NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT SỰ BIẾN THIÊN MÔ MEN PHANH TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

NGUYỄN VĂN NINH

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT SỰ BIẾN THIÊN MÔ MEN PHANH
TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

Hưng Yên - Năm 2015
1


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN

NGUYỄN VĂN NINH

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT SỰ BIẾN THIÊN MÔ MEN PHANH
TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Đàm Hoàng Phúc

Hưng Yên - Năm 2015
2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng, số liệu và những kết quả thực nghiệm được nghiên
cứu trong luận văn là hoàn toàn thực tế, khách quan. Những kết quả tương tự ch ưa
từng được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Hưng Yên, ngày….. tháng….. năm 2015
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Ninh

3


MỤC LỤC

4


DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
STT
1

5

Ký hiệu
Chú thích
Pb
Lực đẩy từ khung xe truyền đến

2

Gb

3

Đơn vị
Nm

Fb

Tải trọng tác dụng lên bánh xe
Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên

KN
Nm

4

Pf

bánhcản
xe lăn
Lực

KN

5

Mk

Mô men kéo

Nm

6

Mf

Mô men cản lăn

Nm

7

Pk

Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe chủ động

KN

8

PkMax

Lực kéo cực đại mà bánh xe có thể sinh ra được

KN

9

Pϕ

Lực bám lớn nhất giữa bánh xe và mặt đường.

Nm

10

v0

Là vận tốc lý thuyết của bánh xe

m/s

11

wt

Vận tốc góc của bánh xe

rad/s

12

φ

Là hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường

13

Gφ

Là trọng lượng bám

14

Pξ

15

Zb

Lực đẩy từ khung xe truyền đến
Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên

Nm

16

Mp

bánhmen
xe phanh
Mô

Nm

17

Mjb

Nm

18

PPmax

Mô men quán tính
Lực phanh cực đại mà bánh xe có thể tiếp nhận

19

–a

được
Ngưỡng gia tốc âm

rad/s2

20

+a

rad/s2

21

rb

22

r1

Ngưỡng gia tốc dương
Bán kính tính toán
Bán kính lăn của bánh xe

23

Q

Lưu lượng chất khí

m3/s

24

Cv

Hệ số lưu lượng

25

Pa

Áp suất khí quyển

N/m2

26

Pbình

Áp suất bình khí nén

N/m2

27

y

Dịch chuyển piston trong bầu phanh

28

i

Tỷ số truyền tính từ bầu phanh đến cơ cấu phanh

N
KN

m
(m)

m


DANH MỤC CÁC BẢNG

T
T

6

Tên bảng

Trang


DANH MỤC CÁC HÌNH
T
T

7

Tên hình

Trang


LỜI NÓI ĐẦU
Nền công nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô tăng
nhanh, mật độ lưu thông trên đường ngày càng nhiều. Với xu thế hội nhập, thị
trường ôtô nước ta sẽ sôi động, ngày càng nhiều chủng loại lẫn số lượng, Theo
thống kê của Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô Việt Nam (VAMA) năm 2012 có 48163
xe tải, năm 2013 có 66140 xe tải, năm 2014 tổng số đã bán là 44518 xe tải và 3
tháng đầu năm 2015 là 13205 xe tải được bán ra cung cấp cho thị trường, trong đó
có khoảng 71% là xe sử dụng phanh khí và đa phần là xe sử dụng hệ thống phanh
khí thông thường không có hệ thống ABS (Anti-Lock Brake System).

Trên thế giới hệ thống phanh khí nén có điều khiển ABS trang bị trên ô tô
được sử dụng phổ biến; các hãng cũng đưa ra các sản phẩm về hệ thống phanh có
điều khiển ứng dụng cho nhiều thế hệ xe khác nhau và ngày càng hiện đại.
Ở Việt Nam, công nghệ ôtô vẫn chủ yếu là lắp ráp và sản xuất các cụm chi
tiết nhỏ lẻ... Hiện nay mức độ sử dụng hệ thống phanh khí có diều khiển hiện đại
hiện nay ở Việt Nam còn hạn chế, mới chỉ tập trung chủ yếu ở xe Bus và xe tải hạng
nặng và đa phần là xe nhập khẩu nguyên chiếc. Với điều kiện đường giao thông
nông thôn tại Việt Nam có độ bám bề mặt thấp, vấn đề trượt của bánh xe thường
xuyên xảy ra. Để ứng dụng và khai thác có hiệu quả tất cả các tính năng ưu việt của
hệ thống phanh ABS trên ô tô nói chung, việc thực hiện đề tài: “Nghiên cứu khảo
sát sự biến thiên mô men phanh trong hệ thống phanh khí nén có ABS” là hết
sức quan trọng và cần thiết.
Đề tài được thực hiện tại Khoa cơ khí động lực, Trường Đại học Sư Phạm
Kỹ Thuật Hưng Yên dưới sự hướng dẫn của TS. Đàm Hoàng Phúc.
Do thời gian, trình độ còn hạn chế, tính chất rộng lớn của đề tài nên không
thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự bổ sung, góp ý của các nhà
kỹ thuật, các thầy và đồng nghiệp.
Hưng Yên, tháng 8 năm
2015

