Nghiên cứu hệ thống hạn chế trượt quay của bánh xe ô tô trên cơ sở hệ thống phanh khí nén có ABS

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

Lê Anh Vũ

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG
HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY CỦA BÁNH XE Ô TÔ
TRÊN CƠ SỞ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2018
a

a


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

Lê Anh Vũ

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG
HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY CỦA BÁNH XE Ô TÔ
TRÊN CƠ SỞ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS

Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 9520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. Hồ Hữu Hải
2. PGS. TS. Dương Ngọc Khánh

Hà Nội – 2018
b

a


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Công trình được thực
hiện tại Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội dưới sự hướng
dẫn của PGS. TS. Hồ Hữu Hải và PGS. TS. Dương Ngọc Khánh. Các số liệu và kết quả
nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình
nào khác.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Người cam đoan

TẬP THỂ HƯỚNG DẪN
Người hướng dẫn
khoa học 1

Người hướng dẫn
khoa học 2

PGS. TS. Hồ Hữu Hải

PGS. TS. Dương Ngọc Khánh

c

Lê Anh Vũ


LỜI CẢM ƠN
Luận án tiến sĩ này được hoàn thành ngoài sự nỗ lực cố gắng của bản thân, NCS đã
nhận được sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy cô giáo, các nhà khoa học và tập
thể nghiên cứu khoa học. NCS xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đõ đó.
NCS xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Hồ Hữu Hải, PGS. TS. Dương
Ngọc Khánh - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội là những người đã trực tiếp tận tình hướng
dẫn, định hướng, đào tạo và giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành
luận án.
NCS xin chân thành cảm ơn các thầy giáo ở Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng - Viện
Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện
giúp đỡ NCS trong suốt quá trình nghiên cứu tại bộ môn để hoàn thành luận án này.
NCS xin chân thành cảm ơn các thầy cô đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí Động lực,
lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã tạo điều kiện giúp đỡ và khuyến
khích để NCS hoàn thành luận án này.
NCS xin chân thành ghi nhận công sức, những đóng góp quý báu và nhiệt tình của các
anh, em NCS, cao học và sinh viên các khóa thuộc Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng - Viện
Cơ khí động lực - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nhiệt tình hỗ trợ, động viên NCS
trong suốt thời gian NCS thực hiện luận án.
Cuối cùng, NCS xin bày tỏ lòng kính yêu và biết ơn sự quan tâm động viên khuyến
khích, cảm thông sâu sắc của gia đình, bạn bè đã tiếp thêm nghị lực cho NCS trong suốt thời

gian học tập tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.
Hà Nội, ngày

tháng

Nghiên cứu sinh

Lê Anh Vũ

d

năm 2018


MỤC LỤC
MỤC LỤC .............................................................................................................................. i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT........................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ .......................................................................... vii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................................ 4
1.1. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển của lĩnh vực sản xuất ô tô tải ........ 4
1.1.1 Thực trạng ............................................................................................................. 4
1.1.2. Định hướng phát triển........................................................................................... 4
1.1.3. Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển................................ 5
1.1.4 Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm và sản xuất hệ thống chống trượt cho ô tô
tải........................................................................................................................... 6
1.2. Hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động ................................................................ 6
1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................................................. 9
1.3.1. Lịch sử phát triển hệ thống chống trượt quay có điều khiển ................................ 9

1.3.2. Các công trình nghiên cứu về hệ thống chống trượt quay bánh xe .................... 10
1.4. Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam ................................................................................ 15
1.5. Mục tiêu, phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu .......................................... 16
1.5.1. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 16
1.5.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 16
1.5.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 17
1.5.4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 18
1.6. Bố cục của luận án ........................................................................................................ 18
1.7. Kết luận chương 1 ........................................................................................................ 19
CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ................................... 21
2.1. Mô đun mô hình mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô ............................................. 22
2.2. Mô đun mô hình mô phỏng hệ thống truyền lực có vi sai ............................................ 23
2.3. Mô đun mô hình mô phỏng bánh xe ............................................................................. 26
2.3.1. Phương trình chuyển động quay của bánh xe bị động ....................................... 26
2.3.2. Phương trình chuyển động quay của bánh xe chủ động ..................................... 27
2.3.3. Phản lực tiếp tuyến tại bánh xe........................................................................... 29
2.4. Mô đun mô hình mô phỏng hệ thống phanh khí nén .................................................... 32
i


2.4.1. Mô phỏng cơ cấu phanh bánh xe ........................................................................ 32
2.4.2. Mô phỏng dẫn động phanh ................................................................................. 36
2.5. Mô phỏng khảo sát chuyển động của ô tô .................................................................... 40
2.6. Khảo sát ảnh hưởng của mô men phanh tới đặc tính tăng tốc của ô tô ........................ 44
2.7. Kết luận chương 2 ........................................................................................................ 48
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ
THỐNG ...................................................................................................................... 50
3.1. Cấu trúc hệ thống.......................................................................................................... 50
3.2. Trạng thái làm việc của các van chấp hành .................................................................. 52
3.3. Thuật toán điều khiển ................................................................................................... 54

3.4. Mô đun mô phỏng bộ điều khiển trong hệ thống ......................................................... 56
3.4.1. Sơ đồ bộ điều khiển ............................................................................................ 56
3.4.2. Mô phỏng điều khiển cơ cấu chấp hành ............................................................. 56
3.4.3. Mô phỏng bộ điều khiển ..................................................................................... 58
3.5. Nghiên cứu xác định ngưỡng điều khiển theo độ trượt của bánh xe ............................ 59
3.6. Kết luận chương 3 ........................................................................................................ 69
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG......................... 71
4.1. Thiết kế chế tạo hệ thống.............................................................................................. 71
4.1.1. Mục đích và đối tượng........................................................................................ 71
4.1.2. Cảm biến sử dụng trong hệ thống....................................................................... 71
4.1.3. Cụm van chấp hành. ........................................................................................... 73
4.1.4. Thí nghiệm kiểm tra sự làm việc của cụm van chấp hành. ................................ 75
4.1.5. Bộ điều khiển điện tử ......................................................................................... 78
4.2. Thực nghiệm hệ thống .................................................................................................. 83
4.2.1. Mục đích và phương pháp thực nghiệm ............................................................. 83
4.2.2. Chế tạo thiết bị thực nghiệm .............................................................................. 84
4.2.3. Trình tự thực nghiệm .......................................................................................... 92
4.2.4. Kết quả thực nghiệm .......................................................................................... 94
4.3. Kết luận chương 4 ........................................................................................................ 99
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 100
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 102
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA LUẬN ÁN ...................................................... 107
PHỤ LỤC………………………………………………………………………………...109

ii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
1. Ký hiệu bằng chữ cái La tinh
Ký hiệu

A
a
ax
Am
A1,A2
B
b
Cv
D
DK3/2_t,
DK3/2_p
Fz
Fk
Fwx
Fp2, Fp1
Fj
f
G
G0
G2
g
Gia tốc_max
giamap
tangap
hg
i0
ih1
Jbx
K
Kg

L
M
m
Mp

Mms
Mx
t

M x, Mpx

Giải thích
Tiết diện thông qua
Khoảng cách từ tâm cầu trước đến trọng tâm
Gia tốc chuyển động dọc
Tiết diện màng phanh
Lần lượt là tiết diện đường ống phanh trước và sau
Chiều rộng cơ sở của xe
Khoảng cách từ tâm cầu sau đến trọng tâm
Hệ số tiết lưu
Đường kính bầu phanh
Biến điều khiển mở van 3/2 bên trái, phải

Đơn vị
m2
m
m/s2
m2
m2
m

m
m

Phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe
Lực kéo tiếp tuyến
Lực cản không khí
Lần lượt là lực phanh cầu trước và sau.

