nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh chống bó cứng cho xe gắn máy ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HUỲNH VĂN LỘC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM
HỆ THỐNG PHANH CHỐNG BÓ CỨNG
CHO XE GẮN MÁY Ở VIỆT NAM
S

K

C

0

0

3

9
6

5
1

9
3

NGÀNH: KHAI THÁC & BẢO TRÌ Ô TÔ MÁY KÉO - 605246

S KC 0 0 3 7 3 2

Tp. Hồ Chí Minh, 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
HUỲNH VĂN LỘC

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM
HỆ THỐNG PHANH CHỐNG BÓ CỨNG
CHO XE GẮN MÁY Ở VIỆT NAM

NGÀNH: KHAI THÁC VÀ BẢO TRÌ Ô TÔ – MÁY KÉO- 605246
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS NGUYỄN LÊ NINH

i

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên:

HUỲNH VĂN LỘC

Ngày, tháng, năm sinh:

1982

Giới tính: Nam
Nơi sinh: Tiền Giang

Quê quán: xã Hậu Mỹ Bắc A, Cái Bè, Tiền Giang

Dân tộc: Kinh

Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Giảng viên, Trƣờng
Đại học Tiền Giang
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 3 Ngô Quyền, Tp.Mỹ Tho, Tiền Giang
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng: 0907.171921

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……

Nơi học (trƣờng, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 09/2000 đến 02/2005

Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh
Ngành học: Cơ khí động lực
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Cấu tạo và hoạt động của hộp số
tự động
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 25/02/2005, khoa Cơ khí
động lực (xƣởng Gầm).
Ngƣời hƣớng dẫn: KS. Huỳnh Phƣớc Sơn
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 05/2009 đến 05/ 2011

Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh
Ngành học: Khai thác và bảo trì ô tô – máy kéo
ii


Tên luận văn: Nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh chống bó
cứng cho xe gắn máy ở Việt Nam
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 10/2012, Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.
Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS NGUYỄN LÊ NINH
4. Tiến sĩ:

Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……

Tại (trƣờng, viện, nƣớc):
Tên luận án:
Ngƣời hƣớng dẫn:
Ngày & nơi bảo vệ:
5. Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): Tiếng Anh, tƣơng đƣơng B1
Châu Âu
6. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi
cấp: Kỹ sƣ Cơ khí động lực; Số hiệu bằng: C.630136, Số vào sổ: 8755, cấp ngày 28
tháng 04 năm 2005 bởi Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

03/2005 đến 08/2006

Công ty Toyota Hùng Vƣơng

09/2006 đến nay

Trƣờng Đại Học Tiền Giang

Kỹ thuật viên, trợ lý Cố vấn

dịch vụ
Giảng dạy

IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ:

XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC
(Ký tên, đóng dấu)

Ngày

tháng

năm 2012

Ngƣời khai ký tên

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2012
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

iv


CẢM TẠ

Để hoàn thành đƣợc đề tài này, ngƣời thực hiện đề tài, HUỲNH VĂN LỘC, xin gửi
lời cảm ơn chân thành đến:
 PGS.TS NGUYỄN LÊ NINH – Hƣớng dẫn khoa học đề tài;
 Trung tâm ứng dụng kỹ thuật và chuyển giao công nghệ - Đại học
Tiền Giang – Hỗ trợ địa điểm, trang thiết bị, dụng cụ thực hiện đề tài;
 ThS. Trần Thanh Phong – Giảng viên Bộ môn Điện – Điện tử trƣờng
Đại học Tiền Giang – Tƣ vấn, hỗ trợ phần điện tử;
 Lãnh đạo khoa Kỹ Thuật Công Nghiệp, Bộ môn Cơ khí – Đại học
Tiền Giang – Động viên, khích lệ tinh thần;
 Tập thể lớp CKO – khoá 2009A – Tƣ vấn góp ý về chuyên môn, động
viên tinh thần;
 KS. Huỳnh Ngọc Lƣợng – Trung tâm Ứng dụng kỹ thuật và chuyển
giao công nghệ - Đại học Tiền Giang – Thử nghiệm xe;
 KS. Nguyễn Văn Phô – Khoa Cơ khí, Trƣờng Cao đẳng nghề Tiền
Giang – Thử nghiệm xe;
 Cử nhân Nguyễn Quốc Giang – Thử nghiệm xe;
 Cử nhân Nguyễn Văn Quân – Thử nghiệm xe;

