NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN (DỰ KIẾN ĐỔI TÊN THÀNH: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ABS TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hồ Hữu Hùng

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN
(DỰ KIẾN ĐỔI TÊN THÀNH: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ABS TRONG HỆ
THỐNG PHANH KHÍ NÉN)

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hồ Hữu Hùng

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN

Chun ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 62520116

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TS. Lƣu Văn Tuấn
2. PGS. TS. Đào Mạnh Hùng

Hà Nội – 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Cơng trình đƣợc thực
hiện tại Bộ mơn Ơ tơ và xe chun dụng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội dƣới sự
hƣớng dẫn của PGS. TS. Lƣu Văn Tuấn và PGS. TS. Đào Mạnh Hùng. Các số liệu và kết
quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kì cơng
trình nào khác.

Hà Nội, ngày
TẬP THỂ HƯỚNG DẪN

tháng

năm

Người cam đoan

Ngƣời hƣớng dẫn
khoa học 1

Ngƣời hƣớng dẫn
khoa học 2

PGS. TS. Lƣu Văn Tuấn

PGS. TS. Đào Mạnh Hùng

i

Hồ Hữu Hùng


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh sự cố gắng nỗ lực của bản thân, Tôi
đã nhận đƣợc sự động viên và giúp đỡ rất lớn của nhiều thầy giáo và tập thể nghiên cứu
khoa học.
Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Lưu Văn Tuấn – Trƣờng Đại
học Bách Khoa Hà Nội và PGS. TS. Đào Mạnh Hùng – Trƣờng Đại học Giao thông vận
tải Hà Nội, là những ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng, đào tạo và giúp đỡ tơi
trong suốt q trình nghiên cứu và hồn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nƣớc mã số
KC.03.05/11-15 và các thành viên trong đề tài đã tạo nhiều điều kiện nghiên cứu, thiết bị
thí nghiệm để thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo ở Bộ mơn Ơ tơ và xe chun dụng – Viện
Cơ khí động lực, Bộ mơn Tự động hóa – Viện Điện – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
đã giảng dạy, chỉ bảo và tạo điều kiện giúp đỡ tôi hồn thành luận án này.
Tơi xin chân thành cảm ơn các anh, em đồng nghiệp trong Khoa Cơ khí, lãnh đạo
trƣờng Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ về thời gian và vật
chất để tơi hồn thành luận án này.
Tơi xin chân thành cảm ơn các anh, em nghiên cứu sinh, cao học và sinh viên các
khóa thuộc bộ mơn Ơ tơ và xe chuyên dụng – Viện Cơ khí động lực – Trƣờng Đại học
Bách Khoa Hà Nội đã hết lòng hỗ trợ, động viên tôi trong suốt thời gian tôi thực hiện
luận án.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng kính yêu và biết ơn tới đại gia đình, bạn bè đã
thực sự động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian tôi học tập tại Trƣờng Đại học Bách
Khoa Hà Nội.
Hà Nội, ngày

tháng

Nghiên cứu sinh

Hồ Hữu Hùng

ii

năm


MỤC LỤC
Mục lục ................................................................................................................................. iii
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ................................................................................... vi
Danh mục các bảng............................................................................................................. viii
Danh mục các hình ảnh, đồ thị ............................................................................................. ix
Mở đầu ................................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................................... 5
1.1. Hệ thống phanh ABS khí nén trên xe ơ tơ ............................................................... 5
1.2. Lịch sử phát triển hệ thống ABS khí nén ................................................................. 6
1.3. Tình hình nghiên cứu ngồi nƣớc ............................................................................ 8
1.4. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc........................................................................... 11
1.5. Đối tƣợng nghiên cứu ............................................................................................ 14
1.5.1. Xe nghiên cứu và bố trí hệ thống ABS ....................................................... 15
1.5.2. Van chấp hành ABS và phƣơng pháp điều khiển........................................ 17
1.6. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu............................................................................ 19
1.7. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................... 20
1.8. Kết luận chƣơng 1 .................................................................................................. 21
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 23

2.1. Quy trình nghiên cứu ............................................................................................. 23
2.2. Phƣơng pháp điều khiển ABS ................................................................................ 25
2.3. Nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khí nén có
ABS ............................................................................................................................... 28
2.4. Xây dựng mơ hình mơ phỏng chuyển động của ơ tơ trong q trình phanh .......... 31
2.4.1. Chuyển động của ô tô trong quá trình phanh trên đƣờng bằng phẳng ........ 31
2.4.2. Động lực học bánh xe trong quá trình phanh .............................................. 34
2.4.3. Sự phân bố lại trọng lƣợng khi phanh ......................................................... 36
2.4.4. Mô hình mơ phỏng chuyển động của xe ..................................................... 36
2.4.5. Mơ hình mơ phỏng bánh xe......................................................................... 37
iii


