MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Ở Việt Nam hiện nay, xe máy là phương tiện giao thông chủ yếu. Số lượng và tốc độ tăng xe
máy rất lớn, số liệu ước tính đến hết năm 2016 Việt Nam có gần 45 triệu xe máy và năm 2017 có
3,2 triệu chiếc xe máy được bán ra. Trong số các phương tiện tham gia giao thông trên đường bộ ở
Việt Nam thì số lượng xe máy đang áp đảo các phương tiện khác. Người đi xe máy hầu như chỉ
trang bị duy nhất là mũ bảo hiểm. Khi xảy ra va chạm, người ngồi trên xe máy có mức độ chấn
thương cao hơn hẳn ô tô. Vì thế việc đảm bảo an toàn cho người sử dụng phương tiện xe máy ở
Việt Nam là rất cấp thiết.
Xuất phát từ những yêu cầu thực tế trên, luận án chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống phanh hạn
chế trượt lết cho xe máy”
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Xe máy sử dụng trong nước chủ yếu là các xe có tốc độ thấp và chưa được trang bị hệ thống
phanh ABS. Muốn trang bị hệ thống phanh ABS phải mua nguyên bộ của các hãng và không phải
xe máy nào cũng được thiết kế chờ sẵn để có thể lắp được. Do đó, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo,
lựa chọn các phương án bố trí lắp đặt hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy nhằm mục đích
từng bước cải thiện hiệu quả và nâng cao tính ổn định chuyển động của xe máy trong quá trình
phanh.
Luận án đã giải quyết được các vấn đề: Đề xuất được nguyên lý hệ thống điều chỉnh áp suất
phanh nhằm hạn chế trượt lết bánh xe; Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh thủy lực trên
xe máy, mô phỏng chuyển động của xe máy khi phanh, đề xuất bộ điều khiển cũng như một thuật
toán điều khiển hệ thống theo gia tốc góc bánh xe; Thông qua mô phỏng hoạt động của hệ thống
trên máy tính, luận án sơ bộ xác định được ngưỡng giá trị gia tốc góc của bánh xe để điều khiển
chuyển đổi giữa các pha tăng áp, giảm áp trong chu trình hoạt động của hệ thống; Nghiên cứu thiết
kế chế tạo được thiết bị thu thập tín hiệu từ 3 cảm biến để đo 3 thông số trong quá trình phanh;
Nghiên cứu thực nghiệm nhằm hiệu chỉnh giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển và nhận xét hiệu
quả hoạt động của hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe. Đây là các vấn đề có tính khoa học, là
cơ sở cho các nghiên cứu hoàn thiện tiếp theo để ứng dụng trên xe máy.
Nội dung và bố cục của luận án
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH

HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Các kết quả nghiên cứu mới của luận án
Luận án đạt được các kết quả nghiên cứu mới sau:
- Đề xuất, thiết kế chế tạo được cơ cấu điều áp có thể điều chỉnh được áp suất phanh trong hệ
thống phanh dẫn động thủy lực trên xe máy;
- Xây dựng được mô hình mô phỏng hệ thống phanh có điều chỉnh áp suất phanh nhằm hạn
chế trượt lết bánh xe trên xe máy và mô hình mô phỏng động lực học quá trình phanh xe máy trên
đường thẳng;
- Xác định được khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh hạn chế trượt lết đã
đề xuất trên xe nghiên cứu;
1


- Đề xuất phương pháp hiệu chỉnh và xác định được giá trị ngưỡng 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 được các thiết bị cho thực nghiệm và thực nghiệm lấy được số
liệu đánh giá hoạt động của hệ thống phanh hạn chế trượt lết trên xe máy.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Sự cần thiết phải hạn chế trượt lết cho bánh xe khi phanh
Lực dọc (trong trường hợp
phanh là lực phanh) cực đại:
Fxmax = Fzφx
Tương tự lực ngang cực đại:
Fymax = Fzφy
Mà hệ số bám dọc φx và hệ số
bám ngang φy phụ thuộc độ trượt dọc

của bánh xe cả khi truyền lực kéo
(trượt quay) lẫn khi truyền lực phanh
(trượt lết). Hình 1.1 thể hiện mối quan
hệ giữa hệ số bám dọc φx và hệ số
bám ngang φy với độ trượt dọc s của Hình 1.1. Đồ thị quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt [7][21][54]
bánh xe khi phanh.
Từ trên đồ thị cho thấy hệ số bám dọc φx có giá trị cao nhất khi hệ số trượt s nằm trong
khoảng 15% - 25%. Khi hệ số trượt s = 1 (trượt lết hoàn toàn) giá trị φx chỉ còn khoảng xấp xỉ
0,6φxmax. Đối với hệ số bám ngang φy khi độ trượt s tăng lên, φy suy giảm nhanh và khi hệ số trượt s
= 1 giá trị φy không đáng kể.
Có thể chia quá trình phanh theo độ trượt dọc thành 3 vùng như hình vẽ có thể thấy: Khi
phanh xe, vùng II là vùng bánh xe có khả năng truyền lực dọc cao nhất đồng thời khả năng truyền
lực ngang tương 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 hướng 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.
1.2. Tình hình nghiên cứu hạn chế trượt lết bánh xe khi phanh
1.2.1. Nghiên cứu về hạn chế trượt lết bánh xe khi phanh (ABS) trên thế giới
1.2.1.1 Nghiên cứu ABS trên ô tô
Cho đến thời điểm hiện nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về ABS trên ô tô được công
bố. Các công trình nghiên cứu gần đây tập trung chủ yếu nghiên cứu về hệ thống điều khiển ABS
trên xe. Các hệ thống điều khiển theo dõi tín hiệu gia tốc chậm dần và độ trượt dọc của bánh xe
trong quá trình phanh [25], [52], [56].
Các công trình nghiên cứu về hệ thống điều khiển ABS theo độ trượt dọc của bánh xe khá
hoàn thiện [27], [48], [49]. Vì thế các nghiên cứu về hệ thống ABS điều khiển theo độ trượt của
bánh xe đều dừng lại trên mô hình lý thuyết hoặc mô hình mô phỏng, chưa có những ứng dụng và
phát triển trong thực tế.
Các công trình nghiên cứu về hệ thống ABS theo gia tốc góc chậm dần của bánh xe khi phanh
đã chứng minh được những ưu điểm là duy trì được độ trượt của bánh xe gần miền tối ưu từ đó ổn
định được độ bám đường trong quá trình phanh. Tuy nhiên để xác định được ngưỡng gia tốc góc

2


bánh xe để hệ thống điều khiển làm việc là một việc hết sức khó khăn, phải sử dụng thống kê, mô
phỏng, đo đạc và hiệu chỉnh phức tạp trong thuật toán điều khiển [24], [40], [41], [46].
1.2.1.2. Nghiên cứu về ABS trên xe máy
Các nghiên cứu về hệ thống ABS hoặc một hệ thống có tính năng tương tự như ABS cho xe
máy được tập trung chủ yếu nghiên cứu đề xuất cơ cấu chấp hành và phương pháp điều khiển cho
xe máy. Một số nghiên cứu đã đề xuất hệ thống chống bó cứng cho xe máy bằng cách đề xuất cơ
cấu chấp hành hoạt động theo nguyên lý khác với ABS trên ô tô [59], [51], [28], [39], [58]. Một số
nghiên cứu đưa ra phương pháp điều khiển bằng cách xác định hệ số bám của bánh xe với mặt
đường bằng phương pháp đo góc nghiêng thân xe sử dụng nguồn phát sóng siêu âm [37], điều khiển
bằng logic mờ [28], điều khiển theo PID [58].
1.2.2. Nghiên cứu về hạn chế trượt lết bánh xe khi phanh trong nước
1.2.2.1. Nghiên cứu về ABS trên ô tô
Tại Việt Nam lượng ô tô ngày càng tăng nhanh và phát triển đa dạng cả về chủng loại cũng
như các hãng xe. Các xe ô tô lưu hành ở Việt nam hiện nay rất nhiều xe được trang bị các hệ thống
tích cực như ABS, ASR, VSC, VDC… Do đó đã có các nghiên cứu về hệ thống tích cực trên ô tô
nhằm làm chủ công nghệ cũng như làm cơ sở để nội địa hóa các hệ thống trên ô tô. Các công trình
nghiên cứu về lý thuyết phanh ô tô [19], [8], động lực học phanh ô tô [9] hay các đề tài nghiên cứu
về quỹ đạo chuyển động của ô tô có trang bị các hệ thống tích cực như ABS, ASR, VSC [15], [20].
Ngoài ra còn có các công trình nghiên cứu tương đối đầy đủ và hoàn thiện về điều khiển hệ thống
ABS cho nhiều đối tượng khác nhau từ xe ô tô con [2] đến xe du lịch [4] và xe quân sự [14] và cả
hệ thống phanh dẫn động thủy lực [5] và hệ thống phanh dẫn động khí nén [3]. Các nghiên cứu về
phương pháp điều khiển như điều khiển theo logic mờ [5], điều khiển theo gia tốc góc bánh xe [3],
điều khiển thích nghi theo logic mờ và mạng nơ ron nhân tạo [18].
Từ các nghiên cứu ABS trên ô tô trong nước đã giúp giải thích cơ chế và minh chứng tính
đúng đắn của việc cần thiết phải phát triển kỹ thuật ABS trong điều khiển quá trình phanh ô tô. Đây
cũng là cơ sở để luận án lựa chọn các phương án thu thập tín hiệu điều khiển và đề xuất thiết kế chế
tạo bộ điều khiển với thông số điều khiển phù hợp cho hệ thống phanh hạn chế trượt lết của luận án.

