Bộ Giáo Dục và Đào Tạo

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Khoa Đào Tạo Chất Lượng Cao

NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
TÊN ĐỀ TÀI: “Thi công mô hình hệ thống phanh ABS phục vụ công tác giảng
dạy thực hành”
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:
SINH VIÊN THỰC HIỆN:

I. Nội dung :
-

Nghiên cứu tổng quan đề tài
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hệ thống phanh chống hãm cứng ABS
Thiết kế và thi công mô hình hệ thống phanh chống hãm cứng ABS
Kết quả, kết luận và kiến nghị
Viết báo cáo

II. Trình bày:
Thuyết minh đề tài: 01 cuốn thuyết minh
III. Thời gian thực hiện:
1. Ngày bắt đầu:
2. Ngày hoàn thành:

Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2020

TRƯỞNG BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................

.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
.............................................................................................................................................
Tp Hồ Chí Minh, ngày …... tháng …... năm 2020
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt bốn năm học tập và làm việc tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
TPHCM, chúng em đã được sự dạy dỗ ân cần, tận tình của Thầy Cô giáo trong trường, đặc
biệt là Thầy Cô giáo trong các bộ môn ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô. Chúng em xin chân
thành cảm ơn:
Toàn thể giáo viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM đã dạy dỗ, giúp đỡ
chúng em trong suốt quá trình học tập.
Toàn thể Thầy Cô các bộ môn ngành Công nghệ kỹ thuật ô tô đã cung cấp cho chúng
em những kiến thưc bổ ích trong suốt quá trình học tập.

Đặc biệt, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy ThS. Huỳnh Thịnh, thầy
ThS. Thái Huy Phát đã định hướng đề tài, có phương pháp hướng dẫn chúng em tiếp cận
từng bước với những điều mới lạ, những khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài nghiên
cứu đã được thầy giải đáp để chúng em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình.
Trong suốt quá trình thực hiện đồ án chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót.
Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các Thầy, các Cô để để chúng em có
thể cải thiện cả về mặt kiến thức chuyên môn cũng như thái độ học tập và làm việc sau
này.

i


TÓM TẮT
Đề tài: “Thi công mô hình hệ thống phanh ABS phục vụ công tác giảng dạy thực
hành” được chia làm 4 chương:
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
-

Tổng quan về hệ thống phanh chống hãm cứng
Động lực học của bánh xe khi phanh
Nguyên lý (thuật toán điều khiển hệ thống ABS), Cấu tạo chi tiết hệ thống

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG
Thiết kế bố trí (ý tưởng, yêu cầu hoạt động mô hình, các phương án thiết kế, bản
vẽ bố trí)
Thiết kế kỹ thuật (tính toán, chọn các kích thước, phương án, vật liệu; tính toán
điều kiện làm việc, tải trọng; kiểm nghiệm bền).
Thiết kế công nghệ (Hệ thống điều khiển điện tử, hiển thị, giả lập…)
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ, KẾT LUẬN

Kết quả (mô hình hoàn thiện, kết quả hoạt động của mô hình, các chế độ hoạt
động…)
Kết luận và kiến nghị

ii


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... i
TÓM TẮT............................................................................................................................ ii
MỤC LỤC ..........................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................... vi
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU .................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ ....................................................................viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................................... 1
1.1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................................... 1
1.2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................. 1
1.3. Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu .................................................. 1
1.4. Các nghiên cứu trong và ngoài nước (Các mô hình ABS đã có trên thị trường hay
có ở xưởng, ưu - nhược điểm của các mô hình đó) ......................................................... 2
1.4.1. Các mô hình nghiên cứu phanh ABS trên thị trường hiện nay........................... 2
1.4.2. Các mô hình nghiên cứu mô hình ABS đang có tại đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM ........................................................................................................................ 3
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .................................................................................... 5
2.1. Tổng quan về hệ thống phanh chống hãm cứng. ...................................................... 5
2.1.1. Khái niệm và mục đích của hệ thống phanh chống hãm cứng. .......................... 5
2.1.2. Cấu tạo chung ..................................................................................................... 5
2.1.3. Yêu cầu ............................................................................................................... 8
2.1.4. Phân loại ............................................................................................................. 8
2.2. Động lực học của bánh xe khi phanh ........................................................................ 9

2.3. Nguyên lý (thuật toán điều khiển hệ thống ABS), Cấu tạo chi tiết hệ thống ......... 11
2.3.1. Nguyên lý (Thuật toán điều khiển hệ thống ABS) ........................................... 11
2.3.1.1. Hệ thống điều khiển ................................................................................... 11
2.3.1.2. Các biến được điều khiển ........................................................................... 13
2.3.1.3. Biến điều khiển cho bánh xe bị động ......................................................... 13
2.3.1.4. Biến điều khiển cho bánh xe chủ động ...................................................... 14
2.3.1.5. Hiệu quả của kiểm soát .............................................................................. 15
2.3.2. Cấu tạo chi tiết hệ thống ................................................................................... 16
2.3.2.1. Cảm biến tốc độ bánh xe ............................................................................ 18
2.3.2.2. Cảm biến giảm tốc...................................................................................... 19
iii


