hố phụ tùng ơ tơ 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 ơ tơ 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 trên phanh thủy khí có thể đáp ứng những u cầu trên. Vì thế, nhóm đã dành thời gian tập trung vào nghiên cứu và thi công mạch điều khiển phanh thuỷ lực kết hợp với khí nén, thơng qua việc mơ hình hố và mơ phỏng các hệ thống ABS – TCS trên mặt đường thực tế bằng phần mềm Carsim và Matlab Simulink.

Hiện nay, ngành công nghiệp ô tô ở Việt Nam chủ yếu tập trung vào hoạt động lắp ráp. Để tăng cường sự độc lập và cạnh tranh, việc thực hiện nghiên cứu và ứng dụng công nghệ trong lĩnh vực này là rất quan trọng. Nghiên cứu về lý thuyết và điều khiển hệ thống phanh ô tô hiện đại, nhằm mục đích ứng dụng vào q trình thiết kế và sản xuất bộ ECU điều khiển hệ thống phanh, là một thách thức phức tạp nhưng là công việc cần thực hiện. Điều này sẽ giúp chúng ta không chỉ hiểu rõ về cách các thành phần hoạt động mà cịn tối ưu hóa hiệu suất và tính an toàn của hệ thống phanh. Ngoài ra, việc phát triển và sản xuất các sản phẩm công nghệ như bộ ECU cũng giúp giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu, đồng thời tăng giá trị gia tăng trong quá trình sản xuất ơ tơ. Điều này có thể thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô trong nước, đồng thời đóng góp vào q trình đổi mới và phát triển của công nghiệp Việt Nam.

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

iii Qua q trình nghiên cứu, thi cơng và triển khai mơ phỏng, nhóm mong muốn cải thiện hiệu suất phanh, tăng cường độ an toàn và giảm thiểu các tình huống nguy hiểm cho xe bus trong điều kiện giao thơng đơ thị phức tạp hiện nay. Nhóm hy vọng sẽ tạo ra các kết quả, giải pháp và đề xuất cải tiến để có thể áp dụng vào hệ thống ABS – TCS thuỷ khí trên xe cơ giới lớn nói chung và có thể đóng góp một phần nhỏ vào công tác giảng dạy thực tập xưởng trong thời gian sắp tới.

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

1.5. Phương pháp nghiên cứu ... 3

1.6. Nội dung và bố cục của khóa luận ... 4

2.1.2. Mục tiêu của cơ cấu ABS ... 6

2.1.3. Hiệu quả của cơ cấu ABS ... 10

2.1.3.1. Lợi ích về tính hiệu quả phanh ... 10

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG ABS - TCS ... 29

3.1. Cơ sở lý thuyết chung về hệ thống ABS ... 29

3.1.1. Vấn đề chống bó cứng khi phanh ... 29

3.1.1.1. Độ trượt tương đối khi phanh ... 29

3.1.1.2. Hệ số bám mặt đường ... 31

3.1.2. Phạm vi điều khiển của hệ thống ABS ... 34

3.2. Cơ sở lý thuyết chung về hệ thống TCS ... 37

CHƯƠNG 4... 39

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

vi

THI CƠNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG ABS – TCS TRÊN PHANH THỦY KHÍ ... 39

4.1. Nội dung thi công ... 39

4.2. Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của mơ hình ... 39

4.2.1. Giới thiệu chung ... 39

4.2.2. Cấu tạo chung của mô hình ... 40

4.2.3. Thuật tốn điều khiển ... 43

4.3. Thi cơng phần cơ khí ... 45

4.3.1. Kiểm tra các thiết bị ... 45

4.3.2. Lắp đặt thi cơng và hồn chỉnh mơ hình ... 50

4.4. Thi công phần điều khiển ... 53

4.4.1. Dữ liệu thiết lập hệ thống điều khiển ... 53

4.4.1.1. Tình huống 1: Xe có hệ thống ABS chạy trên đường bê tơng khơ có hệ số bám 𝛗 = 𝟎. 𝟕𝟓 phanh đột ngột tại vận tốc 100 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp phanh 400 N ... 53

4.4.1.2. Tình huống 2: Xe có hệ thống ABS chạy trên đường bê tơng khơ có hệ số bám 𝛗 = 𝟎. 𝟕𝟓 phanh đột ngột tại vận tốc 100 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp phanh 266 N ... 55

4.4.1.3. Tình huống 3: Xe có hệ thống ABS chạy trên đường bê tơng khơ có hệ số bám 𝛗 = 𝟎. 𝟕𝟓 phanh đột ngột tại vận tốc 100 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp phanh 133 N ... 58

4.4.1.4. Tình huống 4: Xe có hệ thống ABS chạy trên đường bê tơng khơ có hệ số bám 𝛗 = 𝟎. 𝟕𝟓 phanh đột ngột tại vận tốc 60 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp phanh 400 N ... 60

