Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Trong kỹ thuật ô tô hiện đại, an toàn chuyển động luôn là tiêu chí hàng đầu khi mật độ phương tiện và tốc độ di chuyển trên hệ thống giao thông ngày càng tăng. Khi người lái phanh gấp hoặc phanh trên các bề mặt đường có hệ số bám thấp (đường ướt, trơn trượt, bùn lầy hoặc đóng băng tuyết), lực phanh tại cơ cấu phanh dễ dàng vượt quá giới hạn lực bám cực đại giữa bánh xe và mặt đường. Hiện tượng này khiến các bánh xe nhanh chóng bị hãm cứng (hiện tượng trượt lết hoàn toàn, độ trượt tương đối đạt $\lambda = 100%$).
Khi bánh xe bị trượt lết, hệ số bám dọc $\varphi_x$ suy giảm nhanh chóng, kéo theo lực phanh tiếp tuyến giảm và làm quãng đường phanh kéo dài. Nguy hiểm hơn, hệ số bám ngang $\varphi_y$ suy giảm triệt để tiệm cận về 0, dẫn đến việc triệt tiêu hoàn toàn phản lực ngang $Y_b$ từ mặt đường lên bánh xe:
- Nếu các bánh xe cầu trước bị khóa cứng, xe sẽ mất hoàn toàn tính dẫn hướng, vô lăng không còn tác dụng điều khiển hướng di chuyển theo ý muốn của người lái.
- Nếu các bánh xe cầu sau bị khóa cứng, dưới tác động của các lực ngang (lực ly tâm khi quay vòng, thành phần trọng lực $G\sin\beta$ khi đường có độ dốc ngang $\beta > 0^\circ$, hoặc áp lực gió thổi tạt ngang thân xe), đuôi xe sẽ bị lạng, trượt ngang, dẫn đến hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa, làm mất tính ổn định hướng và có nguy cơ lật xe nghiêm trọng.
Trước đây, ngành công nghiệp ô tô từng sử dụng bộ điều hòa lực phanh cơ khí hoặc thủy lực. Tuy nhiên, thiết bị này chỉ có thể hiệu chỉnh phân phối lực phanh tại một hoặc hai thời điểm cố định, kết cấu phức tạp và không thích ứng linh hoạt với điều kiện mặt đường thay đổi liên tục. Hệ thống chống bó cứng phanh (Anti-lock Braking System - ABS) ra đời nhằm khắc phục triệt để nhược điểm này bằng cách tự động điều chỉnh áp suất dầu tác dụng lên từng xilanh bánh xe, giữ cho bánh xe luôn lăn có trượt trong vùng hệ số bám tối ưu.
Đề tài "Nghiên cứu và thi công mô hình hệ thống phanh ABS" được thực hiện với các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:
- Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về động lực học quá trình phanh ô tô, hiện tượng trượt của bánh xe, kết cấu và nguyên lý điều khiển của hệ thống phanh ABS điện tử - thủy lực.
- Phân tích cấu tạo, nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết chính: cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ, cảm biến giảm tốc, bộ chấp hành thủy lực (HCU) gồm các van điện từ 3 vị trí, bơm dầu hồi và hộp điều khiển điện tử (ECU).
- Khảo sát, kiểm tra, bảo dưỡng phục hồi các cụm chi tiết cơ khí, thủy lực và điện tử từ hệ thống phanh thực tế của xe du lịch (hãng Toyota).
- Thiết kế, gia công giá đỡ, chế tạo hệ thống dẫn động giả lập tín hiệu tốc độ bánh xe và thi công hoàn thiện mô hình thực nghiệm hệ thống phanh ABS thủy lực hoạt động bình thường, phục vụ công tác giảng dạy và nghiên cứu thực hành.
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh kiểu điện tử - thủy lực trang bị trên ô tô du lịch.
- Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn trong việc nghiên cứu nguyên lý điều khiển thủy lực và thi công mô hình phanh ABS thủy lực (gồm 2 phanh đĩa trước, 2 phanh tang trống sau, 1 cụm HCU 4 van 3 vị trí, ECU Toyota và hệ thống đồng hồ đo áp suất), thực hiện tại Khoa Cơ khí Động lực - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, hoàn thành vào tháng 08 năm 2022.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khung lý thuyết và mô hình tính toán động lực học phanh
Động lực học quá trình phanh ô tô phụ thuộc trực tiếp vào mối quan hệ giữa độ trượt tương đối của bánh xe với hệ số bám dọc và hệ số bám ngang giữa lốp xe và mặt đường.
