Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô cùng với mật độ giao thông đô thị gia tăng nhanh chóng tại Việt Nam, đặc biệt tại các đô thị lớn như Thành phố Hồ Chí Minh, đã đặt ra những yêu cầu nghiêm ngặt đối với hệ thống an toàn của phương tiện giao thông công cộng như xe buýt và xe tải lớn. Theo thống kê được trích dẫn trong đồ án, khoảng 10% các vụ tai nạn giao thông xảy ra trong các tình huống dừng khẩn cấp khi người lái đạp phanh gấp, dẫn đến hiện tượng bánh xe bị hãm cứng (bó cứng), trượt lết, mất lái hoặc lật xe. Bên cạnh đó, bối cảnh thực tiễn của ngành công nghiệp ô tô trong nước chủ yếu tập trung vào hoạt động lắp ráp, phụ thuộc nhiều vào linh kiện nhập khẩu; do đó, việc chủ động nghiên cứu lý thuyết điều khiển, thiết kế và chế tạo các cụm chi tiết như bộ điều khiển điện tử (ECU) và hệ thống phanh an toàn là định hướng quan trọng nhằm nâng cao tỷ lệ nội địa hóa và giá trị gia tăng.

Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) và hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS) trên nền tảng cơ cấu phanh thủy khí (kết hợp khí nén và thủy lực) là giải pháp kỹ thuật đặc thù cho các dòng xe cơ giới hạng nặng. Xuất phát từ bối cảnh đó, đồ án tốt nghiệp tập trung vào việc nghiên cứu nguyên lý, thi công mô hình thực nghiệm và mô phỏng hệ thống điều khiển ABS – TCS trên phanh thủy khí.

Mục tiêu của đề tài bao gồm 8 nội dung cụ thể:

  1. Nắm bắt các kiến thức cơ bản về khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS – TCS trên ô tô.
  2. Xây dựng cơ sở dữ liệu, học hỏi kiến thức và đánh giá tầm quan trọng của việc sử dụng hệ thống an toàn trên phương tiện giao thông; đưa ra dẫn chứng về lợi ích, hiệu quả và chi phí lắp đặt, vận hành.
  3. Vận dụng kiến thức và tài liệu sẵn có để phân tích nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS – TCS theo từng chế độ và từng giai đoạn làm việc.
  4. Phân tích vai trò của từng bộ phận, sơ đồ mạch điện điều khiển cơ bản và khả năng kết hợp với các hệ thống an toàn khác.
  5. Nghiên cứu, phát triển mạch điều khiển và thi công hoàn chỉnh mô hình hệ thống ABS – TCS.
  6. Vận hành và làm rõ nguyên lý hoạt động trên mô hình thực nghiệm.
  7. Thiết lập thông số ban đầu và tiến hành mô phỏng hệ thống ABS – TCS trên phần mềm CarSim và Matlab-Simulink.
  8. Đánh giá toàn diện các kết quả đạt được.

Nhiệm vụ nghiên cứu được phân công gồm 4 phần:

  1. Thu thập số liệu, hình ảnh và đưa ra đánh giá khách quan về tình hình ứng dụng hệ thống ABS – TCS trên ô tô hiện nay.
  2. Nghiên cứu mạch điều khiển và hoàn thiện thi công mô hình phần cứng.
  3. Thực hiện mô phỏng hoạt động của hệ thống ABS – TCS bằng phần mềm CarSim và Matlab-Simulink trên các điều kiện mặt đường thực tế.
  4. Hoàn thành toàn bộ nội dung nghiên cứu và báo cáo khóa luận đúng tiến độ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển chống bó cứng phanh (ABS) và hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS) ứng dụng trên cơ cấu phanh thủy khí của xe cơ giới lớn.
  • Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn trong việc tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý phanh thủy khí; hoàn thiện phần cơ khí và mạch điều khiển của mô hình sa bàn thí nghiệm tại xưởng Khung gầm; lập trình vi điều khiển; khảo sát 12 tình huống vận hành mô phỏng động học xe trên phần mềm chuyên ngành CarSim/Simulink.
  • Không gian và thời gian: Đề tài được thực hiện tại Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh trong thời gian 3 tháng, nghiệm thu vào tháng 12/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết của đồ án dựa trên động lực học phanh và chuyển động của ô tô:

