Phân tích cơ sở lý thuyết, đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh chống trượt lê(ABS) trên ô tô

ư hệ thống treo loại khí v.v… Ch­¬ng 2 c¬ së lý thuyÕt cña hÖ thèng phanh chèng tr­ît lª 2.1. ®éng lùc häc qu¸ tr×nh phanh «t« H. 2.1. Lùc vµ momen t¸c dông lªn «t« khi phanh G - Träng lùc, Gj - Träng l­îng b¸m, Fg - Lùc c¶n dèc, Z - Lùc ®ì, Ff - Lùc c¶n l¨n, Fw - Lùc c¶n cña kh«ng khÝ, Fj - Lùc qu¸n tÝnh, Fm - Lùc kÐo remorque, Fp - Lùc phanh. 2.1.1. träng lùc (G) - Lùc hót cña tr¸i ®Êt t¸c dông lªn khèi l­îng cña xe. Träng lùc cã ph­¬ng vu«ng gãc víi mÆt ®Êt, chiÒu th¼ng ®øng, ®iÓm ®Æt t¹i träng t©m cña xe. G = m . g (2.1) trong ®ã : G - Träng lùc , [N] m - Khèi l­îng cña xe , [kg] g - Gia tèc träng tr­êng , [m/s2] g = 9,81 m/s2 H.2.2 .Ph©n bè träng lùc trªn c¸c trôc cña «t« G b1 - Träng lùc ph©n bè trªn trôc tr­íc, G b2 - Träng lùc ph©n bè trªn trôc sau, Gj - Träng l­îng b¸m cña xe, Gj1 - Träng l­îng b¸m cña c¸c b¸nh xe tr­íc, Gj2 - Träng l­îng b¸m cña c¸c b¸nh xe sau, GY - Lùc nghiªng. 2.1.2. lùc c¶n dèc (Fg) - Lùc xuÊt hiÖn khi xe trªn ®­êng dèc. Lùc c¶n dèc cã ph­¬ng song song víi mÆt ®­êng, ng­îc chiÒu tiÕn cña xe khi lªn dèc, cïng chiÒu tiÕn khi xe xuèng dèc, ®iÓm ®Æt t¹i träng t©m cña xe. (2.2) 2.1.3. ph¶n lùc vu«ng gãc (Z) Trong thùc tÕ, c¶ mÆt ®­êng vµ b¸nh xe ®Òu kh«ng ph¶i lµ nh÷ng vËt cøng tuyÖt ®èi nªn chóng ®Òu biÕn d¹ng d­íi t¸c dông cña träng l­îng cña «t«. MÆt ®­êng vµ b¸nh xe tiÕp xóc víi nhau ë v« sè ®iÓm vµ t¹o nªn vïng tiÕp xóc (tire contact patch). T¹i mçi ®iÓm tiÕp xóc trªn b¸nh xe sÏ cã mét ph¶n lùc thµnh phÇn t¸c dông tõ mÆt ®­êng. Tæng cña tÊt c¶ c¸c lùc thµnh phÇn ®ã ®­îc gäi lµ ph¶n lùc tæng hîp tõ mÆt ®­êng hay gäi t¾t lµ ph¶n lùc cña mÆt ®­êng (reaction of the road). Ph¶n lùc cña mÆt ®­êng cã ®iÓm ®Æt t¹i t©m vïng tiÕp xóc. §Ó tiÖn trong nghiªn cøu, ng­êi ta th­êng ph©n tÝch ph¶n lùc cña mÆt ®­êng thµnh 3 thµnh phÇn : Z, X vµ Y. H.2.3 .Ph¶n lùc tõ mÆt ®­êng t¸c dông lªn b¸nh xe G b1 - Träng lùc ph©n bè trªn trôc tr­íc, G b2 - Träng lùc ph©n bè trªn trôc sau, Gj - Träng l­îng b¸m cña xe, Gj1 - Träng l­îng Ph¶n lùc vu«ng gãc (Z) - cßn gäi lµ Lùc ®ì (Supporting Force) lµ thµnh phÇn cã ph­¬ng vu«ng gãc víi mÆt ®­êng. Z 1 - Lùc ®ì c¸c b¸nh xe tr­íc Z 2 - Lùc ®ì c¸c b¸nh xe sau Z 1 = Gb1 . cos a = Gj1 (2.3a) Z 2 = Gb2 . cos a = Gj2 (2.3b) Ph¶n lùc tiÕp tuyÕn (X) - thµnh phÇn t¸c dông trong mÆt ph¼ng song song víi mÆt ®­êng vµ cã ph­¬ng cïng ph­¬ng chuyÓn ®éng cña «t«. Ph¶n lùc ngang (Y) - thµnh phÇn t¸c dông trong mÆt ph¼ng song song víi mÆt ®­êng vµ theo ph­¬ng ngang. 2.1.4. lùc c¶n l¨n (Ff) - lực xuất hiện do ma sát giữa bánh xe với mặt đường và do biến dạng của bánh xe với mặt đường có phương song song với mặt đường. Ff1=f1.Z1 Ff2=f2.Z2 Trong đó : f1, f2 lực cản lăn ở các bánh xe trước và bánh sau nếu coi f1= f2 Ff=FG=fG.cos 2.1.5. lùc c¶n cña kh«ng khÝ (Fw) - khi «t« chuyển động làm thay đổi áp suất không khí trên bề mặt của nó làm xuất hiện dòng xoáy khi ở phần sau của ô tô và gây ra ma sát giữa không khí với bề mặt của chúng và sinh ra lực cản của không khí, có chiều ngược hoặc cùng chiều chuyển động của xe tùy thuộc vào vận tốc của gió và của xe có phương song song với mặt đường có điểm đặt tại tâm diện tích tiếp xúc Fw=0,5Pw.Cw.A(V+V0)2 (2.5) Trong đó : Fw :mật độ của không khí (kg/m3) Cw : hệ số cản của không khí V : vận tốc của ôtô Vo : vận tốc của gió A : diện tích cản chính diện 2.1.6. lùc qu¸n tÝnh (Fj) - xuất hiện do sự thay đổi vận tốc của ôtô lực quản tính gồm các thành phần sau -lực quản tính do gia tốc của các khối lượng chuyển động tịnh tiến (Fi’) và các khối lượng chuyển động quay (Fi’’) có chiều cùng chiều hay ng ược chiều tùy thuộc vào chiều chuyển động gia tốc của xe có phương song song với mặt đường điểm đặt tại tâm của xe Fj=jG/g.J (2.6) Trong đó : J : gia tốc của ôtô j : hệ số quán tính quay( hệ số tính đến ảnh hửơng của gia tốc đến các khối lượng chuyển động quay ) 2.1.7. lùc kÐo remorque (Fm) : khi ôtô có kéo remorque thì lực cản ở remorque kéo được sinh ra gọi là lực remorque có chiều ngược chiều chuyển động của xe có phương song song với mặt đường và được đặt tại tâm của remorque kéo Fm=nQ (2.7) Trong đó : n : số lượng remorque Q : là trọng lượng của một remorque : là hệ số cản tổng cộng của đường 2.1.8. lùc phanh (Fp) Lùc phanh lµ tæng cña c¸c ph¶n lùc cña mÆt ®­êng t¸c dông lªn b¸nh xe ®­îc h×nh thµnh khi xuÊt hiÖn momen phanh. (2.8a) (2.8b) trong ®ã : Fp - Lùc phanh, Mp - Momen phanh, rb - b¸n kÝnh cña b¸nh xe, Mp.max - momen phanh cùc ®¹i, F'p.max - lùc phanh tiÒm n¨ng. Momen phanh lµ momen c¶n chuyÓn ®éng quay cña b¸nh xe xuÊt hiÖn khi m¸ phanh ®­îc Ðp vµo tang trèng hoÆc ®Üa phanh. Trong tr­êng hîp c¬ cÊu phanh tang trèng hoÆc c¬ cÊu phanh ®Üa, momen phanh ®­îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc sau : Mp = T . rt (2.8c) trong ®ã : T - lùc ma s¸t gi÷a m¸ phanh vµ bÒ mÆt cña tang trèng hoÆc bÒ mÆt cña ®Üa phanh, rt - kho¶ng c¸ch gi÷a ®iÓm ®Æt cña lùc ma s¸t vµ ®­êng t©m cña trôc quay, H. 2.4. Momen phanh vµ lùc phanh Lùc phanh tÝnh theo c«ng thøc (2.8b) lµ lùc phanh lín nhÊt mµ hÖ thèng phanh cã thÓ t¹o ra. Tuy nhiªn, nÕu hÖ thèng phanh t¹o ra lùc phanh lín h¬n lùc b¸m th× b¸nh xe sÏ tr­ît lª, tøc lµ xe vÉn chuyÓn ®éng mµ b¸nh xe kh«ng quay. §Ó tr¸nh hiÖn t­îng tr­ît lª, lùc phanh thùc tÕ ®­îc h×nh thµnh t¹i vïng tiÕp xóc chØ cã thÓ nhá h¬n hoÆc b»ng lùc b¸m : Fp.max £ Fj (2.9a) Fj = j . Gj (2.9b) BiÓu thøc (2.9) ®­îc gäi lµ ®iÒu kiÖn b¸m khi phanh. 