Thực nghiệm đánh giá hiệu quả xây dựng mô hình hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe dựa trên hệ thống phanh khí nén có ABS

ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology48|
IS 2354-0575 
57 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 
THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 
HỆ THỐNG HẠN CHẾ TRƯỢT QUAY BÁNH XE DỰA TRÊN HỆ THỐNG 
PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 
Lê Anh Vũ, Đồng Minh Tuấn, 
Trường Đại học Sư phạm Kỹ Thuật Hưng yên – Dân tiến, Khoái châu, Hưng Yên 
Email: leanhvu.oto@gmail.com 
Ngày tòa soạn nhận được bài báo: 12/10/2019 
Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 22/11/2019 
Ngày bài báo được duyệt đăng: 24/11/2019 
Tóm tắt: 
 Điều khiển hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động góp phần nâng cao khả năng chuyển động 
và phát huy lực kéo tại các bánh xe chủ động cho ô tô. Bài báo đề xuất cấu trúc hệ thống chống trượt 
quay bánh xe chủ động tích hợp trong hệ thống phanh khí nén có ABS và khảo sát đặc tính tăng tốc của 
xe tải 4x2 trên đường thẳng có hệ số bám một bên bánh xe thấp. Các kết quả khảo sát cho thấy biến thiên 
áp suất khí nén tại bầu phanh và mô men của bánh xe bị trượt quay phù hợp với quy luật vật lý cho thấy 
hệ thống đã đề xuất có thể sử dụng để điều khiển chống trượt quay bánh xe giúp cho xe tăng tính năng 
động lực học. 
Từ khóa: Điều khiển trượt quay bánh xe, Điều khiển ABS/TCS, đặc tính tăng tốc. 
1. Đặt vấn đề 
 Hiện tượng trượt quay một bên bánh xe là do 
ô tô đi trên đường có hệ số bám không đồng nhất, 
mô men hai bên bán trục bánh xe theo quy luật 
phân phối bởi vi sai cầu chủ động trong khi mô 
men truyền từ động cơ xuống bán trục bánh xe bị 
dư thừa so với thực tế bám của bánh xe với mặt 
đường. Như vậy, bánh xe bên đường có hệ số bám 
thấp có thể trượt quay hoàn toàn, ô tô không 
chuyển động được. Để điều khiển tự động chống 
trượt của bánh xe chủ động của ô tô có rất nhiều 
biện pháp khác nhau như tác động nguồn động 
lực của ô tô, sử dụng các loại vi sai tăng ma sát, 
tác động vào hệ thống phanh và cùng lúc tác động 
các hệ thống trên. Đối với phương pháp tác động 
qua hệ thống phanh đang được các hãng xe áp 
dụng [1]. 
 Bài báo này trình bày nội dung nghiên cứu đề 
xuất cấu trúc hệ thống hạn chế trượt quay bánh xe 
chủ động trên cơ sở hệ thống phanh khí nén có 
ABS (Anti-lock Brake System), thực nghiệm cụm 
van điều tiết áp suất khí nén và mô phỏng điều 
khiển nhằm đánh giá khả năng ứng dụng của mô 
hình. 
 2. Cấu trúc hệ thống 
 Hệ thống chống trượt quay bánh xe chủ động 
được nghiên cứu đề xuất trên cơ sở hệ thống 
phanh khí nén có ABSgồm những thành phần cơ 
bản như trên hình 1[7], [8]. 
 Để điều khiển hạn chế vận tốc góc bánh xe 
chủ động, hệ thống sử dụng bộ điều khiển nhận 
biết vận tốc góc các bánh xe rồi tính toán độ trượt 
tại mỗi bên bánh xe chủ động và cung cấp các 
biến điều khiển đến các van chấp hành (tác động 
điều khiển mô men phanh cục bộ bên bánh xe chủ 
động bị trượt quay) thực hiện các chu trình làm 
việc tương ứng độ trượt hiện thời. 
 ECU sẽ nhận các tín hiệu về vận tốc góc bánh 
xe cầu trước và sau, tính toán độ lệch vận tốc góc 
của các bánh xe từ đó đưa ra các tín hiệu điều 
khiển riêng rẽ đến các cơ cấu chấp hành (van chia 
3/2, van ABS, bầu phanh) bên các bánh xe chủ 
động, tác động điều khiển mô men phanh cục bộ 
bên bánh xe chủ động bị trượt quay để duy trì khả 
năng bám tốt nhất giữa bánh xe chủ động với mặt 
đường[1], [2]. 
