CHƯƠNG 1 SỰ PHÁT TRIỂN CHUNG CỦA Ô TÔ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM Quá trình phát triển của hệ thống phanh ô tô 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 1960, sau đó cơ cấu ABS được nhiều công ty sản xuất ô tô nghiên cứu vào 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 lại xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có đường băng tuyết dễ trượt. Ngày nay, cơ cấu ABS không chỉ được thiết kế trên các cơ cấu phanh thủy lực mà còn ứng dụng rộng tãi 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 tốc 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 có 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. Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu phân phối lực phanh bằng điên 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 hóa quá trình điều khiển ABS. Để hiểu rõ hơn về hệ thống phanh ABS trước hết chúng ta tìm hiểu về hệ thống phanh trên ô tô. CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ 2.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống phanh 2.1.1. Công dụng Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô đến một giá trị cần thiết nào đấy hoặc dừng hẳn ôtô. Giữ cho ôtô dừng hoặc đỗ trên đường dốc. 2.1.2. Phân loại 2.1.2.1. Theo công dụng Theo công dụng hệ thống phanh được chia thành các loại sau: Hệ thống phanh chính (phanh chân) Hệ thống phanh dừng (phanh tay) Hệ thống chậm dần (phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ). 2.1.2.2. Theo kết cấu của cơ cấu phanh Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành hai loại sau: Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa. 2.1.2.3. Theo dẫn động phanh Theo dẫn động hệ thống phanh được chia ra: Hệ thống phanh dẫn động cơ khí Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực Hệ thống phanh dẫn động khí nén thuỷ lực Hệ thống phanh có cường hoá. 2.1.2.4. Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ điều hoà lực phanh. 2.1.2.5. Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh ABS). 2.1.3. Yêu cầu Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau: Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định chuyển động của ôtô Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển không lớn Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ để đảm sử dụng hết trọng lượng bám của khi phanh ở các cường độ khác nhau Không có hiện tượng tự xiết phanh Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt Có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh cao và ổn định trong điều kiện sử dụng Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp với lực phanh trên bánh xe Có khả năng phanh khi ôtô đứng trong thời gian dài. 2.2. Cấu tạo chung của hệ thống phanh. Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên ôtô được mô tả trên hình sau: Hình 2.1 Hệ thống phanh trên ôtô Nhìn vào sơ đồ cấu tạo, chúng ta thấy hệ thống phanh bao gồm hai phần chính: Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe khi phanh trên ôtô. Dẫn động phanh: Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh. Tuỳ theo dạng dẫn động: cơ khí, thuỷ lực, khí nén hay kết hợp mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau. Ví dụ nếu là dẫn động cơ khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanh, đòn cơ khí. Nếu là dẫn động thuỷ lực thì dẫn động phanh bao gồm: bàn đạp, xi lanh chính (tổng phanh), xi lanh công tác (xi lanh bánh xe) và các ống dẫn.
SỰ PHÁT TRIỂN CHUNG CỦA Ô TÔ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
SỰ PHÁT TRIỂN CHUNG CỦA Ô TÔ TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
Quá trình phát triển của hệ thống phanh ô tô
Để tránh hiện tượng bánh xe bị hãm cứng khi phanh trên đường trơn trượt, người lái xe cần nhấn liên tục lên bàn đạp phanh nhằm duy trì lực bám và kiểm soát hướng di chuyển Hệ thống phanh ABS hoạt động tương tự nhưng mang lại 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
Vào năm 1949, công nghệ chống hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi máy bay hạ cánh đã được phát triển, nhưng cơ cấu ABS thời đó còn cồng kềnh và không đáng tin cậy Qua thời gian, ABS đã được cải tiến từ cơ khí sang điện và hiện nay là loại điện tử Đến thập niên 60, sự phát triển của kỹ thuật điện tử và vi mạch đã cho phép ABS lần đầu tiên được lắp đặt trên ô tô vào năm 1960, và đến năm 1970, nhiều công ty ô tô đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ này Toyota là công ty đầu tiên sử dụng ABS cho xe tại Nhật Bản vào năm 1971 với hệ thống điều khiển một kênh cho hai bánh sau Tuy nhiên, phải đến thập niên 80, ABS mới phát triển mạnh mẽ nhờ vào việc sử dụng cơ cấu điều khiển kỹ thuật số và vi xử lý thay cho các hệ thống điều khiển tương tự đơn giản trước đó.
Cơ cấu chống bó cứng phanh (ABS) ban đầu chỉ được lắp đặt trên những chiếc xe du lịch mới và đắt tiền, nhưng hiện nay đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho hầu hết các loại xe du lịch và nhiều loại xe hoạt động trên đường băng tuyết Ngày nay, ABS không chỉ được áp dụng cho hệ thống phanh thủy lực mà còn được sử dụng rộng rãi trên các hệ thống phanh khí nén của xe tải và xe khách lớn.
Để cải thiện tính ổn định và an toàn của xe trong mọi tình huống hoạt động, như khi khởi hành, tăng tốc đột ngột, vào đường vòng với tốc độ cao hoặc phanh gấp trong trường hợp khẩn cấp, hệ thống ABS được thiết kế kết hợp với nhiều cơ cấu khác.
Cơ cấu ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (Traction control hay ASR) giúp giảm công suất động cơ và điều chỉnh phanh các bánh xe, ngăn ngừa hiện tượng trượt lăn khi khởi hành hoặc tăng tốc đột ngột, từ đó bảo đảm hiệu suất động cơ và tính ổn định của xe Ngoài ra, ABS còn phối hợp với hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD để điều chỉnh áp suất dầu phanh phù hợp với tải trọng và chế độ vận hành của xe Hơn nữa, sự kết hợp với hệ thống hỗ trợ phanh BAS giúp tăng cường lực phanh, rút ngắn quãng đường phanh trong tình huống khẩn cấp.
Cơ cấu ABS kết hợp với hệ thống ổn định điện tử (ESP) không chỉ hỗ trợ an toàn khi dừng xe mà còn can thiệp hiệu quả trong quá trình tăng tốc và chuyển động quay vòng, từ đó nâng cao hiệu suất vận hành của ô tô trong mọi tình huống.
