Đề tài Ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch

ĐỀ TÀI “Ứng dụng phần mềm Matlab- Simulink mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch” Giảng viên hướng dẫn : Ths Đồng Minh Tuấn Sinh viên thực hiện : Nguyễn Trọng Khương LỜI NÓI ĐẦU Với sự phát triển của ngành ô tô của Việt Nam như hiện nay, cùng với chiến lược phát triển của nhà nước, chính sách nội địa hoá phụ tùng ôtô trong việc sản xuất và lắp ráp đã tạo điều kiện cho các nhà thiết kế nghiên cứu, chế tạo các cụm, các hệ thống trên ôtô trong nước, trong đó có hệ thống phanh. Vấn đề nghiên cứu thiết kế và chế tạo các phần tử của hệ thống phanh ABS là phù hợp với xu hướng phát triển của thế giới và chủ trương nội địa hoá sản phẩm ôtô của Việt Nam. Chính vì vậy, chúng em được giao đề tài: “Ứng dụng phần mềm Matlab-Simulink mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch” Trong tình hình hiện nay, ngành ôtô của nước ta chủ yếu là lắp ráp nên để có thể độc lập chế tạo các chi tiết của ôtô rất cần những nghiên cứu ứng dụng vào thực tế. Nghiên cứu các vấn đề về lý thuyết và điều khiển hệ thống phanh ôtô hiện đại nhằm ứng dụng thiết kế và chế tạo các hộp đen ECU điều khiển hệ thống phanh là một vấn đề rất phức tạp nhưng đó là công việc cần phải bắt tay vào làm để trong tương lai khô ng xa chúng ta có thể tự nghiên cứu và sản xuất ra những sản phẩm ôtô riêng của Việt Nam. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là nhằm xây dựng cơ sỏ lí thuyết cho hệ thống phanh ABS,trên cơ sở đó mô phỏng trên simulink để thấy rừ nhất mụ hỡnh và hiệu quả của cơ cấu phanh Đề tài cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc nghiên cứu về tính hiệu quả của phanh khi cần giảm tốc độ cũng như hiệu quả phanh trong quá trình điều khiển động học của ôtô thông qua việc sử dụng phần mềm lập trình. Em xin chân thành cảm ơn thầy Ths.Đồng Minh Tuấn người trực tiếp hướng dẫn cùng các thầy trong bôn môn ôtô, Khoa Cơ Khí Động Lực, Trường ĐHSPKT Hưng Yên đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài. Hưng yên, ngày 15 tháng 7 năm 2009 Sinh viên thực hiện Nguyễn Trọng Khương www.oto-hui.com NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Hưng yên, ngày…...tháng..…năm..… Giáo viên hướng dẫn. www.oto-hui.com NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… Hưng yên, ngày…...tháng..…năm..… Giáo viên phản biện. www.oto-hui.com MỤC LỤC Trang Giới thiệu chung…………………………………………............................................... 4  Lý do chọn đề tài……...………………………...…….…………......................... . 4  Bố cục của đồ án...……………...…………………………………...................... 5 Chương I : Tổng quan các vấn đề nghiên cứu 1.1. Lịch sử phát triển của cơ cấu ABS...................................................................... 6 1.2. Nội dung , nhiệm vụ của đề tài........................................................................... 7 1.3. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu.................................................................... 8 Chương II : Hệ thống chống bó cứng bánh xe 2.1. Lực và mô men tác động lên xe trong trong mặt phẳng dọc............................ . 9 2.2. Cơ sở lí thuyết về điều hòa lực phanh chống bó cứng bánh xe khi phanh……. 17 2.3. Sự bám của bánh xe với mặt đường………………………………………… 27 2.4. Hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS....................................................... 33 2.5. Sơ đồ của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS)…………………............. 40 2.6. Quá trình điều khiển của ABS…………………………………................... 46 2.7. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cả cơ cấu ABS …………………… .55 2.8. Các trạng thái phanh……………………………………………………… 65 Chương III : Mô phỏng bằng Matlab - Simulink 3.1 Giới thiệu nội dung chính của Matlab – Simulink; Matlab - State flow……… 67 3.2. Sơ đồ mô phỏng ............................................................................................... 69 3.3. Mô phỏng các cụm của hệ thống ……………………………………………… 71 Chương IV : Kết quả mô phỏng và phân tích 4.1. Trường hợp 1 : ...................................................... 90 4.2. Trường hợp 2 : .................................................... 92 4.3. Trường hợp 3 : ........................................................ 95 4.4. Trường hợp 4: ................................................... 97 4.5. Trường hợp5: bốn bánh hệ số bám khác nhau……………………………… 101 4.6. Kết luận và kiến nghị ………………………………………………………….. 103 www.oto-hui.com GIỚI THIỆU CHUNG 1. Lý do chọn đề tài Cơ cấu phanh là cơ cấu an toàn chủ động của ô tô, dùng để giảm tốc độ hay dừng và đỗ ôtô trong những trường hợp cần thiết. Nền công nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô tăng nhanh, mật độ lưu thông trên đường ngày càng lớn. Các xe ngày càng được thiết kế với công suất cao hơn, tốc độ chuyển động nhanh hơn thì yêu cầu đặt ra với cơ cấu phanh cũng càng cao và nghiêm ngặt hơn. Một ô tô có cơ cấu phanh tốt, có độ tin cậy cao thì mới có khả năng phát huy hết công suất, xe mới có khả năng chạy ở tốc độ cao, tăng tính kinh tế nhiên liệu, tính an toàn và hiệu quả vận chuyển của ô tô. 10% số vụ tai nạn xảy ra trong trường hợp cần dừng khẩn cấp, tài xế đạp phanh mạnh đột ngột làm xe bị rê bánh và trượt đi, dẫn đến mất lái. Hệ thống ABS giúp khắc phục tình trạng này không phụ thuộc vào kỹ thuật phanh của người lái. Ở VN tai nạn giao thông ngày một gia tăng cả về số vụ và tính chất nguy hiểm Năm 2005 2006 2007 2008 Số vụ tai nạn 15000 15500 16060 16700 Số người chết( người ) 11200 12300 14600 15740 Số người bị thương( người ) 11840 12140 12410 12780 Trên thế giới cũng có nhiều diễn biến hết sức phức tạp,số vụ tai nạn ngày càng tăng nên tính cấp thiết là phải nâng cao kỹ thuật cho xe cơ giới nói chung và cho ô tô nói riêng Báo cáo năm 2004 của WHO cho biết mỗi ngày trên thế giới, hơn 3000 người chết do tai nạn giao thông. Trong số này, cá c nước có thu nhập thấp và trung bình chiếm đến 85% số ca tử vong. Do tầm quan trọng của hệ thống phanh trên ô tô về sự an toàn giao thông trong quá trình hoạt động mà việc nghiên cứu để nâng cao kỹ thuật sử lí cho hệ thống phanh.mà nhà trường đã giao cho em tìm hiểu về hệ thống phanh ABS 2. Bố cục của đồ án * Đồ án gồm 4 chương - Chương I : Tổng quan các vấn đề nghiên cứu - Chương II : Hệ thống chống bó cứng bánh xe - Chương III : Mô phỏng hệ thống chống bó cứng bánh xe - Chương IV : Phân tích các kết quả mô phỏng điển hình Kết luận và kiến nghị www.oto-hui.com CHƯƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Lịch sử phát triển của cơ cấu ABS. Với sự hiểu biết đơn giản và kinh nghiệm, tránh hiện tượng các bánh xe bị hãm cứng trong quá trình phanh khi lái xe trên đường trơn trượt, người lái xe đạp phanh bằng cách nhấn liên tục lên bàn đạp phanh để duy trì lực bám ngăn không cho bánh xe bị trượt lết và đồng thời có thể điều khiển được hướng chuyển động của xe. Về cơ bản chức năng của cơ cấu phanh ABS cũng giống như vậy nhưng hiệu quả, độ chính xác và an toàn cao hơn. Cơ cấu ABS được sử dụng lần đầu tiên trên các máy bay thương mại vào năm 1949, chống hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi máy bay hạ cánh. Với công nghệ thời đó, kết cấu của cơ cấu ABS còn cồng kềnh, hoạt động không tin cậy và không tác động đủ nhanh trong mọi tình huống. Trong quá trình phát triển ABS đã được cải tiến từ loại cơ khí sang loại điện và hiện nay là loại điện tử. Vào thập niên 60, nhờ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch điện tử ra đời, giúp cơ cấu ABS lần đầu tiên được lắp trên ô tô vào năm 1969, sau đó cơ cấu ABS được nhiều công ty sản suất ô tô nghiên cứu và đưa vào ứng dụng vào năm 1970. Công ty toyota sử dụng lần đầu tiên cho các xe tại Nhật Bản vào năm 1971 đây là cơ cấu ABS một kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau. Nhưng phải đến thập niên 80 cơ cấu này mới được phát triển mạnh nhờ cơ cấu điều khiển kĩ thuật số, vi xử lý thay cho các cơ cấu điều khiển tương tự đơn giản trước đó. Lúc đầu cơ cấu ABS chỉ được lắp ráp trên các xe du lịch mới, đắt tiền, được trang bị theo yêu cầu và theo thị trường. Dần dần cơ cấu này được đưa vào sử dụng rộng rãi hơn, đến nay ABS gần như trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho tất cả các loại xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có đường băng, tuyết dễ trơn trượt, ngày nay cơ cấu ABS không chỉ được thiết kế trên các cơ cấu phanh thuỷ lực mà còn ứng dụng rộng rãi trên các cơ cấu phanh khí nén của các xe tải và xe khách lớn. Nhằm nâng cao tính ổn định và tính an toàn của xe trong mọi chế độ hoạt động như khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, khi đi vào đường vòng với t ốc độ cao, khi phanh trong những trường hợp khẩn cấp … Cơ cấu ABS còn được thiết kế kết hợp với nhiều cơ cấu khác. Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu kiểm soát lực kéo Traction Control (hay ASR) làm giảm bớt công suất động cơ và phanh các bánh xe để tránh hiện tượng các bánh xe bị trượt lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, bởi điều này làm tổn hao vô ích một phần công suất của động cơ và mất tính ổn định chuyển động của ô tô. www.oto-hui.com Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu phân phối lực phanh bằng điện tử EBD (Electronic Break force Distribution) nhằm phân phối áp suất dầu phanh đến các bánh xe phù hợp với các chế độ tải trọng và các chế độ chạy của xe. Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu BAS (Break Assist System) làm tăng thêm lực phanh ở các bánh xe để quãng đường phanh là ngắn nhất trong trường hợp phanh khẩn cấp. Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu ổn định ô tô bằng điện tử (ESP) không chỉ có tác dụng trong khi dừng xe, mà còn can thiệp vào cả quá trình tăng tốc và chuyển động quay vòng của ô tô, giúp nâng cao hiệu quả chuyển động của ô tô trong mọi trường hợp. Ngày nay với sự phát triển vượt bậc và hỗ trợ rất lớn của kĩ thuật điện tử của ngành điều khiển tự động và các phần mềm tính toán, lập trình đã cho phép nghiên cứu và đưa vào ứng dụng các phương pháp điều khiển mới trong ABS như điều khiển mờ, điều khiển thông minh, tối ưu hoá quá trình điều khiển ABS. Các công ty như BOSCH, AISIN, DENCO, BENDI là những công ty đi đầu trong việc nghiên cứu, cải tiến và chế tạo các cơ cấu ABS và cung cấp cho các công ty sản xuất ô tô trên toàn thế giới. 1.2 Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực chống bó cứng bánh xe 1.2.1. Tình hình nghiên cứu chống bó cứng bánh xe trên thế giới. Trên thế giới đã có rất nhiều nhà nghiên cứu về lĩnh vực này ví dụ như : Asami, K., Nomura, Y. and Naganawa, T.