Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm bộ điều khiển điện tử cho hệ thống phanh ô tô con

Khi phanh bình th ng...

M C L C

M C L C 1

DANH M C HÌNH V 4

L I NÓI U 7

CH NG 1 T NG QUAN 8

1.1 Các v n đ v h th ng phanh ABS 8

1.2 S k t h p gi a ABS và các h th ng khác 10

1.2.1 H th ng ABS k t h p v i h th ng EBD và BAS 11

1.2.2 H th ng ABS k t h p v i h th ng ki m soát l c kéo (TRC) 12

1.2.3 H th ng n đ nh xe b ng đi n t 15

1.3 Nhi m v c a đ tài 18

1.3.1 Tình hình nghiên c u 18

1.3.2 Nhi m v c a đ tài 19

CH NG 2 C S LÍ LU N C A TÀI 21

2.1 L c bám và h s bám 21

2.2 tr t 23

2.3 L c và mô men tác d ng lên bánh xe khi phanh 23

2.4 Hi n t ng tr t l t c a bánh xe khi phanh 25

2.5 c tính tr t khi phanh 27

2.5.1 c tính tr t theo đ bám 27

2.5.2 c tính tr t lí t ng 29

2.6 C u t o và nguyên lí làm vi c c a ABS 32

2.6.1 C u t o c a h th ng ABS 32

2.6.1.1 C m bi n t c đ bánh xe 33

2.6.1.2 C m b m và van phân ph i d u 34

2.6.2 Nguyên lí làm vi c c a ABS 36

2.6.2.1 Ph m vi đi u khi n c a ABS 36

2.6.2.2 Chu trình đi u khi n c a ABS 39

2.6.2.3 Quá trình đi u khi n ABS 41

2.7 Nhi m v c a h th ng ABS 43

CH NG 3 GI I THI U XE TH NGHI M 47

3.1 Gi i thi u mô hình, đi u ki n th nghi m 47

3.2 S đ h th ng phanh có ABS c th trên xe thí nghi m 47

3.3 Quá trình đi u khi n ABS 48

3.3.1 Khi phanh bình th ng 48

3.3.2 Quá trình gi áp su t 50

3.3.3 Quá trình gi m áp su t 51

3.3.4 Quá trình t ng áp su t 52

3.4 Tín hi u đi u khi n van th y l c trên ECU nguyên b n c a xe 54

3.5 Van đi n t và ph n t khuy ch đ i công su t 54

CH NG 4 THI T K , CH T O B I U KHI N I N T CHO H TH NG PHANH 56

4.1 Gi i thi u v vi đi u khi n AVR và công d ng trong b đi u khi n 56

4.2 Gi i thi u v ph n m m mô ph ng và l p trình cho vi đi u khi n 60

4.2.1 Gi i thi u v proteus 60

4.2.2 Gi i thi u v CodevisionAVR 61

4.3 Gi i thi u v giao di n ph n m m v đ th 63

4.4 Thi t k các mô đun trong b đi u khi n đi n t 66

4.4.1 Kh i thu và x lí tín hi u t c m bi n 66

4.4.2 Kh i c p ngu n cho b đi u khi n 69

4.4.3 Kh i đi u khi n r le 69

4.4.4 Kh i đi u khi n van đi n t 3 v trí 71

4.4.5 Kh i khuy ch đ i công su t cho các van đi n đi u khi n th y l c77 4.4.5.1 c tính c a ph n t khuy ch đ i công su t 77

4.4.5.2 Thi t k kh i cung c p công su t đi u khi n van đi n t 81

4.4.6 Kh i k t n i v i máy tính 83

4.4.7 K t qu thi t k 84

4.5 Tinh ch nh m ch đi u khi n đ h th ng làm vi c 88

4.6 K t qu th nghi m 89

K T LU N CHUNG 93

TÀI LI U THAM KH O 95

PH L C 96

DANH M C HÌNH V

Hình 1.1 th so sánh l c phanh khi có và không có tr l c phanh

kh n c p ………

Hình 1.2 S đ h th ng ABS và TRC………

Hình 1.3 Các tr ng thái c a cánh b m ga ph ………

Hình 1.4 S đ v trí h th ng ESP trên xe Mercedes………

Hình 1.5 ESP đi u khi n phanh ch ng hi n t ng quay vòng th a ho c quay vòng thi u………

Hình 2.1 Các y u t nh h ng đ n h s bám………

Hình 2.2 S đ l c và mô men tác d ng lên bánh xe khi phanh………

Hình 2.3 Tr ng thái l n c a bánh xe khi có tr t l t………

Hình 2.4 c tính tr t theo h s bám………

Hình 2.5 c tính tr t ng v i các lo i đ ng khác nhau…………

Hình 2.6 c tính tr t lý t ng………

Hình 2.7 Quá trình phanh c b n theo đ c tính tr t lý t ng………

Hình 2.8 S đ b trí các c c u trong h th ng phanh ABS…………

Hình 2.9 S đ c m bi n t c đ lo i đi n t và b trí trên xe…………

Hình 2.10 Tín hi u đi n áp c a c m bi n t c đ bánh xe………

Hình 2.11 B m d u trong h th ng phanh ABS……….………

Hình 2.12 S đ c m van phân ph i………

Hình 2.13 Ph m vi đi u khi n c a h th ng ABS………

Hình 2.14 Ph m vi đi u khi n c a ABS theo góc tr t bánh xe……

Hình 2.15 Chu trình đi u khi n kín c a ABS………

Hình 2.16 S đ tr ng thái không gian bi u di n ho t đ ng c a ABS

Hình 2.17 Quá trình đi u khi n c a ABS………

Hình 2.18 S thay đ i c a mô men phanh Mp, áp su t d n đ ng phanh p và gia t c a c a bánh xe khi phanh có ABS ………