v


TÓM TẮT
Đề tài “Nghiên cứu chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh chống bó cứng cho xe
gắn máy ở Việt Nam” đƣợc thực hiện từ ngày 01 tháng 9 năm 2010 tại trƣờng Đại
Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh. Nhiệm vụ của đề tài là giải quyết vấn đề
giảm tai nạn cho xe gắn máy có phanh đĩa bằng công nghệ phanh chống bó cứng
điều khiển bằng điện tử.
Hệ thống chống bó cứng đƣợc chế tạo sử dụng cơ cấu chấp hành của hệ thống
chống bó cứng trên ô tô. Cảm biến là loại cảm biến tiệm cận, họ E2A của hãng
Omron, sử dụng đĩa phanh của xe để cắt răng cảm biến. Hộp điều khiển đƣợc chế

tạo lại hoàn toàn cho phù hợp với điều kiện giao thông và khí hậu của Việt Nam.
Đề tài đƣợc thử nghiệm dựa theo TCVN 6824:2001. Xe đƣợc thử trên đƣờng có hệ
số bám cao, thấp, từ thấp sang cao và từ cao sang thấp. Mỗi trƣờng hợp lấy 05 mẫu,
tính quãng đƣờng phanh trung bình của các mẫu để so sánh với tiêu chuẩn.
Kết quả thử nghiệm đã chứng minh hệ thống chống bó cứng đã chế tạo hoạt động
tốt, quãng đƣờng phanh đạt TCVN 6824:2001 và độ ổn định của xe khi phanh cao.

ABSTRACT
Topic “Manufacturing research and test the antilock braking system for motorcycles
in Viet Nam” was carried out from September 1, 2010 at the University of
Technical Education of Ho Chi Minh City. The mission of this project is to solve
the problem for motorcycle accident reduction with disc brakes with antilock brakes
with electronic control.
Antilock braking system built using the actuator of the antilock braking system on
the car. Type of sensors is proximity sensor, E2A family of Omron, the vehicle‟s
brake discs are cut for sensor rings. Electronic Control Unit is made entirely in
accordance with traffic conditions and climate of Viet Nam.
Subject tested according to Viet Nam Standard 6824:2001. Testing vehicle on road
on a high sticking coefficient, low sticking coefficient, from low to high and from
high to low. Each case took five samples, the average braking distance of samples
to compare with the standard.
Test results have prven antilock braking system produced to work well, reach Viet
Nam Standard 6824:2001 and high stability of the vehicle when braking.

vi


MỤC LỤC
TRANG
LÝ LỊCH KHOA HỌC ......................................................................................... ii

LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. iv
CẢM TẠ ................................................................................................................ v
TÓM TẮT ............................................................................................................. vi
MỤC LỤC............................................................................................................ vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH ................................................................................... xi
DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................ xiv
Chƣơng 1: TỔNG QUAN...................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1
1.2 Lí do chọn đề tài .............................................................................................. 1
1.3 Mục đích của đề tài .......................................................................................... 3
1.4 Đối tƣợng và giới hạn của đề tài ...................................................................... 3
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................. 3
1.6 Nội dung nghiên cứu........................................................................................ 3
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT ........................................................................... 5
2.1 Sự xuất hiện của kết cấu phanh chống bó cứng trong kỹ thuật xe cơ giới .......... 5
2.2 Phanh chống bó cứng trên ô tô ở Việt Nam ...................................................... 7
2.2.1 Cảm biến tốc độ bánh xe........................................................................... 8
2.2.2 Cảm biến giảm tốc .................................................................................... 9
2.2.3 Bộ chấp hành .......................................................................................... 11
2.2.4 Hộp điều khiển (ECU) ............................................................................ 12
2.3 Phanh chống bó cứng trên xe gắn máy ở nƣớc ngoài...................................... 17
vii


2.3.1 Hệ thống phanh kết hợp .......................................................................... 18
2.3.2 Hệ thống phanh ABS .............................................................................. 19
2.3.3 Hệ thống phanh ABS kết hợp điều khiển bằng điện tử ............................ 23
2.4 Phanh đĩa trên xe gắn máy ở Việt Nam và giải pháp ...................................... 26
2.5 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phanh của xe gắn máy ........................... 32
2.5.1 Sự khác biệt về đặc điểm phanh giữa ô tô và xe gắn máy ......................... 32

2.5.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phanh của xe gắn máy .................... 32
2.6 Những yêu cầu đối với linh kiện điện tử khi lắp trên xe gắn máy ở Việt Nam [2]
.............................................................................................................................. 34
Chƣơng 3: THIẾT KẾ NGUYÊN LÍ HỆ THỐNG PHANH CHỐNG BÓ
CỨNG ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CHO XE GẮN MÁY ..................................... 36
3.1 Các phƣơng án thiết kế nguyên lí hệ thống phanh chống bó cứng điều khiển
điện tử cho xe gắn máy .......................................................................................... 36
3.2 Kết cấu của hệ thống phanh chống bó cứng điều khiển điện tử cho xe gắn máy
.............................................................................................................................. 37
3.3 Nguyên lí hoạt động của hệ thống phanh chống bó cứng điều khiển điện tử cho
xe gắn máy ............................................................................................................ 39
Chƣơng 4: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO HỆ THỐNG PHANH CHỐNG BÓ CỨNG
CHO XE GẮN MÁY ........................................................................................... 41
4.1 Cấu trúc của bộ điều khiển phanh chống bó cứng cho xe gắn máy .................. 41
4.1.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống phanh chống bó cứng cho xe gắn máy ................ 41
4.1.2 Các tín hiệu vào ....................................................................................... 42
4.1.3 Các tín hiệu ra ......................................................................................... 42
4.2 Thuật toán điều khiển phanh chống bó cứng ................................................... 43
4.2.1 Thuật toán điều khiển .............................................................................. 43
4.2.2 Tính vận tốc bánh xe Vw .......................................................................... 45
viii


