Nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng tọa độ trọng tâm tới chất lượng phanh ô tô xe buýt 80 chỗ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN DUY KHANH

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM
TỚI CHẤT LƢỢNG PHANH Ô TÔ XE BUÝT 80 CHỖ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN DUY KHANH

NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT ẢNH HƢỞNG TỌA ĐỘ TRỌNG TÂM
TỚI CHẤT LƢỢNG PHANH Ô TÔ XE BUÝT 80 CHỖ

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS Võ Văn Hƣờng

Hà Nội – 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dƣới sự hƣớng dẫn của
PGS. TS Võ Văn Hƣờng. Đề tài đƣợc thực hiện tại Bộ môn Ô tô và xe chuyên
dụng - Viện Cơ khí Động lực - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà nội. Các số liệu, kết
quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố
trong bất kỳ công trình nào.

Hà nội, ngày 28 tháng 03 năm 2016
Tác giả

Nguyễn Duy Khanh


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG LUẬN VĂN
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN
LỜI NÓI ĐẦU

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

2

1.1 Tình hình sử dụng xe chở khách ở việt nam

2

1.1.1 Xe buýt thành phố

2

1.1.2 Xe buýt đường dài

3

1.2 Mục đích của đề tài

3

1.1 Đối tƣợng, phạm vi và nội dung nghiên cứu cụ thể của đề tài

4

CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH
2.1 Tổng quan về ABS

6
6

2.1.1 Lịch sử phát triển

6

2.1.2. Phân loại hệ thống ABS.

8

2.2. Cơ sở lý thuyết hệ thống ABS
2.2.1. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh

9
9

2.2.2. Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh

10

2.2.3. Đặc tính trượt khi phanh

12

2.2.4. Nguyên tắc điều khiển của ABS.

15

2.2.5. Xây dựng thuật toán điều khiển ABS

17

CHƢƠNG 3: LỰA CHỌN BỘ SỐ LIỆU MÔ PHỎNG
3.1 Lựa chọn phƣơn

n m phỏn cho xe u t

39
39

3.2. Chƣơn trình m phỏng

43

3.3. Mô phỏng và khảo sát quá trình phanh

49

3.3.1. Đ nh i tính đún đắn của mô hình mô phỏn khi chƣa sử dụng ABS

49

3.3.2. Khảo sát quá trình phanh có ABS

51

3.3.3. Khảo sát ảnh hƣởng của tọa độ trọng tâm tới hiệu quả phanh

55

KẾT LUẬN

62

TÀI LIỆU THAM KHẢO

64

DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
TT Ký
1
2

Giải thích ký tự

tựsi Mô men đàn hồi ở bánh xe thứ i
M
o Hệ số bám

3

a

Gia tốc bánh xe

4

S0

Độ trƣợt

5

Vo Vận tốc ô tô
Vto Vận tốc giới hạn của bánh xe

6
7

–a

Ngƣỡng gia tốc âm

8

+a

Ngƣỡng gia tốc dƣơn

Đơn
vị
Nm
rad/s2
m/s
m/s
rad/s2
rad/s2

9

Góc quay thân xe

rad

10

Góc lệch bên

rad

Vận tốc tốc tức thời

m/s

11

v

12 M X Lực dọc tác dụng lên
13 y Gia tốc hƣớng tâm
Pa Lực quán tính
15 PLT Lực quán tính ly tâm
14

N
rad/s2
N
N

16

Pfi Lực cản lăn

N

17

Si

N

Các phản lực bên thứ i

18

ti Góc quay bánh xe dẫn hƣớng
19 Msk Mô men đàn h i của lốp
Mômen quán tính của các phần liên kết với bánh xe quanh trục
20

