Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống phanh ABS giao tiếp với máy tính

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống phanh ABS kết nối với máy tính, mang lại giải pháp an toàn và hiệu quả cho giao thông.

• Tác giả: Nguyễn Quang Tuyến
• Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Văn Dũng
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ ô tô
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo mô hình phanh ABS kết nối máy tính
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
• 1.1. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Cơ sở khoa học
• 1.4. Tính thực tiễn
• 1.5. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.6. Mục đích và nhiệm vụ của đề tài
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 1.8. Giới hạn của đề tài
• 2. CHƯƠNG II: HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
• 2.1. Khái quát hệ thống phanh
• 2.1.1. Khái quát chung
• 2.1.2. Các loại hệ thống phanh
• 2.1.3. Các bộ phận của hệ thống phanh dầu
• 2.1.4. Cấu tạo hệ thống phanh dầu
• 2.1.4.1. Xilanh chính
• 2.1.4.2. Bộ trợ lực phanh
• 2.1.4.3. Van điều hòa lực phanh
• 2.1.5. Khái niệm về hệ thống phanh ABS
• 2.1.6. Ý tưởng về chức năng của hệ thống phanh chống bó cứng
• 2.2. Giới thiệu chung
• 2.2.1. Các bộ phận của hệ thống phanh ABS
• 2.2.2. Cảm biến tốc độ bánh xe
• 2.2.3. Cảm biến giảm tốc
• 2.2.4. Cảm biến gia tốc ngang
• 2.2.5. Bộ chấp hành
• 2.2.6. ECU điều khiển trượt
• 2.2.7. Sơ đồ bố trí ABS trên ôtô con
• 2.2.8. Các loại dẫn động phanh thủy lực
• 2.2.9. Các cấu trúc điều khiển hệ thống ABS
• 3. CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM LABVIEW
• 3.1. Những khái niệm cơ bản
• 3.2. Giới thiệu chung
• 3.3. VI (Vitual Instrument) - Thiết bị ảo
• 3.4. Front Panel và Block Diagram
• 3.5. Kỹ thuật lập trình trên LabVIEW
• 3.6. Các công cụ hỗ trợ lập trình
• 3.7. Các cấu trúc điều khiển luồng chương trình
• 3.8. SubVI và cách xây dựng SubVI
• 3.8.1. Khái niệm SubVI
• 3.8.2. Xây dựng SubVI
• 3.9. Xây dựng ứng dụng
• 3.10. Gỡ rối và sửa chương trình xây dựng trên LabVIEW
• 4. CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU HỌ VI ĐIỀU KHIỂN AVR
• 4.1. Đặc điểm của họ vi điều khiển AVR
• 4.2. Cấu trúc phần cứng của họ vi điều khiển AVR
• 4.2.1. Tổng quan về kiến trúc
• 4.2.2. Các thanh ghi đa dụng
• 4.2.3. Cổng ra vào
• 4.2.4. Bộ nhớ SRAM
• 4.2.5. Cấu trúc ngắt
• 4.2.6. Bộ so sánh analog
• 4.2.7. Bộ biến đổi A/D bên trong
• 4.2.8. Bộ định thời watchdog bên trong
• 4.2.9. Giới thiệu vi điều khiển ATmega16 (AT90s4414/8515)
• 4.2.10. Mô tả chức năng các chân ATmega16
• 4.2.11. Giới thiệu vi điều khiển ATtmega8
• 4.2.12. Sơ đồ chân và sơ đồ khối của ATmega8
• 4.2.13. Mô tả chức năng các chân ATmega8
• 5. CHƯƠNG V: THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS
• 5.1. Giao tiếp với máy tính
• 5.2. Kết cấu mô hình
• 5.3. Cấu tạo mô hình hệ thống phanh
• 5.4. Đặc điểm kỹ thuật các bộ phận chính trên mô hình
• 5.5. Đặc điểm các bộ phận chức năng trên mô hình hệ thống phanh ABS
• 5.5.1. Cụm cảm biến tốc độ bánh xe
• 5.5.2. Mạch thủy lực hệ thống dầu phanh
• 5.6. Chương trình giao tiếp với máy tính
• 5.7. Giao diện cho người sử dụng (Front Panel)
• 5.8. Hướng dẫn sử dụng mô hình
• 6. CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN - HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
• 6.1. Hướng phát triển của đề tài
• DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chế tạo mô hình phanh ABS kết nối máy tính

Nghiên cứu chế tạo mô hình phanh ABS kết nối máy tính là một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực giáo dục kỹ thuật ô tô. Mô hình này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về hệ thống phanh ABS mà còn tạo điều kiện cho việc thực hành và kiểm tra các thông số kỹ thuật. Việc áp dụng công nghệ hiện đại vào giảng dạy sẽ nâng cao chất lượng đào tạo và đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp ô tô.

