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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hồ Hữu Hùng NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN (DỰ KIẾN ĐỔI TÊN THÀNH: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ABS TRONG HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN) LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hà Nội – 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Hồ Hữu Hùng NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Lƣu Văn Tuấn PGS TS Đào Mạnh Hùng Hà Nội – 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Cơng trình đƣợc thực Bộ mơn Ơ tơ xe chuyên dụng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội dƣới hƣớng dẫn PGS TS Lƣu Văn Tuấn PGS TS Đào Mạnh Hùng Các số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày TẬP THỂ HƯỚNG DẪN tháng năm Người cam đoan Ngƣời hƣớng dẫn khoa học Ngƣời hƣớng dẫn khoa học PGS TS Lƣu Văn Tuấn PGS TS Đào Mạnh Hùng i Hồ Hữu Hùng LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Luận án Tiến sĩ này, bên cạnh cố gắng nỗ lực thân, Tôi nhận đƣợc động viên giúp đỡ lớn nhiều thầy giáo tập thể nghiên cứu khoa học Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Lưu Văn Tuấn – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội PGS TS Đào Mạnh Hùng – Trƣờng Đại học Giao thông vận tải Hà Nội, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, định hƣớng, đào tạo giúp đỡ suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nƣớc mã số KC.03.05/11-15 thành viên đề tài tạo nhiều điều kiện nghiên cứu, thiết bị thí nghiệm để thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo Bộ mơn Ơ tơ xe chun dụng – Viện Cơ khí động lực, Bộ mơn Tự động hóa – Viện Điện – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, bảo tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn anh, em đồng nghiệp Khoa Cơ khí, lãnh đạo trƣờng Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp tạo điều kiện giúp đỡ thời gian vật chất để hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn anh, em nghiên cứu sinh, cao học sinh viên khóa thuộc mơn Ơ tơ xe chuyên dụng – Viện Cơ khí động lực – Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội hết lòng hỗ trợ, động viên suốt thời gian thực luận án Cuối cùng, xin bày tỏ lịng kính u biết ơn tới đại gia đình, bạn bè thực động viên, giúp đỡ suốt thời gian học tập Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội Hà Nội, ngày tháng Nghiên cứu sinh Hồ Hữu Hùng ii năm MỤC LỤC Mục lục iii Danh mục ký hiệu chữ viết tắt vi Danh mục bảng viii Danh mục hình ảnh, đồ thị ix Mở đầu CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Hệ thống phanh ABS khí nén xe tơ 1.2 Lịch sử phát triển hệ thống ABS khí nén 1.3 Tình hình nghiên cứu nƣớc 1.4 Tình hình nghiên cứu nƣớc 11 1.5 Đối tƣợng nghiên cứu 14 1.5.1 Xe nghiên cứu bố trí hệ thống ABS 15 1.5.2 Van chấp hành ABS phƣơng pháp điều khiển 17 1.6 