(1989). Traction Control (TRC) System for 1987 Toyota Crown. Cho, D. and Hedrick, J.K. (1989). Choi, S. H. and Cho, D. W. (1998). Nonlinear Sliding mode controller with pulse width modulation for vehicular slip ratio control. Proceedings of the KSAE 1999 Spring Annual Meeting. K. Fujita, K., Inous, Y. and Masutomi S. (1990). The ‘Lexus’ Traction Control (TRAC) System. Kawabe, T., Nakazawa, M.,Notsu, I. and Watanabe, Y. (1997). A Sliding Mode Controller for Wheel Slip Ratio Control System. Vehicl Systems Dynamics, Vol. 27.Tan, H.S. and Chin, Y. K. (1992). Vehicle antilock braking and traction control. Qua nghiên cứu các đề tài trên, mỗi đề tài có mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu khác nhau và đạt được kết quả nhất định trong đó nổi trội nhât là: Công trình nghiên cứu với đề tài (wheel slip control with moving slipding surface for traction control system) của K.CHUN và M.SUNWOO đại học Hanyang –seoul -Hàn Quốc (11/4/2004); trong đó tác giả đã phân tích được quá trình điều khiển, tiến hành mô phỏng bằng phần mềm Matlap- Simulink và được thử nghiệm trên xe điện (electric kart) công trình đã đạt được : www.oto-hui.com - Đã tính tới yếu tố thời gian tăng tốc và thời gian phản ứng của hệ thống - Mô phỏng được quá trình điều khiển - Kiểm nghiệm trong phòng thí nghiệm trên loại xe điện nhỏ Hạn chế của đề tài : - Mới chỉ kiểm nghiệm dưới dạng mô hình đơn giản 1.2.2. Tình hình nghiên cứu chống bó cứng bánh xe ở Việt Nam. Những kết quả nghiên cứu về về hệ thống chống bó cứng bánh xe trên ô tô ở việt nam đến nay còn rất nhiều hạn chế,chưa có công trình chuyên sâu nghiên cứu tổng thể về hệ thống .Một số công trình đã được thực hiện ở Việt Nam hoặc ở nước ngoài của các tác giả Việt Nam chủ yếu đi sâu vào nghiên cứu một phần trong hệ thống như hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh như: Đề tài: Nghiên cứu hệ thống phanh ABS trên cơ sở hệ thống thử nghiệm tương đương, thực hiện năm 2005; Đề tài : Mô phỏng hệ dẫn động phanh dầu sử dụng trợ lực chân không, thực hiện năm 2005; Đề tài: Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe, thực hiện năm 2006; Đề tài “Tổng hợp bộ điều khiển điện tử và mô phỏng hệ thống phanh có ABS trên ô tô du lịch” của tác giả anh Vũ. v.v. Nhìn chung với các hiểu biết chưa nhiều ở nước ta, đề tài mong muốn tham gia một phần trong mảng nghiên cứu chống trượt quay bánh xe giúp ô tô tăng khả năng tăng tốc trên đường đặc biệt là đường có hệ số bám thấp. Đây là vấn đề liên quan đến an toàn giao thông khi điều kiện đường xá nước ta còn chưa phát triển và tạo điều kiện cho xe có khả năng tăng tốc tốt khi điều kiện thời tiết xấu. Để khắc phục những hiện tượng đó, phần lớn các ô tô con sang trọng hiện nay đều được trang bị hệ thống chống trượt quay bánh xe, gọi tắt là ASR (Traction Control System). Tại thị trường ô tô Việt Nam rất ít hãng trang bị hệ thống này trên ôtô chỉ có vài hãng như: BMW, GM Daewoo,Toyota. 1.3. Nội dung , nhiệm vụ của đề tài 1.3.1.Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu quá trình điều khiển của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) trên xe du lịch. - Mô phỏng và diễn tả quá trình làm việc của hệ thống chống bó cứng bánh xe bằng Simulink, từ đó phân tích yếu tố như: vận tốc chuyển động của xe, hệ số bám bánh xe với mặt đường đến quá trình phanh ôtô - Đánh giá kết quả mô phỏng các chế độ làm việc điển hình www.oto-hui.com 1.3.2. Nội dung nghiên cứu - Một là : Phân tích làm rõ quá trình chống bó cứng bánh xe và thông số đánh giá, từ đó phân tích hệ số bám của bánh xe với mặt đường và ảnh hưởng của nó đến quá trình phanh ôtô - Hai là : Trình bày quá trình điều khiển và mô tả các phần tử chính của hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe(ABS). - Ba là : Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS và tiến hành mô phỏng quá trình làm việc ở một số chế độ làm việc điển hình - Bốn là : Phân tích kết quả mô phỏng. 1.4. Phạm vi và phương pháp nghiên cứu 1.4.1. Phạm vi nghiên cứu. Do giới hạn về thời gian và kinh phí, nên phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn ở hệ thống phanh thuỷ lực có trang bị cơ cấu ABS trên xe đu lịch, đây là cơ cấu phanh điển hình được trang bị cơ cấu ABS nhiều trên các xe hiện nay. 1.4.2. Phương pháp nghiên cứu Với mục tiêu là “mô phỏng cơ cấu phanh ABS bằng simulink” để phục vụ công tác nghiên cứu và giảng dạy, nên phương pháp nghiên cứu chính ở đây là phương phá p tham khảo tài liệu kết hợp với phương pháp thực nghiệm, phù hợp với nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài. Dựa trên các nguồn tài liệu liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài, tiến hành chọn lọc, phân tích và cơ cấu hóa, giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng xảy ra trong quá trình phanh, từ đó có những phân tích đánh giá tính hiệu quả và phạm vi ứng dụng của cơ cấu ABS, giúp người đọc nắm được một cách có cơ cấu bản chất hoạt động của cơ cấu. Sử dụng phương pháp nghiên cứu để xây dựng mô hình hoạt động của cơ cấu ABS và giải thích cơ chế các quá trình điều khiển của ABS. 1.5. Mục tiêu của đề tài Trước những yêu cầu cấp thiết đó về sự an toàn và chất lượng điều khiển thì đề tài ”mô phỏng hệ thống phanh ABS trên xe du lịch” được thực hiện với mục tiêu sau * Mục tiêu: - Nghiên cứu quá trình điều khiển của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) trên xe du lịch. - Mô phỏng và diễn tả quá trình làm việc của hệ thống chống bó cứng bánh xe bằng Simulink, từ đó phân tích ảnh hưởng của các yếu tố như: vận tốc chuyển động của xe, hệ số bám bánh xe với mặt đường.đến quá trình phanh ôtô - Đánh giá kết quả mô phỏng các chế độ làm việc điển hình www.oto-hui.com CHƯƠNG II HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG BÁNH XE ABS 2.1. Lực và mô men tác động lên xe trong trong mặt phẳng dọc 2.1.1. Lực phanh sinh ra ở bánh xe  Khi người lái tác dụng vào bàn đạp phanh thì ở cơ cấu phanh sẽ tạo ra mô men ma sát còn gọi là mô men phanh MP nhằm hãm bánh xe lại. Lúc đó ở bánh xe xuất hiện phản lực tiếp tuyến pP - Chiều pP ngược chiều chuyển động - Phương song song với mạt phẳng nằm ngang - Điểm đặt tại tâm diện tích tiếp xúc giữa lốp và đường  Xét tại một bánh xe như hình vẽ: Hình 1: Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh. Trong đó : MP: mô men phanh tác dụng lên bánh xe PP: lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường M jb : Mômen quán tính của bánh xe M f : Mômen cản lăn P f : Lực cản lăn Z b : Phản lực của bánh xe r b : bán kính làm việc trung bình của bánh xe www.oto-hui.com - Khi đó lực phanh pP được xác định theo công thức: b P P r MP = (2.1) - Do đó lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường ϕϕ .max bp ZPP == (2.2) Trong đó: Ppmax: Lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường Pϕ: Lực bám giữa bánh xe với mặt đường ; Zb: Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe ; ϕ : Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường Khi phanh thì bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần, do đó trên bánh xe sẽ có mô men quán tính Mjb tác dụng, mô men này cùng với chiều chuyển động của bánh xe; ngoài ra còn có mômen cản lăn Mf tác dụng, mômen này ngược với chiều chuyển động và có tác dụng hãm bánh xe lại. Như vậy trong khi phanh bánh xe thì lực hãm tổng cộng là: b jbf p b jbfp po r MM P r MMM P − += −+ = (2.3) Trong quá trình phanh ôtô, mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh tăng lên, đến một lúc nào đấy sẽ dẫn đến sự trượt lê bánh xe. Khi bánh xe bị trượt lê hoàn toàn thì hệ số bám ϕ có giá trị thấp nhất thì lực phanh sinh ra giữa bánh xe và mặt đường là nhỏ nhất, dẫn tới hiệu quả phanh thấp nhất. Không những thế, nếu các bánh xe trước bị trượt sẽ làm mất tính dẫn hướng khi phanh, còn nếu bánh sau bị trượt khi phanh làm mất tính ổn định khi phanh. Vì vậy để tránh hiện tượng trượt lê hoàn toàn bánh xe (tức là không để bánh xe bị bó cứng khi phanh)trên ôtô hiện đại có đặt bộ chống bó cứng bánh xe khi phanh. 2.1.2. Điều kiện đảm bảo sự phanh tối ưu. Giả sử ôtô chuyển động với vận tốc v 1 , khi phanh thì v 1 giảm dần và gia tốc j<0. Lúc này các lực tác dụng lên ôtô (hình 2) Hình 2: Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh www.oto-hui.com Trong đó: G: Trọng lượng ôtô đặt tại trọng tâm của xe Z 1 , Z 2 : Các phản lực thẳng góc của bánh xe trước và sau P 1f , P 2f : Lực cản lăn của bánh trước và sau P 1P , P 2P : Lực phanh sinh ra ở bánh trước và sau P j : Lực quán tính P ω : Lực cản không khí L: Chiều dài cơ sở của xe  Lực quán tính Pj sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần, Pj đặt tại trọng tâm và cùng chiều với chiều chuyển động, và Pj được xác định theo biểu thức sau : ipj jg GP δ.= (2.4) Trong đó: g: Gia tốc trọng trường (g = 9,81 m/s2) jp: Gia tốc chậm dần khi phanh. iδ : Hệ số tính đến ảnh hưởng của các chi tiết chuyển động quay.  Khi phanh thì lực cản không khí Pω và lực cản lăn Pf1 và Pf2 không đáng kể, có thể bỏ qua. Sự bỏ qua này chỉ gây sai số khoảng 1,5 ÷ 2%  Bằng cách lập các phương trình cân bằng mômen của các lực tác dụng lên ô tô khi phanh đối với các điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường A và B, ta có thể xác định các phản lực thẳng góc Z1 và Z2 như sau: Ta có phương trình mômen tại điểm A: 0....1 =−+−=∑ ωω hPhPaGLZ gjmA Hay: )...(11 ωω hPhPaGL Z gj +−= L hPGb Z gj + =1 (2.5) Tương tự lập phương trình mômen tại điểm B ta được: )...(12 ωω hPhPbGL Z gj −+= L hPGa Z gj − =2 (2.6)  Nhận xét : Các phản lực tiếp tuyến tại bánh xe là hàm bậc nhất đối với lực phanh và phụ thuộc vào trọng lượng ôtô khi phanh và toạ độ trọng tâm. www.oto-hui.com  Thay giá trị Pj từ công thức (2.4) vào (2.5), (2.6) ta được :       += g hj b L GZ gp1 (2.7)       −= g hj a L GZ gp2 (2.8)  Lực phanh Pp1 và Pp2 đặt tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường và ngược chiều với chiều chuyển động của ôtô.  Theo điều kiện bám ϕPPp ≤max nhưng khi tính toán người ta lấy ϕPPp =max nên ta có : Ppmax = G.ϕ (2.9)  Nhận xét: Sự phanh có hiệu quả nhất là khi lực phanh sinh ra ở các bánh xe tỷ lệ thuận với tải trọng tác dụng lên chúng, mà tải trọng tác dụng lên các bánh xe trong quá trình phanh lại thay đổi do có lực quán tính Pj tác dụng Vậy để phanh có hiệu quả nhất thì tỷ số giữa các lực phanh ở các bánh xe trước và lực phanh ở các bánh xe sau sẽ là: 2 1 2 1 2 1 . . Z Z Z Z P P p p == ϕ ϕ (2.10) Hay: gj gj p p hPaG hPbG P p .. .. 2 1 − + = (2.11) Do bỏ qua P ω và P f nên khi phanh thì: pj PP = và ϕ.maxmax GPP pj == Thay giá trị maxjP vào (2.11) ta được: g g p p ha hb P P . . 2 1 ϕ ϕ − + = (2.12)  Nhận xét: Tỷ số lực phanh bánh xe trước – sau phụ thuộc toạ độ trọng tâm của xe và gia tốc chậm dần khi phanh. Để tỷ số này không thay đổi trong suốt quá trình phanh là điều kiện không thể vì: Trên xe tải trọng lớn kết hợp với hệ thống treo làm thay đổi chiều cao trọng tâm khi xe chuyển động. Mặt khác do sức cản mặt đường thì gia tốc chậm dần khi phanh không phải là chậm dần đều, do cách chất tải vì thế hệ số bám ϕ thay đổi nên toạ độ trọng tâm cũng thay đổi làm tỷ số 21 / pp PP cũng luôn thay đổi. www.oto-hui.com Để đảm bảo điều kiện phanh thì tỷ số 21 / pp PP phải tuân theo (2.12), muốn bảo đảm điều kiện này thì: Thay đổi mômen phanh tại bánh xe bằng cách dùng áp suất dầu hoặc khí nén tác dụng vào xylanh phanh mà có thể điều chỉnh được, vì vậy ta phải lắp thêm bộ điều hoà lực phanh trong hệ thống phanh ôtô. 2.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của quá trình phanh.  Để đánh giá chất lượng của quá trình phanh ta phải xét đến các yếu tố sau: 1- Gia tốc chậm dần khi phanh 2- Thời gian phanh 3- Quãng đường phanh 4- Lực phanh và lực phanh riêng 2.1.3.1. Gia tốc chậm dần khi phanh.  Gia tốc chậm dần đều khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng phanh. Khi phân tích các lực tác dụng lên ôtô, có thể viết phương trình cân bằng lực kéo khi phanh ôtô như sau: ifpj PPPPPP ±++±= ηω (2.13) Trong đó: Pj : Lực quán tính sinh ra khi phanh ôtô Pp: Lực phanh sinh ra ở các bánh xe Pf: Lực cản lăn Pω: Lực cản không khí Pi: Lực cản lên dốc Pη : Lực để thắng tiêu hao cho ma sát cơ khí  Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực cản lại chuyển động của ôtô có giá trị rất bé so với lực phanh. Vì thế có thể bỏ qua các lực cản Pf ; Pω ; Pη và khi phanh trên đường nằm ngang có phương trình: pj PP = Khi đó lực phanh lớn nhất PPmax sinh ra tại bánh xe được xác định theo biểu thức : maxmax jp PP = Theo điều kiện bám ϕϕ GPPp ≤≤max nên ta có : max . . p i j g GG δϕ = (2.14) Trong đó: δi: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ôtô jpmax: Gia tốc chậm dần khi phanh g: Gia tốc trọng trường www.oto-hui.com Từ biểu thức (2.14) có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh: i p gj δ ϕ. max = (2.15)  Nhận xét: Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm hệ số δi. Vì vậy khi phanh đột ngột người lái cần tắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực lức đó δi sẽ giảm jPmax tăng. Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh còn phụ thuộc vào hệ số bám ϕ của lốp với mặt đường(mà giá trị của hệ số bám lớn nhất 8,075,0max ÷=ϕ trên đường nhựa tốt). 2.1.3.2. Thời gian phanh.  Thời gian phanh cũng là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh. Thời gian phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt. Để xác định thời gian phanh cần sử dụng công thức sau: i g dt dvj δ ϕ. == (2.16) Từ biểu thức (2.16) có thể viết : dvg dt i .