2.3.2.3. Cảm biến gia tốc ngang .............................................................................. 20
2.3.2.4. Thiết bị truyền động ................................................................................... 21
2.3.2.5. ABS ECU ................................................................................................... 27
2.3.2.6. Điều khiển rơle điện từ ............................................................................... 28
2.3.2.7. Điều khiển rơle động cơ bơm ..................................................................... 29
2.3.2.8. Kiểm soát tốc độ bánh xe ........................................................................... 29
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH CHỐNG
HÃM CỨNG ABS ............................................................................................................ 32
3.1. Thiết kế bố trí (ý tưởng, yêu cầu hoạt động mô hình, các phương án thiết kế, bản
vẽ bố trí) ......................................................................................................................... 32
3.1.1. Ý tưởng thiết kế ................................................................................................ 32
3.1.2. Yêu Cầu Của Mô Hình ..................................................................................... 32
3.1.3. Các Phương án thiết kế ..................................................................................... 33
3.1.3.1. Hệ thống ABS 2S-3 kênh của BOSCH ...................................................... 33
3.1.3.2. Hệ thống ABS 2S - 4 kênh của BOSCH .................................................... 34
3.1.3.3. Hệ thống ABS2E (BOSCH) ....................................................................... 35
3.1.3.4. Hệ thống ABS5 Family (BOSCH) ............................................................. 36

3.1.4. Bản vẽ thiết kế .................................................................................................. 37
3.2. Thiết kế kỹ thuật (tính toán, chọn các kích thước, phương án, vật liệu; tính toán
điều kiện làm việc, tải trọng; kiểm nghiệm bền)............................................................ 38
3.3. Thiết kế công nghệ (Hệ thống điều khiển điện tử, hiển thị, giả lập…) .................. 43
3.3.1. Thiết kế chương trình giả lập, mô phỏng tốc độ của xe ................................... 43
3.3.1.1. Ý tưởng thực hiện ....................................................................................... 43
3.3.1.2. Kết quả thực hiện ....................................................................................... 44
3.3.2. Giải thích ý nghĩa của từng phần ...................................................................... 46
3.3.3. Lắp ghép phần cứng.......................................................................................... 48
3.4. Thi công .................................................................................................................. 50
3.4.1 Phương án thi công ............................................................................................ 50
3.4.2. Qui trình thi công mô hình................................................................................ 50
3.4.3. Chuẩn bị trước khi thi công. ............................................................................. 50
3.4.4 Các bước thi công khung ................................................................................... 50
3.4.5 Các bước thi công hệ thống phanh ABS............................................................ 56
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................. 58
4.1. Kết quả (mô hình hoàn thiện, kết quả hoạt động của mô hình, các chế độ hoạt
động…) .......................................................................................................................... 58
iv


4.1.1 Kết quả mô hình hoàn thiện ............................................................................... 58
4.1.2 Chế độ hoạt động ............................................................................................... 59
4.2. Kết luận ................................................................................................................... 60
4.3. Kiến nghị. ................................................................................................................ 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 61

v



DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
ABS (Anti-lock Braking System): Hệ thống phanh chống hãm cứng.
TCS (Traction Control System): Hệ thống chống trượt.
VDC (Vehicle Dynamics Control): Hệ thống cân bằng động.
EBD (Electronic Brake-force Distribution): Hệ thống phân phối lực phanh điện tử.
ESP (Electronic Stability Program): Hệ thống cân bằng điện tử.
ECU (Electronic Control Unit) : Bộ điều khiển điện tử.
Φ: Hệ số bám.
λ: Độ trượt phanh.
vf : Tốc độ của xe.
vr: Tốc độ của bánh xe.
µHf : Hệ số ma sát.
µS: Hệ số lực ngang.
(-a): Gia tốc(giảm tốc) của bánh xe.
(-a)max: Gia tốc cực đại(giảm tốc) của bánh xe.
MR: Moment ma sát với mặt đường.
MB: Moment phanh.
MRmax: Moment ma sát với mặt đường cực đại.

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1. Bảng giá trị hệ số bám bánh xe

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 1.1. Mô hình thi công phanh ABS của công ty “Song Hùng Thuận”