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 19 1.7 Nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 20 1.8 Kết luận chƣơng 21 CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 23 2.1 Quy trình nghiên cứu 23 2.2 Phƣơng pháp điều khiển ABS 25 2.3 Nghiên cứu khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS 28 2.4 Xây dựng mơ hình mơ chuyển động tơ q trình phanh 31 2.4.1 Chuyển động tơ q trình phanh đƣờng phẳng 31 2.4.2 Động lực học bánh xe trình phanh 34 2.4.3 Sự phân bố lại trọng lƣợng phanh 36 2.4.4 Mơ hình mơ chuyển động xe 36 2.4.5 Mơ hình mơ bánh xe 37 iii 2.5 Xây dựng mơ hình mơ hệ thống phanh khí nén 37 2.5.1 Cơ sở tính tốn áp suất lƣu lƣợng khí nén hệ thống phanh 38 2.5.2 Mơ hình mơ van phân phối 40 2.5.3 Mơ hình mơ van xả nhanh dòng phanh cầu trƣớc 42 2.5.4 Mơ hình mơ van gia tốc dịng phanh cầu sau 43 2.5.5 Mơ hình mơ bầu phanh cấu phanh 43 2.6 Kết luận chƣơng 45 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN 47 3.1 Khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống ABS 47 3.2 Thuật toán điều khiển hệ thống ABS 49 3.3 Cảm biến phƣơng pháp đo vận tốc góc bánh xe 52 3.3.1 Cảm biến đo vận tốc góc bánh xe 52 3.3.2 Vành cảm biến 53 3.3.3 Phƣơng pháp xác định vận tốc góc gia tốc góc bánh xe 55 3.4 Mơ hình mơ hoạt động hệ thống ABS 56 3.4.1 Mơ hình mơ van chấp hành ABS 56 3.4.2 Mơ hình mơ cảm biến đo vận tốc góc bánh xe 58 3.4.3 Mơ hình mơ điều khiển 59 3.5 Mơ hình mơ chuyển động ô tô phanh hệ thống phanh khí nén có ABS 60 3.6 Nghiên cứu, xác định ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS 61 3.6.1 Mô điều khiển theo độ trƣợt bánh xe 62 3.6.2 Mô điều khiển theo gia tốc góc bánh xe 64 3.6.3 Kết mô 65 3.7 Kết luận chƣơng 69 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 70 4.1 Mục đích nghiên cứu thực nghiệm 70 4.2 Nghiên cứu xác hóa ngƣỡng điều khiển 70 iv 4.2.1 Quy trình mơ thực nghiệm 70 4.2.2 Thiết bị thử nghiệm 71 4.2.3 Ngƣỡng điều khiển hoạt động hệ thống phanh khí nén có ABS 76 4.3 Thử nghiệm đánh giá hiệu hệ thống 84 4.4 Kết luận chƣơng 86 KẾT LUẬN CHUNG CỦA LUẬN ÁN VÀ KIẾN NGHỊ 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 89 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN PHỤ LỤC v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Danh mục ký hiệu Ký hiệu Đơn vị a, b m Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến cầu trƣớc, đến cầu sau hg m Khoảng cách từ trọng tâm ô tô đến mặt đƣờng L m Chiều dài sở Fx , F y , Fz N Lực tƣơng tác lốp mặt đƣờng theo phƣơng x, y, z Fr , F w N Lực cản lăn, lực cản khơng khí Mb Nm Fb N Lực phanh rd m Bán kính động lực học bánh xe x, y v , v Giải thích Mơ men phanh Hệ số bám dọc, hệ số bám ngang m/s  Vận tốc dài ô tô , vận tốc trƣợt bánh xe Độ trƣợt bánh xe m kg Khối lƣợng tơ b rad/s Vận tốc góc bánh xe  , b rad/s2 Gia tốc góc bánh xe p N/m2 Áp suất khí nén V m3 Thể tích bình chứa T K Nhiệt độ chất khí n mol R Jmol-1 K-1 γ N/m3 Trọng lƣợng riêng chất khí