4.4.1.5. Tình huống 5: Xe có hệ thống ABS chạy trên đường bê tơng khơ có hệ số bám 𝛗 = 𝟎. 𝟕𝟓 phanh tại vận tốc 60 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp phanh 266 N ... 62

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

vii

4.4.1.6. Tình huống 6: Xe có hệ thống ABS chạy trên đường bê tơng khơ có hệ số bám 𝛗 = 𝟎. 𝟕𝟓 phanh tại vận tốc 60 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp

phanh 133 N ... 64 4.4.1.7. Tình huống 7: Xe có hệ thống ABS chạy trên đường bê tơng khơ có hệ số bám 𝛗 = 𝟎. 𝟕𝟓 phanh tại vận tốc 30 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp

phanh 400 N ... 66 4.4.1.8. Tình huống 8: Xe có hệ thống ABS chạy trên đường bê tơng khơ có hệ số bám 𝛗 = 𝟎. 𝟕𝟓 phanh tại vận tốc 30 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp

phanh 266 N ... 68 4.4.1.9. Tình huống 9: Xe có hệ thống ABS chạy trên đường bê tơng khơ có hệ số bám 𝛗 = 𝟎. 𝟕𝟓 phanh tại vận tốc 30 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp

phanh 133 N ... 70 4.4.1.10. Tình huống 10: Xe khơng có hệ thống ABS chạy trên đường bê tơng khơ có hệ số bám 𝛗 = 𝟎. 𝟕𝟓 phanh tại vận tốc 100 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp phanh 400 N ... 72

4.4.1.11. Tình huống 11: Xe có hệ thống TCS với vận tốc ban đầu 0 (km/h) tăng tốc trên đoạn đường bị sa lầy một bên bánh trái có hệ số bám 𝛗𝐱𝐥𝐞𝐟𝐭 =

5.1. Những điều lưu ý trước khi sử dụng mơ hình ... 85

5.2. Mơ hình hoạt động ở chế độ phanh thường... 85

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

ix

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

ABS: Anti-lock Braking System (Hệ thống chống bó cứng phanh)

TCS: Traction Control System (Hệ thống kiểm soát lực kéo)

ASR: Anti-Slip Regulation (Hệ thống kiểm soát lực kéo)

EPS: Electric Power Steering (Hệ thống lái điện)

ECU: Electronic Control Unit (Đơn vị điều khiển điện tử)

EBD: Electronic Brake force Distribution (Hệ thống phân phối lực phanh điện tử)

BAS: Brake Assist System (Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp)

AC: Alternating Current (Dòng điện xoay chiều)

DC: Direct Current (Dòng điện một chiều)

FR: Front Right (Bên phải phía trước)

RR: Rear Right (Bên phải phía sau)

FL: Front Left (Bên trái phía trước)

RL: Rear Left (Bên trái phía sau)

VCC: Voltage at the Common Collector (Điện áp tại đầu thu chung)

GND: Ground (Đất - Mass)

SDA: Serial Data Line (Đường dữ liệu nối tiếp)

SCL: Serial Clock Line (Đường xung đồng hồ nối tiếp)

VDC: Vehicle Dynamics Control (Điều khiển động học xe)

IDE: Intergrated Development Environment.

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

x

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 : Sự thay đổi mơ men phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của bánh xe

khi phanh có ABS ... 7

Hình 2.2: Sự thay đổi tốc độ góc 𝜔𝑏 của bánh xe, độ trượt λ theo thời gian t ... 9