ϕ δ =  Muốn xác định thời gian phanh nhỏ nhất chỉ cần tích phân dt trong giới hạn từ thời điểm ứng với vận tốc phanh ban đầu v1 tới thời điểm ứng với v2 ở cuối quá trình phanh: ( )21min .. 1 2 vv g dv g t i v v i −== ∫ ϕ δ ϕ δ (2.17) Khi phanh ôtô đến khi dừng hẳn thì v2=0 do đó : g vt i . .1 min ϕ δ = (2.18) Trong đó: v1: Ứng với vận tốc phanh ban đầu v 2 : Ứng với vận tốc khi kết thúc phanh Từ biểu thức (2.18) ta thấy rằng thời gian phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc bắt đầu phanh của ôtô, phụ thuộc vào hệ số δi và hệ số bám ϕ giữa bánh xe với mặt đường. Để thời gian phanh nhỏ cần giảm δi, vì vậy người lái xe cần cắt ly hợp khi phanh. www.oto-hui.com 2.1.3.3. Quãng đường phanh.  Quãng đường phanh là chỉ tiêu quan trọng, thực tế nhất để đánh giá chất lượng phanh của ôtô. So với các chỉ tiêu khác thì quãng đường phanh là chỉ tiêu mà người lái xe có thể nhận thức được một cách trực quan, dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xe xử trí tốt trong khi phanh ôtô trên đường. Từ công thức: dt dvg i = δ ϕ. Ta nhân 2 vế với ds ta được: dS gdS dt dv iδ ϕ. = dS gvdv iδ ϕ. =⇒ (2.19) Quãng đường phanh nhỏ nhất được xác định bằng cách tích phân ds hai vế của biểu thức (2.19) với giới hạn từ v1 đến v2 ta được: ∫∫ == 1 2 1 2 ..min v v i v v i vdv g dvv g S ϕ δ ϕ δ ( )2212min .2 vvgS i −=⇔ ϕ δ (2.20) Ta phanh đến khi ôtô dừng hẳn thì v2=0 g vS i .2 2 1 min ϕ δ = (2.21) Từ biểu thức trên ta thấy quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào: - Vận tốc chuyển động của ôtô lúc bắt đầu phanh v1 - Hệ số bám ϕ - Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay δ1 Muốn giảm quãng đường phanh thì ta cần phải giảm δ1. Vì vậy nếu người lái cắt ly hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn hơn. Ta thấy ở biểu thức trên Smin phụ thuộc vào ϕ, mà ϕ phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên bánh xe. Do vậy Smin phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ của ôtô G Ta có đồ thị thể hiện sự thay đổi của quãng đường phanh nhỏ nhất theo vận tốc bắt đầu phanh v1 và theo giá trị hệ số bám như sau: www.oto-hui.com Hình 3: Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo tốc độ bắt đầu phanh v1 và hệ số bám Từ đồ thị thấy rằng: Ở vận tốc bắt đầu phanh v1 càng cao thì quãng đường phanh S càng lớn vì quãng đường phanh phụ thuộc bậc 2 vào v1. Hệ số bám ϕ càng cao thì quãng đường phanh S càng giảm. 2.1.4. Lực phanh và lực phanh riêng. Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh. Chỉ tiêu này được dùng thuận lợi nhất là khi thử phanh ôtô trên bệ thử. Lực phanh sinh ra ở bánh xe được xác định theo biểu thức: b P p r MP = (2.22) Trong đó: PP : Lực phanh của ôtô. MP: Mômen phanh của các cơ cấu phanh. rb: Bán kính làm việc trung bình của bánh xe. Lực phanh riêng P là lực phanh được tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ G của ôtô: G PP P= (2.23) Lực phanh riêng P lớn nhất khi lực phanh Pp cực đại: ϕ ϕ === G G G PP P .maxmax (2.24) www.oto-hui.com Từ biểu thức trên ta thấy rằng lực phanh riêng cực đại bằng giá trị hệ số bám ϕ : Về mặt lý thuyết thì: Trên mặt đường nhựa khô nằm ngang, lực phanh riêng cực đại có thể đạt giá trị 75÷80%. Trong thực tế giá trị đạt được thấp hơn nhiều khoảng 45% đến 65%.  Nhận xét: Trong các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh thì chỉ tiêu quãng đường phanh là đặc trưng nhất và có ý nghĩa quan trọng nhất. Vì quãng đường phanh cho phép người lái hình dung được vị trí xe sẽ dừng trước một chướng ngại vật mà họ phải xử trí để khỏi xảy ra tai nạn khi người lái xe phanh ở tốc độ ban đầu nào đấy. 2.2. Cơ sở lí thuyết về điều hòa lực phanh và chống bó cứng bánh xe khi phanh 2.2.1. Điều hòa lực phanh Muốn đảm bảo phanh có hiệu quả nhất thì lực phanh sinh ra ở các bánh xe trước Pp1và ở các bánh xe sau Pp2 phải thỏa mãn: g g p p ha hb P P . . 2 1 ϕ ϕ − + = Nếu coi bán kính các bánh xe rb1 và rb2 là bằng nhau thì trong quá trình phanh ta có thể viết quan hệ giữa mômen phanh ở bánh xe như sau: 1 2 11 22 1 2 . . p p bp bp p p P P rP rP M M == (2.25) Kết hợp biểu thức (2.12) và (2.25) ta có quan hệ sau: g g p p hb ha M M . . 1 2 ϕ ϕ − − = (2.26) Trong đó : Mp1: Mômen phanh cần sinh ra ở các bánh xe trước. Mp2: Mômen cần sinh ra ở các bánh xe sau. Mômen phanh cần sinh ra ở các bánh xe trước Mp1 và các bánh xe sau Mp2 có thể xác định từ điều kiện bám theo biểu thức sau: ).(.... 11 gbbp hbL rGrZM ϕϕϕ +== (2.27) ).(.... 22 gbbp haL rGrZM ϕϕϕ −== (2.28) Đối với ôtô đã chất tải nhất định, ta có a, b, hg cố định. Bằng cách thay đổi giá trị ϕ, dựa trên biểu thức (2.27) và (2.28) ta có thể vẽ đồ thị Mp1 = f1(ϕ) và Mp2 = f2(ϕ). www.oto-hui.com Hình4: đồ thị chỉ quan hệ giữa mômen phanh Mp1 và Mp2 với hệ số bám Đối với ôtô hiện nay thường dùng dẫn động thủy lực hoặc khí nén quan hệ giữa mômen phanh sinh ra ở bánh xe và áp suất trong dẫn động phanh biểu thị như sau: ddp PkM 111 .= (2.29) ddp PkM 222 .= (2.30) p1dd, p2dd: Là áp suất trong dẫn động phanh của cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau k1, k2: Là hệ số tỷ lệ tương ứng với phanh trước và phanh sau. Từ các biểu thức (2.29) và (2.30) ta có thể xác định quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh trước và phanh sau: 12 21 1 2 . . p p dd dd Mk Mk p p = (2.31) Như vậy để đảm bảo sự phanh lý tưởng thì quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh sau và trong dẫn động phanh trước phải tuân thủ theo đồ thi chỉ trên (hình4) đồ thị này được gọi là đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hòa lực phanh. Hình 5. đồ thị quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh đảm bảo sự phanh lý tưởng 1- đầy tải ; 2- không tải www.oto-hui.com Muốn đảm bảo đường đặc tính này thì bộ điều hòa lực phanh phải có kết cấu rất phức tạp. Các kết cấu trong thực tế chỉ đảm bảo đường đặc tính gần đúng với đường đặc tính lý tưởng. Hình 6: đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh. 1- Đầy tải ; 2- không tải Trên hình 6 trình bày đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh loại piston bậc. Đường đặc tính lý tưởng đậm nét ứng với tải đầy và đường nét đứt ứng với lúc không tải. * Trước hết chúng ta xét trường hợp khi xe đầy tải. Ở giai đoạn đầu áp suất p1 ở dẫn động ra phanh trước và p2 dẫn động ra phanh sau đều bằng nhau, đường đặc tính đi theo đường thẳng OA nghiêng với trục hoành 1 góc 450, lúc đó bộ điều hòa lực phanh chưa làm việc. Khi áp suất trong xylanh phanh chính đạt giá trị pđch (áp suất điều chỉnh) thì lúc đó bộ điều hòa lực phanh bắt đầu làm việc. Từ thời điểm đó áp suất p2 nhỏ hơn áp suất p1 và đường đặc tính điều chỉnh đi theo đường thẳng AB gần sát với đường cong lý tưởng. * Nếu xét ở trạng thái xe không tải thì. Ở giai đoạn đầu đường đặc tính đi theo đường thẳng OC nghĩa là lúc đó bộ điều hòa lực phanh chưa làm việc. Áp suất p’đch ứng với điểm C là áp suất ở dẫn động phanh trước ở thời điểm mà bộ điều hòa bắt đầu làm việc. Tiếp đó đường đặc tính di theo đường CD là đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh khi xe không tải. Như vậy ứng với mỗi tải trọng khác nhau ta có đường đặc tính lý tưởng khác nhau và đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh ở các tải trong khác nhau sẽ là một chùm đường nghiêng khác nhau. www.oto-hui.com ⇒ Tóm lại bộ điều hòa lực phanh đảm bảo cho áp suất p2 ở dẫn động phanh sau gần với áp suất lý tưởng yêu cầu và có giá trị nhỏ hơn áp suất lý tưởng để tránh bó cứng bánh xe sau. Khi bánh xe sau bị bó cứng thì hiệu quả phanh sẽ giảm do hệ số bám ϕ giảm bởi bánh xe bị trượt lê đồng thời làm mất tính ổn định khi phanh. 2.2.2. Vấn đề chống bó cứng bánh xe khi phanh Trong tính toán động lực học của quá trình phanh ôtô thường sử dụng giá trị hệ số bám cho trong các bảng. Hệ số bám này thường được xác định bằng thực nghiệm bánh xe đang chuyển động bị hãm cứng hoàn toàn, nghĩa là khi bánh xe bị trượt lê 100%. Thực tế ra, hệ số bám của bánh xe ôtô với mặt đường ngoài việc phụ thuộc vào loại đường và tình trạng mặt đường còn phụ thuộc vào khá nhiều yếu tố bởi độ trượt của bánh xe tương đối với mặt đường trong quá trình phanh. Sự thay đổi hệ số bám dọc xϕ và hệ số bám ngang yϕ của bánh xe với mặt đường theo độ trượt tương đối λ giữa bánh xe và mặt đường. Độ trượt tương đối λ được xác định theo biểu thức: v rv bb.ωλ −= (2.32) Trong đó:v : Vận tốc của ôtô. bω : Vận tốc góc của bánh xe đang phanh. rb : Bán kính làm việc của bánh xe. Hệ số bám dọc được hiểu là tỷ số của lực tiếp tuyến Pp trên tải trọng Gb tác dụng lên bánh xe. b p x G P =ϕ Vậy hệ số bám dọc bằng không khi lực phanh tiếp tuyến bằng không, nghĩa là lúc chưa phanh. Ta thấy rằng hệ số bám dọc có giá trị cực đại maxxϕ ở giá trị độ trượt tối ưu 0λ không những đảm bảo hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang yϕ cũng có giá trị khá cao. Như vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trượt của bánh xe là 0λ thì sẽ đạt được lực phanh cực đại, bxp GP .maxmax ϕ= nghĩa là hiệu quả phanh sẽ cao nhất và đảm bảo độ ổn định tốt khi phanh. Nhiệm vụ cơ bản của hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh ở độ trượt thay đổi trong một giới hạ n hẹp quanh giá trị 0λ , nhờ vậy sẽ đảm bảo hiệu quả phanh, tính ổn định và tính dẫn hướng khi phanh tốt nhất. www.oto-hui.com Để giữ cho các bánh xe không bị hãm cứng và đảm bảo hiệu quả phanh cao cần phải điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh cao cho độ trượt của bánh xe với mặt đường thay đổi quanh giá trị 0λ trong giới hạn hẹp. Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng các nguyên lý điều chỉnh sau đây: - Theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh. - Theo giá trị độ trượt cho trước. - Theo giá trị của tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó. * Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh gồm các phần tử sau: - Cảm biến để phát tín hiệu về tình trạng của đối tượng cần được thông tin, cụ thể là tình trạng của bánh xe đang được phanh. Tùy theo sự lựa chọn nguyên lý điều chỉnh có thể dùng cảm biến vận tốc góc, cảm biến áp suất trong dẫn động phanh, cảm biến gia tốc của ôtô và các loại cảm biến khác. - Bộ điều khiển để xử lý thông tin và phát các lệnh nhả phanh hoặc phanh bánh xe. - Bộ thực hiện để thực hiện các lệnh do bộ điều khiển phát ra (bộ thực hiện có thể là thủy lực, loại khí hoặc hỗn hợp thủy khí). Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay thường sử dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo gia tốc chậm dần của bánh xe có bố trí cảm biến vận tốc góc. Bảng 2.1. kết quả thí nghiệm ôtô du lịch có hệ thống chống hãm cứng bánh xe Loại đường Tốc độ bắt đầu phanh v(m/s) Quãngđường phanh Lợi về hiệu quả phanh Có hệ thống chống hãm cứng bánh xe. Không có hệ thống chống hãm cứng bánh xe. Đường bêtông khô Đường bêtông ướt 13,88 13,88 10,6 18,7 13,1 23,7 19,1 21,1 Đường bêtông khô Đường bêtông ướt 27,77 27,77 41,1 62,5 50,0 100,0 17,8 37,5 2.2.3. Giản đồ phanh và chỉ tiêu phanh thực tế.  Các công thức xác định gia tốc chậm dần, thời gian phanh và quãng đường phanh mang tính lý thuyết, trong điều kiện lý tưởng, tức là khi phanh thì áp suất chất lỏng có giá trị cực đại tại thời điểm bắt đầu phanh, không kể thời gian phản ứng của người lái  Để xác định được quãng đường phanh thực tế cần nghiên cứu quá trình phanh qua các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa lực phanh Pp sinh ra ở bánh xe với thời gian t. Đồ thị này được gọi là ‘‘giản đồ phanh ’’. www.oto-hui.com Giản đồ phanh được xây dựng bằng thực nghiệm, qua giản đồ phanh ta phân tích và thấy được bản chất của quá trình phanh Giản đồ phanh là quan hệ giữa lực phanh Pp với thời gian t hay cũng là quan hệ của gia tốc chậm dần j với thời gian t Hình 7: Giản đồ phanh  Quan sát giản đồ ta thấy: Điểm O : Lúc người lái nhìn thấy chướng ngại ở phía trước và nhận thức được cần phải phanh. t1 : Thời gian phản xạ của người lái. + Từ lúc thấy được chướng ngại vật cho đến lúc tác dụng vào bàn đạp phanh. + Thời gian t1 phụ thuộc vào trình độ người lái.Thường giới hạn t1 = 0,3 - 0,8 (s). t2: Thời gian chậm tác dụng của dẫn động phanh. + Từ lúc người lái tác dụng vào bàn đạp phanh cho đến khi má phanh ép sát vào trống phanh. + Thời gian này đối với các loại phanh là khác nhau. Với phanh dầu t2= 0,03(s) Với phanh khí t2=0,3 (s) t3 : Thời gian biến thiên lực phanh hoặc tăng gia tốc chậm dần + Với phanh dầu: t3 = 0,2 (s) + Với phanh khí: t3 = 0,5 - 1(s) t4 : Thời gian phanh hoàn toàn, ứng với lực phanh cực đại, được xác định theo công thức g vt i . 