Hình 1.2. Mô hình thi công phanh ABS của công ty “thietbigarage.net”
Hình 1.3. Mô hình giảng dạy hệ thống VDC (ABS, TCS, VDC, EBD, ESP)
Hình 1.4. Mô hình hệ thống phanh ABS do sinh viên thực hiện
Hình 2.1. Cấu tạo chung của hệ thống phanh chống hãm cứng ABS
Hình 2.2. Bộ điều khiển thủy lực với 2 van điện từ
Hình 2.3. Hệ số bám μHF liên quan đến độ trượt phanh (λ)
Hình 2.4. Ảnh hưởng của hệ số ma sát và hệ số lực ngang với độ trượt phanh và góc
trượt.
Hình 2.5. Đườn cong lý tưởng cho hệ số ma sát với độ trượt
Hình 2.6. Giai đoạn hãm phanh, đã được đơn giản
Hình 2.7. Giai đoạn hãm phanh ban đầu dành cho bánh xe được lái và bánh xe không
được lái được kết nối với hệ thống truyền lực
Hình 2.8. Sơ đồ cấu tạo các bộ phận của hệ thống
Hình 2.9. Cảm biến tốc độ theo dõi tốc độ bánh xe.
Hình 2.10. Điện áp được cảm ứng vào cuộn dây khi từ trường thay đổi mỗi lần răng rôto
cảm biến đi qua lõi sắt.
Hình 2.11. Các tấm khe dao động giữa LED LED và Phototransistors.
Hình 2.12. Khi tấm khe xoay về phía trước, các khe hở sẽ phát ra phototransistor cho đèn
LED.
Hình 2.13. Mức tốc độ giảm tốc
Hình 2.14. Thiết bị truyền động bao gồm sáu hoặc tám solenoids 2 vị trí. Hai solenoids
được sử dụng để điều khiển mỗi mạch thủy lực bánh xe.
Hình 2.15. Điều khiển mạch giữa xi lanh phanh chính và xi lanh bánh xe.
Hình 2.16. Điều khiển mạch giữa xi lanh bánh xe và bình chứa bộ truyền động.
Hình 2.17. Trong quá trình hãm bình thường, các solenoids không được cung cấp năng
lượng nên van giữ áp vẫn mở và van giảm áp vẫn đóng.
Hình 2.18. Van giảm áp đóng lại, ngăn chất lỏng thủy lực đi vào bể chứa.
Hình 2.19. Khi tỷ lệ trượt của bất kỳ bánh xe nào vượt quá 30%, ECU ABS cung cấp
năng lượng cho cả van giữ và van giảm.
Hình 2.20. ECU TẮT cả Van giảm áp và Van giữ áp.

viii


Hình 2.21. ECU điều khiển bộ truyền động ABS để cung cấp áp suất thủy lực tối ưu cho
xi lanh phanh đĩa để điều khiển chính xác tốc độ của các bánh xe.
Hình 2.22. Rơle động cơ chuyển điện áp đến động cơ bơm. Rơle điện từ chuyển điện áp
sang bộ truyền động solenoids.
Hình 2.23. Biểu đồ kiểm soát tốc độ bánh xe.
Hình 3.1. Mô hình hệ thống ABS 2S - 3 kênh của BOSCH
Hình 3.2. Mô hình hệ thống ABS 2S - 4 kênh của BOSCH
Hình 3.3. Mô hình hệ thống ABS 2S (BOSCH)
Hình 3.4. Hệ thống ABS5 Family (BOSCH)
Hình 3.5. Bản vẽ thiết kế
Hình 3.6. Tính bền cho khung
Hình 3.7. Tính bền cho khung
Hình 3.8. Tính bền cho khung
Hình 3.9. Tính bền cho khung
Hình 3.10. Tính bền cho khung
Hình 3.11. Tính bền cho khung
Hình 3.12. Tính bền cho khung
Hình 3.13. Tính bền cho khung
Hình 3.14. Kết quả tính bền
Hình 3.15. Kết quả tính bền
Hình 3.16. Lưu đồ thực toán điều khiển
Hình 3.17. Code arduino
Hình 3.18. Cầu H IR2184
Hình 3.19. Sơ đồ nối dây arduino thực tế
Hình 3.20. Sơ đồ nối dây arduino thực tế
Hình 3.21. Bản vẽ thiết kế khung bằng phần mềm Solidwork
Hình 3.22. Hình ảnh thi công

Hình 3.23. Hình ảnh thi công
Hình 3.24. Hình ảnh thi công
Hình 3.25. Hình ảnh thi công
Hình 3.26. Hình ảnh thi công
ix


Hình 3.27. Hình ảnh thi công
Hình 4.1. Kết quả mô hình
Hình 4.2. Kết quả mô hình

x


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Lý do chọn đề tài
Hệ thống phanh sử dụng trên ô tô là một cơ cấu an toàn quan trọng, nhằm giảm tốc
hay dừng xe trong những trường hợp cần thiết. Nó là một trong những bộ phận chính của
ô tô, đóng vai trò quyết định cho việc điều khiển ô tô lưu thông trên đường.
Chất lượng phanh của ô tô được đánh giá qua hiệu quả phanh (đặc trưng bởi các yếu
tố như quãng đường phanh, gia tốc chậm dần khi phanh, thời gian và lực phanh) và đồng
thời bảo đảm cho ô tô chạy ổn định khi phanh. Đây là mấu chốt mà các nhà nghiên cứu ô
tô luôn quan tâm và tìm giải pháp.
Một trong những vấn đề được quan tâm hơn là phanh khi ô tô trên đường trơn hay
đường có hệ số bám ϕ thấp sẽ xảy ra hiện tượng trượt lết trên đường do bánh xe sớm bị
hãm cứng. Do vậy, quãng đường phanh dài hơn và hiệu quả phanh kém. Hơn nữa, nếu bánh
xe bị hãm cứng thì ô tô sẽ mất ổn định gây khó khăn cho việc điều khiển. Trong trường
hợp quay vòng, điều này dẫn đến hiện tượng quay vòng thiếu hoặc thừa làm mất ổn định
khi quay vòng.
Để giải quyết về bài toán phanh, hệ thống phanh chống hãm cứng cho ô tô đã ra đời,

