Nghiên cứu xây dựng mô hình học cụ và tài liệu giảng dạy hệ thống phanh abs
- 93 trang
- file .pdf
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------
NGUYỄN VĂN TÀO
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỌC CỤ
VÀ TÀI LIỆU GIẢNG DẠYHỆ THỐNG PHANH ABS
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐÀM HOÀNG PHÚC
Hà Nội –12/2014
LỜI CAM ĐOAN
Để đảm bảo tính trung thực, khách quan trong quá trình nghiên cứu đề tài và thực
hiện nghiêm túc quy định về vấn đề sao chép tài liệu
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của thầy TS.
Đàm Hoàng Phúc. Đề tài được thực hiện tại bộ môn ô tô và xe chuyên dụng, viện cơ khí
động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Trên cơ sở nghiên cứu xây dựng mô hình
học cụ và tài liệu giảng dạy hệ thống phanh ABS dùng trong các Trung cấp Nghề, Cao
đẳng Nghề và Đại học.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2014
Tác giả
Nguyễn Văn Tào
LỜI CÁM ƠN
Là tác giả của luận văn này, tôi xin bài tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy TS.
Đàm Hoàng Phúc, người thầy trong thời gian qua đã hướng dẫn, tư vấn và hổ trợ cho tôi
hết sức tận tình để thực hiện hoàn thành luận văn theo đúng tiến độ đã đề ra.
Đồng thời tôi cũng xin chân thành cám ơn đến quý thầy, quý cô ở Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội và cơ sở đối tác của Trường, lời cám ơn đến quý Lãnh đạo và các anh,
chị, em đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện về cơ sở vật chất, thiết bị trong thời gian tôi
học và làm đề tài luận văn.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình đã khuyến khích, động viên, chia sẽ và hỗ
trợ tôi trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể học viên lớp 13CKĐL-
VL, gia đình và bạn bè những người đã quan tâm, động viên và chi sẽ với chúng tôi trong
thời gian học tập và làm luận văn./.
Tác giả
Nguyễn Văn Tào
Nhận xét của Giảng viên hướng dẫn
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Hà nội, Ngày …….. tháng ……... năm 2014
Giảng viên hướng dẫn
Nhận xét của Giảng viên phản biện
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Hà nội, Ngày …….. tháng ……... năm 2014
Giảng viên phản biện
MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ...........................................................4
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ...............................................................................6
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................8
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................................9
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................9
1.2. Lịch sử phát triển của hệ thống phanh ABS ......................................................11
1.3.Sơ lƣợc về nội dung và các thiết bị, mô hình giảng dạy về hệ thống phanh ABS
ở nƣớc ta trong thời gian qua ....................................................................................13
1.4. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn .....................................................................14
1.5. Giới hạn và phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................14
1.5.1. Giới hạn phạm vi nghiên cứu ......................................................................14
1.5.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................15
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG PHANH ABS .................................16
2.1. Đánh gía chất lƣợng phanh ................................................................................16
2.2. Nhiệm vụ hệ thống phanh ABS: ........................................................................16
2.3. Phân loại hệ thống phanh ABS: .........................................................................17
2.4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động:................................................................................21
Chƣơng 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỆ THỬ PHANH ABS MÔ HÌNH ..................33
3.1. Ý tƣởng thiết kế .................................................................................................33
3.2. Mục đích xây dựng mô hình thử nghiệm. ..........................................................34
3.3. Phƣơng án thiết kế.............................................................................................36
3.4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỆ THỬ PHANH ABS MÔ HÌNH ¼: ....................42
3.4.1. Động cơ dẫn động tang trống: .....................................................................42
3.4.2. Tỉ số truyền và các thông số hình học: ........................................................43
3.4.3. Tính toán truyền động đai: ...........................................................................45
3.4.4. Mô-men quán tính: ......................................................................................48
3.4.5. Tốc độ cực đại: ............................................................................................50
1
3.5. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN, THỦY LỰC. ..............................................53
3.5.1. Lựa chọn cơ cấu chấp hành và ECU ABS: ..................................................53
3.5.2. Thiết kế chế tạo mạch đo các thông số phanh: ............................................53
3.5.2.1. Mục đích thiết kế chế tạo: .....................................................................53
3.5.2.2. Cảm biến đo vận tốc xe và quãng đƣờng phanh: ..................................54
3.5.2.3. Cảm biến đo vận tốc bánh xe: ...............................................................58
3.5.2.4. Cảm biến đo áp suất phanh: ..................................................................60
3.5.2.5. Xây dựng mạch đo các thông số phanh:................................................62
3.5.2.6. Kiểm tra và hiệu chỉnh mạch đo: ........................................................64
3.6. HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH ........................................................................68
3.6.1. Nguồn điện ...................................................................................................68
3.6.2. Chế độ tự kiểm tra và chẩn đoán của ABS .................................................68
3.6.3. Chế độ đọc và xóa mã lỗi ............................................................................69
3.6.4. Cơ cấu tăng tải trọng bánh xe ......................................................................71
3.6.5. Dẫn động bánh xe ........................................................................................72
3.6.6. Dẫn động bơm chân không ..........................................................................72
3.6.7. Điều khiển phanh .........................................................................................72
3.6.8. Đọc các giá trị trên đồng hồ đo và đồ thị.....................................................73
Chƣơng 4: CÁC THỰC NGHIỆM VÀ BÀI TẬP THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH
ABS ...........................................................................................................................74
4.1. CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH THỬ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH: .......................74
4.1.2. Chuẩn bị thử nghiệm: ..................................................................................74
4.1.3. Chuẩn bị an toàn thử nghiệm: ......................................................................74
4.1.4. Chuẩn bị đối tƣợng thử nghiệm: ..................................................................75
Kiểm tra cơ cấu phanh: ..........................................................................................76
4.1.6. Thao tác thử nghiệm: ..................................................................................78
4.1.7. Xử lý số liệu thí nghiệm: ............................................................................78
4.2.1. Bài tập 1: Quan sát hoạt động của hệ thống ABS ......................................79
4.2.3. Bài tập 2: Đo tín hiệu điện áp của cảm biến tốc độ bánh xe .......................80
2
4.2.3. Bài tập 3: Đo tín hiệu điều khiển từ ECU đến van điện trong bộ điều khiển
thủy lực ..................................................................................................................81
4.2.4. Bài tập 4: Xác định mối quan hệ giữa tín hiệu cảm biến tốc độ bánh xe và
tín hiệu điều khiển các van điện của ECU .............................................................82
4.2.5. Bài tập 5: Thực tập chuẩn đoán và kiểm tra, sửa chữa ................................83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................88
3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
EBD Electronic Brake force Distribution ( hệ thống
phân phối lực phanh bằng điện tƣ )
BAS Brake Assist System
ABS Anti-lock Braking System (hệ thống chống hãm
cứng bánh xe khi phanh)
Mp N.m Môn men phanh
Pp max N Lực phanh cực đại
P N Lực bám giữa bánh xe với mặt đƣờng
Png N Lực bám ngang
Zb N Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe
Hệ số bám
Hệ số trƣợt
v m/s Vận tốc dài của xe.