g m/s2 Gia tốc trọng trƣờng Khối lƣợng mol phân tử Hằng số chất khí vi A m2 Tiết diện dịng chảy Q m3/s Lƣu lƣợng khí nén Cn Khí dung chất khí Cv Hệ số tiết lƣu G Trọng lƣợng riêng trung bình chất khí Tu K Nhiệt độ khí nén Danh mục chữ viết tắt Ký hiệu Giải thích Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe ABS Anti-look Braking System ASR Anti Skid Regulator Hệ thống chống trƣợt quay bánh xe ATC Automatic Traction Control Hệ thống điều khiển lực kéo ECU Electronic Control Unit Bộ điều khiển điện tử ESC Electronic Stability Control Hệ thống điều khiển ổn định điện tử IC Integrated Circuit Vi mạch tích hợp RSC Roll Stability Control Hệ thống ổn định chống lật phanh vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1 Thông số xe nghiên cứu 15 Bảng Bảng trạng thái hoạt động van chấp hành ABS 19 Bảng Bảng trạng thái hoạt động mơ hình mơ van chấp hành ABS 58 Bảng Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS đƣợc xác định theo lý thuyết 65 Bảng Các giá trị ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS phù hợp với giá trị đo đƣợc thực tế hệ thống ABS luận án nghiên cứu 76 Bảng Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS đƣợc hiệu chỉnh qua mơ thực nghiệm 80 Bảng Ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS 81 Bảng 4 Quy chuẩn Việt Nam hiệu phanh kết thử nghiệm 84 Bảng Tiêu chuẩn Châu Âu ECE R13 hiệu phanh kết thử nghiệm 85 viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Hình 1 Phƣơng án bố trí ABS kiểu 4S/4M xe nghiên cứu 16 Hình Trạng thái van chấp hành ABS không làm việc 17 Hình Trạng thái van chấp hành ABS pha giảm áp 18 Hình Trạng thái van chấp hành ABS pha giữ áp 19 Hình Quy trình nghiên cứu, đề xuất thuật tốn điều khiển 23 Hình 2 Quy trình nghiên cứu, xác định ngƣỡng điều khiển 24 Hình Quan hệ hệ số lực dọc, ngang độ trƣợt dọc bánh xe phanh 25 Hình Phạm vi điều khiển ABS 27 Hình Các pha điều khiển áp suất hệ thống theo gia tốc góc bánh xe 28 Hình Thiết bị tạo xung điều khiển van chấp hành ABS phục vụ khảo sát khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống phanh ABS khí nén 30 Hình Áp suất khí nén bầu phanh phanh bình thƣờng 30 Hình Các lực tác dụng vào xe phanh đƣờng thẳng, phẳng 32 Hình Phân bố ứng suất phản lực từ đƣờng lốp lăn 34 Hình 10 Lực mơ men tác dụng lên bánh xe phanh 35 Hình 11 Sơ đồ hệ thống phanh khí nén tơ 38 Hình 12 Sơ đồ van phân phối hệ thống phanh khí nén 41 Hình 13 Sơ đồ nút chia khí nén đến bầu phanh 42 Hình 14 Sơ đồ van gia tốc dòng phanh cầu sau 43 Hình 15 Sơ đồ mô tả bầu phanh 44 Hình Quy luật biến thiên áp suất khí nén bầu phanh điều khiển tần số 0,5 Hz (bên trái) Hz (bên phải) 48 Hình Quy luật biến thiên giá trị áp suất cao thấp bầu phanh phía sau theo tần số xung điều khiển 48 Hình 3 Lƣu đồ thuật toán điều khiển ABS theo gia tốc góc bánh xe 51 ix Hình Sơ đồ mạch cảm biến E2A-S08KS02-WP-C1 2M 53 Hình Vành cảm biến lắp lên xe 54 Hình Phƣơng pháp đo tần số 55 Hình Thông