2.2. ph­¬ng tr×nh c©n b»ng lùc phanh Ph­¬ng tr×nh c©n b»ng lùc t¸c dông lªn «t« trong qu¸ tr×nh phanh trong tr­êng hîp tæng qu¸t cã thÓ biÓu diÔn nh­ sau : Ff1 + Ff2 ± Fg + Fw + Fm + Fms + Fp1 + Fp2 - Fj = 0 (2.10a) hoÆc Fy + Fw + Fm + Fms + Fp - Fj = 0 (2.10b) §Ó thuËn tiÖn khi ph©n tÝch c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng vµ c¸c biÖn ph¸p n©ng cao tÝnh n¨ng phanh, chóng ta xÐt tr­êng hîp phanh nh­ sau : ¤t« ch¹y trªn ®­êng b»ng (a =0), kh«ng kÐo remorque (Fm = 0). Bá qua ¶nh h­ëng cña lùc c¶n cña ®­êng (Fy), lùc c¶n cña kh«ng khÝ (Fw) vµ lùc ma s¸t (Fms). Trong tr­êng hîp phanh khÈn cÊp, ®Ó ®¶m b¶o hiÖu qu¶ phanh cao (xem môc 3.1.1), hÖ thèng phanh ph¶i t¹o ra ®­îc lùc phanh lín nhÊt cã thÓ. Trong tr­êng hîp ®ã, c¸c lùc c¶n tù nhiªn (Fy, Fw, Fms) th­êng rÊt nhá so víi lùc phanh (Fp). Víi nh÷ng gi¶ ®Þnh nªu trªn, ph­¬ng tr×nh c©n b»ng lùc phanh trong tr­êng hîp phanh khÈn cÊp cã d¹ng : Fp.max - Fj.max = 0 (2.10c) ThÕ Fp.max = j. G vµo (2.10c) ta cã : (2.10d) vµ (2.10e) 2.3. c¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ tÝnh n¨ng phanh TÝnh n¨ng phanh hay chÊt l­îng qu¸ tr×nh phanh ®­îc ®Þnh l­îng th«ng qua 2 nhãm chØ tiªu : HiÖu qu¶ phanh vµ TÝnh æn ®Þnh khi phanh. HiÖu qu¶ phanh ®¸nh gi¸ møc ®é gi¶m tèc ®é cña «t« khi ng­êi l¸i t¸c ®éng lªn c¬ cÊu ®iÒu khiÓn phanh trong tr­êng hîp phanh khÈn cÊp. TÝnh æn ®Þnh khi phanh ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng duy tr× quü ®¹o cña «t« theo ý muèn cña ng­êi l¸i trong qu¸ tr×nh phanh. 2.3.1. c¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ hiÖu qu¶ phanh 1) Thêi gian phanh Trong tr­êng hîp tæng qu¸t ta cã : Trong tr­êng hîp phanh khÈn cÊp : (2.11) trong ®ã : v1 - vËn tèc cña xe t¹i thêi ®iÓm b¾t ®Çu phanh, v2 - vËn tèc cña xe t¹i thêi ®iÓm kÕt thóc phanh. C«ng thøc (2.11) cho thÊy, thêi gian phanh sÏ dµi khi vËn tèc b¾t ®Çu phanh lín, thêi gian phanh sÏ ng¾n khi hÖ sè b¸m lín. Thêi gian phanh trong tr­êng hîp ly hîp vÉn ®ãng (dj > 1) th× thêi gian phanh sÏ dµi h¬n so víi tr­êng hîp më ly hîp. Thêi gian ph¶n øng cña l¸i xe (t0) - kho¶ng thêi gian tÝnh tõ thêi ®iÓm l¸i xe quyÕt ®Þnh phanh ®Õn thêi ®iÓm ch¹m ®Õn c¬ cÊu ®iÒu khiÓn phanh. Thêi gian ph¶n øng (t0) phô thuéc vµo kh¶ n¨ng vµ kü n¨ng cña l¸i xe vµ th­êng n»m trong kho¶ng 0,4 ¸ 1,0 s . Thêi gian ph¶n øng cña hÖ thèng phanh (t1) - kho¶ng thêi gian tÝnh tõ thêi ®iÓm c¬ cÊu ®iÒu khiÓn phanh b¾t ®Çu ®­îc t¸c ®éng ®Õn thêi ®iÓm xuÊt hiÖn gia tèc phanh. t1 phô thuéc vµo kiÓu dÉn ®éng phanh vµ t×nh tr¹ng kü thuËt cña nã. t1 = 0,2 ¸ 0,4 s - dÉn ®éng phanh thuû lùc. t1 = 0,6 ¸ 0,8 s - dÉn ®éng phanh khÝ nÐn . Thêi gian ph¸t triÓn lùc phanh (t2) - kho¶ng thêi gian tÝnh tõ thêi ®iÓm lùc phanh b¾t ®Çu cã t¸c dông h·m xe ®Õn thêi ®iÓm lùc phanh ®¹t ®Õn mét trÞ sè x¸c ®Þnh. Trong nhiÒu tµi liÖu gi¸o khoa, ®Ó dÔ hiÓu, thêi ®iÓm cuèi cña giai ®o¹n ph¸t triÓn lùc phanh ®­îc quy ­íc lµ thêi ®iÓm lùc phanh ®¹t trÞ sè cùc ®¹i. Thêi gian phanh chÝnh (t3) - Trong thêi gian phanh chÝnh, lùc phanh ®­îc duy tr× ë trÞ sè cùc ®¹i. Thêi gian phanh (tp) - kho¶ng thêi gian tÝnh tõ thêi ®iÓm c¬ cÊu ®iÒu khiÓn phanh b¾t ®Çu ®­îc t¸c ®éng ®Õn thêi ®iÓm lùc phanh ®­îc lo¹i bá. NÕu vËn tèc cña xe gi¶m xuèng b»ng kh«ng tr­íc thêi ®iÓm lùc phanh ®­îc lo¹i bá th× thêi ®iÓm cuèi ®Ó tÝnh thêi gian phanh lµ thêi ®iÓm xe b¾t ®Çu dõng h¼n. 2) Gia tèc phanh Gia tèc phanh (jp) lµ ®¹i l­îng ®Æc tr­ng cho møc ®é gi¶m tèc ®é cña «t« trong qu¸ tr×nh phanh. Gia tèc phanh tøc thêi : Gia tèc phanh trung b×nh trong qu¸ tr×nh phanh : Trong tr­êng hîp phanh khÈn cÊp (xem môc 2.2) : 3) Qu·ng ®­êng phanh Qu·ng ®­êng phanh (Sp) lµ ®o¹n ®­êng mµ «t« ®i qua tÝnh tõ thêi ®iÓm b¾t ®Çu phanh ®Õn thêi ®iÓm kÕt thóc phanh. Trong tr­êng hîp phanh khÈn cÊp ta cã : Nh©n c¶ 2 vÕ ph­¬ng tr×nh trªn víi dSp ta cã : Khi phanh «t« ®Õn dõng h¼n ta cã : (2.12 H. 2.5. §Æc tÝnh ®éng häc qu¸ tr×nh phanh 4) HiÖu suÊt phanh (2.13) 2.3.2. c¸c chØ tiªu ®¸nh gi¸ tÝnh æn ®Þnh khi phanh · Tính ổn định phanh là khả năng đảm bảo quỹ đạo của ôtô theo ý muốn của người lái trong quá trính phanh. Tính ổn định khi phanh được đánh giá bằng 2 chỉ tiêu: Góc quay khi phanh (bp) và hành lang phanh (Bp). 1) Góc quay khi phanh (bp) Trong quá trình phanh ôtô thì trục dọc của ôtô bị nghiêng đi một góc b nào đấy so với hướng của quỹ đạo đang chuyển động. Đó 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 Mq quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm A của ôtô . H. 2.6. Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh mà bị quay ngang Khi phanh mà ôtô bị quay đi một góc quá mức quy định sẽ ảnh hưởng đến an toàn chuyển động trên đường. Vậy tính ổn đinh khi phanh là khả năng ôtô giữ được quỹ đạo chuyển động như ý muốn của người lái trong quá trình phanh. Giả sử ôtô chuyển động theo hướng trục X nhưng sau khi phanh ôtô bị lệch đi một góc b. Trong khi phanh thì ở các bánh xe bên phải có các lực phanh Fp.ph1ở trục trước và Fp.ph2 ở trục sau, còn các bánh xe bên trái có các lực phanh Fp.tr1 ở trục trước và Fp.tr2 ở trục sau. Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên phải là: Fp.ph = Fp.ph1 + Fp.ph2 (2.14) Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên trái là : Fp.tr = Fp.tr1 + Fp.tr2 (2.15) Giả sử rằng tổng các lực phanh bên phải Fp.ph lớn hơn tổng các lực phanh bên trái Fp.tr thì ôtô quay vòng theo chiều mũi tên như hình vẽ quanh trọng tâm A của ôtô. mômen quay vòng Mq được xác định theo biểu thức: (2.16) Do có sự ma sát giữa bánh xe và mặt đường cho nên khi xuất hiện mômen quay vòng Mq thì các bánh xe ở trục trước sẽ có phản lực Ry1 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 sau : (2.17) Vì ôtô bị xoay đi một góc b tức là mômen quay vòng lớn hơn rất nhiều so với các mômen do các lực Ry1 và Ry2 sinh ra, để đơn giản bớt ta có thể viết lại như sau: hay: (2.18) [1-tr309] Với: Iz – mômen quán tính của ôtô quanh trục Z đi qua trọng tâm A lấy tích phân hai lần phương trình (2.18) ta được : (2.19) Với: t- thời gian phanh Để tìm giá trị của C ta sử dụng điều kiện ban đầu khi t=0 thì b=0 và đưa vào phương trình 2.19) ta có C=0. Từ đó rút ra được biểu thức cuối cùng để xác định góc lệchb do mômen quay vòng gây nên. Mà mômen này là do sự chênh lệch lực phanh bên phải và bên trái gây nên: (2.20) Qua biểu thức trên ta thấy b tỷ lệ thuận với Mq, với bình phương thời gian phanh t và tỷ lệ nghịch với mô-men quán tính Iz của ôtô quanh trục Z đi qua trọng tâm của nó. Theo yêu cầu của nhà chế tạo thì khi ôtô xuất xưởng thì phải bảo đảm lực phanh ở các bánh xe trên cùng một trục là như nhau và độ chênh lệch lực phanh ở các bánh xe trên cùng một trục không vượt quá 15% so với giá trị lực phanh cực đại ở các bánh xe ở trục này. Giả sử rằng các bánh xe ở phái bên phải có lực phanh lớn nhất Fp.phmax theo điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường, thì lực phanh thấp nhất giữa các bánh xe ở phái bên trái cho phép là: Fp.trmin=0.85.Fp.phmax (2.21) Lúc này