N
N
N
N

Lực quán tính của ô tô
Hệ số cản lăn
Trọng lượng riêng trung bình của chất khí
Trọng lượng ô tô
Trọng lượng ô tô phân ra cầu sau
Gia tốc trọng trường
Gia tốc cực đại của ô tô

N

Biến điều khiển dòng khí nén xả khỏi bầu phanh
Biến điều khiển dòng khí nén vào bầu phanh
Chiều cao trọng tâm của xe
Tỷ số truyền của truyền lực chính
Tỷ số truyền tay số 1
Mô men quán tính của bánh xe
Nhiệt trị riêng của chất khí

Hệ số chuyển đổi của chất khí
Chiều dài cơ sở của xe
mô men vỏ vi sai
khối lượng của ô tô.
Mô men phanh bánh xe
Mô men ma sát của bộ vi sai.
Mô men xoắn tại tâm trục bánh xe
Lần lượt là mô men bán trục trái và mô men bán trục phải
iii

N/m3
N
N
m/s2
m/s2

m

kgm2

m
N.m
kg
N.m
N.m
N.m
N.m


Mtp2, Mpp2

pa
pbau
P

Qw
R
rb
rd
Tu
t max
u
vx
vox

Mô men phanh tại bánh xe bên trái, phải
Áp suất khí trời
Áp suất bầu phanh
Lực bám
Lưu lượng khối
Hằng số của chất khí
Bán kính bánh xe
Bán kính động lực học bánh xe
Nhiệt độ của khí nén
Tỷ lệ thời gian duy trì gia tốc cực đại
Vận tốc chuyển động của khí nén
Vận tốc của ô tô
Vận tốc ban đầu của ô tô.

x

Chuyển dịch của ô tô.

x

Gia tốc của ô tô

N.m
N/m2
Pa
N
N/s
1/Jmol.K
m
m
K
s
m/s
m/s
m/s
M
m/s2

2. Ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp
Ký hiệu


 , x , y

 , x ,  y





ωp
ωt
λ1, λ2
φpx, φtx
µ

Giải thích
Hệ số tính đến ảnh hưởng các khối lượng quay
Hệ số bám, hệ số bám dọc, hệ số bám ngang
Độ trượt, độ trượt dọc, độ trượt ngang
Mật độ không khí
Vận tốc góc bánh xe
Gia tốc góc bánh xe
Vận tốc góc bánh xe bên phải
Vận tốc góc bánh xe bên trái
Ngưỡng trượt dưới và trên
Hệ số bám bánh xe bên phải và trái
Hệ số ma sát

iv

Đơn vị

kg/m3
rad/s
rad/s2

rad/s
rad/s


3. Các chữ viết tắt
Ký hiệu

Giải thích

ABS

Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe khi phanh (Anti-look
Braking Systems)

ABS-SC

Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe khi phanh có điều khiển
ổn định hướng

EBD

Hệ thống phân bố lực phanh điện tử (Electronic Brake Distribution)

ASR

Hệ thống chống trượt quay
(Anti Spin Regulator - Antriebsschlupfregelung)

ECU

Bộ điều khiển điện tử (Electronic Control Unit)

ESP

Chương trình điều khiển ổn định điện tử (Electronic Stability
Program)

FLC

Điều khiển lôgic mờ (Fuzzy Logic Controller)

TCS

Hệ thống điều khiển lực kéo (Traction control system)

VSC

Hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Vehicle Stability Control)

v


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Thông số của xe nghiên cứu................................................................................ 17
Bảng 2.1. Thông số kỹ thuật cơ cấu phanh ......................................................................... 34
Bảng 2.2. Giá trị mô men phanh tính toán........................................................................... 34
Bảng 2.3. Giá trị mô men cơ cấu phanh bánh xe từ thí nghiệm .......................................... 35
Bảng 2.4. Thông số sử dụng trong tính toán mô phỏng ...................................................... 41
Bảng 2.5. Các trường hợp mô phỏng với mức ga 30% ....................................................... 42
Bảng 2.6. Quan hệ giữa mô men phanh bánh xe với gia tốc cực đại (Gia tốc_max) cùng thời

gian duy trì gia tốc lớn nhất (Thời gian) ............................................................. 47
Bảng 3.1. Tổng hợp các phương án mô phỏng xác định ngưỡng trượt điều khiển ............. 61
Bảng 3.2. Giá trị độ trượt trung bình thu được khi mô phỏng quá trình khởi hành với một số
giá trị ngưỡng và hệ số bám của đường khác nhau ............................................. 65
Bảng 4.1. Thông số kỹ thuật cảm biến vận tốc góc E2A-S08-KS02-WP-C1 ..................... 72
Bảng 4.2. Thông số kỹ thuật của van 3/2 KTA317 ............................................................. 74
Bảng 4.3. Trạng thái điều khiển của cụm van chấp hành .................................................... 75
Bảng 4.4. Thông số cảm biến đo áp suất Sensys loại M5156-10286X-020BG .................. 75
Bảng 4.5. thông số kỹ thuật cảm biến lực PST-A5t ............................................................ 88
Bảng 4.6. Tổng hợp kết quả sự trượt quay bánh xe ............................................................. 96
Bảng 4.7. Tổng hợp kết quả lực dọc của ô tô ...................................................................... 98

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe. ....................... 7
Hình 1.2. Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trượt với các loại lốp ............................... 8
Hình 1.3. Nghiên cứu về hệ thống TCS của Huiyi Wang ................................................... 13
Hình 1.4. Hệ thống chống trượt quay của hãng Wabco cho xe tải ...................................... 15
Hình 1.5. Ô tô nghiên cứu ................................................................................................... 17
Hình 2.1. Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống...................................................................... 21
Hình 2.2. Các lực tác dụng lên ô tô trong quá trình chuyển động ....................................... 22
Hình 2.3. Sơ đồ hệ thống truyền lực .................................................................................... 23
Hình 2.4. Đặc tính mô men của động cơ ............................................................................. 25
Hình 2.5. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe bị động ..................................................... 26
Hình 2.6. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động .................................................. 27
Hình 2.7. Sơ đồ tính lực dọc ................................................................................................ 31
Hình 2.8. Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt dọc ............................................................. 32
Hình 2.9. Sơ đồ lực tác động trong cơ cấu phanh tang trống .............................................. 33

