Nghiên cứu hệ thống ABS dẫn động khí nén

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hồ Hữu Hùng

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN
(DỰ KIẾN ĐỔI TÊN THÀNH: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ABS TRONG HỆ
THỐNG PHANH KHÍ NÉN)

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hồ Hữu Hùng

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 62520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. Lƣu Văn Tuấn
2. PGS. TS. Đào Mạnh Hùng

Hà Nội – 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình đƣợc thực
hiện tại Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội dƣới sự
hƣớng dẫn của PGS. TS. Lƣu Văn Tuấn và PGS. TS. Đào Mạnh Hùng. Các số liệu và kết
quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì công
trình nào khác.

Hà Nội, ngày
TẬP THỂ HƯỚNG DẪN

tháng

năm

Người cam đoan

Ngƣời hƣớng dẫn
khoa học 1

Ngƣời hƣớng dẫn
khoa học 2

PGS. TS. Lƣu Văn Tuấn

PGS. TS. Đào Mạnh Hùng

i

Hồ Hữu Hùng


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, Tôi
đã nhận đƣợc sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy giáo và tập thể nghiên cứu
khoa học.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Lưu Văn Tuấn – Trƣờng Đại
học Bách Khoa Hà Nội và PGS. TS. Đào Mạnh Hùng – Trƣờng Đại học Giao thông vận
tải Hà Nội, là những ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng, đào tạo và giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nƣớc mã số
KC.03.05/11-15 và các thành viên trong đề tài đã tạo nhiều điều kiện nghiên cứu, thiết bị
thí nghiệm để thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo ở Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng – Viện
Cơ khí động lực, Bộ môn Tự động hóa – Viện Điện – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh, em đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí, lãnh đạo
trƣờng Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và vật
chất để tôi hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh, em nghiên cứu sinh, cao học và sinh viên các
khóa thuộc bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng – Viện Cơ khí động lực – Trƣờng Đại học
Bách Khoa Hà Nội đã hết lòng hỗ trợ, động viên tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện
luận án.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính yêu và biết ơn tới đại gia đình, bạn bè đã
thực sự động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập tại Trƣờng Đại học Bách
Khoa Hà Nội.
Hà Nội, ngày

tháng

Nghiên cứu sinh

Hồ Hữu Hùng

ii

năm


MỤC LỤC
Mục lục ................................................................................................................................. iii
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ................................................................................... vi
Danh mục các bảng............................................................................................................. viii
Danh mục các hình ảnh, đồ thị ............................................................................................. ix
Mở đầu ................................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................................... 5
1.1. Hệ thống phanh ABS khí nén trên xe ô tô ............................................................... 5
1.2. Lịch sử phát triển hệ thống ABS khí nén ................................................................. 6
1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc ............................................................................ 8
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc........................................................................... 11
1.5. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................ 14
1.5.1. Xe nghiên cứu và bố trí hệ thống ABS ....................................................... 15
1.5.2. Van chấp hành ABS và phƣơng pháp điều khiển........................................ 17
1.6. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu............................................................................ 19
1.7. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................... 20
1.8. Kết luận chƣơng 1 .................................................................................................. 21
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 23

2.1. Quy trình nghiên cứu ............................................................................................. 23
2.2. Phƣơng pháp điều khiển ABS ................................................................................ 25
2.3. Nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khí nén có
ABS ............................................................................................................................... 28
2.4. Xây dựng mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô trong quá trình phanh .......... 31
2.4.1. Chuyển động của ô tô trong quá trình phanh trên đƣờng bằng phẳng ........ 31
2.4.2. Động lực học bánh xe trong quá trình phanh .............................................. 34
2.4.3. Sự phân bố lại trọng lƣợng khi phanh ......................................................... 36
2.4.4. Mô hình mô phỏng chuyển động của xe ..................................................... 36
2.4.5. Mô hình mô phỏng bánh xe......................................................................... 37
iii


2.5. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén .......................................... 37
2.5.1. Cơ sở tính toán áp suất và lƣu lƣợng khí nén trong hệ thống phanh ........... 38
2.5.2. Mô hình mô phỏng van phân phối .............................................................. 40
2.5.3. Mô hình mô phỏng van xả nhanh ở dòng phanh cầu trƣớc ......................... 42
2.5.4. Mô hình mô phỏng van gia tốc trên dòng phanh cầu sau ............................ 43
2.5.5. Mô hình mô phỏng bầu phanh và cơ cấu phanh.......................................... 43
2.6. Kết luận chƣơng 2 .................................................................................................. 45
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN 47
3.1. Khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống ABS ........................................ 47
3.2. Thuật toán điều khiển hệ thống ABS ..................................................................... 49
3.3. Cảm biến và phƣơng pháp đo vận tốc góc bánh xe ............................................... 52
3.3.1. Cảm biến đo vận tốc góc bánh xe ............................................................... 52
3.3.2. Vành răng cảm biến..................................................................................... 53
3.3.3. Phƣơng pháp xác định vận tốc góc và gia tốc góc bánh xe ......................... 55
3.4. Mô hình mô phỏng hoạt động của hệ thống ABS .................................................. 56
3.4.1. Mô hình mô phỏng van chấp hành ABS ..................................................... 56
3.4.2. Mô hình mô phỏng cảm biến đo vận tốc góc bánh xe................................. 58

3.4.3. Mô hình mô phỏng bộ điều khiển ............................................................... 59
3.5. Mô hình mô phỏng chuyển động của ô tô khi phanh bởi hệ thống phanh khí nén có
ABS ............................................................................................................................... 60
3.6. Nghiên cứu, xác định ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS ................................... 61
3.6.1. Mô phỏng điều khiển theo độ trƣợt bánh xe .............................................. 62
3.6.2. Mô phỏng điều khiển theo gia tốc góc bánh xe........................................... 64
3.6.3. Kết quả mô phỏng ....................................................................................... 65
3.7. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................................. 69
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................................................................. 70
4.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm ........................................................................ 70
4.2. Nghiên cứu chính xác hóa ngƣỡng điều khiển....................................................... 70
iv


4.2.1. Quy trình mô phỏng thực nghiệm ............................................................... 70
4.2.2. Thiết bị thử nghiệm ..................................................................................... 71
4.2.3. Ngƣỡng điều khiển và hoạt động của hệ thống phanh khí nén có ABS ...... 76
4.3. Thử nghiệm đánh giá hiệu quả hệ thống ................................................................ 84
4.4. Kết luận chƣơng 4 .................................................................................................. 86
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 89
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................................. 1
PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 1