gọi là “Anti – lock Braking System” viết tắt là ABS. Ngày nay, ABS đã giữ một vai trò
quan trọng không thể thiếu trong các xe hiện hiện đại, đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối
với phần lớn các nước trên thế giới. Ở thị trường Việt Nam, ngoài một phần lớn các xe
nhập cũ đã qua sử dụng, một số lọai xe được lắp ráp trong nước cũng đang trang bị hệ
thống này. Với xu thế hội nhập, thị trường ô tô nước ta ngày càng phát triển, ngày càng
nhiều chủng loại lẫn số lượng. Tiêu biểu là việc ra đời của dòng xe Việt mang tên
VINFAST.
Lý thuyết luôn đi đôi với thực hành hiểu được tầm quan trọng của hệ thống phanh
chống hãm cứng ABS và giúp các bạn sinh viên có được những mô hình thực tế để dễ dàng
tìm hiểu và tiếp thu kiến thức chúng em đã quyết định chọn đề tài: “Thi công mô hình hệ
thống phanh ABS phục vụ công tác giảng dạy thực hành”.
1.2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu, chế tạo bộ điều khiển ABS có chức năng làm việc tối ưu nhằm thay thế
bộ điều khiển trên xe hư hỏng, giải quyết bài toán kinh tế và khan hiếm phụ tùng trên thị
trường hoặc cung cấp cho các hãng lắp ráp xe tại Việt nam.
1.3. Đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
Đề tài chỉ thực hiện việc cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh chống
hãm cứng ABS. Bên cạnh đó mục tiêu đề tài nghiên cứu hệ thống phanh chống hãm cứng
ABS cũng để phục vụ cho việc sửa chữa thay thế, lắp mới cho ô tô có trang bị ABS.
Phương pháp nghiên cứu chính ở đây là phương pháp sưu tầm tài liệu, phương pháp
nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp thiết kế mạch. Từ những nguồn tài liệu liên quan
1


đến nghiên cứu quá trình phanh chống hãm cứng, chế tạo mạch điều khiển. Sàn lọc, phân
tích, tính toán quá trình điều khiển phanh chống hãm cứng.
Giới hạn đề tài: Không nghiên cứu, đi sâu vào việc chế tạo mạch tự chẩn đoán, cơ
cấu chấp hành và các cảm biến.
1.4. Các nghiên cứu trong và ngoài nước (Các mô hình ABS đã có trên thị trường hay
có ở xưởng, ưu - nhược điểm của các mô hình đó)

1.4.1. Các mô hình nghiên cứu phanh ABS trên thị trường hiện nay
Trên thị trường hiện nay , đã ngày càng có nhiều công ty thi công các mô hình phanh
ABS ,nhằm phục vụ nhu cầu dạy học cũng như nghiên cứu của nhiều trường đại học, cao
đẳng, trung cấp nghề. Cụ thể có thể kể đến là các mô hình của công ty:

Hình 1.1. Mô hình thi công phanh ABS của
công ty “Song Hùng Thuận”

Hình 1.2. Mô hình thi công phanh ABS của
công ty “thietbigarage.net”

2


Ưu điểm của các mô hình:
-

Mô hình có đầy đủ các chi tiết như
Có bộ tạo Pan điện tử
Có nhiều cổng giao tiếp như Can, USB, DB25
Có các phần mềm phụ trợ kèm theo.
Có độ thẩm mỹ cao

Nhược điểm của các mô hình:
-

Giá cả chưa hợp lý

1.4.2. Các mô hình nghiên cứu mô hình ABS đang có tại đại học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM

1.4.2.1. Mô hình tích hợp nhiều hệ thống ABS, TCS, VDC, EBD, ESP của công ty
DAEWON
Nhìn chung đây là mô hình đầy đủ các hệ thống tiên tiến trên ô hiện nay, được sản
xuất bởi công ty chuyên về cung cấp thiết bị giảng dạy. Mô hình được đầu tư với công
nghệ hiện đại bao gồm nhiều chi tiết:
-

4 Motor được sử dụng để kéo 4 bánh xe
4 hệ thống phanh thủy lực của HUYNDAI
Hệ thống điều khiển của HUYNDA
Hệ thống đánh pan đa dạng

Hình 1.3. Mô hình giảng dạy hệ thống VDC (ABS, TCS, VDC, EBD, ESP)
3


Ưu điểm:
Có công nghệ hiện đại thích ứng với xu hướng của việc giảng dạy và học tập
Áp dụng được vào mục đính như dạy học, kiểm tra đánh giá.
Tích hợp được nhiều hệ thống vào cùng một mô hình
Có tính thẩm mỹ cao
Nhược điểm:
-

