BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Phan Tấn Tài
NGHIÊN CỨU
KIỂM SOÁT PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT KÉO
TRÊN CẦU CHỦ ĐỘNG CỦA Ô TÔ CON BẰNG ABS
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Hà Nội, 2025
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI
Phan Tấn Tài
NGHIÊN CỨU
KIỂM SOÁT PHÂN PHỐI CÔNG SUẤT KÉO
TRÊN CẦU CHỦ ĐỘNG CỦA Ô TÔ CON BẰNG ABS
Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 9520116
LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Người hướng dẫn khoa học: PGS-TS. Trần Văn Như
Người đồng hướng dẫn: PGS-TS. Đào Mạnh Hùng
Hà Nội, 2025
1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Cầu chủ động ô tô có bố trí vi sai để đảm bảo truyền công suất đến các bánh
xe chủ động, đồng thời đảm bảo cho các bánh xe có thể quay với tốc độ khác nhau
khi lực cản hai bên bánh xe khác nhau. Tuy nhiên, vi sai đơn giản phân phối công
suất ra các bánh xe chủ động không bằng nhau như trường hợp một bánh xe chủ
động không có lực bám hoặc lực bám nhỏ, vi sai phân phối công suất lớn hơn cho
bánh xe có hệ số bám nhỏ làm cho bánh xe bị trơn trượt. Do đó, làm mất khả
năng truyền dẫn công suất kéo trên ô tô.
Có nhiều giải pháp công nghệ để nâng cao chất lượng kéo của ô tô như sử dụng
hệ thống khóa cứng vi sai; vi sai nội ma sát lớn; sử dụng vi sai tích cực (Active
Differential - AD); sử dụng hệ thống điều khiển kéo (Traction Control - TRC) hay
hệ thống điều khiển kéo tích cực (Active Traction Control – A.TRC). Trong các
giải pháp trên, giải pháp sử dụng khóa vi sai, vi sai nội ma sát đơn giản, được đưa
ra từ rất sớm, nhưng khó điều khiển đáp ứng theo trạng thái động lực học của ô
tô, làm cho lốp mòn nhanh. Các giải pháp sử dụng vi sai tích cực, điều khiển kéo
có nhiều ưu điểm đảm bảo điều khiển kéo tối ưu trong mọi điều kiện làm việc. Có
nhiều nghiên cứu về các hệ thống cơ điện tử nhằm nâng cao chất lượng kéo, đặc
biệt nghiên cứu về điều khiển kéo tích cực sử dụng bộ chấp hành của hệ thống
chống bó cứng phanh (Anti-Lock Braking System – ABS). Chất lượng của hệ thống
phụ thuộc vào phương pháp và luật kiểm soát kéo. Các nghiên cứu chủ yếu tập
trung kiểm soát trượt độc lập tại các bánh xe chủ động. Tuy nhiên, phương pháp
này còn tồn tại một số khó khăn trong xác định ngưỡng trượt, hệ số trượt.
Xuất phát từ những yêu cầu trên, nghiên cứu sinh (NCS) đã lựa chọn đề tài
luận án “Nghiên cứu kiểm soát phân phối công suất kéo trên cầu chủ động ô tô con
bằng ABS”. Nội dung chính của luận án gồm: 1) xây dựng mô hình động lực học
hệ thống truyền lực có xét đến vi sai; 2) nghiên cứu, thiết kế hệ thống kiểm soát
phân phối công suất kéo cho các bánh xe trên cầu chủ động thông qua điều khiển
phanh độc lập ở hai bên; 3) sử dụng phần mềm Matlab/Simulink để mô phỏng
2
động lực học, điều khiển hệ thống; 4) thí nghiệm bộ điều khiển trên hệ thống HIL
(Hardwave In the Loop).
Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu kiểm soát phân phối công suất kéo cho các bánh xe trên cầu chủ
động khi ô tô chuyển động trên đường xấu, đường trơn trượt, mặt đường không
đồng nhất - có độ bám hai bên bánh xe khác nhau. Đề xuất bộ điều khiển kiểm
soát phân phối công suất kéo trên cầu chủ động ô tô con bằng việc sử dụng bộ
chấp hành phanh ABS thủy lực tác động phanh độc lập lên cơ cấu phanh ở hai
bên bánh xe chủ động. Chế tạo mô hình HIL để kiểm chứng phương án đã đề xuất.