 Để kiểm chứng hệ thống đã xây dựng, cần 
nghiên cứu mô hình mô phỏng với ô tô cụ thể 
cũng như mô phỏng, thực nghiệm hoạt động của 
các cụm chi tiết trong hệ thống. 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology |49
ISSN 2354-0575 
58 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 
Hình1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống chống trượt quay bánh xe bằng phanh khí nén 
3. Mô hình mô phỏng hệ thống 
 Mô hình mô phỏng dẫn động khí nén qua van hạn chế trượt 
Hình 2. Kết cấu van hạn chế trượt (chia 3/2 loại KTA317 và van ABS) 
Mô hình mô phỏng van ABS đã được nghiên 
cứu xây dựng và công bố [3], [6] và được thể hiện 
bằng phương trình xác định lưu lượng khí nén từ 
bình chứa khí nén đến bầu phanh ở trạng thái tăng 
áp (Qin) và lưu lượng khí nén từ bầu phanh xả ra 
môi trường ở trạng thái giảm áp (Qout) sau đây: 
( - )( + )= . . .
.
_ cha cha ain g v
u
p p p pQ K C Ctr sup
G T 
(1) 
a a a( - ).( )= . . . _
.
cha
out g v
u
pQ K C Ctr exh
G T
p p p 
(2) 
Trong đó:pcha, pa, p- lần lượt là áp suất khí 
nén trong bầu phanh, áp suất khí trời và áp suất 
khí nén ở cửa vào van ABS [N/m2].; Ctr_sup, 
Ctr_exh- lần lượt là biến điều khiển dòng khí nén 
vào và xả khí nén khỏi bầu phanh; Cv - hệ số lưu 
lượng; Kg- hệ số chuyển đổi (theo hệ SI, Kg = 
114,5 ); G - trọng lượng riêng trung bình của chất 
khí (với không khí, G=1); Tu- nhiệt độ của khí 
nén. 
Khi ECU tạo tín hiệu điều khiển “Ctr_sup 
=1” và “Ctr_exh =0” thì xuất hiện Qin , hệ thống ở 
trạng thái tăng áp suất trong bầu phanh. 
Khi ECU tạo tín hiệu điều khiển “Ctr_sup 
=0” và “Ctr_exh =0” hệ thống ở trạng thái giữ áp 
suất trong bầu phanh. 
Khi ECU tạo tín hiệu điều khiển “Ctr_sup 
=0” và “Ctr_exh =1” thì xuất hiện Qout, hệ thống ở 
trạng thái giảm áp suất trong bầu phanh (bầu 
phanh xả khí ra môi trường). 
Mô hình mô phỏng bầu phanh 
Mô hình mô phỏng van bầu phanh đã được 
nghiên cứu xây dựng và công bố[3]và được thể 
hiện bằng phương trình xác định áp suất khí nén 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology50|
 ISSN 2354-0575 
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 59 
trong bầu phanh theo công thức: 
 0
. . ( )
. in out
cha Q Q
y F V
dp k R T
dt g
(3) 
Trong đó: F-Diện tích màng piston trong 
bầu phanh [m2]; y - Dịch chuyển của màng bầu 
phanh và cần đẩy [m]; V0: Thể tích ban đầu của 
bầu phanh [m3]; k – nhiệt trị riêng (với không khí, 
k=1,4); R - hằng số chất khí [Jmol-1K-1]; T – nhiệt 
độ của chất khí [K]. 
Mô hình mô phỏng tính toán mô men 
phanh bánh xe 
Theo [9], [4] xác định được mô men cơ cấu 
phanhMccp [N.m]: 
Mccp =( ℎ𝑡𝑡𝑎𝑎−𝜇𝜇.𝑟𝑟𝑡𝑡 𝐹𝐹𝑃𝑃𝑃𝑃+ ℎ𝑠𝑠𝑎𝑎+𝜇𝜇.𝑟𝑟𝑡𝑡 𝐹𝐹𝑃𝑃𝑃𝑃)𝜇𝜇.rt (4) 
Trong đó:FN, 𝜇𝜇FN, Fp,Fx,Fz, Fccp– lần lượt là lực 
pháp tuyến và tiếp tuyến của tang trống tác dụng 
lên guốc phanh, lực tác dụng của cam quay, lực 
tác dụng của gốc tựa guốc tác dụng lên guốc 
phanh, lực cần đẩy trong bầu phanh [N]; a, h, rt - 
lần lượt là khoảng cách từ tâm chốt cố định đến 
tâm trục bánh xe, khoảng cách từ tâm chốt cố 
định đến tâm cam quay, khoảng cách từ tâm chốt 
cố định đến vết tiếp xúc của trống phanh và má 
phanh, 𝜇𝜇 – hệ số ma sát;c – cánh tay đòn lực 
Fccpđến tâm cam dẫn động cơ cấu phanh (m);ɳT – 
hiệu suất truyền động cam (ɳT =0,93); 
𝐹𝐹𝑃𝑃𝑃𝑃 ,𝐹𝐹𝑃𝑃𝑃𝑃- lần lượt là lực tác động từ tâm 
cam quay với guốc phanh trước và sau được xác 
định: 
Fpt + Fps = Fccp.c.ɳT/d = F.pcha.c.ɳT (5) 
Như vậy, công thức (4) có thể xác định mô 
men phanh theo lực tác dụng trong cơ cấu phanh 
tức là theo áp suất trong bầu phanh. 