mômen cực đại Mqmax được xác đinh như sau: (2.22) Hay: Từ đó ta có : Lấy giá trị Mqmax từ biểu thức (2.22 thay vào biểu thức (2.20) ta tìm được góc lệch cực đại bmax: (2.23) Ở biểu thức (2.21) thành phần F¢p.max cần phải hiểu là lực phanh cực đại ởmột phía (có thể bên trái hay bên phải) tuỳ theo điều kiện bám. Lực phanh cực đại: (2.24) Thay giá trị của biểu thức (2.23) vào (2.24) cuối cùng ta biểu thức xác định bmax sau đây: (2.25) Góc lệch cực đại bmax cho phép khi phanh không vượt quá 8° hoặc khi phanh thì ôtô không vượt ra ngoài hành lang có chiều rộng 3,5m. 2.3.3. c¸c biÖn ph¸p n©ng cao tÝnh n¨ng phanh §iÒu kiÖn ®Ó cã tÝnh n¨ng phanh cao : 1) T¹o ra lùc phanh lín ®Ó ®¹t hiÖu qu¶ phanh cao. 2) §¶m b¶o lùc phanh t¹i c¸c b¸nh xe trªn cïng mét trôc b»ng nhau ®Ó tÝnh æn ®Þnh khi phanh cao. Cã nhiÒu biÖn ph¸p nh»m tho¶ m·n mét phÇn 2 ®iÒu kiÖn kÓ trªn ë nh÷ng møc ®é kh¸c nhau, vÝ dô : MÆt ®­êng cã hÖ sè b¸m lín Lèp xe cã hÖ sè b¸m lín Bè trÝ c¬ cÊu phanh t¹i tÊt c¶ c¸c b¸nh xe §iÒu hoµ lùc phanh Chèng tr­ît lª 2.4. c¬ së lý thuyÕt cña hÖ thèng phanh chèng tr­ît lª 2.4.1.ĐẶC TÍNH CỦA MA SÁT Ma sát là sự cản trở chuyển động của hai vật tiếp xúc với nhau. Nó thay đổi tuỳ thuộc vào lực tác dụng lên mặt trượt, độ phẳng của các bề mặt tiếp xúc và vật liệu các bề mặt tiếp xúc. Ma sát tĩnh và ma sát động: Kéo một vật từ trạng thái đang đứng yên sang trạng thái di động cần nhiều sức hơn lúc kéo vật đó tiếp tục di động. Điều này có nghĩa là khi kéo một vật đang đứng yên hay ma sát tĩnh lớn hơn ma sát của vật đang di đông hay ma sát động H. 2-7. Ma sát tỉnh lớn hơn ma sát động Hệ thống phanh trên ôtô được chế tạo dựa trên 2 lực ma sát: đó là ma sát giữa bố phanh và đĩa phanh (hay trống phanh) và lực ma sát giữa vỏ xe với mặt đường. Nếu lực ma sát của hệ thống phanh nhỏ hơn lực ma sát giữa bánh xe và mặt đường thì xe không thể giảm tốc một cách nhanh chóng được. Nếu lực ma sát của hệ thống phanh lớn hơn lực ma sát giữa bánh xe với mặt đường thì bánh xe sẽ bị hãm cứng và trượt lết trên mặt đường, do ma sát động nhỏ hơn ma sát tĩnh nên vỏ xe càng bị trượt nhiều hơn sẽ làm giảm hiệu quả phanh và mất ổn định hướng làm khó điều khiển xe… Với xe có trang bị hệ thống phanh ABS thì ABS sẽ điều khiển áp lực dầu tác dụng lên các xi-lanh bánh xe làm cho các bánh xe giảm cùng tốc độ và không bị hãm cứng, giúp duy trì ổn định hướng tốt hơn khi phanh gấp. 2.4.2. HỆ SỐ TRƯỢT VÀ HỆ SỐ BÁM 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 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 tình trạng đường xá và mặt đường còn phụ thuộc khá nhiều bởi độ trượt của bánh xe tương đối với mặt đường trong quá trình phanh Độ trượt tương đối được xác định theo biểu thức: (2.26) trong đó: v - vận tốc của ôtô wb - 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 phanh Fp trên tải trọng Gb tác dụng lên bánh xe: Với khái niệm như trên thì hệ số bám dọc bằng không khi lực phanh tiếp tuyến bằng không, nghĩa là lúc chưa phanh. Theo đồ thị ta thấy hệ số bám dọc có giá trị cực đại jxmax ở giá trị độ trượt tối ưu l0. Thực nghiệm chứng tỏ rằng giá trị l0 thường nằm trong giới hạn từ 15¸25%. Ở giá trị độ trượt tối ưu l0 không những đảm bảo hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang jy cũng có giá trị khá cao. Như vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trượt của bánh xe là l0 thì sẽ đạt được lực phanh cực đại: Fpmax = jxmax.Gb nghĩa là hiệu quả phanh sẽ cao nhất và đảm bảo ổn định tốt khi phanh. Để độ trượt nằm trong giới hạn hẹp quanh giá trị l0 thì hệ thống phanh thường được gắn thêm hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh, nhờ vậy sẽ đảm bảo hiệu quả phanh, tính ổn định, tính dẫn hướng khi phanh nhờ có giá trị jxmax, jy đạt giá trị cao. Theo đồ thị thấy rằng nếu phanh mà các bánh xe bị bó cứng ngay từ đầu thì hiệu quả phanh, tính ổn định khi phanh, tính dẫn hướng sẽ giảm đột ngột do j x giảm đi một nữa và jy giảm đi một vài lần. Hệ thống phanh ABS dựa vào nguyên lý điều chỉnh sau: - Gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh - Giá trị độ trượt cho trước - Giá trị của tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó mà hệ thống chống hãm cứng ra đời, đảm bảo hiệu quả phanh cao và điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bánh xe với mặt đường thay đổi quanh giá trị l0 trong giới hạn hẹp. H. 2-8. Sự thay đổi hệ số bám dọc jx và hệ số bám ngang jy theo độ trượt tương đối l của bánh xe khi phanh 2.4.3. TÁC HẠI CỦA TRƯỢT LẾT Trong quá trình hãm bánh xe, sự ma sát của bố phanh và trống phanh (đĩa phanh) sẽ làm chậm dần tốc độ quay của bánh xe, sau đó sự ma sát giữa mặt đuờng và vỏ xe làm xe dừng lại. Khi hãm phanh thật nhanh, nếu các bánh xe bị khoá cứng, lực quán tính của xe đang chuyển động sẽ làm cho các bánh xe bị trượt lết trên mặt đường. Khi bánh xe bị trượt lê hoàn toàn thì ma sát giữa lốp xe với mặt đường là ma sát động. Ngược lại, nếu hệ thống phanh giảm tốc độ của các bánh xe một cách không quá đột ngột thì các bánh xe vẫn tiếp tục quay chậm dần trên mặt đường thì ma sát giữ lốp xe với mặt đường lúc bấy giờ là ma sát tĩnh. Do ma sát tĩnh giữa lốp xe với mặt đường hãm đứng bánh xe nhanh hơn ma sát động giữa bánh xe với mặt đường nên trượt lê sẽ làm giảm chất lượng phanh, làm mất tính dẫn hướng cũng như làm mất tính ổn định khi phanh. Ngoài ra khi các bánh xe bị hãm cứng hoàn toàn thì công ma sát giữa trống phanh và má phanh cũng như sự cản lăn hoàn toàn không có nữa, tất cả năng lượng hầu như biến thành nhiệt ở khu vực tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường. Sự trượt lê ngoài việc làm giảm hiệu quả phanh còn làm tăng thêm độ mòn lốp, tăng độ trượt dọc và ảnh hưởng xấu đến tính ổn định ngang của xe. 2.4.4. NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHỈNH Để khắc phục hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh nhằm làm tăng tính hiệu quả và ổn định của quá trình phanh, trên ôtô hiện đại thường lắp hệ thống chống hãm cứng bánh xe gọi tắt là ABS (anti-lock brake system). Mục đích của hệ thống này là chống hãm cứng bánh xe trong quá trình phanh, mặt khác còn luôn tạo việc duy trì độ trượt của các bánh xe nằm trong giới hạn tối ưu để tận dụng được khả năng bám cao nhất. 1) Các Thành Phần Cơ Bản Của Hệ Thống ABS H. 2. 