Luận văn thạc sỹ - Nghiên cứu tổng hợp hệ thống chống bó cứng phanh ABS

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
---------& ---------

VŨ TRẦN HOÀNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HỆ THỐNG
CHỐNG BÓ CỨNG PHANH ABS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành

: Điều khiển tự động

Lớp

: K25

Người hướng dẫn khoa học : Đại tá-TS : DƯƠNG QUỐC TUẤN

HÀ NỘI -2015


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học Đại
Tá. TS. Dương Quốc Tuấn, đã tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến
khoa học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này.
Tôi xin cảm ơn tập thể các thày, cô giáo bộ môn Điều khiển tự động,
khoa Sau Đại học, Học Viện Kỹ Thuật Quân Sự, giúp đỡ và tạo điều kiện
thuận lợi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp và những người

thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đã cố gắng hết sức mình nhưng do khó khăn về tài liệu, thời
gian nghiên cứu và khả năng hạn chế của bản thân cho nên luận văn không
tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được các ý kiến đóng góp từ các
Thày, cô và bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2015
Tác giả luận văn

Vũ Trần Hoàng


LỜI NÓI ĐẦU
Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ô tô trở thành
phương tiện quan trọng về hành khách và hàng hóa cho các ngành kinh tế
quốc dân, đồng thời trở thành phương tiện tư nhân ở các nước có nền kinh tế
phát triển. ngay ở nước ta số ô tô tư nhân cùng phát triển cùng với sự tăng
trưởng kinh tế, mật độ xe trên đường ngày càng tăng.
Mỹ và Nhật là hai nước sản xuất ô tô nhiều nhất thế giới hàng năm mỗi
nước sản xuất khoảng 12 đến 13 triệu chiếc.
Do mật độ ô tô trên đường ngày càng tăng và tốc độ chuyển động ngày
càng cao cho lên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết hàng
đầu luôn phải quan tâm. ở nước ta chỉ trong hai năm 1998 đến 2000 mỗi năm
có 20.000 vụ tai nạn giao thông làm 7100 người chết và 30772 người bị
thương. Năm 2002 xẩy ra 27420 vụ tai nạn giao thông, làm 12998 người bị
chết và hơn 30.000 người bị thương. Đến năm 2006 có 42000 vụ tai nạn giao
thông làm hơn 20.000 người chết. Nó không những gây thiệt hại lớn về người
mà còn gây thiệt hại lớn về tài sản của nhà nước và của công dân. Một trong
những nguyên nhân đó là do con người gây ra ( như lái xe say riệu, mệt mỏi,
buồn ngủ....). Do hư hỏng máy móc trục trặc về kỹ thuật và đương xá qúa
xấu.

Trong nguyên nhân hư hỏng máy móc trục trặc kỹ thuật thì tỉ lệ tai nạn
giao thông do hệ thống phanh là 52.2 % đến 74.4%. Từ số liệu trên thấy rằng
tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỉ lệ lớn nhất vì thế mà hiện nay hệ thống
phanh càng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế, chế tạo và sử dụng nghiêm
ngặt và chặt chẽ nhằm tăng hiệu quả phanh tính ổn định hướng, tăng độ tin
cậy làm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô.
Trong những cải tiến đó thì có hệ thống phanh trang bị ABS. No còn


được gọi là hệ thống phanh chống bó cứng bánh là một trong những hệ thống
phanh có ưu điển vượt trội nhất hiện nay. Nó đảm bảo cho người và phương
tiện trên các loại đường làm cho người lái chủ động được tốc độ.
Trong đồ án này của em tìm hiểu về hệ thống phanh, để hiểu rõ về công
dụng và cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống từ đó tìm ra cách sử dụng
tốt nhất, cách bảo dưỡng và chuẩn đoán hư hỏng và đưa ra biện pháp sử lý.
Do hệ thống ABS mới được biết đến tại việt nam nên trong quá trình làm đồ
án gặp một số khó khăn về tiếp xúc thực tế và tài liệu tham khảo. Cùng với sự
giúp đõ của thầy hướng dẫn Dương Quốc Tuấn và các thầy trong khoa cơ khí
động lực. Mặc dù vậy trong đồ án không tranh khỏi những thiếu sót chưa thể
hoàn chỉnh được. Mong các thầy và các bạn góp ý để đồ án được hoàn thiện
tốt hơn.
Hà Nội,ngày 5 tháng 5 năm 2015.
Học viên thực hiện


MỤC LỤC
1. Lý do chọn đề tài...........................................................................................1
CHƯƠNG 1.......................................................................................................2
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..................................................2
Tình hình nghiên cứu chống bó cứng bánh xe ở Việt Nam...........................6

