Chương 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Lí do chọn đề tài Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp thế giới nói chung và ngành công nghiệp ô tô nói riêng, nhu cầu đời sống con người ngày càng được cải thiện và nâng cao, các phương tiện nhằm đáp ứng yêu cầu đi lại của mọi người cũng không phải là ngoại lệ, bằng chứng là các phương tiện hiện đại luôn được tung ra thị trường với công suất cao hơn, tốc độ nhanh hơn. Chính vì thế mật độ lưu thông trên đường ngày càng lớn, đi đôi với đó là những vụ tai nạn cũng ngày một nhiều và thảm khốc hơn. Để hạn chế những rủi ro đó, các hệ thống đảm bảo an toàn trên xe cũng được nâng cấp, trong đó không thể không nhắc đến chính là hệ thống phanh.
“Cái phanh không làm xe đi nhanh hơn, nhưng nhờ nó mà chúng ta dám đi nhanh hơn”, hiểu câu này theo nghĩa đen, cái phanh chính là thứ kìm hãm tốc độ nhưng cũng chính nó là thứ giúp chúng ta dám đạp ga tăng tốc. Một chiếc ô tô có cơ cấu phanh tốt, có độ tin cậy cao thì lúc đó chiếc xe mới có thể được hoạt động hết công suất. Bởi thế, hệ thống phanh luôn được ưu tiên đặt lên hàng đầu để đảm bảo tính an toàn cho người tham gia giao thông cũng như mọi người xung quanh. Một chiếc xe chạy nhanh và an toàn khi nó có một hệ thống phanh tốt, một chiếc xe thiếu hệ thống phanh là một chiếc xe không được lưu thông.
Do đó, với tính thiết thực của hệ thống phanh nói chung và hệ thống ABS, EBD nói riêng, là sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, chúng tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng hệ thống ABS, EBD trên xe Honda Accord 2023 bằng phần mền Simulink/CarSim”. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1. Các nghiên cứu trong nước Ở nước ta mặc dù còn rất nhiều hạn chế về vấn đề nghiên cứu hệ thống ABS và EBD nhưng cũng có một số các nghiên cứu như: 1 - Ngiên cứu của TS. Trần Quang Vinh - Khoa Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội với đề tài: "Design and simulation of an adaptive EBD controller for improved vehicle stability" (Thiết kế và mô phỏng một bộ điều khiển EBD thích ứng để cải thiện sự ổn định của xe).
- Ngiên cứu của TS. Trần Đình Thịnh - Khoa Cơ khí, Đại học Đà Nẵng với đề tài: "Development of an integrated ABS-EBD control algorithm for electric motorcycles" (Phát triển một thuật toán điều khiển tích hợp ABS-EBD cho xe mô tô điện). - Ngiên cứu của TS. Đặng Hữu Hoà - Khoa Cơ khí, Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên với đề tài: "Investigation of braking performance and stability control for intelligent vehicles using ABS and EBD technology" (Nghiên cứu về hiệu suất phanh và kiểm soát ổn định cho xe thông minh sử dụng công nghệ ABS và EBD).
Bên cạnh đó, một số tập đoàn và tổ chức nghiên cứu cũng đang tiến hành nghiên cứu về hệ thống ABS và EBD trên các loại xe. Điển hình như: - Viện Công nghệ Ô tô và Động cơ - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội: Viện này thực hiện nghiên cứu trong lĩnh vực công nghệ ô tô và động cơ, bao gồm cả hệ thống ABS và EBD trên các loại xe. Nhóm nghiên cứu của viện tập trung vào việc phân tích và đánh giá hiệu suất, an toàn và điều khiển của các hệ thống này trên xe hơi và xe máy. - Viện Nghiên cứu Ô tô Việt Nam: Viện này đặt trụ sở tại Thành phố Hồ Chí Minh và hoạt động trong lĩnh vực tư vấn và nghiên cứu ô tô.