J kp quay bánh xe cầu trƣớc

rad
N.m
kg.m2

Mômen quán tính của các phần liên kết với bánh xe quanh trục
21

J kz quay bánh xe cầu sau

kg.m2

22

J rp Mômen quán tính của vi sai cầu trƣớc

23

J rz

Mômen quán tính của vi sai cầu sau

kg.m2
kg.m2

24

Jr

Mô men quán tính của cầu xe

25

F1

Lực vòng của bánh xe bên trái ở cầu trƣớc và mặt đƣờng

kg.m2
N


26

F2

Lực vòng của bánh xe bên phải ở cầu trƣớc và mặt đƣờng

N

27

F3

Lực vòng của bánh xe bên trái ở cầu sau và mặt đƣờng

N

28

F4

Lực vòng giữa bánh xe bên phải ở cầu sau và mặt đƣờng

N

29

S

Lực bên tác dụng lên các bánh xe

N

30

1 Góc quay của bánh xe bên trái của cầu trƣớc

31

2 Góc quay của bánh xe bên phải của cầu trƣớc

32

3 Góc quay của bánh xe bên trái của cầu sau

33

4 Góc quay của bánh xe bên phải của cầu sau

min-1
min-1
min-1
min-1

34

t

Góc quay của bánh xe dẫn hƣớng

rad

35

v

Góc quay vành lái

rad

36

ls1

Hệ số độ cứng bậc nhất của biến dạng dọc lốp xe

1/rad

37

ls2

Hệ số độ cứng bậc hai của biến dạng dọc lốp xe

1/kN.rad

38 l 1 Hệ số độ cứng bậc nhất của góc lệch bên bánh xe

1/rad

39 l 2 Hệ số độ cứng bậc hai của góc lệch bên bánh xe

1/kN.rad

40

o

Hệ số bám hai bên bánh xe

-

41

ic

Tỷ số truyền của cầu xe chủ động

-

42

ir

Tỷ số truyền của hệ thống lái

-

43 Crbxi Độ cứng hƣớng kính của bánh xe thứ i
44 rbxi Bán kính trung bình của bánh xe thứ i

kN/m

45

fv

Hệ số cản lăn

m
-


DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG LUẬN VĂN
TT

Bảng

Tên bảng

Trang

1

3.1

Thông số và số liệu xe buýt BH115E

40

2

3.2

Số liệu tính toán

41

3

3.3.1a

4

3.3.1b

5

3.3.3a

6

3.3.3b

So sánh tính toán và mô phỏng hệ thống phanh khi
không có ABS
So sánh tính toán và mô phỏng hệ thống phanh khi
không có ABS
Giá trị quãn đƣờng phanh ứng với các thông số
tọa độ trọng tâm của xe không trang bị ABS
Giá trị quãn đƣờng phanh ứng với các thông số
tọa độ trọng tâm của xe k trang bị ABS

50

51

56

56


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG LUẬN VĂN
Số

Hình

TT

vẽ

1

2.1

2

2.2

Trạn th i lăn của

3

2.3

Đặc tính trƣợt thể hiện sự thay đổi hệ số

4

2.4

5

2.5

Tên hình vẽ

Trang

Sơ đồ lực và m men t c dụn lên

nh xe khi

phanh
nh xe khi có trƣợt lết

Mối quan hệ iữa hệ số

9
11

m dọc

m dọc và độ trƣợt tƣơn

đối với c c loại lốp
Mối quan hệ φx; φy với λ ứn với óc lệch ên φi

13
13
14

Sự thay đổi của m men phanh M , p suất dẫn
6

2.6

độn phanh p và ia tốc của

nh xe khi phanh có

16

ABS
7

2.7

Pha điều khiển theo ia tốc của

nh xe

8

2.8

Sơ đồ khối thuật to n

19

9

2.9

M hình cơ học t

20

10

2.10

M hình độn lực học của

23

11

2.11

M hình tính to n cho t

23

12

2.12

Quan hệ độn học của t tron m hình

25

13

2.13

X c định vị trí trọn tâm t tại một thời điểm nhất

27

14

2.14

Sơ đồ x c định ia tốc trọn tâm t

28

15

2.15

Quan hệ độn học m hình hai vết

29

16

2.16

Quan hệ độn học của ộ vi sai

31

17

2.17

Sự phân ố tải trọn thẳn đứn

18

2.18

Sự thay đổi tải trọng khi phanh

32

19

2.19

Sự thay đổi tải trọn thẳn đứn trên một cầu xe

41

20

2.20

Sự thay đổi tải trọn thẳn đứn

35

21

2.21a

B nh xe ị độn

35

18


B nh xe chủ độn

22

2.21b

35

23

2.22

24

2.23

25

3.1

ích thƣớc xe u t tham khảo

39

26

3.2

Bố trí hế n ồi và khoan hành l

42

27

3.3

Chƣơn trình m phỏn chính

44

28

3.4

Modul tính to n cho

45

29

3.5

Modul điều khiển ABS

30

3.6

Modul tính to n tron vết

nh xe 1

47

31

3.7

Sự cân

nh xe 1

48

32

3.8

Quan hệ độn học

33

3.9

Vận tốc

34

3.10

35

3.11a

Tín hiệu điều khiển p suất phanh

36

3.11b

Tải trọn thẳn đứn t c dụn lên

37

3.12

Độ trƣợt tại c c

38

3.13

Đồ thị mối quan hệ iữa vận tốc xe theo thời ian

39

3.14

40

3.15

41

3.16

42

3.17

43

3.18

Cấu trúc lo ic tính to n lực và momen trên vết với
bánh xe ị phanh
Cấu trúc lo ic tính to n lực và momen trên vết với
nh xe chủ độn

nh xe 1

n momen quay
nh xe 1

48
48

So s nh tính to n và m phỏn hệ thốn phanh khi
không có ABS
nh xe

nh xe theo thời

gian
Đồ thị iểu thị mối quan hệ quãn đƣờn theo thời
gian
ết quả m phỏn 3D
số của qu

50

52

nh xe tron qu trình phanh

Đồ thị mối quan hệ iữa ia tốc

52
53
53
54
54
57

trình phanh với

a=55%L.
Đồ thị c c th n số của qu trình phanh với h=1,6
(m)

38

46

t

Đồ thị c c th n

37

59

60


LỜI NÓI ĐẦU
Với tình trạn

iao th n đan trở nên qu tải nhƣ hiện nay, việc ph t triển

c c phƣơn tiện iao th n c n cộn , đặc iệt là

t

buýt n ày càn đƣợc chú

trọn và quan tâm nhiều hơn. Hệ thốn phanh iữ vai trò rất quan trọn tron việc
ảo đảm an toàn chuyển độn của