2.1.Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh........................................................11
2.2. Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định khi phanh...........................................16
2.4.Hệ số bám..................................................................................................21
3.1. Hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS (Anti- lock Bracking System)....22
3.1.1. Sơ lược về nội dung và các thiết bị,mô hình cơ cấu ABS ở nước ta thời
gian qua...........................................................................................................22
3.1.2. Mục tiêu của cơ cấu ABS......................................................................22
3.2. Các trạng thái làm việc của ABS..............................................................27
3.2.1 Trạng thái phanh thường.........................................................................27
3.2.3. Trạng thái giữ áp lực phanh...................................................................28
3.2.4. Trạng thái tăng áp lực phanh.................................................................28
3.4.Sơ đồ chung của hệ thống phanh ABS......................................................30
3.4.2 Hệ thống các cảm biến...........................................................................34
.+) Cảm biến tốc độ bánhxe.............................................................................34
+) Vị trí các cảm biến tốc độ trên bánh xe......................................................35
3.4.3. Cảm biến gia tốc....................................................................................37
Cảm biến trọng lực (G)...................................................................................39
3.5.4 Bộ điều khiển thủy lực...........................................................................41
Bộ điều khiển thuỷ lực thực hiện nhiệm vụ chống trượt lê.............................41
Nguyên tắc bố trí chung các hệ thống chống hãm cứng trên ô tô...................47
3.6. Tính toán giá trị các thành phần lực và mômen...................................52
3.6.1. Xác định phản lực pháp tuyến.......................................................52
4.1. Cơ sở thiết kế ECU...............................................................................74
4.1.1. Tín hiệu điều khiển ABS...............................................................75
4.1.2. Quá trình điều khiển ABS.............................................................77
4.2. Cách thức điều khiển ECU theo giá trị ngưỡng...................................80
4.3. Thiết kế bộ điều khiển điện tử ECU – ABS.........................................84
4.3.1. Thiết kế các module bên trong ECU.............................................84

DANH MỤC BẢNG, HÌNH
1. Lý do chọn đề tài...........................................................................................1
CHƯƠNG 1.......................................................................................................2
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU..................................................2
Tình hình nghiên cứu chống bó cứng bánh xe ở Việt Nam...........................6
2.1.Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh........................................................11
2.2. Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định khi phanh...........................................16
..................................................................................................................................................17
H. 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh mà bị quay ngang............................................17

2.4.Hệ số bám..................................................................................................21
3.1. Hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS (Anti- lock Bracking System)....22
3.1.1. Sơ lược về nội dung và các thiết bị,mô hình cơ cấu ABS ở nước ta thời
gian qua...........................................................................................................22
3.1.2. Mục tiêu của cơ cấu ABS......................................................................22
3.2. Các trạng thái làm việc của ABS..............................................................27
3.2.1 Trạng thái phanh thường.........................................................................27
3.2.3. Trạng thái giữ áp lực phanh...................................................................28
3.2.4. Trạng thái tăng áp lực phanh.................................................................28
3.4.Sơ đồ chung của hệ thống phanh ABS......................................................30
3.4.2 Hệ thống các cảm biến...........................................................................34
.+) Cảm biến tốc độ bánhxe.............................................................................34
+) Vị trí các cảm biến tốc độ trên bánh xe......................................................35
- Lắp đặt theo vị trí trục song song, đầu cảm biến đối diện với niềng răng..................36
Dạng xung điện áp ở hai đầu cuộn dây cảm biến tốc độ.......................................................37

3.4.3. Cảm biến gia tốc....................................................................................37
Hình 3.12. Cấu tạo cảm biến gia tốc chậm dần trên xe TOYOTA..................................38
H.3.13. Vị trí tương ứng của đèn LED và photo transistor.............................................38

Cảm biến trọng lực (G)...................................................................................39
Hình 3.18. Sơ đồ đấu dây của cảm biến trọng lực.........................................................41

3.5.4 Bộ điều khiển thủy lực...........................................................................41
Bộ điều khiển thuỷ lực thực hiện nhiệm vụ chống trượt lê.............................41
H. 3.22 Vị trí tăng áp lực phanh của van điện hai vị trí..................................................44
- Phần dẫn động gồm một mô tơ điện một chiều có thành phần rôto và stato dùng dẫn
động bơm làm việc..................................................................................................................47

Nguyên tắc bố trí chung các hệ thống chống hãm cứng trên ô tô...................47
H. 3.28 Bốn bánh điều khiển riêng rẽ...........................................................................48


3.6. Tính toán giá trị các thành phần lực và mômen...................................52
3.6.1. Xác định phản lực pháp tuyến.......................................................52
4.1. Cơ sở thiết kế ECU...............................................................................74
4.1.1. Tín hiệu điều khiển ABS...............................................................75
Sơ đồ điều khiển ABS cơ bản...................................................................................................75

4.1.2. Quá trình điều khiển ABS.............................................................77
78

4.2. Cách thức điều khiển ECU theo giá trị ngưỡng...................................80
4.3. Thiết kế bộ điều khiển điện tử ECU – ABS.........................................84
4.3.1. Thiết kế các module bên trong ECU.............................................84
4.3.1.2. Module cung cấp nguồn.............................................................................................85