Hình 2.3: Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh ... 12

Hình 2.4: Sự lệch hướng của ơ tơ khi phanh ... 13

Hình 2.5: Xi lanh ở trạng thái chưa phanh ... 17

Hình 2.6: Xi lanh ở trạng thái khi phanh ... 18

Hình 2.7: Van chấp hành ABS ... 18

Hình 2.8: Van chuyển mạch ... 19

Hình 2.9: Bình chứa khí ... 20

Hình 2.10: Van chấp hành TCS ... 21

Hình 2.11: Cấu tạo tổng phanh... 22

Hình 2.12: Nguyên lý hoạt động của máy nén khí khi khơng tải ... 23

Hình 2.13: Ngun lý hoạt động của máy nén khí khi có tải ... 24

Hình 2.14: Cấu tạo van điều chỉnh áp suất và thiết bị giới hạn tải ... 24

Hình 2.15: Cảm biến tốc độ bánh xe ... 25

Hình 2.16: Trạng thái van chấp hành tăng áp ... 26

Hình 2.17: Trạng thái van chấp hành giảm áp ... 27

Hình 2.18: Trạng thái van chấp hành giữ áp ... 27

Hình 3.1: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám ... 33

Hình 3.2: Phạm vi điều chỉnh của cơ cấu ABS ... 35

Hình 3.3: Phạm vi điều khiển của ABS theo góc trượt bánh xe... 36

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

xi

Hình 3.4: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động ... 37 Hình 4.1: Mơ hình thi cơng hồn chỉnh ... 40 Hình 4.2: Bàn đạp ga và cảm biến vị trí bàn đạp ga ... 41 Hình 4.3: Bàn đạp phanh ... 42 Hình 4.4: Bướm ga điện tử ... 43 Hình 4.5: Thuật tốn điều khiển ... 44 Hình 4.6: Mơ hình chưa thi cơng ... 45 Hình 4.7: Các chân của van chấp hành ABS ... 47 Hình 4.8: Kiểm tra các ống khí và các van khí ... 47 Hình 4.9: Kiểm tra các ống dầu ... 48 Hình 4.10: Kiểm tra đồng hồ đo áp suất ... 49 Hình 4.11: Lắp đặt và đấu dây màn hình LCD I2C ... 50 Hình 4.12: Dùng máy khoan điện để khoan lỗ gắn đồng hồ áp suất ... 51 Hình 4.13: Đồng hồ đo áp suất khí ở chế độ ABS ... 52 Hình 4.14: Hộp điều khiển mơ hình khi hồn chỉnh ... 52 Hình 4.15: Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 1 ... 54 Hình 4.16: Đồ thị biểu diễn áp suất phanh tại các xi lanh bánh xe trong tình huống 1… ... 54

Hình 4.17 : Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 2 ... 56 Hình 4.18: Đồ thị biểu diễn áp suất phanh tại các xi lanh bánh xe trong tình huống 2… ... 56

Hình 4.19 : Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 3 ... 58

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

Hình 4.23: Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 5 ... 63 Hình 4.24: Đồ thị biểu diễn áp suất phanh tại các xi lanh bánh xe trong tình huống 5… ... 63

Hình 4.25: Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 6 ... 65 Hình 4.26: Đồ thị biểu diễn áp suất phanh tại các xi lanh bánh xe trong tình huống 6… ... 65

Hình 4.27: Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 7 ... 67 Hình 4.28: Đồ thị biểu diễn áp suất phanh tại các xi lanh bánh xe trong tình huống 7… ... 67

Hình 4.29: Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 8 ... 69 Hình 4.30: Đồ thị biểu diễn áp suất phanh tại các xi lanh bánh xe trong tình huống 8… ... 69

Hình 4.31: Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 9 ... 71 Hình 4.32: Đồ thị biểu diễn áp suất phanh tại các xi lanh bánh xe trong tình huống 9… ... 71

Hình 4.33: Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 10 ... 73 Hình 4.34: Đồ thị biểu diễn áp suất phanh tại các xi lanh bánh xe trong tình huống 10 ... 73

Hình 4.35: Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 11 ... 75

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

Hình 4.39: Sơ đồ mạch điện điều khiển mơ hình đã có sẵn ... 80 Hình 4.40: Mạch chạy thử nghiệm trên mơ hình ... 83 Hình 4.41: Nạp code vào hệ thống điều khiển mơ hình ... 83 Hình 5.1: Cấp khí nén cho bình chứa khí ... 85 Hình 5.2: Gạt công tắc NG sang chế độ ON ... 86 Hình 5.3: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị “WELCOME” ... 86 Hình 5.4: Các relay được cung cấp điện ... 87 Hình 5.5: Nút nhấn Enter ... 87 Hình 5.6: Màn LCD 1 và LCD 2 hiển thị các chế độ ... 88 Hình 5.7: Các nút nhấn trên bảng điều khiển ... 89 Hình 5.8: Nhấn nút enter trên bảng điều khiển ... 89 Hình 5.9: Đạp bàn đạp phanh... 90 Hình 5.10: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị khi đạp phanh ... 90 Hình 5.11: Áp suất tại các đồng hồ FL, FR, RR, RL tăng đến một giá trị ... 91 Hình 5.12: Cấp khí nén cho bình chứa khí ... 92 Hình 5.13: Gạt cơng tắc NG sang chế độ ON ... 92 Hình 5.14: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị “WELCOME” ... 93 Hình 5.15: Các relay được cung cấp điện ... 93