1 min ϕ δ = (2.33) Trong thời gian t4 này lực phanh Pp và gia tốc chậm dần j có giá trị không đổi. t5: Thời gian nhả phanh, lực phanh Pp giảm đến 0 + Với phanh dầu t5 có giá trị t5 = 0,2 (s) + Với phanh khí t5 có giá trị t5 = 1,5- 2(s) www.oto-hui.com Khi ôtô dừng hoàn toàn rồi mới nhả phanh thì thời gian t5 không ảnh hưởng gì đến quãng đường phanh nhỏ nhất. Vậy quá trình phanh kể từ khi người lái xe nhận được tín hiệu cho đến khi ôtô dừng hẳn kéo dài thời gian t như sau: t = t1+ t2+ t3+ t4 (2.34)  Quan sát trên giản đồ phanh ta thấy : Ở thời gian t1, t2 lực phanh Pp hoặc gia tốc chậm dần j bằng không. Lực phanh Pp và gia tốc chậm dần j bắt đầu tăng lên từ điểm A là điểm khởi đầu của thời gian t3, cuối thời gian t3 lực phanh và gia tốc chậm dần có giá trị cực đại và giữ không đổi trong suốt thời gian t4, cuối thời gian t4 thì lực phanh và gia tốc chậm dần giảm cho đến hết thời gian t5 thì chúng có giá trị bằng 0. Nếu kể đến thời gian chậm tác dụng t2 của dẫn động phanh thì quãng đường phanh thực tế tính từ khi tác dụng lên bàn đạp phanh cho đến khi ôtô dừng hẳn được xác định theo công thức sau: ϕg vktvS s 2 2 1 21 += (2.35) Trong đó: ks: Hệ số hiệu đính quãng đường phanh, được xác định bằng thực nghiệm: Với xe du lịch: ks= 1,1÷1,2 Với xe tải và xe khách: ks = 1,4 ÷ 1,6 S: Quãng đường phanh thực tế  Trong thực tế khi sử dụng má phanh bị mòn và điều chỉnh phanh không đúng sẽ làm cho quãng đường phanh lớn và gia tốc chậm dần khi gia tốc giảm 10 ÷ 15% so với khi phanh còn mới và điều chỉnh đúng.  Những qui định về hiệu quả phanh được Bộ Giao thông vận tải Việt Nam quy định rõ trong “Tiêu chuẩn an toàn kỹ thuật và bảo vệ môi trường của phươgn tiện cơ giới đường bộ” trình bày ở bảng sau: Bảng 2.2: Tiêu chuẩn về hiệu quả phanh cho phép ôtô lưu hành trên đường . Loại ôtô Quãng đường phanh (m) không lớn hơn Gia tốc chậm dần cực đại, (m/s2) không nhỏ hơn - Ôtô con và các loại ôtô khác thiết kế trên cơ sở ôtô con - Ôtô tải, trọng lượng toàn bộ nhỏ hơn 80 KN và ôtô khách có chiều dài toàn bộ dưới 7,5m - Ôtô tải hoặc đoàn ôtô có trọng lượng toàn bộ lớn hơn 80 KN ,ôtô khách có chiều lớn hơn 7,5m 7,2 9,5 11 5,8 5,0 4,2 www.oto-hui.com 2.2.4. Tính ổn định của ôtô khi phanh. Trong quá trình phanh của ôtô thì trục dọc của ôtô có thể bị nghiêng đi một góc β nào đấy so với hướng của quỹ đạo đang chuyển động. Sở dĩ như vậy là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải khác với tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên trái và tạo thành mômen quay vòng M q quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm A của ôtô. Khi phanh mà ôtô quay đi một góc quá mức quy định thì sẽ mất an toàn chuyển động trên đường. Vậy tính ổn định khi phanh là khả năng ôtô dữ được quỹ đạo chuyển động như ý muốn của người lái trong quá trình phanh. Giả sử ôtô đang chuyển động theo hướng của trục X nhưng sau khi phanh thì lệch một góc β. Trong khi phanh thì các bánh xe bên phải có lực phanh PP.Ph1 ở trục trước, PP.Ph2 ở trục sau, còn ở các bánh xe bên trái có các lực phanh PP.tr1 ở trục trước và PP.tr2 ở trục sau : Tổng các lực phanh bên phải là: PP.Ph = PP.Ph1 + PP.Ph2 (2.36) Tổng các lực phanh bánh xe bên trái là: PP.tr = PP.tr1 +PP.tr2 (2.37) Giả sử rằng tổng các lực phanh bên phải PP.Ph lớn hơn bên trái PPtr, lúc đó ôtô sẽ qua vòng quanh trọng tâm A của ôtô. Mômen quay vòng Mq xác định theo biểu thức: ( ) 222 .... BPPBPBPM trpphptrpphpq −=−= (2.38) Do có sự ma sát giữa bánh xe và mặt đường cho lên khi suất hiện mômen quay vòng Mq thì các bánh xe của trục trước sẽ có phản lực R Y1 tác dụng từ mặt đường theo phương ngang và ở các bánh xe sau sẽ có phản lực Ry2 tác dụng: Phương trình chuyển động của ôtô đối với trọng tâm A được viết dưới dạng: IZ.β= qM - Ry1a- Ry2b (2.39) Vì ôtô đang bị xoay đi một góc β nghĩa là mômen quay vòng Mq lớn hơn nhiều so với khi tác dụng Ry1và Ry2 sinh ra, cho lên để đơn giản khi tính toán có thể bỏ qua các lực Ry1và Ry2 lúc này phương trình(5.39) có dạng: IZ.β= qM hoặc Z q I M =β (2.40) Ở đây: Iz - Mômen quán tính của ôtô quanh trục Z đi qua trọng tâm A. Lấy tích phân hai lần phương trình (2.40) ta được: Ct I M Z q += 2 2 β (2.41) Ở đây: t- Thời gian phanh. www.oto-hui.com Để tìm giá trị của C ta sử dụng điều kiện ban đầu t=0 thì β=0 và lắp vào phương trình (2.41) ta có C=0 từ đó rút ra được biểu thức cuối cùng để xác định góc lệch β do mômen quay Mq gây nên, mà mômen Mq là do sự không đồng đều lực phanh ở các bánh xe bên phải và bên trái của ôtô tạo ra: 2 2 t I M Z q=β (2.42) Từ biểu thức (2.42) ta thấy góc lệch β tỷ lệ thuận với mômen quay vòng và tỷ lệ nghịch với quán tính iz của ôtô đi quanh trục Z đi qua trọng tâm của nó ; Theo yêu cầu của nhà máy chế tạo thì ôtô khi xuất xưởng phải đảm bảo lực phanh ở các bánh xe trên cùng một trục là như nhau nhằm đảm bảo tính ổn định khi phanh. Độ chênh lệch tối đa giữa các lực phanh ở các bánh xe trên cùng một trục không được vượt quá 15% so với giá trị lực phanh cực đại ở các bánh xe của trục này. Giả sử rằng các bánh xe ở bên phải có lực phanh lớn nhất PP.Phmax theo điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường thì lực phanh thấp nhất ở bánh xe bên trái cho phép : PP.trmin = 0,85 PP.phmax (2.43) Lúc đó mômen quay vòng cực đại Mqmax được xác định như sau: 22 min.max.max BPBPM trPphPq −= hay : ( ) 2min.max.max BPPM trPphPq −= Mqmax = ( ) 285,0 max.max. BPP phPphP − Từ đó ta có : max.max 075,0 phPq BPM = (2.44) Lắp giá trị Mqmax từ biểu thức (2.44) vào (2.42) ta tìm được góc lệch cực đại βmax 2maxmax 2 '075,0 t I BP Z P=β (2.45) Ở biểu thức (2.45) thành phần P’Pmax cần phải hiểu là lực phanh cực đại ở một phía theo điều kiện bám. Lực phanh cực đại: P’Pmax= max2 ϕG (2.46) Lắp giá trị P’Pmax từ biểu thức (2.46) và (2.45) cuối cùng ta có biểu thức xác định βmax ZI BGt max 2 max 019,0 ϕ β = (2.47) Góc lệch cực đại βmax cho phép khi phanh không vượt quá 8 0 hoặc khi phanh ôtô không vượt ra ngoài hành lang có chiều rộng 3,5 m. www.oto-hui.com 2.3. Sự bám của bánh xe với mặt đường 2.3.1. Đặt vấn đề Một vấn đề lớn và cũng là bài toán quan trọng cần phải giải quyết đối với hoạt động của cơ cấu phanh, đó là khi ô tô phanh gấp hay phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường trơn, đường đóng băng, tuyết thì dễ xảy ra hiện tượng sớm bị hãm cứng bánh xe, tức hiện tượng bánh xe bị trượt lết trên đường khi phanh. Khi đó quãng đường phanh sẽ kéo dài hơn, tức hiệu quả phanh thấp đi, đồng thời dẫn đến tình trạng mất ổn định và khả năng điều khiển của xe. Nếu các bánh trước bị hãm cứng sẽ làm cho xe không thể chuyển hướng theo sự điều khiển được, nếu các bánh sau bị hãm cứng do sự khác nhau về hệ số bám giữa bánh trái và bánh phải với mặt đường nên làm cho đuôi xe bị lạng, xe bị trượt ngang và chuyển động lệch hướng so với trước lúc bắt đầu phanh. Trong trường hợp xe phanh khi quay vòng, hiện tượng trượt ngang của các bánh xe dễ dẫn tới hiện tượng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất tính ổn định khi xe quay vòng. Để giải quyết bài toán về vấn đề hiệu quả và tính ổn định khi phanh, phần lớn các xe ô tô hiệ n nay đều trang bị cơ cấu chống hãm cứng bánh xe khi phanh, tức là chống hiện tượng trượt lết của bánh xe, gọi là “Anti-Lock Braking System’’ và thường được viết và gọi tắt là ABS. Cơ cấu ABS hoạt động chống hãm cứng bánh xe khi phanh bằng cách điều khiển thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các xylanh bánh xe để ngăn không cho nó bị hãm cứng khi phanh trên đường trơn hay khi phanh gấp, đảm bảo tính hiệu quả và tính ổn định của ô tô trong quá trình phanh. Hệ số bám và lực bám có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô, nó có liên quan chặt chẽ đến tính chất động lực học của ô tô, đến hiệu quả phanh và độ ổn định khi phanh, tính năng dẫn hướng … Cơ cấu ABS được thiết kế dựa trên cơ sở phân tích và xử lý đã đạt được các giá trị tối ưu này. 2.3.2. Hệ số bám Bánh xe là phần tử đàn hồi kết hợp giữa xe và mặt đường. Nhờ có sự bám giữa bánh xe với mặt đường mới có sự truyền động các mô men kéo, mô men phanh được tạo ra từ động cơ hay cơ cấu phanh tới mặt đường, giúp cho xe chuyển động hay dừng lại được. Sự bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bằng hệ số bám . Về cơ bản có thể xem hệ số bám tương tự như hệ số ma sát giữa hai vật thể cơ học. Tuy nhiên do mối quan hệ truyền động giữa bánh xe và mặt đường là vấn đề rất phức tạp, vừa có tính chất của một ly hợp ma sát, vừa theo nguyên lý ăn khớp giữa bánh răng- thanh răng,vì ở đây còn có sự bám của bề mặt gai lốp vào mặt đường. Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường được chia thành hai thành phần: Hệ số bám trong mặt phẳng dọc, tức trong mặt phẳng chuyển động của ô tô được gọi là hệ số bám dọc www.oto-hui.com xϕ và hệ số bám trong mặt phẳng ngang vuông góc với mặt phẳng dọc và được gọi là hệ số bám ngang yϕ . Hệ số bám dọc xϕ được hiểu là tỷ số của lực phanh cực đại trên tải trọng tác dụng lên bánh xe và được xác định bằng biểu thức: b pMax x G P =ϕ (2.48) Tương tự, hệ số bám ngang yϕ được xác định theo biểu thức: b Max y G Y =ϕ (2.49) Trong đó: Ymax - Là lực ngang cực đại tác dụng lên bánh xe. Ppmax- Là lực phanh lớn nhất. Gb - Tải trọng tác dụng lên bánh xe Thực nghiệm chứng tỏ rằng hệ số bám phụ thuộc nhiều yếu tố như: Loại mặt đường và tình trạng mặt đường, kết cấu và nguyên liệu lốp, áp suất không khí ở trong lốp, tải trọng tác dụng lên bánh xe, tốc độ chuyển động của xe, điều kiện nhiệt độ làm việc, độ trượt giữa bánh xe với mặt đường. Do đó, trong quá trình chuyển động của xe, giá trị của hệ số bám là thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố kể trên. Hình 8 trình bày sự thay đổi của hệ số bám xϕ theo áp suất trong lốp, theo tải trọng thẳng đứng, theo tốc độ chuyển động của ô tô và theo độ trượt giữa bánh xe và mặt đường. Hệ số bám ngang yϕ cũng có tính chất tương tự như vậy. Từ đồ thị ở (hình 8a), khi tăng áp suất p trong lốp thì hệ số bám lúc đầu tăng lên, nhưng sau đó lại giảm xuống. Giá trị hệ số bám cực đại sẽ tương ứng với áp suất qui định của nhà chế tạo. Khi tăng tải trọng thẳng đứng lên bánh xe thì hệ số bám sẽ giảm đi một ít và đồ thị có dạng tuyến tính. Khi tăng tốc độ chuyển động thì hệ số bám giảm từ từ theo dạng đường cong. Khi đường ướt thì ảnh hưởng của áp suất trong lốp, của tải trọng và tốc độ chuyển động đến hệ số bám càng lớn đường số 2 ở các (hình 8a, b, c). www.oto-hui.com 0 10 20 30 40 50 0,2 0,4 0,4 0,6 1 2 0,2 0,4 0,6 0,8 0 20 40 60 80 100 λ% φx 0 2 4 6 φx Z;kN 0,6 0,7 φxφx 0,7 0,6 0 20 40 1 2 1 2 (a) (b) (c) (d) P; Ncm2 m s v; Hình 8 : Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám 1-Đường khô. 2-Đường ướt. a) Áp suất trong lốp. b)Tải trọng thẳng đứng trên bánh xe. c)Tốc độ chuyển động của xe. d)Độ trượt giữa bánh xe và mặt đường. Đặc biệt là hệ số trượt ở giữa bánh xe và mặt đường ảnh hưởng rất nhiều đến hệ số bám, khi tăng độ trượt ( trượt lết hay trượt quay) của bánh xe thì hệ số bám lúc đầu tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị cực đại trong khoảng độ trượt (10 - 30%). Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì hệ số bám giảm, khi độ trượt ở =100% (nghĩa là lốp bị trượt lết hoàn toàn đối với bánh xe khi phanh) thì hệ số bám xϕ giảm (20-30%) so với hệ số bám cực đại. Khi đường ướt còn có thể giảm nhiều hơn nữa đến (50-60%). 2.3.3. Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh 2.3.3.1. Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh Mô men phanh do cơ cấu phanh của bánh xe sinh ra, nhưng mặt đường là nơi tiếp nhận thông qua điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường. Nên lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường. Mà đặc trưng là hệ số bám ϕ theo mối quan hệ sau: www.oto-hui.com ϕϕ .bpMax ZPP == (2.50) Trong đó: pMaxP :Lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường ϕP : Lực bám giữa bánh xe với mặt đường. bZ : Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe. xϕ :Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường. Từ đây ta thấy khi phanh gấp ( pP lớn) hay khi phanh trên các loại đường có hệ số bám ϕ thấp như đường trơn thì phần Pp dư vượt quá giới hạn trên, do mặt đường không có khả năng tiếp nhận sẽ làm cho bánh xe sớm bị hãm cứng và trượt lết trên đường. Cũng theo (2.50) thấy rằng hệ số bám ϕ đóng vai trò quan trọng trong việc xác định điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường. Duy trì hệ số bám cao trong quá trình phanh để đạt giá trị lực cực đại là mục tiêu cần quan tâm đối với cơ cấu phanh. rb X r1 V Vλ >0 P V0 ωk Hình 9 : Giải thích hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh. Trong đó: 0v :Là vận tốc lý thuyết của bánh xe. v:Vận tốc thực của bánh xe. Ta có: bk rv .0 ω= (m/s) (2.51) 1.rv kω= (m/s) (2.52) kω :Vận tốc góc của bánh xe. (rad/s) br :Bán kính tính toán. (m) 1r :Bán kính lăn của bánh xe. (m) Khi vận tốc thực tế của bánh xe lớn hơn vận tốc lý thuyết của nó sẽ dẫn đến hiện tượng trượt của bánh xe khi phanh với vận tốc trượt λv . 0vvv −=λ (2.53) www.oto-hui.com Để kể đến ảnh hưởng của sự trượt khi phanh, người ta đưa ra khái niệm độ trượt khi phanh: 100 −=−=−= v v v vv v vλλ (2.54) Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn, tức khi phanh bánh xe bị hãm cứng thì: 0=kω , 00 =v , ∞→1r , 1−=λ Dấu (-) chỉ độ trượt khi phanh. Thực tế, người ta tính độ trượt tương đối: %100.0 v vv − =λ (2.55) Khi %100=λ bánh xe bị hãm cứng và trượt lết hoàn toàn trên mặt đường. 2.3.3.2. Đặc tính trượt khi phanh. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 20 40 60 80 100 λ,% φx φy φxmax φx φy λ0 Hình 10 : Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh. Đặc tính trượt là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số bám ϕ và độ trượt dọc λ . Trong quá trình phanh, hệ số bám ϕ thay đổi theo độ trượt λ , thực nghiệm đã mô tả sự phụ thuộc này thông qua đường đặc tính trượt có dạng như (hình 10). Trên (hình 11) chỉ ra các đường đặc tính trượt, thể hiện mối quan hệ giữa hệ số bám dọc xϕ và hệ số bám ngang yϕ theo độ trượt tương đối λ của bánh xe ứng với các loại đường khác nhau. www.oto-hui.com Bê tông khô Nhựa asphalt ướt Bê tông khô Độ trượt tối ưu φ φ tuyết x y φ y φx `Nhựa asphalt ướt tuyết 0 20 40 60 80 100 λ% a (b) Hình 11: Đặc tính trượt tương ứng với các loại đường khác nhau Từ các đồ thị trên, chúng ta có thể rút ra một số nhận xét sau: - Các hệ số bám dọc xϕ và các hệ số bám ngang yϕ đều thay đổi theo độ trượt λ . Lúc đầu, khi tăng độ trượt λ thì hệ số bám dọc xϕ tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị cực đại trong khoảng độ trượt λ =(10-30%). Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì xϕ giảm, khi độ trượt λ =100% (lốp xe bị trượt lết hoàn toàn khi phanh) thì hệ số bám dọc xϕ giảm (20- 30%) so với hệ số bám cực đại, khi đường ướt còn giảm nhiều hơn nữa, đến (50-60%). Đối với hệ số bám ngang yϕ , sẽ giảm nhanh khi độ trượt tăng, ở trạng thái trượt lết hoàn toàn thì yϕ giảm xuống gần bằng không. - Hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại Maxϕ ở giá trị độ trượt đạt tối ưu oλ . Thực nghiệm chứng tỏ rằng ứng với các loại đường khác nhau thì giá trị oλ thường nằm chung trong giới hạn từ (10-30%), ở giá trị tối ưu oλ này, không những đảm bảo hệ số bám dọc xϕ có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang yϕ cũng có giá trị khá cao. - Vùng (a) gọi là vùng ổn định, ứng với khi mới bắt đầu phanh, vùng (b) là vùng không ổn định của đường đặc tính trượt. Ở cơ cấu phanh thường, khi độ trượt tăng đến giới hạn bị hãm cứngλ =100%(vùng b), do thực tế sử dụng xϕ < maxxϕ nên chưa tận dụng hết khả năng bám (khả năng tiếp nhận phản lực tiếp tuyến ϕϕ .bZP = ). - Ở cơ cấu phanh thường, khi phanh đến giới hạn bị hãm cứng λ =100% thì hệ số bám ngang yϕ giảm xuống gần bằng không, thậm chí đối với loại đường có hệ số bám dọc xϕ cao như đường bê tông khô, nên khả năng bám ngang không còn nữa, chỉ cần một lực ngang nhỏ tác dụng cũng đủ làm cho xe bị trượt ngang, không tốt về phương diện ổn định khi phanh. www.oto-hui.com Trên đây là những nhược điểm cơ bản của cơ cấu phanh thường (phanh hãm cứng ) vì nó chưa phát huy hết khả năng bám để nâng cao hiệu quả phanh và đảm bảo ổn định của xe khi phanh. Như vậy nếu giữ cho quá trình phanh xẩy ra ở độ trượt của bánh xe là oλ thì sẽ đạt lực phanh cực đại bxP GP .maxmax ϕ= , nghĩa là hiệu quả phanh sẽ cao nhất và đảm bảo độ ổn định tốt khi phanh nhờ yϕ có giá trị cao. Một cơ cấu phanh chống hãm cứng (ABS ) được thiết kế thực hiện mục tiêu này. 2.4. Hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS (Anti- lock Bracking System) 2.4.1. Sơ lược về nội dung và các thiết bị,mô hình cơ cấu ABS ở nước ta thời gian qua Nhờ sự phát triển nhanh về khoa học kỹ thuật, trên thế giới đã có công ty chuyên sản xuất thiết bị dạy học ở các nước sản xuất được thiết kế trên xa bàn và bố trí đầy đủ như một cơ cấu thật trên xe, có thể xem như một cơ cấu phanh trên xe thu nhỏ lại, giá thành của các mô hình như vậy là rất cao. Viện vật lý có chế tạo một số mô hình hoạt động của cơ cấu ABS nhưng trên cơ sở các thiết bị của cơ cấu phanh xe máy, lập trình chương trình điều khiển, cũng không giống như hoạt động của cơ cấu phanh thật.rất nhiều công trình nghiên cứu về cơ cấu phanh ABS và đưa vào ứng dụng có hiệu quả, ngày càng cải tiến và tối ưu hoá quá trình điều khiển của cơ cấu. Theo đó nội dung chương trình và công nghệ chế tạo mô hình để phục vụ cho công tác giảng dạy cũng được làm rất tốt. Những kết quả mới, cơ cấu mới được đưa ra sử dụng bên ngoài cũng đều được đưa lên mô hình để giảng dạy. Các mô hình cơ cấu phanh ABS thường được chế tạo dựa trên các chi tiết thật của ô tô và có các dạng: Mô hình các cụm chi tiết rời, mô hình cắt các chi tiết, mô hình cấu tạo của cơ cấu và mô hình làm việc. 2.4.2. Mục tiêu của cơ cấu ABS Mục tiêu của cơ cấu phanh ABS là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trượt thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị 0λ để tận dụng được hết khả năng bám , khi đó hiệu quả phanh cao nhất (lực phanh đạt cực đại do giá tri xMaxϕ ) đồng thời tính ổn định và tính dẫn hướng của bánh xe là tốt nhất ( yϕ đại giá trị cao nhất), thỏa mãn các yêu cầu của cơ cấu phanh là rút ngắn quãng đường phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe trong khi phanh. Để giữ cho bánh xe không bị hãm cứng và đảm bảo hiệu quả phanh cao, cơ cấu phanh chống hãm cứng điểu khiển áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bánh xe với mặt đường quanh giá trị 0λ trong giới hạn hẹp. www.oto-hui.com Cơ cấu chống hãm cứng được thiết kế trên cơ sở cơ cấu phanh thường và trang bị các cụm bộ phận chính sau. - Cụm tín hiệu vào : Có nhiệm vụ nhận biết tình trạng của các bánh xe khi phanh. Tùy theo sự lựa chọn nguyên lý điều chỉnh có thể dùng các cảm biến đo vận tốc góc của các bánh xe, cảm biến áp suất trong dẫn động phanh, cảm biếm giảm tốc của ô tô và các cảm biếm khác. - Bộ điều khiển (ECU): Nhận và xử lý các thông tin từ cụm tín hiệu vào để điều khiển bộ chấp hành thủy lực cung cấp áp suất dầu đã được tính toán tối ưu cho mỗi xylanh phanh bánh xe. - Cụm van điều khiển trong bộ chấp hành thủy lực hoạt động theo lệnh từ bộ điều khiển làm tăng, giảm hay giữ nguyên áp suất dầu khi cần để đảm bảo hệ số trượt dao động trong khoảng tốt nhất (10-30%), tránh hãm cứng bánh xe. - Các cơ cấu chống hãm cứng bánh xe hiện nay thường được sử dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh. a) Sự thay đổi mô men phanh b) Áp suất dẫn động phanh c) Gia tốc bánh xe Hình 12 : Sự thay đổi mô men phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của bánh xe khi phanh có ABS www.oto-hui.com Trên (hình 12) trình bày đồ thị chỉ sự thay đổi của một số thông số của cơ cấu phanh và chuyển động của bánh xe khi có trang bị cơ cấu ABS. Khi tác động lên bàn đạp phanh thì áp suất dẫn động tăng lên, nghĩa là mô men phanh pM tăng lên làm tăng giá trị gia tốc chậm dần của bánh xe và làm tăng độ trượt của nó. Sau khi vượt qua điểm cực đạ i trên đường cong )(λϕ fx = thì gia tốc chậm dần của bánh xe bắt đầu tăng đột ngột. Điều này báo hiệu bánh xe có xu hướng bị hãm cứng. Giai đoạn này của quát trình phanh có ABS sẽ ứng với các đường cong (0-1) trên (hình 12a, b, c). Giai đoạn này gọi là pha I (pha bắt đầu phanh hay pha tăng áp suất trong dẫn động phanh). Bộ điều khiển của cơ cấu ABS lúc này sẽ ghi lại gia tốc tại thời điểm 1 đạt giá trị tới hạn (đoạn C1 trên hình c ) và ra lệnh cho bộ chấp hành thủy lực phải giảm áp suất trong dẫn động phanh. Sự giảm áp suất được bắt đầu với độ chậm trễ nhất định do đặc tính của cơ cấu. Quá trình diễn biến từ điểm 1 đến điểm 2 được gọi là pha II (pha giảm áp suất trong dẫn động phanh). Gia tốc của bánh xe lúc này giảm dần và tại điểm 2 gia tốc tiến dần đến giá tri 0. Giá trị gia tốc lúc này tương ứng với đoạn C2 trên hình c. Sau khi đạt giá trị này, bộ điều khiển ra lệnh cho bộ chấp hành ổn định áp suất trong dẫn động. Lúc này bánh xe sẽ tăng tốc trong chuyển động tương đối và vận tốc của bánh xe tiến gần đến vận tốc của ô tô, nghĩa là độ trượt sẽ giảm và như vậy hệ số bám dọc xϕ tăng lên (đoạn 2-3). Giai đoạn này gọi là pha III( pha giữ áp suất ổn định ). Bởi vì mô men phanh trong thời gian này được giữ cố định cho nên gia tốc chậm dần cực đại của bánh xe trong chuyển động tương đối sẽ phát sinh tương ứng với lúc hệ số bám dọc xϕ đạt giá tri cực đại. Gia tốc cực đại này được chọn làm thời điểm phát lệnh và tương ứng với đoạn 3C trên (hình c). Lúc này bộ điều khiển ghi lại giá trị của gia tốc này và gia lệnh cho bộ chấp hành tăng áp suất dẫn động phanh. Như vậy sau điểm 3 lại bắt đầu pha I của chu kỳ làm việc tiếp theo của cơ cấu ABS. Từ lập luận trên thấy rằng cơ cấu ABS điều khiển momen phanh thay đổi theo chu kỳ khép kín 1-2-3-1 (hình a ), lúc đó bánh xe làm việc ở vùng có hệ số bám dọc cực đại xMaxϕ và hệ số bám ngang yϕ cũng có giá trị cao. www.oto-hui.com 0λ t 0 v t ωb ωb v λ0 Hình 13: Sự thay đổi tốc độ góc bω của bánh xe, vận tốc v, độ trượtλ theo thời gian t Trên (hình 13) trình bày đồ thị sự thay đổi tốc độ góc bω của bánh xe, tốc độ ô tô và độ trượt bánh xe theo thời gian khi phanh trên xe có trang bị cơ cấu ABS. Từ đồ thị ta thấy rằng trong quá trình phanh có cơ cấu chống hãm cứng bánh xe, vận tốc góc bω của bánh xe thay đổi theo chu kỳ, còn độ trượt λ dao đông trong một giới hạn hẹp quanh giá trị độ trượt tối ưu oλ . 2.4.3. Hiệu quả của cơ cấu phanh chống bó cứng (ABS) Dựa trên các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình phanh, ta sẽ thấy rõ các ưu điểm và hiệu quả của cơ cấu phanh chống hãm cứng so với cơ cấu phanh thường. 2.4.3.1. Lợi về tính hiệu quả phanh. Trong các chỉ tiêu đánh giá tính hiệu quả phanh, thì chỉ tiêu quãng đường phanh là đặc trưng và có ý nghĩa quan trọng nhất vì nó mang tính trực quan giúp người lái xe xử lý tình huống hợp lý nhất. Trong các cơ sở lý thuyết về cơ cấu phanh của ô tô đã xây dựng được biểu thức xác định quãng đường phanh nhỏ nhất như sau: )( .2.. 2 2 2 1 1 2 1 2 vv g vdv g vdv g S V V V V Min −=== ∫∫ ϕ δ ϕ δ ϕ δ (2.56) Trong đó: MinS :quãng đường phanh nhỏ nhất 1v : Vận tốc của ô tô ứng với thời điểm bắt đầu phanh 2v : Vận tốc của ô tô ở cuối quá trình phanh δ : Hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô g: Gia tốc trọng trường (g=9,81m/s2) www.oto-hui.com Khi phanh đến lúc ô tô dừng hẳn, 2v =0 ta có: g vSMin .2 . 21 ϕ δ = (2.57) Từ hai biểu thức trên ta thấy giá trị quãng đường phanh nhỏ nhất MinS ngoài sự phụ thuộc vào các yếu tố như hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô δ , vận tốc của ô tô lúc bắt đầu phanh 1v , còn phụ thuộc vào giá trị hệ số bám xϕ . Xét trường hợp khi phanh của hai cơ cấu phanh thường và cơ cấu phanh chống hãm cứng có cùng vận tốc lúc bắt đầu phanh 1v , để đạt tính hiệu quả phanh cao, tức MinS có giá trị tối ưu thì cần phải giảm hệ sốδ , đồng thời phải duy trì hệ số bám ϕ ở mức cao. Để giảm hệ sốϕ thì khi phanh cần phải cắt ly hợp để giảm ảnh hưởng của các khối lượng quay. Trong trường hợp này δ ≈ 1 . Nhờ hoạt động của cơ cấu ABS duy trì độ trượt của bánh xe khi phanh nằm trong giới hạn hẹp quanh giá trị để có giá trị xMaxϕ trong khi cơ cấu phanh thường khi phanh gấp thì hệ số bám xϕ giảm rất nhanh theo độ trượt. Do đó cơ cấu ABS hoạt động sẽ cho quãng đường phanh ngắn hơn là cơ cấu phanh thường. 