9. Sơ đồ hệ thống phanh ABS 1. Bàn đạp 2. Xi-lanh chính 3. Xi-lanh bánh xe 4. Cảm biến tốc độ bánh xe 5. Bộ điều khiển trung tâm 6. Bộ điều khiển thuỷ lực 7. Bình chứa dầu 8. Rô-tô 9. Trống phanh Hệ thống phanh ABS gồm các phần tử chính sau: - Cảm biến tốc độ bánh xe Được đặt tại các bánh xe,thu nhận và gởi các tín hiệu về tình trạng của bánh xe đến bộ điều khiển trung tâm. Ngoài ra còn có một số thiết bị cảm biến khác như: cảm biến gia tốc, cảm biến trọng lực… - Bộ Điều Khiển Trung Tâm Tiếp nhận, xử lý thông tin từ các thiết bị cảm biến và ra lệnh tăng hoặc giảm áp lực phanh (bộ điều khiển này ngày nay là điện tử) - Bộ điều khiển thuỷ lực Thực hiện các lệnh do bộ điều khiển trung tâm gởi đến (bộ điều khiển trung tâm thường là thuỷ lực –điện từ) 2) Nguyên Lý Điều Chỉnh Hệ thống phanh ABS thường điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo gia tốc chậm dần của bánh xe và bánh xe có bố trí các cảm biến tốc độ Chúng ta xem sét sự làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh bằng nguyên lý điều chỉnh theo gia tốc chậm dần H. 2.10. Sự thay đổi các thông số Mp, Fp, j khi phanh có chống hãm cứng Khi bàn đạp phanh được tác động thì áp suất trong dẫn động phanh tăng lên. Tức là mô-men phanh Mp tăng lên làm tăng giá trị gia tốc chậm của bánh xe và làm tăng độ trượt của nó. Sau khi vượt qua điểm cực đại trên đường cong jx=f(l) thì gia tốc chậm dần của bánh xe bắt đầu tăng đột ngột. Điều này báo hiệu bánh xe có thể bị hãm cứng. Giai đoạn này ứng với các đường cong 0–1 trên H. 2.10. Giai đoạn này gọi là pha I (pha bắt đầu tăng hay pha tăng áp suất trong trong dẫn động phanh). Bộ điều khiển trung tâm của hệ thống chống hãm cứng lúc này ghi lại gia tốc tại điểm 1 đạt giá trị tới hạn (đoạn C1 trên hình) và ra lệnh cho bộ điều khiển thuỷ lực phải giảm áp suất trong dẫn động phanh. Sự giảm áp suất này được bắt đầu với độ chậm trễ nhất định do đặc tính của bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh. Qúa trình này diễn ra 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 gần tới giá trị 0. Giá trị gia tốc lúc này tương ứng đoạn C2 trên H. 2-10. Sau khi ghi lại giá trị này bộ điều khiển trung tâm ra lệnh cho bộ điều khiển thuỷ lực ổn định áp suất trong dẫn động. Lúc này bánh xe sẽ tăng tốc trong chuyển động tương đối và vận tốc bánh xe tiến gần tới vận tốc của ôtô, nghĩa là độ trượt sẽ giảm và hệ số bám dọc tăng lên (đoạn 2-3). Giai đoạn này gọi là pha III (pha giữ áp suất ổn định). Như vậy sau điểm 3 lại bắt đầu pha I của chu kì làm việc mới của hệ thống chống hãm cứng của bánh xe khi phanh. Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh khi phanh điều khiển mô-men phanh thay đổi theo chu kì khép kín 1-2-3-1 khi đó bánh xe làm việc ở số bám jxmax và hệ số bám ngang jy cũng có giá trị khá cao. Trong trường hợp bánh xe bị hãm cứng thì các thông số diễn biến theo đường nét đứt trên H. 2-10a. Đồ thị H. 2.11 ta thấy vận tốc góc wb của bánh xe theo chu kì. Ở một số hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh áp suất trong dẫn động thay đổi, có lúc tăng giảm và đồ thi thay đổi áp suất thêo thời gian có dạng hình răng cưa. Hệ thống như vậy gọi là hai pha, nó khác với sự làm việc ở hệ thống được xét ở trên. H. 2.11. Đồ thị biểu diễn sự thay đổi tốc độ góc wb của bánh xe, tốc độ của ôtô và độ trượt l theo thời gian t Chương 3 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG (ABS) TRÊN ÔTÔ 3.1. GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG ABS Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe được viết tắt là hệ thống ABS đã được sử dụng vào những năm cuối thập niên 60, mới đầu chúng chỉ được trang bị trên những xe hiện đại, đến giữa thập niên 80 mới trở thành phổ biến và cho đến ngày nay nó trở thành một trang bị tiêu chuẩn. Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành tin học, ngành điện tử và ngành tự động hoá đã tạo điều kiện cho ngành ôtô thiết kế, chế tạo thành công các hệ thống chống hãm cứng bánh xe ngày càng nhỏ gọn và có độ tin cậy vàhiệu quả cao. Chức năng Hệ thống phanh trống trượt (ABS) là hệ thống phanh được thiết kế để ngăn việc bánh xe bị khóa gây ra trượt và vẫn duy trì sự điều khiển của người lái xe nhờ sử dụng các cảm biến điện tử được gắn ở bốn bánh xe. Yêu cầu Ngoài những yêu cầu như của hệ thống phanh bình thường thì hệ thống ABS cần phải có thêm những yêu cầu sau: - Khi phanh gấp phải đảm bảo tính ổn định phanh và tính ổn định lái cho xe( giữ xe chuyển động đúng quỹ đạo) - Nếu có sự cố thì hệ thống ABS vẫn làm việc được như một hệ thống phanh thường - Thích ứng nhanh áp suất phanh với các giá trị độ bám khác nhau, làm việc ổn định trên mặt đường có hệ số bám thấp - Phải giảm được quãng đường phanh tối ưu nhờ tận dụng được lực bám lớn nhất giữa bánh xe với mặt đường - Khi xe đang chạy ta tác động phanh làm cho các bánh xe bị khoá cứng thì xe sẽ trượt trên mặt đường và xe mất điều khiển. Như vậy rất dễ xảy ra tai nạn. Do vậy hệ thống ABS được thiết kế để ngăn cản sự trượt của xe và duy trì sự điều khiển của người lái. - Đối với mặt đường khô và tốt, khoảng dừng của xe sau khi tác động phanh ở xe có trang bị hệ thống ABS và xe không có trang bị hệ thống ABS là tương tự nhau. Nhưng khi mặt đường ẩm, ướt có hệ số ma sát nhỏ thì xe có trang bị hệ thống ABS có khoảng dừng xe ngắn hơn và vẫn không mất điều khiển. - Hệ thống ABS cho phép bánh xe quay theo chu kỳ nhưng vẫn tạo ra công suất phanh đầy đủ. - Hệ thống ABS dựa trên một hệ thống phanh tiêu chuẩn và thêm vào 1, 2, 3, hoặc 4 bộ điều tiết hay van điều khiển, 1 đến 4 cảm biến tốc độ và một bộ điều khiển bằng van điện tử. Bộ điều tiết dùng để tạo ra chu kỳ áp suất thuỷ lực ở cụm phanh; cảm biến tốc độ xác định tốc độ quay của bánh xe và bộ điều khiển điện tử kiểm tra tốc độ vỏ xe và vận hành của các van của bộ điều tiết nhằm ngăn cản việc bánh xe bị hãm cứng. - Khi một bánh xe bị hãm cứng và bắt đầu trượt, hệ thống ABS sẽ tạo ra việc nhả phanh theo chu kỳ cho đến khi bánh xe quay ở tốc độ thích hợp. Sau đó nó sẽ tạo ra chu kỳ phanh trở lại. Nếu bánh xe bị hãm cứng, chu kỳ nhả, phanh sẽ được lặp lại. Chu kỳ này sẽ xảy ra rất nhanh, có thể lên đến 5 đến 15 lần trong 1 giây. 