tin điều khiển thu đƣợc từ cảm biến 58 Hình Sơ đồ mơ đun mơ hình mô điều khiển hệ thống ABS theo độ trƣợt bánh xe 59 Hình Sơ đồ mơ đun mơ hình mơ điều khiển hệ thống ABS theo gia tốc góc bánh xe 60 Hình 10 Sơ đồ khối mơ hình mơ chuyển động thẳng ô tô phanh hệ thống phanh khí nén có ABS 61 Hình 11 Các pha điều khiển hệ thống theo độ trƣợt bánh xe 63 Hình 12 Biến thiên giá trị độ trƣợt, gia tốc góc biến điều khiển ECU theo thời gian 64 Hình 13 Gia tốc góc bánh xe phanh đƣờng khô, v0 = 40 km/h 66 Hình 14 Độ trƣợt bánh xe phanh đƣờng khô, v0 = 40 km/h 66 Hình 15 Vận tốc bánh xe xe phanh đƣờng khô, v0 = 40 km/h 66 Hình 16 Quãng đƣờng phanh phanh đƣờng khô, v0 = 40 km/h 67 Hình 17 Gia tốc góc bánh xe phanh đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h 67 Hình 18 Độ trƣợt bánh xe phanh đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h 67 Hình 19 Vận tốc bánh xe xe phanh đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h 68 Hình 20 Quãng đƣờng phanh phanh đƣờng ƣớt, v0 = 40 km/h 68 Hình Sơ đồ quy trình mơ thực nghiệm xác định ngƣỡng gia tốc góc điều khiển ABS 71 Hình Cấu trúc điều khiển điện tử hệ thống phanh ABS 72 Hình Bộ điều khiển điện tử hệ thống ABS 73 Hình 4 Phần mềm hiển thị ghi liệu vận tốc góc bánh xe 74 Hình Thiết bị đánh dấu quãng đƣờng phanh xe thử nghiệm 75 Hình Thiết bị đo ghi đa kênh DEWE5000 cảm biến 76 x Hình Vận tốc góc bốn bánh xe phanh với vận tốc ban đầu 40 km/h không dùng ABS 77 Hình Đồ thị vận tốc góc bánh xe phanh vận tốc 40km/h có ABS 78 Hình Ảnh hƣởng giá trị ngƣỡng gia tốc đến vận tốc góc bánh xe 79 Hình 10 Quy luật biến thiên vận tốc góc bánh xe thực nghiệm phanh đƣờng tốt với vận tốc ban đầu 40km/h có ABS (sử dụng giá trị ngƣỡng bảng Bảng 2) 81 Hình 11 Biến thiên vận tốc góc bánh xe phanh có ABS đƣờng phủ nhựa asphalt khơ, v0 = 40 km/h 82 Hình 12 Biến thiên vận tốc góc bánh xe phanh có ABS đƣờng phủ nhựa asphalt ƣớt, v0 = 40 km/h 83 xi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Công nghiệp ô tô ngành công nghiệp tạo nhiều việc làm giá trị vật chất lớn cho xã hội Hiện nƣớc có nhiều cơng ty sản xuất, lắp ráp tơ để phục vụ nhu cầu nƣớc xuất Việc tiếp cận khoa học công nghệ cao vấn đề cấp thiết, giúp Việt Nam sản xuất đƣợc ô tô đại, đạt tiêu chuẩn quốc tế cạnh tranh tốt chất lƣợng giá thành với sản phẩm ô tô giới Hệ thống phanh hệ thống an toàn chủ động quan trọng ô tô Vận tốc tải trọng xe tải ngày cao nên yêu cầu hệ thống phanh phải có hiệu cao Bên cạnh cần phải tăng tính ổn định hƣớng chuyển động cho xe phanh, đặc biệt phanh gấp Hiệu phanh ổn định hƣớng chuyển động ô tô phanh phụ thuộc nhiều yếu tố, điều khiển q trình phanh yếu tố có ảnh hƣởng lớn Trên xe tơ tải tải trọng trung bình lớn sử dụng hệ thống phanh khí nén có độ trễ cao, phân bố trọng lƣợng cầu xe thay đổi lớn theo điều kiện chở tải nên hiệu phanh bị ảnh hƣởng lớn Hệ thống chống bó cứng bánh xe phanh (ABS) hệ thống quan trọng, nhằm tăng tính ổn định