Chi phí thực hiện khá cao so với sinh viên
Tích hợp quá nhiều mô hình, dễ gây ra việc nhầm lẫn trong việc học

1.4.2.2. Các mô hình đồ án tốt nghiệp của các sinh viên khóa trước
Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của ngành công nghệ kỹ thuật ô
tô, nhiều hệ thống mới được đưa vào ứng dụng trên chiếc xe ngày nay của chúng ta, hệ

thống ABS chính là một trong số đó. Để theo kịp xu hướng của thị trường, nhiều sinh viên
cũng đã chọn hệ thống ABS làm đề tài để nghiên cứu và thi công mô hình trong những
năm gần đây:

Hình 1.4. Mô hình hệ thống phanh ABS do sinh viên thực hiện
Ưu điểm:
- Mô hình có đầy đủ các chi tiết cần thiết
- Có cấu tạo đơn giản, tiết kiệm chi phí.
Nhược điểm :
- Khó khăn trong việc tính toán gia tốc giảm tốc
- Thiếu tính thực tế.
4


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về hệ thống phanh chống hãm cứng.
2.1.1. Khái niệm và mục đích của hệ thống phanh chống hãm cứng.
Hệ thống chống bó phanh (ABS viết tắt của Anti-lock Braking System là hệ thống
trên ô-tô giúp cho bánh xe của phương tiện không bị bó cứng trong khi phanh (phanh trượt
lết hoàn toàn), chống lại việc bánh xe bị trượt dài trên mặt đường.
Trong điều kiện lái xe nguy hiểm, có thể các bánh xe bị khóa dưới tác dụng phanh.
Các nguyên nhân có thể bao gồm: mặt đường ướt hoặc mặt đường trơn trượt và phản ứng
đột ngột của người lái xe (nguy hiểm bất ngờ). Chiếc xe có thể trở nên mất kiểm soát hoặc
rời khỏi đường. Hệ thống phanh chống bó cứng (ABS) phát hiện nếu một hoặc nhiều bánh
xe sắp khóa dưới phanh và nếu vậy chắc chắn rằng áp suất phanh không đổi hoặc là giảm.
Bằng cách đó nó ngăn chặn các bánh xe khỏi bị khóa và chiếc xe vẫn còn ổn định dẫn đến
là chiếc xe có thể được phanh hoặc dừng lại nhanh chóng và an toàn.
2.1.2. Cấu tạo chung

Hình 2.1. Cấu tạo chung của hệ thống phanh chống hãm cứng ABS

(1) Brake pedal: bàn đạp phanh.
(2) Brake booster: bộ trợ lực phanh.
(3) Master cylinder: xi lanh chính.
(4) Reservoir: bình chứa dầu phanh.
(5) Brake line: các đường phanh.
(6) Brake hose: ống phanh.
(7) The brakes and wheel-brake cylinders: hệ thống phanh và xi lanh phanh bánh xe.
5


(8) Wheel-speed sensor: các cảm biến tốc độ bánh xe.
(9) The hydraulic modulator: bộ điều biến thủy lực.
(10) The ABS control unit: bộ điều khiển ABS.
(11) ABS warning lamp: Đèn cảnh báo sáng lên nếu có ABS tắt đi.
Bộ điều khiển ABS: Bộ phận này xác định mức trượt giữa bánh xe và mặt đường
dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến và sau đó điều khiển bộ chấp hành ABS của phanh.
Bên cạnh đó gần đây thì một số kiểu xe có bộ điều khiển ABS tích hợp được lắp trong bộ
chấp hành của phanh.
Khi mức độ trượt của phanh tăng lên do sự ma sát giữa phanh và mặt đường hoặc
phanh nặng, nguy cơ bánh xe bị khóa cũng tăng lên. Các van điện từ sau đó được chuyển
sang chế độ duy trì áp lực. Kết nối giữa xi lanh chính và phanh bị tắt (van nạp được đóng
lại) để đảm bảo áp suất tại phanh không thay đổi
Nếu mức độ trượt của bất kỳ bánh xe nào tăng lên kể cả khi van nạp đã đóng
thì,áp suất trong các phanh (có bánh xe tăng độ trượt) phải giảm. Để đạt được điều này,
các van điện từ được chuyển sang chế độ giải phóng áp suất trên đường cao áp. Van nạp
vẫn đóng, và ngoài ra, van xả mở để cho phép bơm hồi hoạt động. Do đó, áp suất trong
các phanh có liên quan sẽ giảm để việc khóa bánh xe không xảy ra.
Bộ điều khiển thủy lực (bộ chấp hành của phanh): Bộ chấp hành của phanh điều
khiển áp suất thuỷ lực của các xilanh ở bánh xe bằng tín hiệu ra của bộ điều khiển ABS.
Bộ điều khiển thủy lực kết hợp một loạt các van điện từ có thể mở hoặc đóng các

mạch thủy lực giữa xi lanh chính và phanh. Ngoài ra, nó có thể kết nối phanh với bơm
hồi. Van điện từ có hai đường dầu chính và hai vị trí van được sử dụng. Van đầu vào nằm
giữa xi lanh chính và phanh điều khiển áp suất, trong khi van đầu ra nằm giữa phanh và
bơm hồi có tác dụng dùng để làm giảm áp suất. Đối với mỗi phanh sẽ có một cặp van
điện từ như vậy.

