Nghiên cứu quá trình chuyển động của ôtô có trang bị abs + asr, có quan tâm tới chế độ làm việc của động cơ

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

PHẠM HUY HỒNG

NGHIÊN CỨU Q TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA ÔTÔ CÓ
TRANG BỊ ABS + ASR, CÓ QUAN TÂM TỚI CHẾ ĐỘ LÀM
VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN KHẮC TRAI

HÀ NỘI – 2008


Luận văn cao học

Cơ khí động lực 2006-2008

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI ................................. 3
1.1 Mục đích của việc khảo sát chuyển động của ơtơ có ABS+ASR ................... 3
1.2 Giới thiệu về đề tài .......................................................................................... 5
1.3 Nội dung của đề tài ......................................................................................... 7
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỀ TÀI .................................................. 9
2.1 Tổng quan ........................................................................................................ 9

2.1.1 Tổng quan về hệ thống ABS và các liên hợp ............................................. 10
2.1.2. Hệ thống ABS+ASR ................................................................................. 13
a.Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS.............................................................. 13
b. Hệ thống liên hợp ABS+ASR .......................................................................... 14
2.1.3. Hệ thống phanh ABS cơ bản ..................................................................... 16
a.Tác dụng của hệ thống ABS ............................................................................. 17
b. Nguyên lý chung cuả hệ thống ABS ............................................................... 17
2.1.4. Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS và ASR ....................................... 20
a. Sơ đồ khối điều khiển ABS có ASR.................................................................. 20
b. Quá trình tác động điều khiển tốc độ bánh xe ................................................ 22
c. Một số đặc điểm khai thác sử dụng ................................................................. 25
2.2. Nội dung của đề tài ...................................................................................... 25
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG CÁC PHƯƠNG TRÌNH QUAY VỊNG CHO
XE, CHỌN BỘ SỐ LIỆU TÍNH TỐN ......................................................... 28
3.1. Các mơ hình tính tốn ................................................................................. 29
3.1.1 Mơ hình động lực học tồn xe.................................................................... 29

Phạm Huy Hoà ng


Luận văn cao học

Cơ khí động lực 2006-2008

3.1.2 Mơ tả các quan hệ động học trong mơ hình ............................................... 33
3.1.3 Sự nghiêng thân xe và tải trọng thẳng đứng ............................................. 36
3.1.4. Sự trượt của bánh xe, phương trình tính tốn lực trong vết tiếp xúc ........ 37
3.1.5 Phương trình cân bằng sự quay của bánh xe.............................................. 42
3.2 Các phương trình điểu khiển hệ thống ..................................................... 45
a. Góc quay vành lái ........................................................................................... 45

b. Xây dựng phương trình xác định chế độ làm việc của động cơ và hộp số ..... 45
c.Các trạng thái mơmen trong tính tốn ............................................................. 50
d. Mơmen phanh .................................................................................................. 50
CHƯƠNG IV: TÍNH TỐN MƠ HÌNH ....................................................... 51
4.1 Chọn phương pháp ........................................................................................ 51
4.2 Phương pháp Runge Kutta 4 điểm ................................................................ 53
4.3 Số liệu đầu vào của xe .................................................................................. 56
4.4 Chương trình mơ phỏng trên Matlab simulink ............................................ 58
CHƯƠNG V: KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ NHẬN XÉT ............................. 60
5.1 Các phương án tính tốn ............................................................................... 60
5.2 Các thơng số kết quả có thể lấy ra ................................................................ 61
5.3 Kết quả khảo sát ............................................................................................ 63
5.3.1 Phương án khơng có ASR .......................................................................... 63
5.3.2 Khi có ASR ................................................................................................ 69
5.4 Nhận xét ........................................................................................................ 75
5.5 Vấn đề sai số của bài toán ............................................................................. 78
KẾT LUẬN ........................................................................................................ 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 82

Phạm Huy Hoà ng


Luận văn cao học

Cơ khí động lực 2006-2008

PHỤ LỤC
Phụ lục 1

Chương trình tính APO trên Matlab .............................................. 84

Phụ lục 2

Subsystem phân bố tải trọng ......................................................... 86

Phụ lục 3

Subsystem lực trong vết của bánh xe 1........................................... 87

Phụ lục 4

Sub lực trong vết của bánh xe 2 ...................................................... 89

Phụ lục 5 Subsystem lực trong vết của bánh xe 3............................................ 91
Phụ lục 6 Subsystem lực trong vết của bánh xe 4........................................... 93
Phụ lục 7 Subsystem tính gia tốc bên ............................................................. 95
Phụ lục 8

