CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU: Trình bày cơ sở điều khiển lực phanh, tình hình phát triển và tổng hợp kết quả nghiên cứu về hệ thống ABS xe máy trên thế giới và trong nước; qua đó xác định mục tiêu, nội dung, phương pháp và phạm vi nghiên cứu của luận án cần thực hiện. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT: Trình bày nghiên cứu cấu tạo chung về hệ thống phanh xe máy từ đó đề xuất hệ thống phanh điều chỉnh áp suất nhằm hạn chế trượt lết bánh xe trong quá trình phanh trên xe máy, mô phỏng chuyển động của xe máy trong quá trình phanh; mô phỏng hoạt động của hệ thống phanh có điều chỉnh áp suất phanh trên xe nghiên cứu. Thiết kế chế tạo và thực nghiệm nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển và đánh giá hoạt động của hệ thống.
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN: Trình bày nghiên cứu thiết kế chế tạo bộ điều khiển, đề xuất phương pháp và thuật toán điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết trên xe máy, nghiên cứu xác định giá trị sơ bộ ngưỡng điều khiển hệ thống theo gia tốc góc làm cơ sở để xác định ngưỡng trong thực nghiệm. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM: Trình bày nghiên cứu thực nghiệm hệ thống phanh hạn chế trượt lết, bố trí hệ thống phanh hạn chế trượt lết lắp lên xe máy, lựa chọn thiết kế thiết bị đo lường các kết quả thực nghiệm, trên cơ sở kết quả thử nghiệm nhận xét sơ bộ hiệu quả hoạt động của hệ thống phanh hạn chế trượt lết trên xe nghiên cứu. PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: Tóm tắt kết quả nghiên cứu của luận án, đề xuất hướng phát triển của các công trình nghiên cứu tiếp theo để từng bước hoàn thiện hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy. Các kết quả nghiên cứu mới của luận án Luận án đạt được các kết quả nghiên cứu mới sau: -2- - Đề xuất, thiết kế chế tạo được cơ cấu điều áp có thể điều chỉnh được áp suất phanh trong hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên xe máy; - Xây dựng được mô hình mô phỏng hệ thống phanh có điều chỉnh áp suất phanh nhằm hạn chế trượt lết bánh xe trên xe máy và mô hình mô phỏng động lực học quá trình phanh xe máy trên đường thẳng; - Xác định được khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh hạn chế trượt lết đã đề xuất trên xe nghiên cứu; - Đề xuất phương pháp hiệu chỉnh và xác định được giá trị ngưỡng gia tốc góc bánh xe bằng mô phỏng lý thuyết để điều khiển chuyển pha làm việc của cơ cấu điều áp trong quá trình hệ thống hoạt động.
- Thiết kế chế tạo, bố trí lắp đặt được các thiết bị cho thực nghiệm và thực nghiệm lấy được số liệu đánh giá hoạt động của hệ thống phanh hạn chế trượt lết trên xe máy. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Các xe máy phổ biến ở Việt Nam có phân khối nhỏ, chạy ở vận tốc thấp và chưa được trang bị hệ thống chống bó cứng ABS hoặc là một hệ thống tương tự. Hiện nay đường xá ở Việt Nam nhiều nơi vẫn còn lạc hậu, chất lượng thấp, mặt đường xấu, hệ số bám thấp và không ổn định nên dễ xảy ra tình trạng trượt lết khi phanh ngay cả ở vận tốc thấp. Vì vậy cần có một hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe khi phanh cho xe máy ở Việt Nam.
Từ trước đến nay chưa có công trình khoa học trong nước nào nghiên cứu hệ thống tương tự cho xe máy phân khối nhỏ ở Việt Nam. Luận án nghiên cứu đề xuất hệ thống phanh có khả năng điều chỉnh áp suất phanh từ đó kiểm soát được hiện tượng trượt lết giữa bánh xe và mặt đường khi phanh, tăng tính ổn định chuyển động và nhờ đó nâng cao tính an toàn khi vận hành cho xe máy. Sự cần thiết phải hạn chế trượt lết cho bánh xe khi phanh Hệ thống chống trượt lết bánh xe khi phanh (tương tự ABS) là một hệ thống vòng kín giúp giảm khóa bánh xe trong quá trình phanh, giúp cải thiện sự ổn định và kiểm soát điều khiển xe trong quá trình phanh. ABS mặc dù đã được trang bị rất sớm trên ô tô trong nhiều năm nay tuy nhiên trên xe máy ít phổ biến hơn.
Theo một báo cáo số 327 về hiệu quả của hệ thống phanh chống bó cứng xe máy của Trung tâm nghiên cứu tai nạn của Đại học Monash - Úc (MUARC) [66] chỉ ra rằng hiệu quả của ABS trong việc giảm rủi ro va chạm cho xe máy cao hơn so với ô tô. Trong báo cáo này cũng chỉ ra lợi ích của việc lắp ABS cho xe máy ở cả Châu Âu và các quốc gia khác. Một khảo sát của Bosch [67] chỉ ra rằng hiệu quả của ABS xe máy là nhất quán trên toàn thế giới - các nghiên cứu được tham khảo trong khảo sát bao gồm: nghiên cứu của Thụy Điển chứng minh rằng trang bị ABS mang lại khả năng giảm va chạm ở châu Âu lên tới 39% cho tất cả các vụ tai nạn xe máy; Viện Bảo hiểm An toàn Đường cao tốc ở Mỹ đã ước tính độc lập hiệu quả 37% và một nghiên cứu riêng biệt của Bosch đã tìm thấy hiệu quả giảm 33% trong việc giảm thiểu tai nạn ở Ấn Độ. Một nghiên cứu khác của Đức kết luận rằng trong 93% các vụ tai nạn xe máy, ABS sẽ tránh hoặc giảm mức độ nghiêm trọng của vụ tai nạn [68].