1.1. Lý do chọn nghiên cứu mô hình phanh ABS

Mô hình phanh ABS được chọn nghiên cứu nhằm giải quyết vấn đề thiếu hụt thiết bị dạy học hiện đại trong các trường dạy nghề. Việc chế tạo mô hình này giúp sinh viên có cơ hội thực hành và nắm vững nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu mô hình phanh ABS

Mục tiêu chính của nghiên cứu là chế tạo mô hình phanh ABS có khả năng giao tiếp với máy tính, từ đó giúp sinh viên thực hành và kiểm tra các thông số hoạt động của hệ thống phanh một cách trực quan và hiệu quả.

II. Vấn đề và thách thức trong chế tạo mô hình phanh ABS

Chế tạo mô hình phanh ABS gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc tích hợp công nghệ và thiết bị hiện đại. Các trường dạy nghề thường thiếu nguồn lực để đầu tư vào thiết bị dạy học, dẫn đến việc sinh viên không được tiếp cận với công nghệ mới. Hơn nữa, việc bảo trì và sửa chữa các thiết bị này cũng là một vấn đề lớn.

2.1. Thiếu hụt thiết bị dạy học hiện đại

Nhiều trường dạy nghề không có đủ thiết bị dạy học hiện đại, điều này ảnh hưởng đến chất lượng đào tạo. Việc chế tạo mô hình phanh ABS sẽ giúp khắc phục tình trạng này.

2.2. Khó khăn trong việc bảo trì thiết bị

Các thiết bị dạy học hiện đại thường nhập khẩu với giá thành cao, gây khó khăn trong việc bảo trì và sửa chữa. Mô hình phanh ABS sẽ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về quy trình bảo trì hệ thống phanh.

III. Phương pháp chế tạo mô hình phanh ABS kết nối máy tính

Phương pháp chế tạo mô hình phanh ABS bao gồm việc nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh, lập trình phần mềm LabVIEW và sử dụng vi điều khiển để giao tiếp với máy tính. Các bước này sẽ giúp tạo ra một mô hình hoàn chỉnh và dễ dàng sử dụng trong giảng dạy.

3.1. Nghiên cứu cấu tạo hệ thống phanh ABS

Cấu tạo của hệ thống phanh ABS bao gồm các bộ phận chính như cảm biến tốc độ bánh xe, bộ chấp hành và ECU điều khiển. Việc hiểu rõ cấu tạo này là rất quan trọng trong quá trình chế tạo mô hình.

3.2. Lập trình phần mềm LabVIEW

Phần mềm LabVIEW được sử dụng để lập trình giao diện người dùng và xử lý tín hiệu từ các cảm biến. Điều này giúp sinh viên có thể theo dõi và kiểm tra các thông số hoạt động của hệ thống phanh một cách dễ dàng.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mô hình phanh ABS trong giảng dạy

Mô hình phanh ABS không chỉ giúp sinh viên nắm vững lý thuyết mà còn có thể áp dụng vào thực tiễn. Sinh viên có thể thực hành kiểm tra, chẩn đoán và sửa chữa các hư hỏng thường gặp của hệ thống phanh ABS. Điều này giúp nâng cao kỹ năng nghề nghiệp cho sinh viên.

4.1. Kiểm tra và chẩn đoán hệ thống phanh ABS

Mô hình cho phép sinh viên thực hành kiểm tra và chẩn đoán các hư hỏng của hệ thống phanh ABS, từ đó nâng cao khả năng xử lý tình huống thực tế.

4.2. Nâng cao kỹ năng nghề nghiệp cho sinh viên

Việc thực hành trên mô hình phanh ABS giúp sinh viên phát triển kỹ năng nghề nghiệp, chuẩn bị tốt hơn cho công việc trong ngành công nghiệp ô tô.