12

13

14

16

17

22

24

25

27

28

30

31

32

33

34

35

36

37

38

39

40

43

45

Hình 2.19 S thay đ i t c đ góc ωb c a bánh xe, t c đ dài v c a ô

tô và đ tr t λ theo th i gian t khi phanh có h th ng ch ng hãm

c ng bánh xe………

Hình 3.1 S đ nguyên lí h th ng phanh trên xe th nghi m………

Hình 3.2 Nguyên lý làm vi c ch đ bình th ng – ABS không đ c kích ho t………

Hình 3.3 Nguyên lý làm vi c ch đ gi áp………

Hình 3.4 Nguyên lý làm vi c tr ng thái gi m áp………

Hình 3.5 Nguyên lý làm vi c ch đ t ng áp………

Hình 3.6 Tín hi u đi n áp đi u khi n trên ECU nguyên b n…………

Hình 4.1 S đ kh i vi đi u khi n Atmega16………

Hình 4.2 S đ chân vi đi u khi n Atmega16………

Hình 4.3 Giao di n ph n m m mô ph ng m ch đi n Proteus…………

Hình 4.4 Giao di n ph n m m biên d ch ngôn ng l p trình…………

Hình 4.5 Giao di n ph n m m Visual Basic………

Hình 4.6 Giao di n ph n m m v đ th ……….……

Hình 4.7 S đ nguyên lý mô ph ng b chu n hóa xung………

Hình 4.8 K t qu mô ph ng kh i chu n hóa xung………

Hình 4.9 Kh i c p ngu n 5V cho m ch đi u khi n………

Hình 4.10 S đ nguyên lí kh i r le đi u khi n mô t b m d u……

Hình 4.11 S đ nguyên lí kh i r le đi u khi n van đi n t ………

Hình 4.12 S đ nguyên lí đi u khi n dòng công su t………

Hình 4.13 S đ dòng đi u khi n đ t o pha gi áp………

Hình 4.14 S đ dòng đi u khi n đ t o pha gi áp………

Hình 4.15 S đ dòng đi u khi n đ t o pha t ng áp………

Hình 4.16 M ch nguyên lí c a kh i đi u khi n phanh ABS……….… Hình 4.17 S đ nguyên lí m ch thí nghi m xác đ nh đ c tính c a

46

48

49

50

52

53

54

58

59

60

62

64

65

67

68

69

70

70

71

73

74

75

76

IRF530 76………

Hình 4.18 Mô hình thí nghi m xác đ nh đ c tính c a ph n t khuy ch đ i công su t s d ng trong đ tài………

Hình 4.19 M ch thí nghi m xác đ nh đ c tính c a IRF530…………

Hình 4.20 S đ nguyên lí kh i cung c p công su t đi u khi n van đi n t ………

Hình 4.21 S đ nguyên lí kh i khuy ch đ i công su t c p cho c c u ch p hành h th ng phanh ABS………

Hình 4.22 M ch đ ng b d li u s d ng vi m ch MAX232…………

Hình 4.23 M ch x lí và đi u khi n………

Hình 4.24 M ch khuy ch đ i công su t………

Hình 4.25 M ch k t n i v i máy tính………

Hình 4.26 B đi u khi n phanh ABS hoàn ch nh………

Hình 4.27 L p đ t b đi u khi n phanh trên ô tô th nghi m…………

Hình 4.28 th v n t c góc bánh xe trong quá trình phanh khi v n t c dài c a ô tô nh h n 20 km/h………

Hình 4.29 th v n t c góc bánh xe trong quá trình phanh…………

Hình 4.30 th v n t c góc bánh xe khi phanh………

77

78

78

81

82

84

85

86

86

87

88

90

91

92

L I NÓI U

Vi c nghiên c u, thi t k b đi u khi n đi n t cho h th ng phanh ABS có ý ngh a quan tr ng, nh m ti p c n v i công ngh cao trên xe c

bi t là công ngh đi n t - đi u khi n t đ ng Làm n n t ng cho các nghiên

c u, ch t o th nghi m các h th ng đi u khi n t đ ng khác trên xe V i

m c làm vi c n đ nh cao, các h th ng này có th s n xu t hàng lo t và l p

đ t trên các xe ô tô trong n c s n xu t

Lu n v n s d ng ph ng pháp nghiên c u lý thuy t k t h p v i th c nghi m trên xe th c t đ th c hi n các nhi m v :

- Nghiên c u, xác đ nh tr ng thái chuy n đ ng c a bánh xe;

- Nghiên c u, đ xu t thu t toán đi u khi n;

- Nghiên c u, thi t k , ch t o b đi u khi n đi n t cho h th ng phanh ABS;

- Th c nghi m ki m ch ng m t s tính n ng làm vi c c a b đi u khi n đi n t

tài đ c th c hi n t i b môn ô tô và xe chuyên d ng, Vi n C khí

đ ng l c, Tr ng i h c Bách Khoa Hà N i d i s h ng d n tr c ti p c a

PGS.TS L u V n Tu n tài còn nh n đ c s h tr c a các th y trong

b môn và các anh ch đ ng nghi p

Do th i gian h n ch , n i dung nghiên c u tr i r ng trên nhi u l nh v c khác nhau nên không tránh kh i các thi u sót R t mong nh n đ c s góp ý

c a các th y, các anh ch đ ng nghi p đ đ tài hoàn thi n h n trong quá trình nghiên c u ti p theo

Hà N i, 12/11/2009 Tác gi

H H u Hùng

CH NG 1 T NG QUAN 1.1 Các v n đ v h th ng phanh ABS

H th ng phanh trên ô tô là m t trong nh ng h th ng đ m b o an toàn chuy n đ ng c a ô tô, có công d ng:

- Gi m d n t c đ ho c d ng h n xe khi xe đang chuy n đ ng;

- Gi xe đ ng yên trên đ ng d c trong kho ng th i gian dài mà không

c n s có m t c a ng i lái xe

H th ng ch ng bó c ng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) n m

trong h th ng an toàn ch đ ng c a ô tô hi n đ i H th ng s đi u khi n

ch ng bó c ng các bánh xe trong quá trình phanh, giúp t ng đ n đ nh c a

xe, rút ng n quãng đ ng phanh, t ng kh n ng đi u khi n quay vòng ô tô trong tr ng h p c n thi t ph i tránh ch ng ng i v t