t . Nhiệm vụ của hệ thốn phanh là đảm ảo

tính ổn định hƣớn chuyển độn và thu n ắn quãn đƣờn

t khi phanh nh m

nân cao tính an toàn chủ độn .
Để tính to n và thiết kế hiệu quả hơn thì việc khảo s t hệ thốn phanh là v
cùn cần thiết. Do khối lƣợn khảo s t rất lớn nhƣn tron khu n khổ thời ian có
hạn, vì vậy nên đề tài luận văn cao học đƣợc ph t triển với nội dun : “Nghiên cứu
khảo sát ảnh hƣởng tọa độ trọng tâm tới chất lƣợng phanh ô tô xe buýt 80
chỗ.”
Đề tài sử dụn phƣơn ph p tính to n m phỏn xây dựn m hình quỹ đạo

và sự thay đổi của quãn đƣờn phanh của

t khi tọa độ trọn tâm thay đổi đối

với trƣờn hợp xe có ABS và kh n có ABS. Qua đó rút ra kết luận về ảnh hƣởn
của sự thay đổi tọa độ trọn tâm đến quãn đƣờn phanh của xe

t

u t

Đề tài đƣợc thực hiện tại ộ m n: Ô t và xe chuyên dụn – Viện Cơ khí
Độn lực Trƣờn Đại học B ch

hoa Hà Nội dƣới sự hƣớn dẫn của PGS. TS Võ

Văn Hƣờn . Đề tài cũn nhận đƣợc sự hỗ trợ của của c c thầy tron

ộ m n, Viện

đào tạo sau đại học và c c ạn è đồn n hiệp.
Do thời ian và trình độ còn hạn chế, tính chất rộn lớn của đề tài nên kh n
thể tr nh khỏi nhữn thiếu sót.Rất mon nhận đƣợc sự ổ sun , óp

của c c thầy

và c c ạn đồn n hiệp
Hà Nội, ngày 28 tháng 03 năm 2016
T c iả

1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI
Hệ thốn phanh lu n là một tron nhữn hệ thốn quan trọn

ậc nhất trên

xe ôt để đ p ứn yêu cầu an toàn khi di chuyển trên đƣờn . Việc cải tiến hệ thống
phanh lu n đƣợc quan tâm chú trọn hàn đầu. Việc loại ỏ ảnh hƣởn của c c yếu
tố nhƣ tải trọn , tình trạn mặt đƣờn , độ

m…đến hệ thốn phanh, nh m đảm

ảo hệ thốn phanh đƣợc vận hành một c ch tối ƣu là đề tài đƣợc n hiên cứu rộn
rãi.
Trong 10 năm trở lại đây, nền công nghiệp sản xuất ô t đã chứng kiến sự
xuất hiện của nhiều công nghệ mới rất đ n chú ý. Sự phát triển của công nghệ
ngành cơ điện tử, của những bộ vi xử lý tốc độ khiến ô tô ngày càng hoàn thiện
hơn. Một số công nghệ gần đây giúp hệ thống phanh ô tô hoạt động hiệu quả hơn
và tăn cƣờng sự kiểm soát khi điều khiển xe trong tình trạng môi trƣờng xấu. ABS
(Anti-lock Braking System) là một công nghệ tuy đã đƣợc biết đến từ những
năm cuối 70 nhƣng ban đầu vẫn chƣa hoàn thiện. Đến ngày nay nó đã trở thành
một hệ thống phổ biến, đƣợc trang bị trên nhiều loại ô tô trong đó có xe buýt.
Đặc thù của xe

t

u t là lu n lu n có số lƣợn hành kh ch thay đổi, sự lên

xuốn , vị trí n ồi hay nói c ch kh c là tải trọn của xe kh n cố định, tọa độ trọn
tâm của xe thay đổi thƣờn xuyên, vì vậy hệ thốn phanh làm việc cũn có sự thay
đổi đối với từn trƣờn hợp cụ thể kh c nhau tùy thuộc vào vị trí trọn tâm kh c
nhau. Đề tài: “Nghiên cứu khảo sát ảnh hƣởng tọa độ trọng tâm tới chất lƣợng
phanh ô tô xe buýt 80 chỗ.” Chủ yếu khảo s t về hệ thốn phanh trên

t

u t,

loại kh n có ABS và có ABS, phân tích ảnh hƣởn của 2 hệ thốn phanh đó khi tải
trọn của xe thay đổi, tọa độ trọn tâm của xe thay đổi sẽ ảnh hƣởn thế nào tới
hiệu quả phanh trên

t .

1.1 . Tình hình sử dụng xe chở khách ở Việt Nam
1.1.1 Xe buýt thành phố
- Xe buýt thành phố đƣợc cấu trúc cho vận chuyển hành khách và hành lý
xách tay trong khu vực ven nội. Khoảng cách giữa các trạm đỗ xe không xa và
hành khách có thể chủ đi từng đoạn ngắn, vì vậy không bố trí nhiều chỗ n ƣời,

