Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển điện tử cho hệ thống phanh ô tô con

-1-

M CL C
M C L C......................................................................................................... 1
DANH M C HÌNH V .................................................................................... 4
L I NÓI
CH

U .................................................................................................. 7

NG 1. T NG QUAN............................................................................. 8

1.1. Các v n đ v h th ng phanh ABS ....................................................... 8
1.2. S k t h p gi a ABS và các h th ng khác ......................................... 10
1.2.1. H th ng ABS k t h p v i h th ng EBD và BAS ....................... 11
1.2.2. H th ng ABS k t h p v i h th ng ki m soát l c kéo (TRC) ..... 12
1.2.3. H th ng n đ nh xe b ng đi n t .................................................. 15
1.3. Nhi m v c a đ tài .............................................................................. 18
1.3.1. Tình hình nghiên c u ..................................................................... 18
1.3.2. Nhi m v c a đ tài........................................................................ 19
CH

NG 2. C S LÍ LU N C A

TÀI .............................................. 21

2.1. L c bám và h s bám .......................................................................... 21
2.2.

tr

t................................................................................................. 23

2.3. L c và mô men tác d ng lên bánh xe khi phanh .................................. 23
2.4. Hi n t
2.5.

ng tr

c tính tr

t l t c a bánh xe khi phanh ......................................... 25

t khi phanh....................................................................... 27

2.5.1.

c tính tr

t theo đ bám............................................................. 27

2.5.2.

c tính tr

t lí t

ng.................................................................... 29

2.6. C u t o và nguyên lí làm vi c c a ABS ............................................... 32
2.6.1. C u t o c a h th ng ABS ............................................................. 32

2.6.1.1. C m bi n t c đ bánh xe ......................................................... 33
2.6.1.2. C m b m và van phân ph i d u .............................................. 34
2.6.2. Nguyên lí làm vi c c a ABS .......................................................... 36
2.6.2.1. Ph m vi đi u khi n c a ABS ................................................... 36
Lu n v n th c s


-2-

2.6.2.2. Chu trình đi u khi n c a ABS ................................................. 39
2.6.2.3. Quá trình đi u khi n ABS........................................................ 41
2.7. Nhi m v c a h th ng ABS ................................................................ 43
CH

NG 3. GI I THI U XE TH

NGHI M ............................................ 47

3.1. Gi i thi u mơ hình, đi u ki n th nghi m............................................ 47
3.2. S đ h th ng phanh có ABS c th trên xe thí nghi m..................... 47
3.3. Quá trình đi u khi n ABS .................................................................... 48
3.3.1. Khi phanh bình th

ng................................................................... 48

3.3.2. Quá trình gi áp su t ...................................................................... 50
3.3.3. Quá trình gi m áp su t ................................................................... 51
3.3.4. Quá trình t ng áp su t..................................................................... 52
3.4. Tín hi u đi u khi n van th y l c trên ECU nguyên b n c a xe........... 54
3.5. Van đi n t và ph n t khuy ch đ i công su t..................................... 54

CH

NG 4. THI T K , CH T O B

I U KHI N I N T

CHO H

TH NG PHANH ............................................................................................ 56
4.1. Gi i thi u v vi đi u khi n AVR và công d ng trong b đi u khi n... 56
4.2. Gi i thi u v ph n m m mô ph ng và l p trình cho vi đi u khi n ...... 60
4.2.1. Gi i thi u v proteus ...................................................................... 60
4.2.2. Gi i thi u v CodevisionAVR ....................................................... 61
4.3. Gi i thi u v giao di n ph n m m v đ th ......................................... 63
4.4. Thi t k các mô đun trong b đi u khi n đi n t ................................. 66
4.4.1. Kh i thu và x lí tín hi u t c m bi n ........................................... 66
4.4.2. Kh i c p ngu n cho b đi u khi n................................................. 69
4.4.3. Kh i đi u khi n r le....................................................................... 69
4.4.4. Kh i đi u khi n van đi n t 3 v trí ............................................... 71
4.4.5. Kh i khuy ch đ i công su t cho các van đi n đi u khi n th y l c77
4.4.5.1.

c tính c a ph n t khuy ch đ i công su t ........................... 77
Lu n v n th c s


-3-

4.4.5.2. Thi t k kh i cung c p công su t đi u khi n van đi n t ........ 81
4.4.6. Kh i k t n i v i máy tính .............................................................. 83

4.4.7. K t qu thi t k ............................................................................. 84
4.5. Tinh ch nh m ch đi u khi n đ h th ng làm vi c............................... 88
4.6. K t qu th nghi m .............................................................................. 89
K T LU N CHUNG...................................................................................... 93
TÀI LI U THAM KH O............................................................................... 95
PH L C........................................................................................................ 96

Lu n v n th c s


-4-

DANH M C HÌNH V
Hình 1.1.

th so sánh l c phanh khi có và khơng có tr l c phanh

kh n c p ………………………………………………………………. 12
Hình 1.2. S đ h th ng ABS và TRC……………………………….. 13
Hình 1.3. Các tr ng thái c a cánh b

m ga ph ………………………. 14

Hình 1.4. S đ v trí h th ng ESP trên xe Mercedes………………... 16
Hình 1.5. ESP đi u khi n phanh ch ng hi n t

ng quay vòng th a

ho c quay vòng thi u…………………………………………………. 17
Hình 2.1. Các y u t

nh h

ng đ n h s bám……………………….. 22

Hình 2.2. S đ l c và mô men tác d ng lên bánh xe khi phanh……… 24
Hình 2.3. Tr ng thái l n c a bánh xe khi có tr

t l t…………………. 25

Hình 2.4.

