Luận văn thạc sĩ nghiên cứu động lực học quá trình phanh trên ôtô có trang bị hệ thống ABS

...

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

---------& ---------

VŨ DUY KHIÊM

“NGHIÊN CỨU ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH
TRÊN XE ƠTƠ CĨ TRANG BỊ HỆ THỐNG ABS”

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hố Nơng-Lâm nghiệp
Mã ngành

:

60-52-14

Người hướng dẫn khoa học :

PGS-TS. Nguyễn Ngọc Quế

HÀ NỘI -2008

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
i sỹ kỹ thuật……………….. ………………………i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
cơng bố trong bất cứ cơng trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đã được cám ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều đã được chỉ rõ
nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 16 tháng 9 năm 2008
Người cam đoan

Vũ Duy Khiêm

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
i sỹ kỹ thuật……………….. ………………………i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học
PGS. TS. Nguyễn Ngọc Quế, 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 Động lực - khoa Cơ
điện, khoa Sau Đại học, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, giúp đỡ và tạo
điều kiện thuận lợi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu.
Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên trường Cao đẳng ghề giao
thông vận tải trung ương II. Nơi tôi đang công tác đã tạo điều kiện cho tơi
trong suốt q trình công tác và học tập.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đồng nghiệp và những người
thân đã động viên, giúp đỡ tơi trong q 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 khơng
tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được các ý kiến đóng góp từ các
Thày, cơ và bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Hà Nội, ngày 16 tháng 9 năm 2008
Tác giả luận văn

Vũ Duy Khiêm

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
ii sỹ kỹ thuật……………….. ………………………ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii
MỤC LỤC.................................................................................................................iii
DANH MUC HÌNH..................................................................................................vi
1. MỞ ĐẦU................................................................................................................1
1.1.Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài................................................... 1
1.2. Mục tiêu, phương pháp và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài .................. 2
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu.......................................................................... 2
1.2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................... 2
1.2.3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài ........................................................ 2
1.3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài........................................................... 3
2. TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH PHANH XE ôtô.....................................................4
2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống phanh trên ơtơ. ..................................... 4
2.1.1. Nhiêm vụ q trình phanh ................................................................. 4
2.1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống phanh .................................................. 4
2.2. Sự biến đổi hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh. .. 5

2.2.1. Vai trị hệ số bám trong q trình phanh ơtơ..................................... 5
2.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường.... 7
2.2.3. Sự biến đổi của hệ số bám dọc φx theo vận tốc chuyển động. ............ 9
2.3.4 Sự phụ thuộc hệ số bám φ theo độ trượt δ ........................................ 10
2.3. Hệ thống điều khiển phanh bằng điện tử (ABS) ................................. 11
2.3.1. Nhiệm vụ và ý nghĩa của ABS........................................................ 11
2.3.2. Các bộ phận chính trong hệ thống ABS........................................... 13

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
iiisỹ kỹ thuật……………….. ………………………iii


2.3.3. Nguyên tắc làm việc của ABS ......................................................... 14
2.4. Cấu tạo hệ thống chống bó cứng bánh xe(ABS) trên xe INNOVA. .... 16
2.5. Cân bằng năng lượng trong quá trình phanh. ...................................... 18
2.6. Hiệu quả q trình phanh ơtơ.............................................................. 21
2.6.1. Phân bố khối lượng trong quá trình phanh ....................................... 21
2.6.2. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh............................................... 21
2.7. Ổn định ôtô khi phanh ........................................................................ 22
2.7.1. Các nguyên nhân ngây mất cân bằng lực phanh .............................. 23
2.7.2. Các chỉ tiêu đánh giá về ổn định...................................................... 23
3. ĐỘNG LỰC HỌC QUÁ TRÌNH PHANH.........................................................25
3.1. Các giả thiết ....................................................................................... 25
3.1. Mơ hình cơ học .................................................................................. 26
3.2. Tính tốn giá trị các thành phần lực và mômen ................................. 28
3.2.1. Xác định phản lực pháp tuyến ......................................................... 28
3.2.2. Xác định lực phanh trên bánh xe .................................................... 28
3.2.3. Xác định phản lực ngang trên các bánh xe....................................... 30
3.2.4. Lực cản lăn...................................................................................... 31
3.2.5 Lực quán tính ................................................................................... 32

3.2.6. Lực cản khơng khí. .......................................................................... 32
3.2.7. Tính mơmen xoay thân xe ............................................................... 32
3.2.8. Xác định mơmen qn tính.............................................................. 33
3.3. Xác định các quan hệ động học trong mơ hình phẳng tổng quát ......... 34
3.4. Phương trình vi phân chuyển động. .................................................... 36
3.5. Phương trình cân bằng chuyển động quay bánh xe ............................. 40
3.6. Xây dựng sơ đồ mô phỏng bằng Simulink.......................................... 42
3.6.1. Giới thiệu sơ lược phần mềm Matlab-Simulink ............................... 42
3.6.2. Mơ hình mơ phỏng và các phương án khảo sát ................................ 45

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
ivsỹ kỹ thuật……………….. ………………………iv


4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHỆM ........................................................................60
4.1. Mục đích và phương pháp thí nghiệm ................................................ 60
4.1.1. Mục đích thí nghiệm........................................................................ 60
4.1.2. Phương pháp thí nghiệm.................................................................. 60
4.2. Các phương án và kết quả thí nghiệm................................................. 67
4.2.1 Các phương án thí nghiệm................................................................ 67
4.2.2. Kết quả thí nghiệm. ......................................................................... 68
5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.................................................................................78
5.1. Kết luận.............................................................................................. 78
1. Đề tài đã thực hiện các nhiệm vụ sau : .................................................. 78
2. Một số kết luận về kết quả nghiên cứu. ................................................. 78
5.2. Đề nghị............................................................................................... 78
1. Trong khai thác sử dụng: ....................................................................... 78
2. Đối với lĩnh vực nghiên cứu:................................................................. 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................80
PHỤ LỤC.................................................................................................................82