2.5. Xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống phanh khí nén .......................................... 37
2.5.1. Cơ sở tính tốn áp suất và lƣu lƣợng khí nén trong hệ thống phanh ........... 38
2.5.2. Mơ hình mơ phỏng van phân phối .............................................................. 40
2.5.3. Mơ hình mơ phỏng van xả nhanh ở dịng phanh cầu trƣớc ......................... 42
2.5.4. Mơ hình mơ phỏng van gia tốc trên dịng phanh cầu sau ............................ 43
2.5.5. Mơ hình mô phỏng bầu phanh và cơ cấu phanh.......................................... 43
2.6. Kết luận chƣơng 2 .................................................................................................. 45
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN 47
3.1. Khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống ABS ........................................ 47
3.2. Thuật toán điều khiển hệ thống ABS ..................................................................... 49
3.3. Cảm biến và phƣơng pháp đo vận tốc góc bánh xe ............................................... 52
3.3.1. Cảm biến đo vận tốc góc bánh xe ............................................................... 52
3.3.2. Vành răng cảm biến..................................................................................... 53
3.3.3. Phƣơng pháp xác định vận tốc góc và gia tốc góc bánh xe ......................... 55
3.4. Mơ hình mơ phỏng hoạt động của hệ thống ABS .................................................. 56
3.4.1. Mơ hình mơ phỏng van chấp hành ABS ..................................................... 56
3.4.2. Mơ hình mơ phỏng cảm biến đo vận tốc góc bánh xe................................. 58

3.4.3. Mơ hình mơ phỏng bộ điều khiển ............................................................... 59
3.5. Mơ hình mô phỏng chuyển động của ô tô khi phanh bởi hệ thống phanh khí nén có
ABS ............................................................................................................................... 60
3.6. Nghiên cứu, xác định ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS ................................... 61
3.6.1. Mô phỏng điều khiển theo độ trƣợt bánh xe .............................................. 62
3.6.2. Mơ phỏng điều khiển theo gia tốc góc bánh xe........................................... 64
3.6.3. Kết quả mô phỏng ....................................................................................... 65
3.7. Kết luận chƣơng 3 .................................................................................................. 69
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ................................................................. 70
4.1. Mục đích nghiên cứu thực nghiệm ........................................................................ 70
4.2. Nghiên cứu chính xác hóa ngƣỡng điều khiển....................................................... 70
iv


4.2.1. Quy trình mơ phỏng thực nghiệm ............................................................... 70
4.2.2. Thiết bị thử nghiệm ..................................................................................... 71
4.2.3. Ngƣỡng điều khiển và hoạt động của hệ thống phanh khí nén có ABS ...... 76
4.3. Thử nghiệm đánh giá hiệu quả hệ thống ................................................................ 84
4.4. Kết luận chƣơng 4 .................................................................................................. 86
KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................. 87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 89
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ................................. 1
PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 1