c tính tr

t theo h s bám………………………………. 27

Hình 2.5.

c tính tr

t ng v i các lo i đ

Hình 2.6.

c tính tr

t lý t

ng khác nhau…………... 28

ng……………………………………… 30

Hình 2.7. Quá trình phanh c b n theo đ c tính tr

t lý t

ng……….. 31

Hình 2.8. S đ b trí các c c u trong h th ng phanh ABS………… 32
Hình 2.9. S đ c m bi n t c đ lo i đi n t và b trí trên xe………… 33
Hình 2.10. Tín hi u đi n áp c a c m bi n t c đ bánh xe…………….. 34
Hình 2.11. B m d u trong h th ng phanh ABS……………….……… 35
Hình 2.12. S đ c m van phân ph i………………………………….. 36
Hình 2.13. Ph m vi đi u khi n c a h th ng ABS…………………….. 37
Hình 2.14. Ph m vi đi u khi n c a ABS theo góc tr

t bánh xe……... 38

Hình 2.15. Chu trình đi u khi n kín c a ABS………………………... 39
Hình 2.16. S đ tr ng thái khơng gian bi u di n ho t đ ng c a ABS.. 40
Hình 2.17. Quá trình đi u khi n c a ABS………………….................. 43
Hình 2.18. S

thay đ i c a mơ men phanh Mp, áp su t d n đ ng

phanh p và gia t c a c a bánh xe khi phanh có ABS …………………. 45
Lu n v n th c s


-5-

Hình 2.19. S thay đ i t c đ góc ωb c a bánh xe, t c đ dài v c a ô
tô và đ tr

t λ theo th i gian t khi phanh có h th ng ch ng hãm

c ng bánh xe…………………………………………………………... 46
Hình 3.1. S đ ngun lí h th ng phanh trên xe th nghi m……….. 48
Hình 3.2. Nguyên lý làm vi c
đ

ch đ bình th

ng – ABS khơng

c kích ho t…………………………………………………………. 49

Hình 3.3. Ngun lý làm vi c

ch đ gi áp………………………… 50

Hình 3.4. Nguyên lý làm vi c

tr ng thái gi m áp…………………… 52

Hình 3.5. Nguyên lý làm vi c

ch đ t ng áp……………………….. 53

Hình 3.6. Tín hi u đi n áp đi u khi n trên ECU nguyên b n…………. 54

Hình 4.1. S đ kh i vi đi u khi n Atmega16………………………… 58
Hình 4.2. S đ chân vi đi u khi n Atmega16………………………... 59
Hình 4.3. Giao di n ph n m m mô ph ng m ch đi n Proteus………… 60
Hình 4.4. Giao di n ph n m m biên d ch ngôn ng l p trình…………. 62
Hình 4.5. Giao di n ph n m m Visual Basic………………………….. 64
Hình 4.6. Giao di n ph n m m v đ th ………………………….…… 65
Hình 4.7. S đ ngun lý mơ ph ng b chu n hóa xung…………….. 67
Hình 4.8. K t qu mơ ph ng kh i chu n hóa xung…………………… 68
Hình 4.9. Kh i c p ngu n 5V cho m ch đi u khi n…………………... 69
Hình 4.10. S đ ngun lí kh i r le đi u khi n mô t b m d u…….. 70
Hình 4.11. S đ ngun lí kh i r le đi u khi n van đi n t ………... 70
Hình 4.12. S đ ngun lí đi u khi n dịng cơng su t……………….. 71
Hình 4.13. S đ dịng đi u khi n đ t o pha gi áp………………….. 73
Hình 4.14. S đ dòng đi u khi n đ t o pha gi áp………………….. 74
Hình 4.15. S đ dịng đi u khi n đ t o pha t ng áp…………………. 75
Hình 4.16. M ch nguyên lí c a kh i đi u khi n phanh ABS……….…. 76
Hình 4.17. S đ nguyên lí m ch thí nghi m xác đ nh đ c tính c a
Lu n v n th c s


-6-

IRF530 76……………………………………………………………… 77
Hình 4.18. Mơ hình thí nghi m xác đ nh đ c tính c a ph n t khuy ch
đ i công su t s d ng trong đ tài……………………………………... 78
Hình 4.19. M ch thí nghi m xác đ nh đ c tính c a IRF530…………... 78
Hình 4.20. S đ ngun lí kh i cung c p cơng su t đi u khi n van
đi n t ………………………………………………………………….. 81
Hình 4.21. S đ ngun lí kh i khuy ch đ i công su t c p cho c c u
ch p hành h th ng phanh ABS……………………………………….. 82

Hình 4.22. M ch đ ng b d li u s d ng vi m ch MAX232………… 84
Hình 4.23. M ch x lí và đi u khi n…………………………………... 85
Hình 4.24. M ch khuy ch đ i cơng su t………………………………. 86
Hình 4.25. M ch k t n i v i máy tính………………………………… 86
Hình 4.26. B đi u khi n phanh ABS hoàn ch nh…………………….. 87
Hình 4.27. L p đ t b đi u khi n phanh trên ơ tơ th nghi m………… 88
Hình 4.28.

th v n t c góc bánh xe trong quá trình phanh khi v n

t c dài c a ơ tơ nh h n 20 km/h……………………………………… 90
Hình 4.29.

th v n t c góc bánh xe trong q trình phanh………… 91

Hình 4.30.

