TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Nội dung, nhiệm vụ của đề tài
Quá trình chống bó cứng bánh xe đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn khi phanh Việc phân tích các thông số đánh giá sẽ giúp làm rõ hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường, từ đó xác định ảnh hưởng của nó đến hiệu quả phanh Hệ số bám cao giúp cải thiện khả năng kiểm soát và giảm thiểu khoảng cách phanh, trong khi hệ số bám thấp có thể dẫn đến nguy cơ trượt và mất kiểm soát.
- Hai là: Trình bày quá trình điều khiển và mô tả các phần tử chính của hệ thống phanh chống bó cứng
- Ba là: Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phanh chống bó cứng và tiến hành mô phỏng quá trình làm việc ở một số chế độ điển hình
- Bốn là: Phân tích kết quả mô phỏng
- Nghiên cứu quá trình điều khiển của hệ thống phanh chống bó cứng
Bài viết mô phỏng và phân tích quá trình làm việc của hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS) bằng phần mềm Matlab-Simulink Qua đó, các yếu tố quan trọng như vận tốc chuyển động của xe và hệ số bám của bánh xe với mặt đường được xem xét, ảnh hưởng đến hiệu quả quá trình phanh ô tô.
- Đánh giá kết quả mô phỏng của một số chế độ làm việc điển hình.
Phạm vi nghiên cứu
Do hạn chế về thời gian và ngân sách, nghiên cứu này tập trung vào hệ thống ABS với phanh thủy lực trên xe du lịch, một cấu trúc phanh tiêu biểu hiện đang được trang bị phổ biến trên các loại xe.
Phương pháp nghiên cứu
Mục tiêu của nghiên cứu là mô phỏng cơ cấu phanh ABS bằng Simulink nhằm phục vụ cho công tác nghiên cứu và giảng dạy Phương pháp nghiên cứu chủ yếu được áp dụng là tham khảo tài liệu có sẵn kết hợp với phương pháp thực nghiệm, phù hợp với nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.
Dựa trên tài liệu liên quan đến nghiên cứu, bài viết phân tích và giải thích bản chất vật lý của các hiện tượng trong quá trình phanh Từ đó, đánh giá hiệu quả và phạm vi ứng dụng của hệ thống chống bó cứng phanh ABS, giúp người đọc hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của cơ cấu này.
Sử dụng phương pháp nghiên cứu để xây dựng mô hình hoạt động của cơ cấu ABS và giải thích cơ chế các quá trình điều khiển của ABS.
Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu quá trình điều khiển của hệ thống phanh chống bó cứng trên xe du lịch
Hệ thống chống bó cứng bánh xe được mô phỏng và diễn tả qua Matlab-Simulink, cho phép phân tích các yếu tố quan trọng như vận tốc chuyển động của xe và hệ số bám của bánh xe với mặt đường Từ đó, quá trình phanh ô tô được đánh giá một cách chi tiết, giúp cải thiện hiệu suất và an toàn trong việc điều khiển xe.
- Đánh giá kết quả mô phỏng của một số chế độ làm việc điển hình.
HỆ THỐNG PHANH CHỐNG BÓ CỨNG
Động lực học xe ô tô trong mặt phẳng dọc
2.1.1 Động lực học phanh bánh xe
Khi người lái nhấn bàn đạp phanh, cơ cấu phanh sẽ tạo ra mômen ma sát gọi là mô men phanh M P, giúp hãm bánh xe và tạo ra lực phanh P p, phản lực tiếp tuyến ngược chiều với chuyển động của ô tô.
- Chiều P p ngược chiều chuyển động
- Phương song song với mặt phẳng ngang
- Điểm đặt tại tâm diện tích tiếp xúc giữa lốp và mặt đường
Hình 2-1: Sơ đồ lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh
Trong đó: M p :mômen phanh tác dụng lên bánh xe p :
M Mômen quán tính của bánh xe f :
Z Phản lực của bánh xe b : r Bán kính làm việc trung bình của bánh xe
- Lực phanh được xác định theo công thức: p p b
- Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường, nghĩa là: max
Trong đó: P p max : lực phanh cục đại có thể sinh ra theo điều kiện bám của bánh xe với mặt đường
P : Lực bám giữa bánh xe với mặt đường
Z b : phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe
: hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường
Khi phanh, bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần, tạo ra mô men quán tính Mjb tác dụng theo chiều chuyển động của bánh xe Đồng thời, mô men cản lăn Mf tác dụng ngược chiều, có vai trò hãm bánh xe lại Do đó, lực hãm tổng cộng Pp0 được xác định trong quá trình phanh bánh xe.