1.2.2.2. Nghiên cứu về ABS trên xe máy
Trong nước hiện nay mặc dù vấn đề cải thiện tính an toàn và hiệu quả khi sử dụng xe máy
tham gia giao thông ngày càng cấp thiết tuy nhiên chưa có đề tài khoa học nào nghiên cứu về việc
thiết kế ABS hoặc hệ thống phanh tương tự cho xe máy.
Từ những phân tích cho thấy trên thế giới đã có nhiều đề xuất và nhiều hệ thống ABS cho xe
máy. Tuy nhiên, các đề xuất khá phức tạp, các hệ thống ABS đã có trên xe máy vì lý do bí quyết
công nghệ không được công bố và giá thành rất đắt tiền. Tại Việt Nam chưa có một công trình khoa
học nào nghiên cứu và đưa ra một hệ thống tương tự. Do vậy cần thiết có một nghiên cứu về hệ
thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy có kết cấu đơn giản và phù hợp với điều kiện Việt Nam.
1.3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu của luận án: Nghiên cứu, tính toán thiết kế, chế tạo và thử nghiệm đánh giá hệ
thống phanh có khả năng điều chỉnh áp suất nhằm hạn chế trượt lết bánh xe cho xe máy.
Đối tượng nghiên cứu: Xe máy có hệ thống phanh trước và phanh sau đều là phanh dẫn động
thủy lực không có ABS.
Phạm vi nghiên cứu: Luận án nghiên cứu quá trình phanh xe máy trên đường thẳng, bằng
phẳng và xe máy chuyển động thẳng khi phanh, thân xe thẳng đứng không nghiêng về hai bên.
Luận án không xét đến các lực bên (lực ngang) tác động vào xe nghiên cứu. Bỏ qua mô men cản

3


lăn, cản không khí tác động vào xe nghiên cứu, bỏ qua sự đàn hồi của lốp và sự thay đổi chiều cao
trọng tâm trong quá trình phanh phanh.
Do điều kiện thực nghiệm trên xe thực có nhiều khó khăn, luận án chỉ nghiên cứu hệ thống
phanh hạn chế trượt lết cho bánh xe phía sau. Trong quá trình thực nghiệm phanh xe máy có sự
phân bố lại trọng lượng làm trọng tâm xe dịch về phía trước dẫn đến bánh xe phía sau thường có xu
hướng dễ trượt hơn. Do vậy luận án đề xuất thiết kế chế tạo và thử nghiệm hệ thống phanh hạn chế
trượt lết trang bị trên hệ thống phanh bánh xe phía sau xe máy để thuận lợi cho thực nghiệm hệ
thống.
Luận án thực hiện nghiên cứu thực nghiệm trên hại loại đường thẳng, bề mặt bằng phẳng

đường Asphalt khô và asphalt phủ bùn sét ở vận tốc từ 30 km/h đến 50 km/h nhằm đánh giá hiệu
quả hoạt động của hệ thống phanh hạn chế trượt lết trang bị trên xe máy.
1.4. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Luận án nghiên cứu phát triển một hệ thống điều khiển điện tử do đó nội dung nghiên cứu của
luận án gồm các bước chính sau đây:
- Nghiên cứu thiết kế, mô phỏng đối tượng điều khiển nhằm kiểm tra hiệu chỉnh thiết kế (nếu
cần). Để rút ngắn quá trình thiết kế luận án đi nghiên cứu về hệ thống phanh trên đối tượng nghiên
cứu, nghiên cứu hệ thống ABS trên ô tô, mô phỏng động học của xe máy khi phanh và mô phỏng cơ
cấu điều áp - đối tượng điều khiển đã đề xuất từ đó hiệu chỉnh thiết kế.
- Nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống phanh khi lắp thêm cơ cấu
điều áp. Đề xuất thuật toán điều khiển và mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống phanh hạn chế
trượt lết (hệ thống phanh có lắp thêm cơ cấu điều áp) có điều khiển nhằm đánh giá và hiệu chỉnh
thuật toán điều khiển. Sau đó tiến hành mô phỏng xác định sơ bộ ngưỡng điều khiển theo lý thuyết.
- Nghiên cứu chế tạo mô hình thực nghiệm và mô phỏng thực nghiệm nhằm đánh giá hoạt
động của hệ thống.
Luận án sử dụng kết hợp phương pháp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm:
Nghiên cứu lý thuyết: xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống trên máy tính, thực hiện mô
phỏng để khảo sát đặc tính của hệ thống, từ đó xác định các thông số cơ cấu điều áp, xác định sơ bộ
giá trị ngưỡng điều khiển.
Nghiên cứu thực nghiệm: Thiết kế, chế tạo hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe. Thực
nghiệm đánh giá khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống. Thực nghiệm trên cơ sở giá trị
ngưỡng được xác định từ mô phỏng lý thuyết và nhận xét khả năng hoạt động thực tế của hệ thống.
1.5. Kết luận chương 1
Trong chương này của luận án, tổng quan các vấn đề trong nước cũng như trên thế giới liên
quan đến đề tài đã được nghiên cứu, từ đó làm cơ sở đề lựa chọn đề tài nghiên cứu cụ thể:
Trên thế giới có các công trình nghiên cứu về ABS cho xe máy chủ yếu đi nghiên cứu đề xuất
cơ cấu chấp hành và phương pháp điều khiển. Tuy nhiên, các công trình chủ yếu ở dạng các sáng
chế kết quả mới chỉ dừng lại ở mô phỏng trên các phần mềm. Đây cũng là các cơ sở để luận án đề
xuất cơ cấu chấp hành và phương pháp điều khiển hệ thống hạn chế trượt lết của đề tài
Ở Việt Nam có rất nhiều các công trình nghiên cứu về ABS cho ô tô. Các công trình nghiên

cứu gần đây chủ yếu là về điều khiển ABS cho ô tô khá hoàn thiện. Từ các công trình nghiên cứu về
ABS cho ô tô, luận án lựa chọn phương pháp điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe
máy theo gia tốc góc bánh xe. Tuy ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu về ABS hoặc một hệ
thống có tính năng tương tự cho xe máy, mặc dù xe máy vẫn là phương tiện chủ yếu và vấn đề an
toàn cho người và xe máy khi tham gia giao thông vẫn là cấp thiết. Đây là lý do cần thiết có các
công trình nghiên cứu về hệ thống hạn chế trượt lết cho xe máy ở Việt Nam.
4


Thực tế về thương mại, ABS cho xe máy trên thế giới đã chế tạo thành công ở một số hãng xe
gắn máy lớn và đã cho ứng dụng trên một số mẫu xe. Tuy nhiên, chủ yếu các mẫu xe được trang bị
là các xe phân khối lớn và giá thành cao. Ngoài ra, do yếu tố bí mật kinh doanh nên các hãng này
không công bố nguyên lý cũng như kết cấu của hệ thống ABS đó.
Từ các phân tích trong chương này, luận án đã xác định được mục tiêu nghiên cứu, đối tượng
nghiên cứu, nội dung cũng như phạm vi nghiên cứu phù hợp với hướng đề tài phát triển một hệ
thống phù hợp sẽ được trình bày trong các phần sau.
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT VÀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH
HẠN CHẾ TRƯỢT LẾT
2.1. Cơ sở lý thuyết hạn chế trượt lết bánh xe khi phanh
Trong mục này, luận án đi nghiên cứu sự lăn, trượt, bám ảnh hưởng tới việc tiếp nhận lực từ
bánh xe xuống mặt đường và ngược lại từ mặt đường phản lực lên bánh xe khi phanh. Phương pháp
và quá trình điều khiển hạn chế trượt lết khi phanh theo gia tốc góc bánh xe trên ô tô. Từ cơ sở lý
thuyết đó, có thể thấy ABS của ô tô hoạt động ở 3 chế độ tăng áp, giữ áp và giảm áp khá phức tạp
để trang bị cho xe máy và điều khiển ABS theo độ trượt gặp khó khăn trong việc xác định chính xác
vận tốc dài của xe để xác định độ trượt. Do đó luận án đi đề xuất hệ thống phanh hạn chế trượt lết
cho xe máy có cấu hình và nguyên lý hoạt động khác với ABS của ô tô và chọn phương pháp điều
khiển hệ thống đó theo vận tốc góc bánh xe.
2.2. Cấu hình hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy
2.2.1. Hệ thống phanh xe máy
2.2.2. Đề xuất cấu hình hệ thống phanh hạn chế trượt lết