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Danh mục ký hiệu
Ký hiệu

Đơn vị

a, b

m

Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trƣớc, đến cầu sau

hg

m

Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt đƣờng

L

m

Chiều dài cơ sở

Fx , F y , Fz

N

Lực tƣơng tác giữa lốp và mặt đƣờng theo các phƣơng x, y, z

Fr , F w

N

Lực cản lăn, lực cản khơng khí

Mb

Nm

Fb

N

Lực phanh

rd

m

Bán kính động lực học của bánh xe

x, y
v , v

Giải thích

Mơ men phanh

Hệ số bám dọc, hệ số bám ngang
m/s



Vận tốc dài của ô tô , vận tốc trƣợt của bánh xe
Độ trƣợt của bánh xe

m

kg

Khối lƣợng của ơ tơ

b

rad/s

Vận tốc góc bánh xe

 , b

rad/s2

Gia tốc góc bánh xe

p

N/m2

Áp suất khí nén

V

m3

Thể tích bình chứa

T

K

Nhiệt độ của chất khí

n

mol

R

Jmol-1 K-1

γ

N/m3

Trọng lƣợng riêng của chất khí

g

m/s2

Gia tốc trọng trƣờng

Khối lƣợng mol phân tử
Hằng số chất khí

vi


A

m2

Tiết diện dịng chảy

Q

m3/s

Lƣu lƣợng khí nén

Cn

Khí dung của chất khí

Cv

Hệ số tiết lƣu

G

Trọng lƣợng riêng trung bình của chất khí

Tu

K

Nhiệt độ của khí nén

Danh mục chữ viết tắt
Ký hiệu

Giải thích
Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe

ABS

Anti-look Braking System

ASR

Anti Skid Regulator

Hệ thống chống trƣợt quay bánh xe

ATC

Automatic Traction Control

Hệ thống điều khiển lực kéo

ECU

Electronic Control Unit

Bộ điều khiển điện tử

ESC

Electronic Stability Control

Hệ thống điều khiển ổn định điện tử

IC

Integrated Circuit

Vi mạch tích hợp

RSC

Roll Stability Control

Hệ thống ổn định chống lật

khi phanh

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1. Thông số của xe nghiên cứu............................................................................... 15
Bảng 1. 2. Bảng trạng thái hoạt động của van chấp hành ABS ........................................... 19

Bảng 3. 1. Bảng trạng thái hoạt động của mơ hình mơ phỏng van chấp hành ABS ........... 58
Bảng 3. 2. Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS đƣợc xác định theo lý thuyết ................... 65
Bảng 4. 1. Các giá trị ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS phù hợp với giá trị đo đƣợc
trong thực tế của hệ thống ABS luận án nghiên cứu ........................................................... 76
Bảng 4. 2. Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS đã đƣợc hiệu chỉnh qua mô phỏng thực
nghiệm ................................................................................................................................. 80
Bảng 4. 3. Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS ................................................................. 81
Bảng 4. 4. Quy chuẩn Việt Nam về hiệu quả phanh và kết quả thử nghiệm ....................... 84
Bảng 4. 5. Tiêu chuẩn Châu Âu ECE R13 về hiệu quả phanh và kết quả thử nghiệm ....... 85

viii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1. 1. Phƣơng án bố trí ABS kiểu 4S/4M trên xe nghiên cứu ...................................... 16
Hình 1. 2. Trạng thái van chấp hành ABS khi khơng làm việc ........................................... 17
Hình 1. 3. Trạng thái van chấp hành ABS trong pha giảm áp ............................................. 18
Hình 1. 4. Trạng thái van chấp hành ABS trong pha giữ áp ............................................... 19
Hình 2. 1. Quy trình nghiên cứu, đề xuất thuật tốn điều khiển.......................................... 23
Hình 2. 2. Quy trình nghiên cứu, xác định ngƣỡng điều khiển ........................................... 24
Hình 2. 3. Quan hệ giữa hệ số lực dọc, ngang và độ trƣợt dọc của bánh xe khi phanh ...... 25
Hình 2. 4. Phạm vi điều khiển của ABS .............................................................................. 27
Hình 2. 5. Các pha điều khiển áp suất trong hệ thống theo gia tốc góc bánh xe ................. 28
Hình 2. 6. Thiết bị tạo xung điều khiển van chấp hành ABS phục vụ khảo sát khả năng đáp
ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh ABS khí nén ..................................................... 30
Hình 2. 7. Áp suất khí nén trong bầu phanh khi phanh bình thƣờng................................... 30
Hình 2. 8. Các lực tác dụng vào xe khi phanh trên đƣờng thẳng, bằng phẳng .................... 32
Hình 2. 9. Phân bố ứng suất và phản lực từ đƣờng khi lốp lăn ........................................... 34
Hình 2. 10. Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh .............................................. 35
Hình 2. 11. Sơ đồ hệ thống phanh khí nén trên ơ tơ ............................................................ 38

Hình 2. 12. Sơ đồ van phân phối trong hệ thống phanh khí nén ......................................... 41
Hình 2. 13. Sơ đồ nút chia khí nén đến các bầu phanh ....................................................... 42
Hình 2. 14. Sơ đồ van gia tốc trên dòng phanh cầu sau ...................................................... 43
Hình 2. 15. Sơ đồ mơ tả bầu phanh ..................................................................................... 44
Hình 3. 1. Quy luật biến thiên của áp suất khí nén trong bầu phanh khi điều khiển ở tần số
0,5 Hz (bên trái) và 5 Hz (bên phải) .................................................................................... 48
Hình 3. 2. Quy luật biến thiên giá trị áp suất cao nhất và thấp nhất trong bầu phanh phía
sau theo tần số của xung điều khiển .................................................................................... 48
Hình 3. 3. Lƣu đồ thuật toán điều khiển ABS theo gia tốc góc bánh xe ............................. 51

