thi công hệ thống điều khiển abs tcs

Vấn đề nghiên cứu thiết kế và chế tạo các phần tử của hệ thống phanh ABS – TCS trên phanh thủy khí có thể đáp ứng những yêu cầu trên.. Vì thế, nhóm đã dành thời gian tập trung vào nghiên

Lý do chọn đề tài

Ngành công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh mẽ, với sự gia tăng nhanh chóng của số lượng ô tô và mật độ giao thông trên đường đang tăng cao Xe ô tô ngày càng được thiết kế với công suất và tốc độ chuyển động cao, điều này đặt ra yêu cầu ngày càng khắt khe đối với hệ thống phanh Sự hiệu quả của cơ cấu phanh đóng vai trò quan trọng trong việc phát huy đầy đủ công suất của xe, đảm bảo khả năng vận hành ổn định ở tốc độ cao, cũng như tăng tính kinh tế nhiên liệu và an toàn

Một hệ thống phanh đáng tin cậy là chìa khóa để tận dụng hết khả năng của xe, đặt ra những tiêu chuẩn cao về hiệu suất và an toàn Trong số vụ tai nạn, khoảng 10% xảy ra trong tình huống cần dừng khẩn cấp, khi tài xế phải đạp phanh mạnh đột ngột Trong tình huống này, việc xe trượt lật và mất lái có thể xảy ra

Các công nghệ như ABS (Anti-lock Braking System) và TCS (Traction Control System) đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nguy cơ mất kiểm soát khi phanh ABS giúp ngăn chặn bánh xe khóa lại trong khi phanh, giúp duy trì sự kiểm soát của xe TCS giúp kiểm soát lực kéo trên bánh xe, giảm nguy cơ trượt lật

Nói chung, hệ thống phanh không chỉ là một thành phần kỹ thuật, mà còn là một yếu tố quyết định đối với an toàn và hiệu suất của xe ô tô trong môi trường giao thông ngày càng phức tạp Do tầm quan trọng của hệ thống phanh trên ô tô về sự an toàn giao thông trong quá trình hoạt động mà việc nghiên cứu để nâng cao kỹ thuật xử lí cho hệ thống phanh cần nâng cao tính năng an toàn, chất lượng và khả năng cạnh tranh của ô tô tải sản xuất lắp ráp trong nước, chúng em đã nghiên cứu đề tài “Thi công hệ thống điều khiển ABS – TCS” tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật

Mục tiêu đề tài

Sinh viên có thể hiểu và nắm bắt các kiến thức cơ bản về các khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS – TCS trên ô tô

Xây dựng cơ sở dữ liệu, học hỏi kiến thức và đánh giá được tầm quan trọng việc sử dụng các hệ thống an toàn trên phương tiện giao thông, đưa ra được các dẫn chứng về lợi ích, tính hiệu quả và chi phí lắp đặt, vận hành

Kết hợp kiến thức đã học, cùng với các tài liệu tìm kiếm sẵn có để vận dụng, phân tích nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS – TCS, làm rõ từng chế độ làm việc theo từng giai đoạn

Phân tích vai trò của từng bộ phận, sơ đồ mạch điện cơ bản để điều khiển hệ thống, và cách hệ thống này kết hợp với các hệ thống an toàn khác

Tìm hiểu, phát triển mạch điều khiển hệ thống ABS – TCS và thi công mô hình

Vận hành mô hình và hiểu rõ sự hoạt động của mô hình

Thiết lập thông số ban đầu để mô phỏng hệ thống ABS – TCS bằng phần mềm CarSim/Matlab-Simulink Đánh giá kết quả đạt được.

Nhiệm vụ đề tài

Đưa ra các số liệu, hình ảnh, sự đánh giá khách quan trong việc sử dụng hệ thống ABS – TCS trên ô tô hiện nay

Nghiên cứu mạch điều khiển hệ thống ABS – TCS và thi công mô hình

Mô phỏng hệ thống ABS – TCS bằng phần mềm CarSim/Matlab-Simulink

Hoàn thành tiến độ khóa luận đúng kế hoạch, đúng nội dung nghiên cứu

Giới hạn đề tài

Đề tài “Thi công hệ thống điều khiển ABS – TCS” tương đối rộng mở và có nhiều hướng phát triển khác nhau Do đó, để nâng cao chất lượng khóa luận, phù hợp với khả năng và tiến độ công việc, đề tài được giới hạn trong phạm vi như sau:

- Về nghiên cứu: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí

- Về thi công: + Hoàn chỉnh mô hình ABS – TCS trên phanh thuỷ khí

+ Viết code điều khiển mô hình ABS – TCS trên phanh thuỷ khí

- Về mô phỏng: Đánh giá hệ thống ABS – TCS trên mặt đường thực tế bằng phần mềm CarSim/Matlab-Simulink.

Phương pháp nghiên cứu

Với mục tiêu “Thi công hệ thống điều khiển ABS – TCS” để phục vụ công tác nghiên cứu đề tài, phương pháp nghiên cứu chính sẽ kết hợp giữa phương pháp tham khảo tài liệu và thực nghiệm, được lựa chọn phù hợp với nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài

Dựa trên các nguồn tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, tiến hành việc chọn lọc, phân tích và cơ cấu hóa, mục đích là giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong quá trình phanh Từ đó, thực hiện các phân tích đánh giá về tính hiệu quả và phạm vi ứng dụng của cơ cấu ABS và hệ thống TCS

Phương pháp nghiên cứu sẽ được sử dụng để xây dựng mô hình hoạt động của cơ cấu ABS và hệ thống TCS, đồng thời giải thích cơ chế các quá trình điều khiển của hệ thống ABS và TCS Mục tiêu là hiểu rõ và minh họa cách mà các hệ thống này hoạt động, từ đó cung cấp thông tin cơ bản và chi tiết hỗ trợ cho quá trình thi công nghiên cứu và thực hiện đề tài

Nội dung và bố cục của khóa luận

1.6.1 Nội dung Đặt vấn đề nghiên cứu

Giới hạn đề tài nghiên cứu

Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí

Nghiên cứu và thi công phần hoàn chỉnh mô hình hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí

Viết chương trình điều khiển hệ thống trên mô hình

Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng mô hình đã thi công

Kết luận và đề nghị

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Chương 2: Tổng quan về hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí

Chương 3: Cơ sở lý thuyết về hệ thống ABS – TCS

Chương 4: Thi công mô hình hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí

Chương 5: Hướng dẫn sử dụng mô hình hệ thống điều khiển ABS – TCS trên phanh thủy khí

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Tổng quan về hệ thống ABS

Với kiến thức đơn giản và kinh nghiệm, để tránh tình trạng bánh xe bị khóa trong quá trình phanh khi lái xe trên đường trơn trượt, người tài xế đạp phanh thường áp dụng phương pháp nhấn liên tục vào bàn đạp phanh để duy trì lực bám và ngăn chặn bánh xe trượt lết Điều này cũng giúp tài xế kiểm soát hướng di chuyển của xe Chức năng cơ bản của cơ cấu phanh ABS cũng tương tự, nhưng với hiệu quả, độ chính xác và độ an toàn cao hơn

Cơ cấu ABS xuất hiện đầu tiên trên máy bay thương mại vào năm 1949, nhằm ngăn chặn hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi máy bay hạ cánh Tuy nhiên, vào thời điểm đó, cơ cấu ABS còn khá cồng kềnh, không đảm bảo tính tin cậy và không phản ứng đủ nhanh trong mọi tình huống Trong quá trình phát triển, ABS đã trải qua sự cải tiến từ cơ khí sang điện tử

Thập kỷ 60, với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, vi mạch điện tử được sử dụng, giúp cơ cấu ABS lần đầu tiên được áp dụng trên ô tô vào năm 1969 Sau đó, nhiều công ty sản xuất ô tô đã nghiên cứu và áp dụng cơ cấu ABS vào những năm 1970 Toyota là một trong những công ty đầu tiên sử dụng ABS trên ô tô của mình vào năm 1971, với cơ cấu ABS một kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau Tuy nhiên, chỉ đến thập kỷ 80, ABS mới thực sự phát triển mạnh mẽ với sự xuất hiện của cơ cấu điều khiển kỹ thuật số

Ban đầu, ABS chỉ xuất hiện trên các xe du lịch cao cấp và có giá đắt, được trang bị theo yêu cầu và theo thị trường Dần dần, cơ cấu này trở nên phổ biến hơn, đến nay, ABS đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho hầu hết các loại xe, đặc biệt là ở các khu vực có đường băng, tuyết dễ trơn trượt ABS không chỉ được thiết kế cho cơ cấu phanh thủy lực mà còn được sử dụng rộng rãi trên cơ cấu phanh khí nén của xe tải và xe khách lớn

