BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
---------------------------------------

LÊ TUẤN LONG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ
TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HIỆU SUẤT CỦA HỆ THỐNG CHỐNG BÓ
CỨNG PHANH ABS SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH
FUZZY LOGIC

CBHD: TS. Vũ Hải Quân

CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Sinh viên: Lê Tuấn Long
Mã số sinh viên: 2018605617

Hà Nội – 2022


i
MỤC LỤC
MỤC LỤC ......................................................................................................... i
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................ iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH ............................................................................... v
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................... vii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT....................................................................... viii
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHỐNG BĨ CỨNG

PHANH ABS TRÊN Ơ TƠ ............................................................................ 4
1.1 Mục tiêu của hệ thống phanh ABS ................................................. 4
1.2 Đặc tính lốp ..................................................................................... 6
1.3 Tổng quan về lịch sử ....................................................................... 6
1.4 Các thành phần chính của hệ thống phanh ABS............................. 8
1.4.1. Cảm biến tốc độ bánh xe......................................................... 8
1.4.2. Bộ điều khiển điện tử (ECU) .................................................. 8
1.4.3. Bộ điều biến áp suất thủy lực.................................................. 9
1.4.4. Phanh ..................................................................................... 11
1.5 Kết luận chương 1 ......................................................................... 13
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG
PHANH ABS .................................................................................................. 14
2.1 Các trạng thái hoạt động của hệ thống phanh ABS ...................... 14
2.1.1 Khi phanh bình thường (ABS khơng hoạt động) ................... 14
2.1.2. Khi phanh gấp (ABS hoạt động)........................................... 15
2.2 Động lực học của xe trong quá trình phanh .................................. 18
2.2.1. Phân phối tải tĩnh .................................................................. 19


ii
2.2.2. Truyền tải động trong quá trình phanh ................................. 19
2.2.3. Lực phanh riêng .................................................................... 20
2.2.4. Khoảng cách dừng ................................................................ 21
2.3 Cơ sở lý thuyết về điều hòa lực phanh.......................................... 22
2.4 Chống bó cứng bánh xe (ABS) ..................................................... 23
2.5 Giản đồ phanh và chỉ tiêu thực tế ................................................. 24
2.6 Kết luận chương 2 ......................................................................... 25
CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ABS TRÊN Ô
TÔ ................................................................................................................... 27
3.1 Khái niệm điều khiển ABS ........................................................... 27

3.2 Điều khiển bằng fuzzy logic ......................................................... 28
3.2.1 Fuzzy logic ............................................................................. 28
3.2.2 Hộp công cụ logic mờ trong Matlab ...................................... 30
3.2.3 Các ứng dụng của logic mờ trong các hệ thống điều khiển hiện
đại ............................................................................................................ 32
3.3 Xây dựng bộ điều khiển mờ cho mơ hình ABS ............................ 34
3.3.1 Làm mờ đầu vào .................................................................... 34
3.3.2 Khử mờ đầu ra ....................................................................... 35
3.3.3 Quy tắc mờ ............................................................................. 35
3.4 Kết luận chương 3 ......................................................................... 37
CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATLAB – SIMULINK MƠ
PHỎNG HỆ THỐNG CHỐNG BĨ CỨNG PHANH ABS ....................... 39
4.1 Giới thiệu phần mềm Matlab – Simulink ..................................... 39
4.1.1 Matlab – Simulink.................................................................. 39
4.1.2 Matlab – State flow ................................................................ 40


iii
4.2 Xây dựng mơ hình tốn của hệ thống ABS .................................. 41
4.2.1 Mơ hình xe ............................................................................. 42
4.2.2 Mơ hình bánh xe .................................................................... 43
4.2.3 Trượt bánh xe ......................................................................... 44
4.2.4 Hệ số ma sát ........................................................................... 45
4.3 Xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống ABS trên Simulink......... 46
4.3.1 Mơ hình xe ............................................................................. 46
4.3.2 Mơ hình bánh xe .................................................................... 47
4.3.3 Độ trượt .................................................................................. 47
4.4 Khởi chạy mơ hình mơ phỏng....................................................... 48
4.5 Kết quả, phân tích và đánh giá ...................................................... 49
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................... 53

Kết luận chung .................................................................................... 53
Hướng phát triển ................................................................................. 54
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................... 56
PHỤ LỤC ....................................................................................................... 58


