1 LỜI NÓI ĐẦU Trên ô tô, hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó, ngoài ra hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô tô đứng yên tại chỗ trên mặt dốc nghiêng hay mặt đường ngang. Như vậy hệ thống phanh trên ô tô là một hệ thống đặt biệt quan trọng vì nó đảm bảo cho ô tô chuyển động an toàn với mọi chế độ làm việc. Nhờ đó có thể phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của ô tô. Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô và kỹ thuật điện tử, hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS (viết tắt từ chữ tiếng anh: Anti-lock Braking System) tích hợp các hệ thống điều tiết lực kéo ETS (viết tắt từ chữ tiếng anh: Electronic Traction System) hệ thống chống trượt khi tăng tốc ASR (viết tắt từ chữ tiếng anh: Acceleration Slip Regulation) hệ thống ổn định xe điều khiển bằng điện tử ESP (viết tắt từ chữ tiếng anh: Electronic Stability Program) hệ thống hổ trợ phanh gấp BAS (viết tắt từ chữ tiếng anh: Brake Assist) ngày càng trở nên phổ biến và có mặt hầu hết trên các ô tô hiện đại. Sở dĩ như vậy là do vai trò quan trọng của ABS- là một trong những hệ thống an toàn chủ động của ô tô. Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểm có thể xảy ra khi vận hành, nhờ điều khiển quá trình phanh ô tô một cách tối ưu. 2 1. SƠ LƯỢC VỀ ABS. 1.1. Chức năng, nhiệm vụ hệ thống phanh ABS. Các bộ điều chỉnh lực phanh, bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suất trong dẫn động phanh các bánh xe trước và sau có thể đảm bảo : - Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng triệt để trọng lượng bám và tránh quay xe khi phanh). - Hoặc các bánh xe trước được hãm cứng trước (để đảm bảo điều kiện ổn định). Tuy nhiên quá trình phanh như vậy vẫn chưa phải là có hiệu quả cao và an toàn nhất, vì: - Khi phanh ngặt, các bánh xe có thể bị hãm cứng và trượt dọc, các bánh xe trượt lên trên đường sẽ gây mòn lốp và giảm hệ số bám. Nghiêng cứu cho thấy hệ số bám dọc có giá trị cao nhất ( hình 1.6) khi bánh xe chịu lực dọc và trượt cục bộ trong giới hạn hệ số trượt: = − = %100 a bba V rV ω λ ( 15 ÷ 30 ) % Với: V a Tốc độ chuyển động tịnh tiến của ô tô ω b Tốc độ góc của bánh xe r b Bán kính lăn của bánh xe - Còn ô tô khi phanh với tốc độ 180 km/h trên đường khô, bề mặt lốp có thể bị mòn đi một lớp dày tới 6 mm - Các bánh xe bị trượt dọc hoàn toàn , mất khả năng tiếp nhận lực ngang và không thể thực hiện quay vòng khi phanh trên một đoạn đường cong hoặc đổi hướng để tránh ngại vật , đặc biệt trên mặt đường có hệ số bám thấp. Do đó dễ gây ra tai nạn nguy hiểm khi phanh. 