6 Để cải thiện tính ổn định và an toàn của xe trong mọi điều kiện, cơ cấu ABS thường được kết hợp với nhiều công nghệ khác ABS kết hợp với Traction Control (ASR) giúp giảm công suất động cơ và phanh bánh xe để tránh bánh xe bị trượt lăn tại chỗ khi khởi hành hoặc tăng tốc đột ngột ABS còn kết hợp với Electronic Brake force Distribution (EBD) để phân phối áp suất dầu phanh đến các bánh xe phù hợp với tải trọng và chế độ chạy Ngoài ra, cơ cấu ABS còn kết hợp với Brake Assist System (BAS) để tăng lực phanh trong trường hợp khẩn cấp, cũng như với Electronic Stability Program (ESP) để can thiệp vào chuyển động của xe trong nhiều tình huống

Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc và sự hỗ trợ của kỹ thuật điện tử trong lĩnh vực điều khiển tự động và các phần mềm tính toán, cơ cấu ABS có thể áp dụng nhiều phương pháp điều khiển mới như điều khiển mở, điều khiển thông minh và tối ưu hóa quá trình điều khiển Các công ty hàng đầu như BOSCH, AISIN, DENCO, BENDI đã đóng góp quan trọng trong việc nghiên cứu, cải tiến và sản xuất cơ cấu ABS, là những đối tác không thể thiếu trong ngành công nghiệp ô tô toàn cầu

2.1.2 Mục tiêu của cơ cấu ABS

Mục tiêu của cơ cấu phanh ABS là duy trì độ trượt của bánh xe trong khoảng giới hạn hẹp quanh giá trị 𝜆 0 khi ô tô đang phanh, nhằm tận dụng tối đa khả năng bám của bánh xe Điều này giúp đạt được hiệu suất phanh cao nhất, với lực phanh đạt cực đại (do giá trị

𝜑 𝑥𝑀𝑎𝑥 ), đồng thời đảm bảo tính ổn định và khả năng dẫn hướng tốt nhất cho bánh xe (𝜑 𝑦 đạt giá trị cao nhất) Mục tiêu này nhằm đáp ứng các yêu cầu của cơ cấu phanh, bao gồm việc rút ngắn quãng đường phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe trong quá trình phanh

Cơ cấu chống hãm cứng được thiết kế trên cơ sở cơ cấu phanh thường và trang bị các cụm bộ phận chính như sau:

- Cụm tín hiệu vào: Cụm này có nhiệm vụ nhận biết tình trạng của các bánh xe khi phanh Phụ thuộc vào nguyên lý điều chỉnh được lựa chọn, có thể sử dụng các cảm biến đo

7 vận tốc góc của bánh xe, cảm biến áp suất trong dẫn động phanh, cảm biến giảm tốc của ô tô và các cảm biến khác

- Bộ điều khiển (ECU): Bộ điều khiển nhận và xử lý thông tin từ cụm tín hiệu vào để điều khiển bộ chấp hành thủy lực, cung cấp áp suất dầu được tính toán tối ưu cho mỗi xylanh phanh bánh xe

- Cụm van điều khiển trong bộ chấp hành hoạt động theo lệnh từ bộ điều khiển để tăng, giảm hoặc giữ nguyên áp suất dầu khi cần thiết, nhằm đảm bảo hệ số trượt dao động trong khoảng tốt nhất (10-30%) và tránh hãm cứng bánh xe

Các cơ cấu chống hãm cứng bánh xe hiện nay thường áp dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh dựa trên gia tốc chậm dần của bánh xe khi được phanh a) Sự thay đổi mô men phanh b) Áp suất dẫn động phanh c) Gia tốc bánh xe

Hình 2.1 : Sự thay đổi mô men phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của bánh xe khi phanh có ABS

Trên (hình 2.1) đồ thị minh họa sự biến thiên của một số tham số cơ cấu phanh và chuyển động của bánh xe khi được trang bị cơ cấu phanh ABS

Khi tác động lực lên bàn đạp phanh thì áp suất dẫn động tăng, dẫn đến tăng mô men phanh (Mp) Điều này làm tăng giá trị gia tốc chậm dần của bánh xe và độ trượt của nó Khi vượt qua điểm cực đại trên đường cong 𝜑 𝑥 = 𝑓(𝜆), gia tốc chậm dần của bánh xe bắt đầu tăng đột ngột, chỉ ra xu hướng bánh xe bị hãm cứng Giai đoạn này của quá trình phanh có ABS sẽ ứng với các đường cong (0-1) trên (hình 2.1a, b, c) được gọi là pha I, đại diện cho pha bắt đầu phanh hoặc tăng áp suất trong dẫn động phanh

Trong giai đoạn này, bộ điều khiển ABS ghi lại gia tốc tại thời điểm 1 khi đạt giá trị tới hạn ( đoạn C1 trên hình c ) và ra lệnh giảm áp suất trong dẫn động phanh Quá trình giảm áp suất bắt đầu chậm trễ do đặc tính của cơ cấu phanh Giai đoạn từ điểm 1 đến điểm 2 được gọi là pha II, đại diện cho việc giảm áp suất trong dẫn động phanh Gia tốc của bánh xe giảm dần và đạt giá trị 0 tại điểm 2 (đoạn C2 trên hình c)

Tổng quan về hệ thống TCS

Trong quá trình làm việc của ô tô, điều kiện chuyển động của xe thay đổi liên tục, phụ thuộc vào điều kiện mặt đường, độ dốc và hướng gió Sự thay đổi này dẫn đến sự thay đổi tốc độ chuyển động của ô tô, thậm chí ngay cả trong những điều kiện thuận lợi nhất thì tốc độ và giá trị lực kéo vẫn luôn thay đổi xuyên suốt quá trình chuyển động

Khi ô tô chuyển động trên những đoạn đường xấu, yêu cầu lực kéo tại các bánh xe chủ động phải lớn Như vậy, tất cả nguyên nhân khiến công suất của động cơ giảm và lực cản trong hệ thống truyền lực tăng (các chi tiết bị mòn, việc điều chỉnh các chi tiết trong hệ thống truyền lực không đúng yêu cầu, đặc tính kỹ thuật, và thay đổi nhiên liệu cũng như dầu bôi trơn) đều ảnh hưởng đến tính năng cơ động của ô tô; đặc biệt, điều kiện bám của các bánh xe với mặt đường xấu và lực cản lăn tăng cũng ảnh hưởng đáng kể Để khắc phục tình trạng trên, đối với những xe thường xuyên chuyển động trên đường xấu, cần phải tăng đường kính và bề rộng của lốp, giảm áp suất bơm trong lốp Khi giảm áp suất bơm trong lốp thì lực cản lăn nhỏ nhất, nhưng lại khiến cho sự biến dạng của lốp tăng

16 lên, làm momen bám tăng, dẫn đến mặt đường dễ bị phá hỏng và các bánh xe chủ động bị trượt quay Ngược lại, khi tăng áp suất bơm trong lốp lại làm tăng sự biến dạng của mặt đường

Như vậy, trên mặt đường có hệ số bám thấp như đường tuyết, đường băng, đường trơn thì các bánh xe chủ động sẽ bị quay tại chỗ nếu xe tăng tốc đột ngột, làm mất mát momen kéo và có thể khiến xe bị trượt Việc đảm bảo momen luôn phù hợp với hệ số bám trong các trường hợp này đôi khi không dễ dàng đối với người lái

Chính vì vậy, trên một số loại xe hiện nay đã bố trí hệ thống kiểm soát lực kéo, còn được gọi là hệ thống TCS – Traction Control System Hệ thống TCS sẽ giảm momen kéo từ động cơ khi bánh xe bắt đầu trượt quay và không phụ thuộc vào ý định của người lái Cùng lúc đó, nó sẽ điều khiển hệ thống phanh, vì vậy sẽ giảm momen truyền đến mặt đường với giá trị thích hợp Vì vậy có thể tăng tốc ô tô nhanh chóng và ổn định

Ngược lại với hệ thống ABS hoạt động khi xe giảm tốc, hệ thống TCS lại hoạt động khi xe tăng tốc Tuy vậy, hai hệ thống này lại có nhiều điểm chung Hệ thống ABS hoạt động nhờ cảm biến trượt, có khả năng phát hiện hiện tượng trượt của lốp xe khi phanh và hệ thống sẽ tiếp tục điều chỉnh lực phanh để đảm bảo sự tiếp xúc tốt nhất giữa lốp xe và mặt đường

Hệ thống TCS bắt đầu xuất hiện từ giữa thập niên 80 Được ra đời từ phòng thí nghiệm của tập đoàn Bosch (Đức) và hệ thống TCS nhằm đảm bảo sự tiếp xúc giữa lốp xe và mặt đường trong quá trình kéo của xe