th v n t c góc bánh xe khi phanh…………………………... 92

Lu n v n th c s


-7-

L I NÓI

U

Vi c nghiên c u, thi t k b đi u khi n đi n t cho h th ng phanh
ABS có ý ngh a quan tr ng, nh m ti p c n v i công ngh cao trên xe.

c

bi t là công ngh đi n t - đi u khi n t đ ng. Làm n n t ng cho các nghiên
c u, ch t o th nghi m các h th ng đi u khi n t đ ng khác trên xe. V i
m c làm vi c n đ nh cao, các h th ng này có th s n xu t hàng lo t và l p
đ t trên các xe ô tô trong n
Lu n v n s d ng ph

c s n xu t.
ng pháp nghiên c u lý thuy t k t h p v i th c

nghi m trên xe th c t đ th c hi n các nhi m v :
- Nghiên c u, xác đ nh tr ng thái chuy n đ ng c a bánh xe;
- Nghiên c u, đ xu t thu t toán đi u khi n;
- Nghiên c u, thi t k , ch t o b đi u khi n đi n t cho h th ng
phanh ABS;
- Th c nghi m ki m ch ng m t s tính n ng làm vi c c a b đi u
khi n đi n t .
tài đ
đ ng l c, Tr

c th c hi n t i b môn ô tô và xe chuyên d ng, Vi n C khí
ng

i h c Bách Khoa Hà N i d

PGS.TS. L u V n Tu n.

tài còn nh n đ

is h

ng d n tr c ti p c a

c s h tr c a các th y trong

b môn và các anh ch đ ng nghi p.
Do th i gian h n ch , n i dung nghiên c u tr i r ng trên nhi u l nh v c
khác nhau nên không tránh kh i các thi u sót. R t mong nh n đ

c s góp ý

c a các th y, các anh ch đ ng nghi p đ đ tài hồn thi n h n trong q trình
nghiên c u ti p theo.
Hà N i, 12/11/2009
Tác gi

H H u Hùng
Lu n v n th c s


-8-

CH

NG 1. T NG QUAN

1.1. Các v n đ v h th ng phanh ABS
H th ng phanh trên ô tô là m t trong nh ng h th ng đ m b o an toàn

chuy n đ ng c a ơ tơ, có cơng d ng:
- Gi m d n t c đ ho c d ng h n xe khi xe đang chuy n đ ng;
- Gi xe đ ng yên trên đ
c n s có m t c a ng

ng d c trong kho ng th i gian dài mà không

i lái xe.

H th ng ch ng bó c ng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) n m
trong h th ng an toàn ch đ ng c a ô tô hi n đ i. H th ng s đi u khi n
ch ng bó c ng các bánh xe trong quá trình phanh, giúp t ng đ
xe, rút ng n quãng đ
trong tr

n đ nh c a

ng phanh, t ng kh n ng đi u khi n quay vịng ơ tơ

ng h p c n thi t ph i tránh ch

ng ng i v t.

L ch s phát tri n c a h th ng phanh và phanh ABS qua các th i kì sau:
N m 1924: Khai sinh h th ng phanh th y l c và đ n n m 1931 thì
t ng tính an tồn phanh v i d n đ ng hai dòng;
N m 1951:

ng d ng d ng phanh đ a;

N m 1952 đ n 1963 là th i k

ng d ng tr l c th y l c và chân

không;
N m 1978: H th ng phanh ABS b t đ u có ng d ng th

ng m i trên

ô tô. ABS tác đ ng vào h th ng d n đ ng th y l c nh m gi , gi m ho c
t ng áp su t phanh d n đ n các xi lanh phanh bánh xe đ ch ng tr

tl t

trong quá trình phanh.
N m 1989: H th ng phanh ABS đ
tr

c k t h p v i h th ng ch ng

t quay TSC. H th ng này đi u khi n b ng cách đi u ch nh giá tr c a

mô men phanh và mô men đ

c truy n t đ ng c đ n các bánh xe. H

th ng này cịn có kh n ng đi u khi n l
nh m h n ch tr

ng nhiên li u c p cho đ ng c

t quay bánh xe do th a mô men. Tuy nhiên t i th i
Lu n v n th c s


-9-

đi m đó, s kênh đi u khi n h th ng cịn ít, ch đi u khi n m t kênh,
ho c hai kênh cho toàn b các c u ho c m t c u xe và s d ng van đi u
hòa l c phanh b ng c khí đ phân ph i áp su t phanh đ n các bánh.
N m 1994: H th ng phanh ABS đ

c k t h p v i h th ng cân b ng

đi n t EBD. H th ng đi n t d n thay th các h th ng c khí, h th ng
phanh ABS trong h th ng đã b t đ u đi u khi n nhi u kênh, đi u khi n
t ng bánh xe đ c l p.
Nh ng n m sau đó là q trình hồn thi n, t i u hóa hi u qu làm
vi c c a h th ng phanh.
H th ng ABS ho t đ ng t i u, đáp ng yêu c u nâng cao ch t l
phanh c a ô tô ph i đ t đ

ng

c các yêu c u sau:

- ABS ph i đáp ng đ

c các yêu c u v an toàn liên quan đ n đ ng l c

h c phanh và chuy n đ ng c a ôtô.
- H th ng ph i làm vi c n đ nh và có kh n ng thích ng cao, đi u
khi n t t trong su t d i t c đ c a xe và
đ

ng bê tơng khơ có đ bám t t đ n đ

b t k lo i đ

ng nào (thay đ i t

ng đóng b ng có đ bám kém);

- H th ng ph i khai thác t i đa kh n ng phanh c a các bánh xe trên
đ

ng nh m t ng tính n đ nh đi u khi n và gi m quãng đ

ng phanh.