2.4.3.2. Lợi về tính ổn định phanh. Tính ổn định phanh của ô tô được hiểu là khi phanh ô tô không bị lệch hướng ( trượt ngang), trượt lết hoặc bị lật, đảm bảo tính điều khiển lái và chuyển động an toàn của ô tô. Điều này đặc biệt quan trọng khi xe chạy trên đường trơn với tốc độ cao. Xe mất tính ổn định khi phanh rất nguy hiểm vì không kiểm soát được hướng chuyển động của ô tô. Tính ổn định của ô tô khi phanh được phân tích ở hai trường hợp : Tính ổn định hướng và tính ổn định quay vòng của ô tô khi phanh. Tính ổn định hướng và tính ổn định quay vòng của ô tô khi phanh là khả năng ô tô giữ được quỹ đạo chuyển động như ý muốn ban đầu của người lái trong quá trình phanh. 0 0,2 0,4 0,6 0,8 20 40 60 80 100 λ,% φx φy φxmax φx φy λ0 Hình14: Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh. www.oto-hui.com Hệ số bám ngang yϕ được xác định theo biểu thức: b Max y G Y =ϕ Trong đó: Ymax - Là lực ngang cực đại tác dụng lên bánh xe. Gb - Tải trọng tác dụng lên bánh xe. Từ đồ thị trên ta thấy hệ số bám ngang yϕ thay đổi theo độ trượt λ . Hệ số bám ngang yϕ sẽ giảm nhanh khi độ trượt tăng, ở trạng thái trượt lết hoàn toàn thì yϕ giảm xuống gần bằng không. Khi đó, khả năng bám ngang kém hay không còn nữa làm cho bánh xe bị trượt ngang. Trong thực tế cuối quá trình phanh thì trục dọc của ô tô có thể lệch đi một góc β (hình 15 ) so với hướng chuyển động ban đầu (trục X). Sở dĩ như vậy là do tổng các lực phanh sinh ra ở bánh xe bên phải ( PhpP . )khác với tổng các lực phanh sinh ra ở bánh xe bên trái ( trpP . ) và tạo thành mô men quay vòng qM quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm A của ô tô. Khi ô tô bị lệch đi một góc β quá mức quy định sẽ ảnh hưởng đến an toàn chuyển động trên đường. Pp.ph2 Pp.ph1 Pp.tr1 Pp.tr2 β A M q R y1 β R y2 B 0 X a L v b Y Hình 15: Sự lệch hướng của ô tô khi phanh. Vì mô men quay vòng qM lớn hơn nhiều so với mô men do các phản lực từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe theo phương ngang Ry1 và Ry2 sinh ra, nên có thể bỏ qua Ry1 và Ry2.Cơ sở lý thuyết ô tô cũng đã xây dựng được biểu thức xác định giá trị góc lệch β : www.oto-hui.com 2 1 . . 2        = g v I M z q ϕ δ β (2.58) Hay: ( ) 2 1.. . . 4 .      − = g v I BPP z trpphp ϕ δ β (2.59) Trong đó: Iz- Mô men quán tính của ô tô quanh trục Z thẳng góc với mặt phẳng XOY và đi qua trọng tâm A của ô tô. B- Chiều rộng cơ sở của ô tô. Góc lệch β là một thông số đặc trưng cho tính ổn định của ô tô khi phanh, β càng nhỏ, tính ổn định của ô tô khi phanh càng cao. Các biểu thức (2.58), (2.59) cho thấy β tỷ lệ nghịch với bình phương hệ số bám ϕ . Như vậy cũng giống như phần đánh giá tính hiệu quả phanh, hệ số bám ϕ có ảnh hưởng rất lớn đến góc lệch β . Giá trị ϕ càng lớn thì β càng nhỏ, ô tô càng ổn định khi phanh. Với giá trị hệ số bám ngang yϕ được duy trì ở mức cao khi cơ cấu ABS làm việc sẽ dẫn đến độ lệch β có giá trị nhỏ hơn, tức tính ổn định cao hơn khi phanh thường và bị hãm cứng. Trong trường hợp phanh khi xe đang quay vòng sẽ xuất hiện một lực ngang Y. Khi phanh ở trạng thái bánh xe bị hãm cứng và trượt dọc hoàn toàn, do khả năng bám ngang kém hay không còn nữa làm cho bánh xe bị trượt ngang. Khi đó ngoài góc lái α , bán kính quay vòng còn ảnh hưởng bởi các góc lệch hướng 1β và 2β khác nhau ở các cầu trước và cầu sau do hiện tượng trượt khác nhau ở các bánh xe ở các cầu, dẫn đến hiện tượng quay vòng thiếu, quay vòng thừa làm mất tính ổn định quay vòng của ô tô. Khi ABS hoạt động sẽ duy trì yϕ ở giá trị cao sẽ hạn chế hiện tượng này. Tóm lại khi có trang bị cơ cấu ABS sẽ đạt được các tiêu chí sau: - Lợi về hiệu quả phanh ( lực phanh lớn hơn do hệ số bám xϕ luôn ở phạm vi lân cận giá trị xMaxϕ ). - Lợi về tính ổn định ngang do yϕ còn đủ lớn cho xe ổn định ngang. www.oto-hui.com 2.5. Sơ đồ của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) 2.5.1. Phân loại các phương pháp điều khiển của ABS. ABS được điều khiển theo các phương pháp sau: 2.5.1.1. Điều khiển theo ngưỡng trượt. Điều khiển theo ngưỡng trượt thấp: ví dụ các bánh xe trái và phải chạy trên các phần đường có hệ số bám khác nhau. ECU chọn thời điểm bắt đầu bị hãm cứng của bánh xe có khả năng bám thấp, để điều khiển áp suất phanh chung cho cả cầu xe. Lúc này, lực phanh ở các bánh xe là bằng nhau, bằng chính giá trị lực phanh cực đại của bánh xe có hệ số bám thấp, đối với các bánh xe bên phần đường có hệ số bám cao vẫn còn nằm trong vùng ổn định của đường đặc tính trượt và lực phanh đạt cực đại. Vì vậy, cách này cho tính ổn định cao, nhưng hiệu quả phanh thấp vì lực phanh nhỏ. Điều khiển theo ngưỡng trượt cao: ECU chọn thời điểm bánh xe có khả năng bám cao bị hãm cứng để điều khiển chung cho cả cầu xe. Trước đó, bánh xe ở phần đường có hệ số bám thấp đã bị hãm cứng khi phanh. Cách này cho hiệu quả cao vì tận dụng hết khả năng bám của các bánh xe, nhưng tính ổn định kém. 2.5.1.2. Điều khiển độc lập hay phụ thụôc. Trong loại điều khiển độc lập bánh xe nào đạt tới ngưỡng trượt, tức bắt đầu có xu hướng bị bó cứng thì điều khiển riêng bánh đó. Trong loại điều khiển phụ thuộc, ABS điều khiển áp suất phanh chung cho hai bánh xe trên một cầu hay cả xe theo một tín hiệu chung, có thể theo ngư ỡng trượt thấp hay ngưỡng trượt cao. 2.5.1.3. Điều khiển theo kênh. Loại một kênh: Hai bánh sau được điều khiển chung (có ở ABS thế hệ đầu, chỉ trang bị ABS cho hai bánh sau vì dễ bị hãm cứng hơn hai bánh trước khi phanh). Loại hai kênh: Một kênh điều khiển chung cho hai bánh xe trước, một kênh điều khiển chung cho hai bánh xe sau.Hay một kênh điều khiển cho hai bánh chéo nhau. Loại ba kênh: Hai kênh điều khiển độc lập cho hai bánh trước, kênh còn lại điều khiển chung cho hai bánh sau. Loại bốn kênh: Bốn kênh điều khiển riêng rẽ cho bốn bánh. Hiện nay loại ABS điều khiển theo ba và bốn kênh được sử dụng rộng rãi . ưu và nhược điểm của từng loại được thể hiện qua ba hoặc bốn các phương án bố trí sau. www.oto-hui.com 2.5.2. Các phương án bố trí cơ cấu điều khiển của ABS. Việc bố trí sơ đồ điều khiển của ABS phải thoả mãn đồng thời hai yếu tố: Tận dụng được khả năng bám cực đại giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh nhờ vậy làm tăng hiệu quả phanh tức là làm giảm quãng đường phanh. Duy trì khả năng bám ngang trong vùng có giá trị đủ lớn nhờ vậy làm tăng tính ổn định chuyển động và ổn định quay vòng của xe khi phanh. Từ những kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng đối với ABS thì hiệu quả phanh và ổn định khi phanh phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn sơ đồ phân phối các mạch điều khiển và mức độ độc lập hay phụ thuộc của việc điều khiển lực phanh tại các bánh xe. Sự thoả mãn đồng thời hai chỉ tiêu hiệu quả phanh và tính ổn định phanh của xe là khá phức tạp, tuỳ theo phạm vi và điều kiện sử dụng mà chọn các phương án điều khiển khác nhau. Dưới đây trình bầy 6 phương án bố trí cơ cấu điều khiển của ABS tại các bánh xe (hình 16) và những phân tích theo quan điểm hiệu quả và ổn định khi phanh. 2.5.2.1. phương án 1: ABS có bốn kênh với các bánh xe được điều khiển độc lập. ABS có 4 cảm biến bố trí ở 4 bánh xe và 4 van điều khiển độc lập, sử dụng cho cơ cấu phanh bố trí dạng mạch thường (một mạch dẫn động cho hai bánh xe cầu trước, một mạch dẫn động cho hai bánh xe cầu sau). Với phương án này các bánh xe đều được tự động hiệu chỉnh lực phanh sao cho luôn nằm trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quả phanh là lớn nhất. Tuy nhiên khi phanh trên đường có hệ số bám trái và phải không đều thì mô men xoay xe sẽ rất lớn và khó có thể duy trì ổn định hướng bằng cách hiệu chỉnh vô lăng. Ổn định khi quay vòng cũng giảm nhiều. Vì vậy với phương án này cần phải bố trí thêm cảm biến gia tốc ngang để kịp thời hiệu chỉnh lực phanh ở các bánh xe để tăng cường tính ổn định chuyển động và ổn định quay vòng khi phanh. 2.5.2.2. Phương án 2: ABS có bốn kênh điều khiển và mạch phanh bố trí chéo. Sử dụng cho cơ cấu phanh có dạng bố trí mạch chéo ( buồng của xy lanh chính phân bố cho một bánh trước và một bánh sau chéo nhau). ABS có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4 van điều khiển. Trong tr ường hợp này hai bánh trước được điều khiển độc lập, hai bánh sau được điều khiển chung theo ngưỡng trượt thấp, tức là bánh xe nào có khả năng bám thấp sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau. Phương án này sẽ loại bỏ được mô men quay vòng trên cầu sau, tính ổn định tăng nhưng hiệu quả phanh giảm bớt. www.oto-hui.com Hình 16 : Các phương án bố trí cơ cấu phanh ABS 2.5.2.3. Phương án 3: ABS có ba kênh điều khiển. Trong trường hợp này hai bánh xe sau được điều khiển theo ngưỡng trượt thấp, còn ở cầu trước chủ động có thể có hai phương án sau. Đối với những xe có chiều dài cơ sở lớn và mô men quán tính đối với trục đứng đi qua trọng tâm xe cao tức là có khả năng cản trở độ lệch hướng khi phanh, thì chỉ cần sử www.oto-hui.com dụng một van điều khiển chung cho cả cầu trước và một cảm biến tốc độ đặt tại vi sai. Lực phanh trên hai bánh xe cầu trước sẽ bằng nhau và được điều chỉnh theo ngưỡng trượt thấp. Cơ cấu như vậy cho tính ổn định phanh rất cao nhưng hiệu quả phanh lại thấp. Đối với những xe có chiều dài cơ sở nhỏ và mô men quán tính thấp thì để tăng hiệu quả phanh mà vẫn đảm bảo tính ổn định, người ta để cho hai bánh trước được điều khiển độc lập. Tuy nhiên phải sử dụng bộ phận làm chậm sự ra tăng của mô men xoay xe. Cơ cấu đó sử dụng bốn cảm biến tốc độ đặt tại bốn bánh xe. 2.5.2.4. Các phương án 4,5,6: Đều là loại có hai kênh điều khiển trong đó: Phương án 4: Tương tự như phương án 3, tuy nhiên cầu tr ước chủ động được điều khiển theo phương thức chọn cao, tức là áp suất phanh được điều chỉnh theo ngưỡng của bánh xe bám tốt hơn. Điều này tuy làm tăng hiệu qu ả phanh nhưng tính ổn định lại kém hơn do mô men xoay xe khá lớn, theo phương án này thì khi phanh trên các loại đường mà hai bên bánh xe có hệ số bám chênh lệch nhau lớn thì xe rất dễ bị quay đầu vì lý do bên bánh có hệ số bám thấp bị bó cứng trước trong khi bánh xe bên kia vẫn còn chuyển động để tận dụng tối đa lực bám . Phương án 5: Trên mỗi cầu chỉ có một cảm biến đặt tại hai bánh xe chéo nhau để điều khiển áp suất phanh chung cho cả cầu. Cầu trước được điều khiển theo ngưỡng trượt cao, còn cầu sau được điều khiển theo ngưỡng trượt thấp. Phương án 6: Sử dụng cho loại mạch chéo. Với hai cảm biến tốc độ đặt tại cầu sau, áp suất phanh trên các bánh xe chéo nhau sẽ bằng nhau. Ngoài ra các bánh xe cầu sau được điều khiển chung theo ngưỡng trượt thấp. Cơ cấu này tạo độ ổn định cao nhưng hiệu quả phanh thấp. Để minh hoạ cho sự ảnh hưởng của các phương án điều khiển tới hiệu quả phanh (đặc trưng bằng quãng đường phanh ) và tính ổn định khi phanh (đặc trưng bằng độ lệch ngang của trọng tâm xe cũng như góc lệch hướng của xe). Chúng ta tham khảo kết quả thực nghiệm đo đạc ở chế độ mặt đường có hệ số bám trái và phải không đều 3,0 7,0 2 1 = ϕ ϕ đối với xe tải 3 cầu và vận tốc lúc bắt đầu phanh là v0=11,1 (m/s) www.oto-hui.com 0,8 0,6 0,4 0,2 12 14 16 18 20 22 spm Y, m 0,8 0,6 0,4 0,2 12 14 16 18 20 22 sp m α, m 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 Hình 17: Hiệu quả phanh và ổn định đối với các phương án ABS khác nhau. 1: Điều khiển độc lập ở tất cả các bánh xe. 2: Các bánh xe cầu trước được điều khiển độc lập, các bánh xe cầu sau được điều khiển phụ thuộc. 3: Không có ABS. 4: Các bánh xe cầu trớc và cầu sau điều khiển phụ thuộc (Theo từng cầu). 