Hệ thống TCS được áp dụng lần đầu tiên trên dòng xe Mercedes-Benz W126 S – Class Sau đó được Toyota đưa vào các dòng xe 1994 Supra Turbo và dần phát triển rồi đưa vào dòng xe Camry 1997 và Avalon 1997

2.2.2 Mục tiêu của hệ thống TCS

Dưới đây là tóm tắt những ưu điểm của việc sử dụng TCS để ngăn các bánh bị dẫn quay khi khởi hành hoặc tăng tốc trên mặt đường trơn trượt dưới một hoặc cả hai bên xe, khi tăng tốc khi vào cua và khi khởi hành trên đường nghiêng:

- Tránh tình trạng xe không ổn định và do đó tăng cường an toàn khi lái xe

- Tăng lực kéo do điều tiết độ trượt tối ưu

- Mô phỏng theo chức năng của khóa vi sai ngang

- Mô phỏng theo chức năng của khóa vi sai dọc với xe dẫn động bốn bánh

- Tự động điều khiển công suất động cơ

- Không bị “mài” lốp khi đánh lái vào cua hẹp (không giống với khóa vi sai cơ học)

- Giảm mài mòn lốp xe

- Giảm mài mũn cho cơ cấu truyền động (hộp số, vi sai, ) đặc biệt là trờn à-split hoặc nếu bánh xe đột ngột bắt đầu quay trên mặt đường tạo độ bám tốt

- Đèn cảnh báo thông báo cho người lái xe trong các tình huống gần đến giới hạn nguy hiểm về thể chất

- Sử dụng hiệu quả gấp đôi các bộ phận thủy lực ABS hiện có.

Cấu tạo hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí

2.3.1 Bộ chấp hành thủy khí

Xi lanh thủy khí là sự kết hợp giữa khí nén và thủy lực Là bộ phận có vai trò chuyển đổi dạng áp suất ở trong hệ thống Biến đổi áp suất khí nén được cung cấp từ van phân phối trở thành áp suất thủy lực và đưa đến cơ cấu phanh

Hình 2.5: Xi lanh ở trạng thái chưa phanh

Khi chưa đạp bàn đạp phanh Van phân phối khí đóng, khí nén không được cung cấp đến xi lanh thủy khí Khoang A không có khí nén và có thể tích nhỏ nhất vì chịu tác dụng từ lực đẩy của lò xo hồi vị Lúc này thể tích bên trong xi lanh thủy lực có giá trị lớn nhất Dầu phanh từ bình dầu làm đầy xi lanh bánh xe thông qua cửa C Chuẩn bị cho quá trình phanh

Hình 2.6: Xi lanh ở trạng thái khi phanh

Khi đạp phanh, van phân phối khí được mở Khí nén từ bình chứa được cấp đến các xi lanh thủy khí và làm đầy khoang A Thể tích khoang A tăng lên đồng nghĩa với thể tích khoang B giảm xuống Không khí trong khoang B đi ra ngoài thông qua cửa thoát

Piston khí nén bị đẩy sang phải Khi này piston thủy lực đóng cửa nạp dầu, xi lanh thủy lực trở thành một không gian kín Piston thủy lực di chuyển sang phải vì tác dụng của piston khí nén, đẩy dầu với áp suất cao đi tới các cơ cấu phanh

Hình 2.7: Van chấp hành ABS

Van chấp hành ABS đóng vai trò như một đoạn đường ống dẫn khí nén Chi tiết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của van chấp hành ABS trên phanh thủy khí tương tự van chấp hành ABS khí nén Van chấp hành ABS có các trạng thái tăng áp, giảm áp, giữ áp được điều khiển bởi 2 van: van điện từ điều khiển cấp khí và van điện từ điều khiển xả khí Bảng trạng thái sau thể hiện hoạt động của van chấp hành ABS khi điều khiển ON/OFF các van điện từ

Trong hệ thống phanh thủy khí, van chuyển mạch đóng vai trò chuyển đổi dòng khí nén từ tổng phanh hoặc van TCS Van chuyển mạch có 3 cửa: 1 cửa vào từ van TCS, 1 cửa vào từ tổng phanh và 1 cửa đến van điện từ ABS

Khi đạp phanh, van chấp hành TCS không hoạt động, lúc này khí nén đi từ tổng phanh đến van chuyển mạch làm đóng cửa van TCS Do đó, van điện từ ABS sử dụng khí nén từ tổng phanh để cung cấp cho bộ xi lanh thủy khí

Khi TCS hoạt động, van chấp hành TCS hoạt động và cấp khí nén cho 2 van điện từ ABS, lúc này dòng khí đi từ van chấp hành TCS đến van chuyển mạch làm đóng cửa khí từ

20 tổng phanh Do đó, van điện từ ABS sử dụng khí nén từ van chấp hành TCS để cung cấp cho bộ xi lanh thủy khí

Bình chứa khí nén dùng để lưu trữ không khí được nén từ máy phát, số lượng và kích thước của bình chứa khí phụ thuộc vào số lượng bầu phanh và kích thước của xe Hầu hết các phương tiện ngày nay được trang bị nhiều hơn một bình chứa khí, do đó cung cấp nhiều thể tích khí nén hơn Bình chứa đầu tiên sau máy nén được gọi là bình chứa chính, các bình chứa khác được gọi là bình chứa sơ cấp và thứ cấp

Khi không khí bị nén sẽ nóng lên và nguội dần khi vào trong bình chứa, quá trình này tạo thành hơi nước ngưng tụ, vì vậy ở đáy bình chứa có van xả nước để thuận lợi trong việc loại bỏ lượng nước dư thừa này

Khi hệ thống TCS phát hiện mất bám, bộ điều khiển chính sẽ kích hoạt van điều khiển TCS Van TCS là một van khóa điện tử, nằm trong hệ thống phanh của ô tô Nhiệm vụ chính của van điều khiển TCS là điều chỉnh áp suất phanh trên bánh xe mất bám

Khi van điều khiển TCS được kích hoạt, nó giảm áp suất trong hệ thống phanh hoặc chuyển hướng lưu lượng chất lỏng phanh đi một hướng khác Điều này tạo ra một hiệu ứng giảm lực kéo trên bánh xe mất bám, giúp bánh xe duy trì độ bám đường tốt hơn

Hệ thống TCS cũng liên tục theo dõi tốc độ quay của các bánh xe và điều chỉnh van điều khiển TCS một cách linh hoạt Khi các cảm biến bánh xe cho thấy bánh xe không còn mất bám, van điều khiển TCS ngừng can thiệp và trả lại hoạt động bình thường

Hình 2.10: Van chấp hành TCS

Nếu các bánh xe chủ động bị trượt quay khi tăng tốc, ECU sẽ điều chỉnh momen kéo từ động cơ và phanh các bánh xe chủ động để tránh xảy ra hiện tượng này Áp suất dầu trong mỗi xi lanh bánh xe tại cầu chủ động được điều khiển riêng lẻ với ba chế độ: tăng áp, giữ áp và giảm áp

Van TCS có nhiệm vụ cấp khí nén cho 2 van ABS tại 2 bánh xe chủ động Tùy thuộc vào độ trượt của các bánh chủ động mà van TCS có các chế độ sau: phanh 1 bánh hoặc phanh 2 bánh

Bàn đạp phanh chứa các van được vận hành bằng chân để cấp khí nén vận hành hệ thống phanh

Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí

Hình 2.16: Trạng thái van chấp hành tăng áp

Khi đạp phanh bình thường, lực cản trong cơ cấu phanh còn nhỏ chưa có nguy cơ làm bánh xe bị trượt, lúc này ECU không hoạt động nên không gửi tín hiệu bằng dòng điện đến cuộn dây của van solenoid Do vậy cả hai van solenoid trong bộ chấp hành ABS ở trạng thái tĩnh (không bị kích hoạt)

Buồng điều khiển màng cung cấp của van nạp thông với khí trời Khí nén đi vào cổng cung cấp, uốn màng cung cấp lên, mở thông lối tới cổng phân phối để cho khí nén thông trực tiếp qua bộ chấp hành ABS vào bầu phanh Đồng thời khí nén rẽ qua solenoid xả, tác động áp suất lên màng xả Áp suất này phối hợp với lực lò xo giữ cho màng xả, chặn đường dẫn từ cổng phân phối tới cổng xả

Trường hợp van chấp hành ABS hoạt động ở pha tăng áp, trạng thái của van điện từ và đường đi của khí nén trong van giống hệt trường hợp van chấp hành không hoạt động Không có dòng điện điều khiển các van điện từ điều khiển cấp khí và xả khí