Độ trượt tương đối của bánh xe $\lambda$ được xác định theo biểu thức:
$$\lambda = \frac{v - \omega_{bx} \cdot r_{bx}}{v}$$
Trong đó:
- $v$: Vận tốc tịnh tiến của ô tô ($m/s$).
- $\omega_{bx}$: Vận tốc góc của bánh xe đang phanh ($rad/s$).
- $r_{bx}$: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe ($m$).
Hệ số bám dọc $\varphi_x$ là tỷ số giữa lực phanh tiếp tuyến $P_p$ và tải trọng thẳng đứng $G_b$ tác dụng lên bánh xe:
$$\varphi_x = \frac{P_p}{G_b}$$
Thực nghiệm động lực học chỉ ra rằng, hệ số bám dọc $\varphi_x$ đạt giá trị cực đại $\varphi_{max}$ tại giá trị độ trượt tối ưu $\lambda_0$ nằm trong khoảng $10% \div 30%$. Tại vùng độ trượt tối ưu này, hệ số bám ngang $\varphi_y$ vẫn duy trì ở mức giá trị cao. Khi độ trượt vượt quá $30%$ và tiến đến $\lambda = 100%$ (bánh xe bị bó cứng hoàn toàn), $\varphi_x$ giảm mạnh và $\varphi_y$ tiệm cận 0. Do đó, mục tiêu của hệ thống phanh ABS là điều khiển áp suất dầu phanh để độ trượt dao động trong dải hẹp quanh $\lambda_0$.
Phương trình vi phân chuyển động quay của bánh xe khi phanh:
$$J_{bx} \cdot \varepsilon_{bx} = M_p - M_\varphi \implies \varepsilon_{bx} = \frac{M_p - M_\varphi}{J_{bx}}$$
Trong đó:
- $J_{bx}$: Mô men quán tính của bánh xe.
- $\varepsilon_{bx}$: Gia tốc chậm dần góc của bánh xe.
- $M_p$: Mô men phanh do cơ cấu phanh tạo ra.
- $M_\varphi$: Mô men phanh giới hạn theo khả năng bám của bánh xe với mặt đường ($M_\varphi = \varphi_x \cdot G_b \cdot r_{bx}$).
Nguyên lý điều khiển và các sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS
Hệ thống ABS hiện đại vận hành chủ yếu dựa trên nguyên lý điều chỉnh áp suất dẫn động theo gia tốc chậm dần của bánh xe. Quá trình làm việc có thể thiết kế theo chu kỳ 2 pha (tăng áp - giảm áp) hoặc chu kỳ 3 pha (tăng áp - giữ áp - giảm áp). Tần số điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh thủy lực đạt từ $10 \div 20\text{ Hz}$, trong khi phanh khí nén đạt từ $2 \div 10\text{ Hz}$.
Các phương án bố trí hệ thống ABS trên ô tô được phân loại theo mã ký hiệu số lượng cảm biến và bộ chấp hành ở từng cầu:
- Sơ đồ 2222 (4 cảm biến, 4 kênh độc lập): Mỗi bánh xe có cảm biến và van chấp hành riêng biệt. Cho hiệu quả phanh tối ưu nhất nhưng kết cấu phức tạp và giá thành cao.
- Sơ đồ 2221 (4 cảm biến, 3 kênh): Hai bánh trước điều khiển độc lập, hai bánh sau điều khiển chung qua 1 kênh. Áp dụng phương án "lựa chọn thấp" (điều khiển theo bánh xe có độ bám kém hơn) nhằm triệt tiêu mô men quay vòng ở cầu sau của xe con, giúp giảm giá thành khoảng $40%$ so với sơ đồ 2222.
- Sơ đồ 2122, 2121, 0021, 0011: Các biến thể rút gọn cảm biến hoặc van điều khiển, thường ứng dụng cho các dòng xe tải hoặc xe chuyên dụng với chi phí sản xuất thấp.
Phương pháp nghiên cứu và nguồn dữ liệu
- Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Nghiên cứu cấu trúc hệ thống phanh thủy lực, mạch điều khiển vi xử lý ECU ABS, nguyên lý hoạt động của van điện từ 3 vị trí và thuật toán điều chỉnh áp suất theo chu trình kín.