Ngày nay, sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật điện tử và các phần mềm lập trình đã cho phép nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp điều khiển mới trong hệ thống phanh ABS, bao gồm điều khiển mờ, điều khiển thông minh và tối ưu hóa quá trình điều khiển Để hiểu rõ hơn về hệ thống phanh ABS, trước tiên chúng ta cần tìm hiểu về hệ thống phanh trên ô tô.
HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
Công dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống phanh
- Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ôtô đến một giá trị cần thiết nào đấy hoặc dừng hẳn ôtô
- Giữ cho ôtô dừng hoặc đỗ trên đường dốc
Theo công dụng hệ thống phanh được chia thành các loại sau:
- Hệ thống phanh chính (phanh chân)
- Hệ thống phanh dừng (phanh tay)
- Hệ thống chậm dần (phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ)
2.1.2.2 Theo kết cấu của cơ cấu phanh
Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành hai loại sau:
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa
Theo dẫn động hệ thống phanh được chia ra:
- Hệ thống phanh dẫn động cơ khí
- Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực
- Hệ thống phanh dẫn động khí nén - thuỷ lực
- Hệ thống phanh có cường hoá
2.1.2.4 Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh
Theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ cấu phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ điều hoà lực phanh
2.1.2.5 Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh
Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống phanh ABS)
Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe nghĩa là đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm
- Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định chuyển động của ôtô
- Điều khiển nhẹ nhàng, nghĩa là lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển không lớn
Để tối ưu hóa hiệu suất phanh, cần đảm bảo rằng mômen phanh được phân bố đều trên các bánh xe, nhằm sử dụng tối đa trọng lượng bám khi phanh ở các cường độ khác nhau.
- Không có hiện tượng tự xiết phanh
- Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt
- Có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh cao và ổn định trong điều kiện sử dụng
- Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp với lực phanh trên bánh xe
- Có khả năng phanh khi ôtô đứng trong thời gian dài
Cấu tạo chung của hệ thống phanh
Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên ôtô được mô tả trên hình sau:
Hình 2.1 Hệ thống phanh trên ôtô
Nhìn vào sơ đồ cấu tạo, chúng ta thấy hệ thống phanh bao gồm hai phần chính:
Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe khi phanh trên ôtô
Dẫn động phanh là hệ thống truyền và khuếch đại lực từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh, với các dạng dẫn động khác nhau như cơ khí, thuỷ lực, khí nén hoặc kết hợp Trong dẫn động cơ khí, hệ thống bao gồm bàn đạp và các thanh, đòn cơ khí Ngược lại, trong dẫn động thuỷ lực, các thành phần bao gồm bàn đạp, xi lanh chính (tổng phanh), xi lanh công tác (xi lanh bánh xe) và các ống dẫn.
2.2.1.1 Cơ cấu phanh guốc (phanh trống)
Cơ cấu chung của phanh guốc
Hình 2.2 Phanh guốc a Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục
Hình vẽ 2.3 Cơ cấu phanh đối xứng qua trục
Cơ cấu phanh loại guốc, như trình bày trong hình 2.3, bao gồm đĩa phanh 7 được gắn lên mặt bích của dầm cầu Dưới tác dụng của lò xo 6, các má phanh hoạt động hiệu quả để đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành.
-9- được ép chặt vào các cam lệch tâm 3 và ép các đầu tựa 4 làm các piston trong xi lanh 5 sát lại gần nhau
Xi lanh 5 được gắn chặt trên đĩa 7 Giữa các piston của xi lanh 5 có là xo nhỏ để ép các piston luôn sát vào guốc phanh
Trên guốc phanh, các má phanh được gắn nhằm đảm bảo sự hao mòn đều đặn, với má phanh dài hơn thường được lắp ở guốc phanh trước so với guốc sau Khi đạp phanh, chất lỏng áp suất cao truyền đến xi lanh, tạo lực ép lên các piston và ép guốc phanh vào trống phanh, từ đó thực hiện quá trình phanh Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo sẽ kéo guốc phanh trở lại vị trí ban đầu, tạo khe hở giữa má phanh và trống phanh, kết thúc quá trình phanh Để điều chỉnh khe hở này về trạng thái ban đầu, có thể sử dụng chốt lệch tâm.
8 ưu điểm: của cơ cấu phanh loại này là đơn giản về kết cấu, dễ chế tạo, thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sữa chữa
Nhược điểm: một má phanh làm việc không thuận lợi nên hiệu suất phanh không cao b Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm
Hình 2.4 Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm
Cơ cấu phanh guốc loại đối xứng qua tâm được thiết kế với hai chốt guốc phanh, hai xi lanh bánh xe và hai guốc phanh hoàn toàn giống nhau, đối xứng qua tâm trên mâm phanh Mỗi guốc phanh gắn trên chốt cố định và có bạc lệch tâm để điều chỉnh khe hở với trống phanh Một bên guốc phanh luôn tiếp xúc với piston nhờ lò xo guốc phanh, trong khi khe hở trên má phanh được điều chỉnh tự động qua cơ cấu trong piston Cơ cấu này thường sử dụng dẫn động thủy lực và được lắp đặt ở cầu trước của ô tô du lịch hoặc ô tô tải nhỏ, cho phép cả hai guốc phanh hoạt động hiệu quả khi tiến, trong khi khi lùi, chúng trở thành guốc nhả Dù hiệu quả phanh khi lùi thấp, nhưng thời gian lùi ngắn và tốc độ chậm nên không cần hiệu quả phanh cao.
Hình vẽ 2.5 Cơ cấu phanh loại bơi
Cơ cấu phanh loại bơi có nghĩa là guốc phanh không tựa trên một chốt quay cố định mà cả hai đầu đều tựa trên mặt di trượt
Có hai loại cơ cấu phanh bơi: loại hai mặt tựa tác dụng đơn, loại hai mặt tựa tác dụng kép
Loại guốc phanh hai mặt tựa tác dụng đơn có cấu tạo với một đầu tựa trên mặt di trượt của vỏ xi lanh và đầu còn lại tựa vào piston Khi hoạt động, guốc phanh được piston đẩy ra, ép sát vào trống phanh, giúp khắc phục khe hở giữa má phanh và trống phanh, tạo thành điểm tựa cố định Khi trống phanh quay theo chiều tiến của ôtô, cả hai guốc phanh đều hoạt động như guốc xiết, trong khi khi quay ngược lại, chúng trở thành guốc nhả Do đó, hiệu quả phanh khi tiến lớn hơn khi lùi Loại guốc phanh này thường được sử dụng cho bánh trước của ôtô du lịch hoặc ôtô tải nhỏ.