6


Hình 2.2. Bộ điều khiển thủy lực với 2 van điện từ
Trong điều kiện bình thường, các van điện từ trong bộ điều khiển thủy lực được cài
đặt ở mức áp lực cho phép. Điều đó có nghĩa là van đầu vào đang mở. Bộ điều khiển thủy
lực mở đường dầu thông suốt giữa xilanh chính và phanh. Do đó, áp suất phanh được tạo
ra trong xilanh chính khi đạp phanh được truyền trực tiếp đến phanh ở mỗi bánh xe.
Cảm biến tốc độ xe: Tốc độ quay của các bánh xe là một biến đầu vào quan trọng
cho hệ thống điều khiển ABS. Cảm biến tốc độ bánh xe phát hiện tốc độ quay của bánh xe
và truyền tín hiệu điện đến bộ phận điều khiển.
Một chiếc xe có thể có ba hoặc bốn cảm biến tốc độ bánh xe tùy thuộc vào phiên
bản nào của hệ thống ABS được trang bị (phiên bản hệ thống ABS). Các tín hiệu tốc độ
được sử dụng để tính toán mức độ trượt giữa các bánh xe và mặt đường và do đó phát hiện
xem có bất kỳ bánh xe nào sắp bị khóa hay không.
Ngoài ra trên táp-lô điều khiển còn có:
Đèn báo của ABS khi ECU thấy trục trặc ở hệ thống ABS đèn này bật sáng báo cho
người lái biết rằng có trục trặc ở hệ thống ABS.
Đèn báo hệ thống phanh. Khi đèn này sáng lên đồng thời với đèn báo của ABS, nó
báo cho người lái biết rằng có trục trặc ở hệ thống ABS và EBD.
7


2.1.3. Yêu cầu

Đối với một hệ thống an toàn hiện đại để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả hệ thống
phanh cần đảm bảo các yêu cầu sau:
Quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp khẩn cấp.
Muốn quãng đường phanh ngắn nhất thì phải đảm bảo gia tốc chậm dần lớn nhất.
Thời gian phanh nhỏ tức độ nhạy khi phanh cao, nghĩa là truyền động có độ chính
xác cao.
- Phanh êm dịu trong bất kỳ trường hợp nào để đảm bảo sự ổn định ô tô khi phanh.
- Quá trình điều khiển nhẹ nhàng, lực tác dụng lên bàn đạp phanh hay cần điều khiển
không quá lớn.
- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt.
- Có hệ số ma sát giữa má phanh và trống phanh cao và ổn định.
- Có tuổi thọ và độ bền cao, hệ thống phanh phải sử dụng ổn định trong thời gian dài.
Bên cạnh đó với cơ cấu phanh tay phải giữ được xe đứng trên dốc ở thời gian dài.
- Ngoài ra còn phải đảm bảo các yêu cầu như chiếm ít không gian, trọng lượng nhỏ,
độ bền cao, và các yêu cầu chung của cấu trúc cơ khí.
2.1.4. Phân loại
Phân loại theo công dụng
- Hệ thống phanh chính
- Hệ thống phanh dừng.
- Hệ thống phanh dự phòng.
- Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện tử).
Theo cơ cấu của phanh.
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
Theo dẫn động phanh.
- Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí.
- Hệ thống phanh dầu.
- Hệ thống phanh hơi.
- Hệ thống phanh dầu trợ lực hơi hoặc chân không.
- Hệ thống phanh dẫn động có cường hóa.

- Hệ thống phanh dẫn động bằng điện.
Theo khả năng điều chỉnh momen phanh ở cơ cấu phanh.
- Theo khả năng điều chỉnh mô men phanh ở cơ cấu phanh với bộ điều hòa lực phanh.
Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh.
- Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ
chống hãm cứng bánh xe ( hệ thông phanh ABS).
-

8


2.2. Động lực học của bánh xe khi phanh
Hình 2.3 và hình 2.4 hiển thị cho sự phụ thuộc lẫn nhau giữa các đại lượng vật lý
diễn ra trong quá trình phanh khi có hệ thống ABS. Khu vực được tô màu xanh là phạm vi
hoạt động của hệ thống ABS.