Hình 2.10. Sơ đồ thí nghiệm đo mô men phanh bánh xe .................................................... 35
Hình 2.11. Quan hệ áp suất và mô men phanh bánh xe theo tính toán và thí nghiệm ........ 36
Hình 2.12. Sơ đồ mô phỏng dẫn động phanh khí nén của hệ thống .................................... 36
Hình 2.13. Mô men bán trục, vận tốc góc bánh xe khi ô tô chuyển động trên đường có hệ số
bám hai bên bánh xe bằng 0.8 ............................................................................. 42
Hình 2.14. Mô men bán trục, vận tốc góc bánh xe khi ô tô chuyển động trên đường có hệ số
bám hai bên bánh xe khác nhau (φt =0,1, φp =0,8).............................................. 43
Hình 2.15. Sơ đồ mô phỏng chuyển động thẳng của ô tô khi tác động phanh .................... 44
Hình 2.16. Vận tốc ô tô, gia tốc ô tô và độ trượt bánh xe khi ở mức ga 80% trên đường hệ số
bám một bên bánh xe chủ động bằng 0.2 (φt =0,2, φp =0,8) ............................... 45
Hình 2.17. Vận tốc, gia tốc ô tô và độ trượt bánh xe khi ở mức ga 80% trên đường hệ số bám
một bên bánh xe chủ động bằng 0.5 (φt =0,5, φp =0,8)....................................... 46
Hình 2.18. Quan hệ giữa hệ số bám, mô men phanh bánh xe với tỷ lệ thời gian duy trì gia
tốc lớn nhất của ô tô. ........................................................................................... 48
Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống phanh khí nén có ABS .................................................. 50
Hình 3.2. Sơ đồ cấu trúc hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe bằng phanh khí nén .......... 51
Hình 3.3. Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển ........................................................................... 52
vii


Hình 3.4. Sơ đồ ký hiệu của van 3/2 thường đóng .............................................................. 53
Hình 3.5. Trạng thái làm việc của các van chấp hành ......................................................... 53
Hình 3.6. Thuật toán điều khiển hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe ............................... 54
Hình 3.7. Tín hiệu và các pha điều khiển hệ thống theo độ trượt ....................................... 55
Hình 3.8. Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe chủ động ................ 56
Hình 3.9. Sơ đồ một mô đun điều khiển van 3/2 trong hệ thống ........................................ 57
Hình 3.10. Các biến điều khiển van 3/2, van ABS, áp suất bầu phanh và mô men phanh bánh
xe ở bên bánh xe bị trượt quay ............................................................................ 57
Hình 3.11. Sơ đồ mô tả một mô đun điều khiển .................................................................. 59
Hình 3.12. Sơ đồ mô tả mô hình mô phỏng hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe ............. 59

Hình 3.13. Sơ đồ mô tả phương pháp xác định ngưỡng điều khiển .................................... 60
Hình 3.14. Vận tốc góc bánh xe, gia tốc ô tô, độ trượt và mô men phanh bánh xe khi một
bên bánh xe chủ động khởi hành trên đường có hệ số bám bằng 0.45 (φt = 0,45, φp
=0,8) với ngưỡng điều khiển λ1 = 0,05, λ2 = 0,25 ............................................... 62
Hình 3.15. Vận tốc góc bánh xe, gia tốc ô tô, độ trượt và mô men phanh bánh xe khi một
bên bánh xe chủ động khởi hành trên đường có hệ số bám bằng 0.45 (φt =0,45, φp
=0,8) với ngưỡng điều khiển λ1 = 0,2, λ2 = 0,4 ................................................... 62
Hình 3.16. Vận tốc góc bánh xe, gia tốc ô tô, độ trượt và mô men phanh bánh xe khi một
bên bánh xe chủ động khởi hành trên đường có hệ số bám bằng 0.45 (φt=0,45, φp
=0,8) với ngưỡng điều khiển λ1 = 0,05, λ2 = 0,4 ................................................. 63
Hình 3.17. Vận tốc góc bánh xe, gia tốc ô tô, độ trượt và mô men phanh bánh xe khi một
bên bánh xe chủ động khởi hành trên đường có hệ số bám bằng 0.2 (φt=0,2, φp
=0,8) với ngưỡng điều khiển λ1 = 0,2, λ2 = 0,25 ................................................. 64
Hình 3.18. Vận tốc, gia tốc ô tô và vận tốc góc bánh xe, độ trượt bánh xe khi một bên bánh
xe chủ động đi trên đường có hệ số bám bằng 0.1 (φt=0,1, φp =0,8) .................. 66
Hình 3.19. Vận tốc, gia tốc ô tô và vận tốc góc bánh xe, độ trượt bánh xe khi một bên bánh
xe chủ động đi trên đường có hệ số bám bằng 0.2 (φt=0,2, φp =0,8) .................. 66
Hình 3.20. Vận tốc, gia tốc ô tô và vận tốc góc bánh xe, độ trượt bánh xe khi một bên bánh
xe chủ động đi trên đường có hệ số bám bằng 0.3 (φt=0,3, φp =0,8) .................. 67
Hình 3.21. Gia tốc cực đại đạt được khi có điều khiển (φt=0,1 ÷0,3, φp =0,8) ................... 68
Hình 3.22. Lực kéo của ô tô khi một bên bánh xe chủ động đi trên đường có hệ số bám bằng
0.1 (φt=0,1, φp =0,8) ............................................................................................ 68
Hình 4.1. Sơ đồ mạch cảm biến E2A-S08-KS02-WP-C1 ................................................... 72
Hình 4.2. Sơ đồ cụm van chấp hành .................................................................................... 74
viii


Hình 4.3. Sơ đồ lắp ghép cụm van chấp hành hạn chế trượt quay được chế tạo thử .......... 74
Hình 4.4. Sơ đồ cảm biến đo áp suất khí nén ...................................................................... 75
Hình 4.5. Biến thiên áp suất bầu phanh với ô tô nguyên bản .............................................. 77

Hình 4.6. Biến thiên áp suất bầu phanh khi lắp van chấp hành và kích hoạt ...................... 77
Hình 4.7. Cấu trúc bộ điều khiển điện tử............................................................................. 78
Hình 4.8. Sơ đồ nguyên lý mạch xử lý tín hiệu từ cảm biến vận tốc góc bánh xe phía
trước .................................................................................................................... 79
Hình 4.9. Sơ đồ tính các thông số để transistor bão hòa ..................................................... 80
Hình 4.10. Bảng mạch hoàn thiện của bộ điều khiển .......................................................... 82
Hình 4.11. Sơ đồ nguyên lý của bộ điều khiển .................................................................... 83
Hình 4.12. Thiết bị đo – ghi dữ liệu .................................................................................... 84
Hình 4.13. Sơ đồ đấu dây cho giắc nguồn ........................................................................... 85
Hình 4.14. Sơ đồ đấu dây cho cảm biến lực (đo lực dọc của ô tô) ...................................... 85
Hình 4.15. Sơ đồ đấu dây cho cảm biến tốc độ (đo vận tốc góc bánh xe) .......................... 85
Hình 4.16. Sơ đồ đấu dây cho cảm biến áp suất .................................................................. 86
Hình 4.17. Giao diện phần mềm đo, ghi dữ liệu ................................................................. 86
Hình 4.18. Sơ đồ mạch đo, ghi vận tốc góc bánh xe ........................................................... 87
Hình 4.19. Mô tả thực nghiệm đo vận tốc góc bánh xe ô tô................................................ 88
Hình 4.20. Cảm biến Load cell PST-A5t ............................................................................ 88
Hình 4.21. Sơ đồ mạch đo lực dọc ...................................................................................... 89
Hình 4.22. Mô tả thực nghiệm đo lực dọc của ô tô ............................................................. 89
Hình 4.23. Định chuẩn thiết bị đo lực dọc của ô tô ............................................................. 90
Hình 4.24. Đồ thị định chuẩn lực kéo và điện áp ra bộ đo dữ liệu ...................................... 90
Hình 4.25. Sơ đồ mạch đo, ghi áp suất khí nén ................................................................... 91
Hình 4.26. Đồ thị định chuẩn áp suất khí nén và dòng điện ra bộ đo dữ liệu ..................... 91
Hình 4.27. Vận tốc 4 bánh xe trên nền xưởng công nghiệp ................................................ 94
Hình 4.28. Vận tốc ô tô khi có điều khiển ........................................................................... 95
Hình 4.29. Độ trượt bánh xe khi có điều khiển ................................................................... 95
Hình 4.30. Áp suất khí nén tại bầu phanh và bình chứa ...................................................... 95
Hình 4.31. Vận tốc 4 bánh xe khi lắp cảm biến lực vào sau ô tô ........................................ 97
Hình 4.32. Giá trị tổng lực dọc của ô tô .............................................................................. 97
Hình 4.33. Áp suất khí nén tại bầu phanh và bình chứa khi đo lực dọc .............................. 98