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

xiv

Hình 5.16: Nút nhấn Enter ... 94 Hình 5.17: Màn LCD 1 và LCD 2 hiển thị các chế độ ... 95 Hình 5.18: Đèn nút nhấn ABS sáng ... 95 Hình 5.19: Các nút nhấn trên bảng điều khiển ... 96 Hình 5.20: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị sau khi thiết lập ... 97 Hình 5.21: Nhấn nút enter trên bảng điều khiển ... 97 Hình 5.22: Đạp bàn đạp phanh... 98 Hình 5.23: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị khi đạp phanh ... 98 Hình 5.24: Áp suất tại các đồng hồ FL, FR, RL, RR khi mơ hình hoạt động ... 99 Hình 5.25: Cấp khí nén cho bình chứa khí ... 100 Hình 5.26: Gạt cơng tắc NG sang chế độ ON ... 100 Hình 5.27: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị “WELCOME” ... 101 Hình 5.28: Các relay được cung cấp điện ... 101 Hình 5.29: Nút nhấn Enter ... 102 Hình 5.30: Màn LCD 1 và LCD 2 hiển thị các chế độ ... 103 Hình 5.31: Đèn nút nhấn TCS sáng ... 103 Hình 5.32: Các núm biến trở trên bảng điều khiển ... 104 Hình 5.33: Màn LCD1 và LCD 2 sau khi thiết lập ... 104 Hình 5.34: Đạp bàn đạp ga... 105 Hình 5.35: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị khi đạp bàn đạp ga ... 105 Hình 5.36: Bướm ga mở hồn tồn ... 106 Hình 5.37: Bướm ga đóng lại một phần khi TCS hoạt động ... 106 Hình 5.38: Áp suất tại các đồng hồ RL, RR khi mơ hình hoạt động ... 107

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

xv

Hình 5.39: Cấp khí nén cho bình chứa khí ... 108 Hình 5.40: Gạt công tắc NG sang chế độ ON ... 108 Hình 5.41: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị “WELCOME” ... 109 Hình 5.42: Các relay được cung cấp điện ... 109 Hình 5.43: Màn LCD 1 và LCD 2 hiển thị các chế độ ... 110 Hình 5.44: Đèn nút nhấn TCS sáng ... 111 Hình 5.45: Các núm biến trở trên bảng điều khiển ... 111 Hình 5.46: Màn LCD 1 và LCD 2 sau khi thiết lập ... 112 Hình 5.47: Đạp bàn đạp ga... 112 Hình 5.48: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị khi đạp bàn đạp ga ... 113 Hình 5.49: Bướm ga mở hồn tồn ... 114 Hình 5.50: Bướm ga đóng lại một phần khi TCS hoạt động ... 114 Hình 5.51: Áp suất tại các đồng hồ RL khi mơ hình hoạt động ... 115

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

xvi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 1 ... 55 Bảng 4.2: Dữ liệu áp suất phanh tại xi lanh từng bánh xe trong tình huống 1 ... 55 Bảng 4.3: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 2 ... 57 Bảng 4.4: Dữ liệu áp suất xi lanh từng bánh xe trong tình huống 2 ... 57 Bảng 4.5: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 3 ... 59 Bảng 4.6: Dữ liệu áp suất từng bánh xe trong tình huống 3 ... 60 Bảng 4.7: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 4 ... 62 Bảng 4.8: Dữ liệu áp suất từng bánh xe trong tình huống 4 ... 62 Bảng 4.9: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 5 ... 64 Bảng 4.10: Dữ liệu áp suất từng bánh xe trong tình huống 5 ... 64 Bảng 4.11: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 6... 66 Bảng 4.12: Dữ liệu áp suất từng bánh xe trong tình huống 6 ... 66 Bảng 4.13: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 7... 68 Bảng 4.14: Dữ liệu áp suất từng bánh xe trong tình huống 7 ... 68 Bảng 4.15: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 8... 70 Bảng 4.16: Dữ liệu áp suất từng bánh xe trong tình huống 8 ... 70 Bảng 4.17: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 9... 72 Bảng 4.18: Dữ liệu áp suất từng bánh xe trong tình huống 9 ... 72 Bảng 4.19: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 10... 74 Bảng 4.20: Dữ liệu áp suất từng bánh xe trong tình huống 10 ... 74 Bảng 4.21: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 11... 76 Bảng 4.22: Dữ liệu áp suất từng bánh xe trong tình huống 11 ... 76

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

xvii

Bảng 4.23: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 12... 78 Bảng 4.24: Dữ liệu áp suất từng bánh xe trong tình huống 12 ... 78

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Một hệ thống phanh đáng tin cậy là chìa khóa để tận dụng hết khả năng của xe, đặt ra những tiêu chuẩn cao về hiệu suất và an toàn. Trong số vụ tai nạn, khoảng 10% xảy ra trong tình huống cần dừng khẩn cấp, khi tài xế phải đạp phanh mạnh đột ngột. Trong tình huống này, việc xe trượt lật và mất lái có thể xảy ra.

