CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Lý do chọn đề tài Ngành công nghiệp ô tô đang phát triển mạnh mẽ, với sự gia tăng nhanh chóng của số lượng ô tô và mật độ giao thông trên đường đang tăng cao. Xe ô tô ngày càng được thiết kế với công suất và tốc độ chuyển động cao, điều này đặt ra yêu cầu ngày càng khắt khe đối với hệ thống phanh. Sự hiệu quả của cơ cấu phanh đóng vai trò quan trọng trong việc phát huy đầy đủ công suất của xe, đảm bảo khả năng vận hành ổn định ở tốc độ cao, cũng như tăng tính kinh tế nhiên liệu và an toàn.
Một hệ thống phanh đáng tin cậy là chìa khóa để tận dụng hết khả năng của xe, đặt ra những tiêu chuẩn cao về hiệu suất và an toàn. Trong số vụ tai nạn, khoảng 10% xảy ra trong tình huống cần dừng khẩn cấp, khi tài xế phải đạp phanh mạnh đột ngột. Trong tình huống này, việc xe trượt lật và mất lái có thể xảy ra. Các công nghệ như ABS (Anti-lock Braking System) và TCS (Traction Control System) đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nguy cơ mất kiểm soát khi phanh.
ABS giúp ngăn chặn bánh xe khóa lại trong khi phanh, giúp duy trì sự kiểm soát của xe. TCS giúp kiểm soát lực kéo trên bánh xe, giảm nguy cơ trượt lật. Nói chung, hệ thống phanh không chỉ là một thành phần kỹ thuật, mà còn là một yếu tố quyết định đối với an toàn và hiệu suất của xe ô tô trong môi trường giao thông ngày càng phức tạp. Do tầm quan trọng của hệ thống phanh trên ô tô về sự an toàn giao thông trong quá trình hoạt động mà việc nghiên cứu để nâng cao kỹ thuật xử lí cho hệ thống phanh cần nâng cao tính năng an toàn, chất lượng và khả năng cạnh tranh của ô tô tải sản xuất lắp ráp trong nước, chúng em đã nghiên cứu đề tài “Thi công hệ thống điều khiển ABS – TCS” tại trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật.
Mục tiêu đề tài Sinh viên có thể hiểu và nắm bắt các kiến thức cơ bản về các khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS – TCS trên ô tô. Xây dựng cơ sở dữ liệu, học hỏi kiến thức và đánh giá được tầm quan trọng việc sử dụng các hệ thống an toàn trên phương tiện giao thông, đưa ra được các dẫn chứng về lợi ích, tính hiệu quả và chi phí lắp đặt, vận hành. Kết hợp kiến thức đã học, cùng với các tài liệu tìm kiếm sẵn có để vận dụng, phân tích nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS – TCS, làm rõ từng chế độ làm việc theo từng giai đoạn. Phân tích vai trò của từng bộ phận, sơ đồ mạch điện cơ bản để điều khiển hệ thống, và cách hệ thống này kết hợp với các hệ thống an toàn khác.
Tìm hiểu, phát triển mạch điều khiển hệ thống ABS – TCS và thi công mô hình. Vận hành mô hình và hiểu rõ sự hoạt động của mô hình. Thiết lập thông số ban đầu để mô phỏng hệ thống ABS – TCS bằng phần mềm CarSim/Matlab-Simulink. Đánh giá kết quả đạt được.
Nhiệm vụ đề tài Đưa ra các số liệu, hình ảnh, sự đánh giá khách quan trong việc sử dụng hệ thống ABS – TCS trên ô tô hiện nay. Nghiên cứu mạch điều khiển hệ thống ABS – TCS và thi công mô hình. Mô phỏng hệ thống ABS – TCS bằng phần mềm CarSim/Matlab-Simulink. Hoàn thành tiến độ khóa luận đúng kế hoạch, đúng nội dung nghiên cứu.
Giới hạn đề tài Đề tài “Thi công hệ thống điều khiển ABS – TCS” tương đối rộng mở và có nhiều hướng phát triển khác nhau. Do đó, để nâng cao chất lượng khóa luận, phù hợp với khả năng và tiến độ công việc, đề tài được giới hạn trong phạm vi như sau: - Về nghiên cứu: Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí. - Về thi công: + Hoàn chỉnh mô hình ABS – TCS trên phanh thuỷ khí. + Viết code điều khiển mô hình ABS – TCS trên phanh thuỷ khí.
- Về mô phỏng: Đánh giá hệ thống ABS – TCS trên mặt đường thực tế bằng phần mềm CarSim/Matlab-Simulink. Phương pháp nghiên cứu Với mục tiêu “Thi công hệ thống điều khiển ABS – TCS” để phục vụ công tác nghiên cứu đề tài, phương pháp nghiên cứu chính sẽ kết hợp giữa phương pháp tham khảo tài liệu và thực nghiệm, được lựa chọn phù hợp với nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài. Dựa trên các nguồn tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, tiến hành việc chọn lọc, phân tích và cơ cấu hóa, mục đích là giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong quá trình phanh. Từ đó, thực hiện các phân tích đánh giá về tính hiệu quả và phạm vi ứng dụng của cơ cấu ABS và hệ thống TCS.
Phương pháp nghiên cứu sẽ được sử dụng để xây dựng mô hình hoạt động của cơ cấu ABS và hệ thống TCS, đồng thời giải thích cơ chế các quá trình điều khiển của hệ thống ABS và TCS. Mục tiêu là hiểu rõ và minh họa cách mà các hệ thống này hoạt động, từ đó cung cấp thông tin cơ bản và chi tiết hỗ trợ cho quá trình thi công nghiên cứu và thực hiện đề tài. Nội dung và bố cục của khóa luận 1. Nội dung Đặt vấn đề nghiên cứu.