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Danh mục ký hiệu
Ký hiệu

Đơn vị

a, b

m

Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trƣớc, đến cầu sau

hg

m

Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt đƣờng

L

m

Chiều dài cơ sở

Fx , F y , Fz

N

Lực tƣơng tác giữa lốp và mặt đƣờng theo các phƣơng x, y, z

Fr , F w

N

Lực cản lăn, lực cản không khí

Mb

Nm

Fb

N

Lực phanh

rd

m

Bán kính động lực học của bánh xe

x, y
v , v

Giải thích

Mô men phanh

Hệ số bám dọc, hệ số bám ngang
m/s



Vận tốc dài của ô tô , vận tốc trƣợt của bánh xe
Độ trƣợt của bánh xe

m

kg

Khối lƣợng của ô tô

b

rad/s

Vận tốc góc bánh xe

 , b

rad/s2

Gia tốc góc bánh xe

p

N/m2

Áp suất khí nén

V

m3

Thể tích bình chứa

T

K

Nhiệt độ của chất khí

n

mol

R

Jmol-1 K-1

γ

N/m3

Trọng lƣợng riêng của chất khí

g

m/s2

Gia tốc trọng trƣờng

Khối lƣợng mol phân tử
Hằng số chất khí

vi


A

m2

Tiết diện dòng chảy

Q

m3/s

Lƣu lƣợng khí nén

Cn

Khí dung của chất khí

Cv

Hệ số tiết lƣu

G

Trọng lƣợng riêng trung bình của chất khí

Tu

K

Nhiệt độ của khí nén

Danh mục chữ viết tắt
Ký hiệu

Giải thích
Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe

ABS

Anti-look Braking System

ASR

Anti Skid Regulator

Hệ thống chống trƣợt quay bánh xe

ATC

Automatic Traction Control

Hệ thống điều khiển lực kéo

ECU

Electronic Control Unit

Bộ điều khiển điện tử

ESC

Electronic Stability Control

Hệ thống điều khiển ổn định điện tử

IC

Integrated Circuit

Vi mạch tích hợp

RSC

Roll Stability Control

Hệ thống ổn định chống lật

khi phanh

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1. Thông số của xe nghiên cứu............................................................................... 15
Bảng 1. 2. Bảng trạng thái hoạt động của van chấp hành ABS ........................................... 19

Bảng 3. 1. Bảng trạng thái hoạt động của mô hình mô phỏng van chấp hành ABS ........... 58
Bảng 3. 2. Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS đƣợc xác định theo lý thuyết ................... 65
Bảng 4. 1. Các giá trị ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS phù hợp với giá trị đo đƣợc
trong thực tế của hệ thống ABS luận án nghiên cứu ........................................................... 76
Bảng 4. 2. Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS đã đƣợc hiệu chỉnh qua mô phỏng thực
nghiệm ................................................................................................................................. 80
Bảng 4. 3. Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS ................................................................. 81
Bảng 4. 4. Quy chuẩn Việt Nam về hiệu quả phanh và kết quả thử nghiệm ....................... 84
Bảng 4. 5. Tiêu chuẩn Châu Âu ECE R13 về hiệu quả phanh và kết quả thử nghiệm ....... 85

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1. Phƣơng án bố trí ABS kiểu 4S/4M trên xe nghiên cứu ...................................... 16
Hình 1. 2. Trạng thái van chấp hành ABS khi không làm việc ........................................... 17
Hình 1. 3. Trạng thái van chấp hành ABS trong pha giảm áp ............................................. 18
Hình 1. 4. Trạng thái van chấp hành ABS trong pha giữ áp ............................................... 19
Hình 2. 1. Quy trình nghiên cứu, đề xuất thuật toán điều khiển.......................................... 23
Hình 2. 2. Quy trình nghiên cứu, xác định ngƣỡng điều khiển ........................................... 24
Hình 2. 3. Quan hệ giữa hệ số lực dọc, ngang và độ trƣợt dọc của bánh xe khi phanh ...... 25
Hình 2. 4. Phạm vi điều khiển của ABS .............................................................................. 27
Hình 2. 5. Các pha điều khiển áp suất trong hệ thống theo gia tốc góc bánh xe ................. 28
Hình 2. 6. Thiết bị tạo xung điều khiển van chấp hành ABS phục vụ khảo sát khả năng đáp
ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh ABS khí nén ..................................................... 30
Hình 2. 7. Áp suất khí nén trong bầu phanh khi phanh bình thƣờng................................... 30
Hình 2. 8. Các lực tác dụng vào xe khi phanh trên đƣờng thẳng, bằng phẳng .................... 32
Hình 2. 9. Phân bố ứng suất và phản lực từ đƣờng khi lốp lăn ........................................... 34
Hình 2. 10. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh .............................................. 35
Hình 2. 11. Sơ đồ hệ thống phanh khí nén trên ô tô ............................................................ 38

Hình 2. 12. Sơ đồ van phân phối trong hệ thống phanh khí nén ......................................... 41
Hình 2. 13. Sơ đồ nút chia khí nén đến các bầu phanh ....................................................... 42
Hình 2. 14. Sơ đồ van gia tốc trên dòng phanh cầu sau ...................................................... 43
Hình 2. 15. Sơ đồ mô tả bầu phanh ..................................................................................... 44
Hình 3. 1. Quy luật biến thiên của áp suất khí nén trong bầu phanh khi điều khiển ở tần số
0,5 Hz (bên trái) và 5 Hz (bên phải) .................................................................................... 48
Hình 3. 2. Quy luật biến thiên giá trị áp suất cao nhất và thấp nhất trong bầu phanh phía
sau theo tần số của xung điều khiển .................................................................................... 48
Hình 3. 3. Lƣu đồ thuật toán điều khiển ABS theo gia tốc góc bánh xe ............................. 51

ix


Hình 3. 4. Sơ đồ mạch của cảm biến E2A-S08KS02-WP-C1 2M ...................................... 53
Hình 3. 5. Vành răng và cảm biến lắp lên xe ...................................................................... 54
Hình 3. 6. Phƣơng pháp đo tần số ....................................................................................... 55
Hình 3. 7. Thông tin bộ điều khiển thu đƣợc từ cảm biến ................................................... 58
Hình 3. 8. Sơ đồ một mô đun trong mô hình mô phỏng bộ điều khiển hệ thống ABS theo
độ trƣợt của bánh xe ............................................................................................................ 59
Hình 3. 9. Sơ đồ một mô đun trong mô hình mô phỏng bộ điều khiển hệ thống ABS theo
gia tốc góc của bánh xe........................................................................................................ 60
Hình 3. 10. Sơ đồ khối mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô khi phanh bởi hệ
thống phanh khí nén có ABS ............................................................................................... 61
Hình 3. 11. Các pha điều khiển hệ thống theo độ trƣợt của bánh xe ................................... 63
Hình 3. 12. Biến thiên giá trị độ trƣợt, gia tốc góc và biến điều khiển ECU theo thời gian 64
Hình 3. 13. Gia tốc góc của bánh xe khi phanh trên đƣờng khô, v0 = 40 km/h .................. 66
Hình 3. 14. Độ trƣợt của bánh xe khi phanh trên đƣờng khô, v0 = 40 km/h ....................... 66
Hình 3. 15. Vận tốc của bánh xe và của xe khi phanh trên đƣờng khô, v0 = 40 km/h ........ 66
Hình 3. 16. Quãng đƣờng phanh khi phanh trên đƣờng khô, v0 = 40 km/h ........................ 67
Hình 3. 17. Gia tốc góc của bánh xe khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ................... 67