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
v sỹ kỹ thuật……………….. ………………………v


DANH MUC HÌNH
Hình2.1 Sự phụ thuộc giữa qng đường phanh, vận tốc phanh và hệ số bám φ......6
Hình 2.2 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốp..................................................8
Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hệ số bám φ vào độ nhám mặt đường δ...........................8
Hình 2.4. Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc.......................................................9
Hình 2.5. Quan hệ giữa độ trượt δ và hệ số bám φ......................................................10
Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS)........................11
Hình 2.7. Các trạng thái điều chỉnh áp suất dầu phanh: ..............................................16
Hình 2.8. Sơ đồ cấu tạo hệ thống ABS trên xe INNOVA..........................................18
Hình 3.1. Mơ hình khơng gian các lực tác dụng lên ơtơ khi phanh...........................26
Hình 3.2. Sơ đồ các lực tác dụng trên ôtô khi phanh trong mặt phẳng nằm ngang .27
Hình 3.3. Sơ đồ lực tác dụng trên ôtô khi phanh trên mặt phặng thẳng đứng .....28
Hình 3.4. Sơ đồ phân bố lực trên một bánh xe..........................................................30
Hình 3.5. Quan hệ động học của ơtơ trong mơ hình phẳng tổng qt.....................34
Hình 3.6. Mơ hình phẳng tổng qt của ơtơ.................................................................36
Hình 3.7. Mơ hình tính tốn cho ơtơ trong trường hợp chuyển động........................38
Hình 3.8 Sơ đồ cân bằng lực và mơmen trên bánh xe ...............................................40
Hình 3.9. mơ hình mơ phỏng hệ thống phanh có ABS...............................................45
Hình 3.10. Sơ đồ mơ phỏng q trình phanh tác động của hệ thống ABS.......46
Hình 3.11. Đường cong hệ số bám φ phụ thuộc vào độ trượt....................................48
Hình 3.12. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PA1.2)........................................50
Hình 3.13. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS 1.1) ................................................51
Hình 3.14. Đồ thị quãng đường (m) theo thời gian (PAKS1.1);................................51
Hình 3.15. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS1.2);.................................53
Hình 3.16. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS1.1) .................................................54

Hình 3.17. Đồ thị quãng đường(m) theo thời gian (PAKS1.2)..................................54

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
visỹ kỹ thuật……………….. ………………………vi


Hình 3.18. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS 1.3).................................55
Hình 3.19. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS 1.3) ................................................56
Hình 3.20. Đồ thị quãng đường(m) theo thời gian (PAKS 1.3).................................56
Hình 3.21. Đồ thị vận tốc góc (rad/s) của bánh xe (PAKS 2.1);................................57
Hình 3.22. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS 2.1) ................................................58
Hình 3.23. Đồ thị quãng đường(m) theo thời gian (PAKS 2.1).................................58
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của Sensor − V1.............................................62
Hình 4.2. Sensor quang học E3F3.................................................................................63
Hình 4. 3. Sơ đồ kết nối thiết bị thí nghiệm..................................................................64
Hình 4. 4. Một số hình ảnh gá lắp kết nối thiết bị thí nghiệm....................................66
Hình 4.5. Sơ đồ các mơ dun thu thập dư liệu thí nghiệm............................................67
Hình 4.6. Sơ đồ các mơ dun xử lý dữ liệu....................................................................67
Hình 4.7. Hiển thị kết quả đo các thơng số...................................................................68
Hình 4.8. Đồ thị độ trượt(DT) và quãng đường phanh Sp(PATN1)..........................69
Hình 4.9. Đồ thị độ trượt(DT) và quãng đường phanh Sp(PATN 2).........................70
Hình 4.10. Đồ thị độ trượt(DT) và quãng đường phanh Sp(PATN 3).......................71
Hình 4.11. Đồ thị độ trượt(DT) và quãng đường phanh Sp(PATN 4).......................73

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
viisỹ kỹ thuật……………….. ………………………vii