ix


Hình 3. 4. Sơ đồ mạch của cảm biến E2A-S08KS02-WP-C1 2M ...................................... 53
Hình 3. 5. Vành răng và cảm biến lắp lên xe ...................................................................... 54
Hình 3. 6. Phƣơng pháp đo tần số ....................................................................................... 55
Hình 3. 7. Thơng tin bộ điều khiển thu đƣợc từ cảm biến ................................................... 58
Hình 3. 8. Sơ đồ một mơ đun trong mơ hình mơ phỏng bộ điều khiển hệ thống ABS theo
độ trƣợt của bánh xe ............................................................................................................ 59
Hình 3. 9. Sơ đồ một mơ đun trong mơ hình mơ phỏng bộ điều khiển hệ thống ABS theo
gia tốc góc của bánh xe........................................................................................................ 60
Hình 3. 10. Sơ đồ khối mơ hình mơ phỏng chuyển động thẳng của ơ tơ khi phanh bởi hệ
thống phanh khí nén có ABS ............................................................................................... 61
Hình 3. 11. Các pha điều khiển hệ thống theo độ trƣợt của bánh xe ................................... 63
Hình 3. 12. Biến thiên giá trị độ trƣợt, gia tốc góc và biến điều khiển ECU theo thời gian 64
Hình 3. 13. Gia tốc góc của bánh xe khi phanh trên đƣờng khơ, v0 = 40 km/h .................. 66
Hình 3. 14. Độ trƣợt của bánh xe khi phanh trên đƣờng khơ, v0 = 40 km/h ....................... 66
Hình 3. 15. Vận tốc của bánh xe và của xe khi phanh trên đƣờng khơ, v0 = 40 km/h ........ 66
Hình 3. 16. Quãng đƣờng phanh khi phanh trên đƣờng khô, v0 = 40 km/h ........................ 67
Hình 3. 17. Gia tốc góc của bánh xe khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ................... 67

Hình 3. 18. Độ trƣợt của bánh xe khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ........................ 67
Hình 3. 19. Vận tốc của bánh xe và của xe khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ......... 68
Hình 3. 20. Quãng đƣờng phanh khi phanh trên đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h ......................... 68
Hình 4. 1. Sơ đồ quy trình mơ phỏng thực nghiệm xác định ngƣỡng gia tốc góc điều khiển
ABS ..................................................................................................................................... 71
Hình 4. 2. Cấu trúc bộ điều khiển điện tử của hệ thống phanh ABS................................... 72
Hình 4. 3. Bộ điều khiển điện tử hệ thống ABS .................................................................. 73
Hình 4. 4. Phần mềm hiển thị và ghi dữ liệu vận tốc góc bánh xe ...................................... 74
Hình 4. 5. Thiết bị đánh dấu quãng đƣờng phanh trên xe thử nghiệm ................................ 75
Hình 4. 6. Thiết bị đo ghi đa kênh DEWE5000 và các cảm biến ........................................ 76
x


Hình 4. 7. Vận tốc góc bốn bánh xe khi phanh với vận tốc ban đầu 40 km/h không dùng
ABS ..................................................................................................................................... 77
Hình 4. 8. Đồ thị vận tốc góc bánh xe khi phanh tại vận tốc 40km/h có ABS .................... 78
Hình 4. 9. Ảnh hƣởng của giá trị ngƣỡng gia tốc đến vận tốc góc bánh xe ........................ 79
Hình 4. 10. Quy luật biến thiên vận tốc góc các bánh xe khi thực nghiệm phanh trên đƣờng
tốt với vận tốc ban đầu 40km/h có ABS (sử dụng bộ giá trị ngƣỡng trong bảng Bảng 4. 2)
............................................................................................................................................. 81
Hình 4. 11. Biến thiên vận tốc góc các bánh xe khi phanh có ABS trên đƣờng phủ nhựa
asphalt khô, v0 = 40 km/h .................................................................................................... 82
Hình 4. 12. Biến thiên vận tốc góc các bánh xe khi phanh có ABS trên đƣờng phủ nhựa
asphalt ƣớt, v0 = 40 km/h..................................................................................................... 83