Hình 2.17: Trạng thái van chấp hành giảm áp Để thực hiện giảm áp suất trong bầu phanh, van chấp hành ABS đóng đường cấp khí vào bầu phanh bằng cách đóng van màng điều khiển cấp khí SOL 1 (ON) Mặt khác van chấp hành ABS mở đường xả khí từ bầu phanh ra môi trường thông qua việc mở van màng điều khiển xả khí SOL 2 (ON)

Hình 2.18: Trạng thái van chấp hành giữ áp

28 Để thực hiện trạng thái giữ nguyên áp suất trong bầu phanh, van chấp hành ABS đóng đường cấp khí vào bầu phanh bằng cách đóng van màng điều khiển cấp khí SOL 1 (ON), đồng thời đóng đường xả khí từ bầu phanh ra môi trường thông qua việc đóng van mang điều khiển xả khí SOL 2 (OFF) Khí nén trong bầu phanh bị cô lập, áp suất khí nén sẽ được giữ nguyên trong pha này

Cơ sở lý thuyết chung về hệ thống ABS

3.1.1 Vấn đề chống bó cứng khi phanh

3.1.1.1 Độ trượt tương đối khi phanh

Trong tính toán động lực học của quá trình phanh ô tô thường sử dụng giá trị hệ số bám từ các bảng thực nghiệm, trong đó hệ số bám được xác định khi bánh xe đang chuyển động bị hãm cứng hoàn toàn, tức là khi bánh xe trượt lê 100%

Thực tế ra, hệ số bám của bánh xe ô tô với mặt đường ngoài việc phụ thuộc vào loại đường và tình trạng của mặt đường, mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác, đặc biệt là độ trượt của bánh xe tương đối với mặt đường trong quá trình phanh Sự thay đổi của hệ số bám dọc 𝜑 𝑥 và hệ số bám ngang 𝜑 𝑦 của bánh xe với mặt đường được mô tả bằng độ trượt tương đối 𝜆 giữa bánh xe và mặt đường Độ trượt tương đối 𝜆 được tính theo công thức:

𝑣 Trong đó: v: Vận tốc của ô tô

𝜔 𝑏 : Vận tốc góc của bánh xe đang phanh

𝑟 𝑏 : Bán kính làm việc của bánh xe

Hệ số bám dọc 𝜑 𝑥 là tỷ số của lực tiếp tuyến 𝑃 𝑝 trên tải trọng 𝐺 𝑏 tác động lên bánh xe

𝐺 𝑏 Nếu hệ số bám dọc bằng không khi lực phanh tiếp tuyến bằng không, tức là lúc chưa phanh

Hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại 𝜑 𝑥𝑚𝑎𝑥 ở giá trị độ trượt tối ưu 𝜆 0 giữ cho hiệu suất phanh cực đại, và đảm bảo hệ số bám ngang 𝜑 𝑦 cũng có giá trị khá cao

Do đó, để đạt được lực phanh cực đại 𝑃 𝑝𝑚𝑎𝑥 = 𝜑 𝑥𝑚𝑎𝑥 𝐺 𝑏 ta cần giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trượt 𝜆 0 , đảm bảo hiệu suất phanh cao nhất và tính ổn định khi phanh

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe có nhiệm vụ giữ cho bánh xe trong quá trình phanh ở độ trượt thay đổi trong một khoảng hẹp quanh giá trị 𝜆 0 , đảm bảo hiệu quả phanh, tính ổn định và tính dẫn hướng khi phanh tốt nhất Để làm điều này, áp suất trong hệ thống phanh cần được điều chỉnh tùy thuộc vào độ trượt của bánh xe với mặt đường xung quanh giá trị

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe có thể sử dụng các nguyên lý điều chỉnh sau đây:

- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh

- Theo giá trị độ trượt cho trước

- Theo giá trị của tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó

Các thành phần của hệ thống chống hãm cứng bánh xe bao gồm cảm biến, bộ điều khiển và bộ thực hiện Cảm biến nhận tín hiệu về tình trạng bánh xe đang phanh, bộ điều khiển xử lý thông tin và phát lệnh nhả phanh hoặc phanh bánh xe, và bộ thực hiện thực hiện các lệnh từ bộ điều khiển

Hiện nay, các hệ thống chống hãm cứng bánh xe thường sử dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong hệ thống phanh theo gia tốc chậm dần của bánh xe, với cảm biến vận tốc góc được bố trí Bảng kết quả thí nghiệm trên ô tô du lịch có hệ thống chống hãm cứng bánh xe thể hiện lợi ích về hiệu quả phanh so với trường hợp không có hệ thống này

Bảng 3.1: Kết quả thí nghiệm ô tô du lịch có hệ thống chống hãm cứng bánh xe

Tốc độ bắt đầu phanh v (m/s)

Lợi về hiệu quả phanh

Có hệ thống chống hãm cứng bánh xe

Không có hệ thống chống hãm cứng bánh xe Đường bê tông khô 13,88 10,6 13,1 19,1 Đường bê tông ướt 13,88 18,7 23,7 21,1 Đường bê tông khô 27,77 41,1 50,0 17,8 Đường bê tông ướt 27,77 62,5 100,0 37,5

3.1.1.2 Hệ số bám mặt đường

Một thách thức lớn và quan trọng cần giải quyết trong hoạt động của cơ cấu phanh là khi ô tô phanh đột ngột hoặc trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường trơn, đường đóng băng, hoặc đường tuyết Trong tình huống này, có nguy cơ xảy ra hiện tượng bánh xe bị bó cứng, khiến quãng đường phanh kéo dài, hiệu suất phanh giảm, và gây mất ổn định và khả năng điều khiển của xe Nếu bánh trước bị hãm cứng, xe sẽ mất khả năng chuyển hướng, trong khi nếu bánh sau bị hãm cứng do sự chênh lệch về hệ số bám giữa bánh trái và bánh phải trên mặt đường, có thể dẫn đến lật và sự mất ổn định khi phanh trong quá trình quay vòng Để giải quyết vấn đề về hiệu suất và ổn định khi phanh, nhiều ô tô hiện đại được trang bị cơ cấu chống hãm cứng bánh xe, hay còn được biết đến với tên gọi “Anti-Lock Braking System (ABS)” Cơ cấu ABS hoạt động bằng cách điều khiển áp suất dầu tác động lên xylanh bánh xe, ngăn chặn hiện tượng hãm cứng khi phanh trên các địa hình như đường trơn hoặc phanh gấp, đảm bảo tính hiệu quả và tính ổn định của xe trong quá trình phanh

Hệ số bám và lực bám đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho chuyển động của ô tô, tác động mạnh mẽ đến đặc tính động lực học, hiệu suất phanh, tính ổn định

32 khi phanh, khả năng dẫn hướng, và các tính năng khác Cơ cấu ABS được thiết kế dựa trên phân tích và xử lý để đạt được các giá trị tối ưu này

Bánh xe đóng vai trò quan trọng như một phần tử đàn hồi trong hệ thống, kết nối giữa xe và mặt đường Sự bám giữ giữa bánh xe và mặt đường được mô tả bằng hệ số bám Mặc dù hệ số bám có thể được xem xét như hệ số ma sát giữa hai vật thể cơ học, nhưng mối quan hệ truyền động giữa bánh xe và mặt đường là một vấn đề phức tạp, kết hợp tính chất của một ly hợp ma sát và nguyên lý ăn khớp giữa bánh răng và thanh răng, do có sự tương tác của bề mặt gai lốp với mặt đường Điều này đều là những yếu tố quan trọng được cân nhắc trong thiết kế và xây dựng cơ cấu ABS để đảm bảo hiệu quả và tính ổn định khi phanh

Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường được chia thành hai thành phần: Hệ số bám trong mặt phẳng dọc, tức trong mặt phẳng chuyển động của ô tô được gọi là hệ số bám dọc

𝜑 𝑥 và hệ số bám trong mặt phẳng ngang vuông góc với mặt phẳng dọc và được gọi là hệ số bám ngang 𝜑 𝑦

Hệ số bám dọc 𝜑 𝑥 được hiểu là tỷ số của lực phanh cực đại trên tải trọng tác dụng lên bánh xe và được xác định bằng biểu thức:

𝐺 𝑏 Tương tự, hệ số bám ngang 𝜑 𝑦 được xác định theo biểu thức:

𝑌 𝑀𝑎𝑥 : Lực ngang cực đại tác dụng lên bánh xe

𝐺 𝑏 : Tải trọng tác dụng lên bánh xe

Thực nghiệm chứng tỏ rằng hệ số bám phụ thuộc nhiều yếu tố như: Loại mặt đường và tình trạng mặt đường, kết cấu và nguyên liệu lốp, áp suất không khí ở trong lốp, tải trọng tác dụng lên bánh xe, tốc độ chuyển động của xe, điều kiện nhiệt độ làm việc, độ trượt giữa bánh xe với mặt đường Do đó, trong quá trình chuyển động của xe, giá trị của hệ số bám là thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố kể trên