Hình 3. 18. Độ trƣợt của bánh xe khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ........................ 67
Hình 3. 19. Vận tốc của bánh xe và của xe khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ......... 68
Hình 3. 20. Quãng đƣờng phanh khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ......................... 68
Hình 4. 1. Sơ đồ quy trình mô phỏng thực nghiệm xác định ngƣỡng gia tốc góc điều khiển
ABS ..................................................................................................................................... 71
Hình 4. 2. Cấu trúc bộ điều khiển điện tử của hệ thống phanh ABS................................... 72
Hình 4. 3. Bộ điều khiển điện tử hệ thống ABS .................................................................. 73
Hình 4. 4. Phần mềm hiển thị và ghi dữ liệu vận tốc góc bánh xe ...................................... 74
Hình 4. 5. Thiết bị đánh dấu quãng đƣờng phanh trên xe thử nghiệm ................................ 75
Hình 4. 6. Thiết bị đo ghi đa kênh DEWE5000 và các cảm biến ........................................ 76
x


Hình 4. 7. Vận tốc góc bốn bánh xe khi phanh với vận tốc ban đầu 40 km/h không dùng
ABS ..................................................................................................................................... 77
Hình 4. 8. Đồ thị vận tốc góc bánh xe khi phanh tại vận tốc 40km/h có ABS .................... 78
Hình 4. 9. Ảnh hƣởng của giá trị ngƣỡng gia tốc đến vận tốc góc bánh xe ........................ 79
Hình 4. 10. Quy luật biến thiên vận tốc góc các bánh xe khi thực nghiệm phanh trên đƣờng
tốt với vận tốc ban đầu 40km/h có ABS (sử dụng bộ giá trị ngƣỡng trong bảng Bảng 4. 2)
............................................................................................................................................. 81
Hình 4. 11. Biến thiên vận tốc góc các bánh xe khi phanh có ABS trên đƣờng phủ nhựa
asphalt khô, v0 = 40 km/h .................................................................................................... 82
Hình 4. 12. Biến thiên vận tốc góc các bánh xe khi phanh có ABS trên đƣờng phủ nhựa
asphalt ƣớt, v0 = 40 km/h..................................................................................................... 83

xi


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài

Công nghiệp ô tô là ngành công nghiệp tạo nhiều việc làm và giá trị vật chất lớn
cho xã hội. Hiện nay trong nƣớc đã có nhiều công ty sản xuất, lắp ráp ô tô để phục vụ nhu
cầu trong nƣớc và xuất khẩu. Việc tiếp cận khoa học công nghệ cao là vấn đề cấp thiết,
giúp Việt Nam có thể sản xuất đƣợc ô tô hiện đại, đạt các tiêu chuẩn quốc tế và cạnh tranh
tốt về chất lƣợng và giá thành với các sản phẩm ô tô trên thế giới.
Hệ thống phanh là hệ thống an toàn chủ động quan trọng trên ô tô. Vận tốc và tải
trọng của xe tải ngày càng cao nên yêu cầu hệ thống phanh phải có hiệu quả càng cao. Bên
cạnh đó cần phải tăng tính năng ổn định hƣớng chuyển động cho xe khi phanh, đặc biệt là
khi phanh gấp. Hiệu quả phanh và ổn định hƣớng chuyển động của ô tô khi phanh phụ
thuộc nhiều yếu tố, trong đó điều khiển quá trình phanh là yếu tố có ảnh hƣởng lớn nhất.
Trên các xe ô tô tải tải trọng trung bình và lớn sử dụng hệ thống phanh khí nén có
độ trễ cao, phân bố trọng lƣợng trên các cầu xe thay đổi lớn theo điều kiện chở tải nên hiệu
quả phanh bị ảnh hƣởng rất lớn. Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS) là một
hệ thống quan trọng, nhằm tăng tính ổn định hƣớng chuyển động và hiệu quả phanh. Nhờ
đó nâng cao tính an toàn khi vận hành cho xe. Một số nƣớc tiên tiến đã quy định bắt buộc
phải lắp đặt hệ thống ABS trên các loại xe tải.
Trên thế giới, các hãng sản xuất lớn đã nghiên cứu rất sâu về hệ thống ABS, có
thực nghiệm kiểm chứng và đã ứng dụng thƣơng mại vào hầu hết các loại xe. Tuy nhiên
các tài liệu, kết quả nghiên cứu là tƣ liệu riêng của các hãng, không đƣợc công bố hoặc có
công bố chỉ mang tính chất hƣớng dẫn sử dụng.
Trong khi đó, các xe tải hiện đang sử dụng trong nƣớc đa số sử dụng hệ thống
phanh khí nén và không có ABS. Do đó, việc nghiên cứu, làm chủ kỹ thuật, công nghệ
hiện đại trên ô tô nói chung, hệ thống phanh ABS khí nén nói riêng để từng bƣớc nghiên
cứu chế tạo, thay thế các cụm chi tiết trong hệ thống ABS của các hãng có ý nghĩa thực
tiễn đối với ngành công nghiệp ô tô nƣớc ta, giúp nâng cao chất lƣợng và khả năng cạnh
tranh cho các sản phẩm ô tô chế tạo trong nƣớc.
Đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nƣớc: ―Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm
hệ thống ABS cho hệ thống phanh khí nén dùng trên ô tô lắp ráp tại Việt Nam‖, mã số
KC.03.05/11-15 (sau đây gọi tắt là đề tài KC.03.05/11-15) do Trƣờng Đại học Bách khoa
-1-

