Đặt vấn đề Hệ thống phanh là một trong những hệ thống quan trọng nhất trên xe, cùng với hệ thống lái, hệ thống phanh góp phần giữ an toàn cho ngƣời ngồi trên xe khi giảm tốc độ và dừng xe, đặc biệt là trong những tình huống nguy hiểm. Vì thế, hệ thống phanh đƣợc đặc biệt chú ý trong quá trình tính thiết kế xe. Hiệu quả phanh đƣợc đánh giá thông qua quãng đƣờng phanh, gia tốc chậm dần khi phanh, thời gian phanh và độ ổn định khi phanh. Một hệ thống phanh đƣợc xem là tốt nếu đạt đƣợc một trong ba yếu tố: quãng đƣờng phanh ngắn nhất, gia tốc chậm dần khi phanh lớn nhất, thời gian phanh ngắn nhất, đồng thời phải đảm bảo cho xe ổn định trong khi phanh.
Đây chính là vấn đề mà các nhà sản xuất xe luôn quan tâm nghiên cứu tìm giải pháp thực hiện. Và giải pháp là hệ thống phanh chống bó cứng. Khi phanh gấp xe ở tốc độ cao, khi xe quay vòng hoặc phanh khi xe đi trên đƣờng trơn sẽ xảy ra hiện tƣợng trƣợt lết của bánh xe trên mặt đƣờng do bánh xe bị bó cứng làm cho quãng đƣờng phanh dài hơn và kèm theo đó là sự mất ổn định, ngƣời lái không thể điều khiển hƣớng của xe, thậm chí văng xe, đổ xe, lật xe. Điều này là rất nguy hiểm.
Tuy nhiên, hệ thống phanh chống bó cứng khắc phục đƣợc điều này. Hệ thống phanh chống bó cứng (ABS), viết tắt của Anti-lock Braking System, là một hệ thống giúp cho bánh xe của phƣơng tiện luôn bám đƣờng và quay trong quá trình phanh, hạn chế tối đa hiện tƣợng trƣợt lết trên mặt đƣờng của bánh xe phanh nhờ nguyên lí nhấp nhả phanh liên tục.2 Lí do chọn đề tài Một nghiên cứu tại Úc vào năm 2003 của Trung tâm nghiên cứu tai nạn thuộc Đại học Monash chỉ ra rằng ABS giúp giảm nguy cơ tai nạn 18% trên đƣờng tốt và giảm 1 đến 35% trên đƣờng gồ ghề. Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng chỉ ra rằng khi phanh trên đƣờng cát, sỏi, đƣờng nhiều tuyết với ABS thì quãng đƣờng phanh không phải rút ngắn mà còn tăng thêm khoảng 22%. Điều này cũng không phải là có hại vì trên các loại đƣờng này bánh xe phanh nhanh chóng bị bó cứng hơn mà ABS thì ngăn chặn điều đó để ƣu tiên quyền kiểm soát xe.
Ở Việt Nam, phanh ABS xuất hiện trên ô tô vào những năm cuối thế kỷ 20 và đến năm 2005 hầu hết các xe ô tô lắp ráp ở Việt Nam đều đƣợc khuyến cáo trang bị hệ thống phanh này. Tuy nhiên, đối với xe gắn máy ở Việt Nam, phanh ABS vẫn chƣa đƣợc nghiên cứu, ứng dụng. Theo Cục Đăng Kiểm Việt Nam, đến cuối năm 2008, cả nƣớc có khoảng 20 triệu mô tô và xe gắn máy. Dự báo năm 2010, lƣợng xe gắn máy lƣu hành trong cả nƣớc sẽ khoảng 24 triệu xe.
Đến năm 2015, dự báo lƣợng xe gắn máy lƣu hành trong cả nƣớc khoảng 31 triệu xe (Nguồn vnchanel.net thứ năm ngày 24 tháng 11 năm 2008). Mặc khác, số lƣợng xe gắn máy trang bị phanh đĩa trƣớc, phanh trống phía sau ngày càng tăng do cuộc đua vể kiểu dáng của nhà sản xuất và thị hiếu của ngƣời tiêu dùng, đặc biệt là ngƣời trẻ tuổi. Việc lắp phanh đĩa không có hệ thống chống bó cứng ở bánh trƣớc đã đƣợc khẳng định là “chỉ có hại cho ngƣời tiêu dùng hơn là lợi” từ năm 2002 tại Hội thảo về phanh đĩa xe gắn máy do PGS. TS Nguyễn Lê Ninh – Chủ tịch Hội ô tô và thiết bị động lực TP.Hồ Chí Minh – chủ trì và đã đƣợc đăng trên Báo Thanh Niên, số 181 ngày 30 tháng 6 năm 2002.