1. MỞ ĐẦU
1.1.Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài.

Hiện nay ôtô máy kéo và các xe chuyên dụng được sử dụng trong hầu
hết các ngành kinh tế Quốc dân, để tăng năng suất lao động, xu hướng chung
của thế giới là tăng vận tốc chuyển động trung bình của xe. Khi tăng vận tốc
làm việc kéo theo hàng loạt vấn đề kỹ thuật cần giải quyết trong đó hệ thống
phanh là một trong các hệ thống quan trọng nhất để bảo đảm an toàn chuyển
động cho người và cho máy.
Hệ thống phanh trên ôtô máy kéo đã được nhiều nhà khoa học, các
hãng sản xuất quan tâm và đầu tư nhiều cơng sức và tài chính đề hoàn thiện cả
về kết cấu cũng như nguyên lý làm việc.
Hiện nay hầu hết ôtô máy kéo hiện đại đã trang bị hệ thống phanh dẫn
động thủy lực hoặc dẫn động khí nén thay thế cho hệ thống phanh dẫn động
bằng cơ học. Các hệ thống phanh dầu hay phanh khí nén đã tạo ra các lực
phanh khá lớn mặc dù lực tác động của người lái lên bàn đạp phanh không
lớn. Tuy nhiên khi phanh khẩn cấp lực phanh hay mơmen phanh trên các bánh
xe có thể vượt q lực bám của bánh xe với mặt đường, trong các trường hợp
này, bánh xe sẽ bị trượt lê. Hiện tượng trượt lê của bánh xe khi phanh không
chỉ làm tăng quãng đường phanh, mà nếu diễn ra ở bánh hướng dẫn sẽ làm
mất khả năng điều khiển, tính năng chuyển động ổn định về hướng của xe khi
phanh bị giảm và có thể dẫn đến xoay thân xe và lật đổ xe. Để khắc phục hiện
tượng bó cứng bánh xe khi phanh cũng như hiện tượng trượt quay của bánh
xe khi khởi hành và tăng tốc, trên hầu hết ôtô chế tạo những năm gần đây đều
trang bị bộ phận chống bó cứng bánh xe khi phanh hay cịn tắt là ABS làm
việc tích hợp với bộ phận chống trượt quay bánh xe chủ động khi khởi hành
và tăng tốc gọi tắt là ASR. Đây là hệ thống mới, do đó đặc tính động lực học

Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
1 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………1


ơtơ trong q trình phanh cịn chưa được nghiên cứu đầy đủ cũng như đánh

giá ảnh hưởng của các thống số sử dụng đến chất lượng quá trình phanh của
các hệ thống phanh này.
Được sự phân công của khoa Cơ Điện, Bộ môn Động lực và sự giúp đỡ
của thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Ngọc Quế – Bộ môn Động lực – Khoa Cơ
điện – Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, chúng tôi đã lựa chọn đề tài:
“Nghiên cứu động lực học q trình phanh trên xe ơtơ có trang bị hệ thống ABS”
1.2. Mục tiêu, phương pháp và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài .
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu.
- Mơ phỏng đơng lực học q trình phanh ơtơ trên đường thẳng với hệ
số bám như nhau giữa các bánh khi có và khơng có sự tác động của hệ thống
ABS.
- Phân tích đánh giá so sánh một số chỉ tiêu quan trọng của quá trình
phanh với sự tác động của hệ thống ABS.
- Đưa ra một số khuyến cáo để sử dụng hệ thống phanh hiệu quả, góp
phần nâng cao an tồn giao thơng.
1.2.2. Phương pháp nghiên cứu.
- Áp dụng các phương pháp lý thuyết về cơ học, tốn học để xây dựng
mơ hình nghiên cứu động lực học của xe khi phanh.
- Sử dụng phương pháp mô phỏng số và phần mềm Matlab -Simulink để
mơ phỏng tính chất động lực học của xe khi phanh.
- Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành đo một số thông số thực nghiệm để
đưa vào phần mềm xử lý dữ liệu để đánh giá phân tích kết quả.
1.2.3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.
- Xây dựng mơ hình nghiên cứu động lực học của xe ôtô khi phanh.
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
2 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………2


- Thí nghiệm đo một số thơng số cơ bản số, vòng quay các bánh xe, vận
tốc chuyển động thực tế của xe, quá trình phanh trên xe INNOVA.

- Khảo sát phân tích một số yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu cơ bản
đánh giá hiệu quả phanh ở một số vận tốc phanh khác nhau.
1.3. Đối tượng nghiên cứu của đề tài.
Đề tài chọn đối tượng nghiên cứu là xe

ôtô INNOVA của hãng

TOYOTA sản xuất. Các thông số cơ bản của xe được trình bầy trong bảng 1.1
Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật của xe INNOVA
Các chỉ tiêu
1

Số chỗ ngồi

2

Khối lượng hành lý

INNOVA
2−7
(60−100)

Kích thước - Trọng lượng
3

Trọng lượng khơng tải (Kg)

1530 Kg

4

Khối lượng tồn bộ (Kg)

2170Kg

7

Kích thước cơ bản dài x rộng x cao(mm)

8

Khoảng cách tâm vết hai bánh xe trước/sau, mm

9

Chiều dài cơ sở( m)

4555x 1770 x1745
1510/1510
2750

10 Khoảng sáng gầm xe (mm)

176

11 Chi phí nhiên liệu (ở tốc độ)/, lít/100km

12

Phanh - Lốp

12 Phanh trước

Phanh đĩa

13 Phanh sau

Tang trống

14 Loại lốp

205/65R15

15 Bán kính lăn (mm)

315

16 Chiều rộng lốp (mm)

205

17 Áp suất cực đại cho phép, PSI (KG/cm2)
18 Vành mâm xe

35(2,46)
Thép, Chụp kín

Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
3 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………3