iv
LỜI NĨI ĐẦU
Sự phát triển của ngành cơng nghiệp ơ tô Việt Nam mới bắt đầu, với chiến
lược phát triển của nhà nước, chính sách nội địa hố phụ tùng ô tô trong việc
sản xuất và lắp ráp ô tô tạo điều kiện cho các nhà thiết kế nghiên cứu, chế tạo
các cụm, các hệ thống trên ô tô trong nước trong đó có các hệ thống nâng cao
tính năng an toàn cho người sử dụng. Vấn để nghiên cứu nâng cao tính năng an
tồn cho người sử dụng thơng qua kết cấu và điều khiển là vô cùng quan trọng.
Do đường xá ngày càng được cải thiện tốt hơn, tốc độ phát triển nghành giao
thông vận tải tăng nhanh cho nên tốc độ chuyển động của ô tô cũng ngày càng
được nâng cao. Tuy nhiên, cùng với những sự phát triển đó mật độ phương tiện
cơ giới trên đường ngày càng cao, vấn để tai nạn giao thông trên đường là vấn
đề quan tâm hàng đầu. Chính vì vậy, em chọn nghiên cứu về để tài:
"Nghiên cứu hiệu suất của hệ thống chống bó cứng phanh ABS sử
dụng bộ điều khiển thơng minh Fuzzy Logic"
Với tình hình hiện nay ngành công nghiệp ô tô của ta chủ yếu là lắp ráp
nên để có thể độc lập chế tạo trong tương lai rất cần những nghiên cứu ứng
dụng trong thực tiễn. Đây là một hệ thống an toàn được ứng dụng trên ô tô, đặc
biệt với ngành công nghiệp ô tô Việt Nam. Mặt khác, tài liệu chuyên sâu về hệ
thống của các nhà sản xuất không được công khai rộng rãi, cùng với trình độ
chun mơn chưa sâu rộng, do vậy mà việc nghiên cứu cụ thể kết cấu, cấu tạo
và nguyên lý điều khiển của hệ thống gặp nhiều khó khăn và có nhiều thiếu xót.
Rất mong sự phê bình, đóng góp ý kiến của các thầy trong khoa và những đọc
giả quan tâm đến để tài để đồ án của em được hoàn thiện hơn.

Nhân đây, em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS. Vũ Hải Quân, người
trực tiếp hướng dẫn cùng các thầy giáo bộ mơn trong khoa Cơng nghệ ơ tơ đã
tận tình chỉ bảo, giúp đỡ em trong q trình hồn thiện đồ án.


v
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Cảm biến tốc độ bánh xe có vịng xung (Bosch) .............................. 8
Hình 1. 2 Các chức năng điều khiển của ECU.................................................. 9
Hình 1. 3 Bộ điều biến áp suất thủy lực .......................................................... 11
Hình 1. 4 Sơ đồ phanh đĩa. .............................................................................. 11
Hình 1. 5 Sơ đồ phanh tang trống ................................................................... 12
Hình 2. 1 Sơ đồ hệ thống phanh ABS ............................................................. 14
Hình 2. 2 Chế độ phanh thường (ABS khơng hoạt động)............................... 15
Hình 2. 3 Chế độ tăng áp ................................................................................. 16
Hình 2. 4 Chế độ giữ áp .................................................................................. 17
Hình 2. 5 Chế độ giảm áp................................................................................ 18
Hình 2. 6 Lực tác dụng lên xe trong trường hợp phanh trên đường thẳng ..... 19
Hình 2. 7 Đồ thị chỉ quan hệ giữa momen phanh với hệ số bám.................... 22
Hình 2. 8 Giản đồ phanh ................................................................................. 24
Hình 3. 1 Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển mờ .......................................... 30
Hình 3. 2 Tích hợp hộp cơng cụ logic mờ trong Matlab ................................ 31
Hình 3. 3 Hệ thống suy luận mờ ..................................................................... 31
Hình 3. 4 Hàm liên thuộc của hai biến đầu vào trong bộ điều khiển mờ ....... 34
Hình 3. 5 Hàm liên thuộc của biến đầu ra trong bộ điều khiển mờ ................ 35

Hình 4. 1 Mơ hình xe ...................................................................................... 42
Hình 4. 2 Mơ hình bánh xe.............................................................................. 43
Hình 4. 3 Vùng của hệ số trượt ....................................................................... 45
Hình 4. 4 Sơ đồ khối của mơ hình hệ thống ABS ........................................... 46

Hình 4. 5 Sơ đồ khối của mơ hình xe .............................................................. 47
Hình 4. 6 Sơ đồ khối của mơ hình bánh xe ..................................................... 47
Hình 4. 7 Khối trượt ........................................................................................ 48


vi
Hình 4. 8 Đồ thị momen phanh ....................................................................... 49
Hình 4. 9 Đồ thị độ trượt bánh xe ................................................................... 50
Hình 4. 10 Đồ thị vận tốc xe và vận tốc bánh xe ............................................ 51
Hình 4. 11 Đồ thị quãng đường phanh ............................................................ 51


vii
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2. 1 Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh (Bộ GTVTVN, 1995) .................... 25

Bảng 3. 1 Luật điều khiển mờ cho mơ hình mơ phỏng ABS .......................... 37

Bảng 4. 1 Thông số mô phỏng cho hệ thống ABS.......................................... 48
Bảng 4. 2 So sánh khi có ABS sử dụng bộ điều khiển Fuzzy Logic và khi khơng
có ABS ............................................................................................................ 52


viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT Ký hiệu
1 ABS
2
3


ECU
ESP

4
5

FLC
FMVSS

6

NHTSA

Tiếng Anh
Anti-lock Braking System
Electronic Control Unit
Electronic Stability
Program
Fuzzy Logic Control
Federal Motor Vehicle
Safety Standards
National Highway Traffic
Safety Administration

