phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án đƣợc trình bày trong bốn chƣơng và phụ lục: CHƢƠNG 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 nƣớc; qua đó xác định mục tiêu, nội dung, phƣơng 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 TRƢỢT 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 trƣợt 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 phƣơng pháp và thuật toán điều khiển hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết trên xe máy, nghiên cứu xác định giá trị sơ bộ ngƣỡng điều khiển hệ thống theo gia tốc góc làm cơ sở để xác định ngƣỡng trong thực nghiệm. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM: Trình bày nghiên cứu thực nghiệm hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết, bố trí hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết lắp lên xe máy, lựa chọn thiết kế thiết bị đo lƣờng 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 trƣợt lết trên xe nghiên cứu. PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: Tóm tắt kết quả nghiên cứu của luận án, đề xuất hƣớng phát triển của các công trình nghiên cứu tiếp theo để từng bƣớc hoàn thiện hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết cho xe máy. Các kết quả nghiên cứu mới của luận án Luận án đạt đƣợc các kết quả nghiên cứu mới sau: -2- - Đề xuất, thiết kế chế tạo đƣợc cơ cấu điều áp có thể điều chỉnh đƣợc áp suất phanh trong hệ thống phanh dẫn động thủy lực trên xe máy; - Xây dựng đƣợc mô hình mô phỏng hệ thống phanh có điều chỉnh áp suất phanh nhằm hạn chế trƣợt lết bánh xe trên xe máy và mô hình mô phỏng động lực học quá trình phanh xe máy trên đƣờng thẳng; - Xác định đƣợc khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết đã đề xuất trên xe nghiên cứu; - Đề xuất phƣơng pháp hiệu chỉnh và xác định đƣợc giá trị ngƣỡng 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 đƣợc các thiết bị cho thực nghiệm và thực nghiệm lấy đƣợc số liệu đánh giá hoạt động của hệ thống phanh hạn chế trƣợt 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 chƣa đƣợc trang bị hệ thống chống bó cứng ABS hoặc là một hệ thống tƣơng tự. Hiện nay đƣờng xá ở Việt Nam nhiều nơi vẫn còn lạc hậu, chất lƣợng thấp, mặt đƣờng xấu, hệ số bám thấp và không ổn định nên dễ xảy ra tình trạng trƣợt lết khi phanh ngay cả ở vận tốc thấp. Vì vậy cần có một hệ thống phanh hạn chế trƣợt lết bánh xe khi phanh cho xe máy ở Việt Nam.
Từ trƣớc đến nay chƣa có công trình khoa học trong nƣớc nào nghiên cứu hệ thống tƣơng 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 đƣợc hiện tƣợng trƣợt lết giữa bánh xe và mặt đƣờng 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 trƣợt lết cho bánh xe khi phanh Hệ thống chống trƣợt lết bánh xe khi phanh (tƣơng 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 đƣợc 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 đƣợc 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 Đƣờng cao tốc ở Mỹ đã ƣớc 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 thƣơng tích nhờ ABS xe máy là rất đáng kể: hàng năm giúp giảm 1.128 vụ tai nạn thƣơng tích nhỏ (33%) và giảm 1.083 thƣơng tật nghiêm trọng hàng năm và 74 trƣờng hợp tử vong (39%). Từ các kết quả này có thể thấy đƣợc sự cần thiết, lợi ích cũng nhƣ vai trò của một hệ thống hạn chế trƣợt bánh xe tƣơng 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 nhƣ 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 đƣờng theo cả hai phƣơng 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 trƣợt 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 trƣợt s nằm trong khoảng 15% - 25%.
Khi hệ số trƣợt s = 1 (trƣợt lết hoàn toàn) giá trị φx chỉ còn khoảng xấp xỉ 0,6φxmax. Đối với hệ số bám ngang φy khi độ trƣợt s tăng lên, φy suy giảm nhanh và khi hệ số trƣợt s = 1 giá trị φy không đáng kể. Có thể chia quá trình phanh theo độ trƣợt dọc thành 3 vùng nhƣ hình vẽ có thể thấy: - Ở vùng I: Lực phanh tăng dần từ 0, hệ số trƣợt cũng tăng dần từ 0, hệ số bám ngang φy từ giá trị cực đại bắt đầu suy giảm nhƣng 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 nhƣng vẫn còn cao và xe vẫn có khả năng ổn định. - Vùng III: Vùng này giá trị hệ số bám dọc φx đã vƣợt qua giá trị cực đại và suy giảm, khi hệ số trƣợt trƣợt s = 1 (trƣợt 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 trƣợt 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.
Nhƣ 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 tƣơng 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 hƣớng 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 thƣờng quan tâm tới hai chỉ tiêu là hiệu quả phanh (quãng đƣờng phanh, gia tốc phanh) và khả năng lái xe khi phanh (ổn định chuyển động khi phanh).
Các nghiên cứu đều cho thấy các trƣờng hợp có ABS đều không xảy ra mất kiểm soát hƣớng chuyển động khi phanh nhƣ 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 đƣợc cải thiện, nhƣng mức độ cải thiện không nhiều và không phải tất cả các trƣờng hợp phanh. Trong công trình ―Nghiên cứu hệ thống ABS dẫn động khí nén‖ của tác giả Hồ Hữu Hùng, đa phần các trƣờng hợp phanh có ABS giúp cải thiện quãng đƣơng phanh nhƣng trên đƣờng có độ trơn ƣớt và ở vận tốc 30km/h quãng đƣờng 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 đƣờng 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 đƣợc trang bị ABS với 17 kịch bản thực nghiệm phanh xe khác nhau cho thấy ABS ít giảm quãng đƣờng phanh trên đƣờng khô, giảm đáng kể khi phanh trên đƣờng trơn ƣớt và tăng 27% quãng đƣờng phanh trên đƣờng sỏi.