Trong cơ cấu phanh guốc tự cường hóa, mỗi xi lanh bánh xe có xu hướng và cả hai đầu guốc phanh đều tiếp xúc với mặt tựa di trượt của hai piston Khi hoạt động, guốc phanh được đẩy ra, ép sát vào trống phanh ở cả hai đầu, giúp giảm thời gian khắc phục khe hở giữa má phanh và trống phanh Điều này dẫn đến thời gian chậm tác dụng giảm, mang lại hiệu quả phanh đồng đều khi tiến và lùi, vì cả hai guốc phanh đều hoạt động như guốc xiết Cơ cấu phanh này thường được sử dụng cho các bánh xe sau của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ.
Hình 2.6 Cơ cấu phanh loại tự cường hoá
Cơ cấu phanh guốc tự cường hoá hoạt động bằng cách tăng cường lực tác dụng khi phanh bánh xe, trong đó guốc phanh thứ nhất sẽ hỗ trợ guốc phanh thứ hai, giúp cải thiện hiệu quả phanh.
Cấu tạo và nguyên lý cơ cấu phanh tự cường hoá được mô tả trên hình vẽ
Có hai loại cơ cấu phanh tự cường hoá: cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng đơn và cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng kép
- Cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng đơn
Cơ cấu phanh này có cấu tạo độc đáo với hai guốc phanh được liên kết thông qua mặt tựa di trượt của cơ cấu điều chỉnh tự động Một đầu của guốc phanh tựa vào mặt di trượt trên vỏ xi lanh bánh xe, trong khi đầu còn lại tựa vào mặt tựa di trượt của piston Cơ cấu điều chỉnh giúp điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh cho cả hai guốc Khi hoạt động, piston đẩy một guốc phanh ép sát vào trống phanh, đồng thời tác động lên guốc phanh còn lại thông qua cơ cấu điều chỉnh Khi khe hở được khắc phục, cả hai guốc phanh đều có điểm tựa cố định trên xi lanh, cho phép guốc thứ hai được cường hóa lực từ guốc thứ nhất.
Cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng đơn có hiệu quả phanh lớn khi trống phanh quay ngược chiều kim đồng hồ, tương ứng với chiều tiến của ôtô, và hiệu quả phanh nhỏ khi quay theo chiều kim đồng hồ, tương ứng với chiều lùi Loại phanh này thường được lắp đặt ở các bánh xe trước của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ đến trung bình.
- Cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng kép
Cơ cấu phanh tự cường hoá tác dụng kép khác với loại thông thường, với hai guốc phanh được đặt trên hai mặt tựa di trượt của hai piston trong một xi lanh bánh xe.
Hiện tượng tự cường hoá tác động và hiệu quả phanh ở cả hai chiều quay của trống phanh là tương đương Cơ cấu phanh này thường được áp dụng cho các bánh xe sau của ôtô du lịch và xe tải nhỏ đến trung bình.
-13- e Cơ cấu phanh loại có piston bậc
Trên hình 3 - 2 trình bày vơ cấu phanh với ống xi lanh làm việc có các đường kính khác nhau
Trong trường hợp này, lực tác dụng lên hai guốc phanh khác nhau do chiều quay của trống phanh Má bên phải hoạt động hiệu quả hơn nhờ hiện tượng tự siết, dẫn đến việc cần ít lực ép hơn và kích thước piston nhỏ hơn so với má bên trái Ưu điểm của cơ cấu phanh này là đảm bảo các má phanh mòn đều.
Cơ cấu phanh với piston bậc
Nhược điểm của cơ cấu phanh này là hiệu suất phanh không cao do chỉ có một má phanh hoạt động Hệ thống phanh thường hoạt động hiệu quả khi xe di chuyển tiến, nhưng lại gặp khó khăn khi xe lùi Cơ cấu phanh này sử dụng hai ống xi lanh riêng biệt cho mỗi guốc phanh.
Trên hình 3 - 3 trình bày cơ cấu phanh loại có hai ống xi lanh riêng rẽ ở hai guốc phanh
Mỗi guốc phanh được thiết kế quay quanh một chốt lệch tâm, đối xứng qua tâm guốc phanh Nhờ vào việc bố trí xi lanh làm việc và chốt lệch tâm đối xứng, hiệu quả phanh được cải thiện đáng kể.
Cơ cấu phanh với hai xilanh riêng biệt của hai má sẽ đảm bảo sự cân bằng khi trống phanh quay theo bất kỳ chiều nào So với thiết kế phanh trong hình 3 - 1, cơ cấu này cho hiệu quả phanh gấp cao hơn từ 1,6 đến 1,8 lần.
PHÂN TÍCH HỆ THỐNG PHANH ABS
Cơ sở lý thuyết
Hệ thống phanh trên ôtô có vai trò quan trọng trong việc giảm tốc độ hoặc dừng xe khi cần thiết, cho phép người lái điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp vào động cơ và sử dụng phanh để hãm xe Việc nghiên cứu và cải thiện hiệu suất của hệ thống phanh là cần thiết do tốc độ di chuyển ngày càng cao Khi người lái tác động lực lên bàn đạp phanh, mômen ma sát giữa má phanh và tang trống hoặc đĩa phanh được tạo ra, giúp hãm bánh xe Phản lực tiếp tuyến tại vị trí bánh xe tiếp xúc với mặt đường, ngược chiều với chuyển động, được gọi là lực phanh và có thể được xác định theo một biểu thức cụ thể.
Mp - Mômen phanh tác dụng lên bánh xe
Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường được xác định bởi bán kính làm việc của bánh xe Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi lực bám của bánh xe với mặt đường, phụ thuộc vào điều kiện bám và phản lực pháp tuyến giữa bánh xe và mặt đường Biểu thức thể hiện mối quan hệ này là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo hiệu quả phanh.