Hình 2.3. Hệ số bám μHF liên quan đến độ trượt phanh (λ)
Đường cong 1, 2 và 4 trong hình 2.3 liên quan đến điều kiện của mặt đường trong
nhiều hệ số bám dính khác nhau và do đó lực phanh đạt tới cực đại khi lực phanh tăng lên.
Việc gia tăng lực phanh vượt quá hệ số bám dính tối đa khi xe không có hệ thống
ABS có thể gây ra hiện tượng phanh quá mức. Khi hiện tượng đó diễn ra, hệ số trượt tải
điểm trượt lốp (điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường) sẽ tăng cho tới khi bánh xe bị
biến dạng, khi đó lực ma sát tĩnh sẽ giảm còn lực ma sát động sẽ tăng lên.
Độ trượt của phanh (λ) là một đại lượng đặc trưng cho hệ số ma sát động, trong
trường hợp λ =100% là thời điểm mà bánh xe bị khóa và chỉ có lực ma sát động xuất hiện.
Mức độ trượt của phanh, λ=

𝑣𝐹 −𝑣𝑅
𝑣𝐹


100%, biểu thị cho việc tốc độ chu vi của bánh

xe ,vr, chậm hơn tốc độ tuyến tính của xe (tốc độ với mặt đường), vf.
9


Từ quá trình hoạt động được biểu diễn trong đường cong số 1 của đồ thị 1 (trong
điều kiện mặt đường khô ráo), 2 (trong điều kiện mặt đường ẩm ướt) và 4 (trong điều kiện
băng đen), chúng ta nhận ra rằng quãng đường phanh khi có hệ thống ABS ngắn hơn khi
mà bánh xe bị bó cứng (hệ số trượt =100%). Đường cong số 3 (trong điều kiện có tuyết)
chỉ ra một trường hợp khác, trong trường hợp xe hoạt động trên đường có tuyết thì một
phần tuyết sẽ hình thành ở phía trước của bánh xe trước khi chúng bị khóa, điều đó giúp
làm giảm tốc độ của xe lại. Trong trường hợp này, lợi ích của ABS là khả năng duy trì sự
ổn định và khả năng điều khiển.
Hình 2.4 minh họa cho việc hệ số ma sát và hệ số lực ngang ảnh hưởng tới độ trượt
của phanh và góc trượt. Vùng hoạt động của ABS được mở rộng hơn khi góc trượt ngang
của α = 10 ° (lực ngang càng tăng khi gia tốc ngang của xe càng tăng) so với góc trượt
ngang nhỏ hơn, α = 2 °, nghĩa là, nếu xe bị hãm mạnh ở một góc khi gia tốc ngang cao,
ABS sẽ cắt sớm hơn và cho phép mức trượt ban đầu là 10%. Ở giá trị α = 10 °, hệ số ma
sát ban đầu chỉ đạt được bằng 0,35, trong khi hệ số lực ngang gần như đạt mức tối đa ở
mức 0,80.

Hình 2.4. Ảnh hưởng của hệ số ma sát và hệ số lực ngang với độ trượt phanh và góc
trượt.
10


Cả tốc độ của xe và gia tốc ngang của bánh xe đều bị giảm khi phanh vượt quá một
góc, hệ thống ABS có thể cho phép độ trượt ngày càng tăng, do đó tốc độ của xe sẽ giảm.
Trong khi đó hệ số lực ngang giảm dần khi gia tốc ngang giảm.

Phanh trong khi vào cua khiến lực phanh tăng nhanh đến mức khoảng cách phanh
tổng thể chỉ dài hơn một chút so với khi phanh trên đường thẳng trong điều kiện giống hệt
nhau.
2.3. Nguyên lý (thuật toán điều khiển hệ thống ABS), Cấu tạo chi tiết hệ thống
2.3.1. Nguyên lý (Thuật toán điều khiển hệ thống ABS)
2.3.1.1. Hệ thống điều khiển
Các hoạt động xử lý dữ liệu được điều khiển bởi bộ điều khiển ABS dựa trên hệ
thống được kiểm soát đơn giản sau:
-

Một bánh xe không điều khiển.
Một phần tư số lượng xe cộ phân bổ cho bánh xe đó.
Phanh trên bánh xe đó và, đại diện cho cặp ma sát lốp xe và mặt đường.
Một đường cong lý thuyết cho hệ số ma sát so với trượt phanh.

Đường cong đó được chia thành một vùng ổn định với độ dốc tuyến tính và vùng
không ổn định với sự tiến triển không đổi(µHfmax). Vì đơn giản hóa thệm, cũng có một phản
ứng phanh đường thẳng ban đầu được giả định tương đương với phản ứng phanh hoảng
loạn.

Hình 2.5: Đườn cong lý
tưởng cho hệ số ma sát
với độ trượt
a. Vùng ổn định
b. Vùng không ổn định
λK Độ trượt phanh tối
ưu
µHfmax Hệ số ma sát cực
đại