GIỚI THIỆU CHUNG
1. Lý do chọn đề tài

Cơ cấu phanh là cơ cấu an toàn chủ động của ô tô, dùng để giảm tốc độ hay
dừng và đỗ ôtô trong những trường hợp cần thiết.
Nền công nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô
tăng nhanh, mật độ lưu thông trên đường ngày càng lớn. Các xe ngày càng
được thiết kế với công suất cao hơn, tốc độ chuyển động nhanh hơn thì yêu cầu
đặt ra với cơ cấu phanh cũng càng cao và nghiêm ngặt hơn. Một ô tô có cơ cấu
phanh tốt, có độ tin cậy cao thì mới có khả năng phát huy hết công suất, xe mới
có khả năng chạy ở tốc độ cao, tăng tính kinh tế nhiên liệu, tính an toàn và hiệu
quả vận chuyển của ô tô.
10% số vụ tai nạn xảy ra trong trường hợp cần dừng khẩn cấp, tài xế
đạp phanh mạnh đột ngột làm xe bị rê bánh và trượt đi, dẫn đến mất lái. Hệ
thống ABS giúp khắc phục tình trạng này không phụ thuộc vào kỹ thuật
phanh của người lái.
Năm

2005

2006

2007

2008

Số vụ tai nạn

15000

15500

16060

16700

Số người chết (người )

11200

12300

14600

15740

Số người bị thương (người )

11840

12140

12410

12780

Trên thế giới cũng có nhiều diễn biến hết sức phức tạp,số vụ tai nạn ngày
càng tăng nên tính cấp thiết là phải nâng cao kỹ thuật cho xe cơ giới nói chung
và nói riêng.
Báo cáo năm 2004 của WHO cho biết mỗi ngày trên thế giới, hơn 3000
người chết do tai nạn giao thông. Trong số này, cá c nước có thu nhập thấp và
trung bình chiếm đến 85% số ca tử vong. Do tầm quan trọng của hệ thống
phanh trên ô tô về sự an toàn giao thông trong quá trình hoạt động mà việc

nghiên cứu để nâng cao kỹ thuật sử lí cho hệ thống phanh.mà nhà trường đã
giao cho em tìm hiểu về hệ thống phanh ABS

1


CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.Sự phát triển chung của công nghệ ô tô trên thế giới và Việt Nam.
Chiếc xe ô tô chạy bằng động cơ xăng (động cơ Otto) được Karl Benz
phát minh ra ở Đức năm 1885. Mặc dù Karl Benz được công nhận là người
sáng tạo ra chiếc ô tô hiện đại, nhiều kỹ sư người Đức khác cũng đã làm việc
để chế tạo ra những chiếc ô tô khác trong cùng thời gian. Các nhà phát minh đó
là: Karl Benz, người được cấp một bằng sáng chế ngày 29 tháng 1 năm 1886 ở
Mannheim cho chiếc ô tô ông chế tạo năm 1885, Gottlieb Daimler và Wilhelm
Maybach ở Stuttgart năm 1886 (cũng là những nhà phát minh ra chiếc xe mô tô
đầu tiên), và năm 1888/89 nhà phát minh người Đức-Áo Siegfried Marcus ở
Viên, mặc dù Marcus không đạt tới giai đoạn thực nghiệm.
Hoạt hình của động cơ đốt trong bốn kỳNăm 1806 Fransois Isaac de
Rivaz, một người Thuỵ Sỹ, đã thiết kế ra chiếc động cơ đốt trong (hiện nay
thỉnh thoảng được viết tắt là "ICE") đầu tiên. Sau đó, ông dùng nó để phát triển
ra loại phương tiện đầu tiên trên thế giới chạy bằng động cơ sử dụng một hỗn
hợp hydro và oxy để phát ra năng lượng. Thiết kế này không thành công lắm,
cũng giống như trường hợp nhà phát minh người Anh Samuel Brown, và nhà
phát minh người Mỹ, Samuel Morey, những người đã chế tạo ra những phương
tiện có động lực từ các động cơ đốt trong kềnh càng vào khoảng năm 1826.
Etienne Lenoir đã chế tạo thành công một động cơ đốt trong đứng yên
năm 1860, và trong vòng vài năm, khoảng bốn trăm chiếc như vậy đã hoạt
động ở Paris. Khoảng tới năm 1863, Lenoir đã lắp cái động cơ của ông lên
một chiếc xe. Có lẽ động cơ của nó dùng nhiên liệu từ các bình gas thắp đèn

thành phố, và Lenoir đã nói rằng nó “chạy chậm hơn một người đi bộ, và luôn
luôn gặp trục trặc”. Trong bằng sáng chế năm 1860 của mình, Lenoir đã thêm
2


vào một cái chế hoà khí (carburettor), nhờ thế nhiên liệu lòng có thể được
dùng để thay thế cho khí gas, đặc biệt cho các mục đích chuyển động của
phương tiện. Lenoir được cho rằng đã thử nghiệm nhiên liệu lỏng, như
cồn, vào các động cơ đứng yên của mình; nhưng không có vẻ rằng ông
đã dùng
các động cơ đó để lắp lên xe của mình. Nếu ông làm thế, chắc chắn ông
không dùng xăng, bởi vì nó chưa tiện dụng vào lúc ấy và bị coi là một
sản phẩm phụ bỏ đi.
Cải tiến tiếp sau xảy ra cuối thập kỷ 1860, với Siegfried Marcus,
một người Đức làm việc ở Viên, Áo. Ông đã phát triển ý tưởng sử dụng
xăng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong hai kỳ. Năm 1870, sử dụng
một xe đẩy tay đơn giản, ông đã chế tạo một phương tiện thô không có
chỗ ngồi, thiết bị lái, hay phanh, nhưng nó rất đáng chú ý ở một điểm: nó
là phương tiện lắp động cơ đốt trong đầu tiên trên thế giới sử dụng nhiên
liệu xăng. Nó được đem ra thử nghiệm ở Viên tháng 9, 1870 và bị xếp
xó. Năm 1888 hay 1889, ông chế tạo một cái ô tô thứ hai, cái này có ghế
ngồi, phanh và thiết bị lái và được lắp một động cơ đốt trong bốn kỳ do
chính ông thiết kế. Thiết kế này có thể đã được đem ra thử nghiệm năm
1890. Mặc dù ông có được các bằng sáng chế cho nhiều phát minh của
mình, ông không bao giờ xin cấp bằng phát minh cho các thiết kế ở thể
loại này.
Động cơ đốt trong bốn thì đã được thu thập tài liệu và đưa ra xin
cấp bằng phát minh vào năm 1862 bởi một người Pháp là Beau de
Rochas trong một cuốn sách mỏng và dài dòng. Ông đã in khoảng ba
trăm bản sách đó và chúng được đem phân phát ở Paris, nhưng không