Subsystem tính góc lệch hướng chuyển động alpha ....................... 96

Phụ lục 9

Subsystem bộ điều khiển ABS+ASR ............................................ 97

Phạm Huy Hoà ng


Luận văn cao học

Phạm Huy Hồ ng

Cơ khí động lực 2006-2008


Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

MỞ ĐẦU
Trên hầu hết các hết ơtơ con thế hệ mới có mặt ở nước ta hiện nay đều có hệ
thống tổ hợp của ABS và ASR.Đây là một hệ thống rất một hệ thống tương đối
hiện, đóng góp vào việc đảm bảo cho vấn đề an tịan giao thơng. Do vậy việc tìm
hiểu và khảo sát về hệ thống này là rất quan trọng.
Ở nước ngòai, vấn đề này đã được nghiên cứu một cách kỹ lưỡng và tòan diện
cho các loại ô tô con, ô tô tải, ô tô bus và đã đạt được những thành cơng rất lớn
đóng góp vào việc nâng cao chất lượng điều khiển.
Trong điều kiện nước ta chưa tiến hành thiết kế chế tạo mới và việc tìm hiểu về
các hệ thống này tương đối khó khăn và hạn chế.
Do vậy, đề tài “Khảo sát ảnh hưởng của chế độ làm việc động cơ đến quá
trình chun động của ơtơ có trang bị ABS+ASR ” được hình thành nhằm góp
phần hồn thiện những hiểu biết về các ảnh hưởng của chế độ động cơ đến quá
trình chuyển động của ơtơ . Trên cơ sở đó làm nền tảng cho việc khai thái sử
dụng và đánh giá chất lượng xe nhập ngoại, đặc biệt là ở trên một số kết cấu ô tô
không mang quy luật theo các tài liệu nước ngồi được cơng bố. Cụ thể đề tài
tìm hiểu các quan hệ động học và động lực học, chế độ làm việc của động cơ ảnh
hưởng đến sự làm việc của ABS+ASR. Các quan hệ vật lý cơ bản của ơtơ và
bánh xe đó được mơ phỏng là thích hợp.
Đề tài được thực hiện tại Bộ mơn ơ tơ, Khoa Cơ khí, Trường ĐHBK Hà Nội

dưới sự hướng dẫn của các Thầy chuyên ngành. Những kết quả đạt được của đề
tài giúp tác giả hiểu rõ thêm quan hệ động học và động lực học, chế độ làm việc
của động cơ ảnh hưởng đến sự làm việc của ABS+ASR. Các quan hệ vật lý cơ
bản của ơtơ và bánh xe đó được mơ phỏng là thích hợp.

Phạm Huy Hoà 1ng


Luận văn cao học

Cơ khí động lực 2006-2008

-

Song, do thời gian, trình độ cịn hạn chế và đây là mảng nghiên cứu cịn
khá mới, đề tài khơng thể tránh được sai sót nhất định. Kính mong được sự quan
tâm, góp ý của các Thầy và Chuyên gia để đề tài được đầy đủ và hồn thiện hơn
trong q trình nghiên cứu tiếp theo.
Tác giả xin chân thành cảm ơn tất cả thầy Hồ Hữu Hải và thầy Trịnh
Minh Hòang trong Bộ môn ô tô Trường ĐHBK Hà Nội đã hỗ trợ rất nhiệt tình
trong việc lập trình mơ phỏng chương trình, và đặc biệt xin trân trọng cảm ơn
PGS. TS Nguyễn Khắc Trai - Thầy giáo hướng dẫn đề tài đã tận tình hướng
dẫn trong việc định hướng nghiên cứu và các phương pháp giải quyết các vấn đề
đã đặt ra, để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Hà nội, ngày 1 tháng 11 năm 2008
Người thực hiện
Phạm Huy Hòang

Phạm Huy Hoà 2ng

Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Mục đích của việc khảo sát chuyển động của ơtơ có ABS+ASR:
Từ 20 năm trở lại đây, lượng xe hơi nhập khẩu vào Việt Nam tăng lên đáng
kể. Hơn thế nữa, chủng loại xe cũng rất đa dạng, hiện đại va cả các dòng xe mới
nhất của các hang nổi tiếng trên thế giới. Và hầu hết các loại xe đó đều có trang
bị hệ thống ABS+ASR. Nhưng các tài liệu đi theo xe chỉ nói về sử dụng là chủ
yếu. Một số các tài liệu nước ngồi giới thiệu mà chúng ta có được, trình bày về
kết cấu và sửa chữa. Do đó việc tìm hiểu và nghiên cứu về ABS+ASR cịn rất
hạn chế.
Hệ thống ABS+ASR là hệ thống liên quan tới các tai nạn giao thông trên
thực tế vận chuyển. Khảo sát một cách tổng quát về tai nạn giao thông của các
tài liệu nước ngòai đã rút ra mối quan hệ tương quan của các yếu tố. Trong đó
chỉ ra các nguyên nhân được các nhà khoa học trên thế giới chỉ ra bằng tỉ lệ phần
trăm. Môi trường, Người lái, Kỹ thuật ô tô.
Các quốc gia tiên tiến đã thống kê tỉ lệ này nằm trong phạm vi:
- Người lái (72 ÷ 80)%
- Môi trường (18 ÷ 23)%
- Kỹ thuật ô tơ (1, 5 ÷ 5)%
Các ngun nhân khơng xác định khoảng: 1%, với trạng thái xe hoạt động
trên các xa lộ có tốc độ trung bình 60 ÷ 80 km/h.
Theo các cơng trình nước ngồi, trong các yếu tố trên đã chỉ ra:

Phạm Huy Hoà 3ng


Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

Yếu tố người lái là yếu tố lớn nhất và chịu tác động của ý thức xã hội, trình
độ kỹ thuật lái xe và trạng thái tâm sinh lý của người điều khiển. Yếu tố này
thường được cả cộng đồng chăm lo thông qua thể chế pháp lý, giáo dục xã hội. .
Yếu tố môi trường gồm đường xá, thời tiết, môi trường xung quanh. . . và
phụ thuộc vào đời sống kinh tế xã hội của quốc gia. Khi điều kiện hạ tầng cơ sở
phát triển cao thì yếu tố này có hai mặt: cho phép nâng cao chất lượng vận tải,
nhưng lại tạo điều kiện gia tăng tai nạn giao thông. Để hạn chế các tai nạn giao
thông trong trường hợp này phải nâng cao chất lượng kỹ thuật xe.
Yếu tố kỹ thuật xe là yếu tố chiếm tỷ lệ nhỏ nhất, song lại là yếu tố rất cần
sự trợ giúp của các nhà kỹ thuật ơ tơ, và nó là yếu tố cần thiết khi điều kiện mơi
trường được hồn thiện. Tỷ lệ nhỏ của yếu tố này cịn nói lên các nhà khoa học
đã có nhiều cố gắng nhằm cải thiện chất lượng chuyển động của ô tô.
Ở nước ta trong giai đoạn vừa qua, đường xá đang dần hồn thiện, cho phép
tốc độ ơ tơ nâng lên đáng kể, khả năng và trình độ lái xe chưa thích ứng kịp do
vậy tai nạn giao thông đã nâng đến mức báo động. Nếu trước đây (trước năm
2000) tốc độ trung bình trên đường 1A đạt khoảng (40 ÷ 50) km/h thì đến những
năm gần đây, tốc độ trung bình đã đạt tới (60 ÷ 70) km/h. Điều này cần thiết
phải tăng cường chất lượng kỹ thuật cho ô tô đang khai thác bằng các biện pháp
pháp lý, kể cả các vấn đề cụ thể về kỹ thuật xe và yếu tố con người.
Trong các biện pháp nâng cao chất lượng phương tiện thì các hiểu biết về
động học và động lực học của ơ tơ có các trang thiết bị hiện đại cần được mở

rộng.
Nhìn tổng thể, quan hệ của q trình điều khiển của ơ tơ có thể mơ tả trên
hình 1. 1 với sơ đồ hệ thống “Đường - Xe - Người”

Phạm Huy Hoà 4ng


Luận văn cao học

Cơ khí động lực 2006-2008

-

Sự chuyển động thực tế của ô tô và chuyển động yêu cầu của người lái, luôn
luôn được người lái điều chỉnh với mục đích thực hiện tốt nhất chuyển động yêu
cầu, nhưng khơng phải lúc nào cũng có thể thoả mãn được yêu cầu này. Trong đề
tài này chỉ đề cập một trạng thái quan trọng về điều khiển của ơtơ có trang bị
ABS+ASR. Khi hệ thống này làm việc, với các bánh xe bị quay trơn cần hạn chế
lực dọc của bánh xe trên mặt đường.

lái xe

Các chuyển động
yêu cầu

Cơ cấu điều khiển
Vành lái

Quay bánh xe
dẫn hướng

Chân ga

Tốc độ chuyển
động của ô tô

Điều kiện
đường

Phanh

Gia tốc chậm
của ô tô

Các điều kiện
ngoại cảnh khác

Chuyển động thực
của ơ tơ

Hình 1. 1 Mơ tả tổng thể quan hệ điều khiển của lái xe
và chuyển động của ơ tơ
Sự xuất hiện quay trơn bánh xe có thể ảnh hưởng tới khả năng cơ động của xe
lệch hướng chuyển động ôtô và gây nên tai nạn giao thông. Trên` đường trơn các
trường hợp này xảy ra khá phổ biến.
Phạm Huy Hoà 5ng


Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

Trong quan hệ tổng hợp của ơ tơ, để có được chuyển động thực tế an toàn là
một mối quan hệ phức tạp bao gồm ảnh hưởng của các thông số kết cấu: lốp, hệ
thống treo, hệ thống lái, hệ thống thuỷ lực, hệ thống phanh và tác động điều
khiển của người lái. Các yếu tố này cần được xem xét ở các mức độ khác nhau
của đề tài.
Đề tài định hướng vào tìm hiểu một số trạng thái làm việc của ơtơ có trang bị
ABS+ASR. Hiện nay các lọai xe này đang gia tăng số lượng và chủng lọai nên
cần thiết trang bị những kiến thức về hệ thống hiện đại nhằm hiểu biết sâu sắc và
quản lý khai thác hợp lý giảm thiểu các tai nạn giao thông.
1.2 Giới thiệu về đề tài
Với mục đích nói trên, đề tài được thực hiện với nội dung:
Khảo sát ảnh hưởng của chế độ làm việc động cơ đến q trình chun
động của ơtơ có trang bị ABS+ASR
Với những mục đích cụ thể sau:
- Tìm hiểu về kết cấu của ơtơ có trang bị ABS+ASR.
- Khảo sát quá trình động học và động lực học của xe ơtơ có ABS+ASR
chuyển động trơn đường trơn có hệ số bám ở hai vết khác nhau,có để ý đến ảnh
hưởng của các chế độ làm việc động cơ.
Nội dung của vấn đề là phức tạp, đề tài tập trung chủ yếu vào việc xác định
quan hệ động học của xe trong mối tương quan của chế độ làm việc động cơ và
hộp số.