Nội dung nghiên cứu gồm:
- Xây dựng, mô phỏng và khảo sát mô hình động lực học hệ thống truyền lực
và chuyển động của ô tô có xét đến vi sai;
- Xây dựng và mô phỏng bộ điều khiển kiểm soát phân phối công suất kéo trên
cầu chủ động thông qua điều khiển mô men phanh độc lập ở bánh xe chủ
động;
- Xây dựng và mô phỏng bộ điều khiển kiểm soát phân phối công suất kéo trên
cầu chủ động có xét đến sự đáp ứng của bộ chấp hành phanh ABS;
- Nghiên cứu thí nghiệm trên mô hình HIL.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống truyền lực cầu sau chủ động trên
xe Ford Maverick 2.0L-2003 có trang bị bộ chấp hành phanh ABS thủy lực cho cơ
cấu phanh guốc.
Luận án nghiên cứu trường hợp ô tô chuyển động thẳng trên đường bằng có hệ
số bám hai bên bánh xe chủ động khác nhau và thử nghiệm hệ thống kiểm soát
phân phối công suất kéo trên cầu chủ động dựa trên mô hình mô phỏng kết hợp
phần cứng trong vòng lặp HIL (Hardware In the Loop).
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: 1) phân tích, xây dựng mô hình và mô
phỏng động lực học hệ thống truyền lực dẫn động cầu sau trên ô tô; 2) xây
dựng bộ điều khiển kiểm soát phân phối công suất kéo trên cầu chủ động; 3)
mô phỏng và khảo sát động lực học hệ thống truyền lực ô tô với bộ điều khiển
3
đề xuất, trong các trường hợp có sự chênh lệch hệ số bám giữa các bánh xe
chủ động trên một cầu.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: xây dựng mô hình thí nghiệm phần
cứng trong vòng lặp (HIL); thí nghiệm với các kịch bản khác nhau để đánh
giá hiệu quả hoạt động của bộ điều khiển đã thiết kế.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Về mặt khoa học, luận án đã xây dựng mô hình động lực học hệ thống truyền
lực trên ô tô có xét đến vi sai, mô hình bám giữa bánh xe với mặt đường. Khảo sát
ảnh hưởng của vi sai đến sự phân phối công suất kéo ra các bánh xe chủ động khi
hai bên bánh xe có hệ số bám khác nhau. Đề xuất mô hình kiểm soát phân phối
công suất kéo trên cầu chủ động theo hai phương pháp điều khiển khác nhau: điều
khiển PID; điều khiển LQR, so sánh, đánh giá hiệu quả kiểm soát của hai phương
pháp. Thiết kế bộ điều khiển phân tầng (Cascade control) kiểm soát phân phối
công suất kéo trên cầu chủ động có kể đến bộ chấp hành phanh ABS thủy lực. Về
thực nghiệm, đã chế tạo mô hình HIL với bộ chấp hành phanh ABS dẫn động thủy
lực trên xe Ford Maverick 2.0l để thí nghiệm bộ điều khiển thiết kế. Thực nghiệm
với các trường hợp khác nhau để đánh giá hiệu quả bộ điều khiển thiết kế.
Về mặt thực tiễn: điều khiển kiểm soát phân phối công suất kéo trên cầu chủ
động bằng bộ chấp hành phanh ABS đã được áp dụng trên thực tế. Việc nghiên
cứu thiết kế, cải thiện chất lượng đều có ý nghĩa thực tiễn, làm chủ công nghệ,
nội địa hóa sản phẩm. Bộ điều khiển kiểm soát phân phối công suất kéo trên ô tô
(ECU-TRC) có thể tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện để lắp đặt trên xe thực tế.
Kết quả có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo, học tập và giảng dạy trong nghiên
cứu về động lực học và điều khiển trên ô tô.
Bố cục của luận án
Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, luận án được chia thành bốn
chương với bố cục như sau:
Chương 1:Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
Giới thiệu tổng quan về hệ thống truyền lực và vấn đề kiểm soát phân phối
công suất kéo trên cầu chủ động, các giải pháp kiểm soát phân phối công suất kéo,
phân tích các nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan đến vấn đề nghiên cứu.