Tiếng Việt
Hệ thống chống bó cứng
phanh
Bộ điều khiển điện tử
Cân bằng điện tử
Điều khiển logic mờ

Tiêu chuẩn an toàn xe máy
liên bang
Cục quản lý an tồn giao
thơng đường cao tốc quốc
gia


1
MỞ ĐẦU
Lý do chọn đề tài
Hệ thống phanh là hệ thống an tồn chủ động quan trọng trên ơ tơ, dùng
để giảm tốc độ hay dừng và đỗ ô tô trong những trường hợp cần thiết. Vận tốc
và tải trọng của xe tải ngày càng cao nên yêu cầu đặt ra với hệ thống phanh
cũng càng phải có hiệu quả càng cao và nghiêm ngặt hơn. Bên cạnh đó cần phải
tăng tính năng ổn định hướng chuyển động cho xe trong quá trình phanh, đặc
biệt là khi phanh gấp. Hiệu quả phanh và ổn định hướng chuyển động của ô tơ
khi phanh phụ thuộc nhiều yếu tố, trong đó việc điều khiển q trình phanh là
yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất.
Tai nạn giao thơng ngày càng có nhiều diễn biến hết sức phức tạp, số vụ
tai nạn ngày càng tăng nên tính cấp thiết là phải nâng cao kỹ thuật cho xe cơ
giới nói chung và cho ơ tơ nói riêng.
Do tầm quan trọng của hệ thống phanh trên ơ tơ về sự an tồn giao thơng
trong q trình hoạt động mà việc nghiên cứu để nâng cao kỹ thuật xử lí cho hệ
thống phanh mà em đã chọn đề tài “Nghiên cứu hiệu suất của hệ thống chống
bó cứng phanh ABS sửa dựng bộ điều khiển thông minh Fuzzy Logic”.
Mục tiêu nghiên cứu
- Hiểu rõ cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS
trên ô tô hiện nay. Và tiếp cận được một số công nghệ được áp dụng cho hệ
thống phanh trong tương lai.
- Nắm được các cơ sở lý thuyết của hệ thống phanh ABS, ứng dụng các

phần mềm mô phỏng để khảo sát các thông số của hệ thống phanh trong quá
trình phanh, việc ứng dụng các phần mềm chuyên dụng trong mơ phỏng và thiết
kế có ý nghĩa hết sức quan trọng, thông qua nghiên cứu cần nắm bắt và có khả
năng sử dụng phần mềm Matlab – Simulink.


2
- Tìm hiểu và tiếp cận với việc thiết kế một bộ điều khiển cho hệ thống
phanh ABS. Từ đó hiểu được thêm phần nào về các ngôn ngữ điều khiển, các
thuật toán điều khiển và đặc biệt là điều khiển thông minh được ứng dụng trong
ngành công nghiệp ô tơ nói riêng và ngành cơng nghiệp Việt Nam nói chung.
- Xây dựng được mơ hình mơ phỏng hệ thống phanh ABS trên ô tô với
một bộ điều khiển mới được sử dụng (Logic mờ).
- Đưa ra được các kết quả đánh giá hiệu suất của hệ thống phanh (thời gian
phanh, quãng đường phanh,…)
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cơ sở lý thuyết, bộ điều khiển fuzzy
logic, hệ thống chống bó cứng phanh ABS trên ô tô.
Phạm vi nghiên cứu của đề tài :
- Nghiên cứu tại trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội
- Nghiên cứu được thực hiện trong 9 tuần từ 21/03/2022 đến 16/05/2022
- Trong nghiên cứu này tôi quan tâm chủ yếu đến việc xây dựng bộ điều
khiển fuzzy logic và xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống chống bó cứng
phanh phanh ABS trên phần mềm Matlab-Simulink.
Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài
Hiện nay trong nước có nhiều doanh nghiệp sản xuất, lắp ráp ơ tô sử dụng
hệ thống phanh ABS với sản lượng ngày càng tăng. Tuy nhiên hệ thống ABS
đang được nhập khẩu nguyên bộ nên phụ thuộc nhiều vào các hãng sản xuất ở
nước ngoài, làm tăng giá thành sản xuất, lắp ráp. Do đó, việc nghiên cứu hệ
thống phanh ABS để từng bước nghiên cứu chế tạo, thay thế các cụm chi tiết

trong hệ thống ABS của các hãng có ý nghĩa thực tiễn đối với ngành công
nghiệp ô tô và công nghiệp phụ tùng, phụ trợ trong nước, giúp nâng cao chất
lượng và khả năng cạnh tranh cho các sản phẩm ô tô chế tạo, lắp ráp trong
nước.


3
Đồ án đã giải quyết được các vấn đề: Xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ
thống phanh ABS, xây dựng được một thuật toán điều khiển hệ thống theo tỷ
số trượt bánh xe với mặt đường và tốc độ thay đổi trượt; Thông qua bước xây
dựng cơ sở lý thuyết, xây dựng mơ hình mơ phỏng hoạt động của hệ thống trên
phần mềm Matlab – Simulink, đồ án đánh giá được gần đúng đặc tính của hệ
thống ABS, sơ bộ đánh giá được hiệu suất của hệ thống phanh khi có và khơng
có ABS. Đây là các vấn đề có tính khoa học, là cơ sở cho các nghiên cứu hoàn
thiện tiếp theo của hệ thống ABS.