  • Lý thuyết quá trình phanh và quãng đường phanh cực tiểu: Quãng đường phanh nhỏ nhất $S_{Min}$ được xác định thông qua phương trình vi phân chuyển động: $$S_{Min} = \int_{v_2}^{v_1} \frac{\delta}{g \cdot \varphi} v dv = \frac{\delta \cdot v_1^2}{2 \varphi g}$$ Trong đó $v_1$ là vận tốc bắt đầu phanh, $v_2$ là vận tốc cuối ($v_2 = 0$ khi dừng hẳn), $\delta$ là hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay (khi ngắt ly hợp $\delta \approx 1$), $\varphi$ là hệ số bám giữa lốp và mặt đường, $g$ là gia tốc trọng trường ($9{,}81\text{ m/s}^2$).
  • Độ trượt tương đối $\lambda$ và đặc tính bám: Độ trượt dọc khi phanh được duy trì trong khoảng hẹp tối ưu $\lambda_0$ (từ 10% đến 30%) nhằm đạt giá trị hệ số bám dọc cực đại $\varphi_{xMax}$. Đồng thời, hệ số bám ngang $\varphi_y = Y_{Max} / G_b$ (với $Y_{Max}$ là lực ngang cực đại, $G_b$ là tải trọng bánh xe) được bảo toàn ở mức cao để chống hiện tượng trượt ngang và duy trì khả năng dẫn hướng.
  • Ổn định hướng và góc lệch thân xe: Khi lực phanh hai bên bánh xe không đều ($P_{p.ph} \neq P_{p.tr}$), xuất hiện mômen quay vòng $M_q$ làm thân xe lệch một góc $\beta$. Biểu thức lý thuyết cho thấy góc lệch $\beta$ tỷ lệ nghịch với bình phương hệ số bám $\varphi$; hệ thống ABS giúp duy trì $\varphi_y$ ở mức cao, giảm góc lệch $\beta$, hạn chế hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa.
  • Cơ chế điều khiển chu kỳ 3 pha của ABS:
    • Pha I (Tăng áp): Tăng áp suất dẫn động phanh cho đến khi gia tốc chậm dần của bánh xe vượt ngưỡng tới hạn.
    • Pha II (Giảm áp): ECU điều khiển van điện từ xả áp suất để bánh xe tăng tốc tương đối, tránh bị hãm cứng hoàn toàn.
    • Pha III (Giữ áp): Duy trì áp suất phanh ổn định khi độ trượt giảm dần về vùng tối ưu lân cận $\varphi_{xMax}$, trước khi lặp lại chu kỳ tăng áp tiếp theo.
  • Lý thuyết kiểm soát lực kéo TCS: Kiểm soát sự trượt quay của bánh xe chủ động khi khởi hành hoặc tăng tốc đột ngột trên đường có hệ số bám thấp hoặc mặt đường có độ bám không đều ($\mu$-split). Hệ thống can thiệp đồng thời bằng việc điều chỉnh góc mở bướm ga điện tử để giảm mômen kéo động cơ và kích hoạt van phanh độc lập tại từng bánh xe chủ động bị mất bám.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được kết hợp giữa:

  1. Phương pháp phân tích - tổng hợp lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu kỹ thuật về cơ cấu phanh khí nén, phanh thủy lực, kết cấu xi lanh thủy khí và thuật toán điều khiển ABS/TCS.
  2. Phương pháp mô phỏng số: Thiết lập mô hình động học xe trong phần mềm CarSim liên kết với Matlab-Simulink để khảo sát các phản ứng của xe dưới 12 kịch bản vận hành khác nhau.
  3. Phương pháp thực nghiệm: Kiểm tra, chế tạo phần gá lắp cơ khí, đấu nối mạch điện tử, lập trình thuật toán điều khiển và vận hành thử nghiệm mô hình thực tế tại xưởng.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu bao gồm:

  • Thông số kỹ thuật từ các tài liệu cơ sở của Khoa Cơ khí Động lực.
  • Dữ liệu trích xuất từ phần mềm mô phỏng CarSim và Matlab-Simulink về vận tốc góc của từng bánh xe và áp suất phanh tại các xi lanh bánh xe.
  • Số liệu đo đạc thực tế từ các đồng hồ áp kế khí nén và tín hiệu hiển thị trên các màn hình LCD của mô hình thử nghiệm.