mang lại điều gì, và bằng sáng chế này cũng nhanh chóng hết hạn sau đó

3


– còn cuốn sách thì hoàn toàn bị lãng quên. Trên thực tế, sự hiện diện
của nó không được biết tới và Beau de Rochas không bao giờ chế tạo
một động cơ riêng biệt.
Đa số các nhà sử học đồng ý rằng Nikolaus Otto người Đức đã chế tạo
ra chiếc động cơ bốn thì đầu tiên dù bằng sáng chế của ông bị bác bỏ. Ông
không hề biết gì về bằng sáng chế hay ý tưởng của Beau de Rochas và hoàn
toàn tự mình nghĩ ra ý tưởng đó. Thực tế ông đã bắt đầu suy nghĩ về khái
niệm này năm 1861, nhưng đã bỏ rơi nó cho tới giữa thập kỷ 1870.
Có một số bằng chứng, dù chưa được xác định, rằng Christian
Reithmann, một người Áo sống ở Đức, đã chế tạo ra một chiếc động cơ bốn
thì hoàn toàn dựa trên ý tưởng của mình năm 1873. Reithmann đã thực
nghiệm các động cơ đốt trong ngay từ đầu năm 1852.
Năm 1883, Edouard Delamare-Deboutteville và Leon Malandin nước
Pháp đã lắp một động cơ đốt trong dùng nhiên liệu là một bình khí gas đốt
đèn thành phố lên một chiếc xe ba bánh. Khi họ thử nghiệm thiết bị này, chiếc
vòi bình gas bị hở, gây ra một vụ nổ. Năm 1884, Delamare-Deboutteville và
Malandin chế tạo và xin cấp bằng sáng chế cho một phương tiện thứ hai.
Chiếc xe này gồm một động cơ bốn thì dùng nhiên liệu lỏng lắp trên một cái
xe ngựa bốn bánh cũ. Bằng sáng chế, và có lẽ cả chiếc xe, chứa nhiều cải tiến,
và một số cải tiến đó còn được ứng dụng trong nhiều thập kỷ tiếp theo. Tuy
nhiên, trong lần thử nghiệm đầu tiên, cái khung rời ra, và chiếc xe “rung lắc
và rời ra từng mảnh” theo đúng nghĩa đen, theo lời thuật lại của Malandin.
Hai người này không chế tạo tiếp các xe khác nữa. Dự án kinh doanh của họ
hoàn toàn không được nhắc tới và bằng sáng chế cũng không được sử dụng.
Những kinh nghiệm và kết quả thực nghiệm của họ bị lãng quên trong nhiều

4


năm sau.
Có lẽ, cuối thập kỷ 1870, một người Italia tên là Murnigotti đã xin
cấp bằng phát minh cho ý tưởng lắp đặt một đông cơ đốt trong lên trên một
loại phương tiện, dù không có bằng chứng là đã từng chế tạo được một thứ
như thế. Năm 1884, Enrico Bernardi, một người Italia khác đã lắp một
động cơ đốt trong lên chiếc xe ba bánh của con ông. Dù nó đơn giản chỉ là
một thứ đồ chơi, có thể nói rằng về mặt nào đó nó đã hoạt động khá thành
công, nhưng một số người cho rằng động cơ quá yếu để có thể làm chiếc xe
di chuyển được.
Tuy nhiên, nếu tất cả những cuộc thực nghiệm trên không diễn ra, có lẽ
sự phát triển của xe hơi sẽ không thể nhanh chóng như vậy bởi vì có nhiều
cuộc thực nghiệm không được biết tới và chúng không bao giờ tiến tới được
giai đoạn thử nghiệm. Ô tô dùng động cơ đốt trong thực sự có thể cho là đã
bắt đầu ở Đức với Karl Benz năm 1885, và Gottlieb Daimler năm 1889, vì
những chiếc xe của họ thành công nên họ có thể đưa vào sản xuất hàng loạt,
và họ bị ảnh hưởng lẫn nhau.
Xe hơi không chỉ đơn thuần là một công cụ cơ khí được hoàn thiện; kể
từ những năm 1920 gần như tất cả đã được sản xuất hàng loạt để đáp ứng nhu
cầu thị trường, do vậy các dự án tiếp thị và sản xuất đáp ứng thị trường
thường thống lĩnh việc thiết kế xe hơi. Chính Alfred P. Sloan là người thiết lập
ý tưởng nhiều kiểu xe được sản xuất bởi một hãng, để người mua có thể
"vươn lên" khi họ trở nên giàu lên. Những kiểu khác nhau này dùng chung
một số linh kiện do vậy số lượng sản xuất nhiều sẽ làm giảm giá thành cho
từng mệnh giá khác nhau. Ví dụ, vào năm 1950s, Chevrolet dùng chung phần
trước xe, của, mái xe và của sổ với Pontiac; LaSalle của những năm 1930, bán