- Phương pháp thực nghiệm kỹ thuật cơ - điện tử: Tiến hành tháo dỡ, đo kiểm các thông số kỹ thuật (độ mòn đĩa phanh, độ dày má phanh, điện trở cảm biến cuộn dây, khả năng đóng cắt của rơle, độ kín khít cuppen thủy lực), phục hồi chi tiết cơ khí, lắp ráp hệ thống đường ống đồng, đấu nối sơ đồ mạch điện và chạy thử nghiệm hệ thống tạo xung giả lập tốc độ bánh xe.
- Nguồn dữ liệu: Số liệu thực nghiệm động lực học phanh trên ô tô du lịch, giáo trình chuyên ngành Khung gầm ô tô, tài liệu hướng dẫn sửa chữa và sơ đồ mạch điện hệ thống ABS của hãng Toyota.
Thiết kế và triển khai mô hình kỹ thuật
Mô hình hệ thống phanh ABS được tính toán thiết kế và thi công hoàn chỉnh trên khung giá đỡ kim loại định hình, kết hợp giữa cơ cấu phanh nguyên bản và hệ thống điều khiển điện tử giả lập.
| Nhóm hệ thống |
Các cụm chi tiết chính |
Thông số kỹ thuật / Đặc điểm kết cấu |
| Cơ cấu phanh & Khung giá |
Khung sắt định hình, 2 cụm phanh đĩa trước, 2 cụm phanh tang trống sau, bàn đạp phanh, bầu trợ lực chân không và xilanh phanh chính. |
Phanh đĩa trước sử dụng ngàm phanh piston đơn; phanh tang trống sau tích hợp cơ cấu guốc phanh và xilanh con; giá đỡ bàn đạp và công tắc phanh được gia công hàn cố định. |
| Hệ thống chấp hành thủy lực |
Cụm HCU (Hydraulic Control Unit), 4 van điện từ loại 3 vị trí, bơm dầu piston 2 buồng dẫn động bằng motor điện lệch tâm, bình tích áp thấp, 4 đồng hồ đo áp suất. |
Đường ống dầu làm bằng ống đồng đường kính $5\text{ mm}$, kết nối qua các cút nối 3 đầu và rắc co thủy lực; đồng hồ áp suất có dải đo $0 \div 25\text{ kg/cm}^2$ gắn trực tiếp tại ngõ ra xilanh chính và 4 bánh xe. |
| Hệ thống điều khiển điện tử |
Hộp ECU ABS Toyota, 4 cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ, cụm rơle điều khiển ABS (1 rơle 5 chân, 1 rơle 4 chân), 1 rơle 5 chân phụ cho motor. |
Cảm biến bánh trước có điện trở tiêu chuẩn $0,8 \div 1,3\text{ k}\Omega$; cảm biến bánh sau có điện trở $1,1 \div 1,7\text{ k}\Omega$; nguồn điện cấp ắc quy $12\text{ V}$. |
| Hệ thống giả lập tín hiệu |
2 motor giảm tốc nguồn $12\text{ V}$ (1 motor quay nhanh, 1 motor quay chậm), vành răng cảm biến gắn trên trục quay. |
Dẫn động vành răng quay cắt qua từ trường nam châm vĩnh cửu của cảm biến để phát ra tín hiệu điện áp xoay chiều có tần số tương ứng với tốc độ góc. |
| Bảng điều khiển & Hiển thị |
Bảng công tắc nguồn IG, công tắc phanh bàn đạp, đèn báo hệ thống phanh, đèn cảnh báo lỗi ABS. |
Bảng taplo mica gắn nhãn định danh, tích hợp các công tắc kiểm soát chế độ hoạt động và hệ thống đèn LED chỉ thị trạng thái. |
Quy trình triển khai kỹ thuật bao gồm các bước:
- Kiểm tra và phục hồi cơ khí: Đo độ dày lớp lót má phanh (đảm bảo đạt trên mức tối thiểu $2 \div 3\text{ mm}$); tháo piston ngàm phanh bằng khí nén cao áp, tẩy rỉ sét bằng giấy nhám mịn và dung dịch xà phòng, sấy khô tuyệt đối, bôi mỡ chuyên dụng và ép lại bằng máy ép thủy lực; kiểm tra độ kín cuppen xilanh bánh xe sau và độ căng của các lò xo hồi vị guốc phanh.