Trong quá trình phanh ôtô, mômen phanh tăng lên có thể dẫn đến trượt lê bánh xe, làm giảm hiệu quả phanh Khi bánh xe trượt hoàn toàn, hệ số bám ϕ giảm xuống mức thấp nhất, gây ra lực phanh nhỏ nhất Sự trượt của bánh xe trước làm mất tính dẫn hướng, trong khi trượt của bánh sau ảnh hưởng đến tính ổn định Để ngăn ngừa hiện tượng trượt lê hoàn toàn và tránh tình trạng bó cứng bánh xe khi phanh, ôtô hiện đại được trang bị hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS).
2.1.2 Chuyển động của ô tô khi hãm phanh và điều kiện đảm bảo sự phanh tối ưu Để xét điều kiện đảm bảo sự phanh tối ưu (sự phanh có hiệu quả nhất), ta sử dụng hình dưới trình bày các lực tác dụng lên ô tô khi phanh
Hình 2-2: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh
Trong đó: G: Trọng lượng ô tô đặt tại trọng tâm của xe
Z Z : Phản lực thẳng góc của bánh trước và sau
P P : Lực cản lăn của bánh trước và sau
P P : Lực phanh sinh ra ở bánh trước và sau
L: Chiều dài cơ sở của xe Khi phanh thì lực cản không khí P và lực cản lăn P f 1 ,P f 2 không đáng kể có thể quả qua, sự bỏ qua này chỉ gây sai số khoảng 1,5 đến 2%
Lực quán tính P j được sinh ra khi xe phanh, dẫn đến gia tốc chậm dần Lực này được đặt tại trọng tâm xe và cùng chiều với chuyển động, có thể được xác định theo công thức cụ thể.
Trong đó: g: gia tốc trọng trường j p : gia tốc chậm dần khi phanh
i : Hệ số tính đến ảnh hưởng các khối lượng quay
Bằng cách thiết lập các phương trình cân bằng mômen cho các lực tác động lên ô tô khi phanh, chúng ta có thể phân tích các điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường A Việc này giúp hiểu rõ hơn về lực phanh và sự phân bố tải trọng, từ đó tối ưu hóa hiệu suất phanh và đảm bảo an toàn khi lái xe.
B, ta có thể xác định các phản lực thẳng góc lên bánh xe Z Z 1 , 2 như sau:
Phương trình mômen tại điểm A và B:
Do bỏ qua P , ta xác định được Z Z 1 , 2 :
Các phản lực tiếp tuyến tại bánh xe là hàm bậc nhất của lực phanh, chịu ảnh hưởng bởi trọng lượng của ô tô và vị trí của trọng tâm.
Thay giá trị P j từ công thức (2.4) vào (2.6) rồi bỏ qua i ta có:
Để tối ưu hóa trọng lượng bám của ô tô, hệ thống phanh được lắp đặt ở cả bánh trước và bánh sau, giúp gia tăng hiệu quả phanh tối đa cho toàn bộ xe.
Để đạt hiệu quả phanh tối ưu, lực phanh tại các bánh xe phải tỷ lệ thuận với tải trọng thẳng đứng tác dụng lên chúng Trong quá trình phanh, tải trọng thẳng đứng này thay đổi do lực quán tính P j Do đó, tỷ số giữa lực phanh ở bánh xe trước và bánh xe sau cần được cân nhắc để đảm bảo hiệu suất phanh tốt nhất.
Thay các giá trị từ các biểu thức (2.4), (2.6) vào (2.9) ta được:
Bỏ qua lực cản lăn P f 1 ,P f 2 vì chúng có giá trị rất nhỏ trong quá trình phanh, ta có thể viết:
Lắp giá trị P j max từ (2.11) và (2.12) vào (2.10) ta có:
Để đảm bảo hiệu quả phanh tối đa, điều kiện được nêu trong biểu thức (2.13) cần phải được tuân thủ Trong quá trình phanh, mối quan hệ giữa lực phanh của bánh xe trước P p 1 và bánh xe sau P p 2 phải luôn thỏa mãn công thức này.