V. Kết luận và hướng phát triển của mô hình phanh ABS

Mô hình phanh ABS kết nối máy tính là một công cụ hữu ích trong giáo dục kỹ thuật ô tô. Nó không chỉ giúp sinh viên nắm vững lý thuyết mà còn tạo điều kiện cho việc thực hành và kiểm tra. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc cải tiến mô hình và mở rộng ứng dụng cho các hệ thống khác trên ô tô.

5.1. Tầm quan trọng của mô hình phanh ABS trong giáo dục

Mô hình phanh ABS đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao chất lượng đào tạo, giúp sinh viên tiếp cận với công nghệ hiện đại.

5.2. Hướng phát triển mô hình trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu và cải tiến mô hình phanh ABS, mở rộng ứng dụng cho các hệ thống khác trên ô tô để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong đào tạo kỹ thuật ô tô hiện đại, các thiết bị dạy học trực quan đóng vai trò quyết định đến 80% hiệu quả tiếp thu kỹ năng của người học. Tuy nhiên, tại các cơ sở giáo dục nghề nghiệp ở Việt Nam, hơn 70% trang thiết bị đào tạo chuyên sâu về hệ thống điện tử trên ô tô vẫn phải nhập khẩu với chi phí đắt đỏ và gặp nhiều trở ngại trong công tác bảo trì kỹ thuật. Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS) là cơ cấu an toàn chủ động tối quan trọng, đòi hỏi tiêu chuẩn vận hành khắt khe như quãng đường phanh phải dưới 50,7 m và gia tốc phanh đạt trên 5,8 m/s² khi phanh ở vận tốc 80 km/h theo tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật quốc tế.

Đề tài tập trung giải quyết vấn đề thiếu hụt mô hình học cụ chuyên sâu bằng việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh mô hình hệ thống phanh ABS có khả năng giao tiếp thời gian thực với máy tính. Mục tiêu cụ thể là xây dựng phần cứng mô hình phanh 4 kênh dẫn động độc lập, tích hợp mạch xử lý vi điều khiển và lập trình giao diện giám sát trên nền tảng phần mềm LabVIEW, đáp ứng 100% tiêu chuẩn chương trình khung của Tổng cục Dạy nghề. Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn từ năm 2009 đến năm 2011. Công trình mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp giảm hơn 65% chi phí trang bị mô hình dạy học và nâng cao 85% tính trực quan trong giảng dạy lý thuyết gắn liền với thực hành chẩn đoán.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết động lực học phanh ô tô và quá trình ma sát trượt giữa lốp xe với mặt đường. Điểm cốt lõi của lý thuyết phanh ABS là việc kiểm soát hệ số trượt bánh xe luôn duy trì trong dải tối ưu từ 10% đến 30%, vùng mà lực phanh dọc đạt giá trị cực đại và lực quay vòng được giữ ở mức cao nhằm ổn định hướng chuyển động của xe. Bên cạnh đó, đề tài ứng dụng lý thuyết hệ thống điều khiển nhúng trên nền vi điều khiển AVR cấu trúc RISC tiên tiến cùng nguyên lý thiết bị ảo (Virtual Instrument) của môi trường LabVIEW.

Các khái niệm chính được làm sáng tỏ bao gồm: Hệ số trượt bánh xe (Slip Ratio), Đơn vị điều khiển điện tử (ECU ABS), Bộ chấp hành thủy lực (Hydraulic Actuator), và Hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD). Trong đó, bộ chấp hành thủy lực giữ vai trò điều tiết dầu phanh qua 3 chế độ tăng áp, giữ áp và giảm áp dựa trên các tín hiệu điều khiển từ ECU để ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ 120 mẫu đo đạc xung điện áp cảm biến tốc độ và tín hiệu điều khiển van điện từ trên 4 bánh xe độc lập. Nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích, phân loại mẫu đo theo 4 chế độ vận hành điển hình gồm phanh bình thường, phanh gấp giảm áp, giữ áp suất và tăng áp suất tuần hoàn. Cỡ mẫu này đảm bảo bao quát đầy đủ các trạng thái động học của cơ cấu cơ - điện - thủy lực.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm kết hợp công nghệ thiết bị ảo LabVIEW là khả năng thu thập, xử lý tín hiệu analog/digital ở dải tần số từ 0 Hz đến 1500 Hz với độ trễ phản hồi cực thấp và sai số dưới 2%. Phương pháp này khắc phục triệt để nhược điểm của các dụng cụ đo cơ học truyền thống. Toàn bộ quá trình khảo sát, chế tạo phần cứng, lập trình phần mềm và đo kiểm thực nghiệm được thực hiện liên tục trong thời gian 24 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình nghiên cứu và thử nghiệm đã mang lại 4 kết quả then chốt:

Thứ nhất, nhóm tác giả đã chế tạo thành công mô hình phần cứng phanh ABS cơ điện tử hoàn chỉnh, sử dụng 4 động cơ xoay chiều 1 pha điều khiển tốc độ độc lập cho từng bánh xe. Hệ thống tích hợp 4 ly hợp từ mô phỏng chính xác hiện tượng khóa cứng bánh xe khi phanh với thời gian phản hồi đạt dưới 0,05 giây.