Giới hạn đề tài nghiên cứu. Tổng quan về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí. Nghiên cứu và thi công phần hoàn chỉnh mô hình hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí. Viết chương trình điều khiển hệ thống trên mô hình.
Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng mô hình đã thi công. Kết luận và đề nghị. Tài liệu tham khảo. Bố cục Chương 1: Tổng quan về đề tài.
Chương 2: Tổng quan về hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí. Chương 3: Cơ sở lý thuyết về hệ thống ABS – TCS. Chương 4: Thi công mô hình hệ thống ABS – TCS trên phanh thủy khí. Chương 5: Hướng dẫn sử dụng mô hình hệ thống điều khiển ABS – TCS trên phanh thủy khí.
Chương 6: Kết luận và kiến nghị. 4 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ABS – TCS TRÊN PHANH THỦY KHÍ 2. Tổng quan về hệ thống ABS 2. Lịch sử phát triển Với kiến thức đơn giản và kinh nghiệm, để tránh tình trạng bánh xe bị khóa trong quá trình phanh khi lái xe trên đường trơn trượt, người tài xế đạp phanh thường áp dụng phương pháp nhấn liên tục vào bàn đạp phanh để duy trì lực bám và ngăn chặn bánh xe trượt lết.
Điều này cũng giúp tài xế kiểm soát hướng di chuyển của xe. Chức năng cơ bản của cơ cấu phanh ABS cũng tương tự, nhưng với hiệu quả, độ chính xác và độ an toàn cao hơn. Cơ cấu ABS xuất hiện đầu tiên trên máy bay thương mại vào năm 1949, nhằm ngăn chặn hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi máy bay hạ cánh. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, cơ cấu ABS còn khá cồng kềnh, không đảm bảo tính tin cậy và không phản ứng đủ nhanh trong mọi tình huống.
Trong quá trình phát triển, ABS đã trải qua sự cải tiến từ cơ khí sang điện tử. Thập kỷ 60, với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, vi mạch điện tử được sử dụng, giúp cơ cấu ABS lần đầu tiên được áp dụng trên ô tô vào năm 1969. Sau đó, nhiều công ty sản xuất ô tô đã nghiên cứu và áp dụng cơ cấu ABS vào những năm 1970. Toyota là một trong những công ty đầu tiên sử dụng ABS trên ô tô của mình vào năm 1971, với cơ cấu ABS một kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau.
Tuy nhiên, chỉ đến thập kỷ 80, ABS mới thực sự phát triển mạnh mẽ với sự xuất hiện của cơ cấu điều khiển kỹ thuật số. Ban đầu, ABS chỉ xuất hiện trên các xe du lịch cao cấp và có giá đắt, được trang bị theo yêu cầu và theo thị trường. Dần dần, cơ cấu này trở nên phổ biến hơn, đến nay, ABS đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho hầu hết các loại xe, đặc biệt là ở các khu vực có đường băng, tuyết dễ trơn trượt. ABS không chỉ được thiết kế cho cơ cấu phanh thủy lực mà còn được sử dụng rộng rãi trên cơ cấu phanh khí nén của xe tải và xe khách lớn.
5 Để cải thiện tính ổn định và an toàn của xe trong mọi điều kiện, cơ cấu ABS thường được kết hợp với nhiều công nghệ khác. ABS kết hợp với Traction Control (ASR) giúp giảm công suất động cơ và phanh bánh xe để tránh bánh xe bị trượt lăn tại chỗ khi khởi hành hoặc tăng tốc đột ngột. ABS còn kết hợp với Electronic Brake force Distribution (EBD) để phân phối áp suất dầu phanh đến các bánh xe phù hợp với tải trọng và chế độ chạy. Ngoài ra, cơ cấu ABS còn kết hợp với Brake Assist System (BAS) để tăng lực phanh trong trường hợp khẩn cấp, cũng như với Electronic Stability Program (ESP) để can thiệp vào chuyển động của xe trong nhiều tình huống.
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc và sự hỗ trợ của kỹ thuật điện tử trong lĩnh vực điều khiển tự động và các phần mềm tính toán, cơ cấu ABS có thể áp dụng nhiều phương pháp điều khiển mới như điều khiển mở, điều khiển thông minh và tối ưu hóa quá trình điều khiển. Các công ty hàng đầu như BOSCH, AISIN, DENCO, BENDI đã đóng góp quan trọng trong việc nghiên cứu, cải tiến và sản xuất cơ cấu ABS, là những đối tác không thể thiếu trong ngành công nghiệp ô tô toàn cầu. Mục tiêu của cơ cấu ABS Mục tiêu của cơ cấu phanh ABS là duy trì độ trượt của bánh xe trong khoảng giới hạn hẹp quanh giá trị 𝜆0 khi ô tô đang phanh, nhằm tận dụng tối đa khả năng bám của bánh xe. Điều này giúp đạt được hiệu suất phanh cao nhất, với lực phanh đạt cực đại (do giá trị 𝜑𝑥𝑀𝑎𝑥 ), đồng thời đảm bảo tính ổn định và khả năng dẫn hướng tốt nhất cho bánh xe (𝜑𝑦 đạt giá trị cao nhất).
Mục tiêu này nhằm đáp ứng các yêu cầu của cơ cấu phanh, bao gồm việc rút ngắn quãng đường phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe trong quá trình phanh. Cơ cấu chống hãm cứng được thiết kế trên cơ sở cơ cấu phanh thường và trang bị các cụm bộ phận chính như sau: - Cụm tín hiệu vào: Cụm này có nhiệm vụ nhận biết tình trạng của các bánh xe khi phanh.