Trong quá trình sử dụng, tọa độ trọng tâm (a,b,hg) của ô tô thay đổi do chất tải khác nhau, và hệ số bám cũng biến động khi ô tô di chuyển trên các loại đường khác nhau Do đó, tỉ số P p 1 /P p 2 theo biểu thức (2.13) cần được điều chỉnh để đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu Để đạt được điều này, cần thay đổi mômen phanh ở các cơ cấu phanh trước M p 1 và sau M p 2 bằng cách điều chỉnh áp suất dầu hoặc áp suất khí nén đến bầu phanh Các ô tô thường được trang bị bộ điều hòa lực phanh hoặc bộ chống bó cứng phanh để thực hiện yêu cầu này.
2.1.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng phanh Để đánh giá chất lượng của quá trình phanh ta xét đến các chỉ tiêu sau: 1- Gia tốc chậm dần khi phanh
4- Lực phanh và lực phanh riêng
Bốn chỉ tiêu ở trên có giá trị ngang nhau, nghĩa là chỉ cần một trong bốn chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh
2.1.3.1 Gia tốc chậm dần khi phanh
Gia tốc chậm dần khi phanh là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả phanh ô tô Để phân tích các lực tác động lên ô tô khi phanh, có thể thiết lập phương trình cân bằng lực với các ký hiệu j, p, f, i.
Trong đó: P j : lực quán tính sinh ra khi phanh
P p : lực phanh sinh ra ở các bánh xe
P : lực để thắng tiêu hao do ma sát cơ khí
Lực cản khi ô tô di chuyển lên dốc chủ yếu đến từ lực phanh, chiếm tới 98% tổng lực cản, trong khi các lực khác như P f, P ω, và P η có giá trị rất nhỏ và có thể bỏ qua Khi ô tô phanh trên đường nằm ngang, lực cản lên dốc P i bằng 0, dẫn đến việc có thể áp dụng phương trình j p để phân tích lực tác động.
Lực phanh lớn nhất P p max sinh ra tại bánh xe khi các bánh xe bị phanh hoàn toàn và phanh đồng thời được xác định theo biểu thức: max
Từ (2.4), (2.15) và (2.16) ta có thể viết như sau:
Từ (2.17) ta xác định được gia tốc chậm dần cực đại khi phanh: max
Cơ sở lý thuyết về điều hòa lực phanh và chống bó cứng khi phanh
Muốn đảm bảo phanh có hiệu quả nhất thì lực phanh sinh ra ở các bánh xe trước và các bánh xe sau P p 1 ,P p 2 phải thỏa mãn: 1
Trong quá trình phanh, bán kính làm việc trung bình của các bánh xe trước và sau, ký hiệu là r b 1 và r b 2, là bằng nhau Điều này cho phép chúng ta thiết lập mối quan hệ giữa mômen phanh ở các bánh xe.
Kết hợp biểu thức (2.30) và (2.13) ta có quan hệ giữa các mômen phanh:
Mômen cần sinh ra ở các bánh xe trước và sau M p 1 ,M p 2 có thể các định từ điều kiện bám theo biểu thức:
(2.33) Đối với ô tô đã chất tải nhất định, thì a, b, h g cố định Bằng cách thay đổi giá trị , dựa trên biểu thức (2.32) và (2.33) ta có thể vẽ đồ thị M p 1 f 1 ( ) và
Đồ thị mô tả mối quan hệ giữa mômen M, p1 và p2 theo hệ số bám Hiện nay, ô tô thường sử dụng hệ thống dẫn động thủy lực hoặc khí nén Mối quan hệ giữa mômen phanh tại bánh xe và áp suất trong hệ thống phanh được thể hiện rõ ràng.
Trong đó: P 1 dd ,P 2 dd : Áp suất trong dẫn động phanh trước và sau
1, 2 k k : Hệ số tỷ lệ tương ứng với phanh trước và sau
Từ (2.34) ta có thể xác định quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh trước và sau:
Để đạt được hiệu suất phanh tối ưu, áp suất trong hệ thống phanh sau và phanh trước cần phải tuân theo mối quan hệ được thể hiện trong đồ thị dưới đây.
Hình 2-5: Đồ thị quan hệ giữa áp suất trong dẫn động phanh đảm bảo sự phanh lý tưởng 1- đầy tải; 2- không tải
Để đảm bảo đường đặc tính phanh, bộ điều hòa lực phanh cần có cấu trúc phức tạp Tuy nhiên, các kết cấu thực tế chỉ có thể đạt được đường đặc tính gần đúng so với đường lý tưởng.
Hình 2-6: Đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh
Hình 2-6 thể hiện đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh loại piston bậc, trong đó đường cong đặc tính lý tưởng được thể hiện bằng nét đậm tương ứng với trạng thái đầy tải, trong khi đường nét đứt biểu thị cho trạng thái không tải.