Ppmax – Lực phanh cực đại có thể sinh ra tứ khả năng bám của bánh xe với mặt đường
P - Lực bám giữa bánh xe với mặt đường
Zb – Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe
Ta đã biết trong hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực có bộ điều hoà thì điều kiện phanh có hiệu quả và ổn định là:
Trong quá trình phanh ôtô, lực cản trong cơ cấu phanh tăng lên cho đến khi vượt quá lực cản giữa lốp và mặt đường, dẫn đến hiện tượng trượt lê bánh xe Khi bánh xe bị trượt lê hoàn toàn, hệ số bám giảm xuống mức thấp nhất, làm cho lực phanh giữa bánh xe và mặt đường trở nên nhỏ nhất, từ đó hiệu quả phanh cũng giảm Nếu bánh xe trước trượt lê, hệ số bám dọc và ngang đều giảm, khiến xe mất khả năng dẫn hướng, di chuyển theo lực quán tính hoặc độ nghiêng của mặt đường Ngược lại, nếu bánh xe sau trượt lê, xe sẽ bị trượt ngang và có thể quay vòng do lực quán tính Khi tất cả các bánh xe đều trượt lê, xe sẽ mất hoàn toàn tính ổn định, dẫn đến việc bị văng theo lực quán tính hoặc độ nghiêng của mặt đường.
Hệ số bám này được xác định bằng thực nghiệm bánh xe đang chuyển động bị hãm cứng hoàn toàn, nghĩa là bánh xe bị trượt lê 100%
Hệ số bám của bánh xe ôtô với mặt đường không chỉ phụ thuộc vào loại và tình trạng mặt đường, mà còn chịu ảnh hưởng lớn từ độ trượt của bánh xe trong quá trình phanh.
Hình (3.1) minh họa mối quan hệ giữa hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y của bánh xe với mặt đường, dựa trên độ trượt ngang tương đối giữa bánh xe và mặt đường.
Hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y của bánh xe với mặt đường thay đổi theo độ trượt tương đối khi phanh Độ trượt tương đối được xác định bằng công thức: v - r / v, trong đó v là tốc độ của bánh xe và r là tốc độ của mặt đường.
Trong đó: v - Vận tốc của ôtô wb - Vận tốc góc của bánh xe khi phanh rb - Bán kính làm việc của bánh xe
Hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại xmax tại độ trượt tối ưu o, thường nằm trong khoảng 15 đến 20% Ở mức độ trượt này, không chỉ hệ số bám dọc mà cả hệ số bám ngang cũng cao, đảm bảo lực phanh cực đại Ppmax = xmax Điều này cho thấy hiệu quả phanh cao nhất, đồng thời duy trì tính ổn định và dẫn hướng khi phanh Giải pháp tiên tiến hiện nay để đảm bảo mối quan hệ này trong quá trình phanh là hệ thống
Hệ thống phanh có trang bị chống bó cứng bánh xe (ABS) giữ cho các bánh xe ở độ trượt tối ưu, giúp đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất và tính ổn định khi phanh, đặc biệt ở tốc độ cao và trên đường có độ bám thấp Để duy trì độ trượt này, hệ thống ABS điều chỉnh áp suất môi chất (dầu hoặc khí) dẫn đến các cơ cấu phanh, ngăn chặn hiện tượng hãm cứng bánh xe Chức năng cơ bản của hệ thống ABS chính là điều khiển áp suất môi chất, đảm bảo các bánh xe hoạt động hiệu quả trong giới hạn an toàn.
Cơ sở lý thuyết về điều hòa lực phanh
3.2.1 Lực phanh sinh ra ở bánh xe
Trên hình 3.2 trình bày lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Khi người lái nhấn bàn đạp phanh, cơ cấu phanh tạo ra mô men ma sát, hay còn gọi là mô men phanh Mp, để hãm bánh xe Lúc này, bánh xe sẽ xuất hiện phản lực tiếp tuyến Pp ngược chiều chuyển động, được gọi là lực phanh Lực phanh này được xác định theo một biểu thức cụ thể.
Mp là mô men phanh tác dụng lên bánh xe
Pp là lực phanh tác dung tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường
Rb là bán kính làm việc của bánh xe
Hình 3.2 Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Lực phanh lơn nhất bị giới hạn vởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường, nghĩa là: max
Ppmax là lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường
Pφ là lực bám giữa bánh xe với mặt đường
Zb là phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe φ là hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường
Khi phanh, bánh xe giảm tốc với gia tốc âm, dẫn đến sự xuất hiện của mô men quán tính Mjb cùng chiều với chuyển động của bánh xe Đồng thời, mô men cản lăn Mf cũng tác động lên bánh xe, nhưng ngược chiều với chuyển động.
-41- động và có tác dụng hãm bánh xe lại Như vậy trong khi phanh bánh xe thì lực hãm tổng cộng Ppo sẽ là: p f jb f jb po p b b
Trong quá trình phanh ô tô, mô men phanh tăng lên và có thể dẫn đến hiện tượng trượt lê bánh xe Khi bánh xe trượt hoàn toàn, hệ số bám φ đạt giá trị thấp nhất, khiến lực phanh giữa bánh xe và mặt đường giảm, dẫn đến hiệu quả phanh kém Nếu bánh xe trước bị trượt, sẽ mất tính dẫn hướng, trong khi trượt ở bánh xe sau sẽ làm giảm tính ổn định khi phanh.
Để ngăn chặn hiện tượng trượt lê bánh xe khi phanh, ô tô hiện đại được trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe.
Để đạt được lực phanh lớn, không chỉ cần hệ số bám φ cao mà còn cần phản lực pháp tuyến Zb lớn Do đó, để sử dụng hiệu quả toàn bộ trọng lượng bám của ô tô, cần bố trí cơ cấu phanh ở tất cả các bánh xe.
Trong quá trình phanh xe, động năng hoặc thế năng của ô tô bị tiêu hao do ma sát giữa trống phanh và má phanh, giữa lốp và mặt đường Năng lượng này cũng được sử dụng để khắc phục sức cản lăn, sức cản không khí, cũng như ma sát trong hệ thống truyền lực và động cơ Mức năng lượng tiêu hao khi phanh phụ thuộc vào chế độ phanh của xe.
Khi mô men phanh gia tăng, năng lượng cơ năng chuyển hóa thành nhiệt năng giữa trống phanh và má phanh tăng lên, đồng thời sự trượt giữa lốp và mặt đường cũng gia tăng Năng lượng cần thiết để vượt qua sức cản khác trở nên tương đối nhỏ Khi bánh xe bị hãm cứng hoàn toàn, công ma sát giữa trống phanh và má phanh cũng như sự cản lăn sẽ không còn tồn tại.