Vận tốc dài của bánh xe
r mm Bán kính làm việc của bánh xe
x Hệ số bám dọc
y Hệ số bám ngang
Fx N Lực phanh
Fz N Lực ép lên bánh xe
r mm Bán kính
d mm Đƣờng kính
h mm Chiều cao
Mc N.m Mô-men tải trên trục động cơ
M c2 N.m Mô-men của các lực quán tính quy về trục động cơ
M c1 N.m Mô-men của các lực ma sát quy về trục động cơ
4
ndc v/p Tốc độ động cơ
nbx v/p Tốc độ bánh xe
i1 Tỉ số truyền bộ truyền đai
i2 Tỉ số truyền tang trống-bánh xe
i Tỉ số truyền hệ truyền động
Pdc kW Công suất định mức
l mm Chiều dài đai
A m2 Diện tích tiết diện đai
h mm Chiều cao đai
d1 mm Đƣờng kính bánh đai nhỏ
I Kgm2 Môn-men quán tính
p N/m2 Ap suất phanh
Hệ số ma sát
fv Hz Tần số
S m Quãng đƣờng phanh
1 rad/s Vận tốc bánh xe
2 rad/s Vận tốc xe
P bar Áp suất phanh
5
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phanh thông thƣờng. ........................................................17
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống phanh ABS. ......................................................................17
Hình 2.3: Bố trí kiểu chữ T. ......................................................................................18
Hình 2.4: Bố trí kiểu chữ X. ......................................................................................19
Hình 2.5: Loại 3 kênh điều khiển ..............................................................................19
Hình 2.6: Bộ chấp hành thủy lực ..............................................................................20
Hình 2.7: Sơ đồ khối hệ thống phanh ABS. ..............................................................21
Hình 2.8: Hệ số trƣợt λ% ..........................................................................................23
Hình 2.9: Các giai đoạn khi phanh của hệ thống phanh ABS...................................26
Hình 2.12: Vị trí các van khi phanh bình thƣờng. ....................................................29
Hình 2.13: Vị trí các van ở chế độ giữ áp. ................................................................30
Hình 2.14: Vị trí các van ở chế độ giảm áp. .............................................................31
Hình 2.15: Vị trí các van trong chế độ tăng áp. ........................................................32
Hinh 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống phanh ABS ........................................................34
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý phần cơ khí.....................................................................37
Hình 3.3: Mô hình thiết kế bệ phanh ........................................................................40
Bảng 3-1: Một số thông số động cơ dẫn động ..........................................................43
Bảng 3-2: Một số thông số hình học và tỉ số truyền của mô hình. ...........................44
Bảng 3-3: Thông số đai .............................................................................................48
Hình 3.4: Mặt ma sát trong và ngoài của đĩa phanh. ................................................51
Hình 3.5: Sơ đồ mạch điện, mạch thủy lực và các đồng hồ hiển thị........................53
Hinh 3.6: Sơ đồ nguyên lý đo vận tốc xe và quãng đƣờng phanh. ...........................54
Hình 3.7: Cảm biếm OMRONLJ8A3-2-Z/BX .........................................................55
Hình 3.8: Cấu tạo cảm biến. ......................................................................................56
Hình 3.9: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến....................................................................56
Hình 3.10: Tín hiệu cảm biến trƣớc và sau xử lý. .....................................................57
Hình 3.11: Cấu tạo cảm biến .....................................................................................58
Hình 3.12: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến tốc độ bánh xe. ........................................59
6
Hình 3.13: Tín hiệu cảm biến trƣớc và sau xử lý. .....................................................59
Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý đo áp suất phanh. .........................................................60
Bảng 3-6: Một số thông số của cảm biến SENSYS M5156-2-070 BG ....................60
Hình 3.16: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến áp suất phanh. .........................................61
Hình 3.17: Sơ đồ chân vi điều khiển ATMega48. ....................................................62
Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý mạch đo các thông số phanh ........................................63
Bảng 3-7a: So sánh kết quả đo vận tốc bánh xe........................................................64
Hình 3.19: Giắc kiểm tra chuẩn đoán và đèn báo ABS ............................................68
Bảng 3-10: Bảng mã lỗi các hƣ hỏng của hệ thống ABS trên mô hình ....................69
7
LỜI NÓI ĐẦU
An toàn giao thông là vấn đề quan tâm lớn của mọi ngƣời và xã hội khi lƣợng
xe lƣu thông trên đƣờng ngày càng nhiều. Hệ thống ABS (Anti-lock Braking
System) với chức năng chống hãm cứng bánh xe khi phanh, làm tăng hiệu suất
phanh, đảm bảo tính ổn định chuyển động của xe đang đem lại những hiệu quả thiết
thực và là xu hƣớng đang phát triển mạnh.
Thực tiễn ở nƣớc ta hiện nay, do đặc thù nền kinh tế mới phát triển và mở cửa,
số lƣợng ôtô đang tăng nhanh và đa dạng, phong phú về chủng loại. Đồng thời đang
hình thành một nền công nghiệp sản xuất ôtô còn non trẻ với nhiều tiềm năng to
lớn, đang đòi hỏi chúng ta phải nỗ lực hòa nhập và tiếp cận các qui trình công nghệ,
kỹ thuật cao để vận dụng và khai thác có hiệu quả.
Một trong những công việc cần làm là ở các trƣờng đại học, cao đẳng chuyên
ngành phải luôn cập nhật những kiến thức kỹ thuật mới, đầu tƣ các thiết bị để phục
vụ cho công tác giảng dạy. Với mục tiêu đó, đề tài này đã đƣợc thực hiện và đạt
đƣợc các kết quả sau:
- Chế tạo một mô hình hoạt động hệ thống ABS phù hợp và đáp ứng đƣợc các
yêu cầu giảng dạy và nghiên cứu hiện nay.
-Biên soạn tài liệu giảng dạy về hệ thống ABS.
Đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình học cụ và tài liệu giảng dạy hệ thống
phanh ABS” đã chọn để thực hiện làm đề tài luận văn tốt nghiệp. Qua đây tác giả
cũng bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc chân thành tới thấy TS. Đàm Hoàng Phúc – ngƣời
trực tiếp hƣớng dẫn cùng các thầy trong Bộ môn ô tô Viện cơ khí động lực - Trƣờng
Đại học Bách Khoa Hà Nội và bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ cũng nhƣ góp ý cho
tôi trong quá trình thực hiện đề tài luận văn của mình.
Xin chân thành cám ơn!
8
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đặt vấn đề
Hệ thống phanh (Brake System) là cơ cấu an toàn chủ động của ôtô, dùng để
giảm tốc độ hay dừng và đỗ ôtô trong những trƣờng hợp cần thiết. Nó là một trong
những cụm tổng thành chính và đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển ôtô
trên đƣờng.
Chất lƣợng của một hệ thống phanh trên ôtô đƣợc đánh giá thông qua tính hiệu
quả phanh (thể hiện qua các chỉ tiêu nhƣ quãng đƣờng phanh, gia tốc chậm dần,
thời gian phanh và lực phanh), đồng thời đảm bảo tính ổn định chuyển động của ôtô
khi phanh. Đây là vấn đề luôn đƣợc quan tâm và nghiên cứu của các nhà khoa học,
các chuyên gia kỹ thuật trong ngành công nghệ ôtô.
Nền công nghiệp ôtô đang ngày càng phát triển mạnh, số lƣợng ôtô tăng
nhanh, mật độ lƣu thông trên đƣờng ngày càng lớn. Các xe ngày càng đƣợc thiết kế
với công suất cao hơn, tốc độ chuyển động nhanh hơn thì yêu cầu đặt ra với hệ
thống phanh cũng càng cao và nghiêm ngặt hơn. Một ôtô có hệ thống phanh tốt, có
độ tin cậy cao thì mới có khả năng phát huy hết công suất, xe mới có khả năng chạy
ở tốc độ cao, tăng tính kinh tế nhiên liệu, tính an toàn và hiệu quả vận chuyển của
ôtô.
Một vấn đề lớn và cũng là bài toán quan trọng cần phải giải quyết đối với hoạt
động của hệ thống phanh, đó là khi ôtô phanh gấp hay phanh trên các loại đƣờng có
hệ số bám thấp nhƣ đƣờng trơn, đƣờng đóng băng, tuyết thì dễ xảy ra hiện tƣợng
sớm bị hãm cứng bánh xe, tức hiện tƣợng bánh xe bị trƣợt lết trên đƣờng khi phanh.