Hà Nội chủ trì thực hiện nhiều nội dung nghiên cứu, chế tạo các cụm chi tiết trong hệ
thống ABS. Trong các nội dung nghiên cứu của đề tài KC.03.05/11-15, nội dung nghiên
cứu, chế tạo bộ điều khiển điện tử yêu cầu có các kết quả nghiên cứu chi tiết về phƣơng
pháp và thuật toán điều khiển ABS và giá trị ngƣỡng điều khiển ABS. Đây là vấn đề
nghiên cứu không đƣợc các hãng công bố, cần phải có phƣơng pháp nghiên cứu khoa học,
trang thiết bị hiện đại để hoàn thiện nghiên cứu.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên, nghiên cứu sinh chọn đề tài: “Nghiên cứu
hệ thống ABS dẫn động khí nén” nhằm triển khai một số nội dung nghiên cứu của đề tài
KC.03.05/11-15.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Hiện nay trong nƣớc có nhiều doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô sử dụng hệ thống
phanh khí nén với sản lƣợng và chủng loại ngày càng tăng. Tuy nhiên đa số các chủng loại
ô tô này chƣa đƣợc trang bị ABS. Hệ thống ABS đang đƣợc nhập khẩu nguyên bộ nên phụ
thuộc nhiều vào các hãng sản xuất ở nƣớc ngoài, làm tăng giá thành sản xuất. Do đó, việc
nghiên cứu hệ thống phanh ABS khí nén để từng bƣớc nghiên cứu chế tạo, thay thế các
cụm chi tiết trong hệ thống ABS của các hãng có ý nghĩa thực tiễn đối với ngành công
nghiệp ô tô và công nghiệp phụ trợ trong nƣớc, giúp nâng cao chất lƣợng và khả năng cạnh
tranh cho các sản phẩm ô tô chế tạo trong nƣớc.
Luận án đã giải quyết đƣợc các vấn đề: Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống
phanh khí nén có ABS, đề xuất một thuật toán điều khiển hệ thống theo gia tốc góc bánh
xe; Thông qua bƣớc mô phỏng hoạt động của hệ thống trên máy tính, luận án đánh giá
đƣợc gần đúng đặc tính của hệ thống ABS khí nén trên một mẫu xe nghiên cứu, sơ bộ xác
định đƣợc ngƣỡng giá trị gia tốc góc của bánh xe để điều khiển chuyển đổi giữa các pha
tăng áp, giữ áp, giảm áp trong chu trình hoạt động của ABS; Nghiên cứu đặc tính của cảm
biến đo vận tốc góc bánh xe lên ô tô, từ đó xác định đƣợc gia tốc góc của bánh xe; Nghiên
cứu thực nghiệm nhằm hiệu chỉnh giá trị ngƣỡng gia tốc góc điều khiển. Đây là các vấn đề
có tính khoa học, là cơ sở cho các nghiên cứu hoàn thiện tiếp theo của hệ thống ABS khí
nén.

Kết quả nghiên cứu của luận án đƣợc đề tài KC.03.05/11-15 ứng dụng vào sản xuất
thử nghiệm bộ điều khiển điện tử ABS cho hệ thống phanh khí nén trên xe ô tô tải. Kết quả
thử nghiệm cho thấy hệ thống ABS hoạt động ổn định, hiệu quả phanh của ô tô trong
trƣờng hợp có ABS đƣợc cải thiện so với trƣờng hợp không có ABS.
-2-


Nội dung và bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án
đƣợc trình bày trong bốn chƣơng và sáu phụ lục:
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: Trình bày tổng hợp kết quả
nghiên cứu về điều khiển hệ thống ABS khí nén trên thế giới và trong nƣớc; qua đó tìm ra
những vấn đề còn tồn tại trong các công trình nghiên cứu tại Việt Nam để xác định nội
dung và mục tiêu luận án cần thực hiện.
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Trình bày nghiên cứu cơ sở lý thuyết điều
khiển của hệ thống ABS, nghiên cứu và mô hình hóa chuyển động của ô tô trong quá trình
phanh; nghiên cứu và mô hình hóa hoạt động của hệ thống phanh khí nén trên xe nghiên
cứu.
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ
NÉN: Trình bày nghiên cứu, đề xuất phƣơng pháp và thuật toán điều khiển hệ thống phanh
khí nén có ABS, nghiên cứu và mô hình hóa hoạt động của hệ thống ABS làm cơ sở cho
nghiên cứu xác định giá trị ngƣỡng điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS bằng
phƣơng pháp mô phỏng trên máy tính.
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM: Trình bày nghiên cứu thực nghiệm
xác định giá trị ngƣỡng điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS kết quả thử nghiệm
đánh giá hiệu quả phanh của hệ thống ABS trên xe nghiên cứu.
Phần kết luận và kiến nghị: Đánh giá kết quả nghiên cứu của luận án, đề xuất
hƣớng phát triển của các công trình nghiên cứu tiếp theo để từng bƣớc hoàn thiện hệ thống
phanh ABS khí nén.
Các kết quả nghiên cứu mới của luận án

Luận án đạt đƣợc các kết quả nghiên cứu mới sau:
 Xác định đƣợc khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khí nén
có ABS trên xe nghiên cứu;
 Xây dựng đƣợc mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén có ABS trên ô tô tải
cỡ trung bình;
 Đề xuất đƣợc phƣơng pháp điều khiển và một thuật toán điều khiển hệ thống
phanh khí nén có ABS;
-3-




Xác định đƣợc bộ giá trị ngƣỡng gia tốc góc bánh xe dùng để điều khiển
chuyển pha làm việc của các van chấp hành ABS trong quá trình ABS khí nén
hoạt động.

Equation Chapter (Next) Section 1

-4-


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hệ thống phanh trên ô tô ngày càng phát triển hoàn thiện về kết cấu và quá trình
điều khiển, nâng cao tính năng an toàn cho xe ô tô. Nhiều thành tựu khoa học, công nghệ
đƣợc ứng dụng ngày càng phổ biến trên ô tô nói chung và hệ thống phanh nói riêng. Trên
cơ sở phân tích, đánh giá các công trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam, luận án
đề xuất các nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu.

1.1. Hệ thống phanh ABS khí nén trên xe ô tô
ABS (Anti-lock Braking System) là hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh.