4.2.3 Tính gia tốc của bánh xe khi phanh aw ..................................................... 46
4.2.4 Tính độ trƣợt λ......................................................................................... 46
4.3 Chế tạo hộp điều khiển ................................................................................... 47
4.3.1 Mạch dao động của vi điều khiển............................................................. 47
4.3.2 Mạch nguồn và kiểm tra nguồn ................................................................ 48
4.3.3 Mạch nhận tín hiệu phanh........................................................................ 49
4.3.4 Mạch nhận tín hiệu cảm biến tốc độ của bánh xe ..................................... 50

4.3.5 Mạch điều khiển động cơ điện, van điện từ của bộ chấp hành và đèn báo
phanh chống bó cứng ........................................................................................ 50
4.4 Viết chƣơng trình điều khiển phanh ............................................................... 51
4.4.1 Sơ đồ nguyên lí hệ thống .......................................................................... 51
4.4.2 Chƣơng trình điều khiển hệ thống ............................................................ 51
Chƣơng 5: THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG PHANH CHỐNG BÓ CỨNG TRÊN
XE GẮN MÁY ..................................................................................................... 57
5.1 Các thông số của xe thử nghiệm ..................................................................... 57
5.2 Giải pháp lắp đặt hệ thống phanh chống bó cứng lên xe gắn máy ................... 58
5.3 Thử xe ............................................................................................................ 60
5.3.1 Thiết bị thử .............................................................................................. 60
5.3.2 Điều kiện thử ........................................................................................... 64
5.3.3 Thử xe ..................................................................................................... 65
5.4 Kết quả và đánh giá ........................................................................................ 67
Chƣơng 6: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ .............................................................. 71
6.1 Kết luận ......................................................................................................... 71
6.1.1 Ƣu điểm của đề tài................................................................................... 71
6.1.2 Tồn tại – Hạn chế của đề tài..................................................................... 71
ix


6.2 Hƣớng phát triển đề tài ................................................................................... 72
6.3 Kiến nghị ........................................................................................................ 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 73
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 74
Phụ lục 1: CHẾT HỤT VÌ PHANH XE TAY GA TRONG MÙA MƢA ........... 74
Phụ lục 2: Sử dụng xe gắn máy có thắng đĩa: CHƢA HẲN ĐÃ AN TOÀN ...... 77
Phụ lục 3: “CHẾ NGỰ” THẮNG ĐĨA .............................................................. 78
Phụ lục 4: BIÊN BẢN THỬ XE ....................................................................... 81
Phụ lục 5: QUAN ĐIỂM SAI LẦM VỀ PHANH ABS ..................................... 89

Phụ lục 6: 10 THÁNG ĐẦU NĂM 2010: XẢY RA GẦN 40.000 VỤ TNGT,
CHẾT VÀ BỊ THƢƠNG KHOẢNG 47.000 NGƢỜI ........................................ 91
Phụ lục 7: TCVN 6824:2001 và TCVN 6441:1998 ........................................... 92
Phụ lục 8: Thông số của họ cảm biến E2A của Omron .................................... 139
Phụ lục 9: A Comparison of Stopping Distance Performance for Motorcycles
Equipped with ABS, CBS and Conventional Hydraulic Brake Systems........... 159