3 ϕ x ; ϕ y λ;% ϕ x max ϕ x ϕ y 20 0,2 40 60 80 100 0,4 0,6 0,8 Hình 1.1. Sự thay đổi hệ số bám dọc φ x và hệ số bám ngang φ y theo độ trượt tương đối λ của bánh xe Vì thế để đảm bảo đồng thời hiệu quả khi phanh và tính ổn định cao. Ngoài ra còn giảm mài mòn và nâng cao tuổi thọ cho lốp, cần thiết quá trình phanh ở giới hạn bắt đầu hãm các bánh xe, nghĩa là đảm bảo cho các bánh xe trong quá trình phanh không bị trượt lết hoàn toàn mà chỉ trượt cục bộ trong giới hạn λ=(15÷ 30)%. Đó chính là chức năng, nhiệm vụ của hệ thống chống hãm cứng bánh xe Để giữ cho các bánh xe không bị hãm cứng hoàn toàn khi phanh ngặt, cần phải điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bánh xe với mặt đường thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị tối ưu. Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng nguyên lý điều chỉnh khác nhau như: - Theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh - Theo giá trị độ trượt cho trước - Theo tỉ số gia tốc góc của bánh xe và gia tốc chậm dần của nó. Như vậy hệ thống chống hãm cứng bánh xe là một trong những hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại.Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểm nhờ điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu. Các hệ thống chống hãm cưng bánh xe được nghiên cứu ở Đức ngay từ những năm đầu thế kỷ 20. Tiếng Đức lúc đó gọi là anti-blockier system viết tắt là A.B.S, sau này tiếng Anh gọi là antilock bracking system viết tắt là abs. 4 1.2 Nguyên lý làm việc chung của hệ thống ABS. Hệ thống chống hãm cứng bánh xe thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh có mạch liên hệ ngược. Sơ đồ khối điển hình của một hệ thống phanh ABS có dạng như trên hình 1.3 gồm: - Bộ phận cảm biến 1, bộ điều khiển 2, bộ phận chấp hành hay cơ cấu thực hiện 3, nguồn năng lượng 4. - Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi các thông số được chọn để diều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá trị độ trượt) và tín hiệu đến bộ điều khiển 2. Bộ phận 2 sẽ xử lý tín hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành tăng hoặc giảm áp suất trong dẫn động phanh. - Chất lỏng được truyền từ xi lanh chính (hay tổng van khí nén ) 5 qua 3 đến các xi lanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép các guốc phanh và thực hiện quá trình phanh. Để hiểu nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe, ta khảo sát quá trình phanh bánh xe như trên hình 1.3. 6 1 2 3 4 5 Hình 1.3. Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh xe 1- Cảm biến tốc độ; 2- Bộ phận điều khiển; 3- Cơ cấu thực hiện; 4- Nguồn năng lượng; 5- Xi lanh chính hoặc tổng van khí nén; 6- Xi lanh bánh xe hoặc bầu phanh. 5 Nếu bỏ qua mô men cản lăn rất nhỏ và để dơn giản coi Z bx = const, thì phương trình cân bằng mô men tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi phanh, có dạng: M p - M φ – J p ( dt d b ω ) =0 Ở đây: M p - Mô men phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh M φ – Mô men bám của bánh xe với đường J b - Mô men quán tính của bánh xe ω b - Tốc độ góc của bánh xe b p b b J MM dt d )( ϕ ω ε − == ϖ M j =j b (d ϖ b/ dt) M p Z bx P ϕ G bx Hình 1.4. Các lực tác dụng lên bánh xe khi phanh. Sự thay đổi M p , M φ và ε b theo độ trượt thể hiện trên hình 1.5: λ M ε b o λ1 λ2 M p M ϕ 1 