2


chủ yếu dành không gian đứng do đó thƣờng có sàn thấp, vận tốc chuyển động
không cao trung bình n m trong khoảng 30 km/h.
- Các thành phố lớn ở Việt nam hiện nay sử dụng xe buýt với nhiều
xuất xứ khác nhau và đang dần dần định hƣớng sử dụng xe buýt sàn thấp hoặc bán
thấp cho hành khách tiện lên xuống. Do đặc thù xe buýt thành phố chuyển động

với vận tốc không cao, đƣờng tốt nên thƣờng ít bố trí phanh ABS mà sử dụng hệ
thống phanh khí nén thƣờng.
1.1.2 Xe buýt đƣờng dài
- Xe buýt đƣờng dài đƣợc sử dụng với mục đích chuyên chở hành
khách và hành lý kèm theo, thƣờng không bố trí chỗ đứng, có kết cấu sàn cao, di
chuyển với cung đƣờng dài, vận tốc lớn, thƣờng chuyển động với vận tốc 70 đến
80 km/h, các tai nạn giao thông xảy ra trên đƣờng phần lớn rơi vào hệ thống phanh
vì vậy với xe buýt đƣờng dài hệ thống phanh đƣợc quan tâm nên đa số sử dụng hệ
thống phanh ABS hay tích hợp ABS cùng các hệ thống khác nhƣ ABS + ASR, ABS
+ ASC vv.
- Với các loại xe khác nhau có sự khác biệt rất lớn trong hệ thống phanh
nhƣ: Hệ thống phanh khí nén, phanh thủy lực điều khiển b ng khí nén với sự đa
dạn nhƣ trên thì việc nghiên cứu cho các loại hệ thống phanh này cần đƣợc phân
nhóm. trong khuân khổ đề tài chỉ đề cập đến hệ thống phanh khí nén, là hệ thống
thƣờng xuyên đƣợc sử dụng trên xe buýt hiện nay.
1.2 . Mục tiêu của đề tài
- Sử dụn c n cụ matla và Simulink m phỏn chuyển độn của xe khi
phanh và c c yếu tố ảnh hƣởn đến c c chuyển độn đó
- Sử dụn

ộ số liệu xe u t tiêu chu n đan sử dụn ở Việt Nam để làm

dữ liệu đầu vào tron qu trình m phỏn
- M phỏn , xuất ra c c đồ thị kh c nhau thể hiện ảnh hƣởn khi thay đổi
tọa độ trọn tâm tới chất lƣợn phanh, cụ thể là quãn đƣờn phanh trên xe u t
- Từ đồ thị, rút ra nhận xét và kết luận ảnh hƣởng tọa độ trọng tâm tới chất
lƣợn phanh của

t .

3


1.3 . Đối tƣợng, phạm vi và nội dung nghiên cứu cụ thể của đề tài
Để tiến hành thực hiện mô phỏng với nội dung đề tài, có thể thực hiện
theo nhiều phƣơn pháp:
- Khảo sát b ng thực nghiệm: Trên các bãi thử chuyên dụn . Đây là phƣơn
pháp tốn kém kinh phí và thời gian tuy nhiên cho những kết quả thực tiễn có thể áp
dụn đƣợc.
- Khảo sát qua mô hình trên máy tính, với phƣơn ph p khảo sát này giúp
chúng ta nhanh chóng x c định đƣợc kết quả, đồng thời là cơ sở cho tiến hành các
khảo sát thực nghiệm.
Với khu n khổ của Luận văn Thạc sỹ, đề tài thực hiện khảo s t qua m hình
trên m y tính. C c kết quả khảo s t trên m y tính cần đƣợc kiểm n hiệm trƣớc khi
đi tới nhữn kết luận cuối cùn , tuy nhiên sự lựa chọn phƣơn ph p nhƣ trên ở điều
kiện Việt Nam hiện nay là phù hợp hơn cả. Đề tài “Nghiên cứu khảo sát ảnh
hƣởng tọa độ trọng tâm tới chất lƣợng phanh ô tô xe buýt 80 chỗ.” sẽ mở rộn
và ph t triển thêm ở một số điểm sau:
+ Đề tài đã sử dụng mô hình không gian toàn xe có cả các thành phần mô
men đàn hồi (Msi) ở bốn bánh xe.
+ Đề tài đã m phỏng, xây dựn và phân tích c c phƣơn ph p điều khiển
kết hợp theo độ trƣợt và gia tốc góc bánh xe.
+ Đề tài sử dụng mô hình lốp mô tả đầy đủ mối quan hệ động lực học của
bánh xe
+ Giải thích c c kết quả của hệ thốn phanh khi có tọa độ trọn tâm thay đổi.
Với việc ổ sun và ph t triển thêm nhƣ trên đề tài đã cho kết quả m phỏn kỹ
lƣỡn c c trạn th i của

t .

Các vấn đề thực hiện trong đề tài
1. Tìm hiểu các loại ô tô buýt tiêu chu n đang sử dụng ở Việt nam hiện nay
2. Xây dựng phƣơn pháp mô phỏng toán học

4


3. Lập trình giải bài toán mô phỏng trên máy tính b ng phần mềm MATLAB
SIMULINK. Chọn một bộ số liệu tính toán cho xe để ứng dụng vào tính toán
mô phỏng.
4. Đƣa ra các kết quả cụ thể b ng đồ thị
5. Phân tích, nhận xét kết quả.
6. Kết luận
Nội dung của luận văn đƣợc thực hiện bao gồm 3 chƣơng:
Chƣơn I: Tổng quan đề tài
Chƣơn II: Cơ sở lý thuyết mô phỏng hệ thống phanh
Chƣơn III: Lựa chọn bộ số liệu mô phỏng, kết quả và nhận xét