11


Hình 2.6 cho thấy mối quan hệ giữa mô-men phanh, MB (mô-men xoắn có thể được
tạo ra bởi phanh thông qua lốp) hoặc mô-men ma sát trên mặt đường, MR (mô-men xoắn
tác dụng với bánh xe thông qua cặp ma sát của lốp và mặt đường), và thời gian, t, cũng như
các mối quan hệ giữa giảm tốc bánh xe (α) và thời gian, t, theo đó mô-men phanh tăng theo
kiểu tuyến tính theo thời gian. Mômen ma sát trên mặt đường chậm hơn một chút so với
momen phanh do thời gian trễ, T, miễn là trình tự phanh nằm trong vùng ổn định của đường
cong cho hệ số ma sát so với trượt phanh. Sau khoảng 130 ms mức tối đa (µHfmax) - và do
đó, vùng không ổn định - của đường cong cho hệ số ma sát so với trượt phanh đã đạt được.
Từ thời điểm đó, đường cong cho hệ số ma sát so với trượt phanh nói rằng trong khi mômen phanh, MB, tiếp tục tăng với tốc độ không suy giảm, mô-men ma sát mặt đường, MR,
không thể tăng thêm nữa và không đổi. Trong khoảng thời gian giữa 130 và 240 ms (đây
là khi bánh xe khóa), chênh lệch mô-men xoắn tối thiểu, M B - M R, có mặt trong vùng ổn
định tăng nhanh lên một con số cao. Sự khác biệt mô-men xoắn đó là một thước đo chính
xác của việc giảm tốc độ bánh xe (-a) của bánh xe phanh (Hình 3, phía dưới). Trong vùng
B ổn định, việc giảm tốc bánh xe bị giới hạn ở một tốc độ nhỏ, trong khi ở vùng không ổn
định, nó tăng nhanh. Kết quả là, đường cong cho hệ số ma sát so với trượt phanh cho thấy
các đặc điểm trái ngược trong vùng ổn định và không ổn định. ABS khai thác những đặc
điểm đối nghịch.

Hình 2.6. Giai đoạn hãm phanh, đã được đơn giản
12


(-a): gia tốc (giảm tốc) của bánh xe
(-a)max: gia tốc cực đại (giảm tốc) của bánh xe
MR: Moment ma sát với mặt đường
MB: Moment phanh
MRmax: Moment ma sát với mặt đường cực đại

T: thời gian trễ
2.3.1.2. Các biến được điều khiển
Một yếu tố thiết yếu để xác định tính hiệu quả của hệ thống điều khiển ABS là sự
lựa chọn các biến được điều khiển. Cơ sở cho sự lựa chọn đó là các tín hiệu cảm biến tốc
độ bánh xe ,từ đó ECU tính toán giảm tốc / tăng tốc của bánh xe, trượt phanh, tốc độ tham
chiếu và gia tốc xe. Về cơ bản, các giá trị giảm tốc / tăng tốc bánh xe hay trượt phanh đều
không phù hợp như các biến được điều khiển bởi vì, khi phanh, một bánh xe chủ động hoạt
động hoàn toàn khác với bánh xe bị động. Tuy nhiên, bằng cách kết hợp các biến đó trên
cơ sở các mối quan hệ logic phù hợp, có thể thu được kết quả tốt.
Vì độ trượt của phanh không thể đo được trực tiếp, ECU tính toán một đại lượng
gần đúng với nó. Cơ sở để tính toán là tốc độ tham chiếu, đại diện cho tốc độ trong điều
kiện phanh lý tưởng (mức độ trượt tối ưu). Vì vậy, tốc độ có thể được xác định, các cảm
biến tốc độ bánh xe liên tục truyền tín hiệu đến ECU để tính tốc độ của các bánh xe. ECU
lấy tín hiệu từ một cặp bánh xe đối diện chéo (ví dụ Phía trước bên phải và phía sau bên
trái) và tính toán tốc độ tham chiếu từ chúng. Dưới tác dụng của lực phanh, tốc độ lớn nhất
của một trong hai bánh xe đối diện chéo thường xác định dùng làm tốc độ tham chiếu. Nếu
ABS ngừng hoạt động khi phanh khẩn cấp, tốc độ bánh xe sẽ khác với tốc độ tuyến tính
của xe và do đó không thể được sử dụng để tính tốc độ tham chiếu nếu không được điều
chỉnh. Trong trình tự điều khiển ABS, ECU cung cấp tốc độ tham chiếu dựa trên tốc độ
khi bắt đầu trình tự điều khiển và gia tốc giảm một cách tuyến tính. Độ dốc của biểu đồ tốc
độ tham chiếu được xác định bằng cách phân tích các tín hiệu và mối quan hệ logic.
Ngoài việc tăng / giảm vận tốc bánh xe và độ trượt phanh, việc giảm tốc độ tuyến
tính của xe được đưa vào phương trình như một đại lượng bổ sung, và nếu mạch logic trong
ECU được điều chỉnh bằng kết quả tính toán, thì có thể đạt được điều kiện phanh lý tưởng .
2.3.1.3. Biến điều khiển cho bánh xe bị động
Việc tăng tốc và giảm tốc của bánh xe thường phù hợp đối với biến được điều khiển
cho các bánh xe chủ động và bánh xe bị động với điều kiện phanh lái có bộ ly hợp được
giải phóng. Lý do có thể được tìm thấy trong các đặc điểm đối lập của hệ thống điều khiển
trong vùng ổn định và không ổn định của đồ thị hệ số ma sát theo độ trượt phanh.


13