Khi lốp xe tiếp xúc với mặt đường, khoảng 42% năng lượng chuyển hóa thành nhiệt năng, dẫn đến sự trượt lê Điều này không chỉ làm giảm hiệu quả phanh mà còn tăng độ mòn của lốp, gia tăng độ trượt dọc và ảnh hưởng tiêu cực đến tính ổn định ngang của xe.
3.2.2 Cơ sở lý thuyết về điều hòa lực phanh và chống hãm cứng bánh xe khi phanh
Muốn đảm bảo phanh hiệu quả nhất thì lực phanh sinh ra ở các bánh xe trước Pp1 và ở các bánh xe sau Pp2 phải tuân theo biểu thức :
Khi xem xét bán kính bánh xe trước rb1 và bánh xe sau rb2 bằng nhau trong quá trình phanh, ta có thể thiết lập mối quan hệ giữa mô men phanh ở bánh xe trước Mp1 và bánh xe sau.
M P r P (3.8) Kết hợp biểu thức (3.7) và (3.8) ta có quan hệ sau:
Mp1 là mô men phanh sinh ra ở các bánh xe trước
Mp2 là mô men phanh sinh ra ở các bánh xe sau
Để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu, mô men phanh ở bánh xe trước và bánh xe sau cần tuân theo biểu thức (3.9) Các giá trị a, b, hg của mỗi loại ô tô có thể thay đổi tùy thuộc vào mức độ và vị trí của tải trọng trên xe.
Mô men phanh cần sinh ra ở các bánh xe trước Mp1 và ở các bánh xe sau Mp2 có thể xác địn từ điều kiện bám theo biểu thức sau:
Đối với ô tô đã chất tải trọng nhất định, các giá trị a, b, hg được cố định Bằng cách thay đổi giá trị (φ) theo biểu thức (3.10) và (3.11), chúng ta có thể vẽ đồ thị Pp1=f1(φ) và Mp2=f2(φ) Hình 3.3 thể hiện mối quan hệ giữa mô men phanh Mp1 và Mp2 với hệ số bám φ, trong đó đường đậm nét ứng với ô tô đầy tải và đường đứt nét ứng với ô tô không tải.
Hình 3.3 đồ thị chỉ quan hệ giữa mô men phanh M p1 và M p2 với hệ số bám φ
Từ đồ thị 3.3 có thể vẽ đồ thị quan hệ giữa mô men phanh ở bánh xe sau M p2 và mô men phanh ở bánh xe trước M p1 (hình 3.4)
Đường đặc tính phanh lý tưởng của ô tô, như được trình bày trong hình 3.4, thể hiện mối quan hệ giữa mô men phanh sinh ra ở bánh xe và áp suất trong hệ thống dẫn động phanh Hiện nay, ô tô thường sử dụng hai loại dẫn động phanh chính là thủy lực và khí nén.
P1d.đ, P2d.đ áp suất trong dẫn động phanh của cơ cấu phanh trước và cơ cấu phanh sau
K1, k2 hệ số tỷ lệ tương ứng với phanh trước và phanh sau
Từ các biểu thức (3.12) và (3.13) có thể xác định quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh trước và phanh sau:
Hình 3.5 Đồ thị chỉ quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh sau và phanh trước để đảm bảo sự phanh lý tưởng; 1- Đầy tải; 2- Không tải
Hình 3.5 minh họa mối quan hệ giữa áp suất P1.dđ và P2.dđ, trong khi các mô men phanh Mp1 và Mp2 tuân theo đặc tính phanh lý tưởng.
Để đạt được hiệu suất phanh lý tưởng, mối quan hệ giữa áp suất trong hệ thống phanh sau và trước cần tuân theo đường đặc tính lý tưởng như thể hiện trong hình 3.5 Đường đồ thị này được gọi là đường đặc tính lý tưởng của bộ điều hòa lực phanh.
Để đảm bảo đường đặc tính p2=f(p1) chính xác như đồ thị trong hình 3.5, bộ điều hòa lực phanh cần có cấu trúc phức tạp Tuy nhiên, các cấu trúc thực tế chỉ có thể đạt được đường đặc tính gần đúng với đường đặc tính lý tưởng.
Hình 3.6 Đường đặc tính bộ điều hòa lực phanh; 1- đầy tải; 2- Không tải
Cơ sở lý thuyết của hệ thống phanh ABS
Khi phanh, nếu bánh xe bị bó cứng, hiệu quả phanh, tính ổn định và khả năng dẫn hướng sẽ giảm đáng kể Để tránh tình trạng này và duy trì hiệu suất phanh cao, cần điều chỉnh áp suất trong hệ thống phanh, đảm bảo độ trượt của bánh xe với mặt đường nằm trong giới hạn hẹp quanh giá trị tối ưu Do đó, các hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh đã áp dụng nguyên lý điều chỉnh theo gia tốc chậm dần.
Hình 3.7 minh họa đồ thị thể hiện sự biến đổi của các thông số trong hệ thống phanh và chuyển động của bánh xe khi được trang bị hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh.
Hình 3.7.a Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của mômen phanh khi xe có trang bị hệ thống ABS
Hình 3.7.b Đồ thị biểu diễn sự thay đổi áp suất dẫn động phanh P khi xe có trang bị hệ thống ABS
Hình 3.7.c Sự thay đổi thông số gia tốc j của bánh xe khi phanh có hệ thống ABS
Khi nhấn bàn đạp phanh, áp suất trong hệ thống phanh gia tăng, dẫn đến mômen phanh Mp tăng lên Điều này làm tăng gia tốc chậm dần của bánh xe và tăng độ trượt của nó Sau khi vượt qua điểm cực đại trên đường cong x = f(), gia tốc bắt đầu thay đổi.
Tốc độ giảm dần của bánh xe tăng đột ngột, cho thấy bánh xe có khả năng bị hãm cứng Giai đoạn này diễn ra trong quá trình phanh, tương ứng với đường cong 0 - 1 trên hình vẽ 3.7 a, b, c, và đây cũng là giai đoạn tăng áp suất trong hệ thống dẫn động phanh.