hƣớng chuyển động hiệu phanh Nhờ nâng cao tính an tồn vận hành cho xe Một số nƣớc tiên tiến quy định bắt buộc phải lắp đặt hệ thống ABS loại xe tải Trên giới, hãng sản xuất lớn nghiên cứu sâu hệ thống ABS, có thực nghiệm kiểm chứng ứng dụng thƣơng mại vào hầu hết loại xe Tuy nhiên tài liệu, kết nghiên cứu tƣ liệu riêng hãng, khơng đƣợc cơng bố có cơng bố mang tính chất hƣớng dẫn sử dụng Trong đó, xe tải sử dụng nƣớc đa số sử dụng hệ thống phanh khí nén khơng có ABS Do đó, việc nghiên cứu, làm chủ kỹ thuật, công nghệ đại ô tơ nói chung, hệ thống phanh ABS khí nén nói riêng để bƣớc nghiên cứu chế tạo, thay cụm chi tiết hệ thống ABS hãng có ý nghĩa thực tiễn ngành cơng nghiệp ô tô nƣớc ta, giúp nâng cao chất lƣợng khả cạnh tranh cho sản phẩm ô tô chế tạo nƣớc Đề tài khoa học công nghệ cấp nhà nƣớc: ―Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống ABS cho hệ thống phanh khí nén dùng ô tô lắp ráp Việt Nam‖, mã số KC.03.05/11-15 (sau gọi tắt đề tài KC.03.05/11-15) Trƣờng Đại học Bách khoa -1- Hà Nội chủ trì thực nhiều nội dung nghiên cứu, chế tạo cụm chi tiết hệ thống ABS Trong nội dung nghiên cứu đề tài KC.03.05/11-15, nội dung nghiên cứu, chế tạo điều khiển điện tử yêu cầu có kết nghiên cứu chi tiết phƣơng pháp thuật toán điều khiển ABS giá trị ngƣỡng điều khiển ABS Đây vấn đề nghiên cứu không đƣợc hãng công bố, cần phải có phƣơng pháp nghiên cứu khoa học, trang thiết bị hoàn thiện nghiên cứu Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, nghiên cứu sinh chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống ABS dẫn động khí nén” nhằm triển khai số nội dung nghiên cứu đề tài KC.03.05/11-15 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án Hiện nƣớc có nhiều doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô sử dụng hệ thống phanh khí nén với sản lƣợng chủng loại ngày tăng Tuy nhiên đa số chủng loại ô tô chƣa đƣợc trang bị ABS Hệ thống ABS đƣợc nhập nguyên nên phụ thuộc nhiều vào hãng sản xuất nƣớc ngoài, làm tăng giá thành sản xuất Do đó, việc nghiên cứu hệ thống phanh ABS khí nén để bƣớc nghiên cứu chế tạo, thay cụm chi tiết hệ thống ABS hãng có ý nghĩa thực tiễn ngành công nghiệp ô tô công nghiệp phụ trợ nƣớc, giúp nâng cao chất lƣợng khả cạnh tranh cho sản phẩm ô tô chế tạo nƣớc Luận án giải đƣợc vấn đề: Xây dựng mơ hình mơ hệ thống phanh khí nén có ABS, đề xuất thuật toán điều khiển hệ thống theo gia tốc góc bánh xe; Thơng qua bƣớc mơ hoạt động hệ thống máy tính, luận án đánh giá đƣợc gần đặc tính hệ thống ABS khí nén mẫu xe nghiên cứu, sơ xác định đƣợc ngƣỡng giá trị gia tốc góc bánh xe để điều khiển chuyển đổi pha tăng áp, giữ áp, giảm áp chu trình hoạt động ABS; Nghiên cứu đặc tính cảm biến đo vận tốc góc bánh xe lên tơ, từ xác định đƣợc gia tốc góc bánh xe; Nghiên cứu thực nghiệm nhằm hiệu chỉnh giá trị ngƣỡng gia tốc góc điều khiển Đây vấn đề có tính khoa học, sở cho nghiên cứu hồn thiện hệ thống ABS khí nén Kết nghiên cứu