ix


MỞ ĐẦU
Sau hơn 20 năm xây dựng, mặc dù đã phát triển mạnh so với những năm đầu thập niên
90 của thế kỷ trước, nhưng ngành công nghiệp ô tô Việt Nam vẫn ở mức quy mô nhỏ với
công nghệ lạc hậu. Đại đa phần các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước có quy mô vừa
và nhỏ với công việc chủ yếu là lắp ráp dạng CKD (Completely Knocked Down), trên cơ sở
linh kiện nhập khẩu từ nước ngoài. Tỷ lệ nội địa hóa trong sản phẩm ô tô trong nước còn rất
thấp. Mặc dù đã có nhiều chính sách ưu đãi của Chính phủ đối với các dòng xe tải nhỏ và
trung bình, nhưng lĩnh vực sản xuất ô tô tải vẫn còn đang trong một tình trạng không mấy
khả quan. Chỉ một số ít sản phẩm của khung vỏ, thùng bệ, ca bin có thể tự sản xuất được,
còn hầu hết các bộ phận chính từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển…
đều được nhập ngoại, trong đó phần lớn các linh kiện là từ Trung Quốc với chất lượng thấp,
qui mô sản xuất và mức đầu tư cho công nghệ còn thấp, chất lượng còn rất hạn chế.
Với bối cảnh như vậy, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam còn rất nhiều việc phải làm
để có thể sản xuất ra những sản phẩm ô tô tải mang thương hiệu Việt Nam có chất lượng và
giá thành về trước mắt đáp ứng nhu cầu trong nước và về lâu dài để hướng tới xuất khẩu, hội
nhập với khu vực và thế giới.
Theo quy hoạch của Chính phủ trong Quyết định số 229/QĐ-TTg ngày 04/02/2016 về
Cơ chế, chính sách thực hiện Chiến lược và Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô
Việt Nam, trong đó thể hiện sự quan tâm lớn đến công nghiệp phụ trợ. Theo bản Quy hoạch
này, mục tiêu cho đến năm 2020, công nghiệp ô tô Việt Nam có thể chế tạo được một số chi
tiết quan trọng trong hệ thống truyền lực, phanh, đặc biệt chú trọng vào xe khách và xe tải
nhẹ.
Trước tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các cụm chi tiết trên ô
tô, thì cần phải có đầu tư đặc biệt cho lĩnh vực nghiên cứu chuyên sâu phục vụ cho việc thiết
kế chế tạo, trong đó có các cụm của hệ thống điều khiển điện tử, nhằm phát triển sản phẩm
có chất lượng cao.
Hệ thống chống trượt quay bánh xe là một hệ thống tự động điều khiển vận tốc góc

bánh xe chủ động nhằm tận dụng tối đa hệ số bám dọc và bám ngang của bánh xe chủ động
khi đi trên đường có hệ số bám hai bên khác nhau [16]. Hệ thống này sẽ nâng cao hiệu quả
sử dụng cũng như tăng tính năng an toàn chuyển động của ô tô. Hiện nay các hãng xe đã
nghiên cứu chuyên sâu về cả lý thuyết lẫn thực nghiệm để thiết kế và chế tạo các các hệ
thống chống trượt quay bánh xe chủ động và trang bị rộng rãi trên các dòng xe khác nhau
bằng cách tác động trực tiếp hoặc gián tiếp vào các hệ thống phanh, hệ thống truyền lực, hệ
thống treo của ô tô [29]. Tuy nhiên, với điều kiện còn nhiều thiếu thốn về cơ sở vật chất,
trang thiết bị thí nghiệm như hiện nay, các nhà khoa học Việt Nam bước đầu nghiên cứu
1


phát triển tách biệt hệ thống phanh hoặc hệ thống truyền lực thành hệ thống chống trượt quay
bánh xe chủ động.
Xuất phát từ những nhu cầu ở trên, nghiên cứu sinh đã chọn hướng nghiên cứu phát
triển hệ thống phanh ABS khí nén của xe tải nhỏ có bổ sung hệ thống hạn chế trượt quay
bánh xe chủ động khi đi trên đường có hệ số bám không đồng nhất nhằm góp phần làm chủ
công nghệ chế tạo phục vụ chiến lược nội địa hóa công nghiệp ô tô Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu hiện tượng trượt quay bánh xe chủ động của xe tải 4x2 trên đường có hệ
số bám khác nhau (2 bên bánh xe chủ động) từ đó đề xuất và chế tạo một mẫu (ban đầu) hệ
thống hạn chế trượt quay bánh xe với giải pháp tác động phanh bánh xe bị trượt quay trên
cơ sở hệ thống phanh khí nén có ABS nhằm nâng cao tính năng động lực học cho ô tô.

Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động
cho ô tô tải 4x2 được trang bị hệ thống phanh khí nén có ABS của đề tài khoa học công nghệ
cấp nhà nước, mã số KC.03.05/11-15.

Phạm vi nghiên cứu

Điều khiển hệ thống phanh khí nén nhằm hạn chế trượt quay từng bên bánh xe chủ
động của ô tô trên đường có hệ số bám không đồng nhất.

Phương pháp nghiên cứu
Với mục đích nghiên cứu chế tạo thành công hệ thống hạn chế trượt quay trên ô tô,
luận án đã dùng nghiên cứu mô phỏng trên máy tính để khảo sát các ảnh hưởng hệ số bám
và hiệu quả điều khiển tới đặc tính tăng tốc của ô tô tải ở các loại đường. Trên cơ sở đó xác
định sơ bộ giá trị ngưỡng điều khiển. Thiết kế chế tạo hệ thống điều khiển và dùng phương
pháp nghiên cứu thực nghiệm để phân tích, điều chỉnh hệ thống hoạt động tốt trong thực tế.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Luận án đã đề xuất được phương án phát triển từ hệ thống phanh khí nén ABS có bổ
sung hệ thống hạn chế trượt quay của bánh xe chủ động. Nghiên cứu xây dựng mô hình hệ
thống hạn chế trượt quay, đề xuất thuật toán điều khiển và phương pháp xác định ngưỡng
điều khiển hệ thống. Điều này cho phép gợi mở các hướng nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm áp dụng với các sản phẩm nội địa với điều kiện hiện có.

2


Hệ thống được chế tạo phù hợp với điều kiện công nghệ chế tạo hiện đang áp dụng tại
Việt Nam, cho phép thử nghiệm để tiến tới sản xuất hàng loạt nhằm giảm chi phí sản xuất
thực tế và hiện đại hóa ô tô sản xuất tại Việt Nam. Sự thành công của đề tài góp phần hoán
cải và sản xuất các ô tô tải có sử dụng phanh khí có hiệu quả, giảm thiểu giá thành ô tô để
tăng năng lực cạnh tranh với ô tô nhập ngoại.