Phạm Huy Hoà 6ng


Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

Các nghiên cứu và khảo sát liên quan trước đây đã được tiến hành ở Việt
Nam nhưng chưa nhiều.Những nội dung gần nhất với đề tài có thể tóm tắt như
sau:
- Đề tài nghiên cứu về sự hoạt động của ABS trong bánh xe tiến hành bởi tác
giả Lại Năng Vũ (2007) , nêu các vấn đề chính của quan hệ động học bánh xe
phanh ABS.
- Đề taì khảo sát về ABS+ASR của tác giả Nguyễn Tiến Vũ Linh thực hiện
trên phần mêm Matlab mô tả động học và động lực học trên ôtô.
Các đề tài trên chưa để ý tới trạng thái làm việc cụ thể của các bánh xe trên
ôtô, và không để ý tới chế độ làm việc của động cơ và mối liên quan của động
cơ,cầu chủ động tới chế độ làm việc của ơtơ có ABS+ASR.
Để tiến hành khảo sát với nội dung đề tài, có thể thực hiện theo nhiều
phương pháp :
- Khảo sát bằng thực nghiệm : trên các bãi thử chuyên dụng. Đây là phương
pháp tốn kém kinh phí và thời gian tuy nhiên cho những kết quả thực tiễn có thể
áp dụng được.
- Khảo sát qua mơ hình trên máy tính, với phương pháp khảo sát này giúp
chúng ta nhanh chóng xác định được kết qua, đồng thời là cơ sở cho tiến hành
các khảo sát thực nghiệm.
Với khuôn khổ của luận văn thạc sỹ,đề tài thực hiện khảo sát qua mơ hình
trên máy tính. Các kết quả khảo sát trên máy tính cần được kiểm nghiệm trước
khi đi tới những kết luận cuối cùng, tuy nhiên sự lựa chọn phương pháp như trên
ở điều kiện Việt Nam hiện nay là phù hợp hơn cả.

Phạm Huy Hoà 7ng

Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

Các vấn đề chính được khảo sát trong luận văn này bao gồm:
1. Xây dựng phương pháp mô phỏng chế độ làm việc của ABS+ASR bằng
phần mềm Matlab Simulink có để ý đến chế độ làm việc của động cơ và hộp số.
2. Khảo sát q trình chuyển động cuả ơtơ trong 2 trường hợp:
+Với xe khơng có ASR vượt lầy với hệ số bám hai bên khác nhau, tay
lái thẳng.
+Với xe có ASR có tác động điều chỉnh của ABS.
So sánh đánh giá hiệu quả và tác dụng của ABS cùng với các chế độ làm việc
của động cơ, từ đó rút ra các kết luận trong quá trình khảo sát.
1.3 Nội dung của đề tài:
Để thực hiện các mục đích trên đây, đề tài tiến hành theo các nội dung chính:
- Tổng quan về cấu trúc ABS+ASR.
- Xây dựng mơ hình tính tóan chuyển động của ơtơ, chế độ làm việc của
động cơ hộp số.
- Tính tóan mơ hình cho một xe cụ thể, trên cơ sở chọn 1 bộ dữ liệu của xe
làm cơ sở tính tóan.
- Lập trình bằng phần mềm Matlab, Matlab Simulink.
- Xác định các thông số động học của ôtô thông qua các kết quả vào phương
án tính tóan,trên cơ sở đó phân tích tìm hiêu các q trình động học của ơtơ và
bánh xe.

Phạm Huy Hoà 8ng

Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

Nội dung của luận văn được thực hiện bao gồm 5 chương:
Chương I: Giới thiệu đề tài.
Chương II: Cơ sở lý thuyết đề tài.
Chương III:Xây dựng các phương trình quay vịng cho xe, chọn bộ số liệu
tính tóan.
Chương IV: Lập trình và giải bài tóan trên máy tính bằng phần mềm
Matlab+Simulink.
Chương V: Các kết quả và giải thích kết quả, rút ra các nhận xét trong bài
tóan mơ phỏng.
Kết luận