luận án đƣợc đề tài KC.03.05/11-15 ứng dụng vào sản xuất thử nghiệm điều khiển điện tử ABS cho hệ thống phanh khí nén xe ô tô tải Kết thử nghiệm cho thấy hệ thống ABS hoạt động ổn định, hiệu phanh tơ trƣờng hợp có ABS đƣợc cải thiện so với trƣờng hợp khơng có ABS -2- Nội dung bố cục luận án Ngoài phần mở đầu mục theo quy định, nội dung nghiên cứu luận án đƣợc trình bày bốn chƣơng sáu phụ lục: CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: Trình bày tổng hợp kết nghiên cứu điều khiển hệ thống ABS khí nén giới nƣớc; qua tìm vấn đề cịn tồn cơng trình nghiên cứu Việt Nam để xác định nội dung mục tiêu luận án cần thực CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT: Trình bày nghiên cứu sở lý thuyết điều khiển hệ thống ABS, nghiên cứu mơ hình hóa chuyển động tơ q trình phanh; nghiên cứu mơ hình hóa hoạt động hệ thống phanh khí nén xe nghiên cứu CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN: Trình bày nghiên cứu, đề xuất phƣơng pháp thuật tốn điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS, nghiên cứu mơ hình hóa hoạt động hệ thống ABS làm sở cho nghiên cứu xác định giá trị ngƣỡng điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS phƣơng pháp mơ máy tính CHƢƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM: Trình bày nghiên cứu thực nghiệm xác định giá trị ngƣỡng điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS kết thử nghiệm đánh giá hiệu phanh hệ thống ABS xe nghiên cứu Phần kết luận kiến nghị: Đánh giá kết nghiên cứu luận án, đề xuất hƣớng phát triển cơng trình nghiên cứu để bƣớc hoàn thiện hệ thống phanh ABS khí nén Các kết nghiên cứu luận án Luận án đạt đƣợc kết nghiên cứu sau:  Xác định đƣợc khả đáp ứng tần số điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS xe nghiên cứu;  Xây dựng đƣợc mơ hình mơ hệ thống phanh khí nén có ABS tơ tải cỡ trung bình;  Đề xuất đƣợc phƣơng pháp điều khiển thuật tốn điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS; -3-  Xác định đƣợc giá trị ngƣỡng gia tốc góc bánh xe dùng để điều khiển chuyển pha làm việc van chấp hành ABS q trình ABS khí nén hoạt động Equation Chapter (Next) Section -4- CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Hệ thống phanh ô tô ngày phát triển hồn thiện kết cấu q trình điều khiển, nâng cao tính an tồn cho xe ô tô Nhiều thành tựu khoa học, công nghệ đƣợc ứng dụng ngày phổ biến tơ nói chung hệ thống phanh nói riêng Trên sở phân tích, đánh giá cơng trình nghiên cứu giới Việt Nam, luận án đề xuất nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 1.1 Hệ thống phanh ABS khí nén xe tơ ABS (Anti-lock Braking System) hệ thống chống hãm cứng bánh xe phanh ABS điều khiển áp suất phanh để trì lực bám dọc bám ngang bánh xe với mặt đƣờng mức cao, nhờ nâng cao tính ổn định hƣớng chuyển động tơ phanh, trì khả dẫn hƣớng giảm quãng đƣờng phanh [69] Trong trƣờng hợp phanh đƣờng khô với vận tốc cao (trên 35 km/h), quãng đƣờng phanh có ABS