4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG
PHANH ABS TRÊN Ơ TƠ
Hệ thống chống bó cứng phanh (Antilock Braking System-ABS) là một
thành phần quan trọng của xe hơi hiện đại. Hệ thống ABS đầu tiên được phát
triển cho ngành công nghiệp máy bay. Hệ thống ABS trên ô tô đã được triển
khai vào năm 1972 ở Anh. Jensen Interceptor trở thành chiếc ô tô sản xuất đầu
tiên cung cấp một Maxaret-based ABS, mục tiêu chính của hệ thống điều khiển
là ngăn chặn tình trạng bó cứng bánh xe. Hầu hết các bộ điều khiển ABS hiện
có trên thị trường đều dựa trên bảng và chuyển tiếp dựa trên nguồn cấp dữ liệu,
sử dụng các bộ truyền động thủy lực để cung cấp lực phanh. Ngày nay, mục
tiêu điều khiển thay đổi để duy trì độ trượt của lốp được chỉ định thay vì chỉ
ngăn chặn bánh xe bị bó cứng. Độ trượt điểm đặt được cho là do cấp cao hơn

trong hệ thống phân cấp (ví dụ: hệ thống ESP) cung cấp và có thể được sử dụng
để ổn định động lực lái của ô tô khi phanh. Điều này có thể ngụ ý các điểm đặt
trượt khác nhau cho mỗi bánh xe.
Nó chỉ ra rằng nhiệm vụ kiểm sốt trượt khơng phải là nhỏ, một trong
những lý do chính là số lượng cao của sự khơng chắc chắn liên quan. Hầu hết
sự không chắc chắn phát sinh từ ma sát giữa lốp xe và mặt đường. Ngoài ra,
đặc tính đường lốp rất phi tuyến tính. Một vấn đề đặc biệt phát sinh do sự thay
đổi nhanh chóng của các điều kiện bề mặt trong khi phanh (ví dụ: vết ướt trên
bề mặt khô). Một vấn đề khác được đặt ra là do sự xáo trộn của vận tốc góc của
bánh xe do sự bất thường của đường. Việc hệ thống ABS hiểu sai những nhiễu
động đó có thể làm giảm hiệu suất phanh của xe trên đường không bằng phẳng.
1.1 Mục tiêu của hệ thống phanh ABS
Hệ thống chống bó cứng phanh ngăn chặn hiện tượng bó cứng phanh trong
quá trình phanh. Trong điều kiện phanh bình thường, người lái điều khiển
phanh. Tuy nhiên, trên đường trơn trượt hoặc trong quá trình phanh gấp, khi
người lái làm cho bánh xe gần bị bó cứng, hệ thống chống bó cứng sẽ hoạt
động. ABS điều chỉnh áp suất đường phanh độc lập với lực bàn đạp, để đưa tốc


5
độ bánh xe trở lại phạm vi mức trượt cần thiết cho hiệu suất phanh tối ưu. Hệ
thống chống bó cứng bao gồm bộ điều biến thủy lực, cảm biến tốc độ bánh xe
và bộ điều khiển điện tử. ABS là một hệ thống kiểm soát phản hồi điều chỉnh
áp suất phanh để phản ứng với sự giảm tốc của bánh xe và vận tốc góc của bánh
xe để ngăn chặn việc khóa bánh xe được điều khiển. Hệ thống sẽ tắt khi tốc độ
xe dưới ngưỡng cài đặt trước [9].
Các mục tiêu của hệ thống chống bó cứng gấp ba lần: giảm khoảng cách
dừng, cải thiện độ ổn định và cải thiện khả năng điều khiển trong quá trình
phanh.
Khoảng cách dừng: Quãng đường dừng lại là một gia tốc của vận tốc ban

đầu, khối lượng của xe và lực hãm. Bằng cách tăng tối đa lực phanh, khoảng
cách dừng sẽ được giảm thiểu nếu tất cả các yếu tố khác không đổi. Tuy nhiên,
trên tất cả các loại bề mặt, ở mức độ lớn hơn hoặc nhỏ hơn, đều tồn tại một đỉnh
trong hệ số hư cấu. Theo đó, bằng cách giữ cho tất cả các bánh xe của xe ở gần
đỉnh, hệ thống chống bó cứng có thể đạt được lực ma sát tối đa và do đó, khoảng
cách dừng tối thiểu. Tuy nhiên, mục tiêu này của hệ thống chống bó cứng được
khắc phục bởi nhu cầu về độ ổn định và khả năng hoạt động của xe.
Tính ổn định: Mặc dù giảm tốc và dừng xe cấu thành mục đích chính của
hệ thống phanh, nhưng lực hư cấu tối đa có thể khơng được mong muốn trong
mọi trường hợp, ví dụ khơng phải nếu xe đang ở trên bề mặt được gọi là phân
chia p (ví dụ như nhựa đường và băng), chẳng hạn như rằng lực phanh có thể
đạt được ở một bên của xe nhiều hơn đáng kể ở bên kia. Việc tác động lực
phanh tối đa lên cả hai bên sẽ dẫn đến một mơ men chệch hướng có xu hướng
kéo xe về phía có ma sát cao và góp phần gây ra sự mất ổn định của xe, đồng
thời buộc người điều khiển phải điều chỉnh tay lái quá mức để chống lại mơ
men lệch [9]. Nếu một hệ thống chống bó cứng có thể duy trì độ trượt của cả
hai bánh sau ở mức tương ứng với giá trị thấp hơn của hai đỉnh hệ số giả định