8


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 TÌNH HÌNH GIAO THÔNG VÀ CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO Ô TÔ Ở VIỆT
NAM
Nền kinh tế đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô tăng nhanh, mật
độ lưu thông trên đường ngày càng nhiều, cơ sở hạ tầng giao thông chưa đáp ứng
được sự gia tăng số lượng xe đa dạng về chủng loại và số lượng. Với điều kiện

đường giao thông nông thôn tại Việt Nam có độ bám bề mặt thấp, vấn đề trượt của
bánh xe thường xuyên xảy ra. Từ đó rất cần một ô tô có hệ thống phanh tốt, độ tin
cậy cao mới có tăng tính an toàn cho con người, tính kinh tế nhiên liệu và hiệu quả
vận chuyển hàng hóa của ôtô.
Theo thống kê khoảng 10% số vụ tai nạn xảy ra trong trường hợp cần dừng
khẩn cấp, tài xế đạp phanh mạnh đột ngột làm xe bị rê bánh và trượt, dẫn đến khả
năng mất tính điều khiển hoặc mất tính ổn định của ô tô. Hệ thống phanh có trang bị
ABS giúp khắc phục tình trạng này và giúp hạn chế phụ thuộc vào kỹ thuật phanh
của người lái. Theo thống kê của Ủy ban An toàn giao thông Quốc gia, ở Việt Nam
tai nạn giao thông luôn ở mức cao về số vụ và tính chất nguy hiểm. Cụ thể:
Bảng 1.1 Số liệu thống kê các vụ tai nạn giao thông tại việt nam từ 2011 đến 2015

Năm

2011

2012

2013

2014

Số vụ tai nạn
Số người chết
Số người bị thương

44.548
11.395
48.734

36.376
9.838
38.060

30.874
9.627
31.982

25.322
8.996
24.417

2015
(3 tháng đầu)
5.800
2.345
5.488

Hệ thống phanh có điều khiển được coi là hệ thống phanh tích cực và hệ
thống không thể thiếu trên ô tô ở nhiều quốc gia, còn tại Việt Nam, đây vẫn là thiết
bị chưa bắt buộc phải trang bị trên các dòng xe tải có trọng tải nhỏ. Hầu hết các cơ
sở sản xuất lắp ráp ô tô trong nước chưa nghiên cứu để làm chủ công nghệ đó và
phát triển thương mại sản phẩm xe tải lắp ráp hệ thống phanh tích cực. Các liên
doanh ô tô cũng không nghiên cứu sản phẩm này tại Việt Nam mà chỉ lắp ráp từ
9


phụ kiện nhập ngoại. Tuy nhiên với điều kiện khí hậu và đặc điểm cơ sở hạ tầng
giao thông vận tải nước ta còn rất kém chất lượng, nên khi xe ô tô tham gia giao
thông thường xuyên xảy ra hiện tượng trượt dẫn tới nguy hiểm tính mạng cho người

tham gia giao thông. Vì vậy, nhằm nâng cao tính năng an toàn, chất lượng và khả
năng cạnh tranh của ô tô tải sản xuất lắp ráp trong nước. Do vậy, đề tài “Nghiên
cứu khảo sát sự biến thiên mô men phanh trong hệ thống phanh khí nén có
ABS”là rất cần thiết.
1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ CÓ ĐIỀU KHIỂN
1.2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống phanh ABS
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) nằm trong
hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại. Hệ thống sẽ điều khiển chống bó cứng
các bánh xe trong quá trình phanh, giúp tăng độ ổn định của xe, rút ngắn quãng
đường phanh, tăng khả năng điều khiển quay vòng ô tô trong trường hợp cần thiết
phải tránh chướng ngại vật.

Hình 1.1 So sánh xe có ABS và không có ABS

Lịch sử phát triển của hệ thống phanh và phanh ABS qua các thời kì sau:
 Năm 1924: Khai sinh hệ thống phanh thủy lực và đến năm 1931 thì tăng tính

an toàn phanh với dẫn động hai dòng;

10



Năm 1951: Ứng dụng dạng phanh đĩa.



Năm 1952 đến 1963 là thời kỳ ứng dụng trợ lực thủy lực và chân không..



Năm 1969 Hệ thống phanh ABS ra đời.




Năm 1978: Hệ thống phanh ABS bắt đầu có ứng dụng thương mại trên ô tô.
ABS tác động vào hệ thống dẫn động thủy lực nhằm giữ, giảm hoặc tăng áp
suất phanh dẫn đến các xi lanh phanh bánh xe để chống trượt lết trong quá
trình phanh.