2 3 45 6 Hình 1.5. Sự thay đổi các thông số khi phanh có ABS 6 - Đoạn O – 1 – 2 biểu diễn qua quá trình tăng M p khi đạp phanh. Hiệu (M p - M φ ) tỉ lệ với gia tốc chậm dần ε b của bánh xe. Hiệu trên tăng nhiều khi đường M φ đi qua điểm cực đại. Do đó sau thời điểm này, gia tốc ε b bắt đầu tăng nhanh. Sự tăng đột ngột của ε b làm giảm áp suất trong dẫn động. Do có sự chậm tác dụng nhất định nào đó (phụ thuộc tính chất hệ thống) sự giảm áp suất thực tế bắt đầu từ điểm 2. - Do M p ε b giảm theo và bằng 0 ở điểm 3. Vào thời điểm tương ứng với điểm 4- mô men phanh có giá trị cực tiểu không đổi. - Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mô men phanh nhỏ hơn mô men bám, nếu xảy ra sự tăng tốc bánh xe. Sự tăng gia tốc góc được sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất tổng hệ thống phanh (hình 1.5). - Khi tốc độ bánh xe tăng lên, độ trượt giảm vì vậy φ cũng như M φ tăng lên. - Tiếp theo, chu trình lặp lại. Như vậy trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc thì tăng tốc, lúc thì giảm tốc và buộc M φ phải hay đổi theo chu trình kín 1 – 2 - 3– 4– 5 – 6 – 1, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ 1 ÷ λ 2 ( hình 1.5) đảm bảo hệ số bám có giá trị gần với cực đại nhất. Trên hình 1.6 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động phanh và gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian. Pbd; P t P1 P2 1 2 3 4 5 6 Pbd 6 5 4 3 2 1 t εb a) b) Hình 1.6. Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) và gia tốc chậm dần bánh xe (b) khi phanh có ABS Hình 1.6 cho thấy quá trình phanh ABS nói chung có 3 giai đoạn ( 3 pha ): tăng áp suất ( 1-2 ) giảm áp suất (2-4 ) và duy trì áp suất (4-5 ). ABS làm việc với 3 giai 7 đoạn như vậy gọi là ABS 3 pha . một số ABS không có pha duy trì áp suất gọi là ABS 2 pha. Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi trong phạm vi λ 1 ÷ λ 2 = (10 ÷ 30 )%. Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí nén khoảng 3 ÷ 8 Hz còn trong dẫn động thuỷ lực đến 20 Hz. Để thấy rỏ hơn vai trò của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 1.1 nhận được khi thử nghiệm xe du kịch trong hai trường hợp có và không có ABS và đồ thị quá trình phanh trên hình 1.7, hình 1.8 Bảng 1.1. Kết quả thí nghiệm khi phanh ô tô du lịch có trang bị ABS (mỗi bánh xe có một cảm biến và điều khiển riêng). Loại đường Tốc độ bắt dầu phanh Quãng đường phanh S p (m) Mức tăng hiệu quả phanh (%) Có ABS Không ABS Đường bê tông khô Đường bê tông ướt 13,88 13,88 10,6 18,6 13,1 23,7 19,1 21,1 Đường bê tông khô Đường bê tông ướt 27,77 27,77 41,1 62,5 50 100 17,8 37,5 Hình 1.7. Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn. 8 Hình 1.8. Quá trình phanh điển hình của ô tô trang bị ABS. 1.3. Phân loại hệ thống phanh ABS. Mặc dù có chung nguyên lý làm việc, nhưng các ABS được thiết kế theo nhiều sơ đồ kết cấu và biện pháp điều chỉnh áp suất khác nhau. Trên hình 1.9a là sơ đồ phân loại hệ thống ABS đã được các hãng trên thế giới chế tạo. Theo phương pháp điều khiển, ABS có thể chia thành 2 nhóm lớn: Điều khiển bằng cơ khí và điều khiển bằng điện tử. 9 IệU KHIỉN IN Tặ IệU KHIỉN C KHấ KHNG TấCH HĩP TấCH HĩP NặA TấCH HĩP 4 caớm bióỳn 2 doỡng 4caớm bióỳn 4 3 doỡng 2 caớm bióỳn 2 doỡng Xi lanh chờnh cọứ õióứn caùc cuỷm mọ tồ bồm cao aùp vaỡ bọỹ tờch nng Họựn hồỹp Piston õọỳi aùp Bồm họửi dỏửu Van xaớ dỏửu vóử bỗnh chổùa Coù trồỹ lổỷc chỏn khọng Khọng coù trồỹ lổỷc Coù bọỹ phỏn phọỳi cao aùp Coù bọỹ khuyóỳch õaỷi thuyớ lổỷc HONDA ABL BOSCH 2E TEVES MIV BENDIX TEVES MK II BOSCH 3 BOSCH 2S BENDIX ADDONIX GIRLING SCS Hỡnh 1.9a. S phõn loi h thng phanh ABS. Theo thnh phn kt cu, ABS cú th chia ra: - Loi dựng kt hp vi xi lanh chớnh ca h thng phanh c in (cũn gi l loi khụng tớch hp ) - Loi bỏn tớch hp 10 - Loại tích hợp Theo phương pháp diều chỉnh áp suất, chia ra: - Dùng bình tích năng và bơm hồi dầu - Dùng van xả dầu về bình chứa - Dùng piston đối áp Ngoài ra ABS còn có thể phân loại theo số lượng cảm biến và số dòng dẫn động kiểu riêng rẽ. Hình 1.9b. Các phương pháp điều chỉnh áp suất phanh a- Dùng bơm hồi dầu; b- Xả dầu về đường hồi; c- Dùng piston đối áp 1- Bơm dầu; 2- Bình tích năng; 3- Xi lanh chính; 4- Van nạp; 5- van xả 6- Cơ cấu phanh; 7- Đường hồi dầu; 8- Van điện từ. [...]... trờn c s kt hp vi h thng ABS Trờn c s ca h thng ABS, h thng BAS cú b sung mt cm bin hnh trỡnh mng v van chõn khụng c iu khin bng in t vo trong bu tr lc chõn khụng (hỡnh 2.9) Khi thu lc ABS - Cỏc van in t - Bm thu lc ỏp sut cao/ bm hi ốn bỏo BAS hot ng Van in t BAS Khi iu khin in t ABS/ B AS Cm bin hnh trỡnh mng Cm bin ỏp sut du phanh Cm bin tc bỏnh xe Hỡnh 2.7 S khi h thng ABS/ BAS 19 - Cm bin hnh trỡnh... khin in t cng s cho ngng hot ng ca ABS Khi khi iu khin in t phỏt hin thy cú trc trc trong h thng ABS thỡ nú cho bt ốn bỏo trc trc ABS trờn bng iu khin Khi iu khin in t liờn tc theo dừi khụng ch hot ng bờn trong ca bn thõn nú m cũn theo dừi s hot ng ca cỏc b phn khỏc ca ABS Nú liờn tc truyn cỏc xung th ngn n cỏc van in t kim tra trc trc trong h thng in Mi trc trc ca ABS nh: thiu du, khụng ỏp sut tr... bng in t ESP (Electronic Stability Program), do hóng BOSCH ch to 2.1 H thng phanh trang b ABS (Anti-Lock Bracking System) 11 1 6 7 9 10 2 3 4 5 8 Hỡnh 2.1 S cu to h thng phanh trang b ABS trờn ụ tụ C240 1- Xi lanh chớnh; 2- Mụ t bm thu lc; 3- Bỡnh tớch nng; 4- Khi thu lc; 5Khi iu khin in t ABS; 6- ốn bỏo s c ABS; 7, 8, 9, 10- Cm bin tc bỏnh xe; 11- Cụng tc hnh trỡnh bn p phanh H thng chng hóm cng... khin in t ngng hot ng ca ABS v chuyn sang ch phanh bỡnh thng Nu b cm bin tc h hng, to ra cỏc giỏ tr vt ra ngoi giỏ tr qui nh, hoc nhiu lon tớn hiu ln (do song vụ tuyn) thỡ b iu khin cú th cho ngng hoc khụng ABS Quỏ trỡnh giỏm sỏt cú tớnh cht tng h Mi b x lý cú th cho dng tm thi hay dng hn s lm vic ca h thng Trong mi trng hp cú s c h thng chuyn sang ch phanh thụng thng khụng cú ABS v ốn bỏo s c