Nội dung và bố cục của luận án:
Luận án sẽ tiến hành các nội dung nghiên cứu như sau:
- Khảo sát ảnh hưởng của mô men phanh tới đặc tính tăng tốc của ô tô tải trên đường
có hệ số bám không đồng nhất;

- Nghiên cứu đề xuất được thuật toán điều khiển và xác định được ngưỡng điều khiển
theo độ trượt phù hợp với xe thí nghiệm;
- Chế tạo hệ thống điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe chủ động cho ô tô tải 4x2;
- Chế tạo hệ thống đo ứng dụng các cảm biến vận tốc góc bánh xe, lực kéo và áp suất
khí nén cho ô tô nghiên cứu;
- Thực nghiệm, nhận xét khả năng hoạt động của toàn hệ thống hạn chế trượt quay
bánh xe.
Với các nội dung nghiên cứu trên, nội dung luận án được trình bày trong các phần
chính như sau:
Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Chương 2. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống
Chương 3. Nghiên cứu bộ điều khiển và mô phỏng hoạt động của hệ thống
Chương 4. Thiết kế, chế tạo và thực nghiệm hệ thống
Kết luận.

Các kết quả nghiên cứu mới của luận án
Luận án trình bày các kết quả nghiên cứu mới gồm:
- Đề xuất mô hình hệ thống hạn chế trượt quay của bánh xe chủ động trên cơ sở hệ
thống phanh khí nén có trang bị ABS;
- Đề xuất thuật toán điều khiển hạn chế trượt quay bánh xe chủ động cho ô tô tải có
trạng bị hệ thống phanh ABS khí nén;
- Thiết kế, chế tạo một mẫu ban đầu hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe chủ động và
thực nghiệm trên ô tô nghiên cứu.

3


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển của lĩnh vực
sản xuất ô tô tải

1.1.1. Thực trạng
Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam bắt đầu phát đầu hình thành từ những năm đầu thập
niên 90 của thế kỷ trước và phát triển mạnh sau những năm 2000. Theo thống kê của Bộ
Công Thương, tính đến 01/2015 Việt Nam có khoảng gần 400 doanh nghiệp sản xuất, lắp
ráp ô tô. Tổng năng lực sản xuất - lắp ráp ô tô khoảng 460 ngàn xe/năm, gồm hầu hết các
chủng loại xe con (khoảng 200 ngàn xe/năm), xe tải và xe khách (khoảng 215 ngàn xe/năm).
Ngành công nghiệp ô tô đã có đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước (bình quân khoảng
01 tỷ USD/năm - chỉ tính riêng các khoản thuế) và giải quyết công ăn việc làm cho khoảng
80 ngàn lao động trực tiếp.
Mặc dù đã đạt được một số thành tựu, sau hơn 20 năm xây dựng và phát triển Việt
Nam vẫn đang sở hữu một ngành công nghiệp ô tô quy mô nhỏ, công nghệ còn hạn chế. Đa
số các doanh nghiệp sản xuất ô tô trong nước có quy mô vừa và nhỏ với công việc chủ yếu
là lắp ráp dạng CKD trên cơ sở linh kiện nhập khẩu từ nước ngoài. Doanh nghiệp ô tô lớn
nhất Việt Nam hiện nay là Trường Hải cũng vẫn chỉ là cơ sở lắp ráp với tỷ lệ nội địa hóa
thấp.
Trong bối cảnh chung của ngành công nghiệp ô tô như vậy, lĩnh vực sản xuất ô tô tải,
mặc dù được hưởng nhiều chính sách ưu đãi của Chính phủ cũng đang ở trong một tình trạng
không mấy khả quan. Hầu hết các doanh nghiệp ô tô Việt Nam mới chỉ sản xuất được một
số sản phẩm của khung vỏ, thùng bệ, ca bin và một số chi tiết khác. Toàn bộ phần máy móc
từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển… đều được nhập khẩu từ nước
ngoài, trong đó phần lớn là từ Trung Quốc.
Với linh kiện nhập khẩu từ Trung Quốc chất lượng thấp, quy mô sản xuất không lớn
và mức đầu tư cho công nghệ thấp, ô tô tải nội địa thường có chất lượng không cao.
Trước tình hình trên, ngành công nghiệp ô tô Việt Nam còn rất nhiều việc phải làm để
có thể sản xuất ra những chiếc ô tô tải có chất lượng và giá thành đáp ứng nhu cầu trong
nước và hướng tới xuất khẩu, hội nhập với khu vực và thế giới.
1.1.2. Định hướng phát triển
Trước tình hình trên, trong tháng 7/2014 Thủ tướng Chính phủ đã ban hành 2 văn bản
quan trọng là “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm 2020, tầm
nhìn đến năm 2030” và “Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam đến năm

2025, tầm nhìn đến năm 2035”, trong đó lĩnh vực sản xuất ô tô tải nhận được sự quan tâm
đặc biệt. Gần đây nhất, ngày 04/02/2016 Thủ tướng Chính phủ đã ký ban hành Quyết định
4


số 229/QĐ-TTg về Cơ chế, chính sách thực hiện Chiến lược và Quy hoạch phát triển ngành
công nghiệp ô tô Việt Nam.
Theo quy hoạch của Chính phủ, cần “Chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụ cho
sản xuất nông nghiệp …” nhằm đạt được sản lượng xấp xỉ 100.000 xe vào năm 2020, đáp
ứng 78% nhu cầu tiêu thụ nội địa.
Bản Quy hoạch lần này đã thể hiện sự quan tâm đặc biệt đến công nghiệp phụ trợ:
“Giai đoạn đến năm 2020, cơ bản hình thành ngành công nghiệp hỗ trợ cho sản xuất ô tô.
Phấn đấu đáp ứng 30 - 40% (về giá trị) nhu cầu linh kiện, phụ tùng của sản xuất, lắp ráp xe
ô tô trong nước, chế tạo được một số chi tiết quan trọng trong bộ phận truyền động, hộp số,
động cơ (nhất là cho xe khách và xe tải nhẹ)”.
Sự quan tâm đặc biệt của Chính phủ tới công nghiệp hỗ trợ đã được khẳng định bằng
Nghị định số 111/2015/NĐ-CP về Phát triển công nghiệp hỗ trợ, ban hành ngày 03/11/2015,
trong đó định rõ những chính sách hỗ trợ phát triển đối với ngành công nghiệp này, trong đó
có lĩnh vực sản xuất phụ tùng ô tô.
1.1.3. Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển
Hiện nay ở Việt Nam có khá nhiều doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô tải, chủ yếu
là loại nhỏ và trung bình. Có thể kể đến những nhà sản suất lớn như Trường Hải, VEAM,
TMT... Ngoài ra còn có các liên doanh cũng tham gia sản xuất một số loại ô tô tải các cỡ.
Nhìn chung, các sản phẩm trong lĩnh vực này đều dựa trên các bộ linh kiện nhập khẩu
(chủ yếu từ Trung Quốc và Hàn Quốc) với tỷ lệ nội địa hóa không cao. Phần sản xuất trong
nước chỉ có ca bin, thùng xe và khung. Với mức đầu tư về chất xám và trang thiết bị còn
khiêm tốn, chất lượng của các sản phẩm của các cơ sở lắp ráp trong nước còn ở mức độ hạn
chế. Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ô tô chủ yếu cho thị trường trong nước hiện nay nhờ
có ưu thế về giá thành.
Một trong những nguyên nhân chính kìm hãm sự phát triển của ngành công nghiệp ô