5


CHƢƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH
2.1 Tổng quan về ABS
2.1.1 Lịch sử phát triển
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) n m trong
hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại. Hệ thống sẽ điều khiển chống bó cứng
c c

nh xe tron qu trình phanh, iúp tăn độ ổn định của xe, rút ngắn quãng

đƣờn phanh, tăn khả năn điều khiển quay vòn

t tron trƣờng hợp cần thiết

phải tr nh chƣớng ngại vật.
Lịch sử phát triển của hệ thống phanh và phanh ABS qua các thời kì sau:
- Năm 1960: ABS đƣợc giới thiệu và đƣợc lắp đặt trên c c m y ay thƣơn
mại.
- Năm 1969: ABS đƣợc lắp đặt trên ôtô
- Năm 1970: ABS đƣợc nhiều công ty sản xuất ôtô trên thế giới nghiên cứu
và đƣa vào ứng dụng.
- Năm 1971: C n ty Toyota sử dụng lần đầu tiên cho các dòng xe tại Nhật,
đây là hệ thốn ABS 1 kênh điều khiển đồng thời 2 bánh sau.
- Năm 1978: Hệ thống phanh ABS bắt đầu có ứng dụn thƣơn mại trên ô
t . ABS t c động vào hệ thống dẫn động thủy lực nh m giữ, giảm hoặc tăn
phanh dẫn đến c c xi lanh phanh

p suất

nh xe để chốn trƣợt lết trong quá trình phanh.

- Năm 1989: Hệ thốn phanh ABS đƣợc kết hợp với hệ thống chốn trƣợt
quay TSC. Hệ thốn này điều khiển b n c ch điều chỉnh giá trị của mô men phanh
và m men đƣợc truyền từ độn cơ đến các bánh xe. Hệ thống này còn có khả năn
điều khiển lƣợng nhiên liệu cấp cho độn cơ nh m hạn chế trƣợt 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 b n cơ khí để phân phối áp suất phanh đến các bánh.
- Năm 1994: Hệ thốn phanh ABS đƣợc kết hợp với hệ thốn cân

n

điện tử EBD. Hệ thốn điện tử dần thay thế c c hệ thốn cơ khí, hệ thốn phanh

6


ABS tron hệ thốn đã ắt đầu điều khiển nhiều kênh, điều khiển từn

nh xe độc

lập.Trong nhữn năm ần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển
điện tử và tự động hóa, các hệ thốn điều khiển trên

t n ày càn đƣợc phát triển

hoàn thiện hơn, nân cao tính tiện nghi và an toàn sử dụng của ô tô.
Nh m nâng cao tốc độ chuyển động và tính an toàn chủ động của ô tô, hệ
thống phanh là một trong những mục tiêu đƣợc đầu tƣ và ph t triển nhiều. Trên cơ
sở một hệ thống ABS, hệ thống phanh có thể kết hợp với một số hệ thống khác, và
đến nay, một hệ thống phanh hiện đại đã có rất nhiều chức năn ƣu việt. Ngoài tác
dụn cơ ản là giảm tốc độ hay dừng xe, hệ thống phanh còn can thiệp cả trong quá
trình khởi độn và tăn tốc của ô tô, khống chế các hiện tƣợng quay vòng thiếu,
quay vòng thừa, làm tăn tính ổn định của xe khi đi vào đƣờng vòng.
Một số sự kết hợp của ABS với các hệ thống khác:
- ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh b n điện tử (Electronic
Brake-force Distribution – EBD) và hệ thống trợ lực phanh kh n cấp (Brake Assist
System – BAS).
- ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (Traction Control (TRC) hay
Acceleration Slip Regulator (ASR).

- ABS kết hợp với hệ thốn điều khiển ổn định ô tô (Electronic Stability
Program – ESP).
Nhữn năm sau đó là qu trình hoàn thiện, tối ƣu hóa hiệu quả làm việc của
hệ thống phanh. Hệ thống ABS hoạt động tối ƣu, đ p ứng yêu cầu nâng cao chất
lƣợng phanh của ô tô phải đạt đƣợc các yêu cầu sau: ABS phải đ p ứn đƣợc các
yêu cầu về an toàn liên quan đến động lực học phanh và chuyển động của ôtô:
- Hệ thống phải làm việc ổn định và có khả năn thích ứn cao, điều khiển
tốt trong suốt dải tốc độ của xe và ở bất kỳ loại đƣờn nào (thay đổi từ đƣờng bê
t n kh có độ bám tốt đến đƣờn đón

ăn có độ bám kém);

- Hệ thống phải khai thác tối đa khả năn phanh của c c

nh xe trên đƣờng

nh m tăn tính ổn định điều khiển và giảm quãn đƣờn phanh. Điều này không
phụ thuộc vào việc phanh đột ngột hay phanh từ từ của n ƣời lái xe.

7


hi phanh xe trên đƣờng có các hệ số bám khác nhau (ví dụ hai bánh xe

-

bên phải chạy trên đƣờng có dính dầu nhớt và hai bánh bên trái chạy trên đƣờng
nhựa khô) thì mô men xoay xe quanh trục đứn đi qua trọng tâm của xe luôn luôn
xảy ra, lúc này hệ thống ABS cần hỗ trợ làm mô men quay đó tăn chậm để n ƣời
l i xe có đủ thời ian điều chỉnh thông qua hệ thống lái.