Hệ thống phanh hạn chế
trượt lết cho xe máy được đề xuất
có sơ đồ cấu hình như trên Hình
2.7. Hệ thống bao gồm xy lanh
phanh chính, cơ cấu điều áp, cơ
cấu phanh, bộ điều khiển và cảm
biến vận tốc góc bánh xe. Trong
đó xy lanh phanh chính và cơ cấu
phanh có sẵn trên xe nghiên cứu,
còn cơ cấu điều áp, bộ điều khiển
và cảm biến vận tốc góc bánh xe
sẽ được trang bị thêm vào hệ
thống.
2.3. Đề xuất cơ cấu điều áp
Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy
2.3.1. Cấu tạo cơ cấu điều áp
Cơ cấu điều áp được đề xuất có cấu tạo như Hình 2.11 bao gồm 2 bộ phận chính là van điều
áp và nam châm điện (4), van điều áp bao gồm con trượt (1), vỏ van (2) và lò xo hồi vị (3).
2.3.2. Nguyên lý làm việc cơ cấu điều áp
Ở chế độ tăng áp, dầu phanh từ cửa I được thông hoàn toàn sang cửa II nghĩa là dầu phanh đi
từ xy lanh chính đến cơ cấu phanh, áp suất phanh đến cơ cấu phanh phụ thuộc lực bàn đạp. Lúc này
nam châm điện không sinh lực (không có dòng điện đi đến nam châm), con trượt 1 bị lò xo hồi vị 3
đẩy hoàn toàn sang phía trái, dầu thông từ cửa I sang cửa II (Hình 2.11).
5


Ở chế độ giảm áp, nam
châm điện được cấp dòng tạo lực
hút, hút con trượt 1 dịch chuyển
sang phải, nén lò xo hồi vị 3 lại.

Khi con trượt vượt dịch chuyển
qua cửa I, cửa I bị đóng lại, ngăn
dầu từ xy lanh chính. Con trượt
tịnh tiến dịch chuyển sang phải,
làm xuất hiện khoang hồi dầu B,
1.
Con trượt
3. Lo xo hồi vị
dầu từ cơ cấu phanh đi đến khoang
2.
Vỏ van
4. Nam châm điện
B và áp suất phanh ở cơ cấu phanh
I: Cửa dầu vào cơ cấu điều áp từ xy lanh chính
giảm xuống (Hình 2.13).
II: Cửa dầu từ cơ cấu điều áp đến xy lanh công tác
Khi ngừng cấp dòng vào
A. Khoang cấp dầu từ xy lanh chính
nam châm điện, lực hút điện từ
B. Khoang hồi dầu từ xy lanh công tác
Hình 2.11. Cấu tạo cơ cấu điều áp
mất đi, con trượt 1 bị lò xo hồi vị
3 đẩy sang trái đẩy dầu phanh từ
khoang B trở lại xy lanh công tác
và hệ thống trở về chế độ tăng áp:
cửa I thông với cửa II.
Để đảm bảo cơ cấu điều áp
hoạt động hiệu quả có ba thông số
quan trọng là lực hút của nam
châm điện 4, lực đàn hồi của lò xo

hồi vị 3 và đường kính con trượt 1
Hình 2.13. Cơ cấu điều áp ở chế độ xảy ra trượt lết bánh xe
van điều áp cần phải được xác
(chế độ giảm áp)
định phù hợp.
2.3.3. Tính toán mô phỏng cơ cấu điều áp
Từ sơ đồ các lực tác dụng vào con trượt van điều áp (Hình 2.14), phương trình chuyển động
của con trượt van điều áp được viết như sau :
••

•

m2 x2 = Fnc + Fd − Flx −  x2

(2.13)

Tùy theo độ dịch x2 của con trượt van
điều áp hệ thống làm việc theo bốn trạng thái:
+ Trạng thái 1: Khi ở chế độ phanh
bình thường con trượt van điều áp không dịch
chuyển: x2 = 0 . Q2 = Q1 . Áp lực dầu trong
khoang b: Fd = 0 ,

Hình 2.14. Lực tác dụng lên con trượt van điều áp

pp = p1 (theo [13]);

+ Trạng thái 2: Khi bánh xe bị trượt lết lực nam châm kéo con trượt van điều áp dịch chuyển
sang phải x2: 0  x2  0,003m đóng dần cửa I. Áp suất trong xy lanh chính :


p1 =

K
(Q − Q2 )dt
V1  1

(2.16)

Lưu lượng dầu từ van điều áp cấp xuống xy lanh công tác Q2 (lưu lượng sau tiết lưu):

Q2 =  Qdn

p1 − p p 3
(m s )
pdn

(2.17)
6


+ Trạng thái 3: Khi độ dịch của con trượt van điều áp đóng kín hoàn toàn cửa I x2  0,003m .
Khi đó thể tích khoang B là S2 x2
Lưu lượng dầu Q3 từ xy lanh công tác của cơ cấu phanh hồi về khoang B được xác định như sau:
•

Q3 = x2 S2 (m3/s)

(2.18)

Áp suất dầu trong xy lanh công tác của cơ cấu phanh được xác định:


pp =

•
K 

 Q2 − Q3 − Sct x3  dt

Vtong 


(2.19)

+ Trạng thái 4: Khi nam châm điện thôi tác dụng lực Fnc=0, con trượt van điều áp dịch chuyển
sang bên phía tay trái, phương trình (2.13) mất đi thành phần lực nam châm điện.
2.4. Mô hình mô phỏng hệ thống dẫn động phanh xe máy có hệ thống hạn chế trượt lết
Từ sơ đồ nguyên lý hệ thống
phanh hạn chế trượt lết trên Hình
2.7, luận án đề xuất sơ đồ mô hình
mô phỏng hệ thống phanh hạn chế
trượt lết dẫn động thủy lực như Hình
2.17
2.4.1. Mô hình xy lanh – pít tông
phanh chính
Hình 2.17. Sơ đồ hệ thống dẫn động phanh
Bỏ qua ảnh hưởng của lò xo
hồi vị, phương trình dịch chuyển của pít tông xy lanh chính:
••

•


m1 x1 = Fs − p1S1 −  x1

(2.21)

Lưu lượng dầu Qs1 từ xy lanh chính cấp đến cơ cấu điều áp được tính như sau:
•

3
Q1 = x1 S1 (m s )

(2.23)

2.4.2. Mô hình xy lanh – pít tông công tác
Phương trình chuyển động của pít tông xy lanh công tác:
••

•

mct x3 = p p Sct −  x3 − k ( x3 − x3(0) )

(2.24)

Mô men phanh được tính bằng công thức sau:

M ps = mfd Rtb FN = mfd Rtbk(x3 − x3(0) )

(2.26)

2.5. Mô hình mô phỏng động lực học của quá trình phanh xe

2.5.1. Mô hình mô phỏng bánh xe khi phanh
Trong quá trình phanh, các lực và các mô men tác
động vào bánh xe sau (bánh xe phanh) như trên Hình 2.22,
từ đó có thể xây dựng được phương trình chuyển động
quay của bánh xe sau:
••

J bxs  s = −M ps + Fxsrbxs

(2.27)

2.5.2. Mô hình mô phỏng bánh xe không phanh (bánh
xe trước)
Trong quá trình phanh xe máy, bánh xe phía trước
không phanh chỉ lăn bị động trong suốt quá trình phanh.
••

J bxt t = Fxt rbxt

(2.29)
7

Hình 2.22. Lực tác dụng lên bánh xe khi
phanh


2.5.3. Mô hình mô phỏng lốp xe
Mô hình Burckhardt [52], [62] xác định quan hệ độ trượt của lốp xe và hệ số bám
số bám tổng


r

 x theo hệ

và độ trượt tổng sr .

(

)

x = C1 1− e−C s − C3s
2

(2.31)

2.5.4. Mô hình mô phỏng quá trình phanh trên đường thẳng
Trong quá trình phanh, với các giả thiết đã nêu, xe máy chịu các lực tổng hợp tác dụng theo
phương chuyển động của xe như trên Hình
2.27, phương trình chuyển động của xe khi
phanh được viết như sau:
••

Fxt + Fxs = mtong x

(2.32)

Phản lực theo phương thẳng đứng
tác dụng vào bánh xe phía trước:

Fzt =


••
mtong
( gb + hg x)
a+b

(2.34)

Phản lực theo phương thẳng đứng
tác dụng vào bánh xe phía sau:

Fzs =

••
mtong
( ga − hg x)
a+b

Hình 2.27. Lực tác dụng lên xe máy

(2.35)

2.5.5. Kết quả mô phỏng bằng mô hình đã xây dựng
Để kiểm tra mô hình mô phỏng luận án tiến hành mô phỏng bằng mô hình hệ thống phanh
như Hình 2.29, khi cơ cấu điều áp chưa được cấp lực nam châm điện Fnc=0 và thông số đầu vào như
Bảng 2.2 trên các loại đường có hệ số bám cực đại lần lượt là max = 0,3; 0,5; 0,7 với các mức tác
động phanh khác nhau với giả thiết sau 0,5s đạt mức đạp phanh cần thiết lần lượt là Fs= 50N, 90N,
130N thu được các kết quả như trên các hình từ Hình 2.31 đến Hình 2.33.