Các cơng nghệ như ABS (Anti-lock Braking System) và TCS (Traction Control System) đóng vai trị quan trọng trong việc giảm nguy cơ mất kiểm soát khi phanh. ABS giúp ngăn chặn bánh xe khóa lại trong khi phanh, giúp duy trì sự kiểm sốt của xe. TCS giúp kiểm soát lực kéo trên bánh xe, giảm nguy cơ trượt lật.

Nói chung, hệ thống phanh khơng chỉ là một thành phần kỹ thuật, mà còn là một yếu tố quyết định đối với an toàn và hiệu suất của xe ô tô trong môi trường giao thông ngày càng phức tạp. 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 “Thi công hệ thống điều khiển ABS – TCS” tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật.

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

Kết hợp kiến thức đã học, cùng với các tài liệu tìm kiếm sẵn có để vận dụng, phân tích nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS – TCS, làm rõ từng chế độ làm việc theo từng giai đoạn.

Phân tích vai trị của từng bộ phận, sơ đồ mạch điện cơ bản để điều khiển hệ thống, và cách hệ thống này kết hợp với các hệ thống an tồn khác.

Tìm hiểu, phát triển mạch điều khiển hệ thống ABS – TCS và thi cơng mơ hình.

Vận hành mơ hình và hiểu rõ sự hoạt động của mơ hình.

Thiết lập thông số ban đầu để mô phỏng hệ thống ABS – TCS bằng phần mềm CarSim/Matlab-Simulink.

Đánh giá kết quả đạt được.

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

3

1.4. Giới hạn đề tài

Đề tài “Thi công hệ thống điều khiển ABS – TCS” tương đối rộng mở và có nhiều hướng phát triển khác nhau. Do đó, để nâng cao chất lượng khóa luận, phù hợp với khả năng và tiến độ công việc, đề tài được giới hạn trong phạm vi như sau:

- Về nghiên cứu: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí.

- Về thi cơng: + Hồn chỉnh mơ hình ABS – TCS trên phanh thuỷ khí.

+ Viết code điều khiển mơ hình ABS – TCS trên phanh thuỷ khí.

- Về mô phỏng: Đánh giá hệ thống ABS – TCS trên mặt đường thực tế bằng phần mềm CarSim/Matlab-Simulink.

1.5. Phương pháp nghiên cứu

Với mục tiêu “Thi công hệ thống điều khiển ABS – TCS” để phục vụ công tác nghiên cứu đề tài, phương pháp nghiên cứu chính sẽ kết hợp giữa phương pháp tham khảo tài liệu và thực nghiệm, được lựa chọn phù hợp với nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài.

Dựa trên các nguồn tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, tiến hành việc chọn lọc, phân tích và cơ cấu hóa, mục đích là giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong quá trình phanh. Từ đó, thực hiện các phân tích đánh giá về tính hiệu quả và phạm vi ứng dụng của cơ cấu ABS và hệ thống TCS.

Phương pháp nghiên cứu sẽ được sử dụng để xây dựng mơ hình hoạt động của cơ cấu ABS và hệ thống TCS, đồng thời giải thích cơ chế các quá trình điều khiển của hệ thống ABS và TCS. Mục tiêu là hiểu rõ và minh họa cách mà các hệ thống này hoạt động, từ đó cung cấp thơng tin cơ bản và chi tiết hỗ trợ cho quá trình thi cơng nghiên cứu và thực hiện đề tài.

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

4

1.6. Nội dung và bố cục của khóa luận

1.6.1. Nội dung

Đặt vấn đề nghiên cứu.

Giới hạn đề tài nghiên cứu.

Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí.

Nghiên cứu và thi cơng phần hồn chỉnh mơ hình hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí.

Viết chương trình điều khiển hệ thống trên mơ hình. Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng mơ hình đã thi cơng. Kết luận và đề nghị.

Tài liệu tham khảo.

1.6.2. Bố cục

Chương 1: Tổng quan về đề tài.

Chương 2: Tổng quan về hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí. Chương 3: Cơ sở lý thuyết về hệ thống ABS – TCS.

Chương 4: Thi cơng mơ hình hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí.

Chương 5: Hướng dẫn sử dụng mơ hình hệ thống điều khiển ABS – TCS trên phanh thủy khí.

Chương 6: Kết luận và kiến nghị.

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

Cơ cấu ABS xuất hiện đầu tiên trên máy bay thương mại vào năm 1949, nhằm ngăn chặn hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi máy bay hạ cánh. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, cơ cấu ABS còn khá cồng kềnh, khơng đảm bảo tính tin cậy và không phản ứng đủ nhanh trong mọi tình huống. Trong quá trình phát triển, ABS đã trải qua sự cải tiến từ cơ khí sang điện tử.