Hình 3.1: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám

1-Đường khô 2-Đường ướt a) Áp suất trong lốp b)Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe c)Tốc độ chuyển động của xe d)Độ trượt giữa bánh xe và mặt đường

Hình 3.1 minh họa sự ảnh hưởng của các yếu tố này đến hệ số bám Cụ thể, hệ số bám dọc 𝜑 𝑥 được thể hiện qua các đồ thị theo áp suất trong lốp, tải trọng thẳng đứng, tốc độ chuyển động của xe và độ trượt giữa bánh xe và mặt đường Hệ số bám ngang 𝜑 𝑦 cũng có tính chất tương tự như vậy

Từ đồ thị ở (hình 3.1a), ta thấy rằng khi tăng áp suất p trong lốp thì hệ số bám tăng ban đầu nhưng sau đó giảm xuống Giá trị cực đại của hệ số bám tương ứng với áp suất quy định

Cơ sở lý thuyết chung về hệ thống TCS

Hình 3.4: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe chủ động

Khi chuyển động, ở bánh xe xuất hiện các lực và mô men sau:

Gb : Tải trọng tác dụng lên bánh xe

Pk : Lực kéo của bánh xe chủ động

N : Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe

Mf : Mô men cản lăn

Hiện tượng trượt quay của bánh xe khi tăng tốc

Lực kéo lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám giữa bánh xe và mặt đường, được đặc trưng bởi hệ số bám φ thông qua mối quan hệ sau: max max k b

𝑃 𝑘𝑚𝑎𝑥 : Lực kéo cực đại mà bánh xe có thể sinh ra được

𝑃 𝑗 : Lực bám lớn nhất giữa bánh xe và mặt đường

Do đó khi tăng tốc trên các loại đường có hệ số bám φ thấp, như đường trơn ướt, đường tuyết … làm cho 𝑃 𝑘 > 𝑃 𝜑 Điều này khiến bánh xe nhanh chóng bị trượt quay trên đường

Hiện tượng trượt quay có thể giải thích một cách rõ ràng hơn với lý thuyết bám Công thức tính độ trượt của bánh xe như sau:

𝑣 𝑙 : vận tốc lý thuyết của bánh xe

𝑣 𝑡 : vận tốc thực tế của xe

Lực bám giữa lốp và đường thay đổi theo được cho bởi đồ thị thay đổi hệ số bám dọc và ngang của bánh xe so với mặt đường

Nhận thấy rằng khi độ trượt trong khoảng 15% - 30% thì hệ số bám theo phương dọc lớn và đạt max tại vị trí 𝜆 0 , trong khi đó hệ số bám ngang đang có xu hướng giảm nhưng vẫn ở giá trị cao Vượt ra ngoài khoảng này các hệ số bám dọc và bám ngang đều giảm nhanh chóng, như vậy lực bám giữa lốp và đường cũng giảm Vì vậy khi ta khởi động, tăng tốc, lượng mô men quá lớn được cung cấp tới bánh chủ động đang mất độ bám sẽ dẫn tới lực kéo của bánh tăng lên nhanh chóng, trong điều kiện hệ số bám thấp thì bánh xe bị trượt quay tại chỗ

Nội dung thi công

- Về phần cơ khí: Cải tiến mô hình có sẵn trong xưởng khung gầm, bổ sung và lắp đặt hoàn thiện lại các chi tiết, bộ phận trên mô hình

- Về phần điều khiển: Viết code điều khiển mô hình hoạt động bám sát thực tế

- Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng mô hình đã hoàn thành.

Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của mô hình

Hệ thống phanh thủy khí kết hợp thủy lực là một cấu trúc linh hoạt, tận dụng sự kết hợp giữa ưu điểm của hệ thống phanh thủy khí và thủy lực Thông qua việc tích hợp này, lực bàn đạp được giảm mà vẫn đảm bảo độ nhạy và an toàn khi sử dụng

Hệ thống này sử dụng động cơ khí nén để tạo lực đẩy cho xi lanh thủy lực Cơ chế này giúp giảm áp lực cần thiết để kích hoạt hệ thống phanh Hệ thống thủy lực được tích hợp để kiểm soát guốc phanh hoặc má phanh đĩa, mang lại độ nhạy cao và trải nghiệm phanh êm dịu

Mặc dù hệ thống này mang lại nhiều lợi ích, nhưng nó cũng mang theo một số thách thức Điều này bao gồm độ phức tạp của hệ thống, yêu cầu nhiều bộ phận và có thể tăng chi phí lắp đặt và bảo trì Ngoài ra, việc duy trì áp suất khí nén ổn định là quan trọng để đảm bảo hiệu suất của hệ thống

Hệ thống này thường được trang bị các tính năng tiên tiến như hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) để ngăn chặn bánh xe bị bó cứng và hệ thống kiểm soát lực (TCS) để giảm nguy cơ mất kiểm soát trong các tình huống phanh gấp hoặc trên địa hình trơn trượt

4.2.2 Cấu tạo chung của mô hình

Hình 4.1: Mô hình thi công hoàn chỉnh

Các bộ phận chính trong mô hình là :

Bàn đạp ga và cảm biến vị trí bàn đạp ga Đúng như tên gọi của nó, cảm biến vị trí bàn đạp ga dùng để đo vị trí của bàn đạp ga, tín hiệu này được gửi đến ECU để xử lý và điều khiển độ mở của bướm ga Có 2 loại cảm biến vị trí bàn đạp ga được sử dụng ngày nay gồm: loại tuyến tính (tương tự như biến trở) và loại Hall (dạng điện từ)

Trong mô hình, cảm biến vị trí bàn đạp ga thuộc loại tuyến tính gồm 6 chân, có cấu tạo tương tự chiết áp đôi Do đó để dễ dàng lắp đặt, nhóm chỉ sử dụng 3 chân của cảm biến vị trí bàn đạp ga, trong đó có 2 chân cấp nguồn và 1 chân tín hiệu gửi cho arduino xử lý dưới dạng điện áp từ 0 đến 5VDC Cảm biến này cũng được gắn trên bàn đạp ga, khi đạp bàn đạp ga

41 làm xoay cảm biến, nhờ đó làm thay đổi giá trị điện áp Cảm biến vị trí bàn đạp ga nhóm sử dụng có các thông số sau:

- Model: 89281-33010, sử dụng trên dòng xe Toyota Camry 2007 – 2010

- Jack kết nối gồm 6 chân, loại tuyến tính

- Điện áp hoạt động: 0~5VDC

Hình 4.2: Bàn đạp ga và cảm biến vị trí bàn đạp ga Bàn đạp phanh

Bàn đạp phanh là cơ cấu được lắp ở bên trái so với bàn đạp ga Khi đạp chân lên bàn đạp phanh, xe sẽ giảm tốc độ và từ từ dừng lại Bàn đạp được lắp vào vách ngăn và làm việc như một cơ cấu đòn bẩy Khi hệ thống trợ lực hỏng, bàn đạp được thiết kế sao cho lái xe vẫn có thể dừng xe khi không có trợ lực Bàn đạp được gắn vào piston của xi lanh chính

Công tắc phanh: được lắp ở chân phanh để lấy tín hiệu phanh mỗi khi đạp chân phanh, công tắc phanh cũng nối đến đèn phanh

Hình 4.3: Bàn đạp phanh Bướm ga điện tử

Bướm ga điện tử ngày nay được tích hợp thành một cụm thân bướm ga, bao gồm cả cảm biến vị trí bướm ga (TPS) Nó được gắn trên đường ống nạp giữa bộ đo gió và động cơ Thân bướm ga được liên kết với bàn đạp ga của người lái để điều khiển độ mở của bướm ga nhằm thay đổi lượng khí nạp, từ đó điều khiển các điều kiện vận hành của động cơ

Hình 4.4: Bướm ga điện tử

Loại bướm ga điện tử nhóm sử dụng trong mô hình có các thông số sau:

- Model: 22030-0H020, sử dụng trên dòng xe Toyota Camry 2007 – 2010

- Jack kết nối gồm 6 chân, lần lượt từ trái qua: VTA – 5VDC – VTA – GND – M - –

Thực tế trên mô hình nhóm chỉ sử dụng 2 dây M - và M + để điều khiển motor bướm ga Các tín hiệu còn lại được giả lập và có sẵn trong mạch điều khiển

Thuật toán điều khiển hệ thống

Các tín hiệu đầu vào của bộ điều khiển gồm: trạng thái công tắc đèn báo phanh (được sử dụng để xác định trạng thái phanh); nút nhấn ABS – TCS ( Xác định trạng thái ABS –