L ch s phát tri n c a h th ng phanh và phanh ABS qua các th i kì sau:

N m 1924: Khai sinh h th ng phanh th y l c và đ n n m 1931 thì

t ng tính an toàn phanh v i d n đ ng hai dòng;

N m 1951: ng d ng d ng phanh đ a;

N m 1952 đ n 1963 là th i k ng d ng tr l c th y l c và chân không;

N m 1978: H th ng phanh ABS b t đ u có ng d ng th ng m i trên

ô tô ABS tác đ ng vào h th ng d n đ ng th y l c nh m gi , gi m ho c

t ng áp su t phanh d n đ n các xi lanh phanh bánh xe đ ch ng tr t l t trong quá trình phanh

N m 1989: H th ng phanh ABS đ c k t h p v i h th ng ch ng

tr t quay TSC H th ng này đi u khi n b ng cách đi u ch nh giá tr c a

mô men phanh và mô men đ c truy n t đ ng c đ n các bánh xe H

th ng này còn có kh n ng đi u khi n l ng nhiên li u c p cho đ ng c

nh m h n ch tr t quay bánh xe do th a mô men Tuy nhiên t i th i

đi m đó, s kênh đi u khi n h th ng còn ít, ch đi u khi n m t kênh,

ho c hai kênh cho toàn b các c u ho c m t c u xe và s d ng van đi u hòa l c phanh b ng c khí đ phân ph i áp su t phanh đ n các bánh

N m 1994: H th ng phanh ABS đ c k t h p v i h th ng cân b ng

đi n t EBD H th ng đi n t d n thay th các h th ng c khí, h th ng phanh ABS trong h th ng đã b t đ u đi u khi n nhi u kênh, đi u khi n

- ABS ph i đáp ng đ c các yêu c u v an toàn liên quan đ n đ ng l c

h c phanh và chuy n đ ng c a ôtô

- H th ng ph i làm vi c n đ nh và có kh n ng thích ng cao, đi u khi n t t trong su t d i t c đ c a xe và b t k lo i đ ng nào (thay đ i t

đ ng bê tông khô có đ bám t t đ n đ ng đóng b ng có đ bám kém);

- H th ng ph i khai thác t i đa kh n ng phanh c a các bánh xe trên

đ ng nh m t ng tính n đ nh đi u khi n và gi m quãng đ ng phanh i u này không ph thu c vào vi c phanh đ t ng t hay phanh t t c a ng i lái xe;

- Khi phanh xe trên đ ng có các h s bám khác nhau (ví d hai bánh

xe bên ph i ch y trên đ ng có dính d u nh t và hai bánh bên trái ch y trên

đ ng nh a khô) thì mô men xoay xe quanh tr c đ ng đi qua tr ng tâm c a

xe luôn luôn x y ra, lúc này h th ng ABS c n h tr làm mô men quay đó

t ng ch m đ ng i lái xe có đ th i gian đi u ch nh thông qua h th ng lái;

- Ph i duy trì đ n đ nh và kh n ng lái khi phanh g p trong lúc đang quay vòng;

- H th ng ph i có ch đ t ki m tra, ch n đoán và an toàn M t m ch

ki m soát ph i liên t c ki m tra s ho t đ ng c a h th ng m t cách đ y đ

Nh m nâng cao t c đ chuy n đ ng và tính an toàn ch đ ng c a ô tô, h

th ng phanh là m t trong nh ng m c tiêu đ c đ u t và phát tri n nhi u Trên c s m t h th ng ABS, h th ng phanh có th k t h p v i m t s h

th ng khác, và đ n nay, m t h th ng phanh hi n đ i đã có r t nhi u ch c

n ng u vi t Ngoài tác d ng c b n là gi m t c đ hay d ng xe, h th ng phanh còn can thi p c trong quá trình kh i đ ng và t ng t c c a ô tô, kh ng

ch các hi n t ng quay vòng thi u, quay vòng th a, làm t ng tính n đ nh

c a xe khi đi vào đ ng vòng

M t s s k t h p c a ABS v i các h th ng khác:

- ABS k t h p v i h th ng phân ph i l c phanh b ng đi n t (Electronic Brake-force Distribution – EBD) và h th ng tr l c phanh

kh n c p (Brake Assist System – BAS)

- ABS k t h p v i h th ng ki m soát l c kéo (Traction Control (TRC) hay Acceleration Slip Regulator (ASR)

- ABS k t h p v i h th ng đi u khi n n đ nh ô tô (Electronic Stability Program – ESP)

1.2.1 H th ng ABS k t h p v i h th ng EBD và BAS

phát huy t i đa hi u qu phanh, l c phanh lý t ng đ c phân ph i các bánh xe t l v i s phân b t i tr ng tác d ng lên chúng Ph n l n các xe

ô tô du l ch có đ ng c đ t phía tr c, t i tr ng tác d ng lên các bánh xe

tr c l n h n các bánh xe phía sau ng th i khi phanh, do l c quán tính nên t i tr ng c ng đ c phân b l i, càng làm t ng các bánh xe tr c và

gi m đi các bánh xe sau Vì v y l c phanh các bánh xe sau c n đ c phân

ph i nh h n so v i bánh tr c, đ c bi t là trong quá trình phanh đ ch ng

hi n t ng s m b bó c ng bánh xe sau M t khác, khi xe có t i thì t i tr ng các bánh sau t ng lên, lúc này c n ph i t ng l c phanh các bánh sau l n h n

so v i tr ng h p xe không có t i Vi c phân ph i l c phanh này tr c đây

đ c th c hi n hoàn toàn b i các van c khí nh van đi u hoà l c phanh, van

bù t i, van gi m t c… Trên các h th ng ABS đ n gi n v n t n t i van đi u hòa l c phanh b ng c khí

Khi xe quay vòng, t i tr ng c ng t ng lên các bánh xe phía ngoài, còn phía trong gi m đi, nên l c phanh c ng c n ph i phân ph i l i, nh ng các van