- Đo kiểm linh kiện điện: Dùng đồng hồ vạn năng VOM đo điện trở cuộn dây rơle, cấp nguồn $12\text{ V}$ kiểm tra tiếp điểm đóng ngắt; kiểm tra tính thông mạch của công tắc bàn đạp phanh (trạng thái bình thường đóng mạch, khi đạp phanh ngắt mạch); kiểm tra dải điện trở tiêu chuẩn của 4 cảm biến điện từ; rà soát mạch in ECU và đánh dấu dây dẫn.
- Thi công cơ khí và đường dẫn thủy lực: Hàn cố định giá đỡ xilanh chính, bầu trợ lực, bàn đạp phanh, cụm HCU và các giá đỡ cảm biến; uốn và cố định các tuyến ống dẫn dầu đồng $5\text{ mm}$ từ xilanh chính đến HCU và dẫn ra 4 cơ cấu phanh, lắp xen kẽ 4 đồng hồ đo áp suất $25\text{ kg/cm}^2$.
- Đấu nối mạch điện và hoàn thiện: Đấu nối hệ thống dây điện theo sơ đồ mạch ABS Toyota, bố trí rơle cấp nguồn bơm và van điện từ, bó gọn dây dẫn bằng dây rút nhựa, lắp bảng công tắc và đèn báo.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: TỔNG QUAN
Chương 1 thiết lập tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ yêu cầu nâng cao an toàn giao thông và giảm thiểu tai nạn do hiện tượng bánh xe bị trượt lết khi phanh gấp. Tác giả trình bày các hệ quả vật lý khi bánh xe bị bó cứng: mất tính dẫn hướng khi khóa bánh trước, mất ổn định hướng gây trượt lạng khi khóa bánh sau, và sự gia tăng quãng đường phanh trên mặt đường có hệ số bám thấp. Từ đó, tác giả xác định nhiệm vụ trọng tâm là nghiên cứu và chế tạo mô hình phanh ABS thủy lực hoạt động trực quan nhằm phục vụ giảng dạy. Giới hạn đề tài được xác định rõ là tập trung vào hệ thống phanh ABS dẫn động thủy lực.
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 2 trình bày toàn diện nền tảng lý thuyết về hệ thống chống bó cứng phanh:
- Đặc tính trượt và hệ số bám: Phân tích đồ thị biến thiên của hệ số bám dọc $\varphi_x$ và hệ số bám ngang $\varphi_y$ theo độ trượt $\lambda$, làm rõ vùng trượt tối ưu $\lambda_0$ trong khoảng $10% \div 30%$.
- Động lực học phanh: Thiết lập phương trình vi phân chuyển động bánh xe $J_{bx}\varepsilon_{bx} = M_p - M_\varphi$, giải thích chu trình thay đổi gia tốc góc để điều khiển mô men phanh theo chu trình kín $1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 1$.
- Cấu tạo chi tiết các phần tử:
- Cảm biến tốc độ điện từ (nam châm vĩnh cửu, cuộn dây, vành răng tạo xung điện áp xoay chiều) và cảm biến Hall.
- Cảm biến giảm tốc quang học (gồm 2 cặp LED - Transistor quang, đĩa xẻ rãnh dao động tạo ra 4 mức tín hiệu).
- Bộ chấp hành thủy lực HCU: Cấu tạo van điện từ 3 vị trí, bơm dầu kiểu piston 2 buồng độc lập và bình tích áp.
- Hộp điều khiển điện tử ECU ABS: Khối nhận tín hiệu, khối vi xử lý tính toán tốc độ/độ trượt, mạch ổn định điện áp, mạch xuất tín hiệu điều khiển và khối tự chẩn đoán sự cố.
- Bốn trạng thái làm việc của hệ thống:
- Trạng thái phanh thường: ECU không cấp dòng ($0\text{ A}$), van 3 vị trí ở vị trí thấp nhất do lực đẩy lò xo hồi vị, cửa A mở, cửa B đóng. Dầu từ xilanh chính đi thẳng qua cửa A sang cửa C tới xilanh bánh xe.