Hình 2.32. Kết quả mô phỏng trên đường max = 0,5

8


Từ các kết quả mô phỏng trên có thể thấy quy luật sự thay đổi độ trượt, vận tốc góc bánh xe,
áp suất phanh và gia tốc góc bánh xe trong quá trình phanh trên các loại đường có hệ số bám cực
đại khác nhau với các mức tác động phanh khác nhau phù hợp với các quy luật đã công bố trên các
tài liệu lý thuyết. Từ đó có thể khẳng định mô hình đã xây dựng với các giả thuyết đã nêu có thể sử
dụng để mô phỏng xác định các thông số cơ cấu điều áp cũng như xác định sơ bộ ngưỡng điều
khiển lý thuyết nhằm tiết kiệm thời gian và chi phí tiến hành thực nghiệm.
2.6. Mô phỏng xác định thông số cơ cấu điều áp
2.6.1. Mô phỏng xác định lực nam châm điện
Mô phỏng hoạt động của cơ cấu điều áp theo mô hình mô phỏng như Hình 2.29 với các thông
số chọn trước là đường kính cong trượt dp=0,008m; lò xo hồi vị có độ cứng kxl = 30.103 (N/m) và
biến dạng ban đầu (nén) l0 = 0,0055(m) và các thông số của đối tượng nghiên cứu như Bảng 2.2.
Do chưa có bộ điều khiển, luận án sử dụng bộ tạo xung để tạo ra quy luật biến thiên lực nam châm
điện có dạng xung vuông như Hình 2.35a. Đưa vào quy luật tác động phanh trong quá trình mô
phỏng như Hình 2.35b.
Tiến hành mô phỏng với nhiều giá trị lực nam châm điện khác nhau, phân tích sự thay đổi vận
tốc góc bánh xe và độ trượt bánh xe, luận án thấy rằng nam châm điện phải có giá trị tối thiểu 193N
đảm bảo cơ cấu điều áp cũng như hệ thống làm việc tương đối tốt. Kết quả mô phỏng trên đường có
hệ số bám cực đại max = 0,5 với giá trị lực nam châm điện là 193N như các hình sau:

Hình 2.35. Quy luật tác dụng lực

Từ đồ thị kết quả mô phỏng hệ thống phanh có cơ cấu điều áp cho thấy:
Vận tốc góc của bánh xe giảm dần về giá trị “0” trong suốt quá trình phanh và biến thiên tăng
giảm cùng pha với quy luật biến thiên của lực nam châm điện với chu kỳ 1s (0,5s tăng, 0,5s giảm).

9



Tức là trong chu kỳ 1s, 0,5s đầu nam châm điện chưa tạo lực hút vận tốc góc giảm mạnh, 0,5s sau
khi lực nam châm điện tăng Hình 2.35b vận tốc góc của xe tăng (giảm ít hơn) (Hình 2.36).
Độ trượt của bánh xe biến thiên ngược pha với biến thiên của lực nam châm điện (Hình 2.37).
Trong chu kỳ 1s, 0,5s đầu nam châm điện chưa làm việc độ, trượt tăng mạnh, 0,5s sau nam châm
điện tạo lực hút độ trượt giảm xuống. Tuy nhiên do có sự phân bố lại trọng lượng xe khi phanh làm
lực bám bánh xe phía sau giảm dẫn đến bánh xe phía sau rất dễ trượt nên độ trượt tăng nhanh đến
giá trị bằng 1.
Bảng 2.4. Các thông số nam châm điện một chiều
Như vậy với hai thông số klx =
TT
Thông số
Giá trị Đơnvị
30.103 N/m, dp = 8 mm luận án đã xác
1 Lực nam châm điện một chiều
193
N
định được giá trị lực nam châm điện tối
thiểu Fncs =193N cho kết quả làm việc
2 Khe hở đường sức từ thông
0,4
cm
của hệ thống tương đối tốt, đây là cơ sở
3 Tổng số vòng dây
1600
vòng
cho việc tính toán thiết kế nam châm
điện của cơ cấu điều áp.
4 Số cuộn dây (mắc song song)
2

cuộn
2.6.2. Tính nam châm điện cơ cấu
5 Đường kính lõi nam châm
4
cm
điều áp
Với phương án tính toán thiết kế
6 Đường kính dây dẫn (cả cách điện)
0,87
mm
chế tạo nam châm điệ thông qua 2 bước:
tính nam châm điện bằng công thức từ (2.36) đến (2.43) và kiểm nghiệm lực từ công thức (2.44)
đến (2.47) luận án chế tạo được lực nam châm điện có thông số như Bảng 2.4.
2.7. Nghiên cứu khả năng đáp ứng tần số điều khiển của hệ thống có cơ cấu điều áp
Để khảo sát quá trình thay đổi áp
suất trong hệ thống phanh, tiến hành thử
nghiệm với trình tự như sau: Đạp phanh
dứt khoát với lực đạp lớn để áp suất tăng
cực đại và cố gắng giữ nguyên trạng thái
đó trong khoảng 3 - 5 giây và sau đó nhả
phanh dứt khoát. Sự biến thiên áp suất
dầu phanh được thiết bị đo ghi lại như
đồ thị Hình 2.40.
Qua đồ thị này có thể nhận thấy tỉ
lệ thời gian của quá trình tăng áp suất và
Hình 2.40. Áp suất dầu trong hệ thống khi phanh bình thường
thời gian của quá trình giảm áp suất
trong hệ thống phanh ở mức khoảng
60/40%. Từ nhận xét này, luận án tiếp
tục tiến hành các thí nghiệm như sau:

Tạo dãy xung có tần số thay đổi từ
2,0 Hz, 2,5Hz … 8 Hz để điều khiển cơ
cấu điều áp của hệ thống với tỉ lệ thời
gian tăng áp/giảm áp là 60/40 %. Theo
dõi, khảo sát sự biến thiên áp suất dầu
phanh trong hệ thống phanh bánh xe
sau.
Thống kê giá trị áp suất dầu phanh
cao nhất và thấp nhất trong cơ cấu Hình 2.42. Giá trị áp suất cao nhất và thấp nhất đạt được trong
cơ cấu phanh sau theo tần số của xung điều khiển

10


phanh sau theo tần số của xung điều khiển, thu được đồ thị quy luật biến thiên áp suất theo tần số
xung điều khiển như trên Hình 2.42.
Từ đồ thị trên Hình 2.42 có thể thấy khi tần số xung điều khiển lớn hơn 6Hz khoảng biến
thiên áp suất trong cơ cấu phanh bị thu hẹp rất nhanh. Khi điều khiển hệ thống làm việc với tần số
lớn hơn 6Hz, mặc dù hệ thống vẫn làm việc tuy nhiên khả năng điều chỉnh áp suất hệ thống bị thu
hẹp. Do vậy có thể nhận thấy hệ thống phanh hạn chế trượt lết với cơ cấu điều áp đã chế tạo có thể
làm việc với tần số điều khiển đến khoảng 6Hz. Đây là cơ sở để thiết kế bộ điều khiển điện tử của
hệ thống.
2.8. Kết luận chương 2
Trên cơ sở phân tích hệ thống phanh dẫn động thủy lực có sẵn trên xe máy, chương này của
luận án đã đề xuất hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy với các bộ phận sẵn có là xy lanh
chính, cơ cấu phanh và trang bị thêm vào hệ thống cơ cấu điều áp và bộ điều khiển. Hệ thống phanh
hạn chế trượt lết hoạt động theo nguyên tắc sử dụng cơ cấu điều áp gồm hai trạng thái tăng áp và
giữ áp, điều chỉnh áp suất phanh trong cơ cấu phanh từ đó thay đổi mô men phanh tại bánh xe.
Mô hình mô phỏng hệ thống dẫn động phanh thủy lực có hệ thống hạn chế trượt lết kết hợp
với mô hình mô phỏng động lực học quá trình phanh đã được xây dựng với một số giả thiết cho