2. TỔNG QUAN Q TRÌNH PHANH XE ƠTƠ
2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống phanh trên ôtô.
2.1.1. Nhiêm vụ q trình phanh.
Q trình phanh ơtơ là q trình tạo ra lực cản chuyển động, làm giảm
vận tốc đến giá trị mong muốn hoặc đến khi ôtô dừng hẳn. Hoặc giúp ơtơ có
thể đúng n trên dốc. Nói chung trên ôtô máy kéo cũng như nhiều thiết bị
máy móc khác khác người ta thường sử dụng lực ma sát sinh ra ở cơ cấu
phanh. Trên ôtô lực ma sát sẽ tạo ra mômen cản chuyển động quay các bánh xe.
Xét theo góc độ biến đổi năng lượng, q trình phanh là q trình biến
đổi động năng chuyển động của ơtơ thành nhiệt năng sinh ra tại các bề mặt
ma sát như giữa má phanh với các đĩa ma sát, với trống phanh hay tại bề mặt
ma tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường, giữa các phần tử vật liệu chế tạo bánh
xe. Chính vì vậy, để hệ thống phanh hoạt động hiệu quả nó phải thoả mãn một
loạt các yêu cầu riêng.
2.1.2. Các yêu cầu đối với hệ thống phanh.
- Khả năng tích nhiệt của hệ thống phanh. Đấy là khả năng hệ thống
phanh có thể biến đổi động năng chuyển động của ôtô thành nhiệt năng và
thải vào môi trường xung quanh. Như vậy, để hệ thống phanh hiệu quả thì quá
trình nhiệt phải đảm bảo. Tức là nhiệt độ bề mặt ma sát luôn trong điều kiện
tốt, muốn vậy thì quá trình tản nhiệt phải thuận lợi. Các chi tiết ma sát phải có
khả năng dẫn nhiệt cao, vật liệu chế tạo má phanh phải có cơ lý tính ổn định ở
nhiệt độ cao.
- Yêu cầu về thời gian chậm tác dụng: Trong thực quá trình phanh bao
giờ cũng có q trình trễ một khoảng thời từ gian khi người lái bắt đầu tác
dụng vào cơ cấu điều khiển đến khi bắt đầu xuất hiện lực phanh. Sự trễ thời
gian tác động xẩy ra với mọi hệ thống dẫn động cơ học, thuỷ lực, khí nén,

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
4 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………4

điện. Tuy nhiên, với mỗi nguyên lý thì thời gian trễ là khác nhau. Nguyên
nhân trễ do khe hở giữa các mối ghép cơ khí, sự thiếu dầu trong đường ống và
nguyên nhân cơ bản do biến dạng đàn hồi và q trình qn tính. Thời gian
trễ tác động lớn sẽ làm giảm an tồn q trình phanh.
- u cầu về lực bám trong quá trình phanh. Đây là yêu cầu tận dụng
tối đa khẳ năng bám của ôtô với mặt đường. Lực phanh lớn nhất khi có trị số
đạt lực bám Pp= Pϕ. Nếu mômen phanh lớn hơn khăng bám bám thi bánh xe
sẽ bị trượt lê.
- Yêu cầu về ổn định của ôtô khi phanh và khả năng điều khiển của
ôtô. Để đảm được yêu cầu này lực phanh phải đều giữa hai bánh xe chủ động
và các bánh xe khơng được bó cứng. u cầu này rất quan trọng vì khi tham
gia giao thơng xe thường vận hành với vận tốc lớn, khi cần phanh gấp nếu xẩy
ra mất điều khiển sẽ gây mất an toàn giao thơng gây nguy hiểm tính mạng,
các cơng trình ven đường và phương tiện khác cùng tham gia giao thông.
- Yêu cầu về nhả phanh. Yêu cầu này đòi hỏi quá trình phanh ơtơ phải
kết thúc ngay khi người lái rời chân khỏi bàn đạp phanh. Nếu q trình này
khơng đáp ứng tốt thì các chi tiết truyền động cũng như hệ thống phanh phải
chịu tải trọng rất lớn và có thể dẫn đến các hư hỏng.
2.2. Sự biến đổi hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh.
2.2.1. Vai trị hệ số bám trong q trình phanh ơtơ [4,10].
Như phần trên đã trình bầy, trong q trình phanh ơtơ để có hiệu quả
cao cần phải tạo ra một lực phanh lớn nhất giữa bánh xe với mặt đường.
Ta biết rằng, khi bánh xe lăn không trượt trên mặt đường thì lực cản
lớn nhất giữa bánh xe với mặt đường chính bằng lực bám.
Nói cách khác chúng ta phải có lực phanh cực đại xác định theo hệ số
bám ϕ và trọng lượng bám G:

Ppmax = Z.ϕ

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
5 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………5


Cơng thức trên cho thấy vai trị hệ số bám ϕ trong q trình phanh ơtơ.
Hệ số ϕ càng lớn hiệu quả phanh càng cao, điều này được thể hiện rõ trên
hình 2.1
S(m)
100

φ=0.3

80

φ=0.5

60

40

φ=0.7

20
0

20

40

60

80

100 V(Km/h)

Hình 2.1. Sự phụ thuộc giữa quãng đường phanh,
vận tốc phanh và hệ số bám φ
Bản chất vật lý của hiện tượng bám giữa bánh xe với mặt đường rất
phức tạp, luôn biến đổi và phụ thuộc vào đặc tính chuyển động của xe. Vì lốp
xe được làm bằng vật liệu cao su có tính đàn hồi cao nên dưới tác dụng của tải
trọng theo phương thẳng đứng tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường
các phần tử cao su bị biến dạng. Điều này dẫn đến bán kính làm việc của bánh
xe trong quá trình lăn khơng đồng nhất, ở vùng tiếp xúc bán kính bánh xe nhỏ
hơn so với bán kính thật khi bánh xe khơng chịu tải trọng. Do đó, vận tốc dài
tại các điểm trên vịng trịn ngồi của bánh xe khác nhau, chúng tỷ lệ thuận
với bán kính động học tại khu vực tiếp xúc, tại vùng tiếp xúc vận tốc dài nhỏ
hơn tại các vị trí khác. Vận tốc dài của các điểm trên mặt ngoài của lốp sẽ
giảm dần khi đi vào vùng tiếp xúc và tăng dần khi ra khỏi vùng tiếp xúc.
Như vậy, trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường ln có sự
biến thiên vận tốc. Sự biến dạng theo phương tiếp tuyến trên mặt ngoài của
lốp gây ra hiện tượng trượt đàn hồi của bánh xe trong quá trình lăn. Mức độ
trượt sẽ tăng lên khi tải trọng theo phương tiếp tuyến hay mơmen phanh tăng
và đến giá tri nào đó sẽ xẩy ra hiện tượng trượt lê. Khi đó bánh xe sẽ bị bó cứng.