Năm 1989: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống chống trượt
quay TSC. Hệ thống này điều khiển bằng cách điều chỉnh giá trị của mô men
phanh và mô men được truyền từ động cơ đến các bánh xe. Hệ thống này còn
có khả năng điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động cơ nhằm hạn chế trượt
quay bánh xe do thừa mô men. Tuy nhiên tại thời điểm đó, số kênh điều
khiển hệ thống còn ít, chỉ điều khiển một kênh, hoặc hai kênh cho toàn bộ
các cầu hoặc một cầu xe và sử dụng van điều hòa lực phanh bằng cơ khí để
phân phối áp suất phanh đến các bánh.



Năm 1994: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống cân bằng điện
tử EBD. Hệ thống điện tử dần thay thế các hệ thống cơ khí, hệ thống phanh
ABS trong hệ thống đã bắt đầu điều khiển nhiều kênh, điều khiển từng bánh xe
độc lập.
EBD (Electronic Brake-force Distribution) - Bộ phận phân phối lực phanh

được lắp thêm vào hệ thống phanh nhằm phân phối lực phanh của từng bánh xe một
cách hợp lý theo tải trọng tác dụng khi phanh. Nguyên lý làm việc của bộ EBD về
cơ bản gần giống với ABS. Tuy nhiên, để nhận biết được tải trọng tác dụng lên các
bánh xe thay đổi thì trong bộ EBD cần có thêm cảm biến G (G-sensor) lắp ở vị trí
gần trọng tâm xe.

11


Hình 1.2 So sánh xe có EBD và không có EBD

Khi phanh, nếu cảm biến nghiêng về bánh xe nào cảm biến G sẽ xuất tín hiệu
G+, bánh xe phía đối diện sẽ là G-, tín hiệu này áp dụng cho cầu trước và cầu sau
hoặc dãy bánh xe phía bên trái hoặc bên phải. Khi phanh nếu phía nào nhận tín hiệu
G+ thì phía đó được điều khiển để tăng áp và ngược lại.
Chúng ta đều biết rằng khi phanh xe trên đường thẳng, tải trọng của xe có xu
hướng dồn về phía trước, làm tăng tải cho cầu trước và giảm tải cho cầu sau. Sự
tăng tải cho các cầu ở phía trước phụ thuộc vào mức độ phanh gấp xe. Thậm chí
trong trường hợp phanh quá gấp có thể dẫn đến các bánh xe bị trượt lết, làm mất
khả năng bám của lốp xe với đường gây mất an toàn cho xe.
Cũng tương tự như vậy cho trường hợp phanh khi xe quay vòng hoặc chuyển
làn, các bánh xe phía bên ngoài vòng cua có xu hướng tăng tải và giảm tải cho các
bánh xe phía bên trong do có lực ly tâm, mức độ tăng giảm phụ thuộc vào vận tốc
chuyển động và mức độ ngoặt của vòng cua.
1.2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam
Trong thời gian qua đã có một số nhà khoa học của Việt Nam nghiên cứu về
hệ thống phanh ABS như:
- GS.TS Nguyễn Hữu Cẩn với công trình nghiên cứu các vấn đề cơ bản về lý
thuyết phanh ô tô, chỉ tiêu đánh giá chất lượng và các thành tựu mới trong tính toán
hệ thống phanh.