ABS điều khiển áp suất phanh để duy trì lực bám dọc và bám ngang của bánh xe với mặt
đƣờng ở mức cao, nhờ đó nâng cao tính ổn định hƣớng chuyển động của ô tô khi phanh,
duy trì khả năng dẫn hƣớng và giảm quãng đƣờng phanh [69]. Trong trƣờng hợp phanh
trên đƣờng khô và với vận tốc cao (trên 35 km/h), quãng đƣờng phanh khi có ABS ngắn
hơn khi không có ABS. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp phanh từ vận tốc thấp hơn, phanh trên
đƣờng trơn trƣợt, quãng đƣờng phanh khi có ABS có thể dài hơn khi không có ABS [59].
Hiệu quả của ABS khi phanh ở vận tốc thấp không cao nên hệ thống ABS không đƣợc kích
hoạt. Giới hạn vận tốc của ô tô trƣớc khi phanh để kích hoạt hệ thống ABS khác nhau theo
từng loại xe và theo nhà sản xuất ABS. Hệ thống ABS lắp trên xe tải rơ moóc hoặc sơ mi
rơ moóc giúp hạn chế đƣợc nguy cơ đầu kéo bị quay ngƣợc (jackknifing) khi phanh gấp,
nâng cao tính an toàn cho ô tô. Hơn nữa, các bánh xe không bị trƣợt lết trong quá trình
phanh nên hạn chế đƣợc tốc độ mài mòn của lốp xe [69].
So với hệ thống phanh thủy lực có ABS, hệ thống phanh ABS khí nén có tần số làm
việc thấp hơn do quá trình biến đổi áp suất khí nén trong bầu phanh chậm hơn nhiều so với
quá trình biến đổi áp suất dầu trong hệ thống phanh thủy lực. Theo công bố của hãng
Wabco [67], [68], [69], tần số hoạt động của hệ thống ABS khí nén do hãng chế tạo nằm
trong khoảng từ 3 đến 5 Hz.
Hiện nay hệ thống phanh ABS sử dụng cảm biến để xác định tình trạng lăn của
bánh xe, từ đó đƣa ra tín hiệu điều khiển van chấp hành ABS theo thuật toán đã đƣợc định
trƣớc. Một số hệ thống hiện đại còn tích hợp thêm cảm biến đo gia tốc dài của thân xe để
gia tăng hiệu quả điều khiển quá trình phanh. Dựa trên cấu trúc của hệ thống ABS cơ bản,
các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều hệ thống điều khiển khác nhằm nâng cao tính năng
ổn định và an toàn nhƣ hệ thống tự động điều khiển lực kéo (ATC - Automatic Traction
-5-


Control); Hệ thống điều khiển cân bằng điện tử (ESC - Electronic Stability Control) …
[48], [49].
Trên thế giới, ABS liên tục đƣợc nghiên cứu và phát triển nên hiệu quả của hệ
thống ngày càng cao. Ban đầu, hệ thống ABS khí nén lắp đặt trên xe tải nhƣ một lựa chọn

thêm cho sự an toàn, nhƣng với sự hiệu quả vƣợt trội của nó nên từ năm 1991, các nƣớc
Châu Âu đã bắt buộc các hãng phải lắp ABS lên xe tải hạng nặng, đến năm 1998 tiếp tục
áp dụng bắt buộc trên các loại xe tải hạng nhẹ [49]. Hiện nay, ABS đƣợc lắp đặt rộng rãi
trên hầu hết các loại xe, kể cả máy kéo nông nghiệp nhƣ một tiêu chuẩn an toàn [36].
Trong nƣớc hiện nay có nhiều doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô sử dụng hệ thống
phanh khí nén nhƣ Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp (VEAM), Công ty Cổ
phần ô tô Trƣờng Hải, Công ty cổ phẩn ô tô TMT, Công ty TNHH ô tô Chiến thắng,
Vinaxuki …. Sản phẩm ô tô của các doanh nghiệp ô tô trong nƣớc rất đa dạng, từ xe tải
trọng nhỏ đến các xe tải trọng lớn, từ xe con đến xe khách, xe buýt. Trong đó, các xe tải cỡ
trung bình trở lên và xe khách, xe buýt đƣợc trang bị hệ thống phanh khí nén. Số lƣợng xe
sử dụng hệ thống phanh khí nén khá lớn và ngày càng tăng. Tuy nhiên, chỉ có một số ít loại
xe có trang bị hệ thống phanh khí nén có ABS, còn đa số các dòng còn lại không có ABS.
ABS khí nén là hệ thống phức tạp, chủ yếu đƣợc nhập khẩu nguyên bộ từ các hãng
nhƣ Wabco, Bendix … nên giá thành của ô tô sản xuất, lắp ráp trong nƣớc có ABS bị tăng
cao. Với xu hƣớng nâng cao tính năng an toàn cho xe, gia tăng tỉ lệ nội địa hóa sản phẩm,
giảm giá thành sản xuất, các nhà sản xuất buộc phải nghiên cứu, hoàn thiện sản phẩm để
từng bƣớc làm chủ các công nghệ, quy trình công nghệ sản xuất.

1.2. Lịch sử phát triển hệ thống ABS khí nén
Quá trình phát triển hệ thống phanh ABS đã trải qua thời gian rất dài với nhiều
thành tựu đáng kể. Các nhà sản xuất dần chuyển sang nghiên cứu chuyên sâu về từng loại
phanh. Có thể kể đến hãng Bosch rất nổi tiếng với sản phẩm ABS cho hệ thống phanh thủy
lực, hãng Wabco và Bendix chiếm thị phần lớn trên thị trƣờng ABS dùng cho hệ thống
phanh khí nén. Hai hãng này có quá trình nghiên cứu, phát triển sản phẩm gần giống nhau.
Luận án trích dẫn một số sự kiện quan trọng của hãng Wabco [67], đại diện cho sự phát
triển của hệ thống ABS khí nén trên ô tô.
Năm 1969: Sau thời gian dài nghiên cứu, hệ thống phanh phanh ABS khí nén đầu
tiên đƣợc công bố tại triển lãm Ô tô IAA.
-6-