đi u hòa l c phanh c khí không gi i quy t đ c v n đ này Vì v y h th ng phân ph i l c phanh đi n t (EBD) đ c hình thành và đ c ng d ng trên

xe đ kh c ph c nh ng t n t i c a h th ng phân ph i l c phanh truy n th ng

b ng c khí Vi c phân ph i l c phanh b ng đi n t này cho đ chính xác và

phanh kh n c p đã đ c tích h p vào h th ng phanh B ng cách nh n bi t

t c đ và l c tác d ng lên bàn đ p phanh c a ng i lái xe, m t h th ng tr

l c phanh kh n c p (BAS) s t đ ng cung c p thêm m t l c phanh l n h n nhi u so v i l c phanh do ng i lái t o ra đ d ng xe kh n c p Hình 1.1 so sánh l c phanh t o ra trong hai tr ng h p có và không có tr l c phanh kh n

c p

Hình 1.1 th so sánh l c phanh khi có và không có tr l c phanh kh n c p

H th ng ABS k t h p v i các h th ng EBD và BAS th c hi n đ ng

th i các ch c n ng sau:

- H th ng ABS làm nhi m v ch ng hi n t ng hãm c ng bánh

xe khi phanh

- H th ng EBD s phân ph i l c phanh đ n các bánh xe phù h p

v i s phân b t i tr ng và các ch đ lái xe

- H th ng tr l c phanh kh n c p giúp t o ra m t l c phanh l n

xe b m t n đ nh kh c ph c hi n t ng này, ph n l n các xe ngày nay

đ c trang b h th ng ki m soát l c kéo (Traction Control System – TRC)

H th ng này đ c thi t k d a trên c s m t h th ng ABS Khi có

hi n t ng tr t quay c a bánh xe, h th ng TRC s có đ ng th i hai tác

đ ng:

- Gi m mô men xo n c a đ ng c b ng cách đóng b t cánh b m ga mà không ph thu c vào ý đ nh c a ng i lái;

- H th ng TRC k t h p v i h th ng ABS đi u khi n h th ng phanh tác đ ng lên các bánh xe ch đ ng

Nh đó làm gi m mô men kéo truy n đ n m t đ ng t i m t giá tr phù

h p khi n xe có th kh i hành và t ng t c m t cách nhanh chóng, n đ nh

mà các bánh xe ch đ ng không b tr t quay

S đ m t h th ng TRC nh hình v 1.2 sau đây:

Hình 1.2 S đ h th ng ABS và TRC

H th ng TRC đi u khi n công su t đ ng c theo nguyên lí đi u khi n

b m ga ph Cánh b m ga ph đ c d n đ ng b ng m t đ ng c b c

H th ng đi u khi n là TRC ECU và ABS ECU s đánh giá tr ng thái

chuy n đ ng c a xe d a trên tín hi u t các c m bi n t c đ bánh xe, d a vào

tín hi u v trí b m ga t h p đi u khi n đ ng c (ECU) … r i g i tín hi u

đi u khi n đ n b ch p hành cánh b m ga ph và b ch p hành phanh TRC

Cùng lúc đó g i tín hi u đ n ECU đ ng c và ECT đ báo TRC đang ho t

đ ng

Khi TRC ch a làm vi c: cánh b m ga ph m hoàn toàn Trong

tr ng h p này l ng hòa khí đi vào đ ng c hoàn toàn ph thu c vào đ m

c a cánh b m ga chính

Khi TRC làm vi c: gi m mô men kéo truy n đ n bánh xe, TRC

ECU đi u khi n đ ng c b c đóng b t cánh b m ga ph đ gi m công su t

đ ng c tr ng thái TRC ho t đ ng hoàn toàn cánh b m ga ph đóng hoàn

toàn

Hình 1.3 Các tr ng thái c a cánh b m ga ph

1.2.3 H th ng n đ nh xe b ng đi n t

H th ng n đ nh xe b ng đi n t (Electronic Stability Program – ESP)

là m t h th ng an toàn ch đ ng, c i thi n tính n đ nh c a xe trong t t c các tình hu ng chuy n đ ng H th ng này đ c trang b trên các xe hi n đ i

hi n nay nh Mercedes, BMW …

H th ng ESP làm vi c b ng cách can thi p vào h th ng phanh, có th tác đ ng riêng r trên t ng bánh xe ESP giúp n đ nh xe khi phanh, khi quay vòng, khi kh i hành và t ng t c t ng c ng cho vi c đi u khi n phanh có

đó s làm gia t ng tính n đ nh c a xe trong quá trình t ng t c

ng th i v i s đi u khi n phanh, h th ng ESP c ng g i tín hi u đ n

h p đi u khi n đ ng c , đi u khi n đóng b t b m ga l i ho c làm ch m th i

đi m đánh l a đ gi m b t mô men xo n c a đ ng c

Hình 1.4 S đ v trí h th ng ESP trên xe Mercedes 1.C m bi n t c đ bánh xe; 2 C m gi c ch n đoán;

3 H p đi u khi n đi n t ESP; 4 Công t c ESP OFF;

5 èn báo ABS; 6 èn báo ESP;

7 èn báo EPC (E –gas) 8 C m bi n gia t c ngang;

9 H p đi u khi n làm tr mô men xoay xe; 10 èn báo l i ESP;

11 C m bi n góc lái; 12 Công t c báo phanh;

13 B m cung c p ESP; 14 Công t c phanh đ u xe;

15 C m bi n áp su t xi lanh chính; 16 xi lanh chính;

17 B ch p hành th y l c ESP

ESP còn kh c ph c hi n t ng quay vòng thi u ho c quay vòng th a Trong m i tình hu ng, nó đ m b o xe không b l ch ra kh i qu đ o đi u khi n c a ng i lái xe