3.2. CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG PHANH ABS Hệ thống ABS ngày nay bố trí trên xe rất đa dạng, mỗi hãng xe đều có cách thiết kế riêng. Chính vì vậy mà mỗi loại xe có cách bố trí và cấu tạo hệ thống ABS cũng rất khác nhau. Các cụm chính của hệ thống phanh ABS gồm có: Bàn đạp phanh, bộ cường hoá lực phanh, xi-lanh chính, cơ cấu phanh ở bánh xe… Đó là các cụm giống như hệ thống phanh chung. Ngoài ra còn có thêm · Cụm điều khiển điện tử (ECU: electronic control unit): Được xem như một bộ não của hệ thống ABS. Tiếp nhận thông tin từ hệ thống các cảm biến tức là xác định được tốc độ của bánh xe hoặc gia tốc chậm dần khi phanh … do các cảm biến gởi đến từ đó xử lý thông tin và gởi tín hiệu đến bộ điều khiển thuỷ lực (HCU). · Cụm điều khiển thuỷ lực (HCU: hydraulic control unit ) nhận tín hiệu từ ECU gởi đến, HCU đóng mở mạch dầu để tăng, giảm hay giữ áp lực phanh đến các bánh xe cho phù hợp nhằm thực hiện chức năng chống hãm cứng. · Hệ thống các cảm biến (sensor): nhận tín hiệu gởi về ECU, từ đó ECU có thông tin để điều khiển quá trình chống hãm cứng. Thông thường trên xe có trang bị một số loại cảm biến sau: - Cảm biến tốc độ bánh xe (wheel speed sensor). - Cảm biến gia tốc khi phanh (acceleration sensor ). - Cảm biến trọng lực G (force sensor). - Cảm biến hành trình pedal phanh (brake pedal travel switch). - Cảm biến mức dầu ( fuild level switch ). Thông thường chỉ cần cảm biến tốc độ bánh xe là đủ nhưng để tăng tính ưu việt của hệ thống phanh một số xe còn trang bị thêm cảm biến gia tốc (acceleration sensor) hay cảm biến trọng lực G (force sensor). H. 3-1.Sơ đồ cấu tạo của hệ thốnh phanh ABS 1. Cảm biến tốc độ bánh xe 2. Bộ điều khiển thuỷ lực 3. Bộ điều khiển trung tâm 4. Xi-lanh chính 5. Đèn báo Trong ABS còn có nguồn năng lượng bổ sung như bình dự trữ dầu thấp áp, bơm dầu, các van an toàn… 3.2.1. CỤM ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ Cụm điều khiển được xem như “bộ não“ của hệ thống phanh ABS tự động điều chỉnh với độ chính xác cao. Nhiệm vụ của ECU nhận biết tình trạng làm việc của của xe từ các cảm biến cung cấp căn cứ vào đó mà tính toán khả năng hãm cứng của bánh xe khi phanh. Từ các thông số tính toán được, ECU so sánh với các thông số có sẵn do nhà chế tạo định trước ở bên trong ECU. Sau cùng ECU quyết định tính năng làm việc của cả hệ thống. Đặc điểm cấu tạo rất phứt tạp, mỗi hãng luôn có một đặc trưng riêng và còn tuỳ thuộc vào từng loại xe. ¨Nguyên Lý Hoạt Động Của ECU Khi có tín hiệu phanh, tín hiệu tốc độ bánh xe, đối với một số xe còn có thêm tín hiệu gia tốc hay tín hiệu trọng lực … Từ hệ thống các cảm biến gởi đến thì ECU nhận được bởi mạch điện nhận tín hiệu các tín hiệu này đuợc chuyển sang khối điều khiển để tiến hành tính toán khả năng hãm cứng của bánh xe và tiến hành so sánh với các giá trị có trong ngưỡng bộ nhớ ECU. Sau đó quyết định của cụm vi xử lí chính được đưa tới mạch xuất tín hiệu và được khuyếch đại để đưa tới các bộ phận thi hành chức năng chống hãm cứng theo sơ đồ sau: Khối điều khiểnABS Cảm biến tốc độ bánh sau, bên trái Công tắc đèn stop Tín hiệu ra đến bộ tự kiểm tra Cảm biến tốc độ bánh trước, bên phải Cảm biến tốc độ bánh sau, bên phải Cảm biến tốc độ bánh trước, bên trái Bộ truyền động thuỷ lưc Đèn báo ABS Tín hiệu đầu ra Tín hiệu đầu vào Rơ le ABS H.3.2.Lựơc đồ khối của khối điều khiển ABS với các tín hiệu đầu vào, đầu ra Tất cả các quá trình làm việc ở trên, được kiểm tra theo dõi bởi bộ vi xử lý. Bộ phận vi xử lý tiếp nhận các tín hiệu của quá trình nhập, tính toán cũng như xuất tín hiệu, nên kiểm tra quá trình đó một cách chính xác. Nếu có sai sót bộ phận này sẽ xuất tín hiệu để báo. Ngoài ra: bộ kiểm tra vi xử lý còn có các chức năng tự kiểm tra, kiểm tra lúc bắt đầu nhận tín hiệu và chẩn đoán các bộ phận hư hỏng của toàn bộ hệ thống ABS. Trong ECU còn có bộ ổn định điện áp. Điện áp từ bình đến ECU được ổn định, do đó ECU làm việc ổn định và tăng độ chính xác trong quá trình điều khiển. Đặc biệt các bộ phận vi xử lý trong ECU có mối liên hệ rât chặt chẽ chính vì vậy mà ECU làm việc rất chính xác và hiệu qua. Theo sơ đồ của mạch điều khiển chống hãm cứng thì sau khi mở công tắc điện, ECU được cung cấp điện và tiến hành một số chức năng kiểm tra ban đầu cho hệ thống ABS. Nếu có sai sót thì hệ thống ABS không hoạt động và ngược lại. ECU tiến hành tính toán, kiểm tra khả năng hãm cứng của bánh xe. Qua kết quả nhận được ECU tiến hành lựa chọn: - Nếu phanh thường thì bánh xe không có khả năng chống hãm cứng nên hệ thống chống hãm cứng bị ngắt. - Nếu bánh xe có khả năng bị hãm cứng bộ vi xử lý chính tiến hành phân tích so sánh với các ngưỡng giá trị cài sẵn trong bộ nhớ của ECU rồi đưa ra quyết định và chuyển đến bộ phận phân tích, bộ phận phân tích đưa tín hiệu đến các bộ phận thi hành chức năng chống hãm cứng như van điện và bơm ABS để thực hiện chức năng chống hãm cứng. Chu trình trên được lặp đi lặp lại liên tục cho đến khi tín hiệu gửi đến từ các cảm biến cho biết tình trạng của bánh xe không còn có khả năng chống hãm cứng thì ECU ngắt tín hiệu cung cấp. Cả hệ thống chống hãm cứng trở trạng thái bình thường không hãm cứng. Với sự trang bị của hệ thống phanh ABS thì hiệu quả phanh, tính ổn định khi phanh được nâng cao. Tuy nhiên tránh lắp lẫn ECU của các loại xe với nhau, điều đó giảm độ chính xác của ECU. 3.3. HỆ THỐNG CÁC CẢM BIẾN 3.3.1. CẢM BIẾN TỐC ĐỘ BÁNH XE Như ta đã biết trên ôtô hiện đại ngày nay một số xe có hê thống phanh ABS được trang bị nhiều cảm biến với chức năng khác nhau nhằm tăng thêm chất lượng của quá trình phanh nhưng cảm biến tốc độ bánh xe là không thể thiếu trong hệ thống phanh ABS. Cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ nhận biết sự thay đổi của tốc độ bánh xe và gởi tín hiệu về ECU, từ đó ECU nhận biết, xử lý thông tin và điều khiển các bộ phận chống hãm cứng bánh xe. Các cảm biến tốc độ được bố trí ở mỗi bánh xe hay trên cầu chủ động để nhận biết tốc độ của bánh xe dựa trên tốc độ quay của cầu xe. H. 3.3. Vị trí các cảm biến tốc độ trên xe ôtô 3.3.2. VỊ TRÍ CÁC CẢM BIẾN TỐC ĐỘ TRÊN XE Ô-TÔ 1) Đặc Điểm Cấu Tạo Của Cảm Biến Tốc Độ Bánh Xe H. 3.4 Cấu tạo cảm biến gia tốc bánh xe 1- Dây dẫn điện nối giữa cảm biến và ECU, 2 - Nam châm vĩnh cửu, 3 - Vỏ cảm biến, 4 - Cuộn dây, 5- Trục cảm biến làm bằng thép từ, 6 - Vòng răng cảm biến có nhiệm vụ thay đổi tư trường qua cuộn dây tạo ra xung điện áp gởi về ECU ¨ Vị Trí Tương Quan Giữa Cảm Biến Và Vòng Răng · Lắp đặt theo vị trí chu vi, trục hướng tâm bánh răng H.3.5a. Trục cảm biến vuông góc trục vòng răng bánh xe · Lắp đặt theo vị trí trục song song, đầu cảm biến đối diện với niềng răng H.3.5b. Đầu cảm biến đối diện với niềng răng H. 3.5c. Niềng răng nằm bên hông cảm biến · Lắp đặt cảm biến theo vị trí trục cảm biến song song với trục bánh răng 2) Nguyên Lý Làm Việc Của Cảm Biến Tốc Độ Nam châm vĩnh cửu (2) tạo ra từ trường khép kín qua các cuộn dây, khi các bánh xe quay thì vòng răng cũng quay cùng tốc độ. Các răng trên vòng răng cắt các từ trường của châm làm thay đổi từ trường qua các cuộn dây. Do đó từ thông qua các cuộn dây cũng thay đổi làm xuất hiện dòng điện tự cảm trong cuộn dây. Vì vậy ở hai đầu cuộn dây xuất hiện một điện áp xoay chiều. Điện áp này thay đổi theo tốc độ quay của bánh xe cả về độ lớn và tần số dao động. Nhờ sự thay đổi này mà ECU nhận biết được tốc độ bánh xe. H.3.6. Dạng xung điện áp ở hai đầu cuộn dây cảm biến tốc độ 3.3.2. CẢM BIẾN GIA TỐC Cảm biến gia tốc được trang bị trên một số xe và không nhất thiết phải có nhưng với sự trợ giúp của cảm Cảm biến gia tốc kiểu cảm biến quang bao gồm các phần sau: - Vỏ hộp cảm biến - Phần động của cảm biến: là một phần đĩa tròn có xẽ rãnh và xoay quanh một trục - Phần tĩnh gồm hai cặp đi-ôt phát quang (LED) và photo-transistor. đi-ôt phát quang và photo transistor được bố trí đối diện nhau qua đĩa --- - Các dây dẫn nối với ECU. H. 3.7. Cấu tạo cảm biến gia tốc chậm dần trên xe TOYOTA 1) Nguyên lý Làm Việc Của Cảm Biến Gia Tốc Nguyên lý làm việc của cảm biến gia tốc dựa vào tính năng dẫn điện của photo transistor và lực quán tính khi phanh. Ôtô đang chuyển bình thường nếu phanh đột ngột thì tốc độ ôtô sẽ giảm đột ngột do lực quán tính làm ôtô dồn về phía trước khi đó đĩa cũng xoay đi một góc a nào đó sự thay đổi này cho phép ánh sáng từ các đèn LED đến được các photo transistor. Do vậy photo transistor dẫn điện, tuỳ theo sự biến thiên của vận tốc mà có một hoặc hai photo transistor dẫn điện sự thay đổi này là tín hiệu để ECU nhận biết được tốc độ giảm dần của ôtô. H. 3.8. Vị trí tương ứng của đèn LED và photo transistor 2) Sơ Đồ Mạch Điện H. 3.9. Sơ đồ đấu dây của cảm biến gia tốc ECU cung cấp một điện áp ổn định khoảng 5V cho cảm biến gia tốc. Trong khi đó cảm biến vẫn nhận nguồn 12V từ ac-quy. Khi có tác động phanh tuỳ theo mức độ chậm dần của ôtô mà các photo transistor mở hoặc ngắt tạo sự thay đổi điện áp tại các chân GS1 và của GS2 ECU, do vậy ECU nhận biết mức độ gia tốc xe theo sự biến đổi điên áp này. 3.3.3. CẢM BIẾN TRỌNG LỰC (G) Cảm biến trọng lực G được sử dụng trong hệ thống ABS của một số xe. Dùng nhận biết sự phân bố trọng lực lên các bánh xe bên trái hay bên phải khi quay vòng. Đặc biệt là lúc vừa phanh vừa quay vòng, nhờ cảm biến này giúp ôtô ổn định quay vòng khi phanh. Cảm biến trọng lực được đặt ở phía trước, bên trái hay bên phải khung xe H. 3.10 . Vị trí cảm biến trọng lực 1) Đặc Điểm Cấu Tạo H. 3.11. Đặc điểm cấu tạo của cảm biến trọng lực(G) 1. Vỏ hộp cảm biến 2. Cuộn dây sơ cấp (nhận dòng điện 12 V)3. Cuộn dây thứ cấp : có hai cuộn quấn ngược chiều nhau 4. Lõi (chuyển động qua lại làm thay đổi điện áp tại các cuộn dây thứ cấp 5. dung dịch silicon (lõi chuyển động trong môi trường dung dịch này) 2) Nguyên Lý Hoạt Động Cuộn dây sơ cấp nhận nguồn điện từ ác-quy, làm phát sinh ra từ trường xung quanh lõi cảm biến, từ trường này làm phát sinh điện áp trong một hoặc hai cuộn thứ cấp và dòng điện từ cuộn thứ cấp được truyền tới ECU. Do hai cuộn thứ cấp đặt ngược chiều nhau làm cho lõi cảm biến dịch qua trái hay qua phải làm cho điện áp trong cuộn dây thứ cấp thay đổi. ECU đo điện áp này để biết được vị trí của lõi cảm biến và mức độ phân bố trọng lực lên các bánh xe khi quay vòng H. H.3.12. Nguyên lí làm việc cảm biến gia tốc trọng lực G 3) Sơ Đồ Mạch Điện Hình 3.13. Sơ Đồ đấu dây của cảm biến trọng lực. 3.4. BỘ ĐIỀU KHIỂN THỦY LỰC HCU Bộ điều khiển thuỷ lực(HCU) thực hiện nhiệm vụ chống trượt lê khi nhận được tín hiệu điều khiển từ ECU gởi đến. HCU làm thay đổi áp lực phanh đến các xi-lanh bánh xe bằng cách đóng mở các van điện và hoạt động của bơm ABS. H. 3-14. Bộ điều khiển thuỷ lực(HCU) Các bộ phận chính trong bộ điều khiển thuỷ lực gồm: - Các van điện với nhiệm vụ chính là để đóng mở các mạch dầu - Hệ thống các van an toàn - Van kiểm tra áp lực - Bơm điện 3.4.1. VAN ĐIỆN Trong hệ thống phanh chống hãm cứng thông thường được trang bị hai loại van điện: - Van điện hai vị trí (2- positsion solenoid valve) điều khiển áp lực phanh từ xi-lanh chính đến xi-lanh bánh xe chỉ tăng hoặc giảm mà thôi. - Van điện ba vị trí (3-position solenoid valve) điều khiển áp lực phanh từ xi lanh chính đến xi-lanh bánh xe ngoài tăng và giảm còn có thêm trường hợp áp lực phanh trong các xi-lanh con không đổi. Về mặt cấu tạo thì van điện hai vị trí và van điện ba vị trí không có gì khác nhau chúng bao gồm các bộ phận chính sau: - Cuộn dây: dùng tạo ra lực từ đóng mở các van dầu khi nhận được sự điều khiển của ECU. - Lõi thép từ và cơ cấu các lò xo để đóng mở các mạch dầu do tác động của cuộn dây. Mối quan hệ giữa cường độ dòng điện điều khiển, áp lực phanh, gia tốc xe, tốc độ bánh xe trong hệ thống phanh ABS sử dụng van điện ba vị trí như sau: Khi phanh bình thường thì ECU chưa hoạt động nhưng khi áp lực phanh tăng và tốc độ bánh xe giảm, nếu khả năng hãm cứng xảy ra thì ECU sẽ làm việc. H. 3-15 Mối quan hệ các yếu tố trong hệ thống ABS Khoảng A trên hình vẽ (0) thể hiện ECU nhận biết bánh xe bị trượt lê nên điều khiển van điện ở vị trí giảm áp lực phanh, dòng điện ECU gởi đến cuộn dây khoảng 5A, vì vậy mà áp lực phanh ở xi-lanh con giảm sau đó ECU tiếp tục điều khiển van điện giữ áp lực phanh và tiếp tục nhận biết sự thay đổi của tốc độ bánh xe. Bắt đầu tại khoảng B tốc độ bánh xe bắt đầu tăng lên nên vì vậy mà gia tốc mang giá trị dương. ECU tiếp tục điều khiển tăng áp lực phanh và giữ áp lực phanh một cách liên tục đó là phần B của đồ thị giúp cho bánh xe tiếp