12


- Năm 1996, luận văn thạc sĩ của tác giả Nguyễn Mạnh Cường đã nghiên cứu
các nguyên lý chung của hệ thống ABS, ảnh hưởng tương tác lốp với mặt đường và
mô hình tính toán phanh, đề cập phương pháp điều khiển phanh theo giá trị độ trượt
tối ưu.
- Năm 2004, Luận án tiến sĩ của Dương Tiến Minh tại Học viện Kỹ thuật
Quân sự với đề tài “Nghiên cứu chất lượng phanh ô tô quân sự với hệ thống phanh
có lắp điều hòa lực phanh”. Đề tài nghiên cứu nâng cao chất lượng phanh ô tô quân
sự với hệ thống phanh có lắp bộ điều hòa lực phanh đã xây dựng mô không gian
hình tính toán cho xe hai cầu, mô hình khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố kết cấu và
điều kiện sử dụng đến chất lượng phanh. Đề tài tiến hành mô phỏng ở các trường
hợp vận tốc, mức tải và các loại đường khác nhau.
- Năm 2006, luận văn thạc sĩ của Nguyễn Đức Hạnh tại đại học Bách khoa
Hà Nội “Mô phỏng hệ thống phanh ABS trên ô tô mô hình thực tế, kết nối với máy
tính” đã chế tạo mô hình ¼ hệ thống phanh ABS theo nguyên mẫu của xe Toyota
Camry sản xuất từ năm 1995. Đề tài nghiên cứu các phương pháp điều khiển quá
trình phanh và lựa chọn phương án điều khiển theo độ trượt của bánh xe sau đó chế
tạo ECU và phần mềm giao tiếp với máy tính. Nghiên cứu đã chế tạo đầy đủ mô
hình và thử nghiệm cho các kết quả sát thực.
- Năm 2009, Luận án tiến sĩ của Nguyễn Văn Tiềm tại đại học Giao thông
Vận tải “Nghiên cứu xây dựng hệ điều khiển chuyển động thích nghi trên cơ sở
logic mờ và mạng nơ ron nhân tạo” đã xây dựng trên mô hình mô phỏng ¼ xe. Tác
giả xây dựng được hai mô hình hệ thống điều khiển thích nghi hệ phi tuyến, ứng
dụng khảo sát hệ thống điều khiển chuyển động tương đối và bài toán điều khiển
chống bó cứng bánh xe khi phanh.
- Năm 2010, Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Sỹ Đỉnh tại Học viện Kỹ
thuật Quân sự nghiên cứ thiết lập mô hình tính toán động lực học dẫn động phanh
thủy lực theo mô hình đàn hồi và lắp đặt thử nghiệm hệ thống ABS lên xe UAZ 31512 nhằm nâng các chất lượng xe chỉ huy trong quân đội.

13


- Năm 2011, luận văn thạc sĩ của Nguyễn Thanh Tùng tại đại học Bách khoa
Hà Nội “Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển để đạt lực phanh tối ưu trong hệ thống
ABS” đã phân tích và chọn mô hình xe ¼ để nghiên cứu, khảo sát đặc tính làm việc
của hệ thống phanh ABS. Bên cạnh đó, đề tài đề xuất kỹ thuật điều khiển hệ thống
phanh ABS nhằm tối ưu lực phanh với việc tăng tần số điều khiển.
- Năm 2012, Luận án tiến sĩ của Lại Năng Vũ tại đại học Bách khoa Hà Nội
“Nghiên cứu hệ thống điều khiển quá trình phanh ô tô” đã nghiên cứu về hệ thống
phanh thủy lực có trợ lực chân không cho xe du lịch 5 chỗ. Đề tài nghiên cứu xây
dựng thuật toán điều khiển và thiết chế bộ điều khiển điện tử điều khiển quá trình
phanh trên cơ sở cải tiến lắp đặt hệ thống phanh ABS của hãng Toyota lên xe
Camry sản xuất năm 2001.
- Năm 2013, luận văn thạc sĩ của Nguyễn Trung Kiên tại đại học Bách khoa
Hà Nội “Nghiên cứu mô phỏng hệ thống phanh khí nén có ABS” đã nghiên cứu xây
dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh ABS khí nén dựa trên phần mềm Matlab,
thuật toán điều khiển dựa trên đánh giá độ trượt các bánh xe trong quá trình phanh.
Đề tài mới chỉ nghiên cứu mô hình mô phỏng trên máy tính với các điều kiện biên
để đơn giản hóa mô hình mô phỏng.
- Năm 2014, Tác giả Hồ Hữu Hải chủ nhiệm đề tài nghiên cứu khoa học và
công nghệ trọng điểm cấp Nhà nước “Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ
thống ABS cho hệ thống phanh khí nén trên ô tô tải sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam”
đã xây dựng thuật toán điều khiển, tiến hành chế tạo cụm cơ cấu chấp hành, cụm
cảm biến đo tốc độ góc bánh xe và bộ điều khiển điện tử cho xe tải sản xuất tại Việt
Nam. Đề tài đã tiến hành thực nghiệm quá trình điều khiển phanh với xe cụ thể, ở
các mức tải, vận tốc và nhiều loại đường khác nhau.
Trong thời gian qua, việc nghiên cứu về hệ thống phanh đa phần về hệ thống
phanh dầu có điều khiển còn hệ thống phanh khí có điều khiển thì rất hạn chế và

chưa có công trình nghiên cứu toàn diện và đầy đủ hệ thống này trên xe cụ thể.
Do đó, nghiên cứu quá trình phanh khí nén có điều khiển nhằm nâng cao
hiệu quả phanh, chất lượng điều khiển phanh, thiết kế chế tạo và cải tiến các cụm
14