tô Việt Nam là sự yếu kém của công nghiệp phụ trợ. Theo thống kê, hiện nay ở Việt Nam,
hiện chỉ có khoảng 40 nhà cung cấp linh kiện trên tổng số 50 nhà lắp ráp, trong khi Thái Lan
có tới trên 1.500 doanh nghiệp phụ trợ với tỷ lệ nội địa hóa đạt tới 70%-80%. Đài Loan cũng
có khoảng trên 2.000 nhà đầu tư sản xuất linh kiện phụ tùng thay thế.
Với thực trạng trên, tỷ lệ nội địa hoá của các loại ô tô lắp ráp trong nước là rất thấp.
Theo Bộ Công thương (2016): "Tỷ lệ nội địa hoá đạt thấp, …" đến nay chủ yếu mới đạt bình
quân 7-10%. Đối với xe con của Thaco đạt 15-18%, của Toyota Việt Nam đạt 37% đối với
dòng xe Inova. Đối với xe tải nhẹ: Thaco đạt khoảng 33%, Vinaxuki đạt khoảng 50%”.
Như vậy, có thể thấy rằng các nhà sản xuất trong nước thực chất mới chỉ làm công
việc lắp ráp mà chưa quan tâm đến nghiên cứu phát triển để có thể tiến tới chế tạo những
chiếc xe mang thương hiệu Việt Nam và đưa các doanh nghiệp trong nước hội nhập với thế
giới.
5


Trước tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hoàn chỉnh các cụm và các hệ thống
cho ô tô, thì cần phải có đầu tư chiều sâu, đặc biệt là đầu tư cho lĩnh vực nghiên cứu phát
triển sản phẩm có chất lượng cao. Trong đó, ưu tiên hàng đầu cần được dành cho các nghiên
cứu chuyên sâu phục vụ cho việc thiết kế chế tạo các hệ thống điều khiển điện tử chiếm tỷ
trọng giá trị cao.
1.1.4. Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm và sản xuất hệ thống chống
trượt cho ô tô tải
Cho tới ngày nay, các nhà máy cơ khí Việt Nam mới chỉ sản xuất được một số dạng
chi tiết cơ khí đơn giản phục vụ cho việc thay thế phụ tùng trong sửa chữa ô tô như: bánh
răng trụ, bánh răng côn, nhíp, thùng xe ....
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô Việt Nam, trong những năm gần
đây, đã xuất hiện một số đề tài nghiên cứu thiết kế các hệ thống điều khiển điện tử như đề
tài “Nghiên cứu thiết kế và chế tạo thử nghiệm hệ thống ABS cho hệ thống phanh khí nén
trên ô tô tải sản xuất, lắp ráp tại Việt Nam” là một trong những đề tài trọng điểm cấp Nhà
nước KC.03.05/11-15 đã được thực hiện tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội với những

kết quả ban đầu được đánh giá cao. Tuy nhiên, các đề tài trên chỉ giải quyết chống trượt lết
của bánh xe, chưa giải quyết chống trượt quay của bánh xe chủ động.

1.2. Hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động
Trên thực tế khi ô tô hoạt động, lực bám giữa lốp xe và mặt đường có giới hạn và thay
đổi tùy theo tính chất của mặt đường. Do vậy không phải lúc nào mô men từ động cơ truyền
xuống cũng chuyển hết thành mô men kéo của bánh xe. Trường hợp mô men từ động cơ
truyền xuống cầu chủ động, đến các bán trục lớn hơn giới hạn bám của bánh xe trên mặt
đường sẽ xảy ra hiện tượng trượt quay tại các bánh xe chủ động [26].
Lực bám sinh ra ở bánh xe chủ động được xác định bằng công thức:
Pφ = φ.Gφ

(1.1)

Trong đó: φ là hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường
Gφ là trọng lượng bám.
Trong quá trình ô tô khởi hành và tăng tốc, nếu mô men ở trên bánh chủ động từ động
cơ truyền xuống lớn hơn mô men sinh ra do lực bám của mặt đường (Mx> Mφ) hoặc lực cản
lớn (hệ số bám hai bên bánh xe bằng nhau) làm cho bánh xe chủ động sẽ bị trượt quay, khi
đó hệ số bám dọc giảm và hệ số bám ngang cũng giảm xuống thấp. Điều đó làm cho hiệu
quả tăng tốc và tính ổn định khi tăng tốc giảm rõ rệt, tăng sự mòn lốp. Có thể xem xét cụ thể
hơn qua đồ thị lực bám dọc và bám ngang theo độ trượt của bánh xe như hình 1.1 [1].
6


Hình 1.1. Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt bánh xe.

Ở đây với φx và φy là hệ số bám dọc và hệ số bám ngang của bánh xe khi tác động
phanh. Qua đồ thị có thể thấy khi độ trượt nằm trong khoảng 10% - 30% thì hệ số bám dọc
và bám ngang đều lớn.

Mục đích của hệ thống chống trượt quay bánh xe là duy trì hệ số trượt giữa bánh xe và
mặt đường khi tăng tốc trong mọi điều kiện nằm trong khoảng 10%–30% để đảm bảo hệ số
bám dọc và bám ngang đều cao nhằm tận dụng được trọng lượng bám ở từng bánh xe. Do
đó hệ thống này cần thiết xác định độ trượt thực tế ở các bánh xe để có tác động điều khiển
đến các cơ cấu chấp hành.
Sự trượt dọc của bánh xe gắn liền với sự biến dạng theo chu vi lốp. Do tác dụng bởi
mô men xoắn ở bánh xe, các lớp lốp ở vùng tiếp xúc bị biến dạng, gây nên dịch chuyển
tương đối với nền và được xác định bằng độ trượt dọc.
Độ trượt của bánh xe chủ động biểu thị bởi tỷ lệ phần trăm của vận tốc ô tô với vận
tốc góc bánh xe và được xác định theo công thức [66]:



v0  v
.100%
v0

(1.2)

Trong đó: v là vận tốc của thân xe (vận tốc thực tế của ô tô),
v0 là vận tốc dài lý thuyết của bánh xe, được xác định:

v0  .rd

(1.3)

Với: ω là vận tốc góc bánh xe,
rd là bán kính động lực học của bánh xe.
Khi ô tô chuyển động, tùy thuộc vào điều kiện vận hành độ trượt của bánh xe luôn thay
đổi từ không trượt tới trượt quay hoàn toàn.

+ Khi bánh xe lăn không trượt:
7


v = v0; λ=0 %

(1.4)

+ Khi bánh xe bị trượt quay hoàn toàn:
v = 0; λ=100%

(1.5)

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, độ trượt của bánh xe có ảnh hưởng lớn tới hệ số bám
dọc (φx) của bánh xe với mặt đường. Đặc tính quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trượt, một
số loại lốp trên loại đường cụ thể, được mô tả trên hình 1.2 [3], [7].