Viện đã tiến hành nghiên cứu về hệ thống phanh trên xe ô tô, bao gồm cả hệ thống ABS và EBD. Nghiên cứu của viện tập trung vào đánh giá hiệu suất và cải tiến các hệ thống này trên các dòng xe phổ biến ở Việt Nam. - Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Kỹ thuật tổng hợp FPT (FPT Technology Research Institute): Trung tâm này tại Việt Nam đã tiến hành các nghiên cứu về hệ thống ABS và EBD, đồng thời phối hợp với các đối tác công nghệ ô tô quốc tế để áp dụng và phát triển các công nghệ phanh mới trên ô tô. Nghiên cứu của trung tâm tập 2 trung vào việc nắm bắt các xu hướng công nghệ mới và ứng dụng chúng vào việc tối ưu hóa hiệu suất hệ thống phanh trên ô tô.
Những nghiên cứu trên là một số ví dụ và không đại diện cho tất cả các nghiên cứu về ABS và EBD trong nước. Tuy nhiên, chúng thể hiện sự quan tâm và nỗ lực của cộng đồng nghiên cứu Việt Nam để nghiên cứu, phát triển và tối ưu hóa hệ thống phanh trên các loại xe. Các nghiên cứu ngoài nước Có rất nhiều nhà nghiên cứu và giáo sư trên thế giới đã và đang tiến hành nghiên cứu về hệ thống ABS và EBD trên các loại xe, sau đây là một số nghiên cứu điển hình: - Prof. Hans-Georg Schweiger - Đại học Kỹ thuật München, Đức với đề tài: "Development of an advanced EBD (Electronic Brakeforce Distribution) control algorithm for enhanced vehicle stability" (Phát triển một thuật toán điều khiển EBD tiên tiến để cải thiện sự ổn định của xe).
Takashi Yamaguchi - Đại học Hiroshima, Nhật Bản với đề tài: "Model- based optimal controller design for ABS and brake-by-wire systems" (Thiết kế điều khiển tối ưu dựa trên mô hình cho hệ thống ABS và hệ thống phanh brake-by-wire). Guohong Li - Đại học Công nghệ Huadong, Trung Quốc với đề tài: "Anti-Lock Brake System Modeling and Control Based on ADM (Active Disturbance Rejection) theory" (Mô hình và điều khiển hệ thống ABS dựa trên lý thuyết ADM). Clara Marina Martin - Đại học Rovira i Virgili, Tây Ban Nha với đề tài: "EBD control design based on road preview information for electric vehicles" (Thiết kế điều khiển EBD dựa trên thông tin xem trước con đường cho xe điện). Ngoài ra còn có nhiều tập đoàn lớn cũng bắt tay vào nghiên cứu và sản xuất hệ thống ABS và EBD ví dụ như: - Bosch: Công ty Bosch có trụ sở tại Đức và là một trong những nhà sản xuất hàng đầu về công nghệ phanh trên thế giới.
Họ đã tiến hành nghiên cứu và phát triển hệ thống ABS và EBD với nhiều ứng dụng trên các loại phương tiện, từ ô tô đến xe mô tô. 3 - Continental: Continental là một công ty Đức với trụ sở chính tại Hannover. Họ cung cấp các giải pháp phanh tiên tiến cho công nghiệp ô tô và xe máy trên toàn cầu. Các hệ thống ABS và EBD của Continental đã được phát triển và sử dụng rộng rãi trên các dòng xe từ hạng nhẹ đến hạng nặng.
- TRW Automotive: TRW Automotive là một tập đoàn chuyên về công nghệ phanh và an toàn ô tô với trụ sở chính tại Livonia, Michigan, Hoa Kỳ. Họ đã tham gia vào nghiên cứu và phát triển các hệ thống ABS và EBD để cải thiện hiệu suất phanh và an toàn trên các loại xe. - Aisin Seiki: Tập đoàn Aisin Seiki, có trụ sở tại Nhật Bản, là một trong những nhà sản xuất lớn về hệ thống phanh ô tô. Họ đã tiến hành nghiên cứu và phát triển các hệ thống ABS và EBD tiên tiến cho các dòng xe ô tô trên thị trường toàn cầu.