Thiết kế và triển khai mô hình kỹ thuật

Đồ án tập trung vào việc thi công và hoàn thiện một mô hình học cụ kỹ thuật về hệ thống điều khiển ABS – TCS trên nền tảng cơ cấu phanh thủy khí.

Cấu trúc phần cứng và các cụm chi tiết cơ khí

Mô hình được cấu thành từ các hệ thống và cụm chi tiết chính:

  • Nguồn cấp khí nén: Máy nén khí và hệ thống bình chứa khí nén (gồm bình chứa chính, bình sơ cấp/thứ cấp có trang bị van xả nước ngưng tụ ở đáy).
  • Cơ cấu chuyển đổi thủy khí: Cụm xi lanh thủy khí tích hợp piston khí nén và piston thủy lực. Khi nhận áp suất khí nén qua van phân phối, piston khí nén chuyển động đẩy piston thủy lực nén dầu với áp suất cao dẫn đến các xilanh bánh xe (FL - trước trái, FR - trước phải, RL - sau trái, RR - sau phải).
  • Cụm van điều khiển điện từ:
    • Van chấp hành ABS: Hoạt động như một đoạn ống dẫn khí nén, điều khiển đóng/ngắt qua hai cuộn van điện từ (van cấp khí và van xả khí) để thực hiện 3 trạng thái: tăng áp, giữ áp và giảm áp.
    • Van chấp hành TCS: Đóng vai trò cấp khí nén độc lập cho 2 van ABS tại cầu chủ động khi phát hiện trượt quay bánh xe.
    • Van chuyển mạch: Cơ cấu van 3 cửa (1 cửa nhận từ tổng phanh, 1 cửa nhận từ van TCS, 1 cửa dẫn ra van điện từ ABS), tự động chuyển đổi đường dẫn khí tùy theo chế độ phanh của người lái hay chế độ can thiệp tự động của TCS.
  • Cụm điều khiển bàn đạp và cơ cấu chấp hành động cơ: Cụm bàn đạp phanh khí nén (tổng phanh có lò xo hồi vị), bàn đạp ga tích hợp cảm biến vị trí bàn đạp ga, và cụm bướm ga điện tử tự động điều chỉnh góc mở.
  • Thiết bị hiển thị và đo lường: Bốn đồng hồ áp suất đo áp lực tại 4 bánh xe (FL, FR, RL, RR) và đồng hồ áp suất hệ thống; 02 màn hình LCD điều khiển giao tiếp qua chuẩn bus I2C (sử dụng 4 đường dây: VCC, GND, SDA, SCL).

Hệ thống điều khiển và phần mềm

Phần điều khiển của mô hình bao gồm:

  • Hộp điều khiển trung tâm chứa vi điều khiển được lập trình trên môi trường IDE.
  • Mạch công suất sử dụng hệ thống relay trung gian điều khiển đóng/cắt dòng điện cung cấp cho các cuộn van điện từ ABS, van TCS và mô-tơ bướm ga điện tử.
  • Giao diện bảng điều khiển gồm: Công tắc nguồn chính (công tắc NG), các nút nhấn lựa chọn chế độ (Phanh thường, Phanh ABS, TCS), các nút Enter/cài đặt và các núm biến trở xoay để giả lập tín hiệu tốc độ bánh xe hoặc độ bám mặt đường.
  • Thuật toán điều khiển: Vi điều khiển thu nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí bàn đạp ga, công tắc chân phanh và các núm biến trở mô phỏng cảm biến tốc độ bánh xe; sau đó tính toán độ trượt $\lambda$, xuất xung điều khiển các relay van điện từ theo chu kỳ tăng - giữ - xả áp và điều khiển độ mở bướm ga tương ứng.