Khi đó quãng đƣờng phanh sẽ kéo dài hơn, tức hiệu quả phanh thấp đi, đồng thời
dẫn đến tình trạng mất tính ổn định hƣớng và khả năng điều khiển của ôtô. Nếu các
bánh xe trƣớc sớm bị bó cứng làm cho xe không thể chuyển hƣớng theo sự điều
khiển đƣợc; nếu các bánh sau bị bó cứng, do sự khác nhau về hệ số bám giữa bánh
trái và bánh phải với mặt đƣờng nên làm cho đuôi xe bị lạng, xe bị trƣợt ngang.
Trong trƣờng hợp xe phanh khi đang quay vòng, hiện tƣợng trƣợt ngang của các
9
bánh xe dễ dẫn đến các hiện tƣợng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất
tính ổn định khi xe quay vòng.
Để giải quyết bài toán về vấn đề hiệu quả và tính ổn định khi phanh này, phần
lớn các ô tô hiện nay đều đƣợc trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi
phanh, gọi là hệ thống “Anti-lock Braking System” và thƣờng đƣợc viết và gọi tắt
là hệ thống ABS. Hệ thống hoạt động chống hiện tƣợng bị hãm cứng của bánh xe
bằng cách điều khiển thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các cơ cấu phanh ở các bánh
xe để ngăn không cho nó bị hãm cứng khi phanh trên đƣờng trơn hay khi phanh
gấp, đảm bảo tính hiệu quả và tính ổn định của ôtô trong quá trình phanh.
Ngày nay, hệ thống ABS đƣợc giữ một vai trị quan trọng không thể thiếu
trong các hệ thống phanh hiện đại, đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối với phần lớn
các nƣớc trên thế giới. Ở thị trƣờng Việt Nam, ngoài một phần lớn các xe nhập cũ
đã qua sử dụng, một số loại xe đƣợc lắp ráp trong nƣớc cũng đƣợc trang bị hệ thống
này.
Để sử dụng và khai thác có hiệu quả tất cả các tính năng ƣu việt của hệ thống
ABS nói riêng và của ôtô nói chung, việc nghiên cứu và truyền đạt kiến thức cho
sinh viên, học sinh nắm vững hệ thống này là rất cần thiết. Nội dung về hệ thống
ABS đã đƣợc một số trƣờng đại học, cao đẳng, trung cấp nghề chuyên ngành, các
trung tâm đào tạo nghề đƣa vào giảng dạy trong nhiều năm qua. Nhƣng nhìn chung,
hiệu quả chƣa cao và có những khó khăn chung nhƣ : tài liệu tham khảo về hệ thống
ABS cũng chƣa có nhiều và còn tản mạn, thiếu tính hệ thống; các mô hình, thiết bị
về hệ thống ABS để phục vụ cho công tác giảng dạy thực hành vẫn còn rất ít, thiếu
tính đồng bộ, chƣa hoạt động hoàn thiện, chỉ đơn thuần là một mô hình cấu tạo. Vì
vậy, nội dung truyền đạt cho sinh viên về hệ thống này vẫn còn đơn điệu, nghiêng
về cấu tạo và hoạt động đơn giản của hệ thống, thiếu tính sinh động và thực tiễn.
Đang có một khoảng cách khá xa giữa thực tế bên ngoài và những gì đang giảng
dạy trong nhà trƣờng.
Với mong muốn góp phần nâng cao chất lƣợng giảng dạy, học tập và nghiên
cứu về hệ thống này, đề tài “Nghêin cứu xây dựng mô hình học cụ và tài liệu giảng
10
dạy hệ thống phanh ABS” thật sự cần thiết và đƣợc thực hiện với hai nhiệm vụ
chính:
- Thiết kế và chế tạo một mô hình hệ thống phanh thủy lực có trang bị hệ
thống ABS trên cơ sở các thiết bị của một ôtô thật, phục vụ cho công tác giảng dạy
thực hành và có thể tiến hành các thực nghiệm về hoạt động của hệ thống ABS.
- Biên soạn tài liệu giảng dạy về hệ thống ABS để phục vụ cho công tác giảng
dạy cho sinh viên chuyên ngành cơ khí ôtô trong các trƣờng đại học, cao đẳng,
trung cấp nghề, các lớp chuyên đề về ôtô.
Kết hợp các kiến thức về cơ sở lý thuyết trong tài liệu giảng dạy với các bài
tập thực hành trên mô hình sẽ giúp cho quá trình dạy và học đƣợc sinh động và dễ
hiểu hơn.
1.2. Lịch sử phát triển của hệ thống ABS
Với sự hiểu biết đơn giản và kinh nghiệm, để tránh hiện tƣợng các bánh xe bị
hãm cứng trong quá trình phanh khi lái xe trên đƣờng trơn trƣợt, ngƣời lái xe đạp
phanh bằng cách nhịp liên tục lên bàn đạp phanh để duy trì lực bám ngăn không cho
bánh xe bị trƣợt lết và đồng thời có thể điều khiển đƣợc hƣớng chuyển động của xe.
Về cơ bản, chức năng của hệ thống phanh ABS cũng giống nhƣ vậy nhƣng hiệu
quả, độ chính xác và an toàn cao hơn.
Hệ thống ABS đƣợc sử dụng lần đầu tiên trên các máy bay thƣơng mại vào
năm 1949, chống hiện tƣợng trƣợt ra khỏi đƣờng băng khi máy bay hạ cánh. Với
công nghệ thời đó, kết cấu của hệ thống ABS còn cồng kềnh, hoạt động không tin
cậy và không tác động đủ nhanh trong mọi tình huống. Trong quá trình phát triển,
ABS đã đƣợc cải tiến từ loại cơ khí sang loại điện và hiện nay là loại điện tử.
Vào thập niên 1960, nhờ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch điện tử
(microchip) ra đời, giúp hệ thống ABS lần đầu tiên đƣợc lắp trên ôtô vào năm 1969.
Sau đó, hệ thống ABS đã đƣợc nhiều công ty sản xuất ôtô nghiên cứu và đƣa vào
ứng dụng từ những năm 1970. Công ty Toyota sử dụng lần đầu tiên cho các xe tại
Nhật từ năm 1971, đây là hệ thống ABS 1 kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau.
Nhƣng phải đến thập niên 1980 hệ thống này mới đƣợc phát triển mạnh nhờ hệ
11
thống điều khiển kỹ thuật số, vi xử ly (digital microprocessors/ microcontrollers)
thay cho các hệ thống điều khiển tƣơng tự (analog) đơn giản trƣớc đó.
Lúc đầu hệ thống ABS chỉ đƣợc lắp trên các xe du lịch cao cấp, đắt tiền, đƣợc
trang bị theo yêu cầu và theo thị trƣờng. Dần dần hệ thống này đƣợc đƣa vào sử
dụng rộng rãi hơn, đến nay ABS gần nhƣ đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho tất cả
các loại xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có đƣờng
băng, tuyết dễ trơn trƣợt. Ngày nay, hệ thống ABS không chỉ đƣợc thiết kế trên các
hệ thống phanh thủy lực, mà còn ứng dụng rộng rãi trên các hệ thống phanh khí nén
của các xe tải và xe khách lớn.