xi


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài

Cơng nghiệp ơ tơ là ngành công nghiệp tạo nhiều việc làm và giá trị vật chất lớn
cho xã hội. Hiện nay trong nƣớc đã có nhiều cơng ty sản xuất, lắp ráp ơ tô để phục vụ nhu
cầu trong nƣớc và xuất khẩu. Việc tiếp cận khoa học công nghệ cao là vấn đề cấp thiết,
giúp Việt Nam có thể sản xuất đƣợc ô tô hiện đại, đạt các tiêu chuẩn quốc tế và cạnh tranh
tốt về chất lƣợng và giá thành với các sản phẩm ô tô trên thế giới.
Hệ thống phanh là hệ thống an toàn chủ động quan trọng trên ô tô. Vận tốc và tải
trọng của xe tải ngày càng cao nên yêu cầu hệ thống phanh phải có hiệu quả càng cao. Bên
cạnh đó cần phải tăng tính năng ổn định hƣớng chuyển động cho xe khi phanh, đặc biệt là
khi phanh gấp. Hiệu quả phanh và ổn định hƣớng chuyển động của ô tô khi phanh phụ
thuộc nhiều yếu tố, trong đó điều khiển q trình phanh là yếu tố có ảnh hƣởng lớn nhất.
Trên các xe ô tô tải tải trọng trung bình và lớn sử dụng hệ thống phanh khí nén có
độ trễ cao, phân bố trọng lƣợng trên các cầu xe thay đổi lớn theo điều kiện chở tải nên hiệu
quả phanh bị ảnh hƣởng rất lớn. Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS) là một
hệ thống quan trọng, nhằm tăng tính ổn định hƣớng chuyển động và hiệu quả phanh. Nhờ
đó nâng cao tính an tồn khi vận hành cho xe. Một số nƣớc tiên tiến đã quy định bắt buộc
phải lắp đặt hệ thống ABS trên các loại xe tải.
Trên thế giới, các hãng sản xuất lớn đã nghiên cứu rất sâu về hệ thống ABS, có
thực nghiệm kiểm chứng và đã ứng dụng thƣơng mại vào hầu hết các loại xe. Tuy nhiên
các tài liệu, kết quả nghiên cứu là tƣ liệu riêng của các hãng, không đƣợc cơng bố hoặc có
cơng bố chỉ mang tính chất hƣớng dẫn sử dụng.
Trong khi đó, các xe tải hiện đang sử dụng trong nƣớc đa số sử dụng hệ thống
phanh khí nén và khơng có ABS. Do đó, việc nghiên cứu, làm chủ kỹ thuật, công nghệ
hiện đại trên ô tơ nói chung, hệ thống phanh ABS khí nén nói riêng để từng bƣớc nghiên
cứu chế tạo, thay thế các cụm chi tiết trong hệ thống ABS của các hãng có ý nghĩa thực
tiễn đối với ngành cơng nghiệp ơ tô nƣớc ta, giúp nâng cao chất lƣợng và khả năng cạnh
tranh cho các sản phẩm ô tô chế tạo trong nƣớc.
Đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nƣớc: ―Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm
hệ thống ABS cho hệ thống phanh khí nén dùng trên ơ tơ lắp ráp tại Việt Nam‖, mã số
KC.03.05/11-15 (sau đây gọi tắt là đề tài KC.03.05/11-15) do Trƣờng Đại học Bách khoa
-1-

Hà Nội chủ trì thực hiện nhiều nội dung nghiên cứu, chế tạo các cụm chi tiết trong hệ
thống ABS. Trong các nội dung nghiên cứu của đề tài KC.03.05/11-15, nội dung nghiên
cứu, chế tạo bộ điều khiển điện tử yêu cầu có các kết quả nghiên cứu chi tiết về phƣơng
pháp và thuật toán điều khiển ABS và giá trị ngƣỡng điều khiển ABS. Đây là vấn đề
nghiên cứu khơng đƣợc các hãng cơng bố, cần phải có phƣơng pháp nghiên cứu khoa học,
trang thiết bị hiện đại để hoàn thiện nghiên cứu.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên, nghiên cứu sinh chọn đề tài: “Nghiên cứu
hệ thống ABS dẫn động khí nén” nhằm triển khai một số nội dung nghiên cứu của đề tài
KC.03.05/11-15.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Hiện nay trong nƣớc có nhiều doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ơ tơ sử dụng hệ thống
phanh khí nén với sản lƣợng và chủng loại ngày càng tăng. Tuy nhiên đa số các chủng loại
ô tô này chƣa đƣợc trang bị ABS. Hệ thống ABS đang đƣợc nhập khẩu nguyên bộ nên phụ
thuộc nhiều vào các hãng sản xuất ở nƣớc ngoài, làm tăng giá thành sản xuất. Do đó, việc
nghiên cứu hệ thống phanh ABS khí nén để từng bƣớc nghiên cứu chế tạo, thay thế các
cụm chi tiết trong hệ thống ABS của các hãng có ý nghĩa thực tiễn đối với ngành công
nghiệp ô tô và công nghiệp phụ trợ trong nƣớc, giúp nâng cao chất lƣợng và khả năng cạnh
tranh cho các sản phẩm ô tô chế tạo trong nƣớc.
Luận án đã giải quyết đƣợc các vấn đề: Xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống
phanh khí nén có ABS, đề xuất một thuật toán điều khiển hệ thống theo gia tốc góc bánh
xe; Thơng qua bƣớc mơ phỏng hoạt động của hệ thống trên máy tính, luận án đánh giá
đƣợc gần đúng đặc tính của hệ thống ABS khí nén trên một mẫu xe nghiên cứu, sơ bộ xác
định đƣợc ngƣỡng giá trị gia tốc góc của bánh xe để điều khiển chuyển đổi giữa các pha
tăng áp, giữ áp, giảm áp trong chu trình hoạt động của ABS; Nghiên cứu đặc tính của cảm
biến đo vận tốc góc bánh xe lên ơ tơ, từ đó xác định đƣợc gia tốc góc của bánh xe; Nghiên
cứu thực nghiệm nhằm hiệu chỉnh giá trị ngƣỡng gia tốc góc điều khiển. Đây là các vấn đề
có tính khoa học, là cơ sở cho các nghiên cứu hoàn thiện tiếp theo của hệ thống ABS khí
nén.