Thí nghiệm kiểm tra sự làm việc của cụm 
van chấp hành. 
Tiến hành thí nghiệm cụm van điều tiết áp 
suất xem sự phù với mô hình và thời gian chậm 
tác dụng của hệ thống. Để theo dõi áp suất khí 
nén, tiến hành lắp một cảm biến (lựa chọn cảm 
biến áp suất khí nén loại M5156-10286X-020BG 
đã được sản suất công nghiệp) tại đầu ra của bình 
chứa để kiểm tra áp suất cung cấp cho hệ thống, 
một cảm biến tại vị trí bầu phanh bánh xe để theo 
dõi biến thiên áp suất phanh ở các trường hợp 
điều khiển. 
 Trường hợp: thí nghiệm với ô tô nguyên bản 
 Từ kết quả đo có thể thấy thời gian tăng áp 
suất trong bầu phanh từ 0 Pa đến 75% giá trị áp 
suất ổn định (0,46.106Pa) là 0,28s, áp suất khi 
nén ổn định giá trị khi giữ nguyên bàn đạp chân 
phanh. 
 Trường hợp: thí nghiệm với ô tô đã lắp cụm 
van và kích hoạt 
 Từ kết quả đo có thể thấy thời gian tăng áp 
suất trong bầu phanh từ 0 Pa đến 75% giá trị áp 
suất ổn định (0,47.106Pa) là 0,29s, áp suất khi 
nén ổn định giá trị khi giữ nguyên bàn đạp chân 
phanh. 
 Qua các thí nghiệm cho thấy các cụm van lắp 
ráp lên ô tô hoạt động ổn định với độ trễ về thời 
gian tăng áp suất tương đối nhỏ là 0,01s. Việc lắp 
bổ sung van 3/2 không làm ảnh hưởng đáng kể 
đến khả năng làm việc và thời gian chậm tác dụng 
của hệ thống. Trên cơ sở chế tạo và lắp ráp xong 
các cảm biến, cụm van chấp hành, bình khí, tiếp 
theo tiến hành mô phỏng bộ điều khiển ECU cho 
hệ thống trước khi chế tạo. 
4. Kết quả mô phỏng 
Để đánh giá sơ bộ hoạt động của hệ thống đã đề 
xuất, bài báo tiến hành mô phỏng hệ thống, khảo 
sát áp suất khí nén trong bầu phanh và mô men 
phanh bánh xe bị trượt quay theo các tín hiệu điều 
khiển van chia 3/2, van ABS với thông số đầu vào 
như trong bảng 1. 
Mục đích Nội dung thí nghiệm Nhận xét 
Đánh giá ảnh hưởng của van 
chấp hành đến độ trễ hệ thống. 
Thí nghiệm xác định thời gian tăng áp suất tại 
bầu phanh khi có và không có van chấp hành. 
Thời gian tăng áp 
suất tại bầu phanh. 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology |51
ISSN 2354-0575 
60 Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 
Hình 3. Biến thiên áp suất bầu phanh với ô tô nguyên 
bản 
Hình 4. Biến thiên áp suất bầu phanh khi lắp van chấp 
hành và kích hoạt 
 Mô phỏng quá trình tác động phanh đối với 
bánh xe bị trượt quay với giả thiết áp suất khí nén 
trong bình chứa là không đổi và bằng 0.7 Mpa, 
giữ nguyên bàn đạp chân ga ở mức 100% và 
không thay đổi trong suốt quá trình tác động 
phanh. 
 Kết quả mô phỏng ở các trường hợp ô tô 
chuyển động trên đường có hệ số bám hai bên 
bánh xe khác nhau, bánh xe chủ động bên phải có 
hệ số bám bằng 0,8, bánh xe chủ động bên trái có 
hệ số bám bằng 0,15 đượcthể hiện trên hình 5. 