Nhằm nâng cao tính ổn định và tính an toàn của xe trong mọi chế độ hoạt
động nhƣ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, khi đi vào đƣờng vòng với tốc độ
cao, khi phanh trong những trƣờng hợp khẩn cấp,… hệ thống ABS còn đƣợc thiết
kế kết hợp với nhiều hệ thống khác:
Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo Traction control (hay
ASR) làm giảm bớt công suất động cơ và phanh các bánh xe để chống hiện tƣợng
các bánh xe bị trƣợt lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, bỡi điều này
làm tổn hao vô ích một phần công suất của động cơ và mất tính ổn định chuyển
động của ôtô.
Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử EBD
(Electronic Brake force Distribution) nhằm phân phối áp suất dầu phanh đến các
bánh xe phù hợp với các chế độ tải trọng và chế độ chạy của xe.
Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống BAS (Brake Assist System) làm tăng
thêm lực phanh ở các bánh xe để có quãng đƣờng phanh là ngắn nhất trong trƣờng
hợp phanh khẩn cấp.
Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống ổn định ôtô bằng điện tử (ESP), không
chỉ có tác dụng trong khi dừng xe, mà còn can thiệp vào cả quá trình tăng tốc và
chuyển động quay vòng của ôtô, giúp nâng cao hiệu suất chuyển động của ôtô trong
mọi trƣờng hợp.
12
Ngày nay, với sự phát triển vƣợt bậc và hỗ trợ rất lớn của kỹ thuật điện tử, của
ngành điều khiển tự động và các phần mềm tính toán, lập trình cực mạnh đã cho
phép nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng các phƣơng pháp điều khiển mới trong ABS
nhƣ điều khiển mờ, điều khiển thông minh, tối ƣu hóa quá trình điều khiển ABS.
Các công ty nhƣ BOSCH, AISIN, DENSO, BENDIX là những công ty đi đầu
trong việc nghiên cứu, cải tiến và chế tạo các hệ thống ABS và cung cấp cho các
công ty sản xuất ôtô trên toàn thế giới.
1.3. Sơ lược về nội dung và các thiết bị, mô hình giảng dạy về hệ thống ABS ở
nước ta trong thời gian qua
Nhờ sự phát triển nhanh về khoa học kỹ thuật, trên thế giới đã có rất nhiều
công trình nghiên cứu về hệ thống phanh ABS và đƣa vào ứng dụng có hiệu quả,
ngày càng cải tiến và tối ƣu hóa quá trình điều khiển của hệ thống. Theo đó, nội
dung chƣơng trình và công nghệ chế tạo mô hình để phục vụ cho công tác giảng dạy
cũng đƣợc làm rất tốt. Những kết cấu mới, hệ thống mới đƣợc đƣa ra sử dụng bên
ngoài cũng đều đƣợc đƣa lên mô hình để giảng dạy.
Các mô hình hệ thống phanh ABS thƣờng đƣợc chế tạo dựa trên các chi tiết
thật của ôtô và có các dạng: mô hình các cụm chi tiết rời, mô hình cắt các chi tiết,
mô hình cấu tạo của hệ thống và mô hình làm việc. Các mô hình làm việc của hệ
thống ABS do các công ty chuyên sản xuất thiết bị dạy học ở các nƣớc sản suất
đƣợc thiết kế trên sa bàn và bố trí đầy đủ nhƣ một hệ thống thật trên xe, có thể xem
nhƣ một hệ thống phanh trên xe thu nhỏ lại. Giá thành của các mô hình nhƣ vậy là
rất cao.
Trong thời gian qua, việc giảng dạy về hệ thống ABS ở nƣớc ta còn gặp nhiều
khó khăn, cả về tài liệu lẫn thiết bị nhƣ đã nói ở trên. Nhiều trƣờng đƣa nội dung
này vào giảng dạy nhƣng vẫn còn đơn giản, thậm chí nhiều trƣờng còn chƣa đƣa
vào giảng dạy. Nhìn chung mức đầu tƣ của ta chƣa xứng tầm với nhu cầu phát triển
hiện nay.
Đặc biệt, về mảng thiết bị và mô hình dạy học về hệ thống ABS, do giá thành
của các thiết bị ngoại nhập quá cao, nhiều trƣờng khó có thể trang bị. Việc nghiên
13
cứu và chế tạo các mô hình dạy học ở trong nƣớc vẫn còn ở mức qui mô nhỏ, phần
lớn là do nhu cầu cấp thiết của công tác giảng dạy, nên tự thiết kế và thi công. Một
số công ty sản xuất đồ dùng dạy học ở nƣớc ta cũng đã nghiên cứu, chế tạo nhiều
thiết bị, mô hình dạy học, nhƣng về hệ thống ABS gần nhƣ rất ít và đơn giản, phần
lớn là chỉ dùng để dạy cấu tạo và giới thiệu nguyên lý hoạt động cơ bản, thiếu một
số chức năng cần thiết để học tập và nghiên cứu trên mô hình, nhƣ không quan sát
đƣợc các chế độ hoạt động của hệ thống, không đo kiểm đƣợc một số thông số cơ
bản,…
Viện Vật lý có chế tạo một số mô hình hoạt động của hệ thống ABS, nhƣng
trên cơ sở các thiết bị của hệ thống phanh xe gắn máy, lập trình chƣơng trình điều
khiển cũng không giống nhƣ hoạt động của một hệ thống phanh thật.
Nhìn chung, với các thiết bị và mô hình đã có, chƣa thể đáp ứng đƣợc nhu cầu
giảng dạy hiện nay về hệ thống ABS.
1.4. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn
Đề tài “xây dựng mô hình học cụ và tài liệu giảng dạy hệ thống phanh ABS”,
nội dung nghiên cứu của luận văn đƣợc thực hiện với các mục tiêu sau:
- Kết cấu và nguyên lý làm việc hệ thống phanh ABS trên ô tô hiện nay.
- Mô hình thể hiện rõ chức năng làm việc của hệ thống ABS dùng để phục vụ
tốt cho công tác giảng dạy lý thuyết và thực hành.
- Nội dung luận văn trình bày một cách có hệ thống về ABS nhƣ: cơ sở lý
thuyết, nguyên tắc điều khiển, cấu tạo và hoạt động của hệ thống ABS và có thể
dùng làm tài liệu giảng dạy cho các đối tƣợng là sinh viên, học sinh chuyên ngành
cơ khí ôtô của các trƣờng đại học, cao đẳng, trung cấp nghề chuyên ngành, các
trung tâm đào tạo nghề và có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ, công
nhân kỹ thuật chuyên ngành.
1.5. Giới hạn và phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
14
Do hạn chế về thời gian và kinh phí, nên phạm vi nghiên cứu của đề tài xin
đƣợc giới hạn ở hệ thống phanh thủy lực có trang bị hệ thống ABS. Đây là hệ thống
phanh điển hình đƣợc trang bị nhiều nhất trên các xe hiện nay.
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu
Với mục tiêu là “Xây dựng mô hình học cụ và tài liệu giảng dạy hệ thống
phanh ABS” để phục vụ công tác giảng dạy, nên phƣơng pháp nghiên cứu chính ở
đây là phƣơng pháp tham khảo tài liệu kết hợp với phƣơng pháp thực nghiệm, phù
hợp với nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.
Dựa trên các nguồn tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, tiến
hành chọn lọc, phân tích, và hệ thống hóa, giải thích bản chất vật lý của các hiện
tƣợng xảy ra trong quá trình phanh, từ đó có những phân tích, đánh giá tính hiệu
quả và phạm vi ứng dụng của hệ thống ABS, giúp ngƣời đọc nắm đƣợc một cách có
hệ thống bản chất hoạt động của hệ thống.
Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng mô hình hoạt
động của hệ thống ABS và giải thích cơ chế các quá trình điều khiển của ABS.