Bộ điều khiển của hệ thống chống hãm cứng bánh xe ghi nhận gia tốc tại điểm 1 đạt giá trị tới hạn và ra lệnh giảm áp suất trong dẫn động phanh Quá trình giảm áp suất diễn ra từ điểm 1 đến điểm 2 với độ trễ nhất định do đặc tính của hệ thống Gia tốc của bánh xe giảm dần và tại điểm 3, gia tốc tiến gần giá trị không Sau khi ghi lại giá trị này, bộ điều khiển lệnh cho bộ van thực hiện ổn định áp suất trong dẫn động phanh Khi đó, bánh xe tăng tốc trong chuyển động tương đối, vận tốc của bánh xe gần với vận tốc ôtô, làm giảm độ trượt và tăng hệ số bám dọc x trong giai đoạn giữ áp suất ổn định (đoạn 2 - 3).
Trong quá trình phanh, mômen phanh được giữ cố định, dẫn đến gia tốc chậm dần cực đại của bánh xe trong chuyển động tương đối đạt giá trị tối đa tương ứng với hệ số bám dọc x Thời điểm này, được xác định là điểm 3, là lúc bộ điều khiển ghi lại giá trị gia tốc và phát lệnh cho bộ van tăng áp suất trong hệ thống phanh.
Hình 3.8 trình bày đồ thị thay đổi vận tốc góc của bánh xe, tốc độ ôtô và độ trượt bánh xe theo thời gian khi phanh có ABS
Hình 3.8.a Sự thay đổi tốc độ góc w b của bánh xe và tốc độ của ôtô v theo thời gian t khi phanh có trang bị hệ thống ABS
Hình 3.8.b Sự thay đổi độ trượt theo thời gian t khi phanh trang bị hệ thống ABS
Từ đồ thị ta thấy rằng trong quá trình phanh có hệ thống ABS, vận tốc góc wb của bánh xe thay đổi theo chu kỳ
3.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh có trang bị ABS
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS trong dẫn động thuỷ lực trên ôtô được thể hiện trên hình 3.9
Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý ABS
3- Xi lanh công tác tại bánh xe
5- Cảm biến vận tốc bánh xe
Hệ thống phanh hoạt động bằng cách khi lái xe đạp phanh, chất lỏng được truyền từ xi lanh chính qua van điều áp tới xi lanh công tác tại bánh xe Cảm biến đo vận tốc góc của bánh xe và gửi tín hiệu tới bộ xử lý trung tâm (ECU) Khi vận tốc góc gần bằng 0, ECU ra lệnh cho van điều áp giảm áp suất tại xi lanh công tác, giúp giảm mômen phanh và tăng vận tốc góc của bánh xe.
Khi đạt đến giá trị xác định ECU, van điều áp sẽ tiếp tục tăng áp suất tại xi lanh công tác Quá trình này lặp lại, giúp bánh xe luôn được phanh ở mức độ tối đa mà không bị trượt.
3.5 Kết cấu hệ của hệ thống ABS
3.5.1 Cảm biến tốc độ bánh xe
Cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ chính là chuyển đổi chuyển động quay của bánh xe thành tín hiệu điện áp xoay chiều, với tần số tỉ lệ thuận với tốc độ quay của bánh xe.
Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau được cấu tạo từ một nam châm vĩnh cửu, cuộn dây để phát dòng điện xoay chiều và một lõi từ Vị trí lắp đặt cảm biến tốc độ và số lượng cảm biến có thể thay đổi tùy theo kiểu xe.
Hình vẽ dưới đây minh họa vị trí của cảm biến và rô to cảm biến Rôto cảm biến là một đĩa có răng đều ở mép ngoài, được gắn chặt với moay ơ bánh xe, do đó nó quay theo chuyển động của moay ơ.
Hình 3.10 Cảm biến tốc độ
Vành ngoài của rô to được thiết kế với các răng cách đều nhau, khi rô to quay, khe hở không khí giữa các răng và cuộn dây nhận tín hiệu sẽ thay đổi, dẫn đến sự biến đổi mật độ từ thông qua cuộn dây Sự thay đổi này tạo ra điện áp xoay chiều, có tần số tỉ lệ thuận với tốc độ quay của rô to, tức là tốc độ quay của bánh xe Tín hiệu điện áp AC này cung cấp thông tin cho ECU ABS về tốc độ của bánh xe.
3.5.2 Cảm biến giảm tốc (chỉ được trang bị ở một vài kiểu xe)
Cảm biến giảm tốc, hay còn gọi là cảm biến G, có nhiệm vụ cho phép ECU ABS đo trực tiếp sự giảm tốc của xe trong quá trình phanh, từ đó cải thiện độ chính xác khi phanh và ngăn ngừa hiện tượng bó cứng bánh xe Thiết bị này đặc biệt quan trọng trên các xe 4WD, nơi mà tốc độ của bánh xe không đồng nhất với sự giảm tốc của xe Khi một bánh xe bị hãm cứng trên bề mặt có hệ số ma sát thấp, nó có thể kéo theo các bánh xe khác cũng bị hãm cứng do tất cả bánh xe đều liên kết với hệ thống truyền lực, dẫn đến hiện tượng này.
Cảm biến giảm tốc được cấu tạo từ hai cặp đèn LED và hai phototransistor, cùng với một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín hiệu.
Hình 3.11 Cảm biến gia tốc
Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rãnh sẽ lắc theo chiều dọc tương ứng với mức độ giảm tốc Các rãnh trên đĩa cắt ánh sáng từ đèn LED đến phototransistor, khiến phototransistor thay đổi trạng thái đóng, mở.
Kết cấu hệ của hệ thống ABS
3.5.1 Cảm biến tốc độ bánh xe
Cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ chính là chuyển đổi chuyển động quay của bánh xe thành tín hiệu điện áp xoay chiều Tín hiệu này có tần số tỉ lệ thuận với tốc độ quay của bánh xe, giúp theo dõi và điều chỉnh hiệu suất hoạt động của phương tiện.
Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau được cấu tạo gồm một nam châm vĩnh cửu để từ hoá cuộn dây, cuộn dây này phát ra dòng điện xoay chiều và có một lõi từ Vị trí lắp đặt cảm biến tốc độ và số lượng cảm biến thay đổi tùy thuộc vào kiểu xe.