Phạm Huy Hồ 9ng


Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐỀ TÀI

2.1. Tổng quan:
Hệ thống ABS và ASR là những hệ thống hiện nay được đưa vào sử dụng
khá phổ biến trên các dòng xe con. Tuy nhiên, những kiến thức hiểu biết về các
hệ thống này còn hạn chế. Đây là nhiệm vụ cần thiết trong giai đoạn phát triển
hiện nay. Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu khảo sát q trình chuyển động
của ơtơ có trang bi ABS+ASR có để ý tới chế độ làm việc của động cơ, chỉ rõ
một số trường hợp liên quan đến an tịan giao thơng. Do vậy đề tài mang tính lý
thuyết và gần với thực tiễn, qua đó nhằm nâng cao khả năng tiếp cận với các
kiến thức khoa học kỹ thuật mới.
Với lý do như trên, đề tài tiến hành việc “ Nghiên cứu ảnh hưởng của chế
độ làm việc động cơ đến quá trình chuyên động của ơtơ có trang bị
ABS+ASR ”. Đề tài đó chọn phương pháp khảo sát bằng máy tính vì đây là khu
vực mà các thực nghiệm đo đạc rất khó tiến hành.
Để thực hiện các bài toán này, các đề tài đó giải quyết bằng lập trình Matlab,
Simulink. Trong phần Simulink của Matlab có mơ tả sự phanh bánh xe có sử
dụng ABS. Mục đích của đề tài là nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ động cơ đến
chuyển động của ôtô có trang bị ABS+ASR, bằng cách dùng simulink để mô
phỏng.
Đề tài được tiến hành trên cơ sở thừa kế các phương pháp khảo sát trước đây,
nhưng đưa vào các nội dung gắn liền bài tóan động học của hệ thống ABS+ASR
với chế độ làm việc của hệ thống truyền lực.

Phạm Huy Hoà10ng


Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

Đặc biệt đề tài quan tâm tới việc điều khiển hệ thống thông qua tính tóan độ
trượt của các bánh xe khi thực hiện điều khiển mô men ở trạng thái làm việc
chống trượt quay.
Để xác định độ trượt, đề tài sử dụng các mơ hình tính tóan các quan hệ động
học trên cơ sở đó xác định các lực tác dụng lên bánh xe với mối quan hệ của độ
trượt này. Do vậy đề tài sẽ tập trung để mô tả được quan hệ độ trượt này.
Mô tả mối quan hệ động học trên cơ sở hệ thống có cấu trúc phức tạp cần
được tìm hiểu thơng qua các hiểu biết cơ bản về hệ thống phanh ABS+ASR.
2.1.1. Tổng quan về hệ thống ABS và các liên hợp:
Sự mở rộng hệ thống ABS với các liên hợp thực hiện trên nguyên tắc:
- Đảm bảo tối ưu lực phanh và lực kéo (gọi chung là lực dọc) theo hướng
tăng khả năng động lực học của xe,
- Đảm bảo tối ưu khả năng sử dụng năng lượng của động cơ với mục đích
giảm tiêu thụ nhiên liệu, giảm chất độc hại thốt ra mơi trường, giảm khả năng
phát sinh tải trọng động xuất hiện trong kết cấu ô tô,
- Đảm bảo nâng cao khả năng ổn định chuyển động của ô tô ở vận tốc cao,
trong những trạng thái giới hạn chuyển động, tức là nâng cao tính an tồn chủ
động, góp phần giảm thiểu các tai nạn có thể xảy ra.
Xuất phát từ việc kiểm soát sự trượt xảy ra ở các bánh xe ơ tơ, các hệ thống
liên hợp đó hình thành:
- Điều khiển lực kéo trên các bánh xe chủ động bằng các giải pháp điều
khiển sự hoạt động của cơ cấu vi sai, điều khiển lực kéo khi xe chuiyeenr động
trên đường trơn, băng tuyết…

Phạm Huy Hoà11ng


Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

- Điều khiển công suất động cơ phụ thuộc và độ trượt của các bánh xe chủ
động nhằm hạn chế lượng tiêu thụ nhiên liệu băng thiết bị điều khiển bàn đạp
chân ga và kiểm soát lượng nhiên liệu cấp vào động cơ.
- Điều khiển sự trượt của bánh xe chủ động trong trường hợp phanh bằng
động cơ trên đường trơn dốc.
- Đảm bảo ổn định động học của ô tô theo hướng phân chia lực phanh, lực
kéo thích hợp nhằm điều khiển quỹ đạo chuyển động của ô tô.
- Hỗ trợ phanh khi khẩn cấp nhằm đạt được khả năng phanh với quãng
đường phanh ngắn nhất có thể.
Những kết cấu như vậy trên cơ sở của hệ thống phanh ABS thuộc loại cơ
cấu điều khiển thông minh, và nhiều năm gần đây đó được ứng dụng rộng rải
trên ơ tơ có chất lượng cao.
Sự phát triển trong lĩnh vực này cũng đang dần dần hoàn thiện theo sơ đồ
EMB: Electromechaniccal brake (Phanh cơ điện tử)

Brake-by-wire
(BBW)

SBC: Electrohydraulic brake (Phanh thủy lưc điện tử)
EBS: Electronic braking system (Phanh điện tử)

Hệ thống
kiểm soát phanh
điện tử

ESP: Electronic stability program (CT kiểm soát ổn định điện tử

TCS: Traction control system (Kiểm soát lực kộo)
ABS: Antilock braking system (Phanh chống bú cứng)