này không ph thu c vào vi c phanh đ t ng t hay phanh t t c a ng

i u
i lái

xe;
- Khi phanh xe trên đ
xe bên ph i ch y trên đ
đ

ng có các h s bám khác nhau (ví d hai bánh

ng có dính d u nh t và hai bánh bên trái ch y trên

ng nh a khơ) thì mơ men xoay xe quanh tr c đ ng đi qua tr ng tâm c a

xe luôn luôn x y ra, lúc này h th ng ABS c n h tr làm mơ men quay đó
t ng ch m đ ng

i lái xe có đ th i gian đi u ch nh thông qua h th ng lái;

Lu n v n th c s


-10-

- Ph i duy trì đ

n đ nh và kh n ng lái khi phanh g p trong lúc đang

quay vịng;
- H th ng ph i có ch đ t ki m tra, ch n đốn và an tồn. M t m ch
ki m soát ph i liên t c ki m tra s ho t đ ng c a h th ng m t cách đ y đ .
N u phát hi n m t l i nào đó có th làm h h ng vi c ng x c a ABS thì h
th ng s thơng báo cho lái xe bi t thông qua đèn báo và khi đó h th ng
phanh s làm vi c nh m t h th ng phanh bình th

ng.

1.2. S k t h p gi a ABS và các h th ng khác

Trong nh ng n m g n đây, v i s phát tri n m nh m c a k thu t đi u
khi n đi n t và t đ ng hóa, các h th ng đi u khi n trên ơ tơ ngày càng
đ

c phát tri n hồn thi n h n, nâng cao tính ti n nghi và an tồn s d ng c a

ơ tơ.
Nh m nâng cao t c đ chuy n đ ng và tính an tồn ch đ ng c a ơ tơ, h
th ng phanh là m t trong nh ng m c tiêu đ

c đ u t và phát tri n nhi u.

Trên c s m t h th ng ABS, h th ng phanh có th k t h p v i m t s h
th ng khác, và đ n nay, m t h th ng phanh hi n đ i đã có r t nhi u ch c
n ng u vi t. Ngoài tác d ng c b n là gi m t c đ hay d ng xe, h th ng
phanh còn can thi p c trong quá trình kh i đ ng và t ng t c c a ô tô, kh ng
ch các hi n t

ng quay vòng thi u, quay vòng th a, làm t ng tính n đ nh

c a xe khi đi vào đ

ng vòng.

M t s s k t h p c a ABS v i các h th ng khác:
- ABS k t h p v i h th ng phân ph i l c phanh b ng đi n t
(Electronic Brake-force Distribution – EBD) và h th ng tr l c phanh
kh n c p (Brake Assist System – BAS).
- ABS k t h p v i h th ng ki m soát l c kéo (Traction Control
(TRC) hay Acceleration Slip Regulator (ASR).

Lu n v n th c s


-11-

- ABS k t h p v i h th ng đi u khi n n đ nh ô tô (Electronic
Stability Program – ESP).
1.2.1. H th ng ABS k t h p v i h th ng EBD và BAS
phát huy t i đa hi u qu phanh, l c phanh lý t

ng đ

c phân ph i

các bánh xe t l v i s phân b t i tr ng tác d ng lên chúng. Ph n l n các xe
ơ tơ du l ch có đ ng c đ t
tr

phía tr

c, t i tr ng tác d ng lên các bánh xe

c l n h n các bánh xe phía sau.

ng th i khi phanh, do l c quán tính

nên t i tr ng c ng đ
gi m đi

c phân b l i, càng làm t ng

các bánh xe sau. Vì v y l c phanh

ph i nh h n so v i bánh tr
hi n t

các bánh xe sau c n đ

c và
c phân

c, đ c bi t là trong quá trình phanh đ ch ng

ng s m b bó c ng bánh xe sau. M t khác, khi xe có t i thì t i tr ng

các bánh sau t ng lên, lúc này c n ph i t ng l c phanh
so v i tr
đ

các bánh xe tr

các bánh sau l n h n

ng h p xe khơng có t i. Vi c phân ph i l c phanh này tr

c đây

c th c hi n hồn tồn b i các van c khí nh van đi u hoà l c phanh, van

bù t i, van gi m t c… Trên các h th ng ABS đ n gi n v n t n t i van đi u
hịa l c phanh b ng c khí.
Khi xe quay vòng, t i tr ng c ng t ng lên

các bánh xe phía ngồi, cịn

phía trong gi m đi, nên l c phanh c ng c n ph i phân ph i l i, nh ng các van
đi u hịa l c phanh c khí khơng gi i quy t đ
phân ph i l c phanh đi n t (EBD) đ

c v n đ này. Vì v y h th ng

c hình thành và đ

c ng d ng trên

xe đ kh c ph c nh ng t n t i c a h th ng phân ph i l c phanh truy n th ng
b ng c khí. Vi c phân ph i l c phanh b ng đi n t này cho đ chính xác và
hi u qu cao h n.
Trong tr
ng

ng h p phanh kh n c p nh g p ch

i lái xe - đ c bi t là nh ng ng

ng ng i v t đ t ng t,

i thi u kinh nghi m, th

ng đ p phanh

khơng đ m nh, do đó khơng t o đ l c phanh t i đa đ d ng xe kh n c p.
t ng t i đa hi u qu phanh trong nh ng tình hu ng này, h th ng h tr l c
Lu n v n th c s


-12-

phanh kh n c p đã đ

c tích h p vào h th ng phanh. B ng cách nh n bi t

t c đ và l c tác d ng lên bàn đ p phanh c a ng

i lái xe, m t h th ng tr

l c phanh kh n c p (BAS) s t đ ng cung c p thêm m t l c phanh l n h n
nhi u so v i l c phanh do ng

i lái t o ra đ d ng xe kh n c p. Hình 1.1 so

sánh l c phanh t o ra trong hai tr

ng h p có và khơng có tr l c phanh kh n

c p.