TCS có đang kích hoạt hay không) ;cảm biến vị trí bàn đạp ga (được sử dụng để xác định trạng thái đạp ga; biển trở V ( xác định vận tốc ban đầu của xe ); biển trở TH ( xác định các trường hợp mô phỏng )

Hình 4.5: Thuật toán điều khiển

Thi công phần cơ khí

4.3.1 Kiểm tra các thiết bị

Chúng em tập trung vào cơ khí bằng cách cải tiến mô hình có sẵn trong xưởng khung gầm, thực hiện thay thế, lắp đặt và hoàn thiện các chi tiết và bộ phận Quá trình chuẩn bị và kiểm tra bộ phận trở nên đơn giản để tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và chức năng của mô hình Mục tiêu là tối ưu hóa các chi tiết và bộ phận trong khung gầm để nâng cao khả năng hoạt động và dễ bảo trì Điều này giúp chúng tôi tiết kiệm thời gian và nguồn lực trong quá trình phát triển mô hình, với sự chú trọng vào việc cải tiến những khía cạnh cơ bản để đạt được hiệu suất và chất lượng tốt nhất

Hình 4.6: Mô hình chưa thi công

Các bộ phận của mô hình đã có sẵn:

- 4 bộ xi lanh thủy khí

- 6 đồng hồ hiển thị áp suất

- 1 Bộ điều khiển chưa hoàn thiện

Kiểm tra các bộ phận:

Chúng em sử dụng đồng hồ VOM (Volt-Ohm Meter) để kiểm tra và xác định các chân của van chấp hành ABS và TCS Mục tiêu là đảm bảo rằng các van chấp hành này vẫn hoạt động bình thường sau khi kiểm tra

Sau khi tiến hành kiểm tra, chúng em xác nhận rằng các chân của van chấp hành ABS và TCS đang hoạt động bình thường Điều này cho thấy các van chấp hành vẫn thực hiện chức năng của mình và đảm bảo tính an toàn và ổn định trong quá trình điều khiển hệ thống phanh

Quá trình kiểm tra này đảm bảo rằng van chấp hành ABS và TCS vẫn duy trì khả năng hoạt động và không có vấn đề nào gây ảnh hưởng đến hiệu suất của chúng Điều này là quan trọng để đảm bảo tính ổn định và an toàn của hệ thống phanh và kiểm soát của xe

Hình 4.7: Các chân của van chấp hành ABS

Kiểm tra các đầu van khí, các đường ống khí và các đường ống dầu đảm bảo không bị rò rỉ Sau khi kiểm tra, nhận thấy một ống dầu bị rò rỉ và cần được thay mới

Hình 4.8: Kiểm tra các ống khí và các van khí

Kiểm tra bình chứa dầu để xác định xem có bất kỳ sự rò dầu hay nứt vỡ nào xuất hiện Sau cuộc kiểm tra, nhận thấy có nhu cầu thay mới dầu phanh

Hình 4.9: Kiểm tra các ống dầu

Kiểm tra các đồng hồ đo áp suất có bị hư hỏng, nứt vỡ hay không Sau khi kiểm tra, nhận thấy không cần thay mới đồng hồ đo áp suất

Hình 4.10: Kiểm tra đồng hồ đo áp suất

Các bộ phận cần chuẩn bị để lắp đặt thêm:

- 1 đồng hồ đo áp suất khí

4.3.2 Lắp đặt thi công và hoàn chỉnh mô hình

Lắp đặt màn hình LCD I2C Đầu tiên, nhóm sẽ dùng máy cắt cầm tay cắt 1 lỗ trên mô hình và gắn cố định màn hình LCD I2C lên mô hình

Tiếp theo nhóm sẽ tiến hành kết nối 4 chân mô-đun I2C gồm có các chân: VCC, GND, SDA, và SCL với các chân của Arduino Mega 2560 như sau:

- VCC: Kết nối với nguồn cung cấp 5V của Arduino Mega 2560

- GND: Kết nối với chân GND của Arduino Mega 2560

- SDA: Kết nối với chân SDA (chân 20 trên Arduino Mega 2560)

- SCL: Kết nối với chân SCL (chân 21 trên Arduino Mega 2560)

Sau đó, nhóm sẽ cài đặt thư viện và khai báo địa chỉ màn hình LCD I2C và viết code điều khiển trong phần mềm Arduino IDE

Hình 4.11: Lắp đặt và đấu dây màn hình LCD I2C

Lắp đặt biến trở TH

Nhóm em sẽ tiến hành xác định các chân của biến trở gồm có: chân VCC, chân tín hiệu, chân GND

Sau đó, nhóm sẽ kết nối các chân biến trở với mạch Arduino Mega 2560 như sau:

- Chân đầu (1): Kết nối với chân 5V trên Arduino Mega 2560

- Chân giữa (2): Kết nối với chân A8 trên Arduino Mega 2560

- Chân cuối (3): Kết nối với chân GND trên Arduino Mega 2560

Lắp đặt đồng hồ đo áp suất khí ở chế độ ABS

Hình 4.12: Dùng máy khoan điện để khoan lỗ gắn đồng hồ áp suất

Nhóm em sẽ lắp đặt đồng hồ đo áp suất khí ở chế độ ABS tại vị trí đầu vào xy lanh của bánh xe

Hình 4.13: Đồng hồ đo áp suất khí ở chế độ ABS

Sau khi thi công và lắp đặt thêm các chi tiết và linh kiện, mô hình đã hoàn chỉnh

Hình 4.14: Hộp điều khiển mô hình khi hoàn chỉnh

Thi công phần điều khiển

4.4.1 Dữ liệu thiết lập hệ thống điều khiển

Dựa vào kết quả mô phỏng ở phần mềm carsim, chúng em đã chuẩn bị trước các tình huống cụ thể cho bộ điều khiển Mỗi tình huống đều có kết quả điều khiển và hiển thị trên LCD tương ứng Hoạt động của hệ thống ABS và TCS được xác định độc lập, với điều kiện rằng nếu hệ thống ABS hoạt động thì TCS sẽ không hoạt động, và ngược lại Tùy thuộc vào các chế độ cụ thể sẽ có các tình huống khác nhau như sau:

Hệ thống thiết lập ở chế độ ABS:

- Không có ABS: Bộ điều khiển không can thiệp vào các van chấp hành ABS và hiển thị LCD các giá trị tương ứng với các giá trị V đã được xác định từ trước

- Có ABS: Bộ điều khiển can thiệp vào các van chấp hành ABS và hiển thị LCD các giá trị tương ứng với các giá trị V đã được xác định từ trước

Hệ thống thiết lập ở chế độ TCS:

- Không có TCS: Bộ điều khiển không can thiệp vào van chấp hành TCS, cũng như các van chấp hành ABS, và hiển thị LCD các giá trị tương ứng với các giá trị V đã được xác định từ trước

- Có TCS: Bộ điều khiển can thiệp vào van chấp hành TCS, cũng như các van chấp hành ABS, và hiển thị LCD các giá trị tương ứng với các giá trị V đã được xác định từ trước

4.4.1.1 Tình huống 1: Xe có hệ thống ABS chạy trên đường bê tông khô có hệ số bám 𝝋 = 𝟎 𝟕𝟓 phanh đột ngột tại vận tốc 100 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp phanh 400 N

Thiết lập các giá trị giả định đưa vào phần mềm carsim để chạy mô phỏng:

- Vận tốc ban đầu :V = 100 km/h

- Lực tác dụng lên bàn đạp phanh: 400 N

- Hệ số bám mặt đường 𝜑 = 0.75

Sau khi thiết lập và chạy mô phỏng trên phần mềm carsim, chúng em thu được các kết quả về tốc độ, áp suất từng bánh xe tại từng thời điểm:

Hình 4.15: Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 1

Hình 4.16: Đồ thị biểu diễn áp suất phanh tại các xi lanh bánh xe trong tình huống 1

Dựa vào các kết quả thu được từ việc chạy mô phỏng trên phần mềm carsim, chúng em xây dựng các bảng dữ liệu để viết code lập trình điều khiển mô hình:

Bảng 4.1: Dữ liệu vận tốc của từng bánh xe trong tình huống 1

Thời gian t(s) Vận tốc xe

Bảng 4.2: Dữ liệu áp suất phanh tại xi lanh từng bánh xe trong tình huống 1

Thời gian t(s) Áp suất bánh

Hình 4.17 : Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 2

Bảng 4.4: Dữ liệu áp suất xi lanh từng bánh xe trong tình huống 2

Hình 4.19 : Đồ thị biểu diễn tốc độ từng bánh xe trong tình huống 3

Bảng 4.6: Dữ liệu áp suất từng bánh xe trong tình huống 3

4.4.1.4 Tình huống 4: Xe có hệ thống ABS chạy trên đường bê tông khô có hệ số bám 𝝋 = 𝟎 𝟕𝟓 phanh đột ngột tại vận tốc 60 km/h với lực tác dụng lên bàn đạp phanh