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH
TRANG
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên ô tô .................................................... 8
Hình 2.2: Cấu tạo cảm biến tốc độ bánh xe .......................................................... 8
Hình 2.3: Dạng xung của cảm biến tốc độ bánh xe .............................................. 9
Hình 2.4: Vị trí và cấu tạo cảm biến giảm tốc .................................................... 10
Hình 2.5: Bộ chấp hành và ECU ABS sử dụng van điện 3 vị trí ....................... 11
Hình 2.6: Hoạt động của ABS khi phanh bình thƣờng ...................................... 13
Hình 2.7: Hoạt động của ABS ở chế độ giảm áp ................................................ 14
Hình 2.8: Hoạt động của ABS ở chế độ giữ ........................................................ 15
Hình 2.9: Hoạt động của ABS ở chế độ tăng áp ................................................. 16
Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống phanh kết hợp .......................................................... 18
Hình 2.11: Hoạt động của hệ thống phanh kết hợp khi đạp nhẹ phanh sau..... 18
Hình 2.12: Hoạt động của hệ thống phanh kết hợp khi đạp mạnh phanh sau . 19
Hình 2.13: Sơ đồ hệ thống C-ABS ...................................................................... 20
Hình 2.14: Hoạt động của C-ABS khi đạp nhẹ phanh (phanh bình thƣờng) ... 20
Hình 2.15: Hoạt động của C-ABS khi đạp phanh sau mạnh hơn (thực hiện
CBS) ..................................................................................................................... 21
Hình 2.16: Hoạt động của C-ABS ở chế độ giảm áp .......................................... 21
Hình 2.17: Hoạt động của C-ABS ở chế độ giữ áp ............................................. 22

Hình 2.18: Hoạt động của C-ABS ở chế độ tăng áp (phanh bình thƣờng) ....... 22
Hình 2.19: Sơ đồ hệ thống phanh điện ABS kết hợp ......................................... 23
Hình 2.20: Hoạt động của hệ thống phanh điện ABS kết hợp khi đạp nhẹ
phanh ................................................................................................................... 24
Hình 2.21: Hoạt động của phanh điện ABS kết hợp ở chế độ giảm áp ............. 24
xi


Hình 2.22: Hoạt động của phanh điện ABS kết hợp ở chế độ tăng áp .............. 25
Hình 2.23: Hoạt động của hệ thống ở chế độ dự phòng ..................................... 25
Hình 2.24: Phanh đĩa trên xe đạp ....................................................................... 26
Hình 2.25: Phanh đĩa trên xe gắn máy ............................................................... 27
Hình 2.26: Phanh đĩa rỉ sét do không sử dụng ................................................... 27
Hình 2.27: Kết cấu của hệ thống phanh kết hợp đơn ở Việt Nam .................... 31
Hình 3.1: Sơ đồ tổng quát hệ thống phanh chống bó cứng cho xe gắn máy ..... 37
Hình 3.2: Sơ đồ mạch dầu phanh của hệ thống phanh chống bó cứng cho xe
gắn máy loại sử dụng van điện từ 2 vị trí ........................................................... 38
Hình 3.3: Sơ đồ điện của hệ thống phanh chống bó cứng cho xe gắn máy loại sử
dụng van điện 2 vị trí........................................................................................... 39
Hình 3.4: Đặc tính trƣợt trên một số loại đƣờng ............................................... 40
Hình 4.1: Sơ đồ cấu tạo ECU ABS ...................................................................... 41
Hình 4.2: Sơ đồ thuật toán điều khiển phanh ABS cho xe gắn máy ................. 44
Hình 4.3: Mạch dao động của vi điều khiển ....................................................... 47
Hình 4.4: Mạch kiểm tra điện áp nguồn của các van điện từ và động cơ điện . 48
Hình 4.5: Mạch kiểm tra điện áp nguồn của ắc quy .......................................... 48
Hình 4.6: Mạch nguồn 5V ................................................................................... 49
Hình 4.7: Mạch nhận tín hiệu phanh .................................................................. 49
Hình 4.8: Mạch nhận tín hiệu cảm biến tốc độ bánh xe .................................... 50
Hình 4.9: Mạch đệm và mạch điều khiển động cơ điện, van điện từ và đèn báo
phanh chống bó cứng .......................................................................................... 50

Hình 4.10: Sơ đồ nguyên lí hệ thống ABS .......................................................... 51
Hình 5.1: Cụm phanh đĩa sau và trƣớc .............................................................. 58
Hình 5.2: Bộ chấp hành, hộp điều khiển, bình dầu phanh sau, rơle và cầu chì
nguồn sau khi lắp lên xe ...................................................................................... 59
xii


Hình 5.3: Đèn và loa báo ABS sau khi lắp lên xe ............................................... 60
Hình 5.4: Thiết bị đo quãng đƣờng phanh (bình màu đỏ) ................................. 61
Hình 5.5: Thiết bị phun nƣớc đĩa phanh (bình màu xanh)................................ 62
Hình 5.6: Thiết bị đo nhiệt độ môi trƣờng và vận tốc gió .................................. 62
Hình 5.7: Xe thử nghiệm sau khi lắp thiết bị ..................................................... 64
Hình 5.8: Đƣờng thử xe ....................................................................................... 65
Hình 5.9: Thử xe trên đƣờng nhựa khô (trái), từ nhựa khô sang nhựa ƣớt
(phải) .................................................................................................................... 66
Hình 5.10: Thử xe trên đƣờng nhựa ƣớt sang nhựa khô (trái) và nhựa ƣớt
(phải) .................................................................................................................... 66
Hình 5.11: So sánh quãng đƣờng phanh khi phanh chỉ với phanh trƣớc ......... 69
Hình 5.12: So sánh quãng đƣờng phanh khi phanh chỉ với phanh sau ............ 69
Hình 5.13: So sánh quãng đƣờng phanh khi phanh chỉ với phanh sau ............ 70