5


ra bởi Cadillac, sử dụng những linh kiện cơ khí rẻ hơn được sản xuất bởi phân
xưởng của Oldsmobile.
Tình hình nghiên cứu chống bó cứng bánh xe ở Việt Nam.
Những kết quả nghiên cứu về về hệ thống chống bó cứng bánh xe trên ô
tô ở việt nam đến nay còn rất nhiều hạn chế,chưa có công trình chuyên sâu
nghiên cứu tổng thể về hệ thống .Một số công trình đã được thực hiện ở Việt
Nam hoặc ở nước ngoài của các tác giả Việt Nam chủ yếu đi sâu vào nghiên
cứu một phần trong hệ thống như hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh
Nhìn chung với các hiểu biết chưa nhiều ở nước ta, đề tài mong muốn
tham gia một phần trong mảng nghiên cứu chống trượt quay bánh xe giúp ô tô
tăng khả năng tăng tốc trên đường đặc biệt là đường có hệ số bám thấp. Đây là
vấn đề liên quan đến an toàn giao thông khi điều kiện đường xá nước ta còn
chưa phát triển và tạo điều kiện cho xe có khả năng tăng tốc tốt khi điều kiện
thời tiết xấu.
Để khắc phục những hiện tượng đó, phần lớn các ô tô con sang trọng
hiện nay đều được trang bị hệ thống chống trượt quay bánh xe, gọi tắt là ASR
(Traction Control System). Tại thị trường ô tô Việt Nam rất ít hãng trang bị hệ
thống này trên ôtô chỉ có vài hãng như: BMW, GM Daewoo,Toyota.
2.Quá trình phát triển của hệ thống phanh trên ô tô.
Với sự hiểu biết đơn giản và kinh nghiệm, tránh hiện tượng các bánh xe
bị hãm cứng trong quá trình phanh khi lái xe trên đường trơn trượt, người lái xe
đạp phanh bằng cách nhấn liên tục lên bàn đạp phanh để duy trì lực bám ngăn
không cho bánh xe bị trượt lết và đồng thời có thể điều khiển được hướng
chuyển động của xe. Về cơ bản chức năng của cơ cấu phanh ABS cũng giống
như vậy nhưng hiệu quả, độ chính xác và an toàn cao hơn.

6

Cơ cấu ABS được sử dụng lần đầu tiên trên các máy bay thương mại vào
năm 1949, chống hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi máy bay hạ cánh.
Với công nghệ thời đó, kết cấu của cơ cấu ABS còn cồng kềnh, hoạt động
không tin cậy và không tác động đủ nhanh trong mọi tình huống. Trong quá
trình phát triển ABS đã được cải tiến từ loại cơ khí sang loại điện và hiện nay là
loại điện tử.
Vào thập niên 60, nhờ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch điện tử ra
đời, giúp cơ cấu ABS lần đầu tiên được lắp trên ô tô vào năm 1969, sau đó cơ
cấu ABS được nh iều công ty sản suất ô tô nghiên cứu và đưa vào ứng dụng
vào năm 1970. Công ty toyota sử dụng lần đầu tiên cho các xe tại Nhật Bản
vào năm 1971 đây là cơ cấu ABS một kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau.
Nhưng phải đến thập niên 80 cơ cấu này mới được phát triển mạnh nhờ cơ cấu
điều khiển kĩ thuật số, vi xử lý thay cho các cơ cấu điều khiển tương tự đơn
giản trước đó.
Lúc đầu cơ cấu ABS chỉ được lắp ráp trên các xe du lịch mới, đắt tiền, được
trang bị theo yêu cầu và theo thị trường. Dần dần cơ cấu này được đưa vào sử
dụng rộng rãi hơn, đến nay ABS gần như trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho tất
cả các loại xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có
đường băng, tuyết dễ trơn trượt, ngày nay cơ cấu ABS không chỉ được thiết kế
trên các cơ cấu phanh thuỷ lực mà còn ứng dụng rộng rãi trên các cơ cấu phanh
khí nén của các xe tải và xe khách lớn.
Nhằm nâng cao tính ổn định và tính an toàn của xe trong mọi chế độ hoạt
động như khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, khi đi vào đường vòng với t
ốc độ cao,khi phanh trong những trường hợp khẩn cấp … Cơ cấu ABS còn
được thiết kế kết hợp với nhiều cơ cấu khác.
Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu kiểm soát lực kéo Traction Control (hay
ASR) làm giảm bớt công suất động cơ và phanh các bánh xe để tránh hiện