15
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------
NGUYỄN VĂN TÀO
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỌC CỤ
VÀ TÀI LIỆU GIẢNG DẠYHỆ THỐNG PHANH ABS
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐÀM HOÀNG PHÚC
Hà Nội –12/2014
LỜI CAM ĐOAN
Để đảm bảo tính trung thực, khách quan trong quá trình nghiên cứu đề tài và thực
hiện nghiêm túc quy định về vấn đề sao chép tài liệu
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn của thầy TS.
Đàm Hoàng Phúc. Đề tài được thực hiện tại bộ môn ô tô và xe chuyên dụng, viện cơ khí
động lực, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Trên cơ sở nghiên cứu xây dựng mô hình
học cụ và tài liệu giảng dạy hệ thống phanh ABS dùng trong các Trung cấp Nghề, Cao
đẳng Nghề và Đại học.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2014
Tác giả
Nguyễn Văn Tào
LỜI CÁM ƠN
Là tác giả của luận văn này, tôi xin bài tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy TS.
Đàm Hoàng Phúc, người thầy trong thời gian qua đã hướng dẫn, tư vấn và hổ trợ cho tôi
hết sức tận tình để thực hiện hoàn thành luận văn theo đúng tiến độ đã đề ra.
Đồng thời tôi cũng xin chân thành cám ơn đến quý thầy, quý cô ở Trường Đại học
Bách Khoa Hà Nội và cơ sở đối tác của Trường, lời cám ơn đến quý Lãnh đạo và các anh,
chị, em đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện về cơ sở vật chất, thiết bị trong thời gian tôi
học và làm đề tài luận văn.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình đã khuyến khích, động viên, chia sẽ và hỗ
trợ tôi trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể học viên lớp 13CKĐL-
VL, gia đình và bạn bè những người đã quan tâm, động viên và chi sẽ với chúng tôi trong
thời gian học tập và làm luận văn./.
Tác giả
Nguyễn Văn Tào
Nhận xét của Giảng viên hướng dẫn
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Hà nội, Ngày …….. tháng ……... năm 2014
Giảng viên hướng dẫn
Nhận xét của Giảng viên phản biện
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Hà nội, Ngày …….. tháng ……... năm 2014
Giảng viên phản biện
MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT ...........................................................4
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ ...............................................................................6
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................8
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................................................9
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................9
1.2. Lịch sử phát triển của hệ thống phanh ABS ......................................................11
1.3.Sơ lƣợc về nội dung và các thiết bị, mô hình giảng dạy về hệ thống phanh ABS
ở nƣớc ta trong thời gian qua ....................................................................................13
1.4. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn .....................................................................14
1.5. Giới hạn và phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................14
1.5.1. Giới hạn phạm vi nghiên cứu ......................................................................14
1.5.2. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................15
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG PHANH ABS .................................16
2.1. Đánh gía chất lƣợng phanh ................................................................................16
2.2. Nhiệm vụ hệ thống phanh ABS: ........................................................................16
2.3. Phân loại hệ thống phanh ABS: .........................................................................17
2.4. Sơ đồ nguyên lý hoạt động:................................................................................21
Chƣơng 3: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỆ THỬ PHANH ABS MÔ HÌNH ..................33
3.1. Ý tƣởng thiết kế .................................................................................................33
3.2. Mục đích xây dựng mô hình thử nghiệm. ..........................................................34
3.3. Phƣơng án thiết kế.............................................................................................36
3.4. TÍNH TOÁN THIẾT KẾ BỆ THỬ PHANH ABS MÔ HÌNH ¼: ....................42
3.4.1. Động cơ dẫn động tang trống: .....................................................................42
3.4.2. Tỉ số truyền và các thông số hình học: ........................................................43
3.4.3. Tính toán truyền động đai: ...........................................................................45
3.4.4. Mô-men quán tính: ......................................................................................48
3.4.5. Tốc độ cực đại: ............................................................................................50
1
3.5. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN, THỦY LỰC. ..............................................53
3.5.1. Lựa chọn cơ cấu chấp hành và ECU ABS: ..................................................53
3.5.2. Thiết kế chế tạo mạch đo các thông số phanh: ............................................53
3.5.2.1. Mục đích thiết kế chế tạo: .....................................................................53
3.5.2.2. Cảm biến đo vận tốc xe và quãng đƣờng phanh: ..................................54
3.5.2.3. Cảm biến đo vận tốc bánh xe: ...............................................................58
3.5.2.4. Cảm biến đo áp suất phanh: ..................................................................60
3.5.2.5. Xây dựng mạch đo các thông số phanh:................................................62
3.5.2.6. Kiểm tra và hiệu chỉnh mạch đo: ........................................................64
3.6. HOẠT ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH ........................................................................68
3.6.1. Nguồn điện ...................................................................................................68
3.6.2. Chế độ tự kiểm tra và chẩn đoán của ABS .................................................68
3.6.3. Chế độ đọc và xóa mã lỗi ............................................................................69
3.6.4. Cơ cấu tăng tải trọng bánh xe ......................................................................71
3.6.5. Dẫn động bánh xe ........................................................................................72
3.6.6. Dẫn động bơm chân không ..........................................................................72
3.6.7. Điều khiển phanh .........................................................................................72
3.6.8. Đọc các giá trị trên đồng hồ đo và đồ thị.....................................................73
Chƣơng 4: CÁC THỰC NGHIỆM VÀ BÀI TẬP THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH
ABS ...........................................................................................................................74
4.1. CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH THỬ NGHIỆM TRÊN MÔ HÌNH: .......................74
4.1.2. Chuẩn bị thử nghiệm: ..................................................................................74
4.1.3. Chuẩn bị an toàn thử nghiệm: ......................................................................74
4.1.4. Chuẩn bị đối tƣợng thử nghiệm: ..................................................................75
Kiểm tra cơ cấu phanh: ..........................................................................................76
4.1.6. Thao tác thử nghiệm: ..................................................................................78
4.1.7. Xử lý số liệu thí nghiệm: ............................................................................78
4.2.1. Bài tập 1: Quan sát hoạt động của hệ thống ABS ......................................79
4.2.3. Bài tập 2: Đo tín hiệu điện áp của cảm biến tốc độ bánh xe .......................80
2
4.2.3. Bài tập 3: Đo tín hiệu điều khiển từ ECU đến van điện trong bộ điều khiển
thủy lực ..................................................................................................................81
4.2.4. Bài tập 4: Xác định mối quan hệ giữa tín hiệu cảm biến tốc độ bánh xe và
tín hiệu điều khiển các van điện của ECU .............................................................82
4.2.5. Bài tập 5: Thực tập chuẩn đoán và kiểm tra, sửa chữa ................................83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................86
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................88
3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
EBD Electronic Brake force Distribution ( hệ thống
phân phối lực phanh bằng điện tƣ )
BAS Brake Assist System
ABS Anti-lock Braking System (hệ thống chống hãm
cứng bánh xe khi phanh)
Mp N.m Môn men phanh
Pp max N Lực phanh cực đại
P N Lực bám giữa bánh xe với mặt đƣờng
Png N Lực bám ngang
Zb N Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe
Hệ số bám
Hệ số trƣợt
v m/s Vận tốc dài của xe.