5: Điều khiển phụ thuộc ở tất cả các bánh xe trên các cầu. Chú thích : Sp - quãng đường phanh (m). Y - độ lệch ngang của trọng tâm xe. ỏ - góc lệch hướng của xe. * Quá trình phanh khi quay vòng cũng chịu ảnh hưởng của việc bố trí các phương án điều khiển ABS như sau: Nếu việc điều khiển phanh trên tất cả các bánh xe là độc lập khi quay vòng lực phanh trên các bánh xe ngoài sẽ lớn hơn do tải trọng trên chúng lớn hơn khi q uay vòng. điều này tạo ra mô men xoay xe trên mỗi cầu và làm tăng tính quay vòng thiếu. Nếu độ trượt của cầu trước và cầu sau không như nhau trong quá trình phanh (do kết quả của việc chọn ngưỡng trượt thấp hay cao trên mỗi cầu, hoặc do phân bố tải trọng trên cầu khi phanh) sẽ tạo ra sự trượt ngang khộng đồng đều trên mỗi cầu. Nếu cầu trước trượt ngang nhiều hơn sẽ làm tăng tính quay vòng thiếu, ngược lại khi cầu sau trượt ngang nhiều hơn sẽ làm tăng tính quay vòng thừa. * Quá trình điều khiển chống hãm cứng bánh xe khi phanh. ECU điều khiển các van điện trong bộ chấp hành thuỷ lực đóng mở các cửa van, thực hiện các chu trình tăng, giữ và giảm áp suất ở các xylanh làm việc các bánh xe, giữ cho bánh xe không bị bó cứng bằng các tín hiệu điện. Có hai phương pháp điều khiển: Điều khiển bằng cường độ dòng điện cấp đến các van điện, phương pháp này sử dụng đối với các van điện 3 vị trí. Phần lớn hiện nay đang điền khiển ở 3 mức cường độ dòng điện: 0,2 và 5A tương ứng với các chế độ tăng,giữ và giảm áp suất. www.oto-hui.com Điều khiển bằng điện áp 12V cấp đến các van điện, phương pháp này sử dụng đối với các van điện 2 vị trí. Mặc dù tín hiệu đến các van điện là khác nhau đối với từng loại xe là khác nhau nhưng việc điều khiển tốc độ các bánh xe về cơ bản là giống nhau. Các giai đoạn điều khiển được thể hiện như ( hình 18 ). Tốc độ xe A B C D Tốc độ Tốc độ bánh xe Gia tốc bánh xe giảm giữ tăngT ín hi ệu Áp suất dầu xylanh bánh xe Thời gian(s) - + 0 Hình 18: Điều khiển chống hãm cứng bánh xe khi phanh. Khi phanh, áp suất dầu trong mỗi xylanh bánh xe tă ng lên và tốc độ xe giảm xuống.Nếu bánh nào có xu hướng bị bó cứng ECU điều khiển giảm áp suất dầu ở bánh đó. Giai đoạn A: ECU điều khiển van điện ở chế độ giảm áp, vì vậy giảm áp suất dầu ở xylanh bánh xe. Sau đó ECU chuyển các van điện sang chế độ giữ áp để theo dõi sự thay đổi về tốc độ của các bánh xe, nếu thấy cần giảm thêm áp suất ở bánh nào thì nó sẽ điều khiển giảm tiếp áp suất ở bánh đó. Giai đoạn B: Tuy nhiên, khi giảm áp suất dầu lực phanh tác dụng lên bánh xe lại giảm đi không đủ hãm xe dừng lại nên ECU liên tục điều khiển các van điện chuyển sang chế độ tăng và giữ áp. Giai đoạn C: Khi áp suât dầu tăng từ từ nh ư trên làm cho bánh xe có xu hướng lại bị bó cứng vì vậy các van điện được điều khiển sang chế độ giảm áp. Giai đoạn D: Do áp suất dầu trong bánh xe lại giảm (giai đoạn C),ECU lại bắt đầu điều khiển tăng áp như (giai đoạn B) và chu kỳ được lặp đi lặp lại cho đến khi xe dừng hẳn. www.oto-hui.com 2.6. Quá trình điều khiển của ABS 2.6.1. Yêu cầu của cơ cấu ABS Một cơ cấu ABS hoạt động tối ưu, đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng phanh của ô tô phải thỏa mãn đồng thời các yêu cầu sau: - Cơ cấu phải đáp ứng được các yêu cầu về an toàn liên quan đến động lực học phanh và chuyển động của ô tô. - Cơ cấu phải làm việc ổn định và có khả năng thích ứng cao, điều khiển tốt trong suốt dải tốc độ của xe và ở bất kỳ loại đường nào (thay đổi từ đường bê tông khô có sự bám tốt đến đường đóng băng có sự bám kém ). - Cơ cấu phải khai thác một các tối ưu khả năng phanh của các bánh xe trên đường, do đó giữ tính ổn định điều khiển và giảm quãng đường phanh. Điều này không phụ thuộc vào việc phanh đột ngột hay phanh từ từ của người lái xe. - Khi phanh xe trên đường có các hệ số bám khác nhau ( ví dụ hai bánh xe bên phải chạy trên đường tuyết và hai bánh bên trái chạy trên đường nhựa khô ) thì mô men xoay xe quanh trục đứng đi qua trọng tâm của xe là luôn luôn xảy ra không thể tránh khỏi, nhưng với sự hỗ trợ của cơ cấu ABS, sẽ làm cho nó tăng rất chậm để người lái xe có đủ thời gian bù trừ mô men này bằng cách điều chỉnh cơ cấu lái một cách dễ dàng. - Cơ cấu phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh trong lúc đang quay vòng - Cơ cấu phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đoán và an toàn. Một mạch kiểm soát phải liên tục kiểm tra sự hoạt động của cơ cấu một cách đầy đủ. Nếu phát hiện một lỗi nào đó có thể làm hư hỏng việc ứng xử của ABS thì cơ cấu sẽ thông báo cho lái xe biết và khi đó cơ cấu phanh sẽ làm việc như một cơ cấu phanh bình thường. 2.6.2. Phạm vi điều khiển của ABS Mục tiêu của cơ cấu ABS là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trượt thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị 0λ ( 0λ =10-30% trên đồ thị đặc tính trượt), gọi là phạm vi điều khiển của cơ cấu ABS. Khi đó hiệu quả phanh cao nhất ( lực phanh đạt giá trị cực đại do giá trị xMaxϕ ) đồng thời tính ổn định của xe là tốt nhất ( yϕ đạt giá trị cao ), thỏa mãn các yêu cầu cơ bản của cơ cấu phanh là rút ngắn quãng đường phanh, cải thiện tính ổn định hướng và khả năng điều khiển lái của xe trong khi phanh. Thực tế giới hạn này có thể thay đổi trong phạm vi lớn hơn, có thể bắt đầu sớm hơn hay kết thúc trễ hơn tùy theo điều kiện bám của bánh xe và mặt đường. www.oto-hui.com 80 % 1,2 0 20 40 60 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 1 2 3 4 Vùng abs điều khiển Độ trượt λ H ệ số b ám d ọc φ 100% Hình 19 : Phạm vi điều chỉnh của cơ cấu ABS. 1: Lốp bố tròn chạy trên đường bêtông khô. . 2: Lốp bố chéo chạy trên đường nhựa ướt. 3: Lốp bố tròn chạy trên đường tuyết 4: Lốp bố tròn chạy trên đường đóng băng. Trên ( hình 19 ) thể hiện mối quan hệ giữa hệ số bám dọc xϕ và độ trượt λ ứng với các loại lốp khác nhau chạy trên các loại đường có hệ số bám khác nhau. Phạm vi điều khiển của cơ cấu ABS ứng với từng điều kiện cụ thể là khác nhau. Theo đó ta thấy đối với loại lốp bố tròn chạy trên đường bêtông khô(đường cong 1) thì giá trị xMaxϕ đạt được ứng với độ trượt khoảng 10% so với loại lốp bố chéo chạy trên đường nhựa ướt ( đường cong 2 ) là 30%. Độ trượt tối ưu 0λ để đạt giá trị hệ số bám cực đại trong hai trường hợp trên là khác nhau. Vì vậy phạm vi điều khiển ABS của chúng, trường hợp lốp bố tròn chạy trên đường bêtông khô sẽ có quá trình điều khiển ABS xảy ra sớm hơn. Tương tự là phạm vi điều khiển của cơ cấu ABS đối với loại lốp bố tròn chạy trên đường tuyết và đường đóng băng (đường cong 3 và 4). www.oto-hui.com Độ trượt λ 0 20 40 60 80 % 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 α=10o α=2o α=10o α=2o φy φx H ệ số b ám n ga ng φ y H ệ số b ám d ọc φ x Vùng ABS điều khiển Hình 20 : Phạm vi điều khiển của ABS theo góc trượt bánh xe. Khi phanh trên đường vòng, xe chịu sự tác động của lực ngang nên các bánh xe sẽ có một góc trượt α . Đồ thị ( hình 20 ) thể hiện mối quan hệ giữa hệ số bám dọc xϕ và hệ số bám ngang yϕ với độ trượt λ ứng với góc trượt o2=α và o10=α . Ta nhận thấy rằng khi góc trượt lớn ( ví dụ o10=α ) thì tính ổn đ ịnh của xe giảm đi rất nhiều. Trong trường hợp này cơ cấu ABS sẽ ưu tiên điều khiển ổn định của xe hơn là quãng đường phanh. Vì vậy ABS sẽ can thiệp sớm khi hệ số bám dọc xϕ còn giá trị rất nhỏ ( 35,0≈xϕ ), trong khi hệ số bám ngang yϕ đạt được giá trị cực đại của nó là 0,8, quá trình điều khiển này cũng được kéo dài hơn bình thường. Nhờ vậy xe giữ được tính ổn định khi phanh trên đường vòng, mặc dù quãng đường phanh có thể dài hơn so với khi chạy thẳng. 2.6.3. Chu trình điều khiển của ABS Quá trình điều khiển của cơ cấu ABS được thực hiện theo một chu trình kín như ( hình 21 ). Các cụm của chu trình bao gồm: - Tín hiệu vào là lực tác dụng lên bàn đạp phanh của người lái xe, thể hiện qua áp suất dầu tạo ra trong xylanh phanh chính. www.oto-hui.com - Tín hiệu điều khiển bao gồm các cảm biến tốc độ bánh xe và bộ điều khiển (ECU). Tín hiệu tốc độ các bánh xe và các thông số nhận được từ nó như gia tốc và độ trượt liên tục được nhận biết và phản hồi về hộp điều khiển để xử lý kịp thời. - Tín hiệu tác động được thực hiện bởi bộ chấp hành, thay đổi áp suất dầu cấp đến các xylanh làm việc ở các cơ cấu phanh bánh xe. - Đối tượng điều khiển : là lực phanh giữa bánh xe và mặt đường. ABS hoạt động tạo ra momen phanh thích hợp ở các bánh xe để duy trì hệ số bám tối ưu giữa bánh xe và mặt đường, tận dụng khả năng bám cực đại lực phanh là lớn nhất. - Các yếu tố ảnh hưởng: như điều kiện mặt đường, tình trạng phanh, tải trọng của xe, và tình trạng của lốp ( áp suất, độ mòn…). Trong đó: 1: Bộ chấp hành thuỷ lực. 2: Xy lanh phanh chính. 3: Xy lanh làm việc. 4: Bộ điều khiển ECU. 5: Cảm biến tốc độ bánh xe. Hình 21 : Chu trình điều khiển kín của ABS. www.oto-hui.com Quá trình điều khiển của ABS được trình bày dưới dạng sơ đồ trạng thái không gian như (hình 22). Phanh thường Giảm áp Giữ hay tăng, giảm áp Dừng tác động ABS Giảm áp chậm Giảm áp nhanh Hình 22 : Sơ đồ trạng thái không gian biểu diễn hoạt động của cơ cấu ABS. Khi phanh chậm sự giảm gia tốc của xe thay đổi chậm và nhỏ thì hoạt động của cơ cấu phanh là bình thường, cơ cấu ABS không can thiệp. Khi phanh gấp hay phanh trên đường trơn, gia tốc chậm dần của bánh xe tăng nhanh, có hiện tượng bị hãm cứng ở các bánh xe, thì ABS sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển giảm áp suất phanh để chống lại sự hãm cứng các bánh xe. Sau đó áp suất phanh sẽ được điều khiển ở các chế độ giữ áp, tăng áp hay giảm áp, thực hiện chế độ tăng áp chậm hay tăng áp nhanh để duy trì độ trượt khi phanh nằm trong khoảng tối ưu. Chu kỳ giảm áp - giữ áp – tăng áp được điều khiển lặp lại phụ thuộc vào tình trạng của các bánh xe , sau đó kết thúc trở về tr ạng thái phanh bình thường. Tùy vào điều kiện của bề mặt đường, số chu kỳ sẽ dao động từ 4-10 lần trong vòng một giây. ABS đạt được tốc độ điều khiển phanh này nhờ các tín hiệu điện tử và khả năng đáp ứng, xử lý nhanh của các bộ vi xử lý trong ECU. www.oto-hui.com Bắt đầu Kiểm tra ban đầu Vòng lặp chính Tính toán tốc độ xe và bánh xe Kiểm tra bộ điều khiển và hệ thống Chọn ngưỡng Không tác động ABS Phân tích và ứng xử Bắt đầu tác động Hoạt động của các van và mô tơ Điều khiển ABS Hình 23: Vòng lặp hoạt động của ABS. Lưu đồ thuật toán chỉ sự hoạt động của cơ cấu ABS theo một vòng lặp kín như sơ đồ (hình 23). Sau khi kiểm tra và kích hoạt các dữ liệu của cơ cấu, cơ cấu vi xử lý bắt đầu điều khiển hoạt động của cơ cấu theo một vòng lặp, tiến hành tính toán tốc độ các bánh xe, tốc độ xe, kiểm tra tình trạng, khả năng đáp ứng của bộ điều khiển và cơ cấu, chọn chế độ làm việc có hay không có sự can thiệp của ABS. Khi ABS hoạt động sẽ tiến hành phân tích diễn biến của quá trình phanh thông qua các tín hiệu vào, xác định các ứng xử và tiến hành điều khiển các bộ phận chấp hành làm việc theo một chu trình vòng lặp kín. 2.6.4. Tín hiệu điều khiển ABS. Việc lựa chọn tín hiệu điều khiển thích hợp là nhân tố chính trong việc quyết định tính hiệu quả của quá trình điều khiển ABS. Trên tất cả các xe hiện nay đều sử dụng các cảm biến tốc độ bánh xe để tạo ra tín hiệu điều khiển chính và cơ bản nhất cho việc điều khiển quá trình hoạt động của cơ cấu ABS. Sử dụng những tín hiệu này, hộp điều khiển www.oto-hui.com (ECU) sẽ tính ra được tốc độ của các bánh xe, sự giảm tốc và tăng tốc của nó, tính được tốc độ chuẩn của các bánh xe, tốc độ xe và độ trượt khi phanh. Sự thay đổi gia tốc của bánh xe là một tín hiệu chính, đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình điều khiển của ABS. ECU sẽ tính toán và xác định các giá trị giới hạn của sự giảm tốc (-a) và tăng tốc (+a) cho phép có thể có của xe để điều khiển các chế độ hoạt động của các van điện trong bộ chấp hành. Tốc độ chuẩn của bánh xe khi phanh ( fvRe ) là tốc độ tương ứng với tốc độ bánh xe dưới điều kiện phanh tối ưu ( có độ trượt tối ưu ). Để xác định tốc độ chuẩn này, các cảm biến tốc độ bánh xe liên tục gửi về ECU tín hiệu tốc độ của cả 4 bánh xe. ECU chọn những giá trị chéo tức bánh trước phải và sau trái chẳng hạn và dựa vào đây tính tốc độ chuẩn. Một trong hai bánh xe quay nhanh hơn được dùng để xác định tốc độ chuẩn của bánh xe trong từng giai đoạn của quá trình phanh. Độ trượt khi phanh là giá trị không thể đo được một cách trực tiếp nên sử dụng một tín hiệu tương tự được tính toán trong