- Xét trường hợp xe đầy tải:
Trong giai đoạn đầu, áp suất P1 cho phanh trước và P2 cho phanh sau đều bằng nhau, tạo ra đường đặc tính thẳng OA nghiêng 45 độ so với trục hoành Lúc này, bộ điều hòa lực phanh chưa hoạt động.
Khi áp suất trong xylanh phanh chính đạt giá trị pđch (áp suất điều chỉnh) thì lúc đó bộ điều hòa lực phanh bắt đầu làm việc
Từ thời điểm đó áp suất p2 nhỏ hơn áp suất p1 và đường đặc tính điều chỉnh đi theo đường thẳng AB gần sát với đường cong lý tưởng
- Xét trường hợp xe không tải:
Trong giai đoạn đầu, đường đặc tính phanh đi theo đường thẳng OC, cho thấy bộ điều hòa lực phanh chưa hoạt động Áp suất p’ tại điểm C tương ứng với áp suất ở dẫn động phanh trước, đánh dấu thời điểm mà bộ điều hòa bắt đầu hoạt động.
Tiếp đó đường đặc tính di theo đường CD là đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh khi xe không tải
Mỗi tải trọng khác nhau sẽ tạo ra các đường đặc tính lý tưởng khác nhau, và đường đặc tính của bộ điều hòa lực phanh cũng sẽ thay đổi tương ứng, tạo thành một chùm đường nghiêng khác nhau cho từng tải trọng.
Bộ điều hòa lực phanh đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì áp suất p2 ở hệ thống phanh sau gần với giá trị lý tưởng, đồng thời đảm bảo áp suất này luôn nhỏ hơn mức lý tưởng để ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe sau Khi bánh xe sau bị bó cứng, hiệu quả phanh sẽ bị giảm do hệ số bám bị ảnh hưởng bởi sự trượt của bánh xe, dẫn đến mất tính ổn định trong quá trình phanh.
2.2.2 Vấn đề chống bó cứng bánh xe khi phanh
Trong tính toán động lực học phanh ô tô, hệ số bám thường được lấy từ các bảng giá trị Hệ số bám này được xác định qua thực nghiệm với bánh xe đang chuyển động và bị hãm cứng hoàn toàn, tức là khi bánh xe trượt lê 100%.
Hệ số bám của bánh xe ôtô với mặt đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm loại đường và tình trạng mặt đường Đặc biệt, độ trượt của bánh xe so với mặt đường trong quá trình phanh ảnh hưởng đến hệ số bám dọc ( x) và hệ số bám ngang ( y) Độ trượt tương đối giữa bánh xe và mặt đường được xác định theo biểu thức: b b v r v.
Trong đó: v: Vận tốc ô tô
b : Vận tốc góc bánh xe r b : Bán kính làm việc trung bình bánh xe
Hệ số bám dọc được hiểu là tỷ số của lực tiếp tuyến Pp trên tải trọng Gb tác dụng lên bánh xe: x p b
Vậy hệ số bám dọc bằng không khi lực phanh tiếp tuyến bằng không tương ứng khi chưa phanh
Hình 2-7: Sự thay đổi hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y theo độ trượt tương đối của bánh xe khi phanh
Hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại tại độ trượt tối ưu o, nằm trong khoảng 15 – 25% Tại giá trị này, không chỉ hệ số bám dọc mà cả hệ số bám ngang đều cao, đảm bảo lực phanh cực đại P p max x max G b Do đó, duy trì quá trình phanh ở độ trượt o sẽ mang lại hiệu quả phanh tối ưu và độ ổn định tốt.
Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh có nhiệm vụ giữ cho bánh xe trong quá trình phanh ở độ trượt ổn định quanh giá trị λ0, từ đó đảm bảo hiệu quả phanh và tính ổn định cao Để ngăn chặn hiện tượng hãm cứng, cần điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bánh xe với mặt đường duy trì trong giới hạn hẹp quanh λ0 Các hệ thống này có thể áp dụng nhiều nguyên lý điều chỉnh khác nhau để đạt được hiệu quả tối ưu.
- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh
- Theo giá trị độ trượt cho trước
- Theo giá trị của tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó
Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh gồm các phần tử sau:
Cảm biến đóng vai trò quan trọng trong việc phát tín hiệu về tình trạng của bánh xe khi phanh Tùy thuộc vào nguyên lý điều chỉnh, có thể sử dụng các loại cảm biến như cảm biến vận tốc góc, cảm biến áp suất trong hệ thống phanh, cảm biến gia tốc của ô tô và nhiều loại cảm biến khác.