 Từ kết quả mô phỏng có thể thấy bằng cách 
phối hợp các tín hiệu điều khiển cụm van điều tiết 
áp suất có thể thay đổi áp suất (do dó thay đổi mô 
men phanh) tùy theo trạng thái bám – trượt của 
bánh xe với mặt đường. 
 Bảng 1.Thông số mô phỏng 
STT Các thông số Giá trị 
1. Trọng lượng bản thân (m0) 45100 N 
2. Trọng lượng toàn bộ (m) 76850 N 
3. Mô men lớn nhất của động cơ (Me- diezen) 320 Nm 
4. Thông số lốp (B-d) 8,25-20 
5. Tỷ số truyền tay số 1 (ih1) 7,31 
6. Tỷ số truyền truyền lực chính của vi sai (i0) 6,57 
7. Hệ số bám của bánh xe với mặt đường (φi) φrl =0,15; φrr =0,8 
 Các tín hiệu điều khiển của ECU tới van điều 
tiết áp suất tương ứng với các trạng thái điều 
khiển tăng, giữ và giảm áp suất khí nén trong bầu 
phanh bánh xe. 
 Sự biến thiên của mô men phanh bánh xe 
tương ứng với biến thiên áp suất khí nén trong 
bầu phanh và tín hiệu đóng mở các van 3/2, ABS 
trong van điều tiết áp suất. Áp suất khí nén trong 
bầu phanh tăng nhanh đến giá trị cực đại ở 0,18 
giây, mô men phanh đạt giá trị cực đại ở 0,86 giây 
do ban đầu phải khắc phục khe hở má phanh, và 
độ trễ khi lắp thêm van chia 3/2, sau đó tăng giảm 
theo áp suất khí nén trong bầu phanh. 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology52|
 ISSN 2354-0575 
Khoa học & Công nghệ - Số 24/ Tháng 12 – 2019 Jornal of Science and technology 61 
Hình 5.Các biến điều khiển van 3/2 và van ABS, 
áp suất bầu phanh, mô men phanh bánh xe ở bên bánh xe bị trượt quay 
5. Kết luận 
 Bài báo đã bổ sung đề xuất cấu trúc hệ thống 
chống trượt quay bánh xe chủ động trên cơ sở hệ 
thống phanh khí nén có ABS trong chuyển động 
thẳng của ô tô tải 4x2 trên đường có hệ số bám 
một bên bánh xe thấp (0,15), một bên bánh xe có 
độ bám tốt (0,8). 
 Kết quả mô phỏng hệ thống phù hợp với điều 
kiện thực tế và quy luật biến thiên áp suất bầu 
phanh, mômen phanh bánh xe. Mô hình mô 
phỏng đã mô tả được bản chất hoạt động của hệ 
thống phanh khí nén có điều khiển. 
 Với việc lựa chọn cấu trúc hệ thống và bổ 
sung thí nghiệm đo biến thiên áp suất bầu phanh 
bánh xe cho kết quả có thể tin cậy được và có thể 
sử dụng để nghiên cứu hoàn thiện bộ điều khiển 
cho ECU hạn chế trượt quay bánh xe chủ động. 
Nghiên cứu tiếp theo là hoàn thiện thuật toán và 
ngưỡng điều khiển cho ECU này có thể tích hợp 
với hệ thống sẵn có trên xe để điều khiển giúp cho 
ô tô tải 4x2 tăng tính năng động lực học ở nhiều 
loại đường khác nhau. 
Lời cám ơn 
 Nội dung nghiên cứu của bài báo được thực 
hiện với sự hỗ trợ của đề tài có mã số 
UTEHY.L.2019.12.
EXPERIMENTAL EVALUATION OF TRACTION CONTROL SYSTEM BASED ON ABS 
PNEUMATIC BRAKING SYSTEM 
Abstract: 
 Traction control system enhances safety and mobility of vehicle. The paper proposes an anti-slip 
regulator by braking active wheels integrated in ABS pneumatic braking system and investigates the 
acceleration characteristics of a 4x2 truck on roads with non-homogeneous adhesion coefficient. The 
simulation results show that the air pressure in the brake actuator and braking torque of the slipping 
wheels reflect true physical laws. This shows that the proposed systemcan be used as an anti-slip 
regulator for enhancing vehicle acceleration characteristics. 
 Keywords:Traction control system, ABS/TCS Control, Acceleration Characteristics 
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.5
1
D
K
__
R
L
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.5
1
C
tr_
_s
up
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.5
1
C
tr_
_e
xh
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
5
10
x 10
5
P
ch
a 
[N
/m
2]
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
-10
-5
0
5
x 10
4
M
o 
m
en
 p
ha
nh
 [N
.m
]
Thoi gian(s)