Vận tốc dài của bánh xe
r mm Bán kính làm việc của bánh xe
x Hệ số bám dọc
y Hệ số bám ngang
Fx N Lực phanh
Fz N Lực ép lên bánh xe
r mm Bán kính
d mm Đƣờng kính
h mm Chiều cao
Mc N.m Mô-men tải trên trục động cơ
M c2 N.m Mô-men của các lực quán tính quy về trục động cơ
M c1 N.m Mô-men của các lực ma sát quy về trục động cơ
4
ndc v/p Tốc độ động cơ
nbx v/p Tốc độ bánh xe
i1 Tỉ số truyền bộ truyền đai
i2 Tỉ số truyền tang trống-bánh xe
i Tỉ số truyền hệ truyền động
Pdc kW Công suất định mức
l mm Chiều dài đai
A m2 Diện tích tiết diện đai
h mm Chiều cao đai
d1 mm Đƣờng kính bánh đai nhỏ
I Kgm2 Môn-men quán tính
p N/m2 Ap suất phanh
Hệ số ma sát
fv Hz Tần số
S m Quãng đƣờng phanh
1 rad/s Vận tốc bánh xe
2 rad/s Vận tốc xe
P bar Áp suất phanh
5
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống phanh thông thƣờng. ........................................................17
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống phanh ABS. ......................................................................17
Hình 2.3: Bố trí kiểu chữ T. ......................................................................................18
Hình 2.4: Bố trí kiểu chữ X. ......................................................................................19
Hình 2.5: Loại 3 kênh điều khiển ..............................................................................19
Hình 2.6: Bộ chấp hành thủy lực ..............................................................................20
Hình 2.7: Sơ đồ khối hệ thống phanh ABS. ..............................................................21
Hình 2.8: Hệ số trƣợt λ% ..........................................................................................23
Hình 2.9: Các giai đoạn khi phanh của hệ thống phanh ABS...................................26
Hình 2.12: Vị trí các van khi phanh bình thƣờng. ....................................................29
Hình 2.13: Vị trí các van ở chế độ giữ áp. ................................................................30
Hình 2.14: Vị trí các van ở chế độ giảm áp. .............................................................31
Hình 2.15: Vị trí các van trong chế độ tăng áp. ........................................................32
Hinh 3.1: Sơ đồ khối của hệ thống phanh ABS ........................................................34
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý phần cơ khí.....................................................................37
Hình 3.3: Mô hình thiết kế bệ phanh ........................................................................40
Bảng 3-1: Một số thông số động cơ dẫn động ..........................................................43
Bảng 3-2: Một số thông số hình học và tỉ số truyền của mô hình. ...........................44
Bảng 3-3: Thông số đai .............................................................................................48
Hình 3.4: Mặt ma sát trong và ngoài của đĩa phanh. ................................................51
Hình 3.5: Sơ đồ mạch điện, mạch thủy lực và các đồng hồ hiển thị........................53
Hinh 3.6: Sơ đồ nguyên lý đo vận tốc xe và quãng đƣờng phanh. ...........................54
Hình 3.7: Cảm biếm OMRONLJ8A3-2-Z/BX .........................................................55
Hình 3.8: Cấu tạo cảm biến. ......................................................................................56
Hình 3.9: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến....................................................................56
Hình 3.10: Tín hiệu cảm biến trƣớc và sau xử lý. .....................................................57
Hình 3.11: Cấu tạo cảm biến .....................................................................................58
Hình 3.12: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến tốc độ bánh xe. ........................................59
6
Hình 3.13: Tín hiệu cảm biến trƣớc và sau xử lý. .....................................................59
Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý đo áp suất phanh. .........................................................60
Bảng 3-6: Một số thông số của cảm biến SENSYS M5156-2-070 BG ....................60
Hình 3.16: Mạch xử lý tín hiệu cảm biến áp suất phanh. .........................................61
Hình 3.17: Sơ đồ chân vi điều khiển ATMega48. ....................................................62
Hình 3.18: Sơ đồ nguyên lý mạch đo các thông số phanh ........................................63
Bảng 3-7a: So sánh kết quả đo vận tốc bánh xe........................................................64
Hình 3.19: Giắc kiểm tra chuẩn đoán và đèn báo ABS ............................................68
Bảng 3-10: Bảng mã lỗi các hƣ hỏng của hệ thống ABS trên mô hình ....................69
7
LỜI NÓI ĐẦU
An toàn giao thông là vấn đề quan tâm lớn của mọi ngƣời và xã hội khi lƣợng
xe lƣu thông trên đƣờng ngày càng nhiều. Hệ thống ABS (Anti-lock Braking
System) với chức năng chống hãm cứng bánh xe khi phanh, làm tăng hiệu suất
phanh, đảm bảo tính ổn định chuyển động của xe đang đem lại những hiệu quả thiết
thực và là xu hƣớng đang phát triển mạnh.
Thực tiễn ở nƣớc ta hiện nay, do đặc thù nền kinh tế mới phát triển và mở cửa,
số lƣợng ôtô đang tăng nhanh và đa dạng, phong phú về chủng loại. Đồng thời đang
hình thành một nền công nghiệp sản xuất ôtô còn non trẻ với nhiều tiềm năng to
lớn, đang đòi hỏi chúng ta phải nỗ lực hòa nhập và tiếp cận các qui trình công nghệ,
kỹ thuật cao để vận dụng và khai thác có hiệu quả.
Một trong những công việc cần làm là ở các trƣờng đại học, cao đẳng chuyên
ngành phải luôn cập nhật những kiến thức kỹ thuật mới, đầu tƣ các thiết bị để phục
vụ cho công tác giảng dạy. Với mục tiêu đó, đề tài này đã đƣợc thực hiện và đạt
đƣợc các kết quả sau:
- Chế tạo một mô hình hoạt động hệ thống ABS phù hợp và đáp ứng đƣợc các
yêu cầu giảng dạy và nghiên cứu hiện nay.
-Biên soạn tài liệu giảng dạy về hệ thống ABS.
Đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình học cụ và tài liệu giảng dạy hệ thống
phanh ABS” đã chọn để thực hiện làm đề tài luận văn tốt nghiệp. Qua đây tác giả
cũng bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc chân thành tới thấy TS. Đàm Hoàng Phúc – ngƣời
trực tiếp hƣớng dẫn cùng các thầy trong Bộ môn ô tô Viện cơ khí động lực - Trƣờng
Đại học Bách Khoa Hà Nội và bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ cũng nhƣ góp ý cho
tôi trong quá trình thực hiện đề tài luận văn của mình.
Xin chân thành cám ơn!
8
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đặt vấn đề
Hệ thống phanh (Brake System) là cơ cấu an toàn chủ động của ôtô, dùng để
giảm tốc độ hay dừng và đỗ ôtô trong những trƣờng hợp cần thiết. Nó là một trong
những cụm tổng thành chính và đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển ôtô
trên đƣờng.
Chất lƣợng của một hệ thống phanh trên ôtô đƣợc đánh giá thông qua tính hiệu
quả phanh (thể hiện qua các chỉ tiêu nhƣ quãng đƣờng phanh, gia tốc chậm dần,
thời gian phanh và lực phanh), đồng thời đảm bảo tính ổn định chuyển động của ôtô
khi phanh. Đây là vấn đề luôn đƣợc quan tâm và nghiên cứu của các nhà khoa học,
các chuyên gia kỹ thuật trong ngành công nghệ ôtô.
Nền công nghiệp ôtô đang ngày càng phát triển mạnh, số lƣợng ôtô tăng
nhanh, mật độ lƣu thông trên đƣờng ngày càng lớn. Các xe ngày càng đƣợc thiết kế
với công suất cao hơn, tốc độ chuyển động nhanh hơn thì yêu cầu đặt ra với hệ
thống phanh cũng càng cao và nghiêm ngặt hơn. Một ôtô có hệ thống phanh tốt, có
độ tin cậy cao thì mới có khả năng phát huy hết công suất, xe mới có khả năng chạy
ở tốc độ cao, tăng tính kinh tế nhiên liệu, tính an toàn và hiệu quả vận chuyển của
ôtô.