Trường Đại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
6 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………6


Tính chất ma sát trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường rất
phức tạp, nó phụ thuộc vào trạng thái đôi bề mặt tiếp xúc và trạng thái lăn của

bánh xe. Nếu trạng thái tiếp xúc giữa mặt đường và bánh xe là khơ thì ta có
ma sát khơ, khi mặt đường ướt ta có ma sát uớt và trong trường hợp này hệ số
ma sát giảm đi đáng kể. Khi bánh xe bị bó cứng trên mặt đường cơ chế tác
động qua lại giữa bánh xe và mặt đường có sự thay đổi về bản chất, lúc này
ma sát tiếp xúc hoàn toàn là ma sát trượt thuần tuý.
Thực nghiệm cho thấy hệ số ma sát trượt nhỏ hơn hệ số ma sát nghỉ khá
nhiều và càng nhỏ hơn nhiều so với hệ số bám. Điều này xuất phát từ đường
cong biến dạng của vật liệu. Qua đó cho phép giải thích hiện tượng thực tế
sau: Với cùng một loại đường và khả năng tạo ra lực phanh như nhau tình
trạng lốp xe như nhau thì ở các xe trong q trình phanh mà các bánh xe
khơng bị trượt lê quãng đường phanh nhỏ hơn so với các xe trong quá trình
phanh mà các bánh xe bị trượt lê hồn tồn. Qng đường phanh nhỏ cịn
được giải thích: Khi bánh xe lăn một phần động năng tiêu hao cho biến dạng
lốp và tiêu hao do sự chuyển động của dịng khí nén bên trong lốp. Khi bánh
xe cịn chuyển động quay thì trong các gối đỡ trong hệ thống truyền động tồn
tại mômen ma sát.
2.2.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường.
Các cơng trình nghiên cứu [ 5;10;11] đã chỉ ra rằng, trị số cụ thể của hệ
số bám phụ thuộc vào rất nhiều nhân tố khác nhau và để thuận tiện nghiên cứa
người ta chia các nhân tố ra làm hai nhóm chính.
Nhóm 1: Các nhân tố mà mức độ ảnh hưởng tới hệ số bám ít thay đổi
trong q trình phanh. Có thể xếp các nhân tố sau thuộc loại này: Loại đường,
trạng thái mặt đường, kết cấu và tình trạng lốp, ảnh hưởng của các nhân tố
này đã được nghiên cữu kỹ bằng thực nghiệm. Các kết quả nghiên cứu thường
được công bố dưới dạng bảng hoặc đồ thị.

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
7 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………7

Nhóm 2: Là nhóm bao gồm các nhân tố mà mức độ ảnh hưởng của nó tới hệ
số bám biến đổi trong quá trình phanh. Các nhân tố này bao gồm: vận tốc
chuyển động của xe, sự phân bố lại tải trọng tác dụng lên các bánh xe trong
quá trình phanh, độ trượt của bánh xe trong quá trình phanh.
Trong hai đồ thị dưới đây ta sẽ thấy được sự phụ thuộc của hệ số bám
vào áp suất lốp và độ nhám của mặt đường.
φ

φ
0.8

0.8

0.6

1

1

0.6
0.4

0.4
2

2
0.2

0.2

0

10

20

30

40

50

P(N/cm2) 0

Hình 2.2. Sự phụ thuộc của hệ số
bám vào áp suất lốp

1

2

3

4

δ(mm)

Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hệ số
bám φ vào độ nhám mặt đường δ

Như đã nêu ở trên hệ số bám φ phụ thuộc chính vào loại đường và tình
trạng mặt đường, sự phụ thuộc này thể hiện qua hệ số bám trung bình như sau:
Bảng 2.1. Hệ số bám trên các loại đường [4]
Loại đường và trạng thái mặt đường

φtb

Đường bê tông nhựa và đường bê tông đá dăm

Đường đá dăm
Đường đất

- Mặt đường khô

0.7- 0.8

- Mặt đường ướt

0.4- 0.3

- Mặt đường khô

0.6- 0.7

- Mặt đường ướt

0.3- 0.5

- Mặt đường khô

0.5- 0.6

- Mặt đường ướt

0.2- 0.4

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
8 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………8


2.2.3. Sự biến đổi của hệ số bám dọc φx theo vận tốc chuyển động.
φ(%)
100
80
60
40

0

20

40

60

80

V(Km/h)

Hình 2.4. Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc

Từ hình 2.4 cho thấy sự phụ thuộc giữa hệ số bám dọc φx vào các giá trị
vận tốc V, Tuy nhiên, để có thể thấy rõ hơn ta căn cứ vào các số liệu của giáo
sư Potlich E.G và giáo sư Ilarionop B.A khi tiến hành thực nghiệm nghiên
cứu sự thay đổi của hệ số bám φx phụ thuộc vào hai nhân tố độ trượt δ, vận
tốc V [14]
Bảng 2.2. Phụ thuộc của hệ số bám φx vào tốc độ chuyển động V
(trị số % so với giá trị hệ số bám ban đầu)
Loại đường

Vận tốc chuyển động của xe
10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Bê tông ximăng