Theo thống kê của Công an Thành Phố Hồ Chí Minh, từ tháng 1 đến tháng 10 năm 2010, cả nƣớc xảy ra 39.864 vụ tai nạn giao thông, làm chết 9.274 ngƣời, bị thƣơng 37. Trong đó, đƣờng bộ xảy ra 39.432 vụ, làm chết hơn 9.000 ngƣời và bị thƣơng 37. So với cùng kỳ năm 2009, tăng 1.222 vụ, giảm 62 ngƣời chết, tăng 1.966 ngƣời bị thƣơng. Thống kê cho thấy, 31,6% các vụ tai nạn xảy ra trên các tuyến quốc lộ, 20,2% ở tỉnh lộ, 29,5% tại các đƣờng đô thị và 11% tại đƣờng giao thông nông thôn.
Về phƣơng tiện gây tai nạn chủ yếu là môtô, chiếm 69,6%; ôtô chiếm 20,9%; các phƣơng tiện khác chiếm 9,5% (Báo Công an Thành 2 Phố Hồ Chí Minh thứ sáu ngày 12 tháng 11 năm 2010). Nhƣ vậy, có thể nói rằng hầu nhƣ tai nạn chủ yếu là do xe gắn máy. Các hệ thống phanh ABS do các hãng xe gắn máy của nƣớc ngoài sản xuất có giá thành quá cao, khoảng 1000 USD. Vì thế, chế tạo hệ thống phanh ABS có giá rẻ, phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam cũng là một nhu cầu cấp thiết.
Vì những lý do trên nên đề tài “Nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh chống bó cứng (ABS) cho xe gắn máy ở Việt Nam” thực sự cần thiết.3 Mục đích của đề tài - Nghiên cứu và đề xuất giải pháp chống bó cứng cho xe gắn máy ở Việt Nam - Chế tạo bộ điều khiển ABS cho xe gắn máy - Thử nghiệm trên xe gắn máy và đánh giá kết quả.4 Đối tƣợng và giới hạn của đề tài - Đối tƣợng nghiên cứu: Xe gắn máy có phanh đĩa. - Giới hạn nghiên cứu: chỉ nghiên cứu các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phanh và chống bó cứng cho các bánh xe phanh mà không nghiên cứu các hệ thống khác của xe.5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp tham khảo tài liệu - Phƣơng pháp tính toán - Phƣơng pháp lập trình vi điều khiển - Phƣơng pháp thực nghiệm 1.6 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu các kiểu phanh ABS đã có trên thị trƣờng - Nghiên cứu các kiểu phanh đĩa đã có trên xe gắn máy ở Việt Nam 3 - Phân tích các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình phanh của xe gắn máy - Nghiên cứu đề xuất nguyên lí, kết cấu của hệ thống phanh ABS xe gắn máy - Thiết kế, chế tạo bộ điều khiển phanh ABS cho xe gắn máy - Tính toán lại hệ thống phanh của xe gắn máy - Chọn giải pháp lắp đặt hệ thống phanh ABS lên xe gắn máy - Thực nghiệm trên xe gắn máy và đánh giá. 4 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT 2.1 Sự xuất hiện của kết cấu phanh chống bó cứng trong kỹ thuật xe cơ giới Vào những năm 1920 của thế kỷ trƣớc, khi ngành hàng không bắt đầu phát triển cả về tốc độ và tải trọng ở các nƣớc xứ lạnh, một yêu cầu đặt ra cho phi công là phải nhấp nhả phanh liên tục để đảm bảo cho máy bay có tải trọng khoảng 50 tấn không bị lệch khỏi đƣờng băng khi hạ cánh. Tuy nhiên khả năng nhấp nhả thủ công của con ngƣời chỉ có giới hạn nên hiệu quả phanh kém, điều này làm cho quãng đƣờng phanh dài hơn và độ ổn định của máy bay kém.