Năm 1974: Hãng WABCO và Mercedes-Benz chính thức ký kết thỏa thuận hợp tác
nhằm thúc đẩy phát triển hệ thống và thực hiện các thử nghiệm trên xe.
Năm 1975: WABCO bắt đầu phát triển hệ thống điều khiển điện tử của riêng mình
dựa trên việc xử lý tín hiệu tƣơng tự (Analog). WABCO đã hợp tác với các hãng khác để
mở rộng sản xuất.
Năm 1980: Giới thiệu thiết bị điện tử đƣợc số hóa hoàn toàn. Máy vi tính là bộ xử
lý trung tâm. Thử nghiệm cuối cùng đƣợc thực hiện vào mùa đông năm 1980 tại Lapland
với sự có mặt cùa nhiều chuyên gia từ nhiều nƣớc trên thế giới. Sau đó bộ điều khiển điện
tử hệ thống phanh này đƣợc sử dụng trên các xe thƣơng mại.
Năm 1981, hãng Mercedes-Benz và các hãng khác đã phát triển hệ thống ABS của
WABCO. Dòng sản phẩm thuộc thế hệ A gồm hệ thống điều khiển 2 kênh và điều khiển 4
kênh.
Năm 1986, hãng WABCO giới thiệu hệ thống chống trƣợt quay (qua hệ thống kiểm
soát lực kéo) với bộ điều khiển điện tử thế hệ B gồm 6 kênh điều khiển ABS.
Năm 1989, hãng WABCO giới thiệu cơ cấu chấp hành ABS dành cho moóc kéo,
kèm theo bộ chẩn đoán lỗi theo tiêu chuẩn ISO.
Năm 1990, hãng WABCO giới thiệu bộ điều khiển ABS/ASR thế hệ C, với bộ chẩn
đoán lỗi và các chức năng bổ sung đi kèm.
Tháng 10 năm 1991, Các nƣớc Châu Âu (EC) bắt buộc phải lắp đặt hệ thống phanh
ABS trên các xe tải hạng nặng.
Năm 1996, hãng WABCO giới thiệu hệ thống hệ thống ABS thế hệ D dành cho xe
kéo moóc và giới thiệu hệ thống điều khiển điện tử cho hệ thống phanh EBS
(Electronically controlled Braking System).
Năm 1998, hệ thống EBS dành cho xe kéo moóc đƣợc hoàn thiện và bắt đầu bắt
buộc phải lắp đặt hệ thống ABS trên các xe tải hạng nhẹ hơn.
Năm 2000, giới thiệu hệ thống ABS thế hệ E trên xe kéo moóc.
Năm 2003, hệ thống ABS đƣợc phát triển thêm chức năng điều khiển ổn định
chống lật – RSC (Roll Stability Control).
Năm 2008, hệ thống ABS phiên bản E4 đƣợc phát triển. Đây là phiên bản có chức

năng mở rộng thêm cho ABS nhƣ: Hệ thống điều khiển ổn định điện tử (ESC - Electronic
-7-


Stability Control), hệ thống ổn định chống lật (RSC - Roll Stability Control), hệ thống điều
khiển lực kéo (ATC - Automatic Traction Control) kết hợp điều khiển động cơ.
Nhƣ vậy, hệ thống điều khiển quá trình phanh ô tô đến nay đã khá hoàn thiện về kết
cấu, tính năng và chất lƣợng điều khiển, trong đó hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS
vẫn là hệ thống cơ bản. Nghiên cứu điều khiển hệ thống phanh ABS là cơ sở để phát triển
và tích hợp các hệ thống điều khiển tích cực khác trên xe.

1.3. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
Lực phanh tối đa phụ thuộc vào hệ số bám giữa bánh xe và mặt đƣờng, trong khi hệ
số bám này lại phụ thuộc vào độ trƣợt của bánh xe. Do đó, để nâng cao lực phanh nhằm
nâng cao hiệu quả phanh và tính ổn định của xe khi phanh cần phải điều khiển để độ trƣợt
của bánh xe luôn nằm trong vùng tối ƣu, tại đó các giá trị hệ số bám dọc và bám ngang đều
cao. Các nghiên cứu sau đó đã chỉ ra rằng hiệu quả phanh cao nhất khi độ trƣợt của bánh
xe với mặt đƣờng nằm trong khoảng 15% – 30%. Đây chính là mục tiêu để nghiên cứu,
chế tạo hệ thống phanh có hệ thống chống hãm cứng (ABS). Trên thế giới đã có nhiều
nghiên cứu về hệ thống ABS, tiêu biểu có các công trình sau:
Tháng 5 năm 1991, Rutledge Jack công bố sáng chế ―Hệ thống phanh ABS khí nén
dành cho xe tải‖ [60]. Hệ thống điều khiển quá trình phanh ABS khí nén này khác với các
hệ thống phanh ABS trƣớc đó là không có ECU và cảm biến. Hệ thống tự động kích hoạt
mỗi khi ngƣời lái đạp phanh và áp suất khí nén trong bầu phanh vƣợt quá ngƣỡng 10 psi
(0,07 MPa). Hệ thống này có thể điều khiển ABS cho cả đầu kéo và rơ-moóc. Hệ thống sử
dụng bộ điều khiển đơn giản, chỉ là các bộ tạo xung để đóng mở van chấp hành ABS theo
thời gian đã định trƣớc. Do đó trong trƣờng hợp có lực bám lớn hơn lực phanh (đƣờng có
hệ số bám cao …) hoặc trƣờng hợp hệ số bám thấp và bánh xe bị trƣợt lết trƣớc khi áp suất
trong bầu phanh vƣợt ngƣỡng 10 psi, hiệu quả phanh không đạt tới giá trị cao nhất.
Nghiên cứu đặc tính của hệ thống khí nén, Ing. T. Hong ở công ty BarDyne (Mỹ)

và Richard K. Tessmann ở công ty FES (Mỹ) đã xây dựng mối quan hệ giữa các đại lƣợng
vận tốc, lƣu lƣợng, áp suất, trọng lƣợng riêng của chất khí, nhiệt độ dựa trên các phƣơng
trình Navier Storkes. Từ hệ phƣơng trình động học của dòng chất khí, tác giả sử dụng phần
mềm Hypneu để xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống. Các tác giả đã đƣa thêm ví dụ về
quá trình xả khí nén từ bình chứa và ví dụ về mô phỏng hệ thống treo khí nén để minh họa.
Kết quả nghiên cứu là nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo về hệ thống khí nén nói chung

-8-


và cụ thể trên hệ thống phanh khí nén trên ô tô. Công trình này đƣợc trình bày tại Chicago
trong hội nghị quốc tế về kỹ thuật thủy khí năm 1996 [38].
Tháng 6 năm 1998, JohnBernad (Ở Handsworth Wood, Birmingham) công bố
nghiên cứu về hệ thống điện tử điều khiển quá trình phanh của hệ thống phanh khí nén trên
ô tô. Hệ thống này có một bộ điều khiển trung tâm và 4 bộ điều khiển phụ. Bộ điều khiển
trung tâm xuất tín hiệu điều khiển cho từng bộ điều khiển phụ, các bộ điều khiển phụ hiệu
chỉnh theo các dữ liệu về độ trƣợt và áp suất khí nén để đƣa tín hiệu cuối cùng điều khiển
van chấp hành ABS. Hệ thống này xử lý dữ liệu từ nhiều loại cảm biến (cảm biến áp suất
khí nén, cảm biến bàn đạp phanh, cảm biến gia tốc dọc của ô tô, cảm biến vận tốc góc bánh
xe) nên xác định đƣợc chính xác trạng thái phanh, nhờ đó đƣa ra đƣợc phƣơng án điều
khiển tối ƣu. Độ tin cậy của hệ thống cao do cùng lúc đƣợc điều khiển từ hai cấp điều
khiển nên khi có sự cố với một bộ điều khiển, hệ thống ABS vẫn có thể tiếp tục làm việc
mặc dù hiệu quả phanh không cao nhƣ trƣớc. Tuy nhiên, hệ thống này có quá nhiều bộ
điều khiển giao tiếp liên tục với nhau, vì vậy giải quyết vấn đề truyền thông rất phức tạp,
yêu cầu về thiết bị đồng bộ.
Mark Bennett và Michael Tober đã nghiên cứu và thực hiện mô phỏng thực nghiệm
(HIL) sử dụng cảm biến điện từ và vành răng sử dụng trên ô tô thực tế và đăng trên tạp chí
SAE số 2002-01-3123 [45]. Nghiên cứu chỉ ra nhiều dạng tín hiệu khác nhau của cảm biến
trong các trƣờng hợp nhƣ bị mất răng, có va chạm với vành răng, khoảng cách cảm biến –
vành răng không đồng đều …