- Phải duy trì độ ổn định và khả năn l i khi phanh ấp tron lúc đan quay
vòng.
- Hệ thống phải có chế độ tự kiểm tra, ch n đo n và an toàn. Một mạch
kiểm soát phải liên tục kiểm tra sự hoạt động của hệ thống một c ch đầy đủ. Nếu
phát hiện một lỗi nào đó có thể làm hƣ hỏng việc ứng xử của ABS thì hệ thống sẽ
thông báo cho lái xe biết th n qua đèn

o và khi đó hệ thống phanh sẽ làm việc

nhƣ một hệ thốn phanh ình thƣờng.
2.1.2. Phân loại hệ thống ABS.
- Phân loại theo chất tạo áp suất phanh: phanh khí, phanh thủy lực, phanh
kế hợp khí và thủy lực.
Phân loại theo phương pháp điều khiển: Điều khiển theo độ trượt:
- Điều khiển theo n ƣỡn trƣợt thấp: Khi các bánh xe trai hoặc phải chạy
trên đƣờng có hệ số bám khác nhau, ECU chọn thời điểm bắt đầu bị hãm cứng của
bánh xe có khả năn

m thấp để điều khiển áp suất phanh cho cả cầu xe. Lúc này,

lực phanh ở các bánh xe là b ng nhau, b ng giá trị lực phanh cực đại tại bánh xe có
hệ số bám thấp. Bánh xe bên phần đƣờng có hệ số bám cao vẫn n m trong vùng ổn
định của đƣờn đặc tính trƣợt và lực phanh chƣa đạt cực đại.
Phƣơn ph p này cho tính ổn định cao nhƣn hiệu quả phanh thấp vì lực
điều khiển phanh nhỏ.
- Điều khiển theo n ƣỡn trƣợt cao: ECU chọn thời điểm bánh xe có khả
năn

m cao ắt đầu bị hãm cứn để điều khiển chung cho cả cầu xe, trƣớc đó

nh xe có đọ bám thấp đã ị hãm cứn khi phanh. Phƣơn ph p này cho hiệu
quả phanh cao vì tận dụn đƣợc hết khả năn
định kém.

8

m của các bánh xe nhƣn tính ổn


a) Điều khiển độc lập hay phụ thuộc:
- Điều khiển độc lập:
từn

nh nào đạt đến n ƣỡn trƣợt thì điều khiển riêng

nh đó.
- Điều khiển phụ thuộc: ABS điều khiển chung cho cả 2 bánh trên một cầu

hoặc cả xe theo một tín hiệu chung, có thể theo n ƣỡn trƣợt thấp hay n ƣỡn trƣợt
cao.
b) Điều khiển theo kênh:
- Loại 1 kênh: Hai

nh sau đƣợc điều khiển chung (ở thế hệ đầu, ABS chỉ

trang bị cho 2 bánh sau vì dễ bị hãm cứn hơn 2

nh trƣớc)

- Loại 2 kênh: một kênh điều khiển chun cho 2

nh trƣớc 1 kênh điều

khiển chung cho 2 bánh sau hoặc 1 kênh điều khiển chung cho 2 bánh chéo nhau.
-

Loại 3 kênh: Hai kênh điều khiển độc lập cho 2

nh trƣớc, kênh còn lại

điều khiển chung cho 2 bánh sau.
- Loại 4 kênh: 4 kênh điều khiển độc lập cho 4 bánh
Hiện nay, ABS điều khiển theo 3 kênh và 4 kênh đƣợc sử dụng rộng rãi.
2.2. Cơ sở lý thuyết hệ thống ABS
2.2.1. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Gb

Mjb

MP
v

P
rb

Mf

Pp

Zb

Hình 2.1: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Khi phanh, ở bánh xe xuất hiện các lực và mô men sau:

P – lực đ y từ khun xe truyền đến;

9


Gb – tải trọn t c dụn lên

nh xe;

Zb – Phản lực pháp tuyến của mặt đƣờng tác dụng lên bánh xe;
Mp – Mô men phanh;
Mf – Mô men cản lăn;
Mjb – Mô men quán tính.
Cơ cấu phanh sinh ra mô men phanh Mp nh m hãm bánh xe lại, khi đó

nh

xe chuyển động với gia tốc chậm dần. Do bánh xe chuyển động có gia tốc nên bánh
xe chịu thêm mô men quán tính Mjb tác dụng cùng chiều với chiều quay của bánh
xe. Ngoài ra bánh xe còn chịu tác dụng của mô men cản lăn Mf n ƣợc chiều chuyển
động. Tuy nhiên mô men cản lăn nhỏ hơn nhiều lần so với m men phanh, do đó
trong quá trình phanh có thể bỏ qua mô men cản lăn này. Lúc đó có thể coi còn duy
nhất thành phần mô men phanh Mp có tác dụng hãm bánh xe, mô men phanh này
tạo ra lực phanh Pp có phƣơn tiếp tuyến, n ƣợc với chiều của lực Pξ, có tác dụng
giảm tốc độ chuyển động của ô tô. Lực phanh đƣợc x c định theo công thức:

Pp 

Mp
rb

2.2.2. Hiện tƣợn trƣợt lết của bánh xe khi phanh
Mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra, mặt đƣờn là nơi tiếp nhận thông
qua độ bám giữa bánh xe và mặt đƣờng. Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi khả
năn

m iữa bánh xe và mặt đƣờn , đƣợc đặc trƣn

mối quan hệ sau:

ởi hệ số bám  thông qua

Pp max  P  Zb .