Hình 1.1.

th so sánh l c phanh khi có và khơng có tr l c phanh kh n c p

H th ng ABS k t h p v i các h th ng EBD và BAS th c hi n đ ng
th i các ch c n ng sau:
- H th ng ABS làm nhi m v ch ng hi n t

ng hãm c ng bánh

xe khi phanh.
- H th ng EBD s phân ph i l c phanh đ n các bánh xe phù h p
v i s phân b t i tr ng và các ch đ lái xe.
- H th ng tr l c phanh kh n c p giúp t o ra m t l c phanh l n
đ d ng g p xe trong tr

ng h p phanh kh n c p.

1.2.2. H th ng ABS k t h p v i h th ng ki m soát l c kéo (TRC)
đ

ng có h s bám ϕ th p, các bánh xe ch đ ng s d b tr

n u xe kh i hành hay t ng t c đ t ng t (do l c kéo ch đ ng Pk v
h n kh n ng bám Pϕ gi a bánh xe và m t đ

t quay

t quá gi i

ng), làm m t mát công su t và

Lu n v n th c s


-13-

xe b m t n đ nh.
đ

kh c ph c hi n t

ng này, ph n l n các xe ngày nay

c trang b h th ng ki m soát l c kéo (Traction Control System – TRC).
H th ng này đ

hi n t

ng tr

c thi t k d a trên c s m t h th ng ABS. Khi có

t quay c a bánh xe, h th ng TRC s có đ ng th i hai tác

đ ng:
- Gi m mô men xo n c a đ ng c b ng cách đóng b t cánh b
khơng ph thu c vào ý đ nh c a ng

m ga mà

i lái;

- H th ng TRC k t h p v i h th ng ABS đi u khi n h th ng phanh
tác đ ng lên các bánh xe ch đ ng.
Nh đó làm gi m mơ men kéo truy n đ n m t đ

ng t i m t giá tr phù

h p khi n xe có th kh i hành và t ng t c m t cách nhanh chóng, n đ nh
mà các bánh xe ch đ ng không b tr

t quay.

S đ m t h th ng TRC nh hình v 1.2 sau đây:

Hình 1.2. S đ h th ng ABS và TRC
Lu n v n th c s


-14-

H th ng TRC đi u khi n công su t đ ng c theo nguyên lí đi u khi n
b

m ga ph . Cánh b

m ga ph đ

c d n đ ng b ng m t đ ng c b

c.

H th ng đi u khi n là TRC ECU và ABS ECU s đánh giá tr ng thái
chuy n đ ng c a xe d a trên tín hi u t các c m bi n t c đ bánh xe, d a vào
tín hi u v trí b

m ga t h p đi u khi n đ ng c (ECU) … r i g i tín hi u

đi u khi n đ n b ch p hành cánh b

m ga ph và b ch p hành phanh TRC.

Cùng lúc đó g i tín hi u đ n ECU đ ng c và ECT đ báo TRC đang ho t
đ ng.
Khi TRC ch a làm vi c: cánh b
tr

ng h p này l

c a cánh b

ng hịa khí đi vào đ ng c hoàn toàn ph thu c vào đ m

m ga chính.

Khi TRC làm vi c:
ECU đi u khi n đ ng c b
đ ng c .

m ga ph m hồn tồn. Trong

gi m mơ men kéo truy n đ n bánh xe, TRC
c đóng b t cánh b

m ga ph đ gi m công su t

tr ng thái TRC ho t đ ng hoàn toàn cánh b

m ga ph đóng hồn

tồn.

Hình 1.3. Các tr ng thái c a cánh b

m ga ph
Lu n v n th c s


-15-

1.2.3. H th ng n đ nh xe b ng đi n t
H th ng n đ nh xe b ng đi n t (Electronic Stability Program – ESP)
th ng an tồn ch đ ng, c i thi n tính n đ nh c a xe trong t t c

là m t h

các tình hu ng chuy n đ ng. H th ng này đ

c trang b trên các xe hi n đ i

hi n nay nh Mercedes, BMW …

H th ng ESP làm vi c b ng cách can thi p vào h th ng phanh, có th
tác đ ng riêng r trên t ng bánh xe. ESP giúp n đ nh xe khi phanh, khi quay
vòng, khi kh i hành và t ng t c.

t ng c

ng cho vi c đi u khi n phanh có

hi u qu , thì ESP tác đ ng đ n c đ ng c và h p s .
H th ng ESP bao g m s liên k t và tích h p các h th ng và ch c
n ng sau:
- H th ng ABS ch ng hãm c ng bánh xe khi phanh, vì v y duy
trì kh n ng lái và tính n đ nh c a xe trong lúc phanh g p.
- H th ng ASR (Acceleration Slip Regulator) kh c ph c hi n
t

ng tr

t quay c a các bánh xe ch đ ng khi kh i hành và t ng t c

đ t ng t b ng cách phanh b t bánh xe có hi n t

ng tr

t quay. i u

đó s làm gia t ng tính n đ nh c a xe trong q trình t ng t c.
ng th i v i s đi u khi n phanh, h th ng ESP c ng g i tín hi u đ n
h p đi u khi n đ ng c , đi u khi n đóng b t b

m ga l i ho c làm ch m th i

đi m đánh l a đ gi m b t mô men xo n c a đ ng c .