Thập kỷ 60, với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, vi mạch điện tử được sử dụng, giúp cơ cấu ABS lần đầu tiên được áp dụng trên ô tô vào năm 1969. Sau đó, nhiều cơng ty sản xuất ơ tơ đã nghiên cứu và áp dụng cơ cấu ABS vào những năm 1970. Toyota là một trong những công ty đầu tiên sử dụng ABS trên ơ tơ của mình vào năm 1971, với cơ cấu ABS một kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau. Tuy nhiên, chỉ đến thập kỷ 80, ABS mới thực sự phát triển mạnh mẽ với sự xuất hiện của cơ cấu điều khiển kỹ thuật số.

Ban đầu, ABS chỉ xuất hiện trên các xe du lịch cao cấp và có giá đắt, được trang bị theo yêu cầu và theo thị trường. Dần dần, cơ cấu này trở nên phổ biến hơn, đến nay, ABS đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho hầu hết các loại xe, đặc biệt là ở các khu vực có đường băng, tuyết dễ trơn trượt. ABS không chỉ được thiết kế cho cơ cấu phanh thủy lực mà còn được sử dụng rộng rãi trên cơ cấu phanh khí nén của xe tải và xe khách lớn.

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

6 Để cải thiện tính ổn định và an tồn của xe trong mọi điều kiện, cơ cấu ABS thường được kết hợp với nhiều công nghệ khác. ABS kết hợp với Traction Control (ASR) giúp giảm công suất động cơ và phanh bánh xe để tránh bánh xe bị trượt lăn tại chỗ khi khởi hành hoặc tăng tốc đột ngột. ABS còn kết hợp với Electronic Brake force Distribution (EBD) để phân phối áp suất dầu phanh đến các bánh xe phù hợp với tải trọng và chế độ chạy. Ngồi ra, cơ cấu ABS cịn kết hợp với Brake Assist System (BAS) để tăng lực phanh trong trường hợp khẩn cấp, cũng như với Electronic Stability Program (ESP) để can thiệp vào chuyển động của xe trong nhiều tình huống.

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc và sự hỗ trợ của kỹ thuật điện tử trong lĩnh vực điều khiển tự động và các phần mềm tính tốn, cơ cấu ABS có thể áp dụng nhiều phương pháp điều khiển mới như điều khiển mở, điều khiển thông minh và tối ưu hóa q trình điều khiển. Các cơng ty hàng đầu như BOSCH, AISIN, DENCO, BENDI đã đóng góp quan trọng trong việc nghiên cứu, cải tiến và sản xuất cơ cấu ABS, là những đối tác không thể thiếu trong ngành cơng nghiệp ơ tơ tồn cầu.

2.1.2. Mục tiêu của cơ cấu ABS

Mục tiêu của cơ cấu phanh ABS là duy trì độ trượt của bánh xe trong khoảng giới hạn hẹp quanh giá trị 𝜆0 khi ô tô đang phanh, nhằm tận dụng tối đa khả năng bám của bánh xe. Điều này giúp đạt được hiệu suất phanh cao nhất, với lực phanh đạt cực đại (do giá trị 𝜑𝑥𝑀𝑎𝑥), đồng thời đảm bảo tính ổn định và khả năng dẫn hướng tốt nhất cho bánh xe (𝜑𝑦 đạt giá trị cao nhất). Mục tiêu này nhằm đáp ứng các yêu cầu của cơ cấu phanh, bao gồm việc rút ngắn quãng đường phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe trong quá trình phanh.

Cơ cấu chống hãm cứng được thiết kế trên cơ sở cơ cấu phanh thường và trang bị các cụm bộ phận chính như sau:

- Cụm tín hiệu vào: Cụm này có nhiệm vụ nhận biết tình trạng của các bánh xe khi phanh. Phụ thuộc vào nguyên lý điều chỉnh được lựa chọn, có thể sử dụng các cảm biến đo

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

7 vận tốc góc của bánh xe, cảm biến áp suất trong dẫn động phanh, cảm biến giảm tốc của ô tô và các cảm biến khác.

- Bộ điều khiển (ECU): Bộ điều khiển nhận và xử lý thơng tin từ cụm tín hiệu vào để điều khiển bộ chấp hành thủy lực, cung cấp áp suất dầu được tính tốn tối ưu cho mỗi xylanh phanh bánh xe.

- Cụm van điều khiển trong bộ chấp hành hoạt động theo lệnh từ bộ điều khiển để tăng, giảm hoặc giữ nguyên áp suất dầu khi cần thiết, nhằm đảm bảo hệ số trượt dao động trong khoảng tốt nhất (10-30%) và tránh hãm cứng bánh xe.

Các cơ cấu chống hãm cứng bánh xe hiện nay thường áp dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh dựa trên gia tốc chậm dần của bánh xe khi được phanh.