Tron đó:
PPMax – Lực phanh cực đại mà bánh xe có thể tiếp nhận đƣợc;
P – Lực bám giữa bánh xe và mặt đƣờng.
Do đó khi phanh ấp hoặc khi phanh trên các loại đƣờng có hệ số bám 
thấp,
nhƣ đƣờng trơn ƣớt, đƣờng tuyết … làm cho Pp  P ; điều này khiến bánh
xe nhanh chóng bị trƣợt lết trên đƣờng.

10


Ta có Hình 27: Giải thích hiện tƣợn trƣợt lết của bánh xe khi phanh:

Tron đó:
nh xe (cũn là vận tốc thực của xe);

v là vận tốc dài thực của

v0 là vận tốc lí thuyết của bánh xe.
Các vận tốc đó đƣợc x c định theo công thức: v0  k .rb [m/s]
và: v  k .rl [m/s]

k

rb

v0

v

r1
X
v > 0
P

Hình 2.2: Trạng thái lăn của bánh xe khi có trượt lết
Với:

k – Vận tốc góc của bánh xe [rad/s];

rb – Bán kính tính toán [m];

rl – B n kính lăn của bánh xe [m].

Khi vận tốc thực tế của bánh xe lớn hơn vận tốc lý thuyết sẽ dẫn đến hiện
tƣợn trƣợt của bánh xe khi phanh với một vận tốc trƣợt v :

v  v  v0
Để kể đến ảnh hƣởng của sự trƣợt khi phanh, n ƣời ta đƣa ra kh i niệm độ
trƣợt khi phanh:



v
v  v0 v0


1
v
v
v

Ở trạn th i trƣợt lết hoàn toàn, tức khi phanh bánh xe bị hãm cứng thì:

k  0, v0  0, rl  ,   1
Dấu (-) chỉ độ trƣợt khi phanh. Thực tế, n ƣời ta tính độ trƣợt tƣơn đối:
11




v  v0
100%
v

Khi  = 100%, bánh xe bị hãm cứn và trƣợt lết hoàn toàn trên mặt đƣờng.
2.2.3. Đặc tính trƣợt khi phanh
Sự bám của bánh xe với mặt đƣờn đƣợc đặc trƣn
với mặt đƣờng φ gồm hệ số

m theo phƣơn dọc φx, hệ số

ới hệ số bám bánh xe
m theo phƣơn n an

φy. Lực phanh cực đại FxMax của bánh xe tỷ lệ thuận với hệ số bám φ và trọn lƣợng
của xe G: FxMax  P  Fz .
Tron đó Pφ - lực bám của bánh xe với mặt đƣờng; Fz- phản lực thẳng từ mặt
đƣờng lên bánh xe. Hệ số bám φ phụ thuộc loại, tình trạng mặt đƣờng; kết cấu, vật
liệu, độ cứng, áp suất lốp xe; tải trọng lên bánh xe, tốc độ của xe; điều kiện, nhiệt độ
làm việc.
Mặt khác khi phanh do tải trọng, phản lực từ mặt đƣờng, mô men tác dụng
lên

nh xe thƣờn xuyên thay đổi làm cho lốp xe bị biến dạng, làm xuất hiện hiện

tƣợn trƣợt cục bộ tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đƣờn . Để đ nh i mức
độ trƣợt sử dụng khái niệm độ trƣợ λ, đƣợc x c định:



v   . rb
v

Tron đó: v - vận tốc chuyển động của xe; ω- vận tốc góc bánh xe; rb - bán
kính làm việc của

nh xe. Độ trƣợt của bánh xe gồm: độ trƣợt dọc λx, độ trƣợt

ngang λy.

12


 x , y

a)

b)

Hình 2.3: Đặc tính trượt thể hiện sự thay đổi hệ số bám dọc  x , hệ số bám
ngang  y theo độ trượt tương đối  (a) và đặc tính trượt với các loại đường khác
nhau(b).

Hình 2.4: Mối quan hệ giữa hệ số bám

lốp
1. Lốp bố tròn chạy trên đường khô;
2. Lốp bố chéo chạy trên đường nhựa
x

Hệ số bám dọc

dọc và độ trượt tương đối với các loại

ướt;
3. Lốp bố tròn chạy trên đường tuyết;
4. Lốp bố tròn chạy trên đường bằng
Mối quan hệ hệ số bám φ của các loại đƣờng, lốp xe và độ trƣợt đƣợc trình

bày trong hình 2.3 và hình 2.4.
- Tron đồ thị hình 2.3a hệ số bám dọc, hệ số bám ngang φy thay đổi theo
độ trƣợt tƣơn đối λ.

hi

nh xe làm việc trong vùng a (vùng ổn định): độ trƣợt λ

13


tăn thì hệ số bám dọc φx tăn lên nhanh chón , đạt giá trị cực đại trong khoảng λ =
15  30% và hệ số bám ngang φy có giá trị cao. Nếu bánh xe làm việc trong vùng b
(vùng không ổn định): khi độ trƣợt tiếp tục tăn thì hệ số bám dọc φx giảm từ 50
 60%,

còn hệ số bám ngang φy giảm nhanh hơn, thậm trí nếu λ = 100% (bánh xe

trƣợt hoàn toàn) thì hệ số bám ngang φy giảm gần về “0”.
- Tron đồ thị hình 2.3b: hầu hết các loại đƣờng hệ số bám dọc φx đạt giá trị
cực đại, hệ số bám ngang φy đạt giá trị kh cao khi độ trƣợt tƣơn đối λ n m trong
vùng giá trị độ trƣợt tối ƣu.Vì vậy, khi nghiên cứu thiết kế hệ thốn phanh và điều
khiển qu trình phanh t n ƣời ta chọn giá trị độ trƣợt tối ƣu λ = 15  30% là
n ƣỡn điều khiển gọi là “Điều khiển theo giá trị độ trƣợt định trƣớc”. Tron thực