6
(chọn mức thấp), thì lực bên là hợp lý, mặc dù khơng tối đa. Điều này góp phần
vào sự ổn định và là một mục tiêu của hệ thống chống bó cứng.
Khả năng điều chỉnh: Kiểm sốt tốt lực ma sát đỉnh là cần thiết để đạt
được lực bên thỏa đáng và do đó, khả năng theo dõi đạt yêu cầu. Khả năng điều
khiển trong khi phanh rất quan trọng không chỉ đối với các chỉnh sửa nhỏ trên
đường mà còn đối với khả năng đánh lái xung quanh chướng ngại vật.
1.2 Đặc tính lốp
Đặc tính của lốp đóng một vai trò quan trọng trong phản ứng phanh và lái
của xe. Đối với các xe được trang bị ABS, hiệu suất của lốp có ý nghĩa quan
trọng. Tất cả lực phanh và lực lái phải được tạo ra trong vùng tiếp xúc của lốp

nhỏ giữa xe và đường. Lực kéo của lốp cũng như lực bên chỉ có thể được tạo
ra khi có sự khác biệt giữa tốc độ của chu vi lốp và tốc độ của xe so với mặt
đường. Sự khác biệt này được biểu thị là trượt. Người ta thường liên hệ lực hãm
lốp với độ trượt phanh của lốp. Sau khi đạt đến giá trị đỉnh, độ trượt của lốp
tăng lên làm giảm hệ số ma sát giữa lốp và đường. ABS phải giới hạn độ trượt
đến các giá trị dưới giá trị đỉnh để ngăn bánh xe bị khóa. Lốp có điểm hư cấu
cao nhất đạt được mức hư cấu tối đa ở mức trượt từ 10 đến 20%. Giá trị trượt
tối ưu giảm khi ma sát giữa lốp và đường giảm.
1.3 Tổng quan về lịch sử
Sự phát triển của phanh ABS, một trong những tính năng an tồn thực sự
nổi bật, đã dẫn đến Dunlop "Maxaret" cho máy bay vào năm 1952. Năm 1972
tại Anh, ô tô Jensen Interceptor trở thành chiếc ô tô sản xuất đầu tiên cung cấp
ABS dựa trên Maxaret sử dụng trục các đăng cảm biến tốc độ và khớp nối nhớt.
Ở Hoa Kỳ, các nhà sản xuất xe đã làm việc với các nhà sản xuất phanh khác
nhau để phát triển hệ thống ABS. Năm 1969, Hệ thống chống bó cứng phanh
ABS chỉ dành cho bánh sau do Ford và Kelsey Hayes phát triển đã được cung
cấp trên Thunderbird. Chrysler và Bendix đã sản xuất hệ thống chống bó cứng
phanh ABS bốn bánh cho chiếc Imperial thập niên 71. General Motors cũng


7
cung cấp hệ thống phanh ABS trên một số mẫu xe sang của họ vào giữa những
năm 1970. Ví dụ, ABS đã có mặt trên GM Eldorado, Toronado, Cadillac
Deville và Fleetwood từ năm 1976 đến năm 1982.
Tất cả các nhà sản xuất ABS vào đầu những năm 70 đều sử dụng các thành
phần hiện đại, bao gồm chân không làm nguồn năng lượng và thiết bị điện tử
tương tự. Việc phát triển các nguồn năng lượng áp suất cao bao gồm cả bộ tích
lũy đang được tiến hành ở Châu Âu. Những thiếu sót cơ bản của hệ thống phanh
ABS ban đầu là độ tin cậy thấp của hệ thống điện tử và ở một mức độ nào đó
cũng có tốc độ vòng tua thấp do những hạn chế liên quan đến nguồn chân