Lu n v n th c s


-16-

Hình 1.4. S đ v trí h th ng ESP trên xe Mercedes
1.C m bi n t c đ bánh xe;

2. C m gi c ch n đoán;

3. H p đi u khi n đi n t ESP;

4. Công t c ESP OFF;

5. èn báo ABS;

6. èn báo ESP;

7. èn báo EPC (E –gas)

8. C m bi n gia t c ngang;

9. H p đi u khi n làm tr mô men xoay xe;

10. èn báo l i ESP;

11. C m bi n góc lái;

12. Cơng t c báo phanh;

13. B m cung c p ESP;

14. Công t c phanh đ u xe;

15. C m bi n áp su t xi lanh chính;

16. xi lanh chính;

17. B ch p hành th y l c ESP.

ESP còn kh c ph c hi n t

ng quay vòng thi u ho c quay vịng th a.

Trong m i tình hu ng, nó đ m b o xe không b l ch ra kh i qu đ o đi u
khi n c a ng

i lái xe.

Lu n v n th c s


-17-

Hình 1.5. ESP đi u khi n phanh ch ng hi n t

ng quay vòng th a

ho c quay vòng thi u

Khi có hi n t

ng quay vịng thi u ho c quay vòng th a (understeering

or oversteering) x y ra, h th ng ESP s nh n bi t thơng qua các c m bi n
góc lái và c m bi n gia t c ngang, t đ ng đi u khi n m t l c phanh chính
xác đ n các bánh xe t

ng ng

c u tr

c ho c c u sau đ duy trì h

chuy n đ ng c a xe theo s đi u khi n c a ng

i lái. Khi xe quay vòng th a

ho c thi u thì ESP s đi u khi n phanh các bánh xe t
1.5.

ng

ng ng nh trên hình

ng th i v i s đi u khi n phanh, h th ng ESP c ng g i tín hi u đ n

h p đi u khi n đ ng c , đi u khi n gi m b t mô men xo n c a đ ng c . Nh
v y xe đ t đ

c tính n đ nh cao khi quay vòng.

Lu n v n th c s


-18-

1.3. Nhi m v c a đ tài
1.3.1. Tình hình nghiên c u
Vi c nghiên c u h th ng phanh ABS trên ô tô là v n đ đ
thi t k h t s c quan tâm. H th ng phanh ABS có nh h

c các nhà

ng l n t i ch t

l

ng v n hành, tính an tồn chuy n đ ng c a ơ tơ. Ngồi ra nó cịn nh

h

ng tr c ti p đ n tính n đ nh h th ng khi phanh.
H th ng phanh ABS đã đ

nhiên h đ u ch d ng l i

c nhi u tác gi trong n

c nghiên c u, tuy

m c mơ ph ng lí thuy t. Sau đây là m t s cơng

trình nghiên c u c a các tác gi trong n
Nghiên c u mô ph ng qu

c v h th ng này:

đ o chuy n đ ng c a ô tô v i h th ng

ABS + ASR b ng Matlab – tác gi Nguy n Ti n V Linh, n m 2007;
T ng h p b đi u khi n đi n t trên h th ng phanh có ABS – tác
gi L i N ng V , n m 2007;
Kh o sát quá trình chuy n đ ng quay vịng c a ơ tơ có b trí h
th ng ABS + VSC – Tác gi Tr n Duy H i, n m 2008.
Hi n nay, vi c thi t k b đi u khi n đi n t đ đi u khi n phanh ABS
trên xe ô tô con ch a đ
m i ch d ng l i

c th c hi n. Các cơng trình nghiên c u tr

c đây

mơ ph ng ho c thi t k b đi u khi n cho h th ng phanh

trên mơ hình.

Tác gi Nguy n Ti n V Linh mô ph ng đ

c h th ng ABS + ASR

b ng ph n m m Matlab. Quá trình mơ ph ng trên máy tính ch mang tính ch t
ki m nghi m nguyên lí đi u khi n, khơng có các y u t tác đ ng th c t gây
nhi u h th ng. Do đó k t qu nghiên c u có th sai khác nhi u so v i th c t
ki m nghi m.
Tác gi L i N ng V đã t ng h p b đi u khi n đi n t trên h th ng
phanh ABS, đã ch t o thành công m đi u khi n đi n t đ đi u khi n phanh
ABS trên mơ hình. ây là b

c thành cơng ti p theo c a q trình nghiên c u
Lu n v n th c s


-19-

vi c đi u khi n m t

v phanh ABS. Tuy nhiên k t qu m i ch d ng l i

bánh xe trên mơ hình. i u ki n thí nghi m hồn tồn khác v i đi u ki n th c
t mà h th ng ABS trên xe làm vi c.
Tác gi Tr n Duy H i đã phát tri n thêm quá trình đi u khi n n đ nh h
th ng, đó là vi c mơ ph ng đ

c q trình chuy n đ ng quay vịng c a ơ tơ

có trang b h th ng ABS + VSC. K t qu mô ph ng ki m ch ng nguyên lí

đi u khi n c a h th ng, tuy nhiên không th mô ph ng đ

c h t các y u t

bên ngoài tác đ ng lên h th ng. Do đó k t qu có th sai khác nhi u so v i
th c t ki m nghi m.
Vi c thi t k , ch t o thành công b đi u khi n phanh ABS b trí trên xe
ơ tơ có ý ngh a quan tr ng, ch ng t Vi t Nam t ng b

c ti p c n đ

cv i

trình đ khoa h c tiên ti n áp d ng trên xe, đ c bi t là h th ng đi u khi n
đi n t . Cơng trình nghiên c u có ý ngh a th c t r t l n, có kh n ng phát
tri n đ s n xu t các h th ng đi u khi n t đ ng l p đ t trên xe s n xu t
trong n

c, giúp giá thành s n xu t xe ô tô trong n

tranh t t trên th tr

c gi m, kh n ng c nh

ng.