trờn... bỏnh xe a- Tc bỏnh xe thp b- Tc bỏnh xe cao 1- Khi iu khin in t; Nam chõm vnh cu; 3- Khe h khụng khớ; 4Vũng rng 2.1.3 Nguyờn lý lm vic ca h thng phanh trang b ABS S mch thy lc ca h thng phanh trang b ABS nh trờn hỡnh 4.18 Khi thy lc ca h thng ABS bao gm 6 van np ( cỏc van 6, 11, 15, 17, 19, 23), 4 van thoỏt (cỏc van 22, 24, 26, 27), 2 van chuyn i (van 8 v van 10), bm thy lc, bỡnh tớch nng, v cỏc van... phanh cỏc bỏnh xe din ra nhanh hn H thng phanh trang b ABS bt u lm vic vi giai on tng ỏp sut (giai on phanh bỡnh thng) ABS bt u lm vic ch khi no tc ca ụ tụ trờn 5 km/h v khi iu khin in t ca nú nhn tớn hiu t cỏc cm bin tc bỏnh xe nhn thy cỏc bỏnh xe cú xu hng b hóm cng Chu trỡnh iu chnh ỏp sut trong dn ng phanh trờn ụ tụ Mercedes - Benz C240 khi ABS lm vic c bt u vi giai on gi ỏp sut, gim ỏp sut v tng... tng ny nh tớn hiu bỏo cho ngi lỏi bit bỏnh xe cú xu hng b hóm cng v ABS ang lm vic Mt s nh ch to khỏc dựng van phõn cỏch gim hin tng ny Cụng tc cng l mt thụng s u vo ca b iu khin in t Khi ngi lỏi tỏc dng lờn bn p phanh, h thng iu khin cng khi to li cỏc thụng s ban u chun b sn sng cho mt chu trỡnh lm vic ca ABS Vỡ th khi phanh cú ABS, ngi lỏi khụng nờn phanh kiu bm h thng lm vic c tt nht 35 1 13... hp vi giỏ tr lc bỏm Nh vy cú th thy h thng ETS/ASR cú lụ gớc lm vic v thnh phn cu to phn no ging ABS (cm bin tc bỏnh xe, cỏc van din t,), ch khỏc nhau ch mt bờn iu chnh lc phanh cũn mt bờn thỡ iu chnh lc kộo Vỡ th cú th dựng cỏc b phn ging nhau, b sung mt s b phn v chc nng khỏc vo h thng ABS c h thng ABS tớch hp ETS/ASR hon chnh iu chnh lc kộo cú th s dng hai bin phỏp khỏc nhau v chia thnh 3 nhúm...11 2 H THNG CHNG HM CNG BNH XE ABS KT HP CC H THNG ETS/ASR, ESP TRấN ễ Tễ MERCEDES- BENZ C240 Trờn ụ tụ Mercedes-Benz C240 c trang b h thng chng hóm cng bỏnh xe ABS kt hp vi cỏc h thng iu tit lc kộo, chng trt quay ETS/ASR (Electronic Traction System/Acceleration Slip Regulation), h thng h tr phanh... h thng ABS/ BAS 19 - Cm bin hnh trỡnh mng ca b tr lc: Cm nhn c v trớ dch chuyn ca hnh trỡnh mng v chuyn thnh tớn hiu in truyn v cho khi iu khin in t ABS Khi iu khin in t s x lý tớn hiu v truyn tớn hiu iu khin n van in t BAS v cỏc van in t trong khi thu lc ABS Cm bin hnh trỡnh mng l loi cm bin in th k in tr in k gm gm mt in tr c nh, trờn ú cú mt tip xỳc in cú th di chuyn gi l con chy, con chy ny dc gn . trình phanh ABS nói chung có 3 giai đoạn ( 3 pha ): tăng áp suất ( 1-2 ) giảm áp suất (2-4 ) và duy trì áp suất (4-5 ). ABS làm việc với 3 giai 7 đoạn như vậy gọi là ABS 3 pha . một số ABS không. lịch có trang bị ABS (mỗi bánh xe có một cảm biến và điều khiển riêng). Loại đường Tốc độ bắt dầu phanh Quãng đường phanh S p (m) Mức tăng hiệu quả phanh (%) Có ABS Không ABS Đường bê tông. trơn. 8 Hình 1.8. Quá trình phanh điển hình của ô tô trang bị ABS. 1.3. Phân loại hệ thống phanh ABS. Mặc dù có chung nguyên lý làm việc, nhưng các ABS được thiết kế theo nhiều sơ đồ kết cấu và biện pháp