chi tiết trong hệ thống thật sự cần thiết trong nghiên cứu, lắp ráp, chế tạo đối với
ngành công nghiệp ô tô trong nước và các đơn vị nghiên cứu.
1.2.3 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Hệ thống phanh ABS lần đầu tiên được lắp trên ôtô vào năm 1969. Sau đó,
hệ thống ABS đã được nhiều công ty sản xuất ôtô nghiên cứu và đưa vào ứng dụng
từ những năm 1970.
Công ty Toyota sử dụng lần đầu tiên cho các xe tại Nhật từ năm 1971, đây là
hệ thống phanh ABS 1 kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau. Nhưng phải đến
thập niên 1980 hệ thống này mới được phát triển mạnh nhờ hệ thống điều khiển kỹ
thuật số, vi xử lý (digital microprocessors/microcontrollers) thay cho các hệ thống
điều khiển tương tự (analog) đơn giản trước đó.
Lúc đầu hệ thống phanh ABS chỉ được lắp trên các xe du lịch cao cấp, đắt
tiền, được trang bị theo yêu cầu và theo thị trường. Dần dần hệ thống này được đưa
vào sử dụng rộng rãi hơn, đến nay ABS gần như đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc
cho tất cả các loại xe tải, một số xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở
những vùng có đường băng, tuyết dễ trơn trượt. Hệ thống phanh ABS không chỉ
được thiết kế trên các hệ thống phanh thủy lực, mà còn ứng dụng rộng rãi trên các
hệ thống phanh khí nén của các xe tải và xe khách lớn.
Trên thế giới đã có rất nhiều nhà nghiên cứu về lĩnh vực này. Qua nghiên
cứu một số đề tài thì mỗi đề tài có mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
khác nhau, vì vậy mỗi để tài đạt được kết quả nhất định trong đó nổi trội lên là:
* Năm 2004: “wheel slip control with moving slipding surface for traction
control system” của K.CHUN và M.SUNWOO đại học Hanyang –seoul-Hàn Quốc
(trong đó tác giả đã phân tích được quá trình điều khiển, tiến hành mô phỏng bằng

phần mềm Matlab- Simulink và được thử nghiệm trên xe điện (electric car) công
trình đã đạt được:
- Đã tính tới yếu tố thời gian tăng tốc và thời gian phản ứng của hệ thống
- Mô phỏng được quá trình điều khiển
- Kiểm nghiệm trong phòng thí nghiệm trên loại xe điện nhỏ
15


Hạn chế của đề tài:
- Mới chỉ kiểm nghiệm dưới dạng mô hình đơn giản
- Mô hình mới kiểm tra được trên xe điện, không xét tới hệ thống phanh
dùng dẫn động khí nén
* Năm 2002 “A Simulation Model for Vehicle Braking Systems Fitted with
ABS” của tác giả Terry D. Day Sydney G. Roberts thuộc tập đoàn Engineering
Dynamics Corporation, trong đó tác giả đã phân tích được quá trình điều khiển của
ABS, phạm vi điều khiển của ABS và ảnh hưởng của hệ số bám, vận tốc phanh đến
quãng đường phanh. Tuy nhiên hạn chế của đề tài mới chỉ nghiên cứu về quy trình,
quá trình điều khiển của ABS và ảnh hưởng của hệ thống phanh có trang bị ABS
tới áp suất phanh trong hệ thống, tới quãng đường phanh và vận tốc góc của bánh
xe. Đề tài giới hạn trong hệ thống phanh thủy lực, chưa xét đến động lực học phanh
khí nén.
* Năm 2011, các tác giả Guoye Wang, Yanli Feng, Juanli Zhang, Fang Wang
công bố công trình: Nghiên cứu tính toán độ trượt để nâng cao hiệu quả điều khiển
phanh ABS. Nghiên cứu tập trung ở mức độ trượt tấp, đánh giá độ ảnh hưởng đến
hiệu quả điều khiển phanh ABS. Các tác giả đã xây dựng mô hình của hệ thống thử
nghiệm dựa trên Matlab Simulink với xe tham khảo là xe Chery A3. Trong nghiên
cứu này, tác giả đã thực hiện mô phỏng và phân tích mức độ điều khiển hoạt động
của ABS trên các loại được có hệ số bám khác nhau. Kết quả nghiên cứu cho thấy
việc điều khiển ABS với các điều kiện đường khác nhau có thể đánh giá dựa trên hệ
thống theo dõi độ trượt của bánh xe. Bánh xe được điều khiển để duy trì độ trượt ở

mức độ tối ưu. Với biện pháp điều khiển này trong nghiên cứu này, các lốp xe còn
tăng được tuổi thọ do giảm độ mòn, giảm tiếng ồn. Đây là ưu điểm lớn của thí
nghiệm so với các thí nghiệm kiểm tra hiệu quả quá trình điều khiển phanh ABS
trước đây. Tuy nhiên nghiên cứu còn hạn chế ở chỗ chỉ khảo sát ở độ trược thấp
trong khi thực tế hoạt động thì bánh xe lại có độ trượt nằm trong phạm vi lớn. Do
đó kết quả nghiên cứu chỉ phù hợp với một số điều kiện hoạt động cụ thể của xe.