tục giảm tốc độ nhanh hơn. Nhưng áp lực phanh cứ tăng dần có thể làm cho bánh xe bị hãm cứng lần nữa nên ECU lại điều khiển giảm áp lực phanh (phần C trên đồ thị), sau đó tiếp tục giữ áp lực phanh, tốc độ bánh xe lại tăng lên. Không đủ áp lực phanh để dừng bánh xe nên ECU lại tiếp tục tăng áp lực phanh (phần D trên đồ thị). Quá trình này lặp đi lặp lại liên tục cho đến khi tốc độ bánh xe nhỏ hơn 8km/h . b) Sơ Đồ Mạch Điện Điều Khiển Của Van Điện BaVị Trí H. 3.16. Sơ đồ đấu dây một van điện ba vị trí ECU điều khiển van điện qua rơ-le bằng cách đóng hoặc ngắt nguồn điện 12V đến cuộn dây rơ-le qua các cọc SR và R của ECU. Khi rơ-le đóng thì điện nguồn từ ac-quy tới cuộn dây van điện và được ECU điều khiển dòng qua rơ-le bằng cách mở transistor một phần (dòng qua cuộn dây là 2A) hoặc toàn phần (dòng qua cuộn dây là 5A ). ECU kiểm soát sự hoạt động của rơ-le cũng như cuộn dây thông qua cộc AST của ECU, do đó sự thay đổi điện áp tại tại cộc này khi hệ thống làm việc. c) Nguyên Lý Hoạt Động Của Van Điện Hai Vị Trí Các Vị Trí Van Điện ·Vị Trí 1 ECU không cung cấp dòng cho cuộn dây nên lò xo mở H. 3.17 Vị trí tăng áp lực phanh của van điện hai vị trí Van dầu tới (cổng A) van dầu về đóng (cổng B). Dầu được chuyển từ xi- lanh chính tới xi-lanh con. Chính vì vậy mà áp lực dầu tăng nhưng chưa đủ lớn để bánh xe bị hãm cứng. · Vị Trí 2 ECU cung cấp dòng cho cuộn dây nên tạo ra lực từ ép lò xo lại làm đóng van dầu tới ( cổng A ) và mở van dầu về (cổng B). Tuy nhiên để điều khiển khả năng chống hãm cứng tốt hơn thì van điện hai vị trí kết hợp với một van điện phụ hoặc một van tăng áp lực được điều khiển từ ECU. H. 3.18. Vị trí giảm áp lực phanh của van điện hai vị trí ·Vị Trí 3 Là vị trí mà áp lực dầu trong xi-lanh bánh xe không đổi. ECU cung cấp dòng khoảng 2A đến cuộn dây, lực từ sinh ra chỉ vừa đủ để hút ống thép đi một ít đủ để đóng van dầu tới (cổng A) và van dầu về (cổng B) cũng đóng. Chính vì vậy mà áp lực phanh trong xi-lanh bánh xe giữ nguyên không đổi. H. 3.19. Vị trí giữ áp lực phanh 2.4.2. BƠM ĐIỆN ABS Bơm điện được trang bị trên hệ thống phanh ABS bằng cách đẩy dầu từ Bơm điện được trang bị trên hệ thống phanh ABS bằng cách đẩy dầu từ xi-lanh bánh xe hồi về xi-lanh chính khi giảm áp lực phanh mặc khác làm tăng áp lực dầu ở xi-lanh chính, thuận lợi cho việc tăng áp lực phanh của hệ thống nhất là khi người tài xế đạp mạnh pedal. 1) Đặc Điểm Cấu Tạo Bơm Điện ABS Như bất kì một loại bơm điện nào bao gồm phần dẫn động và phần bơm dầu H. 3.20. Bơm điện. - Phần dẫn động gồm một mô-tơ điện một chiều có thành phần rô-tô và sta-to dùng dẫn động bơm làm việc. - Phần bơm dầu gồm một đường vào và một đường ra. Bơm hoạt động nhờ vào sự điều khiển từ ECU. 2) Nguyên Lý Làm Việc Dòng điện được gởi tới các cuộn dây trong bơm tạo ra lực từ dẫn động làm rô-tô quay. Khi hệ thống ABS cần giảm áp lực phanh thì van điện mở dầu trở về bộ tích năng, đầu vào của bơm nối đường tới của bộ tích năng, nếu áp lực trong bộ tích năng lớn làm cho bánh xe có thể bị hãm cứng thì lúc này ECU điều khiển cung cấp nguồn cho bơm làm việc để đẩy dầu từ bộ tích năng về xi-lanh chính tiếp tục giảm áp lực phanh. 3) Sơ Đồ Mạch Điện Điều Khiển Của Bơm H. 3.21. Mạch điện điều khiển bơm 3.5. NGUYÊN TẮC BỐ TRÍ CHUNG CÁC HỆ THỐNG CHỐNG HÃM CỨNG TRÊN ÔTÔ Hệ thống chống hãm cứng của mỗi loại xe tuy khác nhau nhưng cách bố trí thông thường theo hai nguyên tắc sau: H. 3.22. Hai bánh trước điều khiển riêng rẽ,hai bánh sau chung ccccchchcccccchuchung · Van điều chỉnh bố trí thành một khối ,sử dụng ba cảm biến tốc độ bánh xe 1. Cảm biến bánh xe 5. Xi lanh chính 2. Cơ cấu phanh Bộ ổn định điện áp 6. ECU 3. Bộ ổn định điện ápXi-lanh chính 7. Cảm biến cầu sau xe 4. Bộ điều chỉnh thuỷ lực Cảm biến cầu sau xe 8. Cơ cấu phanh tang trống · Van điều chỉnh bố trí thành một khối, sử dụng bốn cảm biến tốc độ bánh xe ngoài ra cịn bố trí thm cảm biến gia tốc chậm dần (cảm biến trọng lực G) chính vì vậy m loại ny cĩ tính ổn định khi phanh cao hơn.  H. 3.23 Bốn bánh điều khiển riêng rẽ 1. Cảm biến bánh xe 4. Bộ điều khiển thuỷ lực 2. Cơ cấu phanh 5.Xi lanh chính 3. Bộ ổn định điện áp 6. ECU 3.6 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG ABS. H. 3.24. Sơ đồ nguyên lí hoạt động của hệ thống phanh ABS Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ giảm dần, khi bánh xe đạt tới giá trị gần bó cứng tín hiệu của các cảm biến gởi về bộ điều khiển trung tâm (ECU). ECU tiếp nhận và lựa chọn chế độ đưa ra tín hiệu điều khiển van điều chỉnh áp suất các đường dầu từ xinh- lanh chính đến xi- lanh bánh xe do vậy lực phanh ở cơ cấu phanh không tăng được nửa, bánh xe lại có xu hướng lăn với tốc độ cao lên, tín hiệu từ cảm biến lại đưa về bộ điều khiển trung tâm, bộ điều khiển điều khiển van điều chỉnh mở đường dầu tăng thêm áp suất dẫn ra xy-lanh bánh xe thực hiện tăng lực phanh gây ra do cơ cấu phanh. Nhờ đó bánh xe lại bị phanh và giảm tốc độ quay tới khi gần bị bó cứng, quá trình xảy ra được lặp lại theo chu kì liên tục cho tới khi bánh xe dừng hẳn. Một chu kì thực hiện khoảng 1/10 s, nhờ các bộ tích áp suất thấp, cao, van một chiều và bơm dầu độ chậm trễ tác động chỉ nhỏ hơn 1/1000s, do vậy ABS làm việc rất hiệu quả tránh được bó cứng bánh xe. Quá trình này coi như là hành động nhấp phanh liên tục của người lái xe khi phanh, nhưng mức độ chuẩn xác và tần số lớn hơn rất nhiều so với người lái xe có kinh nghiệm. H. 3.25. Sơ đồ mối quan hệ các yếu tố trong hệ thống phanh ABS 3.7. CÁC TRẠNG THÁI LÀM VIỆC CỦA ABS ABS trong hệ thống phanh thuỷ lực là một bộ tự điều chỉnh áp suất dầu đưa vào xi-lanh bánh xe sao cho phù hợp với chế độ lăn bánh của bánh xe nhằm hạn chế hoàn toàn khả năng trượt lết của bánh xe khi phanh.Van điện là một trong những bộ phận quan trọng thực hiện các trạng thái phanh một cách tốt nhất. Tuỳ theo loại van điện sử dụng trong hệ thống phanh mà hệ thống ABS làm việc với nhiều trạng thái khác nhau. 3.7.1. TRẠNG THÁI PHANH THƯỜNG Lúc này ECU chưa cung cấp điện để điều khiển van điện nên đường dầu tới (cổng A) mở, đường dầu về (cổng B) đóng ,áp lực dầu được truyền từ xi-lanh chính tới xi-lanh bánh xe. Tuy vậy ECU vẫn luôn tiếp nhận thông tin từ các cảm biến rồi so sánh với các ngưỡng giá trị có sẵn trong