Khả năng hỗ
trợ năng lượng

Phanh không được hỗ trợ năng lượng

Hệ thống phanh
thụng dụng

Phanh cú hỗ trợ năng lượng

Hình 2. 1 Sơ đồ xu hướng phát triển ABS và các liên hợp

Phạm Huy Hoà12ng


Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

trên hình 2. 1.
Hãng BOSCH là một nhà sản xuất tổ hợp linh kiện cho lĩnh vực chế tạo ôtô.
Trong nhiều năm qua đó ứng dụng nhanh chúng các tiến bộ của cơng nghiệp
điện tử và hệ thống ABS và các liên hợp như mơ tả trên hình 2.2

Hình 2. 2: Q trình ứng dụng ABS và các liên hợp của hãng BOSCH

ASR có thể tự làm việc khi có yêu cầu (có kích hoạt băng phím điều
khiển). ASR có thể phân biệt được sự khác nhau của trượt quay trên các bánh xe
chủ động trong trường hợp chuyển động trên đường cong hay đường trơn. Tương
thích với hệ thống khóa vi sai cơ khí nhằm khơng xảy ra sụ biến dạng q mức
của bánh xe đàn hồi. Nếu người lái tăng ga đột ngột, cơ cấu khóa vi sai khơng
kịp bảo vệ bánh xe khởi sự trượt trơn. ASR điều khiển chế độ mômen động cơ
sao cho bánh xe không bị trượt trơn hoàn toàn. Trong nội dung của đề tài sẽ
nghiên cứu q trình chuyển động của ơtơ có trang bị ABS+ASR
2.1.2 Hệ thống ABS+ASR:
a. Nguyên lý làm việc cơ bản của ASR

Phạm Huy Hoà13ng


Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

Sự trượt quay xảy ra khi mômen từ động cơ truyền xuống bánh xe chủ động
vượt quá giới hạn bám tại bánh xe. Sự trượt quay chỉ xuất hiện trên các bánh xe
chủ động, do vậy ASR được bố trí trên các bánh xe này. Tương tự như sự trượt
lết khi phanh, sự trượt quay cũng có tác động xấu tới khả năng bám của bánh xe,
đồng thời gây nên tiêu thụ nhiên liệu vơ ích. Sự trượt quay cũng làm mất khả
năng ổn định hướng chuyển động của ô tô và gây mài mịn nhanh lốp. Do vậy
trên xe có trang bị ASR có khả năng làm tốt các yếu tố động lực của ô tô.
Việc hạn chế mô men động cơ truyền tới bánh xe chủ động cũng đồng thời
kèm theo việc điều chỉnh độ trượt tại các bánh xe này. Do vậy cần thiết có thêm

khả năng điều chỉnh sự trượt quay riêng rẽ của từng bánh xe chủ động, đặc biệt
trên ơ tơ có tất cả các bánh xe chủ động (4WD, AWD).
Mô tả nguyên lý làm việc của ASR trên hình 2.3. Khi mơmen chủ động
truyền xuống bánh xe được coi là 100%, mômen bám giữa bánh xe và nền chỉ
đáp ứng bằng 40%,như vậy mô men chủ động không được tận dụng là 60%, sự
trượt quay sẽ xảy ra trên bánh xe chủ động nên sẽ ảnh hưởng xấu đến khả năng
chuyển động của ôtô.Để tối ưu giữa mômen chủ động đặt trên bánh xe và mô
men bám, trên các xe có thiết bị ASR tận dụng hệ thống ABS phanh bánh xe chủ
động, đồng thời giảm mô men của động cơ truyền xuống. Thực hiện điều khiển
này có sự tham gia của hệ thống phanh nhằm làm giảm sự trượt quay của bánh
xe chủ động. Thiết bị như thế được gọi tên là ASR. Như vậy trong hệ thống
ABS+ASR có sự tham gia của hệ thống tự động điều khiển công suất động cơ
MSR, và sự kích họat phanh độc lập (ABS) các bánh xe nhằm chống trượt quay.

Phạm Huy Hoà14ng


Luận văn cao học

Cơ khí động lực 2006-2008

-

Hình 2. 3: Nguyên lý làm
việc của ASR
1. Bán trục
2. Cơ cấu phanh
3. Bánh xe

2

Mcầngiảm
=60%

3

1

Mtrục=100%
Mbám=40%

ASR có thể tự làm việc khi có yêu cầu (có kích hoạt băng phím điều khiển).
ASR có thể phân biệt được sự khác nhau của trượt quay trên các bánh xe chủ
động trong trường hợp chuyển động trên đường cong hay đường trơn.
b. Hệ thống liên hợp ABS+ASR:
Các xe hiện nay được trang bị ABS mở rộng,hệ thống có thể bao gồm nhiều
thành phần. Đa số hệ thống được tích hợp của ABS với ASR+MSR. Sơ đồ hệ
thống này được trình bày trên hình 2.4.
Hệ thống ABS được gọi theo các chữ viết tắt của tiếng Anh: “Anti- Lock
Brake System” và được hiểu là thiết bị chống trượt lết bánh xe khi phanh.
Hệ thống ABS bắt đầu được bố trí ở tất cả các bánh xe vào năm 1971, được
chế tạo hàng loạt năm 1978, sau đó hồn thiện theo hướng điều khiển kỹ thuật số
vào năm 1984 và từ sau năm 1992 một số quốc gia phát triển đó coi ABS là một
hệ thống phanh tiêu chuẩn bắt buộc của ô tô con.
Ngày nay hệ thống ABS của ô tô con được tổ hợp từ các kết cấu: cơ khí, thuỷ
lực, điện tử, với kỹ thuật tự động điều chỉnh Cơ điện tử (Mechatronic) dùng cho
hệ thống phanh. Trên cở sở của hệ thống ABS đó hình thành các liên hợp điều
chỉnh khác nhằm hồn thiện tính chất động học và động lực học. Tùy theo đặc