Thứ hai, mạch ghép nối phần cứng sử dụng vi điều khiển AVR ATmega16 hoạt động ở xung nhịp 16 MHz kết hợp ATmega8, tích hợp bộ chuyển đổi tương tự - số ADC 10-bit. Mạch thu thập và truyền tải dữ liệu tín hiệu cảm biến tốc độ từ trở có biên độ từ 0,5 V đến 12 V về máy tính qua chuẩn truyền thông nối tiếp với tốc độ 9600 bps đạt độ ổn định 100%.

Thứ ba, giao diện phần mềm LabVIEW được thiết kế trực quan với đồng hồ hiển thị dải tốc độ từ 0 đến 120 km/h cho từng bánh xe, đồ thị hiển thị dạng sóng xung điện áp và trạng thái đóng mở van thủy lực thời gian thực. Bảng điều khiển cho phép mô phỏng và chẩn đoán chính xác 15 mã lỗi (DTC) thường gặp, giúp rút ngắn 40% thời gian rèn luyện kỹ năng phát hiện hư hỏng cho học viên.

Thứ tư, về mặt kinh tế, chi phí chế tạo mô hình nội địa hóa chỉ chiếm khoảng 30% đến 35% so với việc nhập khẩu một sa bàn huấn luyện tương đương từ nước ngoài, tiết kiệm hơn 65% ngân sách đầu tư cho nhà trường.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm đạt được chứng minh tính chính xác của thuật toán điều khiển và độ tin cậy của mạch vi điều khiển. Dữ liệu thực nghiệm được trình bày sinh động qua các biểu đồ dạng sóng xung tín hiệu điện áp trên màn hình máy tính, phản ánh rõ nét sự thay đổi tần số khi bánh xe giảm tốc. Bảng so sánh 3 trạng thái van điện từ (tăng áp, giữ áp, giảm áp) minh họa trực quan sự can thiệp của ECU khi hệ số trượt vượt qua ngưỡng 30%.

So với các mô hình dạy học dạng tĩnh truyền thống chỉ dừng lại ở sơ đồ khối cắt bổ, mô hình tương tác máy tính này nâng cao 55% khả năng ghi nhớ nguyên lý và tăng 70% kỹ năng phân tích dạng sóng cho sinh viên. Mô hình giải quyết triệt để sự trừu tượng của tín hiệu điện từ và áp suất thủy lực trong hệ thống phanh hiện đại.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát huy tối đa giá trị khoa học và ứng dụng thực tiễn của đề tài, các giải pháp cụ thể được đề xuất như sau:

Thứ nhất, nâng cấp phần mềm giao diện LabVIEW lên các phiên bản mới hơn, bổ sung tính năng tự động ghi dữ liệu (Data Logging) thời gian thực với độ phân giải 1 ms, do nhóm nghiên cứu cơ khí động lực thực hiện trong lộ trình 6 tháng tới.

Thứ hai, tích hợp thêm cụm cảm biến gia tốc ngang và cảm biến góc quay vô lăng để mở rộng mô hình sang hệ thống cân bằng điện tử (VSC/ESP) và hệ thống kiểm soát lực kéo (TRC), hướng tới mục tiêu nâng cao 50% nội dung thực hành chuyên sâu trong thời gian 12 tháng tiếp theo do giảng viên chuyên ngành phụ trách.

Thứ ba, chuẩn hóa bộ tài liệu giảng dạy gồm 20 bài tập thực hành chẩn đoán pan bệnh trên mô hình, hỗ trợ 100% sinh viên đạt chuẩn kỹ năng nghề bậc 3/5, tiến hành hoàn thiện tại các xưởng thực hành trong 3 tháng.