khơng. Những lý do này, và có thể là nhận thức của cộng đồng thấp và chi phí
bổ sung cho người mua, đã dẫn đến việc họ rút lui khỏi thị trường một cách
lặng lẽ vào giữa những năm 70.
Vào đầu những năm 70, Cục Quản lý Đường cao tốc và An tồn Giao
thơng (NHTSA) thuộc Bộ Giao thông Vận tải Hoa Kỳ đã ban hành một quy
định (FMVSS 121) gián tiếp yêu cầu lắp đặt hệ thống phanh ABS trên xe tải và
xe moóc được trang bị phanh hơi vào năm 1975. Độ tin cậy sớm và điện tử Các
vấn đề về bộ điều khiển khiến chính phủ phải sửa đổi tiêu chuẩn, loại bỏ hiệu
quả u cầu về khóa khơng có bánh xe của tiêu chuẩn. Nghiên cứu của NHTSA
cho thấy các nguyên nhân sau gây ra sự cố của ABS: 41% cảm biến, 16% van,
8% máy tính, 3% lắp đặt sai, 1% kết nối điện, 30% nhiễu sóng điện từ.
Ở Châu Âu trong những năm đầu và giữa những năm 1970, các nhà cung
cấp phanh và điện tử đã phát triển thiết bị điện tử kỹ thuật số thay đổi từ các
thành phần tương tự sang bộ vi xử lý. Điều này dẫn đến sự ra đời của Bosch
ABS đầu tiên trên xe chở khách của Mercedes vào năm 1978. Hệ thống bổ trợ
bốn bánh này được lắp đặt trong hệ thống phanh tăng cường thủy lực hoặc chân
khơng hiện có. BMW và những người khác theo sau ngay sau đó. Các nhà sản
xuất xe và phanh Nhật Bản đã giới thiệu hệ thống phanh ABS dựa trên hệ thống
của Bosch cũng như thiết kế của riêng họ vào giữa những năm 80. Bosch ABS


8
đã được sử dụng trên Corvette '86 và Cadillac Allante. Năm 1984, hệ thống
ABS tích hợp do ITT-Teves sản xuất đã được giới thiệu trên Lincoln Mark VII
tại Hoa Kỳ và vào năm 1985, là trang bị tiêu chuẩn trên Ford Scorpio ở Đức.
Hệ thống tích hợp Teves kết hợp bộ trợ lực thủy lực dẫn động ABS và xi lanh
chính thành một khối. Hệ thống Teves ABS cũng đã có trên những chiếc xe
sang trọng của GM vào năm 1986.
1.4 Các thành phần chính của hệ thống phanh ABS
1.4.1. Cảm biến tốc độ bánh xe

Xe bán tải xung hiệu ứng điện từ hoặc hiệu ứng Hall có bánh răng gắn trực
tiếp trên các bộ phận quay của hệ thống truyền động hoặc trục bánh xe. Khi
bánh xe quay bánh răng (vòng xung) tạo ra điện áp xoay chiều tại cảm biến tốc
độ bánh xe. Hiệu điện thế tỷ lệ thuận trực tiếp với tốc độ quay của bánh xe.

Hình 1. 1 Cảm biến tốc độ bánh xe có vịng xung (Bosch)
1.4.2. Bộ điều khiển điện tử (ECU)
Bộ phận điều khiển điện tử nhận, khuếch đại và lọc các tín hiệu cảm biến
để tính tốn tốc độ quay và gia tốc của bánh xe. Đơn vị này cũng sử dụng tốc
độ của hai bánh xe đối diện theo đường chéo để tính tốn ước tính tốc độ của
xe. Độ trượt ở mỗi bánh xe được tính bằng cách so sánh tốc độ tham chiếu này
với tốc độ của các bánh xe riêng lẻ. Các tín hiệu "bánh xe tăng tốc" và "bánh
xe trượt" dùng để cảnh báo ECU về bất kỳ xu hướng khóa nào. Các vi máy tính


9
phản ứng với cảnh báo như vậy bằng cách gửi tín hiệu để kích hoạt các van
điều khiển áp suất của bộ điều biến áp suất để điều chỉnh áp suất phanh trong
các xi lanh phanh bánh xe riêng lẻ.
ECU cũng tích hợp một số tính năng để nhận dạng lỗi cho toàn bộ hệ thống
ABS (cảm biến tốc độ bánh xe, bản thân ECU, van điều khiển áp suất, dây đai).
ECU phản ứng với một khiếm khuyết hoặc lỗi đã được nhận biết bằng cách tắt
bộ phận bị trục trặc của hệ thống hoặc tắt tồn bộ ABS.

Hình 1. 2 Các chức năng điều khiển của ECU
1: Cảm biến tốc độ bánh xe.
2: Xylanh phanh bánh xe.
3: áp suất dầu phanh.
1.4.3. Bộ điều biến áp suất thủy lực
Bộ điều biến áp suất thủy lực là một thiết bị điện thủy lực để giảm, giữ và

khôi phục áp suất của phanh bánh xe bằng cách điều khiển các van điện từ trong
hệ thống phanh thủy lực. Nó tạo thành liên kết thủy lực giữa xi lanh chủ phanh
và xi lanh phanh bánh xe. Bộ điều biến thủy lực được lắp trong khoang động
cơ để giảm thiểu chiều dài của các đường tới xi lanh chủ phanh và xi lanh phanh


10
bánh xe. Tùy thuộc vào thiết kế, thiết bị này có thể bao gồm một máy bơm,
cụm động cơ, bộ tích lũy và bình chứa.