16


* Nghiên cứu phương pháp điều khiển trượt cho một hệ thống điều khiển lực
kéo TCS (Traction Control System) được sử dụng ở nhiều xe do Dong- Chul Shin,
kyungky-do nghiên cứu và được cấp bằng sáng chế 01/01/2002.
Phương pháp này bao gồm các bước tạo ra các biến để kiểm soát đầu ra động
cơ theo tốc độ của từng bánh xe sau khi một trạng thái lái được xác định bằng cách
sử dụng tốc độ bánh xe, độ mở bướm ga, và vị trí bàn đạp ga; xác định xem TCS
yêu cầu kích hoạt theo các biến được tạo ra và xác định tình trạng lái; tạo ra một
biến điều khiển đầu tiên để kiểm soát lực kéo sau khi thực hiện kiểm soát lực kéo
ban đầu nếu nó được xác định rằng việc kiểm soát độ bám đường ngay lập tức trước
đó đã không được thực hiện, và trực tiếp tạo ra một biến kiểm soát thứ hai để kiểm
soát lực kéo nếu nó được xác định rằng việc kiểm soát độ bám đường ngay lập tức
trước đó đã được thực hiện, biến điều khiển đầu tiên và các biến điều khiển thứ hai
được tạo ra nếu nó được xác định ở bước trên rằng TCS yêu cầu kích hoạt và kiểm
soát tốc độ ở bánh xe thông qua điều khiển đầu ra động cơ,điều khiển công suất
động động cơ được thực hiện bằng cách thay đổi việc mở bướm ga theo một trong
hai biến điều khiển đầu tiên hoặc các biến điều khiển thứ hai.

Hình 1.3 Sơ đồ xe và các yếu tố điều khiển trượt tương ứng

17

Hình 1.4 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển của hệ thống

Theo hình 1.3 và 1.4 mô tả một hệ thống phanh khí có điều khiển với thuật
toán điều khiển hệ thống TCS. Hệ thống điều khiển này bao gồm một hệ thống
kiểm soát áp suất phanh; một hệ thống thay đổi thời điểm đánh lửa và lượng phun
nhiên liệu, qua đó kiểm soát đầu ra động cơ; một hệ thống điều khiển bướm ga để
kiểm soát đầu vào động cơ; và một hệ thống sử dụng hỗn hợp gồm hai hay nhiều
hơn các phương pháp này. Hệ thống kiểm soát bướm ga để điều khiển công suất
động cơ được phân loại lại thành hai loại: hệ thống truyền động bướm ga chính và
hệ thống bướm ga đôi.
Đặc biệt hệ thống TCS này không những kiểm soát lực kéo, ngăn ngừa sự
trượt quá mức của bánh xe lái trên đường khi tăng tốc hay bắt đầu từ trạng thái
18


dừng mà còn duy trì xe ở một bán kính cua mong muốn qua đó nâng cao hiệu suất
cua. Khả năng đó thực hiện bằng cách kiểm soát cường độ lái truyền tới các bánh từ
động cơ .
Các hãng lớn như Wabco, Bendix, Bosch … đều có các nghiên cứu rất sâu
về ABS cùng với hệ thống phòng thí nghiệm tối ưu các kết cấu cũng như thuật toán
điều khiển và thiết kế bộ điều khiển. Sản phẩm của các hãng được thử nghiệm, tối
ưu hóa thiết kế và được sản xuất, thương mại hóa sản phẩm để lắp đặt trên xe ô tô
trên thế giới. Tuy nhiên tài liệu nghiên cứu lại không công bố, chỉ đưa ra dưới dạng
hướng dẫn sử dụng và giới thiệu sản phẩm. Vì vậy việc tập nghiên cứu nhằm phục
vụ khai thác ở Việt Nam rất khó khăn.
1.3 HỆ THỐNG PHANH KHÍ CÓ ĐIỀU KHIỂN ABS
1.3.1 Sơ đồ nguyên lý chung hệ thống phanh khí có điều khiển

Hình 1.5 Sơ đồ đơn giản một mạch điều khiển phanh ABS

Hệ thống phanh có điều khiển trên ô tô được bố trí cho dẫn động phanh khí
nén với các nguyên lý tổng quát thể hiện trên hình 1.3.
Trong hệ thống phanh có điều khiển nói chung là một hệ thống tự động điều
chỉnh áp suất khí đưa vào cụm cơ cấu chấp hành tác động vào bánh xe sao cho phù
hợp với chế độ lăn của bánh xe nhằm loại trừ khả năng trượt của bánh xe khi phanh
đảm bảo hiệu quả phanh và ổn định hướng chuyển động của ô tô. Đối với phanh
19