Hình 1.2. Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trượt với các loại lốp

1- Lốp mành tròn chạy trên đường khô;

3- Lốp mành tròn chạy trên đường tuyết;

2- Lốp mành chéo chạy trên đường nhựa ướt; 4- Lốp mành tròn chạy trên đường băng.
Đối với mỗi loại đường, loại lốp khác nhau cho kết quả quan hệ φx và λ khác nhau và
giới hạn vùng có hệ số bám tốt nhất (vùng cần tác động điều khiển) ở từng trường hợp cũng
thay đổi không đồng đều, có thể sớm hoặc muộn hơn. Do đó, trong quá trình nghiên cứu,
tính toán hiện tượng trượt quay bánh xe cần xem xét quan hệ động lực học bánh xe và sử
dụng đúng chủng loại lốp của nhà sản xuất [7].
Hệ thống chống trượt quay bánh xe sử dụng hệ thống phanh được nghiên cứu, theo dõi

và điều khiển áp suất phanh cho từng bên bánh xe nhằm duy trì độ trượt biến đổi trong phạm
vi giá trị trượt tối ưu nhằm giảm thiểu hiện tượng trượt quay, tăng tính an toàn cho ô tô khi
bánh xe ở vùng có hệ số bám thấp [27]. Vùng giá trị trượt tối ưu là ngưỡng điều khiển hay
điều khiển theo giá trị độ trượt định trước, song giá trị này xác định chính xác là vấn đề khó
bởi sự biến thiên của bán kính động lực học bánh xe, hệ số bám của đường…Trong khuôn
khổ luận án, hệ thống được trang bị các cảm biến vận tốc góc các bên bánh xe trước - sau,
8


xác định vận tốc góc bánh xe cầu trước (bị động) và cầu sau (chủ động) khá nhanh và sai số
ít, từ đó dễ dàng tính toán độ trượt cúa bánh xe chủ động.
Do vậy, luận án tiến hành tìm hiểu các phương pháp điều khiển mô men phanh từng
bánh xe nhằm hạn chế trượt quay bánh xe chủ động của ô tô.

1.3. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
1.3.1. Lịch sử phát triển hệ thống chống trượt quay có điều khiển
Hiện nay trên thế giới, hệ thống phanh có điều khiển đã được tích hợp với các hệ thống
điều khiển chống trượt quay với nhiều tên gọi như TCS (Traction Control System), ASR
(Anti Spin Regulator - Antriebsschlupfregelung), ATC (Automatic Traction Control) [24].
Các hệ thống này đã được áp dụng rộng dãi nhằm nâng cao lực kéo, tính ổn định và tính an
toàn của ô tô trong mọi chế độ hoạt động khi ô tô đi ở nhiều loại đường có hệ số bám khác
nhau hay trong những trường hợp làm việc khẩn cấp [14], [15], [22], [42], [62].
Bắt đầu từ thập niên 1980 hệ thống phanh có điều khiển 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, thông qua các mốc thời gian:
- Năm 1986, hãng WABCO giới thiệu hệ thống ASR với bộ điều khiển B gồm 6 kênh
điều khiển ABS.
- Năm 1990, hãng WABCO giới thiệu hệ thống ABS/ASR thế hệ C, với bộ chẩn đoán
lỗi và các chức năng bổ sung đi kèm.
- Năm 1994, hãng WABCO giới thiệu hệ thống VCS (Vario Compact System) dành

cho ô tô kéo moóc.
- Năm 1996, hãng WABCO giới thiệu hệ thống điều khiển điện tử cho hệ thống phanh
EBS (Electroniccally controlled Braking System).
- Năm 1998, hãng WABCO giới thiệu hệ thống EBS dành cho ô tô kéo moóc được
hoàn thiện và bắt đầu bắt buộc phải lắp đặt hệ thống chống trượt bánh xe trên các ô tô tải
hạng nhẹ tại một số quốc gia [48].
- Năm 2000, hãng WABCO giới thiệu hệ thống hệ thống chống trượt bánh xe trên ô tô
kéo moóc, hệ thống điều khiển phanh cho đoàn xe EBL (Electronic Brake force Limitation).
- Năm 2003, hãng WABCO giới thiệu hệ thống điều khiển ổn định chống lật – RSC
(Roll stability control).
- Năm 2008, hệ thống phanh có điều khiển phiên bản mới có chức năng mở rộng như:
Hệ thống điều khiển ổn định điện tử (ESC- Electronic Stability Control), hệ thống điều khiển
lực kéo (ATC – Automatic Traction Control) kết hợp điều khiển động cơ [23].
9


1.3.2. Các công trình nghiên cứu về hệ thống chống trượt quay bánh xe
Trên thế giới đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống phanh nói chung và hệ
thống chống trượt quay (kiểm soát lực kéo) nói riêng. Có thể kể đến các công trình nghiên
cứu tiêu biểu trong lĩnh vực kiểm soát lực kéo như sau:
Điều khiển kiểm soát mô men động cơ:
- Tháng 12 năm 1990, Matsumoto đã công bố công trình nghiên cứu “Kiểm soát lực
kéo để ngăn trượt xe trên đường cong và khi quay vòng” [56]. Nghiên cứu sử dụng các cảm
biến: tốc độ ô tô, vận tốc góc các bánh xe, góc đánh lái, gia tốc dọc, độ cao bánh xe, từ đó
điều khiển mô tơ bướm ga và cơ cấu phanh trong trường hợp phát hiện sự trượt quay của
bánh xe.
Khi bánh xe tăng tốc và đánh lái mạnh có thể dẫn đến các bánh xe trượt quay, sự phân
bố tải trọng đến các bánh xe cầu trước thay đổi theo chiều hướng giảm, làm giảm khả năng
tiếp nhận phản lực từ mặt đường, ảnh hưởng đến ổn định hướng chuyển động, khi đó mô
đun điều khiển sẽ điều chỉnh mô tơ bướm ga mở nhỏ hơn mức đạp ga để giảm công suất của

ô tô dẫn tới ô tô quay vòng tốt hơn. Khi phát hiện tỉ lệ trượt của bánh xe nào cao hơn tỉ lệ
trượt cho phép, bộ điều khiển sẽ điều khiển thực hiện phanh bánh xe đó cho đến khi độ trượt
đạt giá trị cho phép. Trường hợp người lái đạp ga đột ngột làm công suất động cơ tăng quá
lớn gây trượt quay tại các bánh xe, bộ điều khiển sẽ điều khiển mức độ làm việc của mô tơ
bướm ga thấp hơn để chống trượt quay. Nghiên cứu này áp dụng với ô tô 4 bánh dùng phanh
đĩa dẫn động thủy lực ở cả 4 bánh xe.
Mặc dù hệ thống kiểm soát độ bám đường của sáng chế đã được chứng minh phù hợp
cho một động cơ phía trước, bốn bánh xe nhưng có thể áp dụng cho nhiều loại ô tô có bố trí
động cơ và cụm bánh xe khác nhau khi chỉ cần thay đổi và bổ sung một số luật điều khiển.
Tuy nhiên, hệ thống này sử dụng rất nhiều cảm biến và điều khiển đồng thời nhiều hệ
thống nên rất phức tạp và nảy sinh vấn đề xử lý độ trễ hệ thống lớn. Mặt khác, nghiên cứu
chú trọng nhiều vấn đề ổn định của ô tô ở trạng thái quay vòng chứ chưa đề cập nhiều về
trường hợp ô tô chạy trên đường có độ bám xấu hay khi khởi hành, tăng tốc, chuyển làn
đường. Với trạng thái quay vòng thường chạy với vận tốc thấp nên vấn đề trượt quay của
các bánh xe chưa thể hiện rõ rệt.
- Tháng 10 năm 1996, Tetsuhiro Yamashita và Koji Hirai đã công bố nghiên cứu Hệ
thống kiểm soát lực kéo cho ô tô và áp dụng cho hãng Mazda Motor [64]. Hệ thống này thực
hiện kiểm soát độ bám đường cho ô tô và đặc biệt là ngăn chặn sự trượt khi ô tô quay vòng
được phát triển từ nghiên cứu trước của tác giả về lực kéo của ô tô. Nghiên cứu đã sử dụng
10