tế các bánh xe trên cùng 1cầu hay trên cùng một vết cũn làm việc trên mặt đƣờng
có hệ số bám φ kh c nhau đòi hỏi hệ thống phanh phải có khả năn tự điều khiển
sao cho bánh xe làm việc tron vùn độ trƣợt tối ƣu.
- Trong hình 2.4: mỗi một loại lốp (kích thƣớc, kết cấu, áp xuất hơi lốp) có
đặc tính (biến dạng - độ cứng) khác nhau thì quan hệ giữa φx và λ0 khác nhau vì vậy
khi nghiên cứu, tính toán quá trình phanh của xe phải xem xét quan hệ động lực học
của xe, bánh xe với đặc tính của từng loại lốp xe. Đồng thời trong quá trình sử dụng

X

Y

X

Hệ số bám ngang Y

Hệ số bám dọc

không tuỳ tiện thay đổi kiểu, loại lốp xe do nhà thiết kế qui định cho mỗi loại xe.

Hình 2.5: Mối quan hệ φx; φy với λ ứng với góc lệch bên φi

14


- Khi xe ô tô chuyển độn trên đƣờn n hiên , đƣờng vòng tại bề mặt tiếp
xúc của bánh xe với mặt đƣờng luôn xuất hiện phản lực của đƣờng bánh xe (phản
lực thẳn đứng Fz, phản lực bên Fy). Do

nh xe đàn hồi nên mặt phẳn đối xứng

của bánh xe dịch chuyển đi một đoạn, khi đó đƣờng tâm vết tiếp xúc với phƣơn
vận tốc bánh xe tạo thành góc lệch αi ọi là góc lệch bên. Mối quan hệ góc lệch bên
αi, φx và φy với λ trong hình 31. Ta nhận thấy khi αi tăn thì λ tăn , tính ổn định của
xe giảm vì vậy tron trƣờng hợp này phải ƣu tiên điều khiển ổn định của xe.
2.2.4. Nguyên tắc điều khiển của ABS.
- Mục tiêu hệ thốn phanh ABS là điều khiển áp suất dẫn động phanh sao
cho

nh xe tron qu trình phanh có độ trƣợt (λ) thay đổi trong phạm vi hẹp

quanh giá trị trƣợt tối ƣu (λ0) để tận dụng tối đa khả năn

m, tại điểm đó lực

phanh (Pp) đạt giá trị cực đại, đồng thời tính ổn định và tính dẫn hƣớng của xe là tốt
nhất .

Pp max  P max   x max .Z k
Tron đó:

(1)

Pp - lực phanh bánh xe; Ppmax - lực phanh cực đại.
φMax - hệ số bám cực đại;
Pφmax - lực bám cực đại.
Zk - phản lực thẳn đứng mặt đƣờng lên bánh xe.

Qu trình điều khiển áp suất phanh tron cơ cấu phanh; sự biến đổi gia tốc
chậm dần bánh xe (  ), mômen phanh (Mb), hệ số bám (φx; φy) và độ trƣợt (λ) của

bánh xe khi phanh trong hình 31. Qu trình điều khiển nhƣ sau:

15


Hình 2.6. Sự thay đổi của mô men phanh Mb ,áp suất dẫn động phanh p và
gia tốc  của bánh xe khi phanh có ABS
a) Sự thay đổi mô men phanh (Mb)
b) Áp suất dẫn động phanh (p);
c) Gia tốc bánh xe (  ).
-

hi t c độn lên àn đạp phanh thì áp suất dẫn động trong hệ thốn tăn

lên, làm cho mômen phanh (Mp) tại c c

nh xe tăn làm tăn

ia tốc chậm dần của

nh xe đồng thời độ trƣợt của nó tăn theo. hi tăn đến điểm mà tại đó hệ số bám
dọc đạt giá trị cực đại (φxmax), độ trƣợt đạt độ trƣợt tối ƣu (λ0) trên đƣờng cong φx
= f(λ) thì gia tốc chậm dần của

nh xe tăn đột ngột. Điều này báo hiệu bánh xe có

xu hƣớng bị bó cứn . Giai đoạn này của quá trình phanh ABS ứng với c c đƣờng
cong 0-1 trên hình a, , c. hình 31. Giai đoạn này gọi là pha I – pha tăn

p.

- Bộ điều khiển (ECU) của hệ thống ghi lại gia tốc tại điểm 1 đạt giá trị giới
hạn (đoạn C1 trên hình c) và ra lệnh cho bộ chấp hành (van điêu khiển áp suất) phải
giảm áp suất dẫn động phanh. Sự giảm áp suất trong dẫn động phanh chƣa iảm
n ay do độ trễ của hệ thống. Quá trình xảy ra từ điểm 1 đến điểm 2 đƣợc gọi pha II
(pha giảm áp trong hệ thống phanh). Gia tốc của bánh xe lúc này lúc này giảm dần
và tại điểm 2 gia tốc tiến dần đến 0. Giá trị gia tốc này tƣơn ứng với đoạn C1 trên
hình c.

16