100

93

90

82

77

70

68

67

63

60

Bê tông nhựa

100

92

83

76

69

64

57

52

52

50

100

94

92

91

89

88

88

-

-

-

100

60

40

28

21

13

13

-

-

-

Đường gia cơng
Nhám bề mặt
Đường bê tơng
nhựa đá mịn

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc

9 sỹ kỹ thuật……………….. ………………………9


2.3.4. Sự phụ thuộc hệ số bám φ theo độ trượt δ.
Trong một số trường hợp nghiên cứu, để đơn giản q trình tính tốn ta
thường bỏ qua sự thay đổi hệ số bám vào độ trượt δ . Tuy nhiên, trong thực tế
độ trượt thay đổi thì hệ số bám thay đổi rất lớn. Bản chất vật lý của hiện
tượng rất phức tạp nó liên quan đến q trình biến dạng của vật liệu lốp xe, biến
dạng nền đường. Người ta thường xác định mối quan hệ này bằng thực nghiệm.
Độ trượt được tính:
δ =

( ω L − ωR ) / ω L

φx
1
0.8

Trong đó: ωL = VL / R bx
0.6

VL : vận tốc xe
R bx : bán kính bánh xe

0.4

ωR : vận tốc góc bánh xe

0.2
0

20

40

60

80

100

δ(%)

Hình 2.5. Quan hệ giữa độ trượt δ và hệ số bám φ
Để thuận lợi trong nghiên cứu tính chất động lực học khi phanh cần
biểu diễn quan hệ φ = f (δ ) bằng giải tích. Q trình trượt lê bánh xe trên mặt
đường khi phanh tương tự như quá trình ma sát giữa hai vật thể, vì vậy có thể
biểu diễn quan hệ φ = f (δ ) . Theo Coraghenski mối quan hệ được giữ hệ số
bám và độ trượt mô ta như sau:

φ = (a + b.δ ).e − c.δ + d
Trong đó:

(2.1)

a, b, c, d: các hằng số xác định từ thực nghiệm
e: cơ số của logarit = 2,718

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
10sỹ kỹ thuật……………….. ………………………10

Theo kết quả thí nghiệm với lốp xe Goodyear super Himiler 10x20F, ta có
−5δ
mối quan hệ giải tích như sau[12]: φ = (−0.5961 + 7.0001δ ).e + 0.5961

2.3. Hệ thống điều khiển phanh bằng điện tử (ABS).
2.3.1. Nhiệm vụ và ý nghĩa của ABS.
Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén và thủy lực hiện nay đã đáp
ứng các yêu cầu của hệ thống phanh trong trường hợp phanh bình thường, tuy
nhiên khi các lái xe cần dừng ôtô khẩn cấp, các bánh xe có thể bị bó cứng vì
lực phanh quá lớn do đạp phanh đột ngột. Khi đó quãng đường phanh cũng
như thời gian phanh đều tăng lên, ôtô bị trượt lết trên đường, khả năng điều
khiển về lái có thể bị mất hoặc hiệu quả thấp dẫn đến các tai nạn không lường
trước được. Hệ thống ABS được phát minh và ứng dụng đầu tiên trên các
bánh xe của các phương tiện bay vào những năm 1970, về sau vào những năm
1980 hệ thống này đã ứng dụng cả trên các phương tiện tự hành. Nguyên tắc
hoạt động của nó được thể hiện trên hình 2.6.
1- Ống nối đến xylanh phanh chính; 2-Bơm
trả về; 3-Buồng tích áp; 4-Van điện từ
(Senoide); 5-Máy tính; 6-Cảm biến tốc độ;
7-Mâm phanh; 8-Trục bánh xe; 9-Má
phanh; 10-Đĩa phanh; 11-Rãnh tản nhiệt.

Hình 2.6. Sơ đồ hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS)
Khi một bánh xe nào đó bị phanh cứng, áp lực trong xylanh phanh bánh
xe đó phải được giảm đi. Việc giảm lực phanh ở các hệ thống phanh thông
thường được tiến hành nhờ giảm áp suất trong các xylanh phanh bánh xe hay
đóng bớt đường dẫn khí nén đến các buồng phanh bánh tức thời nhờ điều

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
11sỹ kỹ thuật……………….. ………………………11


khiển tổng van. Để thực hiện việc đó người lái xe có thể tiến hành "nhồi" bàn
đạp phanh trong khi phanh, tuy nhiên việc "nhồi" bàn đạp phanh như vậy chỉ
thực hiện được đối với những lái xe kinh nghiệm và cũng chỉ thực hiện được
1÷2 lần/giây. Khi đó lực phanh có thể giảm nhưng lại giảm ở tất cả các bánh
xe được phanh, cả ở bánh bị bó cứng cũng như bánh chưa bị bó cứng. Vì vậy
chất lượng phanh không tốt và đặc biệt là người lái vẫn khơng kiểm sốt được
tình trạng bó cứng bánh xe khi phanh. Chỉ có điều khiển điện tử q trình phanh,
hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh, cũng như điều khiển lực phanh tối ưu mới
có thể thực hiện được.
Theo sơ đồ trên hình 2.7 ta thấy, khi có hiện tượng bó cứng bánh xe khi
phanh, các cảm biến (sensor) tốc độ 6 sẽ báo tín hiệu dạng xung điện từ về
thiết bị điều khiển trung tâm (ECU), Máy tính sẽ xử lý số liệu và đưa ra các
tín hiệu đến các thiết bị chấp hành. Trong các bộ chấp hành một van điện từ
được kích hoạt sẽ mở thơng xylanh phanh bánh xe đến bộ tích áp để làm giảm
áp suất phanh trong xylanh phanh, dẫn đến giảm lực phanh, đồng thời một
mơtơ cũng được kích hoạt để vận hành bơm dầu hút và đẩy dầu trở về đường
đẩy của hệ thống phanh.
Nhờ tác động rất nhanh của máy tính, tần số đóng mở van điện từ có
thể đạt được từ 15÷30 lần /giây, do đó áp lực phanh trong xylanh phanh hay
lực phanh trên các bánh xe được phanh ln có giá trị tối ưu, gần với giá trị
lực phanh làm bó cứng bánh xe. Việc điều khiển diễn ra hồn tồn tự động,
khơng phụ thuộc vào ý định của người lái. Hệ thống có thể điều khiển từng
bánh xe riêng biệt bằng kênh điều khiển 4x4 hoặc điều khiển từng cặp hai
bánh xe chéo nhau hoặc cùng trên một cầu 4x2, 2x4… tùy theo các phương
án lựa chọn. Để tản nhiệt nhanh cho đĩa phanh, trên vành phía ngồi của đĩa
phanh người ta tiện các rãnh làm tăng diện tích tiếp xúc với khơng khí, hai