khí, bộ chấp hành là tổng hợp các van điện từ điều chỉnh áp xuất đến các bầu phanh
bánh xe.Ngoài ra trong hệ thống còn có nguồn bổ sung năng lượng như: bình tích
năng giảm xung, van an toàn hệ thống…
Ngày nay, hệ thống phanh có điều khiển trở nên phổ biến đối với xe con, xe
du lịch hiện đại đặc biệt là với xe chở khách và một số loại xe tải. Chính vì lý do
này mà nhiều quốc gia quy định bắt buộc các hãng xe sản xuất phải có hệ thống
điều khiển chống trượt. Riêng với nước ta, tỷ lệ xe tải có lắp đặt hệ thống phanh có
điều khiển chống trượt hầu như chỉ có ở các chủng loại xe nhập khẩu còn với các xe
sản xuất trong nước đa phần chưa được trang bị. Với sự phát triển không ngừng của
ngành công nghệ ô tô, hiện nay hệ thống phanh có điều khiển rất đa dạng và phức
tạp đều áp dụng trên nền tảng hệ thống phanh có ABS hay nói cách khác là hệ thống
phanh có ABS mở rộng hay liên hợp.
1.3.2 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của các phần tử trong hệ thống phanh ABS
Hệ thống ABS được thiết kế dựa trên cấu tạo của một hệ thống phanh
thường. Ngoài các cụm bộ phận chính của một hệ thống phanh bình thường, để thực
hiện chức năng chống hãm cứng bánh xe khi phanh, thì hệ thống ABS cần trang bị
thêm các bộ phận như cảm biến tốc độ bánh xe, hộp ECU, bộ chấp hành ABS, bộ
phận chẩn đoán, báo lỗi...

Hình 1.6 Sơ đồ hệ thống phanh có điều khiển cơ bản

20


a. Cảm biến vận tốc góc bánh xe
Cấu tạo và bố trí chung của bộ cảm biến tốc độ bánh xe thể hiện như hình 1.5

Hình 1.7 Cảm biến đo tốc độ góc bánh xe loại điện từ

Cấu tạo bộ đo vận tốc góc bánh xe: Gồm một lõi thép từ (nam châm vĩnh
cửu) trên lõi thép có cuộn dây tín hiệu (cảm biến), một rô to dạng vành cùng quay
với bánh xe (vành răng). Cảm biến và vành răng có khoảng cách được lắp ráp theo
tiêu chuẩn sao cho có thể cung cấp tín hiệu đầu vào là xung vuông cho ECU
(Electronic Control Unit).
Nguyên lý làm việc: Khi bánh xe ô tô quay dẫn đến vành răng quay làm cho
từ thông của nam châm vĩnh cửu đi qua cuộn dây luôn thay đổi về chiều và giá trị.
Trong cuộn dây phát sinh suất điện động xoay chiều có đặc tính thể hiện như hình
vẽ trên (hình sin có chu kỳ phụ thuộc tốc độ vành răng). Tùy thuộc số lượng xung
trong một đơn vị thời gian ta xác định được tốc độ góc của bánh xe khi phanh.
b. Cơ cấu chấp hành ABS
Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ ECU thực hiện điều khiển các van điện từ
đóng, mở đường khí nén từ bình tới các bầu phanh phù hợp với chế độ tăng áp, giữ
áp hay giảm áp, bảo đảm cho bánh xe làm việc trong vùng có độ trượt tối ưu
λ = 15 − 30%

tránh hãm cứng bánh xe.

Cấu tạo cụm van ABS gồm tổ hợp gồm các van điện từ, được bố trí trong các
đường dẫn khí bao bọc bởi vỏ van. Tín hiệu điều khiển các van điện từ là các tín

hiệu điện. Với điện áp 24V theo nguyên lý đóng (ON), ngắt (OFF). Ở trạng thái
21


bình thường, van điện từ cửa nạp (van cửa A _ van giữ) ở trạng thái thường đóng,
còn van điện từ cửa xả (van cửa B_ van giảm) ở trạng thái thường mở.
* Nguyên lý làm việc của bộ chấp hành.
- Trạng thái tăng áp:

Hình 1.8 Trạng thái tăng áp của van ABS

Ở trạng thái tăng áp, van giữ đóng, van giảm mở. Hệ thống phanh làm việc
như chế độ bình thường (không có ABS), áp suất trong bầu phanh tăng theo mức độ
mở của van phân phối. Dòng khí từ bình qua van gia tốc vào cửanạp, đẩy màng cao
su mở cửa nạp. Lúc này, do cửa B mở nên dòng khí theo của B vào phía sau màng
cao su cửa xả, do áp suất hai bên màng cửaxả như nhau nên cửa xả được đóng,
dòng khí nén có áp suất phù hợp đi vào bầu phanh thực hiện quay cam ép cơ cấu
phanh thực hiện quá trình phanh xe.