Ở Úc, khả năng giảm thiểu tử vong và thương tích nhờ ABS xe máy là rất đáng kể: hàng năm giúp giảm 1.128 vụ tai nạn thương tích nhỏ (33%) và giảm 1.083 thương tật nghiêm trọng hàng năm và 74 trường hợp tử vong (39%). Từ các kết quả này có thể thấy được sự cần thiết, lợi ích cũng như vai trò của một hệ thống hạn chế trượt bánh xe tương tự ABS trang bị cho xe máy. Trong quá trình phanh xe, khả năng truyền lực dọc và lực ngang quyết định hiệu quả phanh cũng như khả năng ổn định chuyển động của xe. Khả năng truyền -4- lực dọc lớn tức lực phanh lớn và hiệu quả phanh sẽ cao.
Khả năng truyền lực ngang lớn sẽ làm giảm nguy cơ quay xe nghĩa là khả năng ổn định chuyển động của xe cao. Khả năng truyền lực dọc và ngang phụ thuộc vào hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường theo cả hai phương dọc và ngang. Đồ thị quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt [7], [21], [54] Hình 1.1 thể hiện mối quan hệ giữa hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy với độ trượt dọc s của bánh xe khi phanh. Từ trên đồ thị cho thấy hệ số bám dọc φx có giá trị cao nhất khi hệ số trượt s nằm trong khoảng 15% - 25%.
Khi hệ số trượt s = 1 (trượt lết hoàn toàn) giá trị φx chỉ còn khoảng xấp xỉ 0,6φxmax. Đối với hệ số bám ngang φy khi độ trượt s tăng lên, φy suy giảm nhanh và khi hệ số trượt s = 1 giá trị φy không đáng kể. Có thể chia quá trình phanh theo độ trượt dọc thành 3 vùng như hình vẽ có thể thấy: - Ở vùng I: Lực phanh tăng dần từ 0, hệ số trượt cũng tăng dần từ 0, hệ số bám ngang φy từ giá trị cực đại bắt đầu suy giảm nhưng mức độ suy giảm chậm. Vùng này bánh xe có khả năng truyền hết lực dọc (lực phanh) có trên bánh xe.
Lúc này gia tốc phanh của xe phụ thuộc vào lực phanh và xe có khả năng ổn định cao - Vùng II: Vùng này có hệ số bám dọc φx cao nhất tức khả năng truyền lực phanh tốt, còn hệ số bám ngang φy có suy giảm nhưng vẫn còn cao và xe vẫn có khả năng ổn định. - Vùng III: Vùng này giá trị hệ số bám dọc φx đã vượt qua giá trị cực đại và suy giảm, khi hệ số trượt trượt s = 1 (trượt lết hoàn toàn) giá trị φx chỉ còn khoảng xấp xỉ 0,6φxmax và do vậy khả năng truyền lực dọc giảm tức nếu phanh thì hiệu quả -5- phanh giảm. Còn hệ số bám ngang φy giảm nhanh và và khi hệ số trượt s = 1 giá trị φy không đáng kể. Vùng này khả năng truyền lực ngang suy giảm nghiêm trọng và rất dễ xảy ra mất ổn định xe, xe dễ bị quay ngang và ngã, rất nguy hiểm.
Như vậy có thể thấy rằng, khi phanh xe, vùng II là vùng bánh xe có khả năng truyền lực dọc cao nhất đồng thời khả năng truyền lực ngang tương đối cao. Nếu bánh xe hoạt động trong vùng này thì hiệu quả phanh cao và khả năng ổn định chuyển động của xe cũng cao. Từ các phân tích trên, luận án hướng tới việc nghiên cứu điều chỉnh áp suất phanh từ đó điều chỉnh lực phanh sao cho bánh xe phanh hoạt động trong vùng II. Nghiên cứu một hệ thống phanh thường quan tâm tới hai chỉ tiêu là hiệu quả phanh (quãng đường phanh, gia tốc phanh) và khả năng lái xe khi phanh (ổn định chuyển động khi phanh).
Các nghiên cứu đều cho thấy các trường hợp có ABS đều không xảy ra mất kiểm soát hướng chuyển động khi phanh như khi không trang bị ABS hoặc ABS không hoạt động. Nói cách khác là ABS giúp ổn định chuyển động của xe khi phanh. Về hiệu quả phanh, có nghiên cứu cho thấy khi có ABS hiệu quả phanh được cải thiện, nhưng mức độ cải thiện không nhiều và không phải tất cả các trường hợp phanh. Trong công trình “Nghiên cứu hệ thống ABS dẫn động khí nén” của tác giả Hồ Hữu Hùng, đa phần các trường hợp phanh có ABS giúp cải thiện quãng đương phanh nhưng trên đường có độ trơn ướt và ở vận tốc 30km/h quãng đường phanh khi có ABS dài hơn khi không có ABS [3].
Tuy nhiên, theo tài liệu báo cáo nghiên cứu của RAVC (Úc) [30], ABS có thể cải thiện hiệu quả phanh hoặc ít cải thiện hiệu quả phanh thậm chí làm hiệu quả phanh xấu đi trong các điều kiện phanh khác nhau về điều kiện mặt đường và vận tốc ban đầu của xe khi phanh. Trong báo cáo này đề dẫn ra nghiên cứu của Forkenbrock (1998-1999), trên 9 xe được trang bị ABS với 17 kịch bản thực nghiệm phanh xe khác nhau cho thấy ABS ít giảm quãng đường phanh trên đường khô, giảm đáng kể khi phanh trên đường trơn ướt và tăng 27% quãng đường phanh trên đường sỏi.