mặt bên của đĩa được gia công và mài phẳng để tiếp xúc với hai má phanh,
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
12sỹ kỹ thuật……………….. ………………………12


các má phanh thường làm bằng vật liệu bán kim loại (hợp chất gốm-kim loại)
để tăng hệ số ma sát và khi mịn thì chỉ thay má phanh, mà khơng cần thay đĩa
phanh.
Phía bên trong giá bắt má phanh có lắp xylanh phanh bánh xe, xylanh
này bị che khuất trên hình vẽ, xylanh được nối với ống dầu tới van điện từ của
bộ phận chống bó cứng bánh xe ABS. Tùy theo từng hãng sản xuất và từng
đời xe mà máy tính có những chức năng riêng, cũng như phướng án lắp ABS
khác nhau, tuy nhiên nguyên tắc hoạt động của chúng là giống nhau.
2.3.2. Các bộ phận chính trong hệ thống ABS.
Hầu hết các hệ thống ABS đang dùng hiện nay trên ôtô phần lớn được
chế tạo bởi ba nhà chế tạo là: Bosch, ITT Teves và Kelsey-Hayes. Hệ thống
ABS do các hãng khác nhau có khác nhau về cấu tạo cụ thể cũng như về số
lượng các kênh điều khiển, tuy nhiên về nguyên tắc một hệ thống ABS đều
gồm các bộ phận chính sau: xylanh chính và bộ trợ lực thủy lực; môdun điều
khiển điện tử; bộ cảm biến tốc độ bánh xe; van solenoid (van điện từ); bơm
và bộ tích áp cùng hệ thống ống dẫn. Xylanh phanh chính và bộ trợ lực thủy
lực có cấu tạo tương tự như các hệ thống phanh với dẫn động bằng thủy lực
thông thường.
Bộ cảm biến tốc độ bánh xe là bộ phận cảm ứng điện từ được lắp
trong các bánh xe, chúng liên kết với môdun điều khiển trung tâm bằng dây
dẫn, và trong quá trình xe chạy ln gửi tín hiệu điện áp đến ECU.
Khối điều khiển điện tử là máy tính nhỏ (microcomputer) nó chứa hai
bộ vi xử lý đồng nhất với những chương trình lập sẵn. Mỗi bộ vi xử lý sẽ thực
hiện các chức năng đa dạng, nó kiểm tra liên tục sự hoạt động của hệ thống,
xử lý dữ liệu nhập vào, so sánh với các dữ liệu trong bộ vi xử lý khác để đưa

ra các tín hiệu đến các bộ phận chấp hành một cách chính xác và tức thời.
Van Solenoid là một van điện từ gồm một cuộn dây, được kích hoạt
nhờ máy tính điều khiển trung tâm, khi van hoạt động làm một con trượt dịch

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
13sỹ kỹ thuật……………….. ………………………13


chuyển, con trượt có ba vị trí: cung cấp dầu đến xylanh phanh bánh xe, giữ
nguyên áp suất trong xylanh phanh bánh và giảm áp suất trong xylanh bằng
cách nối thơng xylanh phanh bánh xe với bộ tích áp.
Bơm trả về dùng để bơm dầu từ buồng tích áp trở ngược lại đường đẩy
cho hệ thống, để tiếp tục cung cấp dầu vào xylanh phanh bánh, bơm được
kích hoạt khi nhận được tín hiệu từ bộ điều khiển trung tâm. Bộ tích áp là một
buồng kín trong đó có màng và lị xo, khi van điện từ nối thơng xylanh phanh
bánh xe với bộ tích áp, dầu từ xylanh phanh truyền đến bộ tích áp để giảm áp
suất trong xylanh phanh bánh, sau đó dầu từ bộ tích áp lại được bơm, bơm trở
về đường đẩy của hệ thống phanh.
2.3.3. Nguyên tắc làm việc của ABS.
Ở trạng thái không phanh, người lái không tác động vào bàn đạp phanh,
van điện từ chưa được kích hoạt, con trượt do van điện từ dưới tác dụng của
lị xo đẩy xuống vị trí thấp nhất, tương ứng với vị trí rãnh ngang trên con trượt
trùng với đường dầu nạp vào xylanh phanh bánh xe (hình 2.7a). Khi đó, nếu
phải phanh xe, người lái đạp lên bàn đạp phanh, đầu tiên hệ thống làm việc
như một hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực bình thường, dầu có áp suất
do xylanh chính tạo ra, theo hệ thống ống dẫn đến van điện từ, rồi theo rãnh
phân phối của van lúc này đang trùng với rãnh dầu dẫn đến xylanh phanh
bánh xe, làm bộ phận phanh bánh xe hoạt động, thực hiện phanh bánh xe lại.
Khi tốc độ góc của bánh xe được phanh giảm đến một giá trị nhất định, lực
phanh tăng đến lực phanh tối ưu, ngay sau đó máy tính kích hoạt van điện từ