Hình 1.5 ESP đi u khi n phanh ch ng hi n t ng quay vòng th a

ho c quay vòng thi u Khi có hi n t ng quay vòng thi u ho c quay vòng th a (understeering

or oversteering) x y ra, h th ng ESP s nh n bi t thông qua các c m bi n góc lái và c m bi n gia t c ngang, t đ ng đi u khi n m t l c phanh chính xác đ n các bánh xe t ng ng c u tr c ho c c u sau đ duy trì h ng chuy n đ ng c a xe theo s đi u khi n c a ng i lái Khi xe quay vòng th a

ho c thi u thì ESP s đi u khi n phanh các bánh xe t ng ng nh trên hình 1.5 ng th i v i s đi u khi n phanh, h th ng ESP c ng g i tín hi u đ n

h p đi u khi n đ ng c , đi u khi n gi m b t mô men xo n c a đ ng c Nh

v y xe đ t đ c tính n đ nh cao khi quay vòng

Nghiên c u mô ph ng qu đ o chuy n đ ng c a ô tô v i h th ng ABS + ASR b ng Matlab – tác gi Nguy n Ti n V Linh, n m 2007;

T ng h p b đi u khi n đi n t trên h th ng phanh có ABS – tác

Tác gi Nguy n Ti n V Linh mô ph ng đ c h th ng ABS + ASR

b ng ph n m m Matlab Quá trình mô ph ng trên máy tính ch mang tính ch t

ki m nghi m nguyên lí đi u khi n, không có các y u t tác đ ng th c t gây nhi u h th ng Do đó k t qu nghiên c u có th sai khác nhi u so v i th c t

ki m nghi m

Tác gi L i N ng V đã t ng h p b đi u khi n đi n t trên h th ng phanh ABS, đã ch t o thành công m đi u khi n đi n t đ đi u khi n phanh ABS trên mô hình ây là b c thành công ti p theo c a quá trình nghiên c u

v phanh ABS Tuy nhiên k t qu m i ch d ng l i vi c đi u khi n m t bánh xe trên mô hình i u ki n thí nghi m hoàn toàn khác v i đi u ki n th c

t mà h th ng ABS trên xe làm vi c

Tác gi Tr n Duy H i đã phát tri n thêm quá trình đi u khi n n đ nh h

th ng, đó là vi c mô ph ng đ c quá trình chuy n đ ng quay vòng c a ô tô

có trang b h th ng ABS + VSC K t qu mô ph ng ki m ch ng nguyên lí

đi u khi n c a h th ng, tuy nhiên không th mô ph ng đ c h t các y u t bên ngoài tác đ ng lên h th ng Do đó k t qu có th sai khác nhi u so v i

th c t ki m nghi m

Vi c thi t k , ch t o thành công b đi u khi n phanh ABS b trí trên xe

ô tô có ý ngh a quan tr ng, ch ng t Vi t Nam t ng b c ti p c n đ c v i trình đ khoa h c tiên ti n áp d ng trên xe, đ c bi t là h th ng đi u khi n

đi n t Công trình nghiên c u có ý ngh a th c t r t l n, có kh n ng phát tri n đ s n xu t các h th ng đi u khi n t đ ng l p đ t trên xe s n xu t trong n c, giúp giá thành s n xu t xe ô tô trong n c gi m, kh n ng c nh tranh t t trên th tr ng

1.3.2 Nhi m v c a đ tài

H th ng ABS trên ô tô giúp t ng tính an toàn ch đ ng c a xe Hi n nay h th ng phanh ABS k t h p v i các h th ng khác t o ra các h th ng

nh VSC, t ng tính n đ nh cho xe khi quay vòng t c đ cao

Vi c nghiên c u, thi t k b đi u khi n h th ng phanh ABS k t h p v i các h th ng đi u khi n t đ ng khác trên xe hi n nay có ý ngh a quan tr ng,

nh m ti p c n v i công ngh cao trên xe Tuy nhiên do th i gian có h n, ki n

th c tr i r ng trên nhi u l nh v c khác nhau nên đ tài ch d ng l i vi c nghiên c u, thi t k , ch t o th nghi m b đi u khi n ABS

Nhi m v c a đ tài:

- Nghiên c u, xác đ nh tr ng thái chuy n đ ng c a bánh xe;

- Nghiên c u, đ xu t thu t toán đi u khi n;

- Nghiên c u, thi t k , ch t o b đi u khi n đi n t cho h th ng phanh ABS;

- Th c nghi m ki m ch ng m t s tính n ng làm vi c c a b đi u khi n đi n t

Lu n v n s d ng ph ng pháp nghiên c u lý thuy t k t h p v i th c nghi m trên xe th c t

Các gi i h n nghiên c u:

- Thi t k h th ng đi u khi n ABS đ c l p, ch a k t h p v i các h

th ng đi u khi n t đ ng khác trên xe;

- Nghiên c u, thi t k b đi u khi n cho c c u ch p hành ABS lo i 4 van 3 v trí ây là lo i c c u ch p hành d mua và giá c h p lí, phù

CH NG 2 C S LÍ LU N C A TÀI 2.1 L c bám và h s bám

Bánh xe là ph n t đàn h i liên k t gi a xe và m t đ ng Các t ng tác

gi a bánh xe và m t đ ng đ u thông qua y u t l c bám Nh đó mà có s truy n đ ng mô men kéo t đ ng c xu ng m t đ ng t o ra chuy n đ ng dài cho ô tô, và t o đ c mô men phanh t i c c u phanh giúp xe gi m t c đ

ho c d ng l i

L c bám gi a bánh xe và m t đ ng đ c đ c tr ng b ng h s bám ϕ

V c b n, có th xem h s bám ϕ t ng t h s ma sát gi a hai v t r n ti p xúc nhau Tuy nhiên h s bám khác h n h s ma sát do m i quan h truy n

đ ng gi a bánh xe và m t đ ng là v n đ ph c t p, v a có tính ch t c a m t

li h p ma sát, v a theo nguyên lí n kh p bánh r ng – thanh r ng do có s

m u bám c a gai l p vào các m p mô c a m t đ ng

H s bám ϕ gi a bánh xe và m t đ c đ c chia thành hai thành ph n: + H s bám trong m t ph ng chuy n đ ng c a ô tô đ c g i là h