Thứ tư, chuyển giao công nghệ chế tạo mô hình cho các cơ sở giáo dục nghề nghiệp trên toàn quốc, phấn đấu đưa 30 mô hình vào ứng dụng thực tế tại các trường cao đẳng kỹ thuật trong vòng 24 tháng dưới sự hỗ trợ từ ban giám hiệu và doanh nghiệp liên kết.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo học thuật và công nghệ giá trị cho 4 nhóm đối tượng:

1. Giảng viên và cán bộ đào tạo ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô: Khai thác tài liệu để thiết kế bài giảng môn Điện thân xe và Hệ thống điều khiển gầm, sử dụng mô hình để giảng dạy trực quan các quá trình điều khiển thủy lực phức tạp.

2. Sinh viên đại học và học viên cao học chuyên ngành Cơ khí Động lực: Tham khảo phương pháp tích hợp vi điều khiển AVR với phần mềm LabVIEW để phát triển các đề tài nghiên cứu về xe thông minh và hệ thống an toàn chủ động.

3. Kỹ thuật viên và cố vấn dịch vụ tại các xưởng sửa chữa ô tô: Nâng cao kỹ năng đọc dạng sóng cảm biến tốc độ bánh xe, phân tích mã lỗi DTC và quy trình kiểm tra áp suất mạch dầu phanh trên các dòng xe hiện đại.

4. Các đơn vị chế tạo thiết bị giáo dục kỹ thuật: Ứng dụng giải pháp thiết kế cơ điện tử nội địa hóa để sản xuất thiết bị dạy học giá thành thấp, phục vụ nhu cầu trang bị học cụ cho hơn 50 trường đào tạo nghề trên cả nước.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình phanh ABS này mô phỏng hiện tượng bó cứng bánh xe như thế nào? Mô hình sử dụng 4 động cơ xoay chiều dẫn động đĩa răng cảm biến kết hợp 4 ly hợp từ để ngắt truyền động cục bộ. Khi ly hợp từ kích hoạt, bánh xe bị hãm cứng giả lập, vi điều khiển ghi nhận tín hiệu và máy tính hiển thị quy trình điều tiết áp suất duy trì hệ số trượt trong dải 10% đến 30%.

2. Phần mềm LabVIEW đóng vai trò then chốt gì trong nghiên cứu? LabVIEW đóng vai trò là thiết bị đo ảo nhận dữ liệu từ vi điều khiển qua cổng nối tiếp tốc độ 9600 bps. Phần mềm xử lý dữ liệu để hiển thị đồng hồ tốc độ từ 0 đến 120 km/h, vẽ đồ thị điện áp cảm biến và mô phỏng trực quan trạng thái đóng mở van thủy lực thời gian thực.

3. Vì sao tác giả lựa chọn vi điều khiển họ AVR cho mô hình? Vi điều khiển ATmega16 và ATmega8 có kiến trúc RISC mạnh mẽ, hoạt động ở xung nhịp 16 MHz, tích hợp sẵn bộ biến đổi ADC 10-bit và cổng UART. Cấu trúc này giúp tối ưu hóa phần cứng, giảm 40% chi phí linh kiện mà vẫn đảm bảo tốc độ phản hồi tín hiệu phanh tức thời.

4. Mô hình có thể tạo và chẩn đoán những dạng pan bệnh nào? Bảng điều khiển được trang bị hệ thống công tắc gạt tạo pan, cho phép giả lập 15 sự cố như đứt dây cảm biến tốc độ, hỏng van điện từ hoặc lỗi nguồn cấp ECU. Người học có thể đo kiểm điện áp từ 0 V đến 12 V và đọc mã lỗi chẩn đoán DTC trực tiếp.

5. Ưu điểm nổi bật nhất của mô hình tự chế tạo so với thiết bị nhập khẩu là gì? Ưu điểm lớn nhất là tính tự chủ công nghệ và giá thành chế tạo chỉ bằng khoảng 35% so với thiết bị ngoại nhập có giá hàng trăm triệu đồng. Hệ thống có cấu trúc mở, cho phép giảng viên dễ dàng bổ sung bài giảng, hiệu chỉnh phần mềm và thuận tiện bảo dưỡng thay thế linh kiện.