xiii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
TRANG
Bảng 2.1: Các trạng thái giảm tốc của cảm biến giảm tốc ................................. 10
Bảng 2.2: Hệ số bám trung bình theo loại đƣờng .............................................. 33
Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật của xe thử nghiệm ................................................ 57
Bảng 5.2: So sánh quãng đƣờng phanh của xe thử nghiệm với tiêu chuẩn ...... 68

xiv


Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất trên xe, cùng với hệ
thống lái, hệ thống phanh góp phần giữ an toàn cho ngƣời ngồi trên xe khi giảm tốc
độ và dừng xe, đặc biệt là trong những tình huống nguy hiểm. Vì thế, hệ thống
phanh đƣợc đặc biệt chú ý trong quá trình tính thiết kế xe.
Hiệu quả phanh đƣợc đánh giá thông qua quãng đƣờng phanh, gia tốc chậm dần khi
phanh, thời gian phanh và độ ổn định khi phanh. Một hệ thống phanh đƣợc xem là
tốt nếu đạt đƣợc một trong ba yếu tố: quãng đƣờng phanh ngắn nhất, gia tốc chậm
dần khi phanh lớn nhất, thời gian phanh ngắn nhất, đồng thời phải đảm bảo cho xe
ổn định trong khi phanh. Đây chính là vấn đề mà các nhà sản xuất xe luôn quan tâm
nghiên cứu tìm giải pháp thực hiện. Và giải pháp là hệ thống phanh chống bó cứng.
Khi phanh gấp xe ở tốc độ cao, khi xe quay vòng hoặc phanh khi xe đi trên đƣờng
trơn sẽ xảy ra hiện tƣợng trƣợt lết của bánh xe trên mặt đƣờng do bánh xe bị bó
cứng làm cho quãng đƣờng phanh dài hơn và kèm theo đó là sự mất ổn định, ngƣời
lái không thể điều khiển hƣớng của xe, thậm chí văng xe, đổ xe, lật xe. Điều này là
rất nguy hiểm. Tuy nhiên, hệ thống phanh chống bó cứng khắc phục đƣợc điều này.
Hệ thống phanh chống bó cứng (ABS), viết tắt của Anti-lock Braking System, là
một hệ thống giúp cho bánh xe của phƣơng tiện luôn bám đƣờng và quay trong quá
trình phanh, hạn chế tối đa hiện tƣợng trƣợt lết trên mặt đƣờng của bánh xe phanh
nhờ nguyên lí nhấp nhả phanh liên tục.
1.2 Lí do chọn đề tài
Một nghiên cứu tại Úc vào năm 2003 của Trung tâm nghiên cứu tai nạn thuộc Đại
học Monash chỉ ra rằng ABS giúp giảm nguy cơ tai nạn 18% trên đƣờng tốt và giảm