hút con trượt lên vị trí như hình 2.7. Con trượt ngăn xylanh phanh bánh xe
khỏi hệ thống đường dầu chung, giữ nguyên áp suất trong xylanh phanh bánh
xe, lực phanh cố định. Vận tốc góc của xe vẫn tiếp tục giảm nhanh.
Khi tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe gửi thông tin về tốc độ góc của
bánh xe được phanh gần bó cứng, máy tính kích hoạt van điện từ làm nối
thơng xylanh phanh bánh xe với buồng tích áp, áp suất trong xylanh phanh
bánh xe giảm xuống cùng với sự giảm áp suất của dầu phanh trong xylanh
phanh bánh, lực phanh và tốc độ góc của bánh xe lại tăng lên (hình 2.7c). Khi
Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
14sỹ kỹ thuật……………….. ………………………14


tốc độ góc của bánh xe tăng tới giá trị đã lập trình trong bộ xử lý trung tâm,
máy tính lại kích hoạt van điện từ nối thơng đường cấp dầu đến xylanh phanh
bánh xe, dầu từ đường đẩy của tổng phanh lại được dẫn đến xylanh phanh
bánh xe làm tăng áp suất trong xylanh phanh bánh, lực phanh lại tăng lên và
vận tốc bánh xe lại giảm đi (hình 2.7d).
Quá trình cứ lặp lại liên tục nhiều lần trong một giây, cho đến khi hiện
tượng bó cứng bánh xe khơng cịn nữa. Trong suốt thời gian phanh, người lái
xe khơng cần điều khiển gì khi đạp phanh, mà hiệu quả phanh vẫn đạt tốt
nhất. Trong q trình phanh, mơtơ được kích hoạt từ bộ điều khiển trung tâm,
nó hoạt động và thông qua bánh lệch tâm truyền động cho bơm trả về hút dầu
thoát ra từ xylanh phanh bánh và bộ tích áp để hồi lại cho mạch dầu cung cấp
từ xylanh phanh chính, vì vậy áp lực của dầu do người lái đạp lên bàn đạp
phanh luôn được duy trì cố định.

a)Trường
Thời gian
bắt đầu đạp phanh; b) ABS giữ cố
định áp suất dầu trong xylanh phanh bánh xe.

Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
15sỹ kỹ thuật……………….. ………………………15
c) Thời điểm ABS mở thông xylanh phanh bánh xe với bộ tích áp; d) ABS lại nối thơng rãnh
đẩy tới xylanh phanh bánh xe


Hình 2.7. Các trạng thái điều chỉnh áp suất dầu phanh:
Khi dừng tác động lên bàn đạp phanh, công tắc phanh gửi tín hiệu đến
bộ điều khiển trung tâm, cuộn dây của van điện từ khơng được kích hoạt, con
trượt dịch chuyển về vị trí ban đầu, dầu trong xylanh phanh bánh hồi về
xylanh phanh chính, q trình phanh kết thúc.
Mỗi khi xe làm việc tức là bộ đánh lửa làm việc hoặc khóa điện đặt ở vị
trí ON, khi đó bộ vi xử lý ln gửi các tín hiệu điện áp đến các bộ phận trong
hệ thống như solenoid, bơm dầu phản hồi v.v... Khi khơng phanh, các tín hiệu
điện áp này nhỏ để không làm cho các cơ cấu đó hoạt động, bất cứ có sự bất
thường nào trong hệ thống, bộ vi xử lý sẽ so sánh với dữ liệu của chúng trong
bộ nhớ chỉ đọc, và máy tính sẽ vơ hiệu hố chế độ chống bó cứng bánh xe,
chuyển hệ thống phanh với điều khiển ABS sang chế độ làm việc bình thường
như hệ thống phanh khơng có ABS và đèn báo lỗi được bật sáng.
Các tiêu chuẩn chất lượng điều chỉnh
Các hệ thống ABS cần thực hiện các tiêu chuẩn chất lượng như sau:
• Giữ ổn định chuyển động nhờ chuẩn bị đủ lực dẫn bên ở các bánh sau
• Giữ khả năng lái nhờ chuẩn bị đủ lực dẫn bên ở các bánh trước
• Giảm đoạn đường phanh nhờ tận dụng tối ưu lực bám giữa bánh xe và
mặt đường
• Thích ứng nhanh áp suất phanh với các giá trị độ bám khác nhau.
• Đảm bảo biên độ điều chỉnh nhỏ của mômen phanh để tránh dao động
hệ thống di động
2.4. Cấu tạo h (PAKS1.2);
a) Vận tốc lý thuyết; b)vận tốc thực của bánh xe

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
53sỹ kỹ thuật……………….. ………………………53


Đồ thị độ trượt của bánh xe(PAKS1.2).

Hình 3.16. Đồ thị độ trượt theo thời gian (PAKS1.1)
Đố thị quãng đường phanh: (PAKS1.2)

Hình 3.17. Đồ thị quãng đường(m) theo thời gian (PAKS1.2)

Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc
54sỹ kỹ thuật……………….. ………………………54