Viết code điều khiển mô hình hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí

Bước 1: Tìm hiểu và phân tích sơ đồ mạch điện điều khiển mô hình đã có sẵn

Hình 4.39: Sơ đồ mạch điện điều khiển mô hình đã có sẵn

Dựa vào sơ đồ mạch điện điều khiển mô hình đã có sẵn nhóm em tìm hiểu và phân tích về cấu trúc của mô hình, nắm bắt được vai trò của từng linh kiện như nguồn tổ ong, Arduino Mega 2560, màn hình LCD, relay, và nhiều linh kiện điều khiển khác

Tiếp theo, nhóm em xác định và phân tích các chân tín hiệu INPUT và các chân tín hiệu OUTPUT tương ứng với từng linh kiện Điều này giúp chúng em hiểu rõ cách dữ liệu được truyền đạt giữa các linh kiện, từ cảm biến và nút nhấn đến Arduino và từ Arduino đến các relay, màn hình LCD, và các linh kiện khác Việc này không chỉ làm cho quá trình lập trình hiệu quả hơn mà còn giúp chúng tôi xác định chính xác cách hệ thống đáp ứng với các tín hiệu và điều kiện khác nhau

Bước 2: Kết nối thêm các linh kiện điện tử cho hệ thống điều khiển

Bước tiếp theo trong sự phát triển của mô hình điều khiển hệ thống ABS và TCS trên phanh thủy khí là việc tích hợp thêm một màn hình LCD 2004 kèm module I2C bằng việc đấu dây song song với một màn hình LCD 2004 kèm module I2C có sẵn trên mô hình và một biến trở 10K liên kết với chân A8 của Arduino Mega 2560 để giả định lực phanh ban đầu tác động lên hệ thống Sự bổ sung này không chỉ mở rộng khả năng hiển thị và điều khiển của hệ thống mà còn mang đến sự linh hoạt và tùy chỉnh cho người điều khiển

Việc đấu thêm một màn hình LCD và liên kết nó với Arduino mở ra khả năng hiển thị thông tin chi tiết và thời gian thực về trạng thái của hệ thống Bằng cách này, người điều khiển có thể dễ dàng theo dõi tốc độ, trạng thái phanh, và các dữ liệu quan trọng khác trực tiếp từ màn hình LCD, tăng cường khả năng theo dõi và kiểm soát

Thêm vào đó, việc đấu thêm một biến trở vào chân A8 mở ra khả năng điều chỉnh các tham số khác của hệ thống Biến trở có thể được sử dụng để tinh chỉnh các thông số hoạt động của hệ thống, tạo điều kiện linh hoạt và tối ưu hóa trải nghiệm điều khiển

Sự tích hợp này không chỉ là một bước tiến quan trọng trong việc làm giàu tính năng của mô hình mà còn là minh chứng cho sự linh hoạt và sáng tạo của nhóm Với sự kết hợp hài hòa giữa công nghệ và điều khiển, mô hình này không chỉ tái tạo một hệ thống phanh xe mô phỏng mà còn là một nền tảng thử nghiệm linh hoạt và độc đáo Sự mở rộng không ngừng của dự án đặt ra nhiều triển vọng cho sự phát triển và ứng dụng trong tương lai

Bước 3: Lập trình điều khiển

Dựa vào những tình huống cụ thể đã mô phỏng ở phần mềm Carsim và yêu cầu của dự án, nhóm em đã thu thập các giá trị để tạo ra các cơ sở dữ liệu cần thiết cho quá trình lập trình điều khiển

Các cơ sở dữ liệu này đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hệ thống Chúng em sử dụng các giá trị áp suất xi lanh từng bánh xe tại mỗi thời điểm để so sánh giữa các giá trị với nhau để arduino xác định và đưa ra quyết định điều khiển relay mở hoặc đóng, nhằm kiểm soát tốc độ ở mỗi bánh xe ổn định và ngăn chặn tình trạng bị trượt Quá trình này giúp kiểm soát hệ thống phanh ABS, đảm bảo rằng áp suất phanh được duy trì ổn định và phân phối đồng đều giữa các bánh xe, ngăn chặn tình trạng trượt không mong muốn

Bằng cách này, chúng em tận dụng thông tin áp suất từng bánh xe để tối ưu hóa chức năng của hệ thống, tăng cường khả năng kiểm soát và an toàn khi lái xe trong các điều kiện đặc biệt Sự tích hợp thông tin áp suất là một phần quan trọng trong việc tái tạo các tính năng của hệ thống phanh thực tế, đồng thời cung cấp một môi trường mô phỏng chân thực

Thông qua việc này, chúng em có thể tận dụng cơ sở dữ liệu để xây dựng các điều kiện kiểm tra và quyết định, như khi nào mở hoặc đóng van điện từ trong các xy lanh khí nén ở mỗi bánh xe, khi nào điều chỉnh độ mở của bướm ga điện tử, hay khi nào kích hoạt đèn báo cảnh báo Các cơ sở dữ liệu này là chìa khóa cho việc quản lý thông tin và thực hiện các chức năng điều khiển một cách hiệu quả

Bước 4: Lắp mạch và chạy thử nghiệm trên mô hình

Thông qua sơ đồ mạch điều khiển, nhóm tiến hành lắp thêm các linh kiện để tiến hành thử nghiệm

Hình 4.40: Mạch chạy thử nghiệm trên mô hình

Hình 4.41: Nạp code vào hệ thống điều khiển mô hình

Sau khi nạp code cho Arduino Mega 2560 thành công, trong quá trình chạy thử nghiệm hoạt động trên mô hình, nhóm em đã cho chạy thử các chế độ ABS và TCS và quan sát các chỉ số thay đổi của đồng hồ áp suất từ đó điều chỉnh độ đóng mở của các relay và kiểm tra các thông số hiển thị trên màn hình LCD 1 và LCD 2 đúng với mục tiêu đã ra

Những điều lưu ý trước khi sử dụng mô hình

Khí nén được cung cấp vào bình chứa khí nén phải đạt từ 4 – 6 kg/cm 2 Điện áp cung cấp 220VAC – 50Hz

Không vận hành mô hình khi hộp điều khiển bị ướt

Không được mở hộp điều khiển khi hệ thống đang được cấp điện

Hạn chế tiếp xúc với dầu phanh, dùng vải khô lau vết dầu bị rò rỉ

Khi tiếp xúc với dầu phanh, cần rửa ngay dưới nước và xà phòng.

Mô hình hoạt động ở chế độ phanh thường

Bước 1: Cấp nguồn điện 220VAC và cấp khí nén cho hệ thống

Hình 5.1: Cấp khí nén cho bình chứa khí

Bước 2: Gạt công tắc NG sang chế độ ON

Hình 5.2: Gạt công tắc NG sang chế độ ON

Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị “WELCOME”

Hình 5.3: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị “WELCOME”

Các relay sáng đèn báo màu xanh

Hình 5.4: Các relay được cung cấp điện

→ Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị “please setting”

Và sau đó màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị “ABS: OFF

Hình 5.6: Màn LCD 1 và LCD 2 hiển thị các chế độ

Bước 4: Vặn núm biến trở VT để thiết lập giá trị vận tốc ban đầu là 100 km/h

Vặn núm biến trợ TH sang mức 3

Hình 5.7: Các nút nhấn trên bảng điều khiển

Bước 5: Nhấn Enter và sau đó đạp bàn đạp phanh

Hình 5.8: Nhấn nút enter trên bảng điều khiển

Hình 5.9: Đạp bàn đạp phanh

Sau đó mô hình sẽ hoạt động ở chế độ phanh thường trong tình huống xe không có hệ thống ABS chạy trên đường bê tông khô có hệ số bám φ=0.75 phanh tại vận tốc 100 km/h với lực phanh 400 N

→ Màn hình LCD 1 và LCD 2 sẽ hiển thị các giá trị vận tốc khi mô hình đang hoạt động

Hình 5.10: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị khi đạp phanh

→ Áp suất tại các đồng hồ FL, FR, RR, RL tăng đến một giá trị

Hình 5.11: Áp suất tại các đồng hồ FL, FR, RR, RL tăng đến một giá trị

Mô hình hoạt động ở chế độ phanh ABS

Bước 4: Nhấn nút chọn ABS và sau đó nhấn nút enter

Hình 5.18: Đèn nút nhấn ABS sáng

Bước 5: Vặn núm biến trở VT và TH để thiết lập các giá trị vận tốc ban đầu tương ứng với từng tình huống

Biến trở VT dùng để thiết lập vận tốc ban đầu tương ứng 30 km/h, 60 km/h, 100km/h