1


đến 35% trên đƣờng gồ ghề. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng khi phanh
trên đƣờng cát, sỏi, đƣờng nhiều tuyết với ABS thì quãng đƣờng phanh không phải
rút ngắn mà còn tăng thêm khoảng 22%. Điều này cũng không phải là có hại vì trên
các loại đƣờng này bánh xe phanh nhanh chóng bị bó cứng hơn mà ABS thì ngăn
chặn điều đó để ƣu tiên quyền kiểm soát xe.
Ở Việt Nam, phanh ABS xuất hiện trên ô tô vào những năm cuối thế kỷ 20 và đến
năm 2005 hầu hết các xe ô tô lắp ráp ở Việt Nam đều đƣợc khuyến cáo trang bị hệ
thống phanh này. Tuy nhiên, đối với xe gắn máy ở Việt Nam, phanh ABS vẫn chƣa
đƣợc nghiên cứu, ứng dụng.
Theo Cục Đăng Kiểm Việt Nam, đến cuối năm 2008, cả nƣớc có khoảng 20 triệu
mô tô và xe gắn máy. Dự báo năm 2010, lƣợng xe gắn máy lƣu hành trong cả nƣớc
sẽ khoảng 24 triệu xe. Đến năm 2015, dự báo lƣợng xe gắn máy lƣu hành trong cả
nƣớc khoảng 31 triệu xe (Nguồn vnchanel.net thứ năm ngày 24 tháng 11 năm
2008). Mặc khác, số lƣợng xe gắn máy trang bị phanh đĩa trƣớc, phanh trống phía
sau ngày càng tăng do cuộc đua vể kiểu dáng của nhà sản xuất và thị hiếu của ngƣời
tiêu dùng, đặc biệt là ngƣời trẻ tuổi. Việc lắp phanh đĩa không có hệ thống chống bó
cứng ở bánh trƣớc đã đƣợc khẳng định là “chỉ có hại cho ngƣời tiêu dùng hơn là
lợi” từ năm 2002 tại Hội thảo về phanh đĩa xe gắn máy do PGS. TS Nguyễn Lê
Ninh – Chủ tịch Hội ô tô và thiết bị động lực TP.Hồ Chí Minh – chủ trì và đã đƣợc
đăng trên Báo Thanh Niên, số 181 ngày 30 tháng 6 năm 2002.
Theo thống kê của Công an Thành Phố Hồ Chí Minh, từ tháng 1 đến tháng 10 năm
2010, cả nƣớc xảy ra 39.864 vụ tai nạn giao thông, làm chết 9.274 ngƣời, bị thƣơng
37.635 ngƣời. Trong đó, đƣờng bộ xảy ra 39.432 vụ, làm chết hơn 9.000 ngƣời và
bị thƣơng 37.362 ngƣời. So với cùng kỳ năm 2009, tăng 1.222 vụ, giảm 62 ngƣời
chết, tăng 1.966 ngƣời bị thƣơng. Thống kê cho thấy, 31,6% các vụ tai nạn xảy ra
trên các tuyến quốc lộ, 20,2% ở tỉnh lộ, 29,5% tại các đƣờng đô thị và 11% tại
đƣờng giao thông nông thôn. Về phƣơng tiện gây tai nạn chủ yếu là môtô, chiếm

69,6%; ôtô chiếm 20,9%; các phƣơng tiện khác chiếm 9,5% (Báo Công an Thành
2


Phố Hồ Chí Minh thứ sáu ngày 12 tháng 11 năm 2010). Nhƣ vậy, có thể nói rằng
hầu nhƣ tai nạn chủ yếu là do xe gắn máy.
Các hệ thống phanh ABS do các hãng xe gắn máy của nƣớc ngoài sản xuất có giá
thành quá cao, khoảng 1000 USD. Vì thế, chế tạo hệ thống phanh ABS có giá rẻ,
phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam cũng là một nhu cầu cấp thiết.
Vì những lý do trên nên đề tài “Nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm hệ thống
phanh chống bó cứng (ABS) cho xe gắn máy ở Việt Nam” thực sự cần thiết.
1.3 Mục đích của đề tài
-

Nghiên cứu và đề xuất giải pháp chống bó cứng cho xe gắn máy ở Việt Nam

-

Chế tạo bộ điều khiển ABS cho xe gắn máy

-

Thử nghiệm trên xe gắn máy và đánh giá kết quả.

1.4 Đối tƣợng và giới hạn của đề tài
-

Đối tƣợng nghiên cứu: Xe gắn máy có phanh đĩa.

-

Giới hạn nghiên cứu: chỉ nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình
phanh và chống bó cứng cho các bánh xe phanh mà không nghiên cứu các hệ
thống khác của xe.

1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu
-

Phƣơng pháp tham khảo tài liệu

-

Phƣơng pháp tính toán

-

Phƣơng pháp lập trình vi điều khiển

-

Phƣơng pháp thực nghiệm

1.6 Nội dung nghiên cứu
-

Nghiên cứu các kiểu phanh ABS đã có trên thị trƣờng

-

Nghiên cứu các kiểu phanh đĩa đã có trên xe gắn máy ở Việt Nam

3


-

Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phanh của xe gắn máy

-

Nghiên cứu đề xuất nguyên lí, kết cấu của hệ thống phanh ABS xe gắn máy

-

Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển phanh ABS cho xe gắn máy

-

Tính toán lại hệ thống phanh của xe gắn máy

-

Chọn giải pháp lắp đặt hệ thống phanh ABS lên xe gắn máy

-

Thực nghiệm trên xe gắn máy và đánh giá.