Một vấn đề lớn và cũng là bài toán quan trọng cần phải giải quyết đối với hoạt
động của hệ thống phanh, đó là khi ôtô phanh gấp hay phanh trên các loại đƣờng có
hệ số bám thấp nhƣ đƣờng trơn, đƣờng đóng băng, tuyết thì dễ xảy ra hiện tƣợng
sớm bị hãm cứng bánh xe, tức hiện tƣợng bánh xe bị trƣợt lết trên đƣờng khi phanh.
Khi đó quãng đƣờng phanh sẽ kéo dài hơn, tức hiệu quả phanh thấp đi, đồng thời
dẫn đến tình trạng mất tính ổn định hƣớng và khả năng điều khiển của ôtô. Nếu các
bánh xe trƣớc sớm bị bó cứng làm cho xe không thể chuyển hƣớng theo sự điều
khiển đƣợc; nếu các bánh sau bị bó cứng, do sự khác nhau về hệ số bám giữa bánh
trái và bánh phải với mặt đƣờng nên làm cho đuôi xe bị lạng, xe bị trƣợt ngang.
Trong trƣờng hợp xe phanh khi đang quay vòng, hiện tƣợng trƣợt ngang của các
9
bánh xe dễ dẫn đến các hiện tƣợng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất
tính ổn định khi xe quay vòng.
Để giải quyết bài toán về vấn đề hiệu quả và tính ổn định khi phanh này, phần
lớn các ô tô hiện nay đều đƣợc trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi
phanh, gọi là hệ thống “Anti-lock Braking System” và thƣờng đƣợc viết và gọi tắt
là hệ thống ABS. Hệ thống hoạt động chống hiện tƣợng bị hãm cứng của bánh xe
bằng cách điều khiển thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các cơ cấu phanh ở các bánh
xe để ngăn không cho nó bị hãm cứng khi phanh trên đƣờng trơn hay khi phanh
gấp, đảm bảo tính hiệu quả và tính ổn định của ôtô trong quá trình phanh.
Ngày nay, hệ thống ABS đƣợc giữ một vai trị quan trọng không thể thiếu
trong các hệ thống phanh hiện đại, đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối với phần lớn
các nƣớc trên thế giới. Ở thị trƣờng Việt Nam, ngoài một phần lớn các xe nhập cũ
đã qua sử dụng, một số loại xe đƣợc lắp ráp trong nƣớc cũng đƣợc trang bị hệ thống
này.
Để sử dụng và khai thác có hiệu quả tất cả các tính năng ƣu việt của hệ thống
ABS nói riêng và của ôtô nói chung, việc nghiên cứu và truyền đạt kiến thức cho
sinh viên, học sinh nắm vững hệ thống này là rất cần thiết. Nội dung về hệ thống
ABS đã đƣợc một số trƣờng đại học, cao đẳng, trung cấp nghề chuyên ngành, các
trung tâm đào tạo nghề đƣa vào giảng dạy trong nhiều năm qua. Nhƣng nhìn chung,
hiệu quả chƣa cao và có những khó khăn chung nhƣ : tài liệu tham khảo về hệ thống
ABS cũng chƣa có nhiều và còn tản mạn, thiếu tính hệ thống; các mô hình, thiết bị
về hệ thống ABS để phục vụ cho công tác giảng dạy thực hành vẫn còn rất ít, thiếu
tính đồng bộ, chƣa hoạt động hoàn thiện, chỉ đơn thuần là một mô hình cấu tạo. Vì
vậy, nội dung truyền đạt cho sinh viên về hệ thống này vẫn còn đơn điệu, nghiêng
về cấu tạo và hoạt động đơn giản của hệ thống, thiếu tính sinh động và thực tiễn.
Đang có một khoảng cách khá xa giữa thực tế bên ngoài và những gì đang giảng
dạy trong nhà trƣờng.
Với mong muốn góp phần nâng cao chất lƣợng giảng dạy, học tập và nghiên
cứu về hệ thống này, đề tài “Nghêin cứu xây dựng mô hình học cụ và tài liệu giảng
10
dạy hệ thống phanh ABS” thật sự cần thiết và đƣợc thực hiện với hai nhiệm vụ
chính:
- Thiết kế và chế tạo một mô hình hệ thống phanh thủy lực có trang bị hệ
thống ABS trên cơ sở các thiết bị của một ôtô thật, phục vụ cho công tác giảng dạy
thực hành và có thể tiến hành các thực nghiệm về hoạt động của hệ thống ABS.
- Biên soạn tài liệu giảng dạy về hệ thống ABS để phục vụ cho công tác giảng
dạy cho sinh viên chuyên ngành cơ khí ôtô trong các trƣờng đại học, cao đẳng,
trung cấp nghề, các lớp chuyên đề về ôtô.
Kết hợp các kiến thức về cơ sở lý thuyết trong tài liệu giảng dạy với các bài
tập thực hành trên mô hình sẽ giúp cho quá trình dạy và học đƣợc sinh động và dễ
hiểu hơn.
1.2. Lịch sử phát triển của hệ thống ABS
Với sự hiểu biết đơn giản và kinh nghiệm, để tránh hiện tƣợng các bánh xe bị
hãm cứng trong quá trình phanh khi lái xe trên đƣờng trơn trƣợt, ngƣời lái xe đạp
phanh bằng cách nhịp liên tục lên bàn đạp phanh để duy trì lực bám ngăn không cho
bánh xe bị trƣợt lết và đồng thời có thể điều khiển đƣợc hƣớng chuyển động của xe.
Về cơ bản, chức năng của hệ thống phanh ABS cũng giống nhƣ vậy nhƣng hiệu
quả, độ chính xác và an toàn cao hơn.
Hệ thống ABS đƣợc sử dụng lần đầu tiên trên các máy bay thƣơng mại vào
năm 1949, chống hiện tƣợng trƣợt ra khỏi đƣờng băng khi máy bay hạ cánh. Với
công nghệ thời đó, kết cấu của hệ thống ABS còn cồng kềnh, hoạt động không tin
cậy và không tác động đủ nhanh trong mọi tình huống. Trong quá trình phát triển,
ABS đã đƣợc cải tiến từ loại cơ khí sang loại điện và hiện nay là loại điện tử.
Vào thập niên 1960, nhờ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch điện tử
(microchip) ra đời, giúp hệ thống ABS lần đầu tiên đƣợc lắp trên ôtô vào năm 1969.
Sau đó, hệ thống ABS đã đƣợc nhiều công ty sản xuất ôtô nghiên cứu và đƣa vào
ứng dụng từ những năm 1970. Công ty Toyota sử dụng lần đầu tiên cho các xe tại
Nhật từ năm 1971, đây là hệ thống ABS 1 kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau.
Nhƣng phải đến thập niên 1980 hệ thống này mới đƣợc phát triển mạnh nhờ hệ
11
thống điều khiển kỹ thuật số, vi xử ly (digital microprocessors/ microcontrollers)
thay cho các hệ thống điều khiển tƣơng tự (analog) đơn giản trƣớc đó.
Lúc đầu hệ thống ABS chỉ đƣợc lắp trên các xe du lịch cao cấp, đắt tiền, đƣợc
trang bị theo yêu cầu và theo thị trƣờng. Dần dần hệ thống này đƣợc đƣa vào sử
dụng rộng rãi hơn, đến nay ABS gần nhƣ đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho tất cả
các loại xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có đƣờng
băng, tuyết dễ trơn trƣợt. Ngày nay, hệ thống ABS không chỉ đƣợc thiết kế trên các
hệ thống phanh thủy lực, mà còn ứng dụng rộng rãi trên các hệ thống phanh khí nén
của các xe tải và xe khách lớn.