Tháng 8 năm 2005, Pierre Abboud và Thanh Ho công bố sáng chế ―Cơ cấu chấp
hành ABS sử dụng piston cân bằng áp suất‖ [53]. Tác giả đã nghiên cứu và thực nghiệm
một loại van chấp hành ABS rất đặc biệt, bên trong sử dụng piston cân bằng áp suất, do
vậy có thể tạo ra đƣợc các pha tăng áp, giảm áp và giữ áp chỉ với một cuộn dây. Khí nén
đƣợc cấp ở đầu vào với áp suất khoảng 120 psi (0,83 MPa), áp suất khí nén ở đầu ra đƣợc
điều chỉnh bởi van chấp hành ABS 3 vị trí. Vị trí của piston trong van ABS phụ thuộc vào
cƣờng độ dòng điện cấp vào cuộn dây. Hệ thống này có ƣu điểm là chỉ sử dụng một cuộn
dây kết hợp với piston cân bằng để điều khiển van chấp hành ABS. Tuy nhiên vì van chấp
hành ABS chỉ có một cuộn dây và piston có 3 vị trí làm việc nên rất khó điều khiển chính
xác vị trí piston, đặc biệt là khi hoạt động ở tần số cao.
Tháng 6 năm 2006, Timothy J. Frashure công bố công trình nghiên cứu ―Phân chia
hệ thống chống hãm cứng bánh xe‖ dành cho hệ thống phanh ô tô tải. Hệ thống của
-9-


Timothy J. Frashure gồm hai mô đun điều khiển riêng biệt. Hai mô đun điều khiển này
giao tiếp với nhau thông qua chuẩn truyền thông J1939. Ƣu điểm của cách thiết kế kiểu
này là mô đun điều khiển và van chấp hành ABS đƣợc tích hợp trong một cụm, do đó tổng
chiều dài dây tín hiệu và các đầu kết nối đƣợc giảm tối đa, độ tin cậy của hệ thống tăng lên
đáng kể. Hơn nữa, hệ thống đƣợc chia thành hai mô đun điều khiển ABS độc lập, nếu xảy
ra sự cố với một mô đun ABS thì hệ thống ABS ở kênh còn lại vẫn hoạt động bình thƣờng.
Giữa hai mô đun có giao tiếp nên hệ thống chỉ cần có một hệ thống chẩn đoán và đèn báo
lỗi. Nhƣợc điểm lớn của công trình này là hệ thống phức tạp, cần đến hai mô đun riêng biệt
để điều khiển ABS.
Năm 2007, JohnBernad và các cộng sự đã nghiên cứu điều khiển mờ ứng dụng cho
hệ thống ABS, đã đề xuất phƣơng án điều khiển theo kiểu trƣợt và logic mờ để điều chỉnh
lực phanh. Phƣơng pháp logic mờ trong phƣơng pháp nghiên cứu này đƣợc sử dụng để
đánh giá các thông số đầu vào chƣa biết của ECU – ABS. Công trình dừng lại ở nghiên
cứu, mô phỏng trên máy tính. Công trình đƣợc công bố trên tạp chí Journal on Sci&Tech
of Automatic Control.

Diego Pedroso dos Santos, Eduardo Lobo Lustosa Cabral đã xây dựng bộ điều
khiển ABS trên cơ sở điều khiển mờ [28] đƣợc công bố trên tạp chí SAE số 2008-36-0039
năm 2008. Mô hình xe đƣợc xây dựng giới hạn ở động lực học phƣơng dọc. Hệ thống điều
khiển có sử dụng thêm cảm biến gia tốc để xác định gia tốc dài của xe khi phanh nhằm tối
ƣu hóa quá trình điều khiển. Kết quả mô phỏng cho thấy quãng đƣờng phanh khi có ABS
giảm đáng kể so với trƣờng hợp không có ABS. Trên thực tế, cảm biến gia tốc dọc của xe
dễ bị nhiễu bởi rung động của thân xe, đặc biệt trên xe ô tô tải. Do đó cần có thuật toán và
chƣơng trình lọc tốt để hạn chế các nhiễu do rung động gây ra.
Jinglai Wu, Hongchang Zhang, Yunqing Zhang và Liping Chen đã xây dựng mô
hình vật lý mô tả hệ nhiêu đối tƣợng (tổng van, van gia tốc, bầu phanh) trong hệ thống
phanh khí nén bằng phần mềm AMESim. Nghiên cứu đƣợc đăng trên tạp chí SAE, số
2009-01-0408 [41], theo đó các thông số ảnh hƣởng lớn đến thời gian chậm tác dụng và
biến thiên áp suất khí nén đƣợc xác định bằng phƣơng pháp thử nghiệm. Bài báo cũng nêu
các khả năng cải tiến bề mặt vật liệu, kết cấu … để thu đƣợc các thông số tối ƣu, hệ thống
phanh khí sẽ có độ chậm tác dụng nhỏ nhất.
Cùng hƣớng nghiên cứu thực nghiệm (HIL), năm 2010, Wu Chao, Duan Jianmin và
Yu Yongchuan đã xây dựng mô hình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm với các thiết bị
- 10 -


nhƣ trên xe thực tế và mô hình xe [72]. Trƣớc hết, mô hình đƣợc mô phỏng trong
Matlab/Simulink với nhiều tình huống sự cố nhƣ mất cảm biến, … sau đó hệ thống biên
dịch thành mã điều kiển với thời gian thực, mã điều khiển này đƣợc cập nhật vào phần
cứng DSPACE. Với phần mềm đi kèm của DSPACE có thể kiểm soát các pha trong quá
trình mô phỏng, có thể theo dõi và điều chỉnh các thông số mô phỏng trong thời gian thực.
Để xây dựng mô hình hệ thống phanh khí nén, Jeevan N Patil, Sivakumar
Palanivelu và Ajit Kumar Jindal bƣớc đầu xây dựng mô hình toán học cho van phân phối
(loại van kép, có hai dòng điều khiển phanh cho hai cầu độc lập). Công trình đƣợc công bố
trên tạp chí SAE số 2013-26-0150 [39]. Trong công trình này, các tác giả đã lập phƣơng
trình mô tả hoạt động của từng phần tử trong van, xây dựng mô hình bằng phần mềm