1.4.3.1 Van
Các van trong ABS phục vụ ba chức năng riêng biệt. Chức năng đầu tiên
của van là mở và cho phép chất lỏng thủy lực từ bàn đạp phanh hoặc bơm đến
hệ thống phanh. Chức năng thứ hai của van là duy trì áp suất hiện tại cung cấp
cho hệ thống phanh. Điều này được thực hiện bằng cách đóng van để chống lại
áp lực thêm từ bàn đạp phanh. Chức năng thứ ba của các van này là giảm lượng
áp suất thủy lực tại hệ thống phanh. Điều này được thực hiện bằng cách mở các
van để cho phép chất lỏng thủy lực thoát ra khỏi hệ thống phanh. Hệ thống bơm
và van ABS tiêu chuẩn được thể hiện trong hình 1.3.
Phần lớn các sự cố xảy ra với hệ thống van là do van bị tắc. Khi một van
bị tắc, nó khơng thể mở, đóng hoặc thay đổi vị trí. Một van khơng hoạt động sẽ
ngăn hệ thống điều chỉnh các van và kiểm soát áp suất cung cấp cho phanh.
1.4.3.2 Bơm
Bơm trong hệ thống ABS được sử dụng để khôi phục áp suất cho phanh
thủy lực sau khi các van đã nhả nó. Tín hiệu từ bộ điều khiển sẽ nhả van khi
phát hiện bánh xe trượt. Sau khi van xả áp suất được cung cấp từ người dùng,
máy bơm được sử dụng để khôi phục một lượng áp suất mong muốn cho hệ
thống phanh. Bộ điều khiển sẽ điều chỉnh trạng thái máy bơm để cung cấp
lượng áp suất mong muốn và giảm hiện tượng trượt. Hệ thống bơm được thể
hiện trong hình 1.3.



11

Hình 1. 3 Bộ điều biến áp suất thủy lực
1.4.4. Phanh
1.4.4.1. Phanh đĩa
Hình 1.3 cho thấy một sơ đồ của một phanh đĩa. Trong loại phanh này,
một lực được tác dụng lên cả hai mặt của rôto và tác dụng phanh đạt được thông
qua tác động ma sát của má phanh trong và má phanh ngồi đối với rơto. Các
miếng đệm được chứa trong thước cặp (không được hiển thị), cũng như xi lanh
bánh xe. Mặc dù không phải là loại phanh có hệ số khuếch đại cao, phanh đĩa
có ưu điểm là cung cấp khả năng phanh tương đối tuyến tính với độ nhạy thấp
hơn so với phanh tang trống.

Hình 1. 4 Sơ đồ phanh đĩa.
Lực tác dụng lên rôto bởi các miếng đệm là một hàm của áp suất thủy lực
trong hệ thống phanh và của diện tích xi lanh bánh xe (hoặc các xi lanh, như
thiết kế quy định). Mơmen phanh tĩnh có thể được tính theo công thức sau:
Tb,max =P.A.E.R


12
Trong đó:
P = áp suất ứng dụng [Pa]
A = diện tích hình trụ bánh xe [m2]
E = hệ số hiệu quả
R = bán kính phanh [m]
Chúng ta sẽ giả định rằng mômen phanh là Tb tỷ lệ với áp suất đường
phanh pline với hệ số tỷ lệ là một hằng số cb tức là:

Tb,max = cb.pline
1.4.4.2. Phanh tang trống
Hình (1.4) mô tả một sơ đồ của phanh tang trống. Trong phanh tang trống,
một lực được tác dụng lên một đôi guốc phanh. Có nhiều cấu hình khác nhau,
bao gồm guốc dẫn đầu/guốc sau (simplex), duplex và duo-servo. Phanh tang
trống có lợi ích cao so với phanh đĩa, nhưng một số cấu hình có xu hướng phi
tuyến tính hơn và nhạy cảm với hiện tượng mờ dần.

Hình 1. 5 Sơ đồ phanh tang trống
Phương trình mơmen phanh tĩnh được trình bày trước đây đối với phanh
đĩa, có thể áp dụng tương tự cho phanh tang trống với những thay đổi theo thiết
kế cụ thể đối với bán kính phanh tang trống và hệ số hiệu quả. Theo thiết kế,
bán kính phanh của phanh tang trống là một nửa đường kính tang trống. Hệ số
hiệu quả thể hiện sự khác biệt chính về chức năng giữa phanh tang trống và


13
phanh đĩa; hình dạng hình học của phanh tang trống có thể cho phép một thời
điểm được tạo ra bởi lực hư cấu lên guốc theo cách làm xoay nó so với tang
trống và tăng lực ma sát phát triển. Hành động này có thể mang lại lợi thế cơ
học làm tăng đáng kể độ lợi của phanh và hệ số hiệu quả so với phanh đĩa. Việc
tính tốn lực phanh động cho phanh tang trống và phanh đĩa phức tạp hơn vì hệ
số ma sát của lớp lót phanh là một hàm của nhiệt độ; khi lớp lót nóng lên trong
quá trình điều động phanh, hệ số ma sát hiệu quả tăng lên (đối với nhiệt độ vừa
phải) và áp suất khơng đổi là cần thiết để duy trì mômen phanh không đổi.
1.5 Kết luận chương 1
Do yêu cầu ngày càng cao về tính an tồn chuyển động và tiện nghi của
ô tô, việc nghiên cứu động lực học chuyển động ơ tơ nói chung, nghiên cứu
chuyển động của xe và phát triển các hệ thống điều khiển tính an tồn khi
chuyển động của xe nói riêng ln được các nhà khoa học và các hãng sản suất