1.3.2. Nhi m v c a đ tài
H th ng ABS trên ơ tơ giúp t ng tính an tồn ch đ ng c a xe. Hi n
nay h th ng phanh ABS k t h p v i các h th ng khác t o ra các h th ng
nh VSC, t ng tính n đ nh cho xe khi quay vòng

t c đ cao.

Vi c nghiên c u, thi t k b đi u khi n h th ng phanh ABS k t h p v i
các h th ng đi u khi n t đ ng khác trên xe hi n nay có ý ngh a quan tr ng,
nh m ti p c n v i công ngh cao trên xe. Tuy nhiên do th i gian có h n, ki n
th c tr i r ng trên nhi u l nh v c khác nhau nên đ tài ch d ng l i

vi c

nghiên c u, thi t k , ch t o th nghi m b đi u khi n ABS.
Nhi m v c a đ tài:
- Nghiên c u, xác đ nh tr ng thái chuy n đ ng c a bánh xe;
Lu n v n th c s


-20-

- Nghiên c u, đ xu t thu t toán đi u khi n;
- Nghiên c u, thi t k , ch t o b đi u khi n đi n t cho h th ng
phanh ABS;
- Th c nghi m ki m ch ng m t s tính n ng làm vi c c a b đi u
khi n đi n t .
Lu n v n s d ng ph

ng pháp nghiên c u lý thuy t k t h p v i th c

nghi m trên xe th c t .
Các gi i h n nghiên c u:
- Thi t k h th ng đi u khi n ABS đ c l p, ch a k t h p v i các h

th ng đi u khi n t đ ng khác trên xe;
- Nghiên c u, thi t k b đi u khi n cho c c u ch p hành ABS lo i 4
van 3 v trí.

ây là lo i c c u ch p hành d mua và giá c h p lí, phù

h p v i đi u ki n th c nghi m c a lu n v n.
-

Linh ki n đi n t s d ng cho b đi u khi n là linh ki n ph thơng, có
đ chính xác v a ph i;

- Th i gian đ m s xung đ đo v n t c góc c a bánh xe là 0,05s;
- Vi x lí s d ng: Atmega16 và Atmega8.

Lu n v n th c s


-21-

CH

NG 2. C

S

LÍ LU N C A

TÀI

2.1. L c bám và h s bám
Bánh xe là ph n t đàn h i liên k t gi a xe và m t đ
gi a bánh xe và m t đ

ng tác

ng đ u thông qua y u t l c bám. Nh đó mà có s

truy n đ ng mơ men kéo t đ ng c xu ng m t đ
cho ô tô, và t o đ

ng. Các t

ng t o ra chuy n đ ng dài

c mô men phanh t i c c u phanh giúp xe gi m t c đ

ho c d ng l i.
L c bám gi a bánh xe và m t đ
V c b n, có th xem h s bám ϕ t

ng đ

c đ c tr ng b ng h s bám ϕ.

ng t h s ma sát gi a hai v t r n ti p

xúc nhau. Tuy nhiên h s bám khác h n h s ma sát do m i quan h truy n
đ ng gi a bánh xe và m t đ

ng là v n đ ph c t p, v a có tính ch t c a m t

li h p ma sát, v a theo nguyên lí n kh p bánh r ng – thanh r ng do có s
m u bám c a gai l p vào các m p mô c a m t đ
H s bám ϕ gi a bánh xe và m t đ

cđ

ng.
c chia thành hai thành ph n:

+ H s bám trong m t ph ng chuy n đ ng c a ô tô đ
s bám d c, đ

c g i là h

c kí hi u là ϕx;

+ H s bám trong m t ph ng vng góc v i m t ph ng chuy n
đ ng c a ô tô đ
H s bám d c đ

c g i là h s bám ngang, đ

c kí hi u là ϕy;

c xác đ nh theo công th c: ϕ x =

PP max
, là t s gi a l c

Gb

phanh c c đ i mà c c u phanh có th t o ra và t i tr ng Gb tác d ng lên bánh
xe trong quá trình phanh.
H s bám ngang đ

c xác đ nh theo công th c: ϕ y =

FY max
, là t s gi a
Gb

l c bám ngang c c đ i tác d ng lên bánh xe và t i tr ng Gb tác d ng lên bánh
xe trong quá trình phanh.

Lu n v n th c s


-22-

H s bám ϕ ph thu c nhi u y u t nh : lo i m t đ
m tđ

ng và tình tr ng

ng, k t c u và v t li u ch t o l p, áp su t l p, t i tr ng tác d ng lên

bánh xe, t c đ chuy n đ ng c a xe, đi u ki n nhi t đ làm vi c … Do đó
trong q trình xe chuy n đ ng, h s bám ϕ thay đ i liên t c theo các yêu t
trên. Các đ th sau th hi n đ nh tính m i quan h gi a h s bám d c và các

yêu t

nh h

ng tr c ti p.