- Trạng thái giảm áp: Khi bánh xe có xu hướng bó cứng, ECU cấp dòng điện mạnh $5\text{ A}$ vào cuộn dây, hút van đi lên đóng cửa A, mở cửa B. Dầu phanh từ xilanh bánh xe hồi từ cửa C qua cửa B về bình tích áp; đồng thời mô tơ bơm hoạt động đẩy dầu từ bình tích áp hồi ngược về xilanh chính, làm giảm áp suất tại bánh xe.
- Trạng thái giữ áp: Khi áp suất giảm đến giá trị thích hợp, ECU duy trì dòng điện trung gian khoảng $2\text{ A}$, van dịch chuyển đóng kín cả cửa A và cửa B. Áp suất tại xilanh bánh xe được duy trì cố định; bơm tiếp tục đẩy lượng dầu thừa về xilanh chính.
- Trạng thái tăng áp: Khi bánh xe phục hồi tốc độ quay, ECU ngắt dòng điện ($0\text{ A}$), lò xo đẩy van về vị trí mở cửa A và đóng cửa B. Dầu áp suất cao từ xilanh chính và bơm nạp trở lại xilanh bánh xe để tăng lực phanh.
Chương 3: THI CÔNG MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ
Chương 3 trình bày các bước thực hành kỹ thuật, từ khâu chuẩn bị, kiểm tra làm sạch, thay thế linh kiện hỏng đến quy trình chế tạo lắp ráp:
- Công tác đo kiểm và chuẩn bị: Thay thế 4 đồng hồ đo áp suất mới dải đo $25\text{ kg/cm}^2$; kiểm tra tiêu chuẩn má phanh, xilanh piston, guốc phanh tang trống và thử tải tiếp điểm rơle $12\text{ V}$.
- Gia công cơ khí: Thiết kế và hàn bàn đạp phanh, khung bắt xilanh chính, giá đỡ cụm HCU, giá định vị 4 cảm biến tốc độ đối diện vành răng tạo xung.
- Thi công hệ thống điện và thủy lực: Đi dây ống đồng $5\text{ mm}$, kết nối các ngõ dầu xilanh chính - HCU - đồng hồ áp suất - ngàm phanh; đấu nối mạch điện ECU Toyota, lắp 2 motor giảm tốc tạo xung tín hiệu bánh xe quay nhanh / chậm nhằm mô phỏng hiện tượng trượt lệch giữa các bánh xe.
Chương 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
Chương 4 tổng kết kết quả chế tạo mô hình thực tế, khẳng định hệ thống vận hành ổn định, mô phỏng chính xác các chu trình tăng, giữ, giảm áp suất dầu khi đạp phanh và có tín hiệu chênh lệch tốc độ góc bánh xe. Tác giả nêu các kiến nghị phát triển mở rộng đề tài trong tương lai.
Kết quả và đóng góp
Kết quả nghiên cứu và dữ liệu thực nghiệm
Nghiên cứu đã hệ thống hóa số liệu thực nghiệm so sánh hiệu quả giữa xe trang bị ABS và không trang bị ABS trên các điều kiện bề mặt đường khác nhau:
| Loại mặt đường |
Vận tốc ban đầu ($m/s$) |
Quãng đường phanh có ABS ($m$) |
Quãng đường phanh không ABS ($m$) |
Mức tăng hiệu quả phanh ($%$) |
| Đường bê tông khô |
13,88 (tương đương $50\text{ km/h}$) |
10,6 |
13,1 |
19,1 |
| Đường bê tông ướt |
13,88 (tương đương $50\text{ km/h}$) |
18,7 |
23,7 |
21,1 |
| Đường bê tông khô |
27,77 (tương đương $100\text{ km/h}$) |
41,1 |
50,0 |
17,8 |
| Đường bê tông ướt |
27,77 (tương đương $100\text{ km/h}$) |
62,5 |
100,0 |
37,5 |
Số liệu thực nghiệm cho thấy trên đường bê tông ướt ở vận tốc cao ($27,77\text{ m/s}$), hệ thống ABS giúp rút ngắn quãng đường phanh từ $100,0\text{ m}$ xuống còn $62,5\text{ m}$, nâng cao hiệu quả phanh lên tới $37,5%$, đồng thời giữ vững tính ổn định chuyển động của xe.