AMESim. Tác giả mô phỏng một chu trình phanh gồm đạp phanh (pha tăng áp) trong 0,3
giây, giữ phanh (giữ áp) trong 2,8 giây và nhả phanh (giảm áp) trong 0,3 giây. Mô hình mô
tả chi tiết van phân phối, kết quả nghiên cứu có độ chính xác cao, thể hiện đƣợc mối quan
hệ giữa độ trễ của sự biến thiên áp suất sau van với khe hở giữa các chi tiết chuyển động
bên trong van. Mô hình là cơ sở để mở rộng nghiên cứu cho cả hệ thống phanh khí nén.
Có thể nói các công trình nghiên cứu hệ thống tự động điều khiển quá trình phanh ở
thời kỳ đầu tập trung giải quyết vấn đề hoàn thiện kết cấu. Thời gian gần đây các nghiên
cứu chủ yếu tập trung giải quyết vấn đề thuật toán điều khiển nhằm tối ƣu hóa hiệu quả
phanh và khả năng ổn định hƣớng chuyển động của ô tô khi phanh. Các nghiên cứu phần
lớn đƣợc thực hiện bằng mô hình mô phỏng trên máy tính, một số công trình thực hiện
nghiên cứu thực nghiệm. Tuy nhiên kết quả công bố một cách sơ lƣợc, nội dung khoa học
và các số liệu không đƣợc công bố nên khó sử dụng trực tiếp cho thực tế sản xuất.
Các hãng lớn nhƣ Wabco, Bendix, Bosch … đều các có nghiên cứu rất sâu vào hệ
thống ABS, có phòng thí nghiệm nghiên cứu cảm biến, tối ƣu kết cấu van chấp hành cũng
nhƣ thuật toán điều khiển và thiết kế bộ điều khiển … Sản phẩm của các hãng đƣợc thử
nghiệm, tối ƣu hóa thiết kế và sản xuất thƣơng mại để lắp đặt trên xe ô tô. Tuy nhiên tài
liệu nghiên cứu của các hãng xe là tài liệu bí mật, không đƣợc công bố. Các tài liệu kỹ
thuật do các hãng này công bố chỉ là hƣớng dẫn sử dụng và giới thiệu sản phẩm.

1.4. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc
Thời gian gần đây, số lƣợng xe tải, xe khách sử dụng hệ thống phanh khí nén ở Việt
Nam tăng nhanh, đặc biệt là một số dòng xe lắp ráp trong nƣớc. Các công ty sản xuất, lắp
ráp ô tô trong nƣớc đang dần nội địa hóa các cụm chi tiết và tiến tới sản xuất ô tô với
- 11 -


thƣơng hiệu riêng. Do đó các nhà nghiên cứu trong nƣớc cần nhanh chóng làm chủ công
nghệ tiên tiến đã và đang đƣợc ứng dụng trên ô tô hiện đại. Thời gian qua, có một số nhà
khoa học đã nghiên cứu về hệ thống phanh có ABS, tiêu biểu có các công trình sau:
Đề tài KC.03.05/11-15 do Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội chủ trì đã hoàn thành

năm 2015 với các nội dung nghiên cứu chính: Nghiên cứu hệ thống phanh khí nén sử dụng
trên ô tô tải lắp ráp tại Việt Nam; Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo van chấp hành ABS; Thiết
kế, chế tạo cảm biến và vành răng đo vận tốc góc bánh xe cho hệ thống ABS; Thiết kế, chế
tạo bộ điều khiển điện tử cho hệ thống ABS khí nén. Sau khi chế tạo thử nghiệm và lắp đặt
lên xe để có hệ thống phanh khí nén có ABS, đề tài tiến hành các thực nghiệm để đánh giá
hiệu quả làm việc của hệ thống ABS trên ô tô lắp ráp trong nƣớc. Kết quả thử nghiệm cho
thấy hệ thống ABS khí nén trên xe nghiên cứu đạt Quy chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn
Châu Âu về hiệu quả phanh.
Trong các nội dung thực hiện của đề tài, nội dung thiết kế, chế tạo bộ điều khiển
điện tử cho hệ thống ABS khí nén có mức độ phức tạp cao nhất. Để chế tạo đƣợc bộ điều
khiển điện tử buộc phải có thuật toán điều khiển và các ngƣỡng điều khiển chuyển pha của
ABS. Hai vấn đề này là yếu tố cốt lõi của bộ điều khiển, không đƣợc các hãng sản xuất
ABS công bố, và cũng không thể giải mã đƣợc từ các sản phẩm ECU thƣơng mại trên thị
trƣờng.
Luận án đƣợc thực hiện nhằm nghiên cứu, đề xuất phƣơng pháp và thuật toán điều
khiển ABS, xác định các ngƣỡng điều khiển chuyển pha của ABS đối với loại xe do đề tài
KC.03.05/11-15 nghiên cứu. Nghiên cứu đƣợc thực hiện trên xe ô tô tải có tải trọng 2,98
tấn có hệ thống phanh chính là phanh khí nén, đã đƣợc đề tài KC.03.05/11-15 lắp đặt thêm
bốn van chấp hành ABS trƣớc các bầu phanh, lắp đặt cảm biến và vành răng lên các trống
phanh để xác định tình trạng lăn của tất cả các bánh xe. Kết quả nghiên cứu của luận án
đƣợc đề tài KC.03.05/11-15 ứng dụng vào thiết kế, chế tạo bộ điều khiển điện tử cho hệ
thống phanh khí nén có ABS.
Luận văn thạc sỹ của Nguyễn Trung Kiên (Năm 2013 – ĐH Bách khoa Hà Nội) với
đề tài ―Nghiên cứu mô phỏng hệ thống phanh khí nén có ABS‖ đã nghiên cứu, xây dựng
mô hình và thực hiện mô phỏng hệ thống phanh ABS khí nén trên xe tham khảo là xe tải
Kamaz-5320, tải trọng 8.000 kg. Tác giả đã xây dựng mô hình của các cụm chi tiết chính
trong hệ thống phanh nhƣ: mô phỏng van phân phối, đƣờng ống dẫn khí nén, bầu phanh,
cơ cấu phanh, van chấp hành ABS với nhiều giả thiết nhằm đơn giản hóa và chƣa xét đến
- 12 -