Đây là những tập đoàn hàng đầu trong lĩnh vực nghiên cứu này và đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới liên quan đến ABS và EBD. Mục đích của đề tài - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về phanh, lực phanh và các mômen phanh trên ô tô. - Nghiên cứu và tìm hiểu về cách hoạt động và lợi ích của hệ thống phanh chống bó cứng (ABS) và phân bổ điện tử lực phanh (EBD) trên xe hơi. Điều này bao gồm việc hiểu cách các thành phần của hệ thống hoạt động cùng cơ chế làm việc để tránh khóa bánh xe và tăng khả năng kiểm soát phanh trong tình huống khẩn cấp.
- Nghiên cứu đặc điểm và thông số kỹ thuật của xe Honda Accord năm 2023 sau đó đề xuất cấu trúc, thuật toán cho bộ điều khiển ABS, EBD trên Simulink và sử dụng phần mềm CarSim để mô phỏng, điều này giúp hiểu rõ hơn về cách hệ thống hoạt động và khả năng kiểm soát phanh. - Đánh giá hiệu suất hệ thống ABS, EBD trên Honda Accord 2023 thông qua đồ thị kết quả mô phỏng. Tiến hành so sánh và phân tích kết quả để đưa ra 4 đánh giá về khả năng giảm tốc độ an toàn và khả năng kiểm soát phanh trong các tình huống đặc biệt. Phạm vi nghiên cứu Với thời gian và kiến thức chuyên môn còn hạn chế nên phạm vi nghiên cứu của đề tài chưa thể thực hiện trên xe thực tế mà chỉ dừng lại ở việc xây dựng, mô phỏng và kiểm nghiệm hệ thống ABS, EBD trên phần mềm Simulink/CarSim.
Phương pháp nghiên cứu Đề tài: “Nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng hệ thống ABS, EBD trên xe Honda Accord 2023 bằng phần mền Simulink/CarSim” sử dụng phương pháp nghiên cứu chính là tham khảo tài liệu cũng như biên dịch và chọn lọc các tài liệu nước ngoài liên quan đến các vấn đề về hệ thống phanh. Bên cạnh đó là phương pháp thực nghiệm mô phỏng trên phần mềm Simulink/CarSim để có thể so sánh và đánh giá hiệu quả trong quá trình phanh. 5 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Tổng quan về phanh ô tô 2.
Lực phanh và mômen phanh cần thiết trên ô tô 2. Lực phanh và các mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh Hình 2.1 Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh Tài xế nhấn bàn đạp phanh, lúc này các cụm cơ cấu phanh ở bánh xe tạo ra một mômen ma sát hay còn gọi là mômen phanh (Mp), giữa mặt đường và bánh xe tiếp xúc xuất hiện lực phanh (Fp) ngược chiều với chiều chuyển động của ô tô. Lúc này lực phanh được tính theo công thức: Mp Fp = (2.1) rb Với: Mp – Mômen phanh tác dụng lên bánh xe. Fp – Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa mặt đường và bánh xe.
rb – Bán kính tính toán của bánh xe. Có thể thấy mômen phanh tỷ lệ thuận với lực phanh, tuy nhiên lực phanh cực đại lại bị hạn chế bởi sự bám giữa bánh xe với mặt đường theo công thức: 6 Fpmax = Fφ = Zb .2) Trong đó: Fφ – Lực bám dọc giữa mặt đường với bánh xe. Zb – Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe. φ – Hệ số bám dọc giữa mặt đường với bánh xe.
Khi phanh, ngoài mômen phanh còn có mômen quán tính Mjb và mômen cản lăn Mf tác dụng lên bánh xe.