Về mặt chế tạo thực nghiệm, đề tài đã hoàn thiện mô hình cơ - điện tử với các kết quả hoạt động cụ thể:
- Mô hình cơ khí vận hành chắc chắn, các cụm phanh đĩa và phanh tang trống hoạt động ăn khớp, không xảy ra hiện tượng rò rỉ dầu tại các đầu nối ống đồng $5\text{ mm}$ hay xilanh chấp hành.
- Hệ thống giả lập với 2 motor giảm tốc tạo xung ổn định giúp 4 cảm biến điện từ phát tín hiệu điện áp xoay chiều chuẩn xác về hộp điều khiển ECU.
- Hệ thống hiển thị áp suất thông qua 4 đồng hồ đo $25\text{ kg/cm}^2$ phản ánh rõ ràng sự biến thiên áp suất thủy lực theo 3 trạng thái: tăng áp, giữ áp và giảm áp tương ứng với các mức dòng điện $0\text{ A}$, $2\text{ A}$, $5\text{ A}$ điều khiển từ ECU.
Đóng góp kỹ thuật của đề tài
- Cung cấp một thiết bị thực hành trực quan hoàn chỉnh cho phòng thí nghiệm chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, phục vụ công tác giảng dạy các môn học Lý thuyết ô tô, Kết cấu khung gầm và Hệ thống điều khiển điện tử trên ô tô.
- Hệ thống hóa quy trình kiểm tra, bảo dưỡng, phục hồi các chi tiết thủy lực và cơ khí của hệ thống phanh đã qua sử dụng, đưa ra quy trình đo kiểm chuẩn xác cho cảm biến tốc độ điện từ và rơle điều khiển.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế
- Phạm vi nghiên cứu chỉ dừng lại ở hệ thống phanh ABS dẫn động thủy lực trên xe con, chưa mở rộng sang các hệ thống phanh ABS khí nén dùng trên xe thương mại cỡ lớn.
- Mô hình sử dụng motor điện giảm tốc để tạo chuyển động quay cho vành răng tạo xung mang tính chất giả lập tín hiệu trong phòng thí nghiệm, chưa mô phỏng được quán tính thực tế của toàn bộ đoàn xe và tải trọng thay đổi linh hoạt theo các dạng địa hình mặt đường thực tế.
Hướng nghiên cứu tiếp
- Tiếp tục phát triển và tích hợp thêm các hệ thống an toàn chủ động mở rộng trên cùng cơ sở mô hình, bao gồm: Hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD), Hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS) và Hệ thống cân bằng điện tử (ESP).
- Tích hợp thêm cổng giao tiếp chẩn đoán chuẩn OBD-II để kết nối máy chẩn đoán chuyên dụng, cho phép sinh viên thực hành đọc dữ liệu động (Data Stream), kiểm tra tín hiệu cảm biến thời gian thực và chẩn đoán mã lỗi hư hỏng (DTC) của hệ thống ABS.
Giá trị tham khảo
Tài liệu đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích đối với:
- Sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Cơ khí Động lực: Tham khảo cơ sở lý thuyết động lực học phanh, phương trình vi phân chuyển động bánh xe và nguyên lý tính toán độ trượt tối ưu $\lambda_0$.
- Giảng viên và kỹ thuật viên thực hành xưởng: Sử dụng làm tài liệu hướng dẫn quy trình tháo lắp, kiểm tra thông số kỹ thuật (độ dày má phanh, độ mòn đĩa phanh, cuppen thủy lực, điện trở cuộn dây cảm biến tốc độ) và phương pháp phục hồi cụm piston - xilanh phanh.
- Người làm đồ án thiết kế mô hình dạy học: Tham khảo quy trình thi công cơ khí, phương pháp bố trí mạch dẫn động thủy lực ống đồng $5\text{ mm}$, kỹ thuật đấu nối mạch điện ECU - HCU và giải pháp dùng motor giảm tốc giả lập tín hiệu tốc độ bánh xe.
Câu hỏi thường gặp
1. Độ trượt tương đối của bánh xe khi phanh được xác định bằng công thức nào và giá trị tối ưu là bao nhiêu?
Độ trượt tương đối $\lambda$ được tính theo công thức:
$$\lambda = \frac{v - \omega_{bx} \cdot r_{bx}}{v}$$
Trong đó $v$ là vận tốc ô tô, $\omega_{bx}$ là vận tốc góc bánh xe, $r_{bx}$ là bán kính làm việc bánh xe. Giá trị độ trượt tối ưu $\lambda_0$ đạt được trong khoảng từ $10%$ đến $30%$, tại đó hệ số bám dọc $\varphi_x$ đạt cực đại và hệ số bám ngang $\varphi_y$ duy trì ở mức cao.