Kết quả nghiên cứu của luận án đƣợc đề tài KC.03.05/11-15 ứng dụng vào sản xuất
thử nghiệm bộ điều khiển điện tử ABS cho hệ thống phanh khí nén trên xe ơ tơ tải. Kết quả
thử nghiệm cho thấy hệ thống ABS hoạt động ổn định, hiệu quả phanh của ơ tơ trong
trƣờng hợp có ABS đƣợc cải thiện so với trƣờng hợp khơng có ABS.
-2-


Nội dung và bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án
đƣợc trình bày trong bốn chƣơng và sáu phụ lục:
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: Trình bày tổng hợp kết quả
nghiên cứu về điều khiển hệ thống ABS khí nén trên thế giới và trong nƣớc; qua đó tìm ra
những vấn đề cịn tồn tại trong các cơng trình nghiên cứu tại Việt Nam để xác định nội
dung và mục tiêu luận án cần thực hiện.
CHƢƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Trình bày nghiên cứu cơ sở lý thuyết điều
khiển của hệ thống ABS, nghiên cứu và mơ hình hóa chuyển động của ơ tơ trong q trình
phanh; nghiên cứu và mơ hình hóa hoạt động của hệ thống phanh khí nén trên xe nghiên
cứu.
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ
NÉN: Trình bày nghiên cứu, đề xuất phƣơng pháp và thuật tốn điều khiển hệ thống phanh
khí nén có ABS, nghiên cứu và mơ hình hóa hoạt động của hệ thống ABS làm cơ sở cho
nghiên cứu xác định giá trị ngƣỡng điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS bằng
phƣơng pháp mơ phỏng trên máy tính.
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM: Trình bày nghiên cứu thực nghiệm
xác định giá trị ngƣỡng điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS kết quả thử nghiệm
đánh giá hiệu quả phanh của hệ thống ABS trên xe nghiên cứu.
Phần kết luận và kiến nghị: Đánh giá kết quả nghiên cứu của luận án, đề xuất
hƣớng phát triển của các cơng trình nghiên cứu tiếp theo để từng bƣớc hoàn thiện hệ thống
phanh ABS khí nén.
Các kết quả nghiên cứu mới của luận án

Luận án đạt đƣợc các kết quả nghiên cứu mới sau:
 Xác định đƣợc khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khí nén
có ABS trên xe nghiên cứu;
 Xây dựng đƣợc mơ hình mơ phỏng hệ thống phanh khí nén có ABS trên ơ tơ tải
cỡ trung bình;
 Đề xuất đƣợc phƣơng pháp điều khiển và một thuật tốn điều khiển hệ thống
phanh khí nén có ABS;
-3-




Xác định đƣợc bộ giá trị ngƣỡng gia tốc góc bánh xe dùng để điều khiển
chuyển pha làm việc của các van chấp hành ABS trong q trình ABS khí nén
hoạt động.

Equation Chapter (Next) Section 1

-4-


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Hệ thống phanh trên ơ tơ ngày càng phát triển hồn thiện về kết cấu và q trình
điều khiển, nâng cao tính năng an tồn cho xe ơ tơ. Nhiều thành tựu khoa học, công nghệ
đƣợc ứng dụng ngày càng phổ biến trên ô tô nói chung và hệ thống phanh nói riêng. Trên
cơ sở phân tích, đánh giá các cơng trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam, luận án
đề xuất các nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu.

1.1. Hệ thống phanh ABS khí nén trên xe ơ tơ
ABS (Anti-lock Braking System) là hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh.