Các chế độ vận hành trên mô hình

Mô hình được thiết kế để vận hành ở 4 chế độ làm việc:

Chế độ vận hành Tín hiệu đầu vào & Thao tác Trạng thái van & Bướm ga Hiển thị & Đo lường
1. Phanh thường Gạt công tắc NG sang ON, nhấn chọn chế độ Normal Brake, đạp bàn đạp phanh. Van ABS và van TCS không kích hoạt; khí nén đi thẳng từ tổng phanh qua van chuyển mạch tới xi lanh thủy khí. Màn hình LCD hiển thị trạng thái phanh thường; áp suất tại cả 4 đồng hồ FL, FR, RL, RR tăng liên tục theo lực đạp chân phanh.
2. Phanh ABS Nhấn nút chọn ABS (đèn ABS sáng), thiết lập thông số trên biến trở, nhấn Enter và đạp phanh. Van điện từ ABS đóng/ngắt liên tục theo chu kỳ 3 pha (tăng áp, giữ áp, giảm áp) để chống bó cứng. Màn hình LCD hiển thị trạng thái ABS Active; kim áp kế tại các bánh xe dao động quanh dải áp suất tối ưu.
3. TCS 2 bánh chủ động Nhấn nút chọn TCS (đèn TCS sáng), điều chỉnh biến trở mô phỏng trượt cả 2 bánh dẫn động, đạp bàn đạp ga. Van TCS mở cấp khí nén cho 2 van ABS cầu sau; đồng thời bướm ga điện tử tự động đóng bớt một phần dù bàn đạp ga đang đạp sâu. Màn hình LCD hiển thị trạng thái TCS Dual Wheel; kim áp kế tại hai bánh sau (RL, RR) tăng áp để hãm trượt; bướm ga giảm góc mở.
4. TCS 1 bánh chủ động (Sa lầy) Chọn chế độ TCS, điều chỉnh biến trở mô phỏng trượt riêng 1 bánh (ví dụ bên trái), đạp bàn đạp ga. Van TCS và van ABS tương ứng chỉ cấp khí phanh độc lập cho một bên bánh xe bị mất bám; bướm ga điều chỉnh thích ứng. Màn hình LCD hiển thị trạng thái TCS Single Wheel; chỉ có đồng hồ áp suất của bánh bị trượt (RL) tăng áp; bánh còn lại duy trì lực kéo.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về đề tài

Trình bày lý do lựa chọn nghiên cứu hệ thống điều khiển phanh an toàn ABS – TCS trong bối cảnh giao thông đô thị phức tạp và định hướng nâng cao tỷ lệ nội địa hóa công nghiệp ô tô tại Việt Nam. Xác định rõ mục tiêu trang bị kiến thức chuyên sâu, thi công mô hình thí nghiệm và ứng dụng phần mềm CarSim/Simulink trong mô phỏng. Xác định 4 nhiệm vụ nghiên cứu, phạm vi giới hạn kỹ thuật và bố cục tổng thể của đồ án thành 6 chương.

Chương 2: Tổng quan về hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí

Cung cấp lịch sử hình thành của ABS (bắt đầu từ ứng dụng trên máy bay năm 1949, ứng dụng trên ô tô năm 1969, các phát triển của Toyota năm 1971) và TCS (phát triển từ giữa thập niên 80 bởi Bosch, xuất hiện trên Mercedes-Benz W126 S-Class, Toyota Supra Turbo 1994). Mô tả chi tiết cấu tạo cơ khí và nguyên lý hoạt động của các phần tử trong hệ thống phanh thủy khí: Xi lanh thủy khí, van chấp hành ABS 3 trạng thái, van chuyển mạch 3 cửa, bình chứa khí nén và van xả nước, van chấp hành TCS, cụm tổng phanh khí nén, máy nén khí và cảm biến tốc độ bánh xe.

Chương 3: Cơ sở lý thuyết về hệ thống ABS – TCS

Phân tích sâu bản chất vật lý của quá trình phanh và kiểm soát lực kéo:

  • Khái niệm về hiện tượng bó cứng bánh xe, độ trượt tương đối $\lambda$, và mối quan hệ phi tuyến giữa hệ số bám dọc $\varphi_x$, hệ số bám ngang $\varphi_y$ với độ trượt bánh xe.
  • Xác định dải điều khiển tối ưu $\lambda_0$ nhằm đạt lực phanh cực đại $\varphi_{xMax}$ đồng thời giữ ổn định lái nhờ $\varphi_y$.
  • Các công thức tính toán quãng đường phanh nhỏ nhất $S_{Min}$, lực tác dụng ngang và góc lệch hướng $\beta$ của thân xe khi phanh có và không có ABS.
  • Cơ chế kiểm soát mômen kéo khi tăng tốc thông qua điều chỉnh góc mở bướm ga và kích hoạt phanh chủ động.