Nhằm nâng cao tính ổn định và tính an toàn của xe trong mọi chế độ hoạt
động nhƣ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, khi đi vào đƣờng vòng với tốc độ
cao, khi phanh trong những trƣờng hợp khẩn cấp,… hệ thống ABS còn đƣợc thiết
kế kết hợp với nhiều hệ thống khác:
Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo Traction control (hay
ASR) làm giảm bớt công suất động cơ và phanh các bánh xe để chống hiện tƣợng
các bánh xe bị trƣợt lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, bỡi điều này
làm tổn hao vô ích một phần công suất của động cơ và mất tính ổn định chuyển
động của ôtô.
Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử EBD
(Electronic Brake force Distribution) nhằm phân phối áp suất dầu phanh đến các
bánh xe phù hợp với các chế độ tải trọng và chế độ chạy của xe.
Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống BAS (Brake Assist System) làm tăng
thêm lực phanh ở các bánh xe để có quãng đƣờng phanh là ngắn nhất trong trƣờng
hợp phanh khẩn cấp.
Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống ổn định ôtô bằng điện tử (ESP), không
chỉ có tác dụng trong khi dừng xe, mà còn can thiệp vào cả quá trình tăng tốc và
chuyển động quay vòng của ôtô, giúp nâng cao hiệu suất chuyển động của ôtô trong
mọi trƣờng hợp.
12
Ngày nay, với sự phát triển vƣợt bậc và hỗ trợ rất lớn của kỹ thuật điện tử, của
ngành điều khiển tự động và các phần mềm tính toán, lập trình cực mạnh đã cho
phép nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng các phƣơng pháp điều khiển mới trong ABS
nhƣ điều khiển mờ, điều khiển thông minh, tối ƣu hóa quá trình điều khiển ABS.
Các công ty nhƣ BOSCH, AISIN, DENSO, BENDIX là những công ty đi đầu
trong việc nghiên cứu, cải tiến và chế tạo các hệ thống ABS và cung cấp cho các
công ty sản xuất ôtô trên toàn thế giới.
1.3. Sơ lược về nội dung và các thiết bị, mô hình giảng dạy về hệ thống ABS ở
nước ta trong thời gian qua
Nhờ sự phát triển nhanh về khoa học kỹ thuật, trên thế giới đã có rất nhiều
công trình nghiên cứu về hệ thống phanh ABS và đƣa vào ứng dụng có hiệu quả,
ngày càng cải tiến và tối ƣu hóa quá trình điều khiển của hệ thống. Theo đó, nội
dung chƣơng trình và công nghệ chế tạo mô hình để phục vụ cho công tác giảng dạy
cũng đƣợc làm rất tốt. Những kết cấu mới, hệ thống mới đƣợc đƣa ra sử dụng bên
ngoài cũng đều đƣợc đƣa lên mô hình để giảng dạy.
Các mô hình hệ thống phanh ABS thƣờng đƣợc chế tạo dựa trên các chi tiết
thật của ôtô và có các dạng: mô hình các cụm chi tiết rời, mô hình cắt các chi tiết,
mô hình cấu tạo của hệ thống và mô hình làm việc. Các mô hình làm việc của hệ
thống ABS do các công ty chuyên sản xuất thiết bị dạy học ở các nƣớc sản suất
đƣợc thiết kế trên sa bàn và bố trí đầy đủ nhƣ một hệ thống thật trên xe, có thể xem
nhƣ một hệ thống phanh trên xe thu nhỏ lại. Giá thành của các mô hình nhƣ vậy là
rất cao.
Trong thời gian qua, việc giảng dạy về hệ thống ABS ở nƣớc ta còn gặp nhiều
khó khăn, cả về tài liệu lẫn thiết bị nhƣ đã nói ở trên. Nhiều trƣờng đƣa nội dung
này vào giảng dạy nhƣng vẫn còn đơn giản, thậm chí nhiều trƣờng còn chƣa đƣa
vào giảng dạy. Nhìn chung mức đầu tƣ của ta chƣa xứng tầm với nhu cầu phát triển
hiện nay.
Đặc biệt, về mảng thiết bị và mô hình dạy học về hệ thống ABS, do giá thành
của các thiết bị ngoại nhập quá cao, nhiều trƣờng khó có thể trang bị. Việc nghiên
13
cứu và chế tạo các mô hình dạy học ở trong nƣớc vẫn còn ở mức qui mô nhỏ, phần
lớn là do nhu cầu cấp thiết của công tác giảng dạy, nên tự thiết kế và thi công. Một
số công ty sản xuất đồ dùng dạy học ở nƣớc ta cũng đã nghiên cứu, chế tạo nhiều
thiết bị, mô hình dạy học, nhƣng về hệ thống ABS gần nhƣ rất ít và đơn giản, phần
lớn là chỉ dùng để dạy cấu tạo và giới thiệu nguyên lý hoạt động cơ bản, thiếu một
số chức năng cần thiết để học tập và nghiên cứu trên mô hình, nhƣ không quan sát
đƣợc các chế độ hoạt động của hệ thống, không đo kiểm đƣợc một số thông số cơ
bản,…
Viện Vật lý có chế tạo một số mô hình hoạt động của hệ thống ABS, nhƣng
trên cơ sở các thiết bị của hệ thống phanh xe gắn máy, lập trình chƣơng trình điều
khiển cũng không giống nhƣ hoạt động của một hệ thống phanh thật.
Nhìn chung, với các thiết bị và mô hình đã có, chƣa thể đáp ứng đƣợc nhu cầu
giảng dạy hiện nay về hệ thống ABS.
1.4. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn
Đề tài “xây dựng mô hình học cụ và tài liệu giảng dạy hệ thống phanh ABS”,
nội dung nghiên cứu của luận văn đƣợc thực hiện với các mục tiêu sau:
- Kết cấu và nguyên lý làm việc hệ thống phanh ABS trên ô tô hiện nay.
- Mô hình thể hiện rõ chức năng làm việc của hệ thống ABS dùng để phục vụ
tốt cho công tác giảng dạy lý thuyết và thực hành.
- Nội dung luận văn trình bày một cách có hệ thống về ABS nhƣ: cơ sở lý
thuyết, nguyên tắc điều khiển, cấu tạo và hoạt động của hệ thống ABS và có thể
dùng làm tài liệu giảng dạy cho các đối tƣợng là sinh viên, học sinh chuyên ngành
cơ khí ôtô của các trƣờng đại học, cao đẳng, trung cấp nghề chuyên ngành, các
trung tâm đào tạo nghề và có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ, công
nhân kỹ thuật chuyên ngành.
1.5. Giới hạn và phương pháp nghiên cứu
1.5.1. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
14
Do hạn chế về thời gian và kinh phí, nên phạm vi nghiên cứu của đề tài xin
đƣợc giới hạn ở hệ thống phanh thủy lực có trang bị hệ thống ABS. Đây là hệ thống
phanh điển hình đƣợc trang bị nhiều nhất trên các xe hiện nay.
1.5.2. Phương pháp nghiên cứu
Với mục tiêu là “Xây dựng mô hình học cụ và tài liệu giảng dạy hệ thống
phanh ABS” để phục vụ công tác giảng dạy, nên phƣơng pháp nghiên cứu chính ở
đây là phƣơng pháp tham khảo tài liệu kết hợp với phƣơng pháp thực nghiệm, phù
hợp với nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.
Dựa trên các nguồn tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, tiến
hành chọn lọc, phân tích, và hệ thống hóa, giải thích bản chất vật lý của các hiện
tƣợng xảy ra trong quá trình phanh, từ đó có những phân tích, đánh giá tính hiệu
quả và phạm vi ứng dụng của hệ thống ABS, giúp ngƣời đọc nắm đƣợc một cách có
hệ thống bản chất hoạt động của hệ thống.
Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm để xây dựng mô hình hoạt
động của hệ thống ABS và giải thích cơ chế các quá trình điều khiển của ABS.
15