ECU, gọi là ngưỡng trượt 1λ (đây là một giá trị vận tốc). Tốc độ chuẩn của bánh xe được sử dụng làm cơ sở cho tín hiệu này. Ngưỡng trượt 1λ là một tín hiệu quan trọng thứ hai trong quá trình điều khiển của cơ cấu ABS. Vận tốc thực tế của bánh xe khi phanh (vR) được so sánh với ngưỡng trượt 1λ để cơ cấu ABS quyết định các chế độ điều khiển tăng, giữ hay giảm áp suất phanh trong bộ chấp hành. Đối với các bánh xe bị động hay các bánh xe chủ động mà khi phanh thì có cắt ly hợp thì chỉ cần tín hiệu gia tốc của bánh xe là đủ để điều khiển cho quá trình hoạt động của ABS. điều này tuân theo quy tắc ứng sử trái ngược nhau của cơ cấu phanh trong vủng ổn định và vùng không ổn định của đường đặc tính trượt. Trong vùng ổn định thì sự giảm tốc của bánh xe là rất nhỏ, tức là khi lái xe đạp phanh với lực càng lớn thì xe giảm tốc càng nhiều mà bánh xe không bị hãm cứng. Tuy nhiên ở vùng không ổn định thì chỉ cần tăng áp suất phanh thêm một ít cũng đủ làm cho bánh xe bị hãm cứng tức thời, nghĩa là sự giảm tốc biến thiên rất nhanh. Dựa trên sự biến thiên gia tốc này ECU có thể xác định được mức độ hãm cứng của bánh xe và có điều khiển thích hợp để duy trì độ trượt khi phanh nằm trong khoảng tối ưu. Đối với các bánh xe chủ động mà khi phanh không cắt ly hợp và cần số đặt tại vị trí số 1 hay số 2, động cơ sẽ tác động lên các bánh xe chủ động và tăng một cách đáng kể mô men quán tính khối lượng ở các bánh xe. Nói cách khác c ác bánh xe sẽ ứng sử như thể chúng nặng hơn rất nhiều. Điều này dẫn đến gia tốc chậm dần các bánh xe thường chưa đủ lớn để có thể coi như một tín hiệu điều khiển đủ cho ECU có thể xác định hãm cứng của bánh xe. Như vậy việc điều khiển của ABS sẽ thiếu sự chính xác. Vì vậy cần thiết phải cần một tín hiệu tương tự với độ trượt phanh để làm tín hiệu điều khiển phụ, và cần kết hợp tương thích tín hiệu này với tín hiệu gia tốc của bánh xe. Đó chính là ngưỡng trượt 1λ . www.oto-hui.com Trên một số xe có gắn thêm cảm biến giảm tốc đo trực tiếp sự giảm tốc của xe và cảm biến gia tốc ngang xác định tình trạng quay vòng của xe, thì các tín hiệu này được xem như các tín hiệu bổ xung cho tín hiệu gia tốc của bánh xe, mạch logic trong ECU tính toán và xử lý tổ hợp dữ liệu này để đạt được quá trình điều khiển phanh tối ưu. 2.6.5. Quá trình điều khiển của ABS. Hình24 : Quá trình điều khiển của ABS. Trong đó : vF: Tốc độ xe. vR : Tốc độ thực tế của bánh xe. vRef : Tốc độ chuẩn bánh xe. 1λ : trượt. Trên đồ thị ( hình 24) biểu điễn một quá trình điều khiển hình của cơ cấu ABS. Đường vF biểu diễn tốc độ xe giảm dần khi phanh; đường vRef là tốc độ chuẩn của bánh xe; vR thể hiện tốc độ thực tế của bánh xe khi phanh; đường 1λ là ngưỡng trượt được xác định từ tốc độ chuẩn vRef . Mục tiêu của ABS là điều khiển sao cho trong quá trình phanh giá trị thực tế của bánh xe vR càng sát với tốc độ chuẩn vRef càng tốt, tức nó phải nằm trên ngưỡng trượt 1λ . www.oto-hui.com Trong giai đoạn đầu của quá trình phanh áp suất dầu ở các xylanh bánh xe tăng lên và sự giảm tốc của các bánh xe cũng tăng lên. Giai đoạn này tương ứng với vùng ổn định (+a) trong đường đặc tính trượt, lúc này tốc độ bánh xe vR bằng với tốc độ chuẩn vRef . Ở cuối giai đoạn 1, sự giảm tốc của bánh xe bắt đầu thấp hơn ngưỡng đã chọn (-a). Lập tức các van điện trong bộ chấp hành ABS chuyển sang chế độ giữ áp suất. Áp suất dầu trong các xi lanh phanh bánh xe chưa giảm ngay vì sự trễ trong quá trình điều khiển, nên sự giảm tốc tiếp tục vượt qua ngưỡng (-a). Ở cuối giai đoạn 2, tốc độ của bánh xe vR giảm xuống dưới ngưỡng 1λ . Van điện trong bộ chấp hành chuyển sang chế độ giảm áp, kết quả là áp suất phanh giảm cho đến khi gia tốc bánh xe trở lại lên gần ngưỡng (- a). Ở cuối giai đoạn 3, gia tốc của bánh xe vượt lên trên ngưỡng (-a) một lần nữa, van điện trong bộ chấp hành lại chuyển sang chế độ giữ áp với thời gian dài hơn, do đó thời điểm này gia tốc của xe tăng lên và vượt qua ngưỡng (+a) , áp suất phanh vẫn giữ không đổi. Ở cuối giai đoạn 4, gia tốc của xe vượt qua ngưỡng giới hạn (+A), lập tức hộp ECU điều khiển van điện chuyển sang chế độ tăng áp trong giai đoạn 5. Trong giai đoạn 6, áp suất phanh được giữ không đổi một lần nữa vì gia tốc bánh xe vẫn còn trên ngựỡng (+a). Ở cuối giai đoạn này gia tốc của bánh xe xuống dưới ngưỡng (+a), điều này cho thấy các bánh xe đã đi vào vùng ổn định của đường cong đặc tính trượt, tức đã nằm trên ngưỡng trượt 1λ . Áp suất phanh tiếp tục được tăng lên từng nấc một trong giai đoạn 7 để giảm tốc độ của xe cho đến khi gia tốc giảm dần của bánh xe xuống dưới ngưỡng (-a) ở cuối giai đoạn 7. Lúc này áp suất phanh giảm ngay tức thì mà không cần tín hiệu 1λ điều khiển. Các chu kì mới tiếp tục điều khiển theo nguyên lý trên đến khi kết thúc quá trình phanh. 2.6.6. Chức năng làm trễ sự gia tăng mômen xoay xe Khi phanh xe trên đường có hệ số bán khác nhau hay đường không bằng phẳng, chẳng hạn như các bánh xe bên trái chạy trên đường nhựa khô và các bánh xe bên phải chạy trên đường đóng băng. Kết quả là lực phanh khác nhau ở các bánh xe trên các cầu, điều này làm sinh ra một mô men xoay xe quanh trục đứng đi qua trọng tâm bánh xe, làm lệch hướng chuyển động của xe (hình 25). www.oto-hui.com P1 P2 1 2 Myaw φx=0,8 φx=0,3 Hình 25: Mô phỏng sự quay ngang do sự chênh lệch lực phanh ở hai bánh xe trước. Trong đó : Myaw: Mô men xoay xe quanh trục đứng đi qua trọng tâm xe. P1, P2: Lực phanh bánh xe trước trái và phải. Đối với các các xe tải và xe khách lớn có chiều dài cơ sở lớn còn chịu ảnh hưởng tương đối cao của mô men quán tính quanh trục đứng. Nên ở những xe này, sự tạo thành mô men xoay xe quanh trục đứng là tương đối chậm và người lái xe có đủ thời gian để đều chỉnh tay lái trong quá trình làm việc của ABS. Trên những xe nhỏ có chiều dài cơ sở ngắn , mô men quán tính quanh trục đứng thấp, nên việc sự tạo thành mô men xoay xe là dễ xảy ra và nhanh hơn. Vì vậy, phần lớn các cơ cấu ABS đều có trang bị một cơ cấu làm trễ đi sự tạo nên mô men xoay xe giúp cho người lái có đủ thời gian để điều chỉnh tay lái thích hợp khắc phục hiện tượng này, giữ cho xe được ổn định trên những mặt đường có hệ số bám khác nhau. Cơ cấu làm trễ mô men xoay xe làm chậm bớt sự gia tăn g áp suất phanh của bánh xe chạy trên phần đường có hệ số bám cao hơn.đảm nhiệm chức năng này là nhờ sự thiết kế đặc biệt của ECU, hoặc có thể kết hợp thêm một vài cảm biến,chẳng hạn cảm biến gia tốc ngang,cảm biến giảm tốc. * Các phương pháp làm trễ mô men xoay xe: - ABS có thể điều khiển áp suất dầu phanh lớn nhất ở các bánh xe chạy trên phần đường có hệ số bám cao tăng chậm lại trong một khoảng một thời gian ngắn nên sự chênh lệch lực phanh giữa các bánh xe chạy trên phần đường có hệ số bám cao và các bánh xe chạy trên phần đường có hệ số bám thấp xảy ra chậm, làm cho mô men xoay xe diễn ra chậm đi. Quãng đường phanh trong trường hợp này có tăng hơn một ít so với cơ cấu ABS không có chức năng làm trễ mô men xoay xe. Cách điều khiển này thường được ứng dụng đối với các xe có cơ cấu ABS điều khiển độc lập ở tất cả các bánh xe. - ABS cũng có thể điều khiển làm trễ mô men xoay xe bằng cách xác định tốc độ xe và chia nó ra làm bốn cấp tốc độ để có các mức làm chậm mô men xoay xe khác nhau. Ở www.oto-hui.com trong phạm vi tốc độ cao thì thời gian tích luỹ áp suất phanh sẽ ngắn hơn ở bánh xe có hệ số bám cao, trong khi thời gian này sẽ tăng ở bánh xe có hệ số bám thấp. Điều này sẽ làm giảm mô men xoay xe, đặc biệt là tại tốc độ xe cao. 2.7. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết và cả cơ cấu ABS 2.7.1. Cảm biến tốc độ bánh xe. Cảm biến tốc độ bánh xe dùng để đo vận tốc góc của bánh xe và gửi về ECU dưới dạng các tín hiệu điện. Cảm biến tốc độ bánh trước Hình 26 a: Vị trí lắp cảm biến. Hình 26 b: Cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ. Tuỳ theo cách điều khiển khác nhau, các cảm biến tốc độ bánh xe thường được gắn ở mỗi bánh xe để đo riêng rẽ từng bánh hoặc được gắn ở vỏ bọc của cầu chủ động, đo tốc độ trung bình của hai bánh xe dựa vào tốc độ của bánh răng vành chậu. ở bánh xe, cảm biến tốc độ được gắn cố định trên các giá đỡ của các bánh xe, vành răng cảm biến được gắn trên đầu ngoài của bán trục hay trên cụm moay ơ bánh xe, đối diện và cách cảm biến tốc độ một khe hở nhất định gọi là khe hở từ. www.oto-hui.com Cảm biến tốc độ bánh xe có hai loại : Cảm biến điện từ và cảm biến HALL. Trongđó loại cảm biến điện từ được xử dụng phổ biến hơn. 2.7.1.1 Cấu tạo: Gồm một nam châm vĩnh cửu, một quận dây quấn quanh lõi từ, hai đầu cuộn dây được nối với ECU (hình 26b). 2.7.1.2 Nguyên lý làm việc. Khi bánh xe quay, vành răng quay theo, khe hở A giữa hai đầu lõi từ và vành răng thay đổi, từ thông biến thiên làm xuất hiện trong cuộn dây một sức điện động xoay chiều dạng hình sin có biên độ và tần số thay đổi tỉ lệ theo tốc độ góc của bánh xe (hình 27). Tín hiệu này liên tục được gửi về ECU. Tuỳ theo cấu tạo của cảm biến, vành răng và khe hở giữa chúng, các xung điện áp tạo ra có thể nhỏ dưới 100mV ở tốc độ thấp, hoặc cao hơn 100mV ở tốc độ cao. +V -V Ở tốc độ cao Ở tốc độ thấp 0 Hình 27: Tín hiệu điện áp ở tốc độ bánh xe Khe hở không khí giữa lõi từ và đỉnh răng của vành răng cảm biến chỉ khoảng 1mm và độ sai lệch phải nằm trong giới hạn cho phép. Cơ cấu ABS sẽ không làm việc tốt nếu khe hở nằm ngoài giá trị tiêu chuẩn. 2.7.2. Cảm biến giảm tốc. Trên một số xe ngoài cảm biên tốc độ bánh xe còn được trang bị thêm một cảm biến giảm tốc cho phép ECU xác định chính xác hơn sự giảm tốc của xe trong quá trình phanh. Kết quả là, mức độ đáp ứng của ABS được cải thiện tốt hơn. Nó thường được sử dụng nhiều trên xe 4WD bởi vì nếu một trong các bánh xe bị hãm cứng thì các bánh xe khác cũng có xu hướng bị hãm cứng theo, do tất cả các bánh được nối với cơ cấu truyền lực nên có tốc độ ảnh hưởng lẫn nhau. Cảm biến giảm tốc còn gọi là cảm biến “G”. www.oto-hui.com Trước LEDs Cảm biến giảm tốc Đĩa xẻ rãnh Đĩa xẻ rãnh Transistor quang Trong quá trình giảm tốc Hình 28: Vị trí và cấu tạo cảm biến giảm tốc Cấu tạo của cảm biến như (hình 28) gồm hai cặp đèn LED và phototransistors, một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín hiệu. Đặc điểm của đèn LED là phát sáng khi cấp điện và phototransis tors là dẫn điện khi có ánh sáng chiếu vào. Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rãnh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức độ giảm tốc. Các rãnh trên đĩa cắt cho ánh sáng từ đèn LED đến phototransistors, làm phototransistors đóng, mở, báo tín hiệu về ECU. ECU nhận những tín hiệu này để xác định chính xác trạng thái mặt đường và thực hiện các điều chỉnh thích hợp. Tín hiệu này cũng được dùng để ECU điều khiển chế độ làm chậm sự tăng mômen xoay xe. Sử dụng hai cặp LED và phototransistors sẽ tạo ra sự đóng và mở của các phototransistors chia mức độ giảm tốc thành 4 mức . Hình 29 : Các chế độ hoạt động của cảm biến giảm tốc. www.oto-hui.com 2.7.3. Cảm biến gia tốc ngang. Cảm biến gia tốc ngang được trang bị trên một vài kiểu xe, giúp tăng khẳ năng ứng xử của xe khi phanh trong lúc đang quay vòng, có tác dụng làm chậm quá trình gia tăng mô men xoay xe. Trong quá trình quay vòng, các bánh xe phía trong có xu hướng nhấc lên khỏi mặt đất do lực ly tâm và các yếu tố góc đặt bánh xe. Ngược lại, các bánh xe bên ngoài bị tỳ mạnh xuống mặt đường đặc biệt là các bánh xe phía trước bên ngoài. Vì vậy các bánh xe phía trong có xu hướng bó cứng dễ dàng hơn so với các bánh xe ở phía ngoài. Cảm biến gia tốc ngang có nhiệm vụ xác định gia tốc ngang của xe khi quay vòng và gửi tín hiệu về ECU. Trong trường hợp này một cảm biến kiểu phototransistors giống như cảm biến giảm tốc được gắn theo trục ngang của xe hay một cảm biến kiểu bán dẫn được sử dụng để đo gia tốc ngang. Ngoài ra cảm biến kiểu bán dẫn cũng được sử dụng để đo sự giảm tốc, do nó có thể đo được cả gia tốc ngang và gia tốc dọc. Cảm biến bán dẫn Phía trước 450 450 Kiểu bán dẫn LEDS Đĩa xẻ dãnh Phĩa trước Transistor quang Kiểu transistor quang Hình 30 : Cảm biến gia tốc ngang. 2.7.4. Hộp điều khiển điện tử (ECU). 2.7.4.1. Chức năng của hộp điều khiển điện tử (ECU). Nhận biế