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

8 Khi tác động lực lên bàn đạp phanh thì áp suất dẫn động tăng, dẫn đến tăng mô men phanh (Mp). Điều này làm tăng giá trị gia tốc chậm dần của bánh xe và độ trượt của nó. Khi vượt qua điểm cực đại trên đường cong 𝜑𝑥= 𝑓(𝜆), gia tốc chậm dần của bánh xe bắt đầu tăng đột ngột, chỉ ra xu hướng bánh xe bị hãm cứng. Giai đoạn này của quá trình phanh có ABS sẽ ứng với các đường cong (0-1) trên (hình 2.1a, b, c) được gọi là pha I, đại diện cho pha bắt đầu phanh hoặc tăng áp suất trong dẫn động phanh.

Trong giai đoạn này, bộ điều khiển ABS ghi lại gia tốc tại thời điểm 1 khi đạt giá trị tới hạn ( đoạn C1 trên hình c ) và ra lệnh giảm áp suất trong dẫn động phanh. Quá trình giảm áp suất bắt đầu chậm trễ do đặc tính của cơ cấu phanh. Giai đoạn từ điểm 1 đến điểm 2 được gọi là pha II, đại diện cho việc giảm áp suất trong dẫn động phanh. Gia tốc của bánh xe giảm dần và đạt giá trị 0 tại điểm 2 (đoạn C2 trên hình c).

Sau khi đạt giá trị này, bộ điều khiển ra lệnh giữ áp suất ổn định trong dẫn động. Bánh xe tăng tốc trong chuyển động tương đối và độ trượt giảm, làm tăng hệ số bám dọc 𝜑𝑥 (đoạn 2-3). Giai đoạn này được gọi là pha III, đại diện cho việc giữ áp suất ổn định.

Vì mơ men phanh được giữ cố định, gia tốc chậm dần cực đại của bánh xe trong chuyển động tương đối sẽ xảy ra khi hệ số bám dọc 𝜑𝑥đạt giá trị cực đại. Gia tốc cực đại này tương ứng với điểm C3 trên hình c. Bộ điều khiển ghi lại giá trị này và ra lệnh tăng áp suất trong dẫn động phanh.

Sau điểm 3, chu kỳ làm việc tiếp theo của cơ cấu ABS lại bắt đầu với pha I. Từ lập luận trên, có thể nhận thấy rằng cơ cấu phanh ABS điều khiển mơ men phanh theo chu kỳ đó, đặc trưng bởi các giai đoạn 1-2-3-1 trên đồ thị (hình a). Trong giai đoạn này, bánh xe làm việc ở vùng có hệ số bám dọc cực đại 𝜑𝑥𝑀𝑎𝑥 và hệ số bám ngang 𝜑𝑦 cũng có giá trị cao.

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

9

Hình 2.2: Sự thay đổi tốc độ góc 𝜔𝑏 của bánh xe, độ trượt λ theo thời gian t

Từ đồ thị trên có thể thấy rằng trong quá trình phanh với sự tham gia của cơ cấu chống hãm cứng bánh xe (ABS), vận tốc góc 𝜔𝑏 của bánh xe biến thiên theo chu kỳ. Đồng thời, độ trượt λ cũng dao động trong một khoảng hẹp quanh giá trị tối ưu 𝜆0.

- Độ trượt λ dao động trong một khoảng hẹp quanh giá trị tối ưu 𝜆0.

- Việc giữ cho λ dao động nhỏ giúp duy trì ổn định và hiệu suất tốt nhất của hệ thống phanh trong điều kiện đường trơn.

Sự biến động của cả 𝜔𝑏 và λ là một phần của quá trình điều khiển tự động của cơ cấu ABS, nhằm đảm bảo hiệu suất an toàn và kiểm soát tốt khi phanh trên bề mặt đường có độ

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

10 ma sát biến đổi. Q trình này địi hỏi mơ hình hóa và kiểm sốt chính xác để đạt được hiệu suất tối ưu từ hệ thống ABS mà không làm mất kiểm soát xe.

2.1.3. Hiệu quả của cơ cấu ABS

Dựa trên các tiêu chí đánh giá chất lượng trong quá trình phanh, ta có thể thấy rõ những lợi ích và hiệu suất của cơ cấu phanh ABS so với cơ cấu phanh thơng thường.