Hình vẽ dưới đây minh họa vị trí của cảm biến và rôto cảm biến Rôto cảm biến được thiết kế dưới dạng một đĩa có răng ở mép ngoài, với các răng được phân bố đều Đĩa này được gắn chặt với moay ơ bánh xe, do đó nó sẽ quay đồng bộ với moay ơ bánh xe.
Hình 3.10 Cảm biến tốc độ
Vành ngoài của rô to được thiết kế với các răng cách đều, khi rô to quay, khe hở không khí thay đổi theo vị trí của các răng tương đối với cuộn dây nhận tín hiệu Sự thay đổi này dẫn đến mật độ từ thông qua cuộn dây biến đổi, tạo ra điện áp xoay chiều Tần số của điện áp xoay chiều tỷ lệ thuận với tốc độ quay của rô to, từ đó phản ánh tốc độ quay của bánh xe Tín hiệu điện áp AC này cung cấp thông tin cho ECU của hệ thống ABS về tốc độ bánh xe.
3.5.2 Cảm biến giảm tốc (chỉ được trang bị ở một vài kiểu xe)
Cảm biến giảm tốc, hay còn gọi là "cảm biến G", có nhiệm vụ cho phép ECU ABS đo trực tiếp sự giảm tốc của xe trong quá trình phanh, từ đó cải thiện độ chính xác khi phanh và ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe Thiết bị này đặc biệt quan trọng trên các loại xe 4WD, nơi tốc độ của bánh xe không thay đổi đồng thời với sự giảm tốc của xe Nếu một trong các bánh xe bị hãm cứng trên mặt đường có hệ số ma sát thấp, hiện tượng bó cứng sẽ lan sang các bánh khác do tất cả các bánh xe đều được kết nối với hệ thống truyền lực, ảnh hưởng lẫn nhau.
Cảm biến giảm tốc được cấu tạo từ hai cặp đèn LED và hai phototransistor, cùng với một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín hiệu.
Hình 3.11 Cảm biến gia tốc
Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rãnh sẽ lắc theo chiều dọc tương ứng, tạo ra sự thay đổi ánh sáng từ đèn LED đến phototransistor Sự thay đổi này khiến phototransistor chuyển đổi trạng thái đóng và mở, từ đó có thể sử dụng trong các ứng dụng liên quan đến an toàn và điều khiển xe.
Hệ thống gồm 2 cặp đèn LED và phototransistor chia mức độ giảm tốc thành 4 khoảng, gửi tín hiệu về ECU ABS ECU ABS sử dụng những tín hiệu này để xác định chính xác tình trạng mặt đường và thực hiện các biện pháp điều khiển thích hợp.
Trên một số loại xe, việc đo gia tốc ngang được thực hiện để xác định xem xe có đang quay vòng hay không Trong quá trình quay vòng, bánh xe phía trong thường bị nhấc lên do lực ly tâm, dẫn đến phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác động lên bánh xe nhỏ, khiến chúng dễ bị bó cứng Ngược lại, bánh xe phía ngoài bị tì mạnh xuống mặt đường, tăng phản lực và khó bị bó cứng hơn Do đó, sau khi xác định xe đang quay vòng, áp suất dầu đến bánh phía ngoài sẽ được tăng cường hơn bánh phía trong để nâng cao hiệu quả phanh Để đo gia tốc ngang, cảm biến phototransistor được lắp theo trục ngang của xe, bên cạnh đó có thể sử dụng cảm biến bán dẫn để đo gia tốc dọc và ngang.
Bộ chấp hành ABS có chức năng điều chỉnh áp suất dầu từ xi lanh phanh chính đến các xi lanh bánh xe, hoặc giảm áp suất trong các xi lanh phanh bánh xe theo tín hiệu từ ECU ABS, nhằm kiểm soát mô men phanh của từng bánh xe.
Bộ chấp hành ABS có nhiều kiểu dáng khác nhau tùy thuộc vào loại xe, năm sản xuất và hãng xe Thông thường, bộ chấp hành ABS bao gồm các thành phần như van điện, bơm dầu, bình dầu tích năng và các van một chiều.
Hình 3.12 Bộ chấp hành ABS
Có thể chia bộ chấp hành theo chức năng thành 2 cụm sau:
Van điện 3 vị trí (cụm điều khiển)
Trong hoạt động của hệ thống ABS, ECU ABS điều chỉnh áp suất ở xi lanh bánh xe bằng cách lựa chọn giữa ba chế độ: tăng áp, giảm áp hoặc giữ áp suất Việc này được thực hiện thông qua việc thay đổi giá trị dòng điện cung cấp cho các van, cho phép đóng mở van một cách hiệu quả.
Bình chứa và bơm ( cụm giảm áp)
Khi cần giảm áp suất, van điện được đặt ở chế độ giảm áp, trong khi một bơm hút dầu từ các xi lanh bánh xe và đưa trở lại xi lanh chính Điều này giúp chuẩn bị cho chế độ tăng áp mà không làm ảnh hưởng đến chân phanh.
Các phương án điều khiển và nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống
3.6.1 Các phương án điều khiển
3.6.1.1 Các phương án theo nguồn dầu có áp suất
Phương án 1: Kiểu dùng áp suất dầu trợ lực lái (xe tải 4 Runner )
Hệ thống ABS này sử dụng áp suất dầu từ hệ thống lái để điều khiển áp suất phanh, với chức năng chống bó cứng chỉ áp dụng cho các bánh sau, đây là đặc điểm nổi bật của hệ thống.
Hệ thống chỉ sử dụng một cảm biến tốc độ gắn ở vỏ cầu để cảm nhận tốc độ quay của bánh răng vành chậu Để cải thiện khả năng đánh giá mức độ giảm tốc, một cảm biến giảm tốc được tích hợp, giúp ABS ECU hoạt động chính xác hơn.
Hệ thống phanh này có cấu trúc đơn giản, nhưng không có khả năng điều khiển chống bó cứng cho bánh trước, dẫn đến hiệu suất phanh kém khi xe di chuyển với tốc độ cao và hệ số bám nhỏ Điều này khiến xe dễ mất hướng chuyển động, vì vậy hệ thống này thường chỉ được sử dụng cho xe tải, nơi tải trọng trên các bánh sau thường thay đổi Ngoài ra, nguồn dầu chung với hệ thống lái cũng làm giảm hiệu quả hoạt động của hệ thống phanh.