2. ECU điều khiển dòng điện đến cuộn dây van điện từ 3 vị trí như thế nào trong các trạng thái phanh?
ECU điều khiển van điện từ 3 vị trí qua 3 mức dòng điện:
- Trạng thái phanh thường / Tăng áp: Cung cấp dòng điện $0\text{ A}$ (ngắt dòng), lò xo đẩy van mở cửa A và đóng cửa B, dầu phanh truyền từ xilanh chính đến xilanh bánh xe.
- Trạng thái giữ áp: Cung cấp dòng điện trung gian khoảng $2\text{ A}$, tạo lực từ vừa đủ để đóng kín cả cửa A và cửa B, giữ nguyên áp suất trong xilanh bánh xe.
- Trạng thái giảm áp: Cung cấp dòng điện mạnh $5\text{ A}$, van dịch chuyển hết hành trình đóng cửa A và mở cửa B để xả dầu về bình tích áp, đồng thời kích hoạt mô tơ bơm dầu hồi về xilanh chính.
3. Tiêu chuẩn điện trở của cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ trong đồ án là bao nhiêu?
Khi đo kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng VOM, tiêu chuẩn điện trở đạt yêu cầu là:
- Cảm biến tốc độ ở bánh trước: Dao động trong khoảng $0,8 \div 1,3\text{ k}\Omega$.
- Cảm biến tốc độ ở bánh sau: Dao động trong khoảng $1,1 \div 1,7\text{ k}\Omega$.
Nếu kết quả đo nằm ngoài các dải tiêu chuẩn trên thì cảm biến bị hỏng và phải thay thế.
4. Sơ đồ bố trí phanh ABS 2221 hoạt động theo nguyên lý nào và có ưu điểm gì?
Sơ đồ 2221 gồm 4 cảm biến tốc độ, 2 kênh điều khiển độc lập cho 2 bánh trước và 1 kênh điều khiển chung cho 2 bánh sau. Ở cầu sau, hệ thống thường điều khiển theo phương án "lựa chọn thấp" (áp suất dầu điều chỉnh theo bánh xe có độ bám kém nhất tiếp xúc với mặt đường). Phương án này giúp triệt tiêu mô men quay vòng ở cầu sau của xe con, kết cấu đơn giản hơn và tiết kiệm khoảng $40%$ chi phí so với sơ đồ 4 kênh độc lập (2222).
5. Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động phanh ABS thủy lực và phanh khí nén là bao nhiêu?
Tần số thay đổi áp suất phụ thuộc vào quán tính cơ học và kết cấu của bộ chấp hành:
- Đối với hệ thống dẫn động phanh thủy lực (phanh dầu): Tần số làm việc đạt từ $10 \div 20\text{ Hz}$.
- Đối với hệ thống dẫn động phanh khí nén: Tần số làm việc đạt từ $2 \div 10\text{ Hz}$.
Thời gian thực hiện một chu kỳ điều khiển của ABS thủy lực vào khoảng $1/10\text{ s}$ với độ trễ tác động nhỏ hơn $1/1000\text{ s}$.
Kết luận
Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu và thi công mô hình hệ thống phanh ABS" của sinh viên Nguyễn Thanh Sơn và Nguyễn Hoài Vũ đã giải quyết hoàn chỉnh các vấn đề từ cơ sở lý thuyết động lực học phanh đến chế tạo thực nghiệm. Nhóm tác giả đã phục hồi thành công các cơ cấu phanh đĩa, phanh tang trống, hoàn thiện mạch thủy lực và đấu nối chính xác hệ thống điều khiển điện tử ECU ABS Toyota cùng cơ chế giả lập xung tốc độ. Kết quả thử nghiệm trên mô hình thể hiện trực quan các pha tăng áp, giữ áp và giảm áp thông qua hệ thống đồng hồ đo áp suất, đáp ứng đầy đủ yêu cầu của một mô hình học cụ chuyên ngành kỹ thuật ô tô. Mô hình tạo nền tảng thuận lợi cho việc mở rộng tích hợp các hệ thống an toàn chủ động nâng cao như EBD, TCS và ESP trong các nghiên cứu tiếp theo.