trước của xe máy trên phần mềm Matlab – Simulink. Kết quả mô phỏng trên mô hình này phù hợp
với quy luật hoạt động đã phổ biến của hệ thống trong thực tế.
Các thông số của cơ cấu điều áp của hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe đã được xác
định thông qua tính toán, thiết kế chế tạo và mô phỏng cơ cấu điều áp, cụ thể: đường kính con trượt
cơ cấu điều áp (8mm), lò xo có độ cứng (30.103 N/m được lắp với độ biến dạng ban đầu
l0 = 0,0055m ) và lực nam châm điện (193N).
Khả năng đáp ứng tần số điều khiển của cơ cấu điều áp cũng như hệ thống phanh hạn chế
trượt lết đã được xác định thông qua thực nghiệm, kết quả cho thấy hệ thống có thể làm việc đến tần
số khoảng 6Hz.
Để hệ thống phanh hạn chế trượt lết hoạt động hiệu quả, việc điều khiển hệ thống hay điều
khiển cơ cấu điều áp kiểm soát áp suất phanh trong hệ thống khi phanh có vai trò rất quan trọng. Do
vậy thuật toán điều khiển cơ cấu điều áp cũng như chế tạo bộ điều khiển sẽ được luận án tiếp tực
trình bày trong các chương sau.
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN (ECU)
3.1. Nghiên cứu chọn thuật toán điều
khiển
Gia tốc góc của bánh xe khi phanh là
đạo hàm theo thời gian của vận tốc góc
bánh xe nên nó thể hiện xu hướng tăng
tốc, giảm tốc cũng như bó cứng của bánh
xe. Vận tốc góc bánh xe  có thể xác định
bằng cảm biến vận tốc góc thông thường,
từ đó hệ thống có thể tính toán được gia
tốc góc của các bánh xe trên cơ sở đạo
hàm giá trị vận tốc góc đo được đó. Do đó Hình 3.2. Nguyên lý xác định pha điều khiển áp suất theo
gia tốc góc
luận án chọn phương pháp điều khiển hệ
thống phanh hạn chế trượt lết theo gia tốc góc của bánh xe khi phanh.
11



Khi phanh, bộ điều khiển được cấp
nguồn điện và liên tục theo dõi vận tốc
góc bánh xe từ đó tìm ra vận tốc ban đầu
của xe v và gia tốc góc của các bánh xe.
Nếu vận tốc này của xe máy nhỏ hơn giá
trị định trước v1, hệ thống phanh không
kích hoạt chế độ có điều khiển của hệ
thống phanh hạn chế trượt lết mà chỉ hoạt
động như trạng thái phanh bình thường.
Nếu vận tốc v của xe máy lớn hơn v1, bộ
điều khiển sẽ chạy chương trình điều
khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết đã
được lập trình sẵn như lưu đồ thuật toán
trên Hình 3.3.
3.2. Xác định ngưỡng gia tốc góc điều
khiển hệ thống
3.2.1. Mô phỏng điều khiển theo độ
trượt bánh xe
Hình 3.3. Lưu đồ thuật toán điều khiển phanh theo gia tốc
góc bánh xe
Một bộ điều khiển tạm thời được
xây dựng trên thuật toán điều khiển theo độ trượt của bánh xe. Bắt đầu quá trình phanh, áp suất dầu
trong hệ thống phanh tăng làm độ trượt của bánh xe tăng dần. Khi độ trượt vượt quá ngưỡng giới
hạn s1 , bộ điều khiển chuyển sang trạng thái (pha) giảm áp suất trong hệ thống phanh. Vận tốc góc
của bánh xe tăng dần, độ trượt giảm dần đến khi nhỏ hơn giá trị s2 , bộ điều khiển chuyển sang pha
điều khiển tăng áp suất. Chu trình điều khiển gồm các pha tăng áp, giảm áp được điều khiển biến
đổi qua lại liên tục đến khi kết thúc quá trình hoạt động. Các pha điều khiển của bộ điều khiển và
các giá trị ngưỡng độ trượt của bánh xe s1 ,


s2 được minh họa trên Hình 3.4.
Bộ điều khiển được xây dựng trên thuật
toán điều khiển theo độ trượt bánh xe. Các
trạng thái làm việc của bộ điều khiển – hệ
thống phanh hạn chế trượt lết và các ngưỡng
giới hạn điều khiển và được mô tả như trên
Hình 3.5.
Tiến hành mô phỏng hệ thống theo bộ
giá trị ngưỡng độ trượt ( s1 , s2 ) tương ứng
với giả thiết biết trước được miền biến thiên
độ trượt mong muốn (từ 15% đến 25%) và
quy luật tác dụng lực lên bàn đạp phanh Hình
2.35a. Quá trình này được thực hiện lặp lại
nhiều lần trên các đường có hệ số bám cực
Hình 3.5. Lưu đồ thuật toán điều khiển theo độ trượt
đại khác nhau, phân tích, đánh giá các kết quả
bánh xe
mô phỏng tương ứng (độ trượt bánh xe, vận
tốc góc, gia tốc góc, áp suất phanh …) khi hệ thống đạt hiệu quả phanh tương đối tốt. Kết quả mô
phỏng trên đường có hệ số bám cực đại max = 0,5 như trên các hình từ Hình 3.8 đến Hình 3.11.
12


Từ kết quả mô phỏng trên có thể thấy với đường có hệ số bám cực đại max = 0,5 , trong
trường hợp có điều khiển, độ trượt bánh xe phía sau đã được điều khiển duy trì quanh giá trị trung
bình 20% gần với vùng độ trượt mong muốn từ khi phanh đến khi vận tốc xe giảm xuống dưới vận
tốc giới hạn điều khiển (4m/s) khoảng 3,6s, áp suất phanh trong cơ cấu phanh bánh xe sau biến
thiên theo chu kỳ ngược pha với vận tốc góc giá trị áp suất biên thiên từ 0,6.106 (N/m2) đến 3,4.106
(N/m2). Trong khi nếu không có điều khiển, độ trượt bánh xe sau tăng nhanh đến giá trị trượt hoàn
toàn, vận tốc góc xe giảm về giá trị “0” trong khoảng 1,4s, điều này cho thấy khi không có điều

khiển bánh xe phái sau đã bị bó cứng sau 1,4s từ khi bắt đầu phanh. Từ đó có thể thấy bánh xe đã
không còn xảy ra hiện tượng trượt lết. Độ trượt bánh xe đã được điều khiển cải thiện nhiều so với
trường hợp không điều khiển mặc dù độ trượt vẫn còn sai số trong quá trình điều khiển ở khoảng
thời gian phanh cuối khi vận tốc xe nhỏ đi. Vậy bộ điều khiển theo độ trượt đã làm việc hiệu quả
trong vùng độ trượt gần với vùng độ trượt mong muốn (15% – 25%). Từ kết quả mô phỏng theo độ
trượt nằm trong vùng trượt đó trên các loại đường có hệ số bám cực đại khác để thu thập kết quả
mối quan hệ giữa tín hiệu điều khiển và gia tốc góc bánh xe.
Phân tích sự biến thiên gia tốc góc bánh xe tương ứng trạng thái hoạt động của bộ điều khiển
trong các trường hợp mô phỏng hoạt động hệ thống phanh hạn chế trượt lết theo độ trượt. Từ sự
biến thiên của tín hiệu điều khiển (điều khiển cơ cấu điều áp), xác định được thời điểm bộ điều
khiển chuyển pha trên đường gia tốc góc bánh xe. Từ đó xác định được các giá trị gia tốc góc bánh
xe ứng với các thời điểm bộ điều khiển chuyển pha trong quá trình phanh là bộ ngưỡng điều khiển
hệ thống phanh hạn chế trượt lết theo gia tốc góc (Hình 3.12).

13


Hình 3.12. Biến thiên giá trị gia tốc góc theo tín hiệu điều khiển trên đường max = 0,5
Bằng phương pháp nghiên cứu như trên Hình 3.12, luận án tiến hành mô phỏng và thống kê
được miền biến thiên giá trị gia tốc góc bánh xe trong trường hợp mô phỏng hoạt động của hệ thống
điều khiển theo độ trượt như Bảng 3.1.
Bảng 3.1. Miền biến thiên ngưỡng giá trị gia tốc góc
Từ bảng thống kê miền biến
Bánh xe phía sau
thiên ngưỡng giá trị gia tốc góc có thể
1 (rad/s2)
 2 (rad/s2)
thấy với bánh xe phía sau, để hệ thống
điều khiển chuyển từ pha tăng áp (tín Giới hạn trên Giới hạn dưới Giới hạn trên Giới hạn dưới
31,9