Vì vậy, đƣờng băng khi đó rất dài và rộng để đảm bảo phi công có thể dừng máy bay với điều kiện phanh kém hiệu quả đó. Điều này đặt ra cho các kỹ sƣ một thách thức là phải chế tạo ra một cơ cấu nhấp nhả phanh tự động với tần số cao hơn tần số nhấp nhả thủ công của con ngƣời (mà sau này đƣợc gọi là phanh chống bó cứng, ABS). Phanh ABS đã đƣợc nghiên cứu phát triển đầu tiên trên các máy bay của Pháp vào năm 1929. Khi đó, do nền công nghiệp điện tử chƣa phát triển nên hệ thống đƣợc điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí có độ chính xác kém.
Đến những năm 50, hệ thống phanh ABS đầu tiên đƣợc sử dụng là hệ thống Maxaret của Dunlop và vẫn còn sử dụng trên một số kiểu máy bay. Khi thử nghiệm với hệ thống này, hiệu quả phanh tăng 30%, vì thế các phi công ngay lập tức áp dụng hệ thống này để thực hiện phanh tối đa thay thế cho phƣơng pháp tăng dần lực phanh để tìm điểm trƣợt nhƣ trƣớc đây. Một lợi điểm khác của hệ thống này là loại trừ đƣợc hiện tƣợng quá nóng hoặc nổ lốp. Năm 1958, một xe mô tô của Royal Enfield, có trang bị phanh ABS, đƣợc Phòng thí nghiệm nghiên cứu đƣờng bộ sử dụng để kiểm tra hệ thống phanh này.
Thực nghiệm đã chứng minh hệ thống phanh ABS có giá trị lớn trên xe mô tô, nơi mà sự trƣợt có liên quan đến phần lớn các vụ tai nạn. Quãng đƣờng phanh đƣợc rút ngắn 5 hơn 30% trong tất cả các thử nghiệm so với phanh bó cứng bánh xe, ngoại trừ trƣờng hợp phanh trên mặt đƣờng trơn trƣợt, đóng băng. Tuy nhiên, Giám đốc kỹ thuật của Enfield lúc đó, Tony Wilson-Jones, tỏ ra không lạc quan về hệ thống này và nó đã không đƣợc sản xuất bởi công ty. Trong những năm 60, hệ thống ABS cơ khí chỉ đƣợc sử dụng hạn chế trên các xe đua Ferguson P99 và Jensen FF vì chúng quá đắt tiền và trong việc sử dụng ô tô phần nào không đáng tin cậy.
Đến năm 1971, khi kỹ thuật điện tử phát triển, Chrysler cùng với công ty Bendix Corporation giới thiệu hệ thống phanh ABS 3 kênh điều khiển bằng máy tính đƣợc gọi là phanh chắc chắn (sure brake). Hệ thống này đƣợc sử dụng vài năm sau đó, hệ thống vận hành tốt và tỏ ra đáng tin cậy. Cũng trong năm đó, General Motors cũng trang bị phanh ABS cho 2 bánh sau nhƣ là một lựa chọn đi kèm theo các kiểu xe Cadillac. Năm 1975, Robert Bosch đã tiếp nhận một công ty Châu Âu gọi là Teldix (thu nhỏ của Telefunken và Bendix) và tất cả các bằng sáng chế đƣợc kết hợp lại và đƣợc sử dụng để xây dựng nên nền tảng của hệ thống phanh ABS đƣợc giới thiệu vài năm sau đó.
Các công ty Đức, Bosch và Daimler-Benz đã hợp tác phát triển đƣợc công nghệ chống bó phanh kể từ đầu thập niên 1970, và là ngƣời đầu tiên hoàn thành hệ thống phanh ABS đa kênh 4 bánh điều khiển điện tử trên xe tải và xe Mercedes- Benz S-Class trong năm 1978. Honda NSX là mẫu xe ô tô đƣợc sản xuất số lƣợng lớn đầu tiên với hệ thống ABS 4 kênh đƣợc bán ở Mỹ và Nhật, nó điều khiển độc lập lực phanh ở bốn bánh xe. Kể từ đó, ABS ngày càng phổ biến và trở thành tiêu chuẩn cho hầu hết các xe ô tô sản xuất ngày nay. Năm 1988, BMW giới thiệu xe mô tô đầu tiên sử dụng phanh ABS điều khiển điện tử (trên chiếc BMW K100RS).
Honda theo sau vào năm 1992 với chiếc ST1100. Năm 1997, Suzuki xuất xƣởng chiếc GSF1200SA trang bị ABS.