7


tượng các bánh xe bị trượt lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột,
bởi điều này làm tổn hao vô ích một phần công suất của động cơ và mất tính
ổn định chuyển động của ô tô. Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu phân phối lực
phanh bằng điện tử EBD (Electronic Break force Distribution) nhằm phân phối
áp suất dầu phanh đến các bánh xe phù hợp với các chế độ tải trọng và các chế
độ chạy của xe.
Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu BAS ( Break Assist System) làm tăng
thêm

lực

phanh ở các bánh xe để quãng đường phanh là ngắn nhất trong trường hợp
phanh khẩn cấp.
Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu ổn định ô tô bằng điện tử (ESP) không
chỉ có tác dụng trong khi dừng xe, mà còn can thiệp vào cả quá trình tăng tốc
và chuyển động quay vòng của ô tô, giúp nâng cao hiệu quả chuyển động của ô
tô trong mọi trường hợp.
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc và hỗ trợ rất lớn của kĩ thuật
điện tử của ngành điều khiển tự động và các phần mềm tính toán, lập trình
đã cho phép nghiên cứu và đưa vào ứng dụng các phương pháp điều khiển
mới trong ABS như điều khiển mờ, điều khiển thông minh, tối ưu hoá quá
trình điều khiển ABS.

8


CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ NGHIÊN CỨU
1.Yêu cầu cơ bản đối với hệ thống phanh ô tô.
Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:
- Làm việc bền vững, tin cậy.
- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong
trường hợp nguy hiểm.
- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và
an toàn cho hành khách và hàng hoá.
- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian không
hạn chế.
- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô máy kéo khi phanh.
- Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng
đứng và khi quay vòng.
- Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn định trong mọi
điều kiện sử dụng.
- Có khả năng thoát nhiệt tốt.
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp
hay đòn điều khiển nhỏ.
- Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường
hợp, hệ thống phanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại
phanh là:
Phanh làm việc: Phanh này là phanh chính, được sử dụng thường xuyên
ở tất cả mọi chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp nên
còn gọi là phanh chân.
9


Phanh dự trữ: Dùng để phanh ô tô máy kéo trong trường hợp phanh
chính hỏng.
Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ, dùng để giữ cho ô tô máy kéo đứng

yên tại chổ khi dừng xe hoặc khi không làm việc. Phanh này thường được
điều khiển bằng tay đòn nên gọi là phanh tay.
Ngoài ra còn có phanh chậm dần: Trên các ô tô máy kéo tải trọng lớn
(như xe tải, trọng lượng toàn bộ lớn hơn 12 tấn, xe khách- lớn hơn 5 tấn) hoặc
làm việc ở vùng đồi núi,thường xuyên phải chuyển động lên xuống các dốc
dài còn phải có loại phanh thứ tư là phanh chậm dần, dùng để.
Phanh liên tục, giữ cho tốc độ của ô tô máy kéo không tăng quá giới
hạn cho phép khi xuống dốc.
Để giảm dần tốc độ của ô tô máy kéo trước khi dừng hẳn.
Các loại phanh trên có thể có các bộ phận chung và kiêm nhiệm chức
năng của nhau. Nhưng chúng phải có ít nhất là hai bộ phận điều khiển và dẫn
động độc lập.
Ngoài ra, để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh chính còn được phân
thành các dòng độc lập để nếu một dòng nào đó bị hỏng thì các dòng còn lại
vẫn làm việc bình thường.
Để có hiệu quả phanh cao:
- Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn.
- Phân phối mô men phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng
được toàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh. Muốn vậy, lực phanh trên
các bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của đường tác dụng
lên chúng.
- Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng các bộ trợ lực hay dùng
dẫn động khí nén hoặc bơm thuỷ lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe
cói trọng lượng toàn bộ lớn.

10


2. Các cơ sở lý thuyết của quá trình phanh ô tô.
Tính năng phanh hay chất lượng quá trình phanh được định lượng

thông qua 2 nhóm chỉ tiêu : Hiệu quả phanh và Tính ổn định khi phanh.
Hiệu quả phanh đánh giá mức độ giảm tốc độ của ôtô khi người lái tác
động lên cơ cấu điều khiển phanh trong trường hợp phanh khẩn cấp.
Tính ổn định khi phanh đánh giá khả năng duy trì quỹ đạo của ôtô theo
ý muốn của người lái trong quá trình phanh.
2.1.Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh.
Gia tốc chậm dần lớn nhất jmax , quảng đường phanh nhỏ nhất Smin và
lực phanh hoặc lực phanh riêng. Để đánh giá hiệu quả phanh có thể dung một
trong những chỉ tiêu sau: thời gian phanh nhỏ nhất tmin ,
a) Thời gian phanh
Thời gian phanh là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lượng
phanh. Thời gian phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt.
Trong trường hợp tổng quát ta có :

dv
jp

dt =
tp =

v2

dv
∫j
v1 p

Trong trường hợp phanh khẩn cấp :

dt =

t p. min =

dv
j p. max

=

δj
⋅ dv
ϕ⋅g

δj
δj
.
dv
=
⋅ ( v1 − v2 )
∫v ϕ.g
ϕ
⋅
g
2
v1

11

(2.1)


Khi ô tô phanh đến lúc dừng hẳn thì v2= 0, do dó:

tmin =

v1.δ j

(2.2 )