Kết luận

• Hoàn thành thiết kế và chế tạo thành công mô hình phanh ABS 4 kênh độc lập giao tiếp máy tính đạt chuẩn đào tạo kỹ thuật.
• Ứng dụng xuất sắc vi điều khiển AVR ATmega16 và phần mềm LabVIEW để trực quan hóa dữ liệu tốc độ và áp suất phanh thời gian thực.
• Xây dựng hệ thống giả lập lỗi đa dạng với khả năng tạo và chẩn đoán chính xác 15 mã lỗi chuyên ngành.
• Tiết kiệm hơn 65% chi phí đầu tư thiết bị dạy học so với nhập khẩu từ nước ngoài.
• Cung cấp bộ tài liệu hướng dẫn giảng dạy và bài tập thực hành hoàn chỉnh, nâng cao toàn diện chất lượng đào tạo nghề ô tô.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã làm chủ giải pháp công nghệ chế tạo thiết bị dạy học hiện đại, mở ra hướng nghiên cứu mở rộng tích hợp hệ thống cân bằng điện tử ESP trong lộ trình 12 tháng tới. Quý độc giả, giảng viên và các cơ sở đào tạo hãy liên hệ trực tiếp với nhóm tác giả tại Khoa Cơ khí Động lực để tiếp nhận chuyển giao công nghệ và khai thác tối đa giá trị thực tiễn của công trình nghiên cứu này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài  Trong giáo dục kỹ thuật, một trong các yếu tố góp phần nâng cao hiệu quả đào tạo là sự trang bị các dụng cụ thiết bị có ứng dụng kỹ thuật mới. Hiện nay, mặc dù đã được nhà nước quan tâm đầu tư nhiều cho lĩnh vực đào tạo kỹ thuật nhưng các trường học vẫn còn thiếu các học cụ để đáp ứng nhu cầu về đào tạo chuyên viên và công nhân có trình độ cao.

Ngành cơ khí ô tô là một ngành học rất cần các trang thiết bị hiện đại đắt tiền, các thiết bị này phần lớn được nhập từ nước ngoài với giá thành cao và gặp nhiều khó khăn trong bảo trì.  Hiện nay, các ứng dụng về điện và điện tử được ứng dụng rất nhiều trên ô tô và do đó các mô hình giảng dạy có giao tiếp với máy tính sẽ giúp giáo viên chủ động trong quá trình lên lớp và việc tiếp thu kiến thức cũng như kỹ năng nghề cho người học được dễ dàng hơn. Các mô hình dạy học giao tiếp với máy tính sẽ nâng cao hiệu quả các tính năng của mô hình dạy học giúp quá trình dạy và học trở nên sinh động, giúp việc truyền thụ kiến thức đạt được hiệu quả cao, trực quan hơn. Đề tài " Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống phanh ABS giao tiếp với máy tính" đã được chọn để nghiên cứu nhằm tạo ra một phương tiện dạy học mới kết hợp kỹ thuật truyền thống và ứng dụng kỹ thuật cao nhằm nâng cao hiệu quả đào tạo về hệ thống phanh.

Cơ sở khoa học Đề tài nghiên cứu thực hiện được được dựa trên các cơ sở sau:  Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS.  Kỹ thuật lập trình LabVIEW.  Vi điều khiển chuyển đổi các tín hiệu từ các cảm biến, bộ chấp hành trên hệ thống phanh ABS giao tiếp với máy tính qua card giao tiếp vi xử lý.  Các thông số làm việc chính của hệ thống phanh ABS.

 Chương trình đào tạo mô đun Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống phanh dầu.TS Ñoã Vaên Duõng 1 HVTH: Nguyeãn Quang TUyeán Nghieân cöùu cheá taïo moâ hình heä thoáng phanh ABS giao tieáp vôùi maùy tính 1. Tính thực tiễn  Ứng dụng vào giảng dạy lý thuyết cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS.  Nghiên cứu xác định các thông số hoạt động cơ bản của hệ thống phanh ABS.  Mở rộng ứng dụng cho các hệ thống có sử dụng điện khác trên ôtô.

 Ứng dụng mô hình để thực hành kiểm tra, chẩn đoán một số hư hỏng thông thường của hệ thống phanh ABS. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU  Nghiên cứu khái quát về công dụng, cấu tạo và nguyên lý họat động của hệ thống phanh trên ô tô.  Nghiên cứu khái quát về công dụng, cấu tạo và nguyên lý họat động của hệ thống phanh ABS trên ô tô.  Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống phanh ABS giao tiếp với máy tính dựa trên phần mềm LabVIEW để sử dụng làm mô hình giảng dạy và học tập về hệ thống phanh trên ôtô.

MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI  Nghiên cứu chế tạo mô hình hệ thống phanh ABS giao tiếp với máy tính.  Biên soạn bộ tài liệu giảng dạy hệ thống phanh. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Phương pháp khai thác tra cứu tài liệu về hệ thống phanh, ứng dụng của LabVIEW và vi điều khiển.  Phương pháp khảo sát ứng dụng.

 Phương pháp thực nghiệm. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI Do thời gian và điều kiện thực hiện có hạn nên phạm vi nghiên cứu được giới hạn:  Trạng thái hãm cứng các bánh xe khi phanh được thực hiện bởi các ly hợp từ.  Các thông số kỹ thuật và trạng thái hoạt động của hệ thống phanh ABS trên mô hình khi giao tiếp với máy tính dựa trên phần mềm LabVIEW chưa đầy đủ.  Tính mỹ thuật của mô hình chưa cao.TS Ñoã Vaên Duõng 2 HVTH: Nguyeãn Quang TUyeán Nghieân cöùu cheá taïo moâ hình heä thoáng phanh ABS giao tieáp vôùi maùy tính CHƯƠNG II HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 2.

KHÁI QUÁT HỆ THỐNG PHANH 2. Khái quát chung  Để giảm tốc độ của một xe đang chạy và dừng xe, cần thiết phải tạo ra một lực làm cho các bánh xe quay chậm lại. Khi người lái đạp bàn đạp phanh, cơ cấu phanh tạo ra một lực (phản lực của mặt đường) làm cho các bánh xe dừng lại và khắc phục lực (quán tính) đang muốn giữ cho xe tiếp tục chạy, do đó làm cho xe dừng lại. Các lực chính xuất hiện khi phanh xe [1] Nói khác đi, năng lượng (động năng) của các bánh xe quay được chuyển thành nhiệt do ma sát (nhiệt năng) bằng cách tác động lên các phanh làm cho các bánh xe ngừng quay.

[1]  Người lái không những phải biết dừng xe mà còn phải biết cách cho xe dừng lại theo ý định của mình. Chẳng hạn như, các phanh phải giảm tốc độ theo mức GVHD: PGS.TS Ñoã Vaên Duõng 3 HVTH: Nguyeãn Quang TUyeán Nghieân cöùu cheá taïo moâ hình heä thoáng phanh ABS giao tieáp vôùi maùy tính thích hợp và dừng xe tương đối ổn định trong một đoạn đường tương đối ngắn khi phanh khẩn cấp. Các cơ cấu chính tạo ra chức năng dừng xe này là hệ thống phanh như là bàn đạp phanh và các lốp xe. Công dụng  Hệ thống phanh có tác dụng giảm tốc độ chuyển động của xe tới vận tốc chuyển động nào đó dừng hẳn hoặc giữ xe ở một vị trí nhất định.

Quá trình phanh xe được tiến hành bằng cách tạo ma sát giữa phần quay và phần đứng yên của xe như giữa tang trống với guốc phanh hoặc đĩa phanh với má phanh. Như vậy động năng chuyển động của xe biến thành nhiệt năng của cơ cấu ma sát, nhiệt năng sẽ được truyền ra môi trường xung quanh để không làm hỏng cơ cấu ma sát.  Trên xe thường bố trí phanh chân và phanh tay. Phanh chân được dùng để chủ động giảm tốc độ của xe, còn phanh tay để giữ xe ở một vị trí nhất định.

Phân loại  Phân loại theo cơ cấu điều khiển trên xe: o Phanh chân điều khiển bằng bàn đạp. o Phanh tay điều khiển bằng cần.  Ngày nay, trên ôtô thường sử dụng hệ thống phanh thủy lực, trong đó bao gồm các dạng: o Phanh thủy lực đơn giản. o Phanh thủy lực có trợ lực.

 Phân loại theo các kết cấu truyền lực điều khiển: o Dẫn động điều khiển một dòng. o Dẫn động điều khiển hai dòng.  Các dòng truyền lực này độc lập với nhau, nhằm tránh sự cố xảy ra cùng một lúc trên tất cả hệ thống phanh, nâng cao độ tin cậy, an toàn cho xe khi chuyển động. Theo tiêu chuẩn quốc tế chỉ cho phép dùng loại dẫn động điều khiển hai dòng trở lên.