14,1
-68,0
-95,3
hiệu DK=0) sang pha giảm áp (tín hiệu
DK=1) khi gia tốc góc giảm nhỏ hơn
giá trị từ -68,0 (rad/s2) đến -95,3 (rad/s2). Giá trị gia tốc góc bánh xe sau để hệ thống điều khiển
chuyển từ pha giảm áp (tín hiệu DK=1) sang pha tăng áp (tín hiệu DK=0) khi gia tốc góc tăng lớn
hơn giá trị từ +14.1 (rad/s2) đến +31,9 (rad/s2).
3.2.2. Mô phỏng điều khiển theo gia tốc góc bánh xe
Với miền giá trị gia tốc góc bánh xe xác định sơ bộ thông qua mô phỏng hệ thống điều khiển
theo độ trượt. Tiến hành mô phỏng hệ thống theo các giá trị ngưỡng gia tốc góc sơ bộ với thông số
đầu vào như Bảng 2.2 và quy luật tác dụng lực lên bàn đạp phanh như Hình 2.34a. Đánh giá kết quả
mô phỏng để điều chỉnh bộ giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển 1 ,  2 cho hệ thống phanh bánh
sau. Quá trình này được thực hiện lặp lại nhiều lần khi hệ thống đạt hiệu quả phanh tốt nhằm xác
định, hiệu chỉnh các giá trị 1 ,  2 .
Đánh giá kết quả mô phỏng theo thông số vận tốc góc bánh xe theo nguyên lý như trên Hình
3.15. Đường vận tốc góc bánh xe lý tưởng AB được xác định được đối với mỗi loại đường có hệ số
14


bám cực đại max . Điểm A là điểm vận tốc góc bánh xe ban đầu khi xe bắt đầu phanh. Điểm B là
điểm kết thúc quá trình phanh vận tốc xe v = 0.
Từ đó luận án vẽ được đường vận tốc góc bánh xe lý tưởng như trên Hình 3.15.
Hiệu chỉnh các giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển sao cho đường vận tốc góc khi phanh có
điều khiển gần nhất với đường vận tốc
góc lý tưởng bằng cách xác định diện
tích miền chênh lệch giữa 2 đường (phần
diện tích gạch chéo) S sao cho diện
tích này là nhỏ nhất từ đó xác định được
giá trị gia tốc góc ngưỡng tốt nhất cho

loại đường đó. Diện tích so sánh S
chính là tích phân sai lệch của thông số
điều khiển theo thời gian, thể hiện chất
lượng quá trình điều khiển. Tính các giá
trị tuyệt đối diện tích so sánh giữa đường
vận tốc góc có điều khiển và đường vận
Hình 3.15. Vận tốc góc bánh xe trong quá trình điều khiển
tốc góc lý tưởng được ma trận giá trị
theo cặp ngưỡng. Từ đó có thể vẽ lên đồ thị dạng mặt của ma trận diện tích so sánh và xác định
được giá trị diện tích so sánh nhỏ nhất. Xác định ngưỡng tương ứng với vùng diện tích đó được
chọn để thiết kế hệ thống.
Tuy nhiên đối với mỗi loại đường có giá trị ngưỡng khác nhau, không thể có giá trị ngưỡng
tốt nhất cho tất cả loại đường. Vì vậy chỉ có thể xác định giá trị ngưỡng tương đối tốt cho các loại
đường đang xét. Bằng cách xác định ma trận giá trị diện tích so sánh đối với mỗi loại đường sau đó
tìm ma trận trung bình của các ma trận đó bằng công thức (3.3) và tìm giá trị nhỏ nhất trong ma trận
trung bình rồi từ giá trị nhỏ nhất đó xác định ra ngưỡng tương đối tốt cho các loại đường đang xét.

.
Hình 3.16. Đồ thị quan hệ diện tích so sánh với ngưỡng điều khiển

15


Từ đồ thị quan hệ giữa diện tích so sánh với ngưỡng điều khiển, có thể thấy vùng màu xanh
có giá trị diện tích so sánh thấp hơn hẳn
Bảng 3.4. Ngưỡng gia tốc góc điều khiển
các vùng có màu khác. Vùng màu xanh
Ngưỡng gia tốc góc điều khiển
tương ứng với vùng phân bố ngưỡng hẹp
Chuyển trạng thái

bánh xe sau
nên luận án chọn giá trị ngưỡng trong
Giảm áp → Tăng áp
1 = 21,5 (rad/s2)
bình trong khoảng phân bố ngưỡng đó.
Vùng màu xanh có giá trị diện tích so
Tăng áp → Giảm áp
 2 = -77,5 (rad/s2)
sánh nhỏ nhất tương ứng với vùng phân
bố cặp ngưỡng là 1 (20 đến 23),  2 (-79 đến -76). Từ vùng phân bố ngưỡng này luận án lấy vị
trí trung bình tương ứng với giá trị ngưỡng như trong Bảng 3.4.
Một số kết quả mô phỏng quá trình phanh trên đường có hệ số bám cực đại max = 0,5 với vận
tốc ban đầu trước khi phanh v0 = 15 m/s (54 km/h) trình bày trong các Hình 3.17 đến Hình 3.20.

Từ các đồ thị kết quả mô phỏng trên đây có thể nhận thấy với bộ giá trị ngưỡng gia tốc góc
điều khiển trong Bảng 3.4 được đưa vào hệ thống trên đường hệ số bám cực đại max = 0,5 , hệ
thống hoạt động hiệu quả thể hiện trên các hình từ Hình 3.17 đến Hình 3.20.
Từ đồ thị độ trượt trên Hình 3.17 có thể thấy khi mô phỏng quá trình phanh điều khiển theo
theo gia tốc góc bánh xe, độ trượt trong trường hợp có điều khiển biến thiên có chu kỳ quanh giá trị
độ trượt trung bình khoảng 28%, độ trượt được cải thiện rõ dệt, còn trong trường hợp không điều
khiển độ trượt tăng nhanh đến giá trị trượt hoàn toàn trong suốt quá trình phanh. Trong quá trình
16


phanh điều khiển theo gia tốc góc, độ trượt trung bình theo kết quả mô phỏng khoảng 28% sai lệch
8% so với độ trượt trung bình theo kết quả mô phỏng quá trình phanh theo độ trượt (khoảng 20%)
điều này là do quá trình phanh điều khiển gần đúng theo đại lượng trung gian là gia tốc góc bánh xe
nên với sai lệch 8% có thể chấp nhận được.
Từ đồ thị vận tốc góc bánh xe Hình 3.18, trong trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết
không hoạt động (không điều khiển), trong khoảng thời gian 0,8 giây ban đầu khi phanh, vận tốc

góc bánh xe động giảm nhanh về giá trị 0 (bánh xe bị bó cứng). Còn trong trường hợp có điều khiển
vận tốc góc bánh xe tăng giảm theo chu kỳ trong quá trình phanh, điều đó cho thấy trong thường
hợp có điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết đã giảm được hiện tượng trượt lết bánh xe.
Từ đồ thị áp suất phánh Hình 3.19, cho thấy trong trường hợp không điều khiển áp suất tăng
lên giá trị cực đạo và duy trì ở giá trị cực đại, còn trong trường hợp có điều khiển áp suất phanh
tăng giảm theo chu kỳ từ giá trị 0,6.106 N/m2 đến khoảng 3,4.106 N/m2. Điều này cho thấy hệ thống
phanh hạn chế trượt lết đã thực hiện điều chỉnh áp suất phanh trong suốt quá trình phanh.
Từ đồ thị gia tốc góc bánh xe Hình 3.20, có thể thấy trong trường hợp không có điều khiển
gia tốc góc bánh xe giảm nhanh về giá trị cực tiểu sau đó trở về giá trị 0, còn trường hợp có điều
khiển gia tốc góc bánh xe biến thiên tăn giảm có chu kỳ gần với giá trị ngưỡng điều khiển. Điều này
cho thấy hệ thống phanh hạn chế trượt lết khi mô phỏng đã hoạt động và cải thiện gia tốc góc bánh
xe gần với vùng ngưỡng điều khiển từ đó giảm được nguy cơ trượt lết bánh xe
Từ các nhận xét về kết quả mô phỏng trên cho thấy bộ ngưỡng gia tốc góc điều khiển xác
định trong Bảng 3.4 là cơ sở để thiết kế chế tạo bộ điều khiển điện tử cho hệ thông phanh hạn chế
trượt lết dùng trong thực nghiệm.
3.3. Thiết kế chế tạo ECU
3.3.1. Cấu trúc hệ thống phanh hạn chế trượt lết và bộ điều khiển
Hệ thống phanh hạn chế
trượt lết thiết kế cho xe máy sử
dụng cảm biến để đo vận tốc góc
của bánh xe, cơ cấu điều áp điều
khiển độc lập cho bánh xe sau.
Bộ điều khiển (ECU) sẽ liên tục
theo dõi vận tốc góc bánh xe để
xác định gia tốc góc và đưa ra tín
hiệu điều khiển cơ cấu điều áp
khi cần thiết.
Bộ điều khiển gồm các
Hình 3.21. Cấu trúc mạch điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết
khối chức năng sau:


Hình 3.22. Cấu trúc và bộ điều khiển điện tử của hệ thống phanh hạn chế trượt lết
17