- Bộ điều khiển để xử lý thông tin và phát các lệnh nhả phanh hoặc phanh bánh xe
Bộ thực hiện là thiết bị thực hiện các lệnh từ bộ điều khiển, có thể là thủy lực, khí hoặc hỗn hợp Hiện nay, hầu hết các hệ thống ABS sử dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh dựa trên gia tốc chậm dần của bánh xe, với cảm biến vận tốc góc được lắp đặt để theo dõi.
Sự bám của bánh xe với mặt đường
Bánh xe là thành phần đàn hồi quan trọng kết nối xe với mặt đường, cho phép truyền động từ động cơ và lực phanh tới mặt đường Sự bám giữa bánh xe và mặt đường là yếu tố quyết định giúp xe di chuyển hoặc dừng lại hiệu quả.
Sự bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bằng hệ số bám
Hệ số bám có thể được hiểu như hệ số ma sát giữa hai vật thể cơ học, nhưng mối quan hệ giữa bánh xe và mặt đường rất phức tạp Nó không chỉ mang tính chất của một ly hợp ma sát mà còn dựa trên nguyên lý ăn khớp giữa bánh răng và thanh răng Thêm vào đó, sự bám của bề mặt gai lốp vào mặt đường cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường được chia thành hai thành phần:
Hệ số bám dọc ( x) trong mặt phẳng chuyển động của ô tô thể hiện khả năng bám đường theo chiều dọc, trong khi hệ số bám ngang ( y) đo lường khả năng bám đường trong mặt phẳng ngang vuông góc với mặt phẳng dọc.
Hệ số bám dọc ( x) là tỷ lệ giữa lực phanh cực đại và tải trọng tác động lên bánh xe, được xác định theo công thức: max p x b.
Hệ số bám ngang y được xác định theo biểu thức: max y b
Trong đó: P p max : Lực phanh lớn nhất
Y max: Lực ngang cực đại tác dụng lên bánh xe
G b : Tải trọng tác dụng lên bánh xe
Hệ số bám của xe phụ thuộc vào nhiều yếu tố quan trọng, bao gồm loại và tình trạng mặt đường, kết cấu cũng như nguyên liệu của lốp, áp suất không khí trong lốp, tải trọng trên bánh xe, tốc độ di chuyển và điều kiện nhiệt độ làm việc Trong suốt quá trình di chuyển, giá trị của hệ số bám sẽ thay đổi theo các yếu tố này.
Hình 2-8 minh họa mối quan hệ giữa hệ số bám và các yếu tố như áp suất lốp, tốc độ ô tô, tải trọng và độ trượt của bánh xe trên mặt đường Hệ số bám ngang y cũng thể hiện những đặc điểm tương tự.
Theo đồ thị (2-8a, b, c), khi áp suất trong lốp tăng, hệ số bám ban đầu tăng lên nhưng sau đó giảm xuống, với giá trị cực đại tương ứng với áp suất quy định của nhà sản xuất Tải trọng thẳng đứng lên bánh xe làm giảm hệ số bám một chút và có dạng tuyến tính Khi tăng tốc độ, hệ số bám giảm dần theo dạng đường cong Đặc biệt, trên đường ướt, ảnh hưởng của áp suất lốp, tải trọng và tốc độ đến hệ số bám trở nên rõ rệt hơn.
Hình 2-8: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám
1 - Đường khô 2 – Đường ướt a) Áp suất lốp b) Tải trọng lên bánh xe c) Tốc độ chuyển động của xe d) Độ trượt giữa bánh xe và mặt đường
Đồ thị 2-8d cho thấy rằng độ trượt giữa bánh xe và mặt đường ảnh hưởng lớn đến hệ số bám Khi độ trượt (trượt lê hoặc trượt quay) của bánh xe tăng, hệ số bám ban đầu tăng nhanh và đạt giá trị cực đại trong khoảng 15 – 25% độ trượt Tuy nhiên, khi độ trượt tiếp tục tăng, hệ số bám sẽ giảm Đặc biệt, khi độ trượt đạt 100% (lốp trượt lê hoàn toàn khi phanh), hệ số bám giảm từ 20 – 30% so với giá trị cực đại, và trong điều kiện đường ướt, mức giảm có thể lên tới 50 – 60%.