Chương 4: Thi công mô hình hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí

Trình bày quy trình thực nghiệm và kiểm tra chi tiết:

  • Quy trình cơ khí: Kiểm tra tình trạng kín khít của đường ống dẫn khí, ống dẫn dầu; khoan lắp các đồng hồ áp suất tại vị trí từng bánh xe; hoàn thiện giá đỡ và hộp điều khiển mô hình.
  • Quy trình điện - điện tử: Chuẩn bị linh kiện, đấu nối màn hình LCD I2C, mạch relay điều khiển van khí nén và mô-tơ bướm ga; nạp mã nguồn điều khiển vào vi điều khiển.
  • Thiết lập và phân tích dữ liệu 12 kịch bản mô phỏng từ phần mềm CarSim và Matlab-Simulink:
    • Tình huống 1 đến 3: Xe có ABS, vận tốc $100\text{ km/h}$, đường bê tông khô $\varphi = 0{,}75$, lực đạp phanh thay đổi lần lượt $400\text{ N}$, $266\text{ N}$, $133\text{ N}$.
    • Tình huống 4 đến 6: Xe có ABS, vận tốc $60\text{ km/h}$, đường $\varphi = 0{,}75$, lực đạp phanh lần lượt $400\text{ N}$, $266\text{ N}$, $133\text{ N}$.
    • Tình huống 7 đến 9: Xe có ABS, vận tốc $30\text{ km/h}$, đường $\varphi = 0{,}75$, lực đạp phanh lần lượt $400\text{ N}$, $266\text{ N}$, $133\text{ N}$.
    • Tình huống 10: Xe KHÔNG có ABS (dùng làm đối chứng), vận tốc $100\text{ km/h}$, đường $\varphi = 0{,}75$, lực đạp phanh $400\text{ N}$.
    • Tình huống 11: Xe có TCS, khởi hành từ $v_0 = 0\text{ km/h}$ trên đường $\mu$-split sa lầy bánh trái ($\varphi_{xleft} = 0{,}05; \varphi_{xright} = 0{,}75$).
    • Tình huống 12: Xe có TCS, khởi hành từ $v_0 = 0\text{ km/h}$ tăng tốc trên đường trơn đồng nhất có hệ số bám thấp.

Chương 5: Hướng dẫn sử dụng mô hình hệ thống điều khiển ABS – TCS trên phanh thủy khí

Hướng dẫn chi tiết từng bước vận hành sa bàn thực tập:

  • Các lưu ý an toàn trước khi vận hành: Kiểm tra áp suất bình khí nén, kiểm tra rò rỉ dầu/khí, kiểm tra độ chắc chắn của các giắc cắm điện.
  • Hướng dẫn trình tự bật công tắc nguồn NG, kiểm tra hiển thị dòng chữ "WELCOME" trên màn hình LCD và trạng thái cấp nguồn các rơ-le.
  • Trình tự thao tác chuyển đổi và quan sát đồng hồ áp suất, góc mở bướm ga trong 4 chế độ: Phanh thường, Phanh ABS, TCS 2 bánh chủ động và TCS 1 bánh chủ động (khi sa lầy).

Chương 6: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các hạng mục đã hoàn thành sau 3 tháng nghiên cứu và thi công; đánh giá mức độ đạt được so với mục tiêu ban đầu và đề xuất các giải pháp hoàn thiện hệ thống trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Thi công hoàn chỉnh mô hình phần cứng hệ thống phanh thủy khí kết hợp điều khiển điện tử ABS – TCS với đầy đủ các cơ cấu: Bình khí nén, xi lanh thủy khí, cụm van điện từ ABS, van TCS, van chuyển mạch, tổng phanh, bàn đạp ga và bướm ga điện tử.
  • Xây dựng thành công hộp điều khiển điện tử sử dụng vi điều khiển, mạch relay công suất và giao diện trực quan qua 02 màn hình LCD I2C cùng hệ thống đồng hồ đo áp lực phanh độc lập tại 4 bánh (FL, FR, RL, RR).
  • Lập trình hoàn thiện thuật toán điều khiển hoạt động chính xác ở cả 4 chế độ làm việc: Phanh thường, phanh chống bó cứng ABS, kiểm soát lực kéo TCS 2 bánh và TCS 1 bánh chủ động khi gặp hiện tượng sa lầy.
  • Xây dựng bộ thông số và chạy mô phỏng thành công 12 kịch bản động học xe trên phần mềm CarSim và Matlab-Simulink, trích xuất các bảng dữ liệu vận tốc bánh xe và áp suất xi lanh phanh từ Bảng 4.1 đến Bảng 4.24, chứng minh sự khác biệt rõ rệt về độ ổn định giữa xe có trang bị ABS/TCS và xe không trang bị hệ thống an toàn (Tình huống 10 đối chứng).