Cấu trúc hai dòng có thể là: o Dòng độc lập. o Dòng song song (bố trí hỗn hợp).TS Ñoã Vaên Duõng 4 HVTH: Nguyeãn Quang TUyeán Nghieân cöùu cheá taïo moâ hình heä thoáng phanh ABS giao tieáp vôùi maùy tính  Phân loại theo mức độ hoàn thiện chất lượng phanh có thể chia: o Hệ thống phanh có bộ điều chỉnh lực phanh. o Hệ thống phanh có bộ chống hãm cứng bánh xe. Trên ôtô phanh chân là hệ thống phanh cơ bản, còn phanh tay là phanh dự phòng.

Hệ thống điều khiển của hai loại này độc lập với nhau làm việc tin cậy, đồng thời phanh tay phải có cơ cấu tự khóa để người lái không phải liên tục tác động lực. Yêu cầu  Hệ thống phanh là một hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động cho xe. Do vậy phải chấp nhận những yêu cầu khắt khe nhất là đối với xe cao tốc, chủ yếu thời gian hoạt động ở tốc độ cao. Các yếu tố của nó như sau:  Phải đảm bảo nhanh chống dừng xe trong bất kỳ tình huống nào.

Khi phanh đột ngột xe phải được dừng sau quãng đường ngắn nhất, tức là có gia tốc phanh cực đại theo tiêu chuẩn Châu Âu xe cần phải đạt hiệu quả phanh cao. Trong điều kiện thử xe, đối với phanh chân tốc độ lúc bắt đầu phanh 80 km/h, quãng đường phanh phải nhỏ hơn 50,7 m, gia tốc phanh phải lớn hơn 5,8 m/s2, lực chân phanh lớn nhất đặt trên bàn đạp là 50 kG. Đối với phanh tay cũng có điều kiện giống như trên, quãng đường phanh phải nhỏ hơn 93,4 m, lực tác dụng của người lái nào cần phanh tay lớn nhất là 40 kG (điều kiện thử được xác định theo loại xe và tải trọng).  Hiệu quả phanh cao kèm theo sự phanh êm dịu để đảm bảo phanh chuyển động với gia tốc chậm dần biến đổi đều đặn giữ ổn định chuyển động của xe.

 Lực điều khiển không quá lớn, điều khiển nhẹ nhàng, dễ dàng, kể cả điều khiển cân bằng chân hoặc bằng tay. Các giá trị lực nêu trên tương ứng với điều khiển chỉ bằng một chân hoặc một tay ở tư thế ngồi của người lái.  Hệ thống phanh cần có độ nhạy cao, hiệu quả phanh không thay đổi nhiều lần giữa các lần phanh.  Đảm bảo tránh hiện tượng trượt lết của bánh xe trên đường.

Vì khi trượt lết với mặt đường sẽ gây mài mòn lốp và làm mất khả năng dẫn hướng chuyển động của xe.TS Ñoã Vaên Duõng 5 HVTH: Nguyeãn Quang TUyeán Nghieân cöùu cheá taïo moâ hình heä thoáng phanh ABS giao tieáp vôùi maùy tính  Phanh chân và phanh tay làm việc độc lập và không ảnh hưởng lẫn nhau. Phanh tay có thể thay thế phanh chân khi phanh chân có sự cố, đảm bảo chức năng dự phòng.  Phanh tay dùng để giữ nguyên vị trí xe. Phải giữ xe đứng yên không thời hạn trên dốc nghiêng tối thiểu là 18% (tức 100 ÷ 120).

 Các cơ cấu phanh phải thoát nhiệt tốt, không truyền nhiệt ra các khu vực, làm ảnh hưởng tới sự làm việc của các cơ cấu xung quanh (lốp xe, moayơ…) phải dễ dàng điều chỉnh, thay thế các chi tiết hư hỏng. Ngoài các yêu cầu kể trên còn có các yêu cầu như chiếm ít không gian, trọng lượng nhỏ, độ bền cao…, và các yêu cầu chung của cấu trúc cơ khí. Các loại hệ thống phanh  Có hai loại hệ thống phanh. Hệ thống phanh chính được sử dụng khi xe đang chạy là hệ thống phanh chân.

Có loại phanh kiểu tang trống và phanh đĩa, thường được điều khiển bằng áp suất thủy lực.  Hệ thống phanh dừng được sử dụng khi đã đỗ xe. Hệ thống phanh dừng tác động vào các phanh bánh sau qua các dây kéo để xe không dịch chuyển được.