ABS điều khiển áp suất phanh để duy trì lực bám dọc và bám ngang của bánh xe với mặt
đƣờng ở mức cao, nhờ đó nâng cao tính ổn định hƣớng chuyển động của ơ tơ khi phanh,
duy trì khả năng dẫn hƣớng và giảm quãng đƣờng phanh [69]. Trong trƣờng hợp phanh
trên đƣờng khô và với vận tốc cao (trên 35 km/h), quãng đƣờng phanh khi có ABS ngắn
hơn khi khơng có ABS. Tuy nhiên, trong trƣờng hợp phanh từ vận tốc thấp hơn, phanh trên
đƣờng trơn trƣợt, quãng đƣờng phanh khi có ABS có thể dài hơn khi khơng có ABS [59].
Hiệu quả của ABS khi phanh ở vận tốc thấp không cao nên hệ thống ABS khơng đƣợc kích
hoạt. Giới hạn vận tốc của ơ tơ trƣớc khi phanh để kích hoạt hệ thống ABS khác nhau theo
từng loại xe và theo nhà sản xuất ABS. Hệ thống ABS lắp trên xe tải rơ moóc hoặc sơ mi
rơ moóc giúp hạn chế đƣợc nguy cơ đầu kéo bị quay ngƣợc (jackknifing) khi phanh gấp,
nâng cao tính an tồn cho ơ tơ. Hơn nữa, các bánh xe khơng bị trƣợt lết trong q trình
phanh nên hạn chế đƣợc tốc độ mài mòn của lốp xe [69].
So với hệ thống phanh thủy lực có ABS, hệ thống phanh ABS khí nén có tần số làm
việc thấp hơn do q trình biến đổi áp suất khí nén trong bầu phanh chậm hơn nhiều so với
quá trình biến đổi áp suất dầu trong hệ thống phanh thủy lực. Theo công bố của hãng
Wabco [67], [68], [69], tần số hoạt động của hệ thống ABS khí nén do hãng chế tạo nằm
trong khoảng từ 3 đến 5 Hz.
Hiện nay hệ thống phanh ABS sử dụng cảm biến để xác định tình trạng lăn của
bánh xe, từ đó đƣa ra tín hiệu điều khiển van chấp hành ABS theo thuật toán đã đƣợc định
trƣớc. Một số hệ thống hiện đại cịn tích hợp thêm cảm biến đo gia tốc dài của thân xe để
gia tăng hiệu quả điều khiển quá trình phanh. Dựa trên cấu trúc của hệ thống ABS cơ bản,
các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều hệ thống điều khiển khác nhằm nâng cao tính năng
ổn định và an toàn nhƣ hệ thống tự động điều khiển lực kéo (ATC - Automatic Traction
-5-


Control); Hệ thống điều khiển cân bằng điện tử (ESC - Electronic Stability Control) …
[48], [49].
Trên thế giới, ABS liên tục đƣợc nghiên cứu và phát triển nên hiệu quả của hệ
thống ngày càng cao. Ban đầu, hệ thống ABS khí nén lắp đặt trên xe tải nhƣ một lựa chọn

thêm cho sự an toàn, nhƣng với sự hiệu quả vƣợt trội của nó nên từ năm 1991, các nƣớc
Châu Âu đã bắt buộc các hãng phải lắp ABS lên xe tải hạng nặng, đến năm 1998 tiếp tục
áp dụng bắt buộc trên các loại xe tải hạng nhẹ [49]. Hiện nay, ABS đƣợc lắp đặt rộng rãi
trên hầu hết các loại xe, kể cả máy kéo nông nghiệp nhƣ một tiêu chuẩn an tồn [36].
Trong nƣớc hiện nay có nhiều doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô sử dụng hệ thống
phanh khí nén nhƣ Tổng cơng ty Máy động lực và máy nông nghiệp (VEAM), Công ty Cổ
phần ô tô Trƣờng Hải, Công ty cổ phẩn ô tô TMT, Công ty TNHH ô tô Chiến thắng,
Vinaxuki …. Sản phẩm ô tô của các doanh nghiệp ô tô trong nƣớc rất đa dạng, từ xe tải
trọng nhỏ đến các xe tải trọng lớn, từ xe con đến xe khách, xe bt. Trong đó, các xe tải cỡ
trung bình trở lên và xe khách, xe buýt đƣợc trang bị hệ thống phanh khí nén. Số lƣợng xe
sử dụng hệ thống phanh khí nén khá lớn và ngày càng tăng. Tuy nhiên, chỉ có một số ít loại
xe có trang bị hệ thống phanh khí nén có ABS, cịn đa số các dịng cịn lại khơng có ABS.
ABS khí nén là hệ thống phức tạp, chủ yếu đƣợc nhập khẩu nguyên bộ từ các hãng
nhƣ Wabco, Bendix … nên giá thành của ơ tơ sản xuất, lắp ráp trong nƣớc có ABS bị tăng
cao. Với xu hƣớng nâng cao tính năng an toàn cho xe, gia tăng tỉ lệ nội địa hóa sản phẩm,
giảm giá thành sản xuất, các nhà sản xuất buộc phải nghiên cứu, hoàn thiện sản phẩm để
từng bƣớc làm chủ các cơng nghệ, quy trình cơng nghệ sản xuất.