Đóng góp của đề tài

  • Giá trị đào tạo: Chế tạo thành công một mô hình học cụ trực quan, phục vụ trực tiếp cho công tác giảng dạy, thí nghiệm và thực tập chuyên ngành tại Xưởng Khung gầm thuộc Khoa Cơ khí Động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
  • Giá trị kỹ thuật: Hệ thống hóa cơ sở lý thuyết, nguyên lý làm việc và giải pháp tích hợp các cụm van điện từ điều khiển cho hệ thống phanh thủy khí – một kết cấu chuyên dụng trên xe khách lớn và xe tải nặng nhưng ít có tài liệu thực nghiệm chuyên sâu trong nước.
  • Hướng phát triển công nghệ nội địa: Cung cấp tài liệu thiết kế, sơ đồ mạch và phương pháp tiếp cận điều khiển ECU, tạo tiền đề cho việc tự chủ nghiên cứu, chế tạo các cụm điều khiển an toàn chủ động trong nước.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Thời gian thực hiện đồ án giới hạn trong 3 tháng nên các thuật toán điều khiển trên vi điều khiển dừng lại ở mức điều khiển logic ON/OFF theo ngưỡng thiết lập sẵn, chưa áp dụng các thuật toán điều khiển thông minh hoặc mờ (Fuzzy Logic / PID thích nghi).
  • Mô hình thí nghiệm là mô hình tĩnh trong xưởng, việc mô phỏng tốc độ bánh xe và độ bám mặt đường chủ yếu thực hiện qua các núm vặn biến trở giả lập tín hiệu điện áp, chưa phản ánh được toàn diện các tương tác cơ học động lực học lốp - mặt đường trong điều kiện xe chạy thực tế trên đường.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Tích hợp thêm các hệ thống an toàn chủ động liên quan khác trên cùng một nền tảng điều khiển phanh, chẳng hạn như Hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD), Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp (BAS), và Hệ thống cân bằng điện tử (ESP / VDC).
  • Nâng cấp bộ vi xử lý và tối ưu hóa phần mềm điều khiển sang các thuật toán điều khiển thích nghi, điều khiển mờ hoặc mạng nơ-ron nhằm nâng cao độ chính xác và thời gian đáp ứng của các van điện từ.
  • Thử nghiệm trên mô hình xe thực tế hoặc băng thử động lực học (chassis dynamometer) để đánh giá độ tin cậy và độ bền của cơ cấu van trong điều kiện vận hành khắc nghiệt.

Giá trị tham khảo

Đồ án tốt nghiệp là tài liệu tham khảo giá trị cho các đối tượng và mục đích cụ thể:

  • Giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô, Kỹ thuật Cơ khí Động lực: Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các môn học Lý thuyết ô tô, Thiết kế tính toán ô tô, Điện - Điện tử ô tô và Thực tập hệ thống khung gầm.
  • Người nghiên cứu và phát triển học cụ: Cung cấp bản vẽ nguyên lý, sơ đồ bố trí cơ khí, sơ đồ đấu dây mạch điều khiển (LCD I2C, relay, công tắc, biến trở) và hướng dẫn sử dụng chi tiết từng bước để nhân rộng hoặc cải tiến các mô hình sa bàn thí nghiệm.
  • Kỹ sư nghiên cứu hệ thống phanh xe thương mại: Phần tổng hợp nguyên lý hoạt động của cụm xi lanh thủy khí, van chuyển mạch 3 cửa và van điều khiển TCS cung cấp cơ sở kỹ thuật hữu ích trong việc cải tiến hệ thống phanh trên các dòng xe tải và xe buýt.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống phanh thủy khí trong đồ án có cấu tạo và nguyên lý chuyển đổi áp suất như thế nào?