Xi lanh bánh xe sau
Hộp cơ cấu lái Cảm biến giảm tốc
Bộ điều hoà lùc phanh
Bơm trợ lực lái, bình dầu
Phương án 2: Kiểu áp suất tạo bởi bơm riêng của bộ chấp hành ABS
Trong hệ thống ABS này, áp suất dầu được tạo ra từ bơm của bộ chấp hành ABS, giúp điều khiển áp suất phanh cho tất cả các bánh, mang lại hiệu quả cao hơn so với các phương án khác Với nguồn dầu độc lập, khả năng hư hỏng của nguồn dầu cũng giảm thiểu đáng kể.
3.6.1.2 Các phương án theo số van trong bộ chấp hành
Phương án 3: Cơ cấu chấp hành dùng 4 van 3 vị trí
Tín hiệu từ các cảm biến bánh xe được gửi đến hộp ECU ABS, cùng với tín hiệu từ công tắc đèn phanh để thông báo quá trình phanh của xe Dựa trên các tín hiệu nhận được, chương trình sẽ tính toán và quyết định cấp tín hiệu điều khiển các van.
Cảm biến bánh xe Bộ chấp hành phanh TRC
Bộ chấp hành b-ớm ga phụ Công tắc
Van điện có ba vị trí để thực hiện ba chế độ khác nhau: tăng áp, giữ và giảm áp Những chế độ này phụ thuộc vào giá trị điện áp mà hộp ABS ECU cung cấp cho các van.
Phương án sử dụng cơ cấu chấp hành 4 van 3 vị trí giúp giảm số lượng van, từ đó đơn giản hóa quá trình chế tạo Tuy nhiên, do vị trí của các van phụ thuộc vào dòng điện cung cấp, nên yêu cầu về độ chính xác của giá trị dòng điện là rất quan trọng.
Xi lanh bánh xe Cảm biến bánh xe
Phương án 4 : Cơ cấu chấp hành dùng 8 van 2 vị trí.
Trạng thái của mỗi cửa van và mô tơ bơm
Chế độ hoạt động Van giữ áp suất Van giảm áp Môtơ bơm
Khi phanh bình thường Cửa A mở Cửa D đóng OFF
- Chế độ giảm áp Cửa A đóng Cửa D mở ON
-Chế độ giữ Cửa A đóng Cửa D đóng ON
-Chế độ tăng áp Cửa A mở Cửa D đóng ON
Cảm biến tốc độ tại mỗi bánh xe gửi thông tin về tốc độ góc của bánh xe đến hộp điều khiển phanh ABS (ECU ABS) Dựa trên dữ liệu nhận được, ECU sẽ thực hiện các điều chỉnh cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất phanh.
Hệ thống ABS ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến bánh xe để xác định tình trạng hoạt động của chúng Khi phát hiện hiện tượng trượt lết, ABS ECU sẽ can thiệp bằng cách điều khiển các van điện đóng, mở hoặc chế độ giữ, nhằm cung cấp áp suất dầu tối ưu cho từng xi lanh phanh Điều này đảm bảo hiệu quả phanh tốt nhất cho xe.
Ta có sơ đồ khối của hệ thống ABS
3.6.2 Các chế độ làm việc của hệ thống ABS
+ Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động)
Hệ thống ABS không hoạt động khi xe phanh bình thường, dẫn đến việc ECU ABS không gửi điện đến cuộn dây van Kết quả là van 3 vị trí bị đẩy xuống dưới lực tác động của lò xo hồi vị, giữ cho cửa "A" mở và cửa "B" đóng.
Khi đạp phanh, áp suất dầu trong xi lanh phanh chính tăng lên, dẫn đến việc dầu phanh di chuyển từ xi lanh chính qua cửa "A" và cửa "C" trong van điện 3 vị trí đến xi lanh bánh xe Dầu phanh không thể vào bơm do van một chiều số 1 trong mạch bơm Khi nhả chân phanh, áp suất trong xi lanh chính giảm, cho phép dầu phanh được hồi lại.
-64- xi lanh bánh xe về xi lanh chính qua cửa "C" đến cửa "A" và một phần qua van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trí
Tên chi tiết Hoạt động
Van điện 3 vị trí Cửa “A” mở
Mô tơ bơm Không hoạt động
- Khi phanh gấp (ABS hoạt động)
Khi một bánh xe gần bị bó cứng do phanh gấp, bộ chấp hành ABS sẽ điều chỉnh áp suất dầu phanh lên xi lanh của bánh xe đó dựa trên tín hiệu từ ECU.
Vì vậy bánh xe không bị bó cứng
Cảm biến tốc độ bánh xe Bình dầu
Tên chi tiết Hoạt động
Khi bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi tín hiệu điện 5A đến cuộn dây của van điện, tạo ra lực từ mạnh mẽ Van 3 vị trí di chuyển lên, đóng cửa "A" và mở cửa "B", cho phép dầu phanh từ xi lanh bánh xe chảy qua cửa "C" đến cửa "B" trong van và quay trở lại bình dầu Đồng thời, môtơ bơm hoạt động theo tín hiệu từ ECU, hồi trả dầu phanh về xi lanh phanh chính từ bình chứa.
Cảm biến tốc độ bánh xe Bình dầu
Cửa "A" đóng lại ngăn chặn dầu phanh từ xi lanh chính vào van điện 3 vị trí, đồng thời các van một chiều số 1 và số 3 cũng cản trở dòng chảy của dầu Hệ quả là áp suất dầu trong xi lanh bánh xe giảm, giúp ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe Mức độ giảm áp suất được điều chỉnh thông qua việc lặp lại các chế độ "giảm áp" và "giữ".
Tên chi tiết Hoạt động
Van điện 3 vị trí Cửa "A" đóng
Mô tơ bơm Hoạt động
Cảm biến tốc độ bánh xe Bình dầu
Khi áp suất trong xi lanh bánh xe thay đổi, cảm biến tốc độ bánh xe sẽ gửi tín hiệu cho biết tốc độ đã đạt yêu cầu Để duy trì áp suất ổn định trong xi lanh, ECU ABS sẽ cung cấp dòng điện 2A đến cuộn dây của van điện.