Biến trở TH dùng để thiết lập các tình huống như sau: TH = 1 tương ứng với lực đạp phanh 133 N, TH = 2 tương ứng với lực đạp phanh 266 N, TH = 3 tương ứng với lực đạp phanh 400 N

Hình 5.19: Các nút nhấn trên bảng điều khiển

→ Màn hình LCD 1 và LCD 2 sẽ hiển thị ở chế độ ABS ON, TCS OFF, Tốc độ, TH tương ứng khi người sử dụng đã thiết lập

Hình 5.20: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị sau khi thiết lập

Bước 6: Nhấn Enter và sau đó đạp bàn đạp phanh

Hình 5.21: Nhấn nút enter trên bảng điều khiển

Hình 5.22: Đạp bàn đạp phanh

Sau đó mô hình sẽ hoạt động ở chế độ phanh ABS trong tình huống người sử dụng đã thiết lập

Hình 5.23: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị khi đạp phanh

→ Áp suất tại các đồng hồ FL, FR, RL, RR tăng đến một giá trị và thay đổi liên tục khi arduino điều khiển các relay đóng – mở các van điện từ trong các xy lanh bánh xe để kiểm soát tốc độ ở mỗi bánh xe ổn định và ngăn chặn tình trạng bị trượt

Hình 5.24: Áp suất tại các đồng hồ FL, FR, RL, RR khi mô hình hoạt động

Mô hình hoạt động ở chế độ TCS cả 2 bánh chủ động

Bước 4: Nhấn nút chọn TCS và sau đó nhấn nút enter

Hình 5.31: Đèn nút nhấn TCS sáng

Hình 5.32: Các núm biến trở trên bảng điều khiển

→ Màn hình LCD 1 và LCD 2 sẽ hiển thị ở chế độ ABS OFF, TCS ON, Tốc độ, TH tương ứng khi người sử dụng đã thiết lập

Hình 5.33: Màn LCD1 và LCD 2 sau khi thiết lập

Bước 6: Nhấn Enter và sau đó đạp bàn đạp ga

Hình 5.34: Đạp bàn đạp ga

Sau đó mô hình sẽ hoạt động ở chế độ phanh thường trong tình huống xe có hệ thống TCS với vận tốc ban đầu 0 (km/h) tăng tốc trên đoạn đường có hệ số bám 𝜑 = 0.3

Hình 5.35: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị khi đạp bàn đạp ga

→ Bướm ga mở hoàn toàn

Hình 5.36: Bướm ga mở hoàn toàn

→ Đến khi chế độ TCS hoạt động thì khép lại một phần, và mở lại hoàn toàn khi chế độ TCS ngừng hoạt động

Hình 5.37: Bướm ga đóng lại một phần khi TCS hoạt động

→ Đèn TCS sáng khi chế độ TCS hoạt động

→ Relay kích van TCS mở và relay kích van chấp hành ABS cầu sau nhấp nhả liên tục khi chế độ TCS hoạt động

→ Áp suất tại các đồng hồ RL, RR tăng đến một giá trị và thay đổi liên tục khi arduino điều khiển các relay đóng – mở các van điện từ trong các xy lanh bánh xe để kiểm soát tốc độ ở 2 bánh xe chủ động cho lực kéo bằng với lực bám để tăng tốc không bị trượt

Hình 5.38: Áp suất tại các đồng hồ RL, RR khi mô hình hoạt động

Mô hình hoạt động ở chế độ TCS ở 1 bánh xe chủ động ( bị sa lầy)

Bước 4: Nhấn nút chọn TCS và sau đó nhấn nút enter

Hình 5.44: Đèn nút nhấn TCS sáng

Hình 5.45: Các núm biến trở trên bảng điều khiển

→ Màn hình LCD 1 và LCD 2 sẽ hiển thị ở chế độ ABS OFF, TCS ON, Tốc độ, TH tương ứng khi người sử dụng đã thiết lập

Hình 5.46: Màn LCD 1 và LCD 2 sau khi thiết lập

Bước 6: Nhấn Enter và sau đó đạp bàn đạp ga

Hình 5.47: Đạp bàn đạp ga

Sau đó mô hình sẽ hoạt động ở chế độ phanh thường trong tình huống xe có hệ thống TCS với vận tốc ban đầu 0 (km/h) tăng tốc trên đoạn đường bị sa lầy một bên bánh trái có hệ số bám 𝜑 𝑥𝑙𝑒𝑓𝑡 = 0,05; 𝜑 𝑥𝑟𝑖𝑔ℎ𝑡 = 0,75

Hình 5.48: Màn hình LCD 1 và LCD 2 hiển thị khi đạp bàn đạp ga

→ Bướm ga mở hoàn toàn

Hình 5.49: Bướm ga mở hoàn toàn

→ Đến khi chế độ TCS hoạt động thì khép lại một phần, và mở lại hoàn toàn khi chế độ TCS ngừng hoạt động

Hình 5.50: Bướm ga đóng lại một phần khi TCS hoạt động

→ Đèn TCS sáng khi chế độ TCS hoạt động

→ Relay kích van TCS mở và relay kích van chấp hành ABS cho bánh chủ động sau trái nhấp nhả liên tục khi chế độ TCS hoạt động

→ Áp suất tại các đồng hồ RL tăng đến một giá trị và thay đổi liên tục khi arduino điều khiển các relay đóng – mở các van điện từ trong các xy lanh bánh xe để kiểm soát tốc độ ở bánh xe chủ động sau trái cho lực kéo bằng với lực bám để tăng tốc không bị trượt

Hình 5.51: Áp suất tại các đồng hồ RL khi mô hình hoạt động

Kết luận

Sau thời gian 3 tháng nghiên cứu và thực hiện khóa luận tốt nghiệp với đề tài “Thi công hệ thống điều khiển ABS – TCS” với sự hướng dẫn tận tình của thầy GVC.ThS.Nguyễn Văn Toàn, nhóm em đã hoàn thành và đạt được mục tiêu và nội dung đặt ra

Trong quá trình thực hiện đồ án, nhóm đã nghiên cứu, và đạt được những kết quả sau:

- Nắm vững cấu trúc, nguyên lý hoạt động, và các chế độ điều khiển của hệ thống ABS

- TCS thông qua tài liệu và trên các xe thực tế

- Tận dụng kiến thức tổng quát về hệ thống phanh để tìm hiểu chi tiết về cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh thủy khí (Air Over Hydraulic Brakes Systems) tích hợp ABS và TCS

- Xây dựng được các cơ sở dữ liệu điều khiển mô hình bằng việc ứng dụng phần mềm Carsim chạy mô phỏng các tình huống đề ra

- Tìm hiểu rõ về nguyên lý hoạt động của các van chấp hành ABS và TCS

- Lên ý tưởng, lựa chọn chi tiết cho phù hợp với đề tài

- Thi công, lắp ráp thêm các chi tiết

- Viết chương trình điều khiển cho hệ thống sao cho phù hợp

Trong quá trình thực hiện đề tài, do thời gian giới hạn và kiến thức chuyên ngành còn hạn chế nên nhóm gặp phải một số khó khăn:

Mô hình không trang bị cảm biến vận tốc và cảm biến vị trị bàn đạp ga nên dữ liệu đầu vào phục vụ cho việc điều khiển đều được giả lập sẵn, cụ thể hơn ở từng giá trị vận tốc và lực đạp của từng trường hợp Các số liệu hiển thị được xuất từ dữ liệu mà chúng em mô phỏng được nên những kết quả này chỉ mang tính tương đối.

Tiêu đề	Thi Công Hệ Thống Điều Khiển Abs - Tcs
Tác giả	Trần Cơ Nghĩa, Trần Gia Khánh
Người hướng dẫn	GVC.ThS. Nguyễn Văn Toàn
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
Thể loại	Đồ Án Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2023
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	192
Dung lượng	15,86 MB

Tài liệu tham khảo	Loại	Chi tiết
[1] Đặng Quý, Giáo trình Lý thuyết ô tô, Nxb. Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh, 2012	Khác
[2] Hùng, H. H. (2016). Nghiên cứu hệ thống ABS dẫn động khí nén (Doctoral dissertation, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội)	Khác
[3] Hoàng, T. V. (2022). Nghiên cứu mô phỏng xác lập ngưỡng điều khiển ABS của hệ thống phanh dẫn động khí nén	Khác
[4] Đặng Quý, Giáo trình tính toán thiết kế ô tô, Nxb. Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Thành phố Hồ Chí Minh, 2001	Khác
[5] Petersen, E., Reinecke, E., & Liermann, P. (1986). Anti-lock braking system (ABS) with integrated drive slip control (ASR) for commercial Vehicles. SAE Transactions, 975 – 987	Khác
[6] Bharat Bhivate, P. (2010). Modelling & Development of Anti-lock Braking System	Khác