ϕ .g

trong đó :
v1 - vận tốc của xe tại thời điểm bắt đầu phanh,
v2 - vận tốc của xe tại thời điểm kết thúc phanh.
Công thức (2.2) cho thấy, thời gian phanh sẽ dài khi vận tốc bắt đầu
phanh lớn, thời gian phanh sẽ ngắn khi hệ số bám lớn. Thời gian phanh trong
trường hợp ly hợp vẫn đóng (δj > 1) thì thời gian phanh sẽ dài hơn so với
trường hợp mở ly hợp.
b ) Gia tốc chậm dần phanh :
Gia tốc chậm dần đều khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng
để đánh giá chất lượng phanh và là đại lượng đặc trưng cho mức độ giảm tốc
độ của ôtô trong quá trình phanh. Khi phân tích các lực tác dụng lên ôtô, có
thể viết phương trình cân bằng lực kéo khi phanh ôtô như sau:

Pj = Pp ± Pf + Pω + Pη ± Pi

( 2.3 )

Trong đó: Pj : Lực quán tính sinh ra khi phanh ôtô.
Pp: Lực phanh sinh ra ở các bánh xe.
Pf: Lực cản lăn.
Pω: Lực cản không khí.

Pi: Lực cản lên dốc.
Pη: Lực để thắng tiêu hao cho ma sát cơ khí.
Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực cản lại chuyển động của ôtô có giá
trị rất bé so với lực phanh. Vì thế có thể bỏ qua các lực cản Pf ; Pω ; Pη và
khi phanh trên đường nằm ngang có phương trình:

12


Pj = P p
Khi đó lực phanh lớn nhất Pp max sinh ra tại bánh xe được xác định theo
biểu thức :

Pp max = Pj max

Theo điều kiện bám nên ta có : Pp max ≤ Pϕ ≤ Gϕ

ϕ .G =

δ j .G
. j p max
g

nên ta có:
( 2.4 )

Trong đó:
δj

: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ôtô.

jpmax: Gia tốc chậm dần khi phanh.
g: Gia tốc trọng trường.
Từ biểu thức (2.4) có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh:

j p max =

ϕ .G
δj

(2.5)

Nhận xét: Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm hệ số

δj

. Vì vậy khi phanh đột ngột người lái cần tắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ
thống truyền lực lức đó δ j sẽ giảm còn jpmax tăng. Gia tốc chậm dần cực đại
khi phanh còn phụ thuộc vào hệ số bám ϕ của lốp với mặt đường (mà giá trị
của hệ số bám lớn nhất ϕmax

= 0,75 ÷ 0,8

trên đường nhựa tốt)

c ) Quãng đường phanh :
Quãng đường phanh (Sp) là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất
lượng phanh của ôtô. Vì vậy trong tớnh năng kỹ thuật của ô tô, các nhà chế
tạo cho biết quãng đường phanh của ô tô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã
định. So với các chỉ tiêu khác thì quãng đường phanh là chỉ tiêu mà người lái

xe có thể nhận thức được một cách trực quan, dễ dàng tạo điều kiện cho người
lái xe xử lý tốt trong khi phanh ôtô trên đường.

13


Để xác định quãng đường phanh nhỏ nhất, có thể sử dụng biểu thức sau:

j p. max =

dv ϕ ⋅ g
=
dt
δj

Rồi nhân cả 2 vế phương trình trên với dSp ta có :

dv
ϕ⋅g
⋅ dS p =
⋅ dS p
dt
δj
hay

v ⋅ dv =
S p. min =

ϕ⋅g
⋅ dS p

δj

δj
δj
⋅
v
⋅
dv
=
⋅ ( v12 − v22 )
∫v ϕ ⋅ g
2ϕ ⋅ g
1

v2

Khi phanh ôtô đến dừng hẳn thì v2 = 0, ta có:

S p. min =

δj
⋅ v12
2ϕ ⋅ g

(2.6 )

Từ biểu thức trên ta thấy quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào:
- Vận tốc chuyển động của ôtô lúc bắt đầu phanh v1.
- Hệ số bám ϕ .
- Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay δj .

Muốn giảm quãng đường phanh thì ta cần phải giảm δ i. Vì vậy nếu
người lái cắt ly hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn hơn. Ta
thấy ở biểu thức trên Smin phụ thuộc vào hệ số bám, mà hệ số bám phụ thuộc
vào tải trọng tác dụng lên bánh xe.
Do vậy Smin phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ của ôtô G.
Ta có đồ thị thể hiện sự thay đổi của quãng đường phanh nhỏ nhất theo
vận tốc bắt đầu phanh v1 và theo giá trị hệ số bám như sau:

14


S

p

[ m

]

120

80

40

0
5 ,5

1 1 ,1

1 6 ,6

2 2 ,2 v

1

[m /s]

H. 2.1. Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo tốc độ
bắt đầu phanh v1 và hệ số bám
Từ đồ thị thấy rằng: Ở vận tốc bắt đầu phanh v1 càng cao thì quãng
đường phanh S càng lớn vì quãng đường phanh phụ thuộc bậc 2 vào v1 và hệ
số bám càng cao thì quãng đường phanh S càng giảm.
d) Lực phanh và lực phanh riêng:
Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng
phanh. Chỉ tiêu này được dùng thuận lợi nhất là khi thử phanh ôtô trên bệ thử.
Lực phanh sinh ra ở bánh xe được xác định theo biểu thức sau:

Pp =

Mp

r

( 2.7 )

b

Trong đó: Pp là lực phanh của ôtô.
Mp là mô men của các cơ cấu phanh

15


Và rb là bán kính làm việc trung bình của bánh xe.
Lực phanh riêng P là lực phanh được tính trên một đơn vị trọng lượng
toàn bộ G của ôtô:

P=

Pp

(2.8 )

G

Lực phanh riêng P lớn nhất khi lực phanh Pp cực đại :

P. max =

Pp max ϕ ⋅ G
=
=ϕ
G
G

( 2.9 )

Khi đánh giá chất lượng phanh của ôtô có thể sử dụng một trong bốn
chỉ tiêu trên. Trong đó quãng đường phanh là đặc trưng nhất, vì nó cho phép

người lái hình dung được vị trí xe sẽ dừng trước một chướng ngại vật mà họ
phải xử lý để tránh khỏi xẩy ra tai nạn khi người lái phanh ở một vị trí nào
đấy. Do đó chỉ tiêu này thường dùng để đánh giá hiệu quả tác động của phanh.
Lực phanh và lực phanh riêng thuận lợi khi đánh giá chất lượng phanh trên bệ
thử.
2.2. Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định khi phanh
Tính ổn định phanh là khả năng đảm bảo quỹ đạo chuyển động của ôtô
theo ý muốn của người lái trong quá trính phanh. Tính ổn định khi phanh được
đánh giá bằng 2 chỉ tiêu: Góc quay khi phanh (βp) và hành lang phanh (Bp).
1) Góc quay khi phanh (βp)
Trong quá trình phanh ôtô thì trục dọc của ôtô bị nghiêng đi một góc β
nào đấy so với hướng của quỹ đạo đang chuyển động. Đó là do tổng các lực
phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải khác với tổng các lực phanh sinh ra ở
các bánh xe bên trái và tạo thành mômen quay vũng Mq quanh trục thẳng
đứng Z đi qua trọng tâm A của ôtô .

16


H. 2.2. Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh mà bị quay ngang
Khi phanh mà ôtô bị quay đi một góc quá mức quy định sẽ ảnh hưởng
đến an toàn chuyển động trên đường. Vậy tính ổn đinh khi phanh là khả năng ôtô
giữ được quỹ đạo chuyển động như ý muốn của người lái trong quá trình phanh.
Giả sử ôtô chuyển động theo hướng trục X nhưng sau khi phanh ôtô bị
lệch đi một góc β. Trong khi phanh thì ở các bánh xe bên phải có các lực
phanh Fp.ph1 ở trục trước và Fp.ph2 ở trục sau, còn các bánh xe bên trái có các
lực phanh Fp.tr1 ở trục trước và Fp.tr2 ở trục sau.
Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên phải là:
Fp.ph = Fp.ph1 + Fp.ph2

(2.10)

Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên trái là :
Fp.tr = Fp.tr1 + Fp.tr2

(2.11)

Giả sử rằng tổng các lực phanh bên phải F p.ph lớn hơn tổng các lực
phanh bên trái Fp tr thì ôtô quay vòng theo chiều mũi tên như hình vẽ quanh
trọng tâm A của ôtô. mômen quay vòng Mq được xác định theo biểu thức:

17


M q = Fp. ph

B
B
− Fp.tr = ( Fp. ph − Fp.tr ).
2
2

(2.12 )

Do có sự ma sát giữa bánh xe và mặt đường cho nên khi xuất hiện mômen
quay vòng Mq thì các bánh xe ở trục trước sẽ có phản lực R y1 tác dụng từ mặt
đường theo phương ngang và ở các bánh xe sau sẽ có phản lực Ry2 tác dụng.
Phương trình chuyển động của ôtô đối với trọng tâm A được viết dưới
dạng sau :

I Z .β = M q − R y1.a − R y 2 .b

( 2.13 )

Vì ôtô bị xoay đi một góc β tức là mômen quay vòng lớn hơn rất nhiều
so với các mômen khác do các lực Ry1 và Ry2 sinh ra, để đơn giản bớt ta có thể
viết lại như sau:

I Z .β = M q

hoặc β =

Mq
IZ

( 2.14 )

Với: Iz – mômen quán tính của ôtô quanh trục Z đi qua trọng tâm A
lấy tích phân hai lần phương trình (2.14) ta được :

β=

Mq
2I Z

t2 +C

( 2.15 )

Với: t- thời gian phanh

Để tìm giá trị của C ta sử dụng điều kiện ban đầu khi t=0 thì β=0 và
đưa vào phương trình ( 2.15) ta có C=0. Từ đó rút ra được biểu thức cuối
cùng để xác định góc lệch β do mômen quay vòng gây nên. Mà mômen này là
do sự chênh lệch lực phanh bên phải và bên trái gây nên:

β=

Mq
2I Z

t2

(2.16)

Qua biểu thức trên ta thấy β tỷ lệ thuận với Mq, với bình phương thời
gian phanh t và tỷ lệ nghịch với mômen quán tính Iz của ôtô quanh trục Z đi

18