3.4. Kết luận chương 3
Việc nghiên cứu phương pháp điều khiển là cần thiết và có ý nghĩa quan trọng đối với việc đề
xuất thuật toán và các thông số điều khiển khác. Qua các nội dung trong chương 3 có thể đưa ra các
kết luận sau:
Thuật toán điều khiển theo gia tốc góc bánh xe đã được nghiên cứu lựa chọn làm cơ sở cho
thiết kế bộ điều khiển, thông số thời gian trích mẫu điều khiển cơ cấu điều áp hệ thống phanh hạn
chế trượt lết đã được tính toán phù hợp để hệ thống làm việc tốt.
Phương pháp xác định và hiệu chỉnh ngưỡng gia tốc góc điều khiển được nghiên cứu thông
qua mô phỏng điều khiển theo độ trượt để bánh xe hoạt động trong vùng trượt mong muốn khi
phanh, từ đó xác định được miền phân bố ngưỡng gia tốc góc. Thông qua mô phỏng điều khiển theo
gia tốc góc trong miền phân bố ngưỡng gia tốc góc và phân tích vận tốc góc bánh xe trong quá trình
mô phỏng và vận tốc góc tương ứng với vận tốc chậm dần của xe, ngưỡng điều khiển theo gia tốc
góc được xác định: giá trị gia tốc góc điều khiển chuyển sang trạng thái tăng áp là 1 = 21,5 (rad/s2)
và giá trị gia tốc góc điều khiển chuyển sang trạng thái giảm áp là  2 = -77,5 (rad/s2).
Bộ điều khiển điện tử để điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy được thiết
kế chế tạo và kiểm tra hoạt động, kết quả cho thấy bộ điều khiển điện tử đã làm việc được trên hệ
thống thực.
CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM
4.1. Bố trí hệ thống trên xe
4.1.1. Sơ đồ bố trí hệ thống trên xe máy

Hình 4.1. Sơ đồ bố trí hệ thống trên xe máy
4.1.2. Bố trí hệ thống phanh hạn chế trượt lết trên xe máy thực.
4.1.2.1 Bố trí cơ cấu điều áp


18


(A). Bố trí cơ cấu điều áp
(D). Bố trí cảm biến vận tốc góc
(B). Bố trí bộ điều khiển (ECU)
(E). Bố trí cảm biến áp suất
(C). Bố trí thiết bị đo
(F). Bố trí cảm biến gia tốc phanh
Hình 4.2. Bố trí hệ thống trên xe máy
4.2. Thực nghiệm
4.2.1. Mục đích thực nghiệm
Thực nghiệm trên cơ sở bộ giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt
lết đã xác định sơ bộ bằng phương pháp mô phỏng trên máy tính, đánh giá hiệu quả hoạt động của
hệ thống phanh hạn chế trượt lết trên xe máy nghiên cứu.
4.2.2. Thiết bị đo ghi dữ liệu dùng trong thực nghiệm

4.2.3. Phương án thực nghiệm
Bảng 4.3. Giá trị ngưỡng gia tốc góc điều khiển hệ thống phanh
Với bộ giá trị ngưỡng Bảng 4.3,
hạn chế trượt lết phù hợp với giá trị đo trong thực nghiệm
luận án tiến hành thử nghiệm trong hai
Ngưỡng gia tốc góc điều khiển
Chuyển trạng thái
trường hợp có điều khiển và không
bánh xe sau
điều khiển hệ thống phanh hạn chế
Tăng áp → Giảm áp
1 = 21 (rad/s2)
trượt lết trên hai loại đường: đường

Giảm áp → Tăng áp
 2 = -77 (rad/s2)
asphalt khô và đường asphalt phủ bùn
sét ở vận tốc 30km/h, 40km/h và 50
km/h. Dưới đây luận án trình bày kết quả thực nghiệm hệ thống phanh hạn chế trượt lết trên trên hai
loại đường: đường asphalt khô và đường asphalt phủ bùn sét ở vận tốc 40km/h.
4.2.4. Kết quả thực nghiệm hệ thống phanh hạn chế trượt lết
Phanh với vận tốc ban đầu V0 = 40 km/h khi không điều khiển hệ thống phanh hạn chế
trượt lết.

19


a) Đường Asphalt khô
b) Đường Asphalt phủ bùn sét
Hình 4.12. Đồ thị vận tốc góc bánh xe khi phanh không điều khiển

a) Đường Asphalt khô
b) Đường Asphalt phủ bùn sét
Hình 4.13. Đồ thị áp suất phanh khi không điều khiển

a) Đường Asphalt khô
b) Đường Asphalt phủ bùn sét
Hình 4.14. Đồ thị gia tốc phanh khi không điều khiển
Từ đồ thị vận tốc góc bánh xe Hình 4.12 có thể thấy trên đường asphalt khô vận tốc góc bánh
xe ban đầu khoảng 42 rad/s đã giảm về 0 rad/s (bánh xe bị bó cứng ngay) sau khoảng 1,2s. Trên
đường asphalt phủ bùn sét vận tốc góc bánh xe giảm về 0 rad/s diễn ra nhanh hơn chỉ trong khoảng
0,7s bánh xe bị cơ bó cứng và trượt lết trong suốt quá trình phanh sau đó.
Từ đồ thị áp suất phanh Hình 4.13 có thể thấy trong trường hợp không điều khiển trên cả hai
loại đường đều áp suất đều tăng lên giá trị cực đại sau đó giảm không đáng kể trong suốt quá trình

phanh điều này cho thấy hệ thống khi trang bị thêm cơ cấu điều áp đảm bảo độ kín kít và áp lực dầu
trong hệ thống dẫn động thủy lực.
Đồ thị áp đồ thị gia tốc phanh Hình 4.14 cho thấy trong trường hợp không điều khiển trên cả
hai loại đường gia tốc phanh tăng cực đại sau đó giảm xuống và duy trì ở gia tốc phanh nhỏ. Gia tốc
phanh trung bình không lớn, trên đương asphalt không gia tốc phanh trung bình đạt khoảng 3,1
m/s2, còn đường asphalt phủ bùn sét gia tốc phanh trung bình đạt khoảng 2,6 m/s2 điều này phù hợp
20


với quy luật thực tế. Từ đồ thị gia tốc phanh có thể thấy thời gian từ khi phanh đến khi xe dùng hẳn
trên đường asphalt khô vào khoảng 3,4s và trên đường asphalt phủ bùn sét vào khoảng 3,8s.
Phanh với vận tốc ban đầu V0 = 40 km/h khi hệ thống phanh hạn chế trượt lết làm việc

a) Đường Asphalt khô
b) Đường Asphalt phủ bùn sét
Hình 4.15. Đồ thị vận tốc góc bánh xe khi phanh có điều khiển

a) Đường Asphalt khô
b) Đường Asphalt phủ bùn sét
Hình 4.16. Đồ thị áp suất phanh khi có điều khiển

a) Đường Asphalt khô
b) Đường Asphalt phủ bùn sét
Hình 4.17. Đồ thị gia tốc phanh khi có điều khiển
Từ đồ thị vận tốc góc bánh xe trên Hình 4.15 có thể thấy vận tốc góc bánh xe tăng giảm có
tính chất chu kỳ trong hầu hết thời gian của quá trình phanh. Bánh xe chỉ bị bó cứng ở khoảng thời
gian rất ngắn cuối quá trình phanh do hệ thống dừng điều khiển khi vận tốc xe đã thấp. Cụ thể:
Trên đường asphalt khô thời gian tính từ khi vận tốc góc bánh xe giảm từ 42 rad/s đến vận
tốc góc bánh xe bằng 0 rad/s (bánh xe dừng quay) diễn ra trong khoảng 2,8s tăng 57% so với trường
hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc (1,2s).

21


Trên đường asphalt phủ bùn sét ướt thời gian tính từ vận tốc góc bánh xe giảm từ 42 rad/s đến
khi vận tốc góc báng xe bằng 0 rad/s diễn ra trong vòng hơn 3,1s tăng 77% so với trường hợp hệ
thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc (0,7s).
Từ đồ thị áp suất phanh trên Hình 4.16 cho thấy trong quá trình phanh áp suất hệ thống phanh
tăng giảm theo chu kỳ. Khoảng biến thiên áp suất trong suốt quá trình phanh trên đường asphalt khô
giá trị áp suất phanh cực tiểu khoảng 16.105 (N/m2), giá trị áp suất phanh cực đại khoảng 36.105
(N/m2); trên đường asphalt phủ bùn sét giá trị áp suất phanh cực tiểu khoảng 10.105 (N/m2), giá trị
cực đại 31.105 (N/m2).
Từ đồ thị áp đồ thị gia tốc phanh trên Hình 4.17 cho thấy gia tốc phanh biến thiên tăng giảm
cùng pha với biến thiên vận tốc góc bánh xe. Gia tốc phanh trung bình tăng lên 18-20% so với
trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc. Cụ thể:
Trên đường asphalt khô gia tốc phanh biến thiên tăng giảm duy trì gia tốc phanh trung bình
khoảng 3,9 m/s2 (trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc khoảng 3,1 m/s2).
Trên đường asphalt phủ bùn sét gia tốc phanh biến thiên tăng giảm duy trì gia tốc phanh trung
bình hơn 3,2 m/s2 (trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc khoảng 2,6 m/s2).
Như vậy có thể thấy đối với cả 2 loại đường gia tốc cực đại và gia tốc biến thiên duy trì với
giá trị gia tốc trung bình cao hơn so với trường hợp không điều khiển, vận tốc góc bánh xe được
điều khiển biến thiên theo chu kỳ trong hầu hết thời gian quá trình phanh điều này chứng tỏ hệ
thống làm việc đã hạn chế được trượt và phần nào đảm bảo hiệu quả phanh trên các loại đường thử
nghiệm.
4.3. Kết luận chương 4
Trong chương này của luận án, các bộ phận của hệ thống phanh hạn chế trượt lết, các cảm
biến và hệ thống đo kiểm phục vụ theo dõi các thông số đã được lựa chọn và bố trí lắp đặt phù hợp
lên xe máy.
Bộ ngưỡng gia tốc góc điều khiển theo thực nghiệm quá trình phanh xe máy đã được xác định
cụ thể: giá trị gia tốc góc điều khiển chuyển sang trạng thái tăng áp 1 = 21 (rad/s2) và giá trị gia
tốc góc điều khiển chuyển sang trạng thái giảm áp  2 = -77 (rad/s2), bộ ngưỡng này được nạp vào