ngắn khơng có ABS Tuy nhiên, trƣờng hợp phanh từ vận tốc thấp hơn, phanh đƣờng trơn trƣợt, quãng đƣờng phanh có ABS dài khơng có ABS [59] Hiệu ABS phanh vận tốc thấp không cao nên hệ thống ABS không đƣợc kích hoạt Giới hạn vận tốc tơ trƣớc phanh để kích hoạt hệ thống ABS khác theo loại xe theo nhà sản xuất ABS Hệ thống ABS lắp xe tải rơ moóc sơ mi rơ moóc giúp hạn chế đƣợc nguy đầu kéo bị quay ngƣợc (jackknifing) phanh gấp, nâng cao tính an tồn cho tơ Hơn nữa, bánh xe khơng bị trƣợt lết q trình phanh nên hạn chế đƣợc tốc độ mài mòn lốp xe [69] So với hệ thống phanh thủy lực có ABS, hệ thống phanh ABS khí nén có tần số làm việc thấp trình biến đổi áp suất khí nén bầu phanh chậm nhiều so với trình biến đổi áp suất dầu hệ thống phanh thủy lực Theo công bố hãng Wabco [67], [68], [69], tần số hoạt động hệ thống ABS khí nén hãng chế tạo nằm khoảng từ đến Hz Hiện hệ thống phanh ABS sử dụng cảm biến để xác định tình trạng lăn bánh xe, từ đƣa tín hiệu điều khiển van chấp hành ABS theo thuật toán đƣợc định trƣớc Một số hệ thống đại tích hợp thêm cảm biến đo gia tốc dài thân xe để gia tăng hiệu điều khiển trình phanh Dựa cấu trúc hệ thống ABS bản, nhà nghiên cứu phát triển nhiều hệ thống điều khiển khác nhằm nâng cao tính ổn định an toàn nhƣ hệ thống tự động điều khiển lực kéo (ATC - Automatic Traction -5- Control); Hệ thống điều khiển cân điện tử (ESC - Electronic Stability Control) … [48], [49] Trên giới, ABS liên tục đƣợc nghiên cứu phát triển nên hiệu hệ thống ngày cao Ban đầu, hệ thống ABS khí nén lắp đặt xe tải nhƣ lựa chọn thêm cho an toàn, nhƣng với hiệu vƣợt trội nên từ năm 1991, nƣớc Châu Âu bắt buộc hãng phải lắp ABS lên xe tải hạng nặng, đến năm 1998 tiếp tục áp dụng bắt buộc loại xe tải hạng nhẹ [49] Hiện nay, ABS đƣợc lắp đặt rộng rãi hầu hết loại xe, kể máy kéo nông nghiệp nhƣ tiêu chuẩn an tồn [36] Trong nƣớc có nhiều doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ô tô sử dụng hệ thống phanh khí nén nhƣ Tổng cơng ty Máy động lực máy nông nghiệp (VEAM), Công ty Cổ phần ô tô Trƣờng Hải, Công ty cổ phẩn ô tô TMT, Công ty TNHH ô tô Chiến thắng, Vinaxuki … Sản phẩm ô tô doanh nghiệp ô tô nƣớc đa dạng, từ xe tải trọng nhỏ đến xe tải trọng lớn, từ xe đến xe khách, xe buýt Trong đó, xe tải cỡ trung bình trở lên xe khách, xe buýt đƣợc trang bị hệ thống phanh khí nén Số lƣợng xe sử dụng hệ thống phanh khí nén lớn ngày tăng Tuy nhiên, có số loại xe có trang bị hệ thống phanh khí nén có ABS, cịn đa số dịng cịn lại khơng có ABS ABS khí nén hệ thống phức tạp, chủ yếu đƣợc nhập nguyên từ hãng nhƣ Wabco, Bendix … nên giá thành ô tô sản xuất, lắp ráp nƣớc có ABS bị tăng cao Với xu hƣớng nâng cao tính an tồn cho xe, gia tăng tỉ lệ nội địa hóa sản phẩm, giảm giá thành sản xuất, nhà sản xuất buộc phải nghiên cứu, hoàn thiện sản phẩm để bƣớc làm chủ cơng nghệ, quy trình cơng nghệ sản xuất 1.2 Lịch sử phát triển hệ thống ABS khí nén Quá trình phát triển hệ thống phanh ABS