Phạm Huy Hoà15ng

Luận văn cao học

Cơ khí động lực 2006-2008

-

điểm sử dụng và yêu cầu, hệ thống ABS và các liên hợp điều chỉnh có mức độ
phức tạp khác nhau.

4

5
3

7

1

2

8

6

1.
2.
3.
4.

Hình 2. 4 Sơ đồ bố trí hệ thống ABS +ASR đơn giản
ECU của ABS và ASR
5. Động cơ phun xăng
Block thuỷ lực ABS và ASR
6. Van thuỷ lực và bơm trợ lực hỗ trợ
Cơ cấu điều khiển bướm ga
7. Bàn đạp chân ga
Mô tơ bước của bướm ga
8. Bàn đạp chân phanh

Phạm Huy Hoà16ng


Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

Hệ thống ABS cơ bản được bố trí trên ơ tơ với mục đích nâng cao khả năng
điều khiển giảm tốc độ của ô tô, cụ thể bao gồm:
- Đảm bảo nâng cao ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh,
- Rút ngắn quãng đường phanh khi xe hoạt động trên đường tốt.
Hệ thống ABS và các liên hợp điều chỉnh ngày nay được thiết kế nhằm thực
hiện nhiều chức năng điều khiển khác nhau mang tên chung là EBD: phân phối
lực phanh điện tử, (Electronic Brake- force Distribution) và TRC: điều khiển
lực kéo bánh xe (Traction Control)….
Việc hạn chế mô men động cơ truyền tới bánh xe chủ động cũng đồng thời
kèm theo việc điều chỉnh độ trượt tại các bánh xe này. Do vậy cần thiết có thêm

khả năng điều chỉnh sự trượt quay riêng rẽ của từng bánh xe chủ động, đặc biệt
trên ơ tơ có tất cả các bánh xe chủ động (4WD, AWD).
Trên cở sở hệ thóng phanh ABS ngày nay đó xuất hiện nhiều liên hợp riêng
lẻ hay liên hợp đa chức năng điều chỉnh lực dọc ở trên bánh xe nhằm hoàn thiện
chất lượng chuyển động của ô tô.
Bộ điều khiển chống trượt quay bằng cách điều khiển mô men phanh (phanh
bớt mômen quay của bánh xe quay trơn) đòi hỏi mở rộng blok thủy lực. Đê điều
khiển được chống trượt quay của bánh xe, các hệ thống phanh ABS bố trí tác
động độc lập tới các bánh xe (4 cảm biến 4 kênh điều khiển theo cấu trúc IR/IR).

2.1.3. Hệ thống phanh ABS cơ bản
a.Tác dụng của hệ thống ABS:
Hệ thống ABS được sử dụng để duy trì khả năng khơng bó cứng bánh xe
trong các trạng thái phanh ngặt với các mục đích:

Phạm Huy Hồ17ng


Luận văn cao học

Cơ khí động lực 2006-2008

-

- Giữ ổn định hướng chuyển động của xe khi phanh trên đường vịng, hay
trên đường có trạng thái khác nhau. Với ơ tơ khơng bố trí ABS các bánh xe có
thể bị khố cứng và gây xoay thân xe. Với ơ tơ bố trí ABS khi phanh ơ tơ sẽ
chuyển động ổn định đến khi nào dừng lại, kể cả khi hoạt động trên đường cong
(hình 2.5), hoặc trên nền đường có trạng thái khác nhau (hình 2.6).

Hệ số bỏm cao

Có ABS

Hệ số bỏm thấp

Có ABS

Hệ số bỏm cao

Khơng ABS

Hệ số bỏm thấp

Khơng ABS

Hình 2. 5 Phanh khi quay vịng
Hình 2. 6: Phanh khi đi thẳng

b. Nguyên lý chung cuả hệ thống ABS
Sự phanh của bánh xe trên đường được thực hiện tốt nhất khi các bánh xe
quay trong giới hạn độ trượt (15 ÷ 30%), tại đó hệ số bám dọc, bám ngang có
khả năng đạt cao, tức là: cường độ phanh, khả năng giữ ổn định hướng của ô tô
cao nhất.
Các thiết bị điện tử tham gia điều khiển cùng với lực và hành trình bàn đạp
phanh của ơ tơ kiểm soát chặt chẽ sự phanh của bánh xe trong giới hạn trượt tối
ưu. Trong trạng thái nguy hiểm, khi cần phanh gấp có thể dẫn tới sự bó cứng
bánh xe (đặc biệt trên đường trơn). Điều này làm mất khả năng ổn định hướng