bộ điều khiển để tiến hành thực nghiệm đánh giá hoạt động của hệ thống phanh hạn chế trượt lết.
Thực nghiệm xe máy có trang bị hệ thống phanh hạn chế trượt lết trên bánh xe phía sau đã
được tiến hành và lấy được số liệu thực nghiệm để đánh giá được hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Kết quả thực nghiệm quá trình phanh xe với vận tốc 40 km/h hiệu quả hoạt động của hệ thống trên
2 loại đường asphalt khô và asphalt phủ bùn sét cho thấy:
Trong trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết có làm việc (có điều khiển), vận tốc góc
bánh xe được điều khiển tăng giảm trong khoảng 10 chu kỳ và thời gian từ khi phanh đến khi hệ
thống dừng điều khiển (khi vận tốc thấp không đảm bảo đo chính xác gia tốc góc bánh xe) tăng lên
khoảng 57% (từ 1,2s lên 2,8s) trên đường asphalt khô; tăng lên khoảng 77% (từ 0,7s lên 3,1s) trên
đường asphalt phù bùn sét so với trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc. Điều
này có thấy hệ thống đề xuất đã giảm được hiện tượng trượt lết bánh xe (bó cứng) trong quá trình
phanh.
Gia tốc phanh trung bình trong trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết có làm việc đã
tăng lên khoảng 20% (từ 3,1m/s2 lên 3,9 m/s2) trên đường asphalt khô; khoảng 19% (từ 2,6 m/s2
lên 3,2 m/s2) trên đường asphalt phù bùn sét so với trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết
không làm việc. Các kết quả so sánh này cho thấy hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe đã làm
tăng hiệu quả phanh trên xe thực nghiệm.
22


5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Luận án đã nghiên cứu đề xuất hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho xe máy giúp xe hạn chế
trượt lết bánh xe, ổn định chuyển động trong quá trình phanh. Hệ thống phanh hạn chế trượt lết là
hệ thống phanh trên xe máy được tích hợp thêm cơ cấu điều áp, bộ điều khiển, cảm biến vận tốc góc
bánh xe và bộ đo lường theo dõi thông số động học nhằm hạn chế trượt lết bánh xe, qua đó ổn định
chuyển động khi phanh. Hệ thống phần nào phục vụ giải quyết bài toán vấn đề an toàn cho người và
xe máy trong quá trình phanh gấp đặc biệt trong điều kiện đường sá lạc hậu ở Việt Nam.
Luận án đã tập trung giải quyết bài toán đề xuất hệ thống phanh hạn chế trượt lết từ nghiên
cứu lý thuyết như tính toán, mô phỏng đến tiến hành thiết kế chế tạo, lắp đặt thử nghiệm trên xe
thực. Đây là một hệ thống cơ điện tử phức tạp chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố trong quá trình

nghiên cứu. Luận án đã cố gắng nghiên cứu tất cả các vấn đề của hệ thống. Tuy nhiên đây chỉ là
phiên bản đầu tiên trong quá trình nghiên cứu đề nên khó tránh khỏi chưa giải quyết thấu đáo được
toàn bộ vấn đề trượt lết, ổn định chuyển động cũng như hiệu quả phanh. Mặc dù hệ thống phanh
hạn chế trượt lết cho xe máy mà luận án nghiên cứu có thể ứng dụng cho hệ thống phanh đĩa dẫn
động thủy lực ở cả hai bánh xe máy. Tuy nhiên trong điều kiện thực tế nghiên cứu, luận án mới chỉ
trang bị và thực nghiệm hệ thống trên bánh xe phía sau của một xe máy cụ thể. Từ các kết quả
nghiên cứu luận án có thể đưa ra một số kết luận sau:
1. Luận án đã nghiên cứu đề xuất được cơ cấu điều áp gồm hai trạng thái (tăng áp và giảm áp)
có vai trò điều tiết áp suất phanh trong quá trình phanh. Tính toán cũng như mô phỏng được cơ cấu
điều áp cũng như hệ thống phanh có hệ thống hạn chế trượt lết bánh xe. Mô hình dẫn động thủy lực
và mô hình động lực học quá trình phanh xe máy đã được mô phỏng với một số giả thiết cho trước
để phục vụ nghiên cứu hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh xe cho xe máy.
2. Luận án đã nghiên cứu thuật toán điều khiển theo gia tốc góc bánh xe, bằng mô phỏng xác
định được sơ bộ ngưỡng điều khiển theo lý thuyết với các giá trị cụ thể như trong kết luận chương
3, từ đó làm cơ sở để thiết kế chế tạo được bộ điều khiển cho hệ thống phanh hạn chế trượt lết bánh
xe. Qua quá trình thực nghiệm trên một xe máy cụ thể, luận án đã xác định được bộ ngưỡng điều
khiển theo thực nghiệm với các giá trị cụ thể 1 = 21 (rad/s2),  2 = -77 (rad/s2), các giá trị này
được nạp vào bộ điều khiển đã đề xuất để điều khiển hệ thống phanh hạn chế trượt lết cho bánh xe
phía sau hoạt động hiệu quả, từ đó giúp xe máy hạn chế trượt lết bánh xe trong quá trình phanh.
3. Luận án đã đề xuất phương án và quy trình thực nghiệm để xác định được một số thông số
trong quá trình phanh: vận tốc góc bánh xe, áp suất phanh và gia tốc phanh. Từ các thông số đo
được để bước đầu đánh giá hoạt động của hệ thống đã đề xuất.
4. Luận án đã tiến hành chế tạo thử nghiệm được hệ thống phanh hạn chế trượt lết trên xe
nghiên cứu. Các kết quả thu được từ thực nghiệm thể hiện đúng quy luật vật lý quá trình phanh xe
máy và hệ thống phanh hạn chế trượt lết đã làm việc theo đúng mục tiêu đặt ra, làm giảm trượt lết
bánh xe. Bước đầu cải thiện hiệu quả phanh trên hai loại đường asphalt khô và asphalt phủ bùn sét,
kết quả thử nghiệm quá trình phanh xe từ vận tốc 40 km/h trong trường hợp hệ thống phanh hạn chế
trượt lết có làm việc so với trường hợp hệ thống phanh hạn chế trượt lết không làm việc cho thấy:
+ Vận tốc góc bánh xe biến thiên tăng giảm khoảng 10 chu kỳ và thời gian từ khi phanh đến
khi hệ thống dừng điều khiển (do vận tốc thấp không đảm bảo đo chính xác gia tốc góc bánh xe)

trong khoảng 2,8s (asphalt khô) và 3,1s (asphalt phủ bùn sét) so với khi hệ thống không làm việc
vận tốc góc bánh xe giảm nhanh về giá trị 0 (bánh xe bị trượt lết ngay) sau 1,2s (asphalt khô) và
0,7s (asphalt phủ bùn sét). Điều này có thấy hệ thống đề xuất đã giảm được hiện tượng trượt lết
bánh xe (bó cứng) trong quá trình phanh.
23


+ Gia tốc phanh trung bình đã tăng lên khoảng 20% trên đường asphalt khô và đường asphalt
phù bùn sét, từ đó cải thiện một phần hiệu quả trong quá trình phanh xe máy.
Kiến nghị và hướng nghiên cứu tiếp theo
1. Tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện hệ thống phanh hạn chế trượt lết thực nghiệm lắp cho cả
bánh xe trước và bánh xe sau.
2. Đánh giá hoạt động của hệ thống phanh hạn chế trượt lết thông qua đầy đủ các chỉ tiêu
đánh giả hiệu quả phanh xe máy như quãng đường phanh, thời gian phanh, lực phanh, góc lệch bên
thân xe....
3. Nghiên cứu áp dụng hệ thống hạn chế trượt lết trên các mẫu xe máy khác.

24