trải qua thời gian dài với nhiều thành tựu đáng kể Các nhà sản xuất dần chuyển sang nghiên cứu chuyên sâu loại phanh Có thể kể đến hãng Bosch tiếng với sản phẩm ABS cho hệ thống phanh thủy lực, hãng Wabco Bendix chiếm thị phần lớn thị trƣờng ABS dùng cho hệ thống phanh khí nén Hai hãng có q trình nghiên cứu, phát triển sản phẩm gần giống Luận án trích dẫn số kiện quan trọng hãng Wabco [67], đại diện cho phát triển hệ thống ABS khí nén tơ Năm 1969: Sau thời gian dài nghiên cứu, hệ thống phanh phanh ABS khí nén đƣợc cơng bố triển lãm Ơ tơ IAA -6- Năm 1974: Hãng WABCO Mercedes-Benz thức ký kết thỏa thuận hợp tác nhằm thúc đẩy phát triển hệ thống thực thử nghiệm xe Năm 1975: WABCO bắt đầu phát triển hệ thống điều khiển điện tử riêng dựa việc xử lý tín hiệu tƣơng tự (Analog) WABCO hợp tác với hãng khác để mở rộng sản xuất Năm 1980: Giới thiệu thiết bị điện tử đƣợc số hóa hồn tồn Máy vi tính xử lý trung tâm Thử nghiệm cuối đƣợc thực vào mùa đông năm 1980 Lapland với có mặt cùa nhiều chuyên gia từ nhiều nƣớc giới Sau điều khiển điện tử hệ thống phanh đƣợc sử dụng xe thƣơng mại Năm 1981, hãng Mercedes-Benz hãng khác phát triển hệ thống ABS WABCO Dòng sản phẩm thuộc hệ A gồm hệ thống điều khiển kênh điều khiển kênh Năm 1986, hãng WABCO giới thiệu hệ thống chống trƣợt quay (qua hệ thống kiểm soát lực kéo) với điều khiển điện tử hệ B gồm kênh điều khiển ABS Năm 1989, hãng WABCO giới thiệu cấu chấp hành ABS dành cho moóc kéo, kèm theo chẩn đoán lỗi theo tiêu chuẩn ISO Năm 1990, hãng WABCO giới thiệu điều khiển ABS/ASR hệ C, với chẩn đoán lỗi chức bổ sung kèm Tháng 10 năm 1991, Các nƣớc Châu Âu (EC) bắt buộc phải lắp đặt hệ thống phanh ABS xe tải hạng nặng Năm 1996, hãng WABCO giới thiệu hệ thống hệ thống ABS hệ D dành cho xe kéo moóc giới thiệu hệ thống điều khiển điện tử cho hệ thống phanh EBS (Electronically controlled Braking System) Năm 1998, hệ thống EBS dành cho xe kéo mc đƣợc hồn thiện bắt đầu bắt buộc phải lắp đặt hệ thống ABS xe tải hạng nhẹ Năm 2000, giới thiệu hệ thống ABS hệ E xe kéo moóc Năm 2003, hệ thống ABS đƣợc phát triển thêm chức điều khiển ổn định chống lật – RSC (Roll Stability Control) Năm 2008, hệ thống ABS phiên E4 đƣợc phát triển Đây phiên có chức mở rộng thêm cho ABS nhƣ: Hệ thống điều khiển ổn định điện tử (ESC - Electronic -7- ... phanh; nghiên cứu mơ hình hóa hoạt động hệ thống phanh khí nén xe nghiên cứu CHƢƠNG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN: Trình bày nghiên cứu, đề xuất phƣơng pháp thuật toán điều. .. KHOA HÀ NỘI Hồ Hữu Hùng NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS DẪN ĐỘNG KHÍ NÉN Chuyên ngành: Kỹ thuật khí động lực Mã số: 62520116 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Lƣu... thuật toán điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS, nghiên cứu mơ hình hóa hoạt động hệ thống ABS làm sở cho nghiên cứu xác định giá trị ngƣỡng điều khiển hệ thống phanh khí nén có ABS phƣơng pháp