4

Chƣơng 2

CƠ SỞ LÍ THUYẾT
2.1 Sự xuất hiện của kết cấu phanh chống bó cứng trong kỹ thuật xe cơ giới
Vào những năm 1920 của thế kỷ trƣớc, khi ngành hàng không bắt đầu phát triển cả
về tốc độ và tải trọng ở các nƣớc xứ lạnh, một yêu cầu đặt ra cho phi công là phải
nhấp nhả phanh liên tục để đảm bảo cho máy bay có tải trọng khoảng 50 tấn không
bị lệch khỏi đƣờng băng khi hạ cánh. Tuy nhiên khả năng nhấp nhả thủ công của
con ngƣời chỉ có giới hạn nên hiệu quả phanh kém, điều này làm cho quãng đƣờng
phanh dài hơn và độ ổn định của máy bay kém. Vì vậy, đƣờng băng khi đó rất dài
và rộng để đảm bảo phi công có thể dừng máy bay với điều kiện phanh kém hiệu
quả đó. Điều này đặt ra cho các kỹ sƣ một thách thức là phải chế tạo ra một cơ cấu
nhấp nhả phanh tự động với tần số cao hơn tần số nhấp nhả thủ công của con ngƣời
(mà sau này đƣợc gọi là phanh chống bó cứng, ABS).
Phanh ABS đã đƣợc nghiên cứu phát triển đầu tiên trên các máy bay của Pháp vào
năm 1929. Khi đó, do nền công nghiệp điện tử chƣa phát triển nên hệ thống đƣợc
điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí có độ chính xác kém. Đến những năm 50, hệ
thống phanh ABS đầu tiên đƣợc sử dụng là hệ thống Maxaret của Dunlop và vẫn
còn sử dụng trên một số kiểu máy bay. Khi thử nghiệm với hệ thống này, hiệu quả
phanh tăng 30%, vì thế các phi công ngay lập tức áp dụng hệ thống này để thực hiện
phanh tối đa thay thế cho phƣơng pháp tăng dần lực phanh để tìm điểm trƣợt nhƣ
trƣớc đây. Một lợi điểm khác của hệ thống này là loại trừ đƣợc hiện tƣợng quá nóng
hoặc nổ lốp.
Năm 1958, một xe mô tô của Royal Enfield, có trang bị phanh ABS, đƣợc Phòng thí
nghiệm nghiên cứu đƣờng bộ sử dụng để kiểm tra hệ thống phanh này. Thực
nghiệm đã chứng minh hệ thống phanh ABS có giá trị lớn trên xe mô tô, nơi mà sự
trƣợt có liên quan đến phần lớn các vụ tai nạn. Quãng đƣờng phanh đƣợc rút ngắn
5

hơn 30% trong tất cả các thử nghiệm so với phanh bó cứng bánh xe, ngoại trừ
trƣờng hợp phanh trên mặt đƣờng trơn trƣợt, đóng băng. Tuy nhiên, Giám đốc kỹ
thuật của Enfield lúc đó, Tony Wilson-Jones, tỏ ra không lạc quan về hệ thống này
và nó đã không đƣợc sản xuất bởi công ty.
Trong những năm 60, hệ thống ABS cơ khí chỉ đƣợc sử dụng hạn chế trên các xe
đua Ferguson P99 và Jensen FF vì chúng quá đắt tiền và trong việc sử dụng ô tô
phần nào không đáng tin cậy.
Đến năm 1971, khi kỹ thuật điện tử phát triển, Chrysler cùng với công ty Bendix
Corporation giới thiệu hệ thống phanh ABS 3 kênh điều khiển bằng máy tính đƣợc
gọi là phanh chắc chắn (sure brake). Hệ thống này đƣợc sử dụng vài năm sau đó, hệ
thống vận hành tốt và tỏ ra đáng tin cậy. Cũng trong năm đó, General Motors cũng
trang bị phanh ABS cho 2 bánh sau nhƣ là một lựa chọn đi kèm theo các kiểu xe
Cadillac.
Năm 1975, Robert Bosch đã tiếp nhận một công ty Châu Âu gọi là Teldix (thu nhỏ
của Telefunken và Bendix) và tất cả các bằng sáng chế đƣợc kết hợp lại và đƣợc sử
dụng để xây dựng nên nền tảng của hệ thống phanh ABS đƣợc giới thiệu vài năm
sau đó. Các công ty Đức, Bosch và Daimler-Benz đã hợp tác phát triển đƣợc công
nghệ chống bó phanh kể từ đầu thập niên 1970, và là ngƣời đầu tiên hoàn thành hệ
thống phanh ABS đa kênh 4 bánh điều khiển điện tử trên xe tải và xe MercedesBenz S-Class trong năm 1978. Honda NSX là mẫu xe ô tô đƣợc sản xuất số lƣợng
lớn đầu tiên với hệ thống ABS 4 kênh đƣợc bán ở Mỹ và Nhật, nó điều khiển độc
lập lực phanh ở bốn bánh xe. Kể từ đó, ABS ngày càng phổ biến và trở thành tiêu
chuẩn cho hầu hết các xe ô tô sản xuất ngày nay.
Năm 1988, BMW giới thiệu xe mô tô đầu tiên sử dụng phanh ABS điều khiển điện
tử (trên chiếc BMW K100RS). Honda theo sau vào năm 1992 với chiếc ST1100.
Năm 1997, Suzuki xuất xƣởng chiếc GSF1200SA trang bị ABS. Năm 2005, HarleyDavidson cung cấp phanh ABS cho các xe mô tô của cảnh sát nhƣ là một lựa chọn
6