ϕX

ϕX

1

1
0,7

0,7
2

2
0,6

0,6
0

20

40

p;

(a)

N
cm 2

ϕX

0

2
(b)

ϕX

0,8

6 Z; kN

4

0,8

1

0,6

0,6
0,4

0,4

0,2

2

0

10

0,2
20

30

40

50
m
v;
s

(c)

0

40

60

80

100λ;%

(d)

Hình 2.1. Các y u t
1.

20

nh h

ng khô; 2.

ng đ n h s bám
ng

t

a) Ph thu c vào áp su t trong l p;
b) Ph thu c vào t c đ chuy n đ ng c a ô tô;
c) Ph thu c vào t i tr ng th ng đ ng trên bánh xe;
d)

tr

t gi a bánh xe ch đ ng và m t đ

ng.

Lu n v n th c s


-23-

T đ th 2.1. th y r ng, khi t ng áp su t trong l p thì h s bám lúc đ u
t ng lên, sau đó l i gi m xu ng. H s bám c c đ i t
đ

c các nhà s n xu t khai thác và khuyên ng

ng ng v i áp su t

i s d ng dùng cho l p đó.

Khi t ng t c đ chuy n đ ng thì h s bám gi m t t theo d ng đ

ng cong.

Khi t ng t i tr ng th ng đ ng lên bánh xe thì h s bám có gi m m t chút và
đ th có d ng tuy n tính. Khi đ

ng

t thì nh h

ng c a áp su t trong l p,

c a t c đ chuy n đ ng và t i tr ng th ng đ ng lên bánh xe đ n h s bám
càng l n.

nh h

c bi t là đ tr

t S (%) gi a bánh xe ch đ ng và m t đ

ng r t l n đ n h s bám. Khi t ng đ tr

t c a bánh xe thì h s bám

t ng lên nhanh chóng và đ t giá tr c c đ i trong kho ng đ tr
÷ 25%. N u đ tr

ng có

t kho ng 15%

t ti p t c t ng thì h s bám gi m d n, và khi đ tr

tđ t

100% thì h s bám gi m đi kho ng 20 ÷ 30% so v i h s bám c c đ i. Khi
m tđ

ng

2.2.

tr

t thì có th gi m nhi u h n n a, có th đ n 50 ÷ 60%.
t

H s bám c a bánh xe ô tô và m t đ
bánh xe t
tr

tt

ng đ i v i m t đ
ng đ i λ đ

λ=

ng ph thu c r t l n vào đ tr

tc a

ng trong quá trình phanh.

c xác đ nh theo cơng th c:

v − ωb .rb
v

Trong đó: v – v n t c c a ô tô;

ωb – v n t c góc c a bánh xe khi phanh;
rb – bán kính làm vi c c a bánh xe.
2.3. L c và mô men tác d ng lên bánh xe khi phanh

Lu n v n th c s


-24-

Gb

Mjb

MP
v
Pξ

rb

Mf

Zb

Pp

Hình 2.2. S đ l c và mơ men tác d ng lên bánh xe khi phanh

Khi phanh,

bánh xe xu t hi n các l c và mô men sau:

Pξ – l c đ y t khung xe truy n đ n;

Gb – t i tr ng tác d ng lên bánh xe;
Zb – Ph n l c pháp tuy n c a m t đ

ng tác d ng lên bánh xe;

Mp – Mô men phanh;
Mf – Mô men c n l n;
Mjb – Mơ men qn tính.
C c u phanh sinh ra mô men phanh M p nh m hãm bánh xe l i, khi đó
bánh xe chuy n đ ng v i gia t c ch m d n. Do bánh xe chuy n đ ng có gia
t c nên bánh xe ch u thêm mô men quán tính Mjb tác d ng cùng chi u v i
chi u quay c a bánh xe. Ngoài ra bánh xe cịn ch u tác d ng c a mơ men c n
l n Mf ng

c chi u chuy n đ ng. Tuy nhiên mô men c n l n nh h n nhi u

l n so v i mô men phanh, do đó trong q trình phanh có th b qua mơ men
c n l n này. Lúc đó có th coi cịn duy nh t thành ph n mơ men phanh Mp có
tác d ng hãm bánh xe, mơ men phanh này t o ra l c phanh Pp có ph

ng ti p

Lu n v n th c s


-25-

tuy n, ng

c v i chi u c a l c P , có tác d ng gi m t c đ chuy n đ ng c a ô

tô. L c phanh đ

c xác đ nh theo công th c:

Pp =
2.4. Hi n t

ng tr

Mp
rb

t l t c a bánh xe khi phanh

Mô men phanh do c c u phanh sinh ra, m t đ

ng là n i ti p nh n

thông qua đ bám gi a bánh xe và m t đ

ng. L c phanh l n nh t b gi i h n

b i kh n ng bám gi a bánh xe và m t đ

ng, đ

c đ c tr ng b i h s bám

ϕ thông qua m i quan h sau:

Pp max = Pϕ = Z b .ϕ
Trong đó: PPmax – L c phanh c c đ i mà bánh xe có th ti p nh n đ
Pϕ – L c bám gi a bánh xe và m t đ

ng.

Do đó khi phanh g p ho c khi phanh trên các lo i đ
th p nh đ

ng tr n

t, đ

bánh xe nhanh chóng b tr

c;

ng có h s bám ϕ

ng tuy t … làm cho Pp > Pϕ ; đi u này khi n

t l t trên đ

Hình v sau gi i thích hi n t

ng tr

ng.
t l t c a bánh xe khi phanh:

ωk

rb

v0 v
r1
X
vλ > 0
P

Hình 2.3. Tr ng thái l n c a bánh xe khi có tr

tl t

Trong đó:
Lu n v n th c s