1.2. Lịch sử phát triển hệ thống ABS khí nén
Quá trình phát triển hệ thống phanh ABS đã trải qua thời gian rất dài với nhiều
thành tựu đáng kể. Các nhà sản xuất dần chuyển sang nghiên cứu chuyên sâu về từng loại
phanh. Có thể kể đến hãng Bosch rất nổi tiếng với sản phẩm ABS cho hệ thống phanh thủy
lực, hãng Wabco và Bendix chiếm thị phần lớn trên thị trƣờng ABS dùng cho hệ thống
phanh khí nén. Hai hãng này có q trình nghiên cứu, phát triển sản phẩm gần giống nhau.
Luận án trích dẫn một số sự kiện quan trọng của hãng Wabco [67], đại diện cho sự phát
triển của hệ thống ABS khí nén trên ô tô.
Năm 1969: Sau thời gian dài nghiên cứu, hệ thống phanh phanh ABS khí nén đầu
tiên đƣợc cơng bố tại triển lãm Ơ tơ IAA.
-6-

Năm 1974: Hãng WABCO và Mercedes-Benz chính thức ký kết thỏa thuận hợp tác
nhằm thúc đẩy phát triển hệ thống và thực hiện các thử nghiệm trên xe.
Năm 1975: WABCO bắt đầu phát triển hệ thống điều khiển điện tử của riêng mình
dựa trên việc xử lý tín hiệu tƣơng tự (Analog). WABCO đã hợp tác với các hãng khác để
mở rộng sản xuất.
Năm 1980: Giới thiệu thiết bị điện tử đƣợc số hóa hồn tồn. Máy vi tính là bộ xử
lý trung tâm. Thử nghiệm cuối cùng đƣợc thực hiện vào mùa đơng năm 1980 tại Lapland
với sự có mặt cùa nhiều chuyên gia từ nhiều nƣớc trên thế giới. Sau đó bộ điều khiển điện
tử hệ thống phanh này đƣợc sử dụng trên các xe thƣơng mại.
Năm 1981, hãng Mercedes-Benz và các hãng khác đã phát triển hệ thống ABS của
WABCO. Dòng sản phẩm thuộc thế hệ A gồm hệ thống điều khiển 2 kênh và điều khiển 4
kênh.
Năm 1986, hãng WABCO giới thiệu hệ thống chống trƣợt quay (qua hệ thống kiểm
soát lực kéo) với bộ điều khiển điện tử thế hệ B gồm 6 kênh điều khiển ABS.
Năm 1989, hãng WABCO giới thiệu cơ cấu chấp hành ABS dành cho mc kéo,
kèm theo bộ chẩn đốn lỗi theo tiêu chuẩn ISO.
Năm 1990, hãng WABCO giới thiệu bộ điều khiển ABS/ASR thế hệ C, với bộ chẩn
đoán lỗi và các chức năng bổ sung đi kèm.
Tháng 10 năm 1991, Các nƣớc Châu Âu (EC) bắt buộc phải lắp đặt hệ thống phanh
ABS trên các xe tải hạng nặng.
Năm 1996, hãng WABCO giới thiệu hệ thống hệ thống ABS thế hệ D dành cho xe
kéo moóc và giới thiệu hệ thống điều khiển điện tử cho hệ thống phanh EBS
(Electronically controlled Braking System).
Năm 1998, hệ thống EBS dành cho xe kéo mc đƣợc hồn thiện và bắt đầu bắt
buộc phải lắp đặt hệ thống ABS trên các xe tải hạng nhẹ hơn.
Năm 2000, giới thiệu hệ thống ABS thế hệ E trên xe kéo moóc.
Năm 2003, hệ thống ABS đƣợc phát triển thêm chức năng điều khiển ổn định
chống lật – RSC (Roll Stability Control).
Năm 2008, hệ thống ABS phiên bản E4 đƣợc phát triển. Đây là phiên bản có chức

năng mở rộng thêm cho ABS nhƣ: Hệ thống điều khiển ổn định điện tử (ESC - Electronic
-7-