đi kèm và đến năm 2009, nó trở thành tiêu chuẩn trên các xe Harley Ultra - Glide.
Năm 2006, Yamaha cũng trang bị phanh ABS trên các dòng xe FZ1, FZ6 S2, XJ6

Diversion, XT1200Z…
2.2 Phanh chống bó cứng trên ô tô ở Việt Nam
Phanh ABS đã đƣợc trang bị trên ô tô ở Việt Nam từ những năm cuối thế kỷ 20 và
đến năm 2005 hầu hết các xe ô tô lắp ráp ở Việt Nam đều đƣợc các hãng ô tô
khuyến cáo nên trang bị hệ thống phanh này.
Mặc dù mỗi hãng ô tô đều có một hệ thống phanh ABS riêng, tuy nhiên về cấu tạo
và hoạt động đều dựa trên một nguyên lí giống nhau là nhấp – nhả phanh với tần số
cao. Hiện nay trên thị trƣờng có các công ty sản xuất hệ thống phanh ABS: Bosch,
Denso, Bendix, Aisin… Hệ thống do các công ty này sản xuất đều sử dụng các cảm
biến đặt tại bánh xe để đo tốc độ góc của bánh xe gửi về hộp điều khiển để tính toán
vận tốc xe và độ trƣợt. Nhờ đó, hộp điều khiển chọn chƣơng trình xử lí thích hợp đã
đƣợc lập trình sẵn.
Về cấu tạo, hệ thống gồm công tắc phanh, các cảm biến (tốc độ góc, giảm tốc), bộ
chấp hành thuỷ lực và bộ điều khiển điện tử (ECU điều khiển trƣợt). Sơ đồ bố trí
các bộ phận đƣợc trình bày ở hình 2.1.

7


Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên ô tô
2.2.1 Cảm biến tốc độ bánh xe
-

Cấu tạo: Cảm biến tốc độ bánh xe trƣớc và sau bao gồm một nam châm vĩnh
cữu, cuộn dây và lõi từ.Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rôto cảm biến cũng
nhƣ số lƣợng răng của rôto cảm biến thay đổi theo kiểu xe.

1 Dây cáp cảm biến
2 Đuôi lõi từ
3 Bệ lõi từ

4 Cuộn giây

5 Đầu lõi từ
6 Rôto gắn trên bán
trục
Hình 2.2: Cấu tạo cảm biến tốc độ bánh xe

8


-

Hoạt động:

Vành ngoài của các rôto có các răng, nên khi rôto quay, sinh ra một điện áp xoay
chiều có tần số tỷ lệ với tốc độ quay của rôto. Điện áp xoay chiều này báo cho ABS
ECU biết tốc độ bánh xe.
Tốc độ cao

Tốc độ thấp

Hình 2.3: Dạng xung của cảm biến tốc độ bánh xe
2.2.2 Cảm biến giảm tốc
Cảm biến giảm tốc chỉ sử dụng trên một số kiểu xe. Việc sử dụng cảm biến giảm
tốc cho phép ECU ABS đo trực tiếp sự giảm tốc của bánh xe trong quá trình phanh.
Vì vậy, nó biết rõ hơn trạng tthái của mặt đƣờng. Kết quả là mức độ chính xác khi
phanh đƣợc cải thiện để tránh cho các bánh xe không bị bó cứng.
-

Cấu tạo:

Cảm biến giảm tốc bao gồm hai cặp đèn LED và phototransistor, một đĩa xẻ rãnh và
một mạch biến đổi tín hiệu.
Cảm biến giảm tốc nhận biết mức độ giảm tốc độ bánh xe và gửi các tín hiệu về
ABS ECU. ECU dùng những tín hiệu này để xác định chính xác tình trạng mặt
đƣờng và thực hiện các biện pháp điều khiển thích hợp.

9


Đĩa cảm biến

PhotoTransistor

Cảm biến
giảm tốc

ON

Hình 2.4: Vị trí và cấu tạo cảm biến giảm tốc
Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rãnh lắc theo chiều dọc của xe tƣơng
ứng với mức độ giảm tốc độ. Các rãnh trên đĩa cắt ánh sáng từ đèn LED đến
phototransistor và làm phototransistor đóng, mở. Ngƣời ta sử dụng 2 cặp đèn LED
và phototransistor để tạo ra 4 trạng thái giảm tốc nhƣ trình bày ở bảng 2.1.
Bảng 2.1: Các trạng thái giảm tốc của cảm biến giảm tốc
Phototransistor số 1

ON

OFF

OFF

ON

Phototransistor số 1

ON

ON

OFF

OFF

Trạng thái giảm tốc

Rất thấp

Thấp

Trung bình

Cao

10