P G

ϕ = , là t s gi a l c phanh c c đ i mà c c u phanh có th t o ra và t i tr ng G b tác d ng lên bánh

xe trong quá trình phanh

H s bám ngang đ c xác đ nh theo công th c: Ymax

y b

F G

ϕ = , là t s gi a

l c bám ngang c c đ i tác d ng lên bánh xe và t i tr ng G b tác d ng lên bánh

xe trong quá trình phanh

H s bám ϕ ph thu c nhi u y u t nh : lo i m t đ ng và tình tr ng

m t đ ng, k t c u và v t li u ch t o l p, áp su t l p, t i tr ng tác d ng lên bánh xe, t c đ chuy n đ ng c a xe, đi u ki n nhi t đ làm vi c … Do đó trong quá trình xe chuy n đ ng, h s bám ϕ thay đ i liên t c theo các yêu t trên Các đ th sau th hi n đ nh tính m i quan h gi a h s bám d c và các yêu t nh h ng tr c ti p

Hình 2.1 Các y u t nh h ng đ n h s bám

1 ng khô; 2 ng t a) Ph thu c vào áp su t trong l p;

b) Ph thu c vào t c đ chuy n đ ng c a ô tô;

c) Ph thu c vào t i tr ng th ng đ ng trên bánh xe;

1

2

0,2 0,4 0,6 0,8

1

2

T đ th 2.1 th y r ng, khi t ng áp su t trong l p thì h s bám lúc đ u

t ng lên, sau đó l i gi m xu ng H s bám c c đ i t ng ng v i áp su t

đ c các nhà s n xu t khai thác và khuyên ng i s d ng dùng cho l p đó Khi t ng t c đ chuy n đ ng thì h s bám gi m t t theo d ng đ ng cong Khi t ng t i tr ng th ng đ ng lên bánh xe thì h s bám có gi m m t chút và

đ th có d ng tuy n tính Khi đ ng t thì nh h ng c a áp su t trong l p,

c a t c đ chuy n đ ng và t i tr ng th ng đ ng lên bánh xe đ n h s bám càng l n c bi t là đ tr t S (%) gi a bánh xe ch đ ng và m t đ ng có

nh h ng r t l n đ n h s bám Khi t ng đ tr t c a bánh xe thì h s bám

t ng lên nhanh chóng và đ t giá tr c c đ i trong kho ng đ tr t kho ng 15%

÷ 25% N u đ tr t ti p t c t ng thì h s bám gi m d n, và khi đ tr t đ t 100% thì h s bám gi m đi kho ng 20 ÷ 30% so v i h s bám c c đ i Khi

Hình 2.2 S đ l c và mô men tác d ng lên bánh xe khi phanh

Khi phanh, bánh xe xu t hi n các l c và mô men sau:

ξ

P – l c đ y t khung xe truy n đ n;

Gb – t i tr ng tác d ng lên bánh xe;

Zb – Ph n l c pháp tuy n c a m t đ ng tác d ng lên bánh xe;

Mp – Mô men phanh;

Mf – Mô men c n l n;

Mjb – Mô men quán tính

C c u phanh sinh ra mô men phanhM p nh m hãm bánh xe l i, khi đó bánh xe chuy n đ ng v i gia t c ch m d n Do bánh xe chuy n đ ng có gia

t c nên bánh xe ch u thêm mô men quán tính Mjb tác d ng cùng chi u v i chi u quay c a bánh xe Ngoài ra bánh xe còn ch u tác d ng c a mô men c n

l n Mf ng c chi u chuy n đ ng Tuy nhiên mô men c n l n nh h n nhi u

l n so v i mô men phanh, do đó trong quá trình phanh có th b qua mô men

c n l n này Lúc đó có th coi còn duy nh t thành ph n mô men phanh Mp có tác d ng hãm bánh xe, mô men phanh này t o ra l c phanh Pp có ph ng ti p

tuy n, ng c v i chi u c a l c P , có tác d ng gi m t c đ chuy n đ ng c a ô

tô L c phanh đ c xác đ nh theo công th c:

b

p p

Do đó khi phanh g p ho c khi phanh trên các lo i đ ng có h s bám ϕ

th p nh đ ng tr n t, đ ng tuy t … làm cho P p >Pϕ; đi u này khi n bánh xe nhanh chóng b tr t l t trên đ ng

Hình v sau gi i thích hi n t ng tr t l t c a bánh xe khi phanh:

Hình 2.3 Tr ng thái l n c a bánh xe khi có tr t l t đó:

X P

r1

rb ωk

v0 v

vλ > 0

v v v

2.5 c tính tr t khi phanh

2.5.1 c tính tr t theo đ bám

Hình 2.4 c tính tr t theo h s bám

c tính tr t là đ ng cong bi u di n m i quan h gi a h s bám ϕ và

đ tr t d c λ Trong quá trình phanh, h s bám ϕ thay đ i theo đ tr t λ

Th c nghi m mô t s ph thu c này thông qua đ ng đ c tính tr t có d ng

nh hình 2.4

Hình 2.5 ch ra các đ ng đ c tính tr t, th hi n m i quan h gi a h s bám d c ϕx và h s bám ngang ϕy theo đ tr t t ng đ i λ c a bánh xe ng

v i các lo i đ ng khác nhau

đ n 50 ÷ 60% i v i h s bám ngang ϕy, s gi m nhanh khi đ tr t

t ng, tr ng thái tr t l t hoàn toàn thì ϕy gi m xu ng g n b ng không

- H s bám d c đ t giá tr c c đ i ϕxmax giá tr đ tr t t i u

này, không nh ng đ m b o h s bám d c ϕx có giá tr c c đ i mà h s bám ngang ϕy c ng có giá tr khá cao, giúp cho l c bám d c và bám ngang c a bánh xe duy trì m c cao nh m làm t ng tính n đ nh h ng