Hệ thống phanh thủy khí là sự kết hợp giữa khí nén và thủy lực. Khí nén được cấp từ bình chứa qua van phân phối vào khoang khí của xi lanh thủy khí. Áp lực khí nén đẩy piston khí nén dịch chuyển, từ đó tác động trực tiếp lên piston thủy lực làm đóng cửa nạp dầu và nén dầu phanh trong xi lanh thủy lực với áp suất cao để truyền tới các cơ cấu phanh bánh xe.

2. Van chuyển mạch trong hệ thống có chức năng gì và hoạt động ra sao?

Van chuyển mạch là cụm van 3 cửa: 1 cửa nhận khí từ tổng phanh, 1 cửa nhận khí từ van chấp hành TCS và 1 cửa dẫn khí ra van điện từ ABS. Khi người lái đạp phanh thông thường, khí nén từ tổng phanh đi vào van chuyển mạch sẽ tự động đóng kín cửa từ van TCS và cấp khí cho van ABS. Khi hệ thống TCS tự động kích hoạt, khí nén từ van TCS đi vào van chuyển mạch sẽ đóng kín cửa từ tổng phanh và cấp khí độc lập cho 2 van ABS tại cầu chủ động.

3. Chu kỳ làm việc của van chấp hành ABS bao gồm những trạng thái nào?

Van chấp hành ABS gồm hai cuộn van điện từ (van cấp và van xả) được điều khiển theo chu kỳ 3 pha:

  • Pha I (Tăng áp): Mở van cấp, đóng van xả để tăng áp suất khí nén cấp vào xi lanh thủy khí, tăng lực phanh.
  • Pha II (Giảm áp): Đóng van cấp, mở van xả để xả khí nén ra môi trường, giảm áp suất phanh khi bánh xe có xu hướng bó cứng.
  • Pha III (Giữ áp): Đóng cả van cấp và van xả để duy trì áp suất dầu phanh ổn định ở mức tối ưu.

4. Hệ thống TCS trong đồ án xử lý như thế nào khi xe bị sa lầy một bên bánh?

Khi xe tăng tốc trên đoạn đường có hệ số bám không đều ($\mu$-split) làm một bánh chủ động bị trượt quay (sa lầy), ECU sẽ điều khiển góc mở bướm ga điện tử đóng bớt một phần để giảm mômen xoay từ động cơ; đồng thời kích hoạt van TCS cấp khí nén riêng cho van ABS của bánh xe bị trượt để phanh hãm bánh đó lại, mô phỏng chức năng của khóa vi sai ngang và truyền mômen sang bánh có độ bám tốt để xe vượt lầy.

5. Mô hình thi công sử dụng những thiết bị nào để hiển thị và kiểm tra trạng thái hoạt động?

Mô hình sử dụng 02 màn hình LCD giao tiếp qua chuẩn bus I2C (4 chân SDA, SCL, VCC, GND) để hiển thị tên chế độ hoạt động và trạng thái các biến số; hệ thống đèn LED chỉ thị tại các nút bấm; và 4 đồng hồ áp kế khí nén lắp trực tiếp tại 4 vị trí xi lanh bánh xe (FL, FR, RL, RR) để quan sát trực quan sự biến thiên áp suất trong các pha điều khiển.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Thi công hệ thống điều khiển ABS – TCS" của nhóm tác giả Trần Cơ Nghĩa và Trần Gia Khánh đã giải quyết thành công bài toán nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý và hoàn thiện mô hình thực nghiệm hệ thống phanh thủy khí tích hợp điều khiển điện tử. Bằng việc kết hợp giữa thi công phần cứng, lập trình điều khiển vi xử lý và mô phỏng 12 kịch bản động học xe trên phần mềm CarSim/Matlab-Simulink, đề tài đã làm sáng tỏ cơ chế chống bó cứng khi phanh và kiểm soát lực kéo khi tăng tốc trên xe cơ giới lớn. Kết quả nghiên cứu không chỉ mang lại giá trị học thuật và tài liệu mô phỏng tin cậy mà còn tạo ra một mô hình học cụ trực quan, đáp ứng hiệu quả công tác giảng dạy và thực tập chuyên ngành Công nghệ Kỹ thuật Ô tô.