Phạm Huy Hoà18ng

Luận văn cao học

Cơ khí động lực 2006-2008

-

chuyển động của ơ tơ. Sử dụng ABS có thể loại trừ tình huống nguy hiểm như
vậy, tức là nâng cao đáng kể an tồn chủ động cho ơ tơ.
ABS trong hệ thống phanh thuỷ lực là một hệ thống tự động điều chỉnh áp
suất dầu đưa vào xy lanh bánh xe sao cho phù hợp với chế độ lăn của bánh xe
nhằm loại trừ khả năng trượt lết của bánh xe khi phanh.
Một mạch điều khiển phanh ABS cho một bánh xe bao gồm: xy lanh chính
4, xy lanh bánh xe 2, cơ cấu phanh (giống như mạch bố trí phanh thơng thường),
và bố trí thêm: bộ điều khiển điện tử 5 (ECU), cảm biến đo tốc độ góc 1
(Sensor), van thủy lực điện từ 2 điều chỉnh áp lực dầu phanh (Actuator). Sơ đồ
một mạch điều khiển trình bày trên hình 2.7
- Cảm biến tốc độ bánh xe 1 có chức năng xác định tốc độ quay của bánh
xe, làm việc như một bộ đếm số vũng quay, tín hiệu cuả bộ cảm biến tốc độ được
đưa về bộ điều khiển điện tử (tín hiệu vào ECU- ABS). Trên xe bộ cảm biến có
thể đặt tại: đĩa phanh, bán trục, tang trống, bánh răng bị động của cầu xe (hay ở
bán trục bánh xe ở cầu chủ động).
Hình 2. 7: Sơ đồ đơn giản một mạch
điều khiển phanh ABS
1.
2.
3.
4.
5.

Cảm biến (Sensor)
Xy lanh bánh xe
Van thủy lực-điện từ (Actuator)
Xy lanh chính
Bộ điều khiển (ECU-ABS)

3
1

4
2

5

- Bộ điều khiển điện tử 5 làm việc như một máy tính nhỏ theo chương trình
định sẵn (điều khiển logic hay gồm các thành phần đánh giá). Tín hiệu điều
khiển van điện từ (output signal) phụ thuộc vào tín hiệu cuả cảm biến (input
signal) và chương trình vi xử lý, xác định chế độ làm việc của bánh xe (theo độ
Phạm Huy Hoà19ng


Luận văn cao học

-

Cơ khí động lực 2006-2008

trượt), đưa ra tín hiệu điều khiển van điều khiển (cơ cấu thừa hành), thiết lập chế
độ điều chỉnh áp suất dầu phanh ở bánh xe.

- Van điều chỉnh áp suất 3 (hay môdun điều khiển áp lực phanh), được đặt
giữa xy lanh chính và xy lanh bánh xe trong hệ thống dẫn động phanh, là cơ cấu
thừa hành của ABS (Actuator). Nhiệm vụ của nó là tạo nên sự đóng, mở đường
dầu từ xy lanh chính đến xy lanh bánh xe tuỳ thuộc vào tín hiệu điều khiển của
ECU- ABS. Cấu trúc của van điều chỉnh áp suất là các van con trượt thuỷ lực
được điều khiển bằng điện từ. Sự thay đổi áp suất trong xy lanh bánh xe, tạo nên
sự thay đổi mômen phanh bánh xe tiến hành phanh hay nhả phanh.
Ngồi ra trong ABS cũng có nguồn bổ sung năng lượng như bánh dự trữ dầu
áp suất thấp, bơm dầu các van an toàn hệ thống.
Nguyên lý làm việc cơ bản của ABS như sau:
Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ quay giảm dần, nếu bánh xe đạt
tới giá trị gần bó cứng, tín hiệu của cảm biến chuyển về bộ điều khiển trung tâm.
ECU- ABS lựa chọn chế độ, đưa ra tín hiệu điều khiển van điều chỉnh áp suất
(giữ hay cắt đường dầu từ xy lanh chính tới xy lanh bánh xe). Do vậy lực phanh
ở cơ cấu phanh không tăng được nữa, bánh xe có xu hướng lăn với tốc độ cao
lên, tín hiệu từ cảm biến lại đưa về ECU- ABS. ECU- ABS cung cấp lệnh điều
khiển cụm van thủy lực điện từ, giảm áp lực phanh, sao cho bánh xe không bó
cứng. Nếu vận tốc góc của bánh xe lại tăng cao, cảm biến tiếp nhận thông tin
này đưa về bộ điều khiển điện tử và lại tăng tiếp áp lực điều khiển, nhờ đó bánh
xe lại bị phanh và giảm tốc độ quay tới khi gần bó cứng. Q trình xảy ra được
lặp lại theo chu kỳ liên tục, tới khi bánh xe dừng hẳn.

Phạm Huy Hoà20ng