c a ô tô khi phanh

- h th ng phanh th ng, khi phanh đ n gi i h n b hãm c ng

λ= 100% thì h s bám ngang ϕy gi m xu ng g n b ng không nên kh

n ng bám ngang h u nh không còn n a Khi đó ch c n m t l c ngang

nh tác d ng c ng đ làm cho xe b tr t ngang khi n xe m t n đ nh khi phanh

Trên đây là các nh c đi m c b n c a h th ng phanh th ng (phanh hãm c ng) vì nó ch a phát huy h t kh n ng bám đ nâng cao hi u qu phanh

và đ m b o tính n đ nh c a xe khi phanh

Nh v y n u gi cho quá trình phanh x y ra đ tr t c a bánh xe là

λ0 thì s đ t đ c l c phanh c c đ i P pmax = ϕxmax G b, ngh a là hi u qu phanh

s cao nh t và đ m b o đ n đ nh t t khi phanh nh h s bám ngang c ng

ϕy c ng giá tr cao H th ng phanh ch ng hãm c ng (ABS) s gi i quy t

đ c v n đ này m t cách t i u

2.5.2 c tính tr t lí t ng

Trong đ th đ c tính tr t (hình 2.4), (a) là vùng n đ nh, t c đ tr t khi phanh càng t ng thì h s bám d c càng t ng và đ t giá tr c c đ i ϕxmax t i

λ0 Vùng không n đ nh (b) là vùng khi ti p t c phanh thì đ tr t ti p t c

t ng, d n đ n h s bám d c gi m d n khi n l c bám càng nh đi i u đó có ngh a là càng phanh xe thì càng d x y ra hi n t ng tr t l t bánh xe

Hình 2.6 c tính tr t lý t ng

a Vùng n đ nh; b Vùng không n đ nh

Hình 2.6 bi u di n đ ng đ c tính tr t lý t ng khi phanh Trong vùng

n đ nh (a) h s bám d c t ng tuy n tính và đ t giá tr c c đ i ϕxmax t i λ0 Trong vùng không n đ nh (b), h s bám d c v n đ c duy trì v i giá tr c c

đ i, nh v y s t n d ng đ c h t kh n ng bám gi a bánh xe và m t đ ng

đ có đ c l c phanh t i u ây là c s đ thi t k ho t đ ng c a h th ng ABS

Hình 2.7 th hi n m i quan h gi a mô men phanh M p (mô men phanh

do c c u phanh t o ra) và mô men bám c a bánh xe M R (là mô men tác đ ng

ng c l i c a m t đ ng đ i v i bánh xe) v i th i gian t (hình trên), c ng

nh s gi m t c c a bánh xe (-a) v i th i gian t (hình d i) Mô men phanh

M p t ng tuy n tính theo th i gian Mô men bám M R xu t hi n theo mô men

phanh v i th i gian tr nh là T khi phanh trong vùng n đ nh H s bám d c

đ t giá tr c c đ i ϕxmaxsau m t th i gian x p x 130 ms Trong khi M p ti p t c

t ng không ng ng, M R không th t ng thêm n a và đ c gi không đ i do h

s bám đ t giá tr c c đ i S chêch l ch M p - M R là nh trong giai đo n (a) s

t ng m t cách nhanh chóng trong giai đo n (b) S thay đ i kho ng chêch

l ch mô men này d n đ n giai đo n n đ nh thì s gi m t c c a bánh xe khi phanh là ch m và có giá tr nh , và nó gi m nhanh trong giai đo n không n

đ nh Chính s bi n thiên khác nhau c a gia t c nói trên d n đ n các ki u ng

x trái ng c nhau trong giai đo n n đ nh và không n đ nh c a đ ng đ c tính tr t ABS s d ng các đ c tính trái ng c này đ th c hi n quá trình

đi u khi n

Hình 2.7 Quá trình phanh c b n theo đ c tính tr t lý t ng

a - Gia t c bánh xe; amax - Gia t c l n nh t c a bánh xe khi phanh;

Mp - Momen phanh; MR- Momen bám; MRmax - Momen bám c c đ i

2.6 C u t o và nguyên lí làm vi c c a ABS

2.6.1 C u t o c a h th ng ABS

H th ng ABS đ c thi t k d a trên c u t o c a m t h th ng phanh

th ng Ngoài các c m b ph n chính c a m t h th ng phanh nh c m xi lanh chính, c c u phanh bánh xe, các van đi u hòa l c phanh,… đ th c hi n

ch c n ng ch ng hãm c ng bánh xe khi phanh, h th ng ABS c n trang b thêm các b ph n nh c m bi n t c đ bánh xe, ECU đi u khi n quá trình phanh, c c u ch p hành th y l c, b ph n ch n đoán, báo l i,… Hình 2.8

gi i thi u s đ c u t o m t h th ng ABS trên xe

Hình 2.8 S đ b trí các c c u trong h th ng phanh ABS

M t h th ng ABS c b n bao g m 3 c m b ph n chính:

- C m tín hi u vào bao g m các c m bi n t c đ bánh xe, công-t c báo phanh,… có nhi m v xác đ nh tr ng thái v n hành c a xe;

- H p đi u khi n (ECU) có ch c n ng nh n và x lý các tín hi u vào, tính toán và đ a ra tín hi u đi u khi n đ n b ch p hành th y l c;

- B ph n ch p hành g m có b đi u khi n th y l c, đèn báo ABS, b

ph n ki m tra, ch n đoán B ch p hành th y l c nh n tín hi u đi u khi n t ECU và th c hi n quá trình phân ph i áp su t d u đ n các c c u phanh t i

Theo cách đi u khi n ABS mà các c m bi n t c đ bánh xe đ c b trí

v trí khác nhau, có th b trí bán tr c, trên bánh r ng vành ch u đ đo t c

đ trung bình c a hai bánh xe ch đ ng ho c trên c m moay bánh xe

C m bi n t c đ bánh xe ph bi n là lo i c m bi n đi n t , có c u t o

nh hình 2.9 sau:

Hình 2.9 S đ c m bi n t c đ lo i đi n t và b trí trên xe

C m bi n đi n t g m m t nam châm v nh c u, cu n dây cu n quanh lõi

t , hai đ u cu n dây đ c n i v i c m x lí tín hi u

Khi bánh xe quay, đ a r ng g n cùng v i bánh xe quay theo, làm khe h

gi a đ u lõi t và đ nh r ng thay đ i, làm t thông qua cu n dây bi n thiên

m t cách tu n hoàn T thông bi n thiên tu n hoàn trong cu n dây s làm

xu t hi n s c đi n đ ng c m ng, t o ra dòng đi n xoay chi u d ng hình sin

T n s c a dòng đi n c m ng này thay đ i theo t c đ quay c a vành r ng,

Hình 2.11 B m d u trong h th ng phanh ABS

Van phân ph i đ c đi u khi n t tín hi u c a ECU, có nhi m v đóng

ho c m các đ ng d u c p cho t ng xi lanh phanh nh m t ng, gi m ho c gi

áp su t d u đ tránh hi n t ng tr t l t bánh xe khi phanh S đ c m van phân ph i nh hình d i đây:

Hình 2.12 S đ c m van phân ph i

2.6.2 Nguyên lí làm vi c c a ABS

2.6.2.1 Ph m vi đi u khi n c a ABS

M c tiêu c a h th ng ABS là gi cho bánh xe trong quá trình phanh có

đ tr t thay đ i trong gi i h n h p quanh giá tr λo (λ = 10 - 30%, trên đ th

đ c tính tr t), g i là ph m vi đi u khi n c a h th ng ABS Khi đó h s bám d c và bám ngang đ u có giá tr cao khi n hi u qu phanh t ng cao, tính

n đ nh h ng và kh n ng đi u khi n lái c ng đ c duy trì m c cao Th c

t gi i h n này có th thay đ i trong ph m vi l n h n, có th b t đ u s m h n hay k t thúc tr h n tùy theo đi u ki n bám c a bánh xe và m t đ ng

Hình 2.13 Ph m vi đi u khi n c a h th ng ABS 1/ L p b tròn (radial-ply) ch y trên đ ng bê tông khô;

2/ L p b chéo (bias-ply) ch y trên đ ng nh a t;

v i lo i l p b chéo ch y trên đ ng nh a t (đ ng cong 2) là 30%

tr t t i u λo đ đ t giá tr h s bám c c đ i trong hai tr ng h p trên là khác nhau Vì v y, ph m vi đi u khi n ABS c ng khác nhau, tr ng h p l p

b tròn ch y trên đ ng bê tông khô s có quá trình đi u khi n ABS x y ra

s m h n T ng t là ph m vi đi u khi n c a h th ng ABS đ i v i lo i l p

b tròn ch y trên đ ng tuy t và đ ng đóng b ng (đ ng cong 3 và 4)

H th ng ABS còn có kh n ng đi u khi n theo góc tr t α c a bánh

xe

Hình 2.14 Ph m vi đi u khi n c a ABS theo góc tr t bánh xe

Khi phanh trên đ ng vòng, xe ch u s tác đ ng c a l c ngang nên các bánh xe s có m t góc tr t α th hình 2.14 th hi n m i quan h gi a h

s bám d c ϕx và h s bám ngang ϕy v i đ tr t λ ng v i góc tr t α = 2o

và α =10o Khi góc tr t l n (ví d α =10o) thì tính n đ nh c a xe gi m đi r t nhi u Trong tr ng h p này h th ng ABS s u tiên đi u khi n tính n đ nh

c a xe h n là quãng đ ng phanh Vì v y ABS s can thi p s m khi h s bám d c ϕx còn giá tr r t nh (ϕx ≈ 0 , 35), trong khi h s bám ngang ϕy đ t

đ c giá tr c c đ i c a nó là 0,8, quá trình đi u khi n này c ng đ c kéo dài

h n bình th ng Nh v y xe gi đ c tính n đ nh khi phanh trên đ ng vòng, m c dù quãng đ ng phanh có th dài h n so v i khi ch y th ng

2.6.2.2 Chu trình đi u khi n c a ABS

- Tín hi u vào là l c tác d ng lên bàn đ p phanh c a ng i lái xe, th

hi n qua áp su t d u t o ra trong xi lanh phanh chính

- Tín hi u đi u khi n bao g m các c m bi n t c đ bánh xe Tín hi u t c

đ các bánh xe và các thông s đ c tính toán t nó nh gia t c và đ tr t liên t c đ c g i v h p đi u khi n đ x lý

Nhân t nh h ng

- Tín hi u tác đ ng đ c th c hi n b i b ch p hành, thay đ i áp su t

d u c p đ n các xi lanh làm vi c các c c u phanh bánh xe

- i t ng đi u khi n: là l c phanh gi a bánh xe và m t đ ng ABS

ho t đ ng t o ra mô men phanh thích h p các bánh xe đ duy trì h s bám

t i u gi a bánh xe v i m t đ ng, t n d ng kh n ng bám c c đ i đ l c phanh là l n nh t

- Các nhân t nh h ng: nh đi u ki n m t đ ng, tình tr ng phanh, t i

tr ng c a xe, và tình tr ng c a l p (áp su t, đ mòn,…)

Quá trình đi u khi n c a ABS đ c trình bày d i d ng s đ hình 2.16

d i đây:

Hình 2.16 S đ tr ng thái không gian bi u di n ho t đ ng c a ABS

Khi phanh ch m, s gi m t c c a xe thay đ i ch m và nh thì h th ng ABS không đ c kích ho t, ho t đ ng c a h th ng phanh là bình th ng Khi phanh g p hay phanh trên đ ng tr n, gia t c ch m d n c a bánh xe t ng nhanh, có hi n t ng b hãm c ng các bánh xe, thì ABS s đ a ra tín hi u

đi u khi n gi m áp su t phanh đ ch ng s l i s hãm c ng các bánh xe Sau

đó áp su t phanh s đ c đi u khi n các ch đ gi áp ho c t ng áp/ gi m

áp, th c hi n ch đ t ng áp ch m hay t ng áp nhanh đ duy trì đ tr t khi

th ng