2.1.3.1. Lợi ích về tính hiệu quả phanh

Trong việc đánh giá hiệu quả phanh, tiêu chí về quãng đường phanh góp một phần rất quan trọng và có ý nghĩa, vì nó cung cấp thơng tin trực quan giúp người lái xe đưa ra quyết định phản ứng một cách hợp lý nhất. Trong lý thuyết về cơ cấu phanh ô tô, đã được xây dựng biểu thức xác định quãng đường phanh nhỏ nhất như sau:

SMin = ∫ 𝛿𝜑.𝑔𝑉1

𝑉2 𝑣𝑑𝑣 = 𝛿

𝜑.𝑔∫ 𝑣𝑑𝑣𝑉𝑉1

2 = 𝛿

2𝜑.𝑔(𝑣12− 𝑣22) Trong đó:

SMin: Quãng đường phanh nhỏ nhất

v1 : Vận tốc của ô tô thời điểm bắt đầu phanh v2 : Vận tốc của ô tô ở cuối q trình phanh

𝛿 : Hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

11 suất phanh cao và giảm giá trị 𝑆𝑀𝑖𝑛, cần giảm giá trị của hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô 𝛿, đồng thời duy trì giá trị của hệ số bám 𝜑 ở mức cao.

Đối với trường hợp phanh của cả hai cơ cấu phanh thường và cơ cấu phanh chống hãm cứng có cùng vận tốc bắt đầu phanh 𝑣1, để đạt được hiệu suất tối ưu, cần cắt ly hợp để giảm ảnh hưởng của các khối lượng quay 𝛿≈1.

Cơ cấu ABS duy trì độ trượt của bánh xe khi phanh trong giới hạn hẹp quanh giá trị 𝜑0để đảm bảo 𝜑𝑥 đạt giá trị 𝜑𝑥𝑀𝑎𝑥, trong khi cơ cấu phanh thường khi phanh gấp có thể dẫn đến giảm nhanh chóng của 𝜑𝑥 theo độ trượt. Do đó, hoạt động của cơ cấu ABS có thể giúp giảm quãng đường phanh so với cơ cấu phanh thường.

2.1.3.2. Lợi ích về tính ổn định phanh

Tính ổn định khi phanh của ơ tơ đề cập đến khả năng duy trì sự kiểm sốt lái và chuyển động an toàn, nhằm tránh lệch hướng (trượt ngang), trượt lết, hoặc lật, đặc biệt là khi ô tô di chuyển trên đường trơn ở tốc độ cao. Tính ổn định là yếu tố cực kỳ quan trọng để đảm bảo sự an tồn và kiểm sốt khi ơ tơ phải thực hiện q trình phanh.

Mất tính ổn định khi phanh có thể gây nguy hiểm lớn, vì người lái khơng thể kiểm sốt được hướng di chuyển của ô tô. Điều này trở nên nguy hiểm đặc biệt khi xe di chuyển trên đường trơn và ở tốc độ cao.

Đánh giá tính ổn định khi phanh thường được thực hiện qua hai khía cạnh chính: tính ổn định hướng và tính ổn định quay vịng khi phanh. Tính ổn định hướng liên quan đến khả năng của ơ tơ duy trì quỹ đạo chuyển động như mong muốn của người lái khi thực hiện quá trình phanh. Tính ổn định quay vịng là khả năng của ô tô duy trì hướng di chuyển dọc theo quỹ đạo cần thiết khi phanh.

Việc đảm bảo tính ổn định khi phanh khơng chỉ tăng cường sự an tồn mà còn cải thiện trải nghiệm lái xe, giúp người lái cảm thấy an tâm và chủ động hơn trong việc kiểm sốt ơ tơ trong các tình huống phanh khẩn cấp.

</div>Trang 40<div class="page_container" data-page="40">

12

Hình 2.3: Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh

Hệ số bám ngang 𝜑𝑦 được xác định theo biểu thức:

𝜑𝑦 =𝑌𝑀𝑎𝑥𝐺𝑏Trong đó:

𝑌𝑀𝑎𝑥: Lực ngang cực đại tác dụng lên bánh xe.

𝐺𝑏: Tải trọng tác dụng lên bánh xe.

Từ đồ thị trên, ta quan sát được rằng hệ số bám ngang 𝜑𝑦 thay đổi theo độ trượt 𝜆 giảm nhanh khi độ trượt 𝜆 tăng, và ở trạng thái trượt lết hồn tồn thì 𝜑𝑦 giảm xuống gần bằng 0. Trong tình trạng này, khả năng bám ngang giảm, và có thể dẫn đến tình trạng bánh xe trượt ngang.

Trong thực tế ở cuối quá trình phanh, trục dọc của ơ tơ có thể lệch đi một góc 𝛽 (hình 2.4) so với hướng chuyển động ban đầu (trục X). Điều này xảy ra do tổng lực phanh ở bánh xe bên phải ( 𝑃𝑝.𝑝ℎ ) khác với tổng lực phanh ở bánh xe bên trái ( 𝑃𝑝.𝑡𝑟 ) và tạo ra mơ men quay vịng 𝑀𝑞 quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm A của ô tô. Khi ô tô bị lệch đi một góc 𝛽 quá giới hạn quy định có thể ảnh hưởng đến an toàn chuyển động trên đường.

</div>