ô tô trên thế giới dành sự quan tâm đặc biệt. Có thể nói, trên thế giới việc nghiên
cứu hệ thống chống bó cứng phanh ABS đã phát triển tương đối hồn thiện
nhưng vì nhiều lý do khác nhau mà các kết quả nghiên cứu chưa công bố một
cách đầy đủ, chủ yếu mang tính chất giới thiệu, vì vậy việc ứng dụng vào sản
xuất ơ tơ trong nước cịn hạn chế.
Đối với nước ta xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và mang tính cấp thiết của
ngành cơng nghiệp ơ tơ địi hỏi nhanh chóng làm chủ kỹ thuật, cơng nghệ hiện
đại, tiến tới tự chủ khai thác, sửa chữa và sản xuất chế tạo các cụm – tổng thành,
hệ thống trong đó có hệ thống chống bó cứng phanh ABS. Tuy đã có khá nhiều
cơng trình nghiên cứ về hệ thống chống bó cứng phanh ABS, nhưng cho đến
nay các kết quả nghiên cứu đó chưa đáp ứng được yêu cẩu thiết kế, chế tạo các
cụm – tổng thành, hệ thống, chi tiết nhằm nâng cao chất lượng ô tô lắp ráp và
sản xuất trong nước. Với yêu cầu đó, nội dung nghiên cứu của đồ án có thể làm
cơ sở cho các đề tài tiếp theo về điều khiển hệ thống chống bó cứng phanh
ABS.


14
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG
PHANH ABS
2.1 Các trạng thái hoạt động của hệ thống phanh ABS
Sơ đồ (Hình 2.1) thể hiện sự hoạt động của một bộ chấp hành thuỷ lực loại
4 van điện 3 vị trí. Hai van điện điều khiển độc lập hai bánh trước trong khi hai
van còn lại điều khiển đồng thời hai bánh sau. Vì vậy cơ cấu này gọi là ABS 3
kênh [3].

Hình 2. 1 Sơ đồ hệ thống phanh ABS
2.1.1 Khi phanh bình thường (ABS khơng hoạt động)
Khi phanh xe ở tốc độ chậm (dưới 8 km/h hay 12,25km/h tuỳ từng loại
xe) hay rà phanh trong trường hợp này ABS khơng hoạt động và ECU khơng

gửi dịng điện đến cuộn dây của van địên từ. Do đó, van 3 vị trí bị ấn xuống bởi
lị xo hồi vị và cửa A vẫn mở trong khi cửa B vẫn đóng (hình 2.2). Dầu phanh
từ xylanh chính qua cửa A đến cửa C trong van điện 3 vị trí rồi tới xylanh bánh
xe. Dầu phanh không vào được bơm bởi van một chiều số 1 gắn trong mạch


15
bơm. Khi nhả chân phanh, dầu từ hồi từ xylanh chính về xylanh bánh xe qua
cửa C đến cửa A và van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trí.

Hình 2. 2 Chế độ phanh thường (ABS khơng hoạt động)
2.1.2. Khi phanh gấp (ABS hoạt động).
Nếu có bất kỳ bánh xe nào có xu hướng bị bó cứng khi phanh gấp thì bộ
chấp hành thuỷ lực điêu khiển giảm áp suất dầu phanh tác dụng lên bánh xe đó
theo tín hiệu từ ECU vì vậy bánh xe khơng bị bó cứng.
2.1.2.1. Chế tăng áp.
Khi cần tăng áp suất trong xylanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt
dịng điện, khơng cấp cho cuộn dây của van điện từ. Vì vậy cửa A của van điện
vị trí mở và cửa B đóng. Nó cho phép dầu trong xylanh phanh chính chảy qua
cửa C trong van điện 3 vị trí đến xylanh bánh xe. Mức độ tăng áp suất dầu được
điều khiển nhờ lặp lại quá trình tăng áp và giữ áp.


16

Hình 2. 3 Chế độ tăng áp
2.1.2.2. Chế độ giữ áp
Khi áp suất trong xylanh bánh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ bánh xe
gửi tín hiệu báo rằng tốc dộ bánh xe đạt đến giá trị mong muốn, ECU cấp dòng
điện 2A đến cuộn dây của van điện để giữ áp suất trong bánh xe khơng đổi. Khi

dịng điện cấp cho cuộn dây của van điện từ bị giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp)
xuống còn 2A (ở chế độ giữ áp ) lực từ sinh ra trong cuộn dây cũng giảm, van
điện 3 vị trí dịch chuyển xuống vị trí giữa nhờ lực của lị xo hồi vị làm cửa A
và cửa B đều đóng. Lúc này bơm dầu vẫn còn làm việc.