22


-Trạng thái giữ áp:

Hình 1.9 Trạng thái giữ áp của van ABS

ECU thu thập tín hiệu từ các cảm biến dưới bánh xe, kiểm tra và phát hiện sự
bó cứng, khi bánh xe bắt đầu có biểu hiện bó cứng, ECU phát tín hiệu cấp điện áp
điều khiển cuộn dây điện từ của van giữ, mở cửa A. Lúc này, áp suất hai bên màng
cao su cửa nạp như nhau, nên đóng kín cửa nạp. Vậy 2 cửa nạp và xả được đóng

kín, áp suất trong bầu phanh được giữ không đổi.
-Trạng thái giảm áp.
Khi bánh xe bị bó cứng, ECU điều khiển cấp điện áp tới cả 2 cuộn dây điện
từ của 2 van, thực hiện đóng van nạp, mở van xả. Lúc này, van xả được đóng, áp
suất hai bên màng cao su chênh lệch nhau, thực hiện mở van cửa xả và van cửa nạp
được đóng kín. Do đó, khí trong bầu phanh được xả nhanh ra ngoài, thực hiện quá
trình giảm áp.

23


Hình 1.10 Trạng thái giảm áp của van ABS

Ba chế độ làm việc này được điều khiển bởi ECU điện tử, phụ thuộc vào tín
hiệu cảm biến tốc độ góc từ các bánh xe, chế độ hoạt động của các van được mô tả
theo bảng dưới đây.
Bảng 1.2 Bảng chế độ hoạt động của các van ABS

Chế độ hoạt động
Khi phanh bình thường

Van giữ áp
Cửa A đóng

Van giảm áp
Cửa B mở

(ABS không hoạt động)

(OFF)

Cửa A mở

(OFF)
Cửa B đóng

(ON)
Cửa A mở

(ON)
Cửa B mở

(ON)
Cửa A đóng

(OFF)
Cửa B mở

(OFF)

(OFF)

Khi phanh gấp hoặc
trên đường có hệ số
bám khác nhau.
(ABS hoạt động)

Chế độ giảm áp
Chế độ giữ áp
Chế độ tăng áp

c. ECU- ABS
Bộ điều khiển trung tâm (ECU- ABS) là một máy tính cỡ nhỏ làm việc theo
chương trình định sẵn, tín hiệu điều khiển van điện từ phụ thuộc vào tín hiệu cảm
biến và chương trình vi xử lý.
Trong ECU-ABS có bố trí bộ tạo xung để đảm bảo nhịp độ làm việc của hệ
thống. Các thông tin đưa vào được nhớ theo địa chỉ trong các bộ nhớ của ECU và
liên tục được xử lý. Điều khiển hệ thống là bộ vi xử lý, cấu trúc bộ vi xử lý là một
mảng vi mạch điện tử chứa các thuật toán và mạch xử lý logic…
24


Tại ECU –ABS: gia tốc góc bánh xe được đo và quy đổi thành vận tốc thực
tế ô tô được xác định. Cùng với các giá trị xác lập sẵn của độ trượt, gia tốc giới hạn.
Từ đó, đưa các tín hiệu điều khiển cơ cấu chấp hành thực hiện quá trình phanh.Nếu
một sự cố xảy ra ở bất cứ bộ phận nào trong hệ thống tín hiệu, đèn báo ABS trên
đồng hồ táp lô sẽ sang báo sự cố xảy ra. Các tín hiệu sai lệch so với mức chuẩn
được bộ nhớ lưu trữ và chuyển thành tín hiệu báo lỗi. Các lỗi được mã hóa và có thể
đọc được khi cần.
Bộ điều khiển điện tử bao gồm các thành phần sau:
* Khối thu và xử lý tín hiệu từ cảm biến: nhằm gửi các tín hiệu gửi về ECU
từ tín hiệu của bốn cảm biến vận tốc góc bánh xe, tín hiệu bàn đạp phanh, tín hiệu
IG (tín hiệu đánh lửa của động cơ), tín hiệu báo trạng thái rơ le van điện từ.
Tín hiệu vận tốc góc bánh xe là tín hiệu điện hình sin xoay chiều có biên độ
và tần số thay đổi, vì vậy trước khi đưa vào vi điều khiển cần được chuẩn hóa thành
xung vuông 5V. Bộ phận này được tích hợp sẵn trong cảm biến.

Hình 1.11 Sơ đồ tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc góc bánh xe

Các tín hiệu bàn đạp phanh, công tắc phanh tay, đều là dạng tín hiệu số gián
đoạn với mức cao là 24V, mức thấp là 0V do công tắc hành trình tạo ra. Do đó, để

xử lý các tín hiệu này phù hợp với mức làm việc của vi điều khiển, dùng điện trở
phân áp sao cho phù hợp với mức logic của vi điều khiển (mức cao > 2,5V, mức
thấp < 1V).
25