4 cảm biến đo vận tốc góc cho 4 bánh xe trong đó có 2 cảm biến của 2 bánh xe chủ động và
2 cảm biến cho bánh xe bị động, 1 cảm biến góc đánh lái. Tỷ lệ trượt của bánh xe chủ động
được xác định bằng cách tính toán độ chênh lệch giữa vận tốc dài lý thuyết của bánh xe chủ
động với vận tốc ô tô (được tính từ vận tốc góc của bánh xe bị động) từ đó điều khiển giảm
lượng nhiên liệu hoặc tác động vào hệ thống đánh lửa. Tuy nhiên, khi ô tô quay vòng sẽ gây
ra sự khác nhau về vận tốc góc giữa 2 bánh xe dẫn hướng làm cho tỷ lệ trượt lớn hơn trường
hợp đi thẳng, lực ly tâm lớn gây mất an toàn và làm người lái khó điều khiển hơn, khi đó cần
điều khiển giảm công suất của động cơ nhiều hơn để ô tô dễ điều khiển khi quay vòng và

đảm bảo an toàn. Tín hiệu góc đánh lái có vai trò chuyển đổi điều khiển trượt cho 2 trường
hợp ô tô chạy thẳng và ô tô quay vòng.
- Tháng 1 năm 2002, Dong-Chul Shin và Kyungki-do công bố nghiên cứu Phương
pháp điều khiển trượt với hệ thống điều khiển lực kéo thông qua hệ thống truyền động bướm
ga chính (MTA - Main Throttle Actuator) áp dụng trên các chủng loại ô tô của hãng Hyundai
[32].
Trong nghiên cứu này, phương pháp điều khiển trượt cho một hệ thống điều khiển lực
kéo (TCS – Traction Control System) được sử dụng ở nhiều ô tô khác nhau. Phương pháp
này bao gồm các bước kiểm soát đầu ra động cơ theo vận tốc góc của từng bánh xe sau khi
một trạng thái chuyển động được xác định bằng cách sử dụng cảm biến đo vận tốc góc bánh
xe, độ mở bướm ga, và vị trí bàn đạp ga. Hệ thống TCS sẽ ưu tiên điều khiển giảm công suất
động cơ trước, được thực hiện bằng cách thay đổi việc mở bướm ga rồi mới tác động điều
khiển vào hệ thống phanh.
Nghiên cứu này chỉ tập trung vấn đề điều khiển bướm ga ứng với từng giai đoạn chuyển
động cụ thể của ô tô và được bộ điều khiển TCS tính toán trước. 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 (MTA) và hệ thống bướm ga đôi (TTS - Twin Throttle body System).
Vấn đề kiểm soát độ trượt bánh xe theo giá trị độ trượt và được kích hoạt hệ thống
TCS bằng công tắc khi người lái thấy cần thiết. Do đó, khi hiện tượng trượt quay bánh xe
xảy ra đột ngột (hoặc ngẫu nhiên) trong quá trình ô tô chuyển động sẽ không được điều khiển
tự động nên hiệu quả chưa cao, chỉ phù hợp ở trường hợp người lái chủ động khi xác định
rõ ràng ô tô sẽ hoặc đang bị trượt. Hơn nữa việc kiểm soát bướm ga đôi sẽ thêm phần phức
tạp trong thuật toán điều khiển.
- Tháng 6 năm 2004, Paul Antony Fawkes và các cộng sự công bố nghiên cứu Hệ
thống điều khiển lực kéo thông qua hệ thống quản lý động cơ (EMS - Engine Management
System), điều khiển mô men xoắn đầu ra của động cơ và hệ thống phanh khi xảy ra trượt
11


quay bánh xe áp dụng cho ô tô Land Rover. Các cảm biến đo vận tốc góc bánh xe gửi thông

tin về EMS, khi phát hiện thấy vận tốc góc bánh xe thực tế lớn hơn so với tính toán lý thuyết
(nạp sẵn trong EMS), EMS nhận biết tốc độ động cơ đang dư thừa và điều khiển giảm tốc
độ động cơ xuống, như vậy sẽ giảm được mô men xoắn [53].
Ngoài ra, hệ thống này tích hợp với một bộ điều khiển phanh để có thể phanh cho từng
bánh xe tương ứng. Các hệ thống kiểm soát lực kéo bao gồm cảm biến vận tốc góc bánh xe,
một bộ cảm biến mô men xoắn của động cơ, một thiết bị hiển thị ra màn hình mô men xoắn
động cơ. Hệ thống điều khiển phanh nhận các tín hiệu từ các cảm biến đo, theo dõi hoạt động
rồi điều khiển để cân bằng được vận tốc góc của các bánh xe.
Điều khiển kiểm soát mô men phanh trên bánh xe chủ động:
- Tháng 6 năm 1993, Shunso F. Watanabe và các cộng sự công bố nghiên cứu hệ thống
chống hãm cứng bánh xe và điều khiển lực kéo cho hãng xe FORD [60]. Trong nghiên cứu
này tác giả đã đưa ra hệ thống hoạt động ở hai chế độ chống hãm cứng bánh xe và điều khiển
lực kéo bằng cách tiếp nhận các tín hiệu vận tốc ô tô, vận tốc góc từng bánh xe (loại cảm
biến tiệm cận) vào mô đun điều khiển 2 cụm van điện từ nhằm tăng giảm lực phanh trong
trường hợp phát hiện bánh xe bị hãm cứng hoặc áp dụng phanh tới bánh xe bị trượt quay.
Nghiên cứu này cho ra hệ thống kiểm soát hiện tượng trượt khá đơn giản bởi bộ van
điện từ gồm một van áp lực phản hồi đầu tiên và một van áp lực phản hồi thứ hai, điều chỉnh
độ rộng xung điện áp trên các van áp lực để cung cấp một lực phanh tỷ lệ thuận hay tỉ lệ
nghịch với từng trạng thái tăng áp, giảm áp. Phương pháp này có nhược điểm là chỉ tập trung
điều khiển chống trượt bánh xe bằng kết cấu cơ – điện – thủy lực ở bộ chấp hành mà chưa
để ý đến các điều khiển khác như điều khiển giảm mô men xoắn truyền từ động cơ, nhận
biết trạng thái chuyển động quay vòng hay đi thẳng.
- Tháng 5 năm 2004, Huiyi Wang nghiên cứu phát triển từ hệ thống phanh ABS của
xe khách thành hệ thống TCS [39]. Nghiên cứu này bổ sung mô đun điều khiển lượng nhiên
liệu kết hợp với điều khiển phanh bánh xe. Điều khiển nhiên liệu thông qua điều khiển độ
mở bướm ga, điều khiển tác động phanh thông qua 2 van điện từ ở mỗi bên bánh xe chủ
động. Một ECU (sử dụng vi điều khiển C167CS, 16 bit) điều khiển theo ngưỡng trượt thông
qua tín hiệu vận tốc góc các bánh xe.
Công trình mô phỏng bán thực nghiệm trên mô hình ô tô khách ở trường hợp tăng tốc
trên đường thẳng từ vận tốc ban đầu là 2m/s với 100% độ mở bướm ga. Kết quả cho thấy,

sau 10s vận tốc của ô tô được cải thiện, độ trượt từ 100% giảm xuống dao động xung quanh
giá trị 20% như trên hình 1.3.

12