bộ nhớ của ECU do nhà chế tạo định sẵn. Lực phanh tăng hoặc giảm do sự tác động của người tài xế và bánh xe chưa có khả năng bị hãm cứng. H. 3.26 Trạng thái tăng áp lực phanh của van điện ba vị trí 3.7.2. TRẠNG THÁI GIẢM ÁP LỰC PHANH H. 3.27. Trạng thái giảm áp lực phanh của van điện ba vị trí Các tín hiệu từ hệ thống các cảm biên gởi đến ECU tiếp nhận, tính toán, so sánh biết được bánh xe có khả năng bị hãm cứng và quyết định chống hãm cứng bánh xe đó bằng cách đưa dòng điện khoảng 5A nhằm tạo ra lực từ mạnh ở cuộn dây để đóng đường dầu tới (cổng A), mở đường dầu về (cổngB) do vậy mà áp lực dầu không đến xi-lanh bánh xe nữa mà từ xi-lanh bánh xe trở về bình tích trữ làm cho áp lực phanh giảm bánh xe không bị bó cứng nửa. Nếu áp lực phanh vẫn còn lớn để làm bó cứng bánh xe thì ECU sẽ điều khiển bơm ABS bơm dầu từ bình tích trữ về xi-lanh chính, áp lực phanh giảm nhanh và bánh xe không còn khả năng bị bó cứng nửa. 3.7.3. TRẠNG THÁI GIỮ ÁP LỰC PHANH Áp lực phanh tăng hoặc giảm ở xi-lanh bánh xe khi ECU nhận thấy giá trị phù hợp, thì ECU gởi dòng điện tới cuộn dây khoảng 2A vừa đủ để đóng đường tới (cổng A) và đóng đường về (cổng B) làm cho áp lực phanh không đổi ở xi-lanh bánh xe. Lúc này ECU tiếp tục điều khiển bơm ABS làm việc để trả dầu từ bình tích năng làm tăng áp lực phanh ở xi-lanh chính chuẩn bị cho quá trình tăng áp tiếp theo nếu cần thiết. H. 3.28. Trạng thái giữ áp lực phanh của van điện ba vị trí 3.7.4. TRẠNG THÁI TĂNG ÁP LỰC PHANH Khi áp lực phanh cần được tăng thì ECU ngừng cung cấp dòng điện cho cuộn dây của van điều khiển, van mở đường dầu tới (cổng A) và đóng đường dầu về (cổng B), dầu đi từ xi-lanh chính tới xi-lanh bánh xe. Đồng thời ECU điều khiển cho bơm ABS hoạt động bơm dầu về xi-lanh chính của bánh xe nhằm làm tăng áp lực phanh. Thực ra trạng thái tăng áp lực phanh cũng chính là trạng thái phanh thường. H. 3.29. Trạng thái tăng áp lực phanh của van điện ba vị trí TÓM LẠI: Các trạng thái làm việc của hệ thống phanh ABS thay đổi liên tục theo tình trạng của ôtô và mặt đường. 3.8. ƯU-KHUYẾT ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG PHANH ABS H. 3.30. Biểu diễn quá trình phanh của hệ thống phanh thường và hệ thống phanh ABS Tốc độ bánh xe và tốc độ xe gần như nhau, khi tốc độ bánh xe trở về không cũng là lúc xe dừng lại coi như bánh xe không bị bó cứng và trượt trên mặt đường nửa. Khi phanh đột ngột, áp lực phanh cực đại nếu bánh xe nào giảm tốc độ quá nhanh thì áp lực dầu sẽ được giảm xuống để bánh xe không bị hãm cứng , sau đó thìg bánh xe tăng tốc trở lại do lực phanh giảm. ABS lại tác động làm tăng và giữ áp lực dầu sao cho tốc độ bánh xe và tốc độ xe tương ứng với nhau cho đến lúc dừng hẳn. Sự tăng và giảm áp lực xảy ra trong phạm vi nhỏ và tần số không lớn lắm nên tốc độ xe hầu như giảm đều, còn tốc độ bánh xe tăng giảm khi áp lực điều khiển thay đổi. 1) Ưu Điểm - Mang tính hiện đại - Quãng đường phanh ngắn - Có tính an toàn cao, ổn định lái, ổn định hướng - Xe chạy trên đường trơn trượt có thể ổn định trong khi phanh… 2) Khuyết Điểm - Kết cấu phứt tạp, khó bảo quản, sửa chữa ,lắp ráp - Các bộ phận thay thế phải đúng loại theo nhà chế tạo - Đòi hỏi người thợ phải có tay nghề cao, kinh nghiệm. KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu về đề tài “Phân tích cơ sở lý thuyết và đặc điểm cấu tạo của hệ thống phanh chống trượt lê của ôtô” có thể rút ra một số kết luận sau: Ngày nay hệ thống phanh được trang bị trên ôtô rất là phong phú và đa dạng tùy theo chủng loại ôtô khác nhau mà các hệ thống phanh được trang bị cũng khác nhau. Nhưng cho dù là loại phanh nào thì cũng đòi hỏi phải đáp ứng được những yêu cầu về chất lượng của quá trình phanh bao gồm: Thời gian phanh phải nhỏ, Quãng đường phanh phải ngắn, Gia tốc chậm dần khi phanh phải lớn và tính ổn định, tính dẫn hướng của ôtô phải được bảo đảm trong quá trình phanh. Hơn nữa do vận tốc chuyển động ngày càng cao cho nên việc đi sâu nghiên cứu để hoàn thiện tính năng phanh nhằm đảm bảo hiệu quả và tính an toàn chuyển động của ô tô ngày càng cấp thiết. hệ thống phanh chống hãm cứngbánh xe ABS ra đời là một trong những giải pháp cho vấn đền nêu trên. Nguyên lý điều chỉnh của ABS là dựa vào mối quan hệ độ trượt và hệ số bám của bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh.Thực chất là ABS điều chỉnh áp dẫn động phanh đén các bánh xe để đảm bảo các bánh xe không bị bó cứng, đồng thời duy trì độ trượt trong phạm vi đảm bảo có hệ số bám đủ lớn khi phanh ô tô trong một tình huống và thực tế đã cho thấy với hệ thống phanh được trang bị hệ thống ABS có hiệu quả phanh cao hơn, tính ổn định và tính dẫn hướng đảm bảo tốt hơn. Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, điện tử và tin học dã tạo điều kiện cho nghành công nghiệp ô tô thiết ké, chế tạo thành công các hệ thống ABS với tính năng độ chính xác độ tin cậy ngày càng cao. Hiện nay ABS đã được dùng nhiều trên các loại ô tô ở các nước phát triển. và dần dần sẽ thành một tiêu chuẩn. Ở nước ta hiện nay, số lượng ô tô hầu hết là nhập từ các nước có nền công nghiệp ô tô phát triển như: Mỹ, Nhật, Hàn Quốc…Nên việc đi sâu tìm hiểu nghiên cứu về hệ thống ABS nói riêng cũng như việc khai thác kỹ thuật sử dụng ô tô nói chung là rất quan trọng. Chính vì vậy việc đào tạo và cập nhập kỹ thuật cho các kỹ sư cơ khí ô tô là một vấn đề cáp thiết. Trong các nghành công nghiệp ôtô ở mỗi nước điều có các chỉ tiêu chất lượng riêng. Điều đó phụ thuộc vào điều kiện kinh tế và điều kiện sử dụng.Vì vậy ở nước ta cục đăng kiểm ô tô phải có đề ra các chỉ tiêu chất lượng riêng phù hợp với điều kiện hiện nay của đất nước mình. TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng LÝ THUYẾT ÔTÔ –MÁY KÉO NXB Khoa học và kỹ thuật -2000 TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN ĐÀO TẠO Công ty ôtô TOYOTA Nguyễn Oanh KỸ THUẬT SỬA CHỮA ÔTÔ VÀ ĐỘNG CƠ NỔ HIỆN ĐẠI TẬP 4-KHUNG GẦM BỆ ÔTÔ NXB Đồng nai-2002 Nguyễn Khắc Trai CẤU TẠO GẦM XE CON NXB Giao thông vận tải -1996 Nguyễn Thành Trí – Châu Ngọc Thạch HỆ THỐNG THẮNG TRÊN Ô-TÔ NXB Trẻ-2002 Nguyễn Cung Thông KỸ THUẬT SỬA CHỮA VÀ BẢO TRÌ XE HƠI NXB ĐÀ NẴNG 7. Nguyễn Thành Trí – Châu Ngọc Thạch HỨỚNG DẪN SỬ DỤNG BẢO TRÌ VÀ SỬA CHỮA XE ÔTÔ ĐỜI MỚI NXB Trẻ-2000