2.3.2 Hiện tượng trượt của bánh xe khi phanh
2.3.2.1 Hiện tượng trượt lết của bánh xe
Mô men phanh được tạo ra từ cơ cấu phanh của bánh xe, nhưng khả năng tiếp nhận lực phanh phụ thuộc vào điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường, được xác định theo công thức max = p b.
Trong đó : P p max : Lực phanh cực đại có thể sinh ra
P : Lực bám giữa bánh xe với mặt đường
Z b : Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe
: Hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường
Khi phanh gấp hoặc phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp, lực phanh P p dư vượt quá giới hạn cho phép, khiến mặt đường không thể tiếp nhận lực này Kết quả là bánh xe sẽ bị hãm cứng sớm và trượt trên mặt đường.
Hệ số bám là yếu tố quan trọng trong việc xác định điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường Để đạt được lực phanh tối đa, việc duy trì hệ số bám cao trong quá trình phanh là mục tiêu cần được chú trọng đối với các hệ thống phanh.
Hình 2-9: Giải thích hiện tượng trượt lế của bánh xe khi phanh
Trong hình: v 0 : Vận tốc lý thuyết của bánh xe v: Vận tốc thực của bánh xe
k : Vận tốc góc của bánh xe r b : Bán kính thực tế bánh xe r l : Bán kính lăn bánh xe
Khi vận tốc thực tế của bánh xe vượt quá vận tốc lý thuyết, hiện tượng trượt bánh xe xảy ra khi phanh, với vận tốc trượt được xác định bởi công thức v = -v + v 0 Để đánh giá ảnh hưởng của sự trượt này trong quá trình phanh, khái niệm độ trượt khi phanh được đưa ra.
(2.42) Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn, tức khi phanh bánh xe bị hãm cứng thì: k 0
, v 0 0, r l , 1 Dấu (-) chỉ độ trượt khi phanh Trên thực tế, người ta tính độ trượt tương đối:
Khi = 100% bánh xe bị hãm cứng và trượt lết hoàn toàn trên mặt đường
2.3.2.2 Đặc tính trượt khi phanh
Hình 2-10: Đặc tính trượt của bánh xe khi phanh
Hình 2-10 thể hiện đường đặc tính trượt, biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt dọc , được xác định bằng thực nghiệm
Hình 2-11: Đặc tính trượt tương ứng với các loại đường khác nhau
Hình 2-11 chỉ ra các đường đặc tính trượt tương ứng với các loại đường khác nhau Từ đó ta có thể rút ra một số nhận xét:
Hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y thay đổi theo độ trượt Khi độ trượt tăng từ 10-30%, x tăng nhanh chóng và đạt giá trị cực đại Tuy nhiên, nếu độ trượt tiếp tục tăng, x sẽ giảm, và khi độ trượt đạt 0% (lốp xe trượt lết hoàn toàn khi phanh), x giảm từ 20-30% so với giá trị cực đại, đặc biệt là trên đường ướt, có thể giảm đến 50-60% Ngược lại, hệ số bám ngang y giảm nhanh chóng khi độ trượt tăng và gần như bằng không khi ở trạng thái trượt lết hoàn toàn.
Hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại tại độ trượt tối ưu, ký hiệu là 0, thường nằm trong khoảng từ 10-30% cho các loại đường khác nhau Ở giá trị tối ưu này, không chỉ đảm bảo rằng hệ số bám dọc x đạt cực đại mà hệ số bám ngang y cũng có giá trị cao.
Vùng (a) được xác định là vùng ổn định, trong khi vùng (b) là vùng không ổn định của đường đặc tính trượt Trong hệ thống phanh thông thường, khi độ trượt tăng đến giới hạn bị hãm cứng λ 0% (vùng b), điều này xảy ra do thực tế sử dụng tối đa.
nên chưa tận dụng hết khả năng bám (P p max P Z b )
Phương pháp điều khiển, phương án bố trí cơ cấu điều khiển ABS
2.4.1.1 Điều khiển theo ngưỡng trượt Điều khiển theo ngưỡng trượt thấp: ví dụ các bánh xe trái và phải chạy trên các phần đường có hệ số bám khác nhau ECU chọn thời điểm bắt đầu bị hãm cứng của bánh xe có khả năng bám thấp, để điều khiển áp suất phanh chung cho cả cầu xe Lúc này, lực phanh ở các bánh xe là bằng nhau, bằng chính giá trị lực phanh cực đại của bánh xe có hệ số bám thấp, đối với các bánh xe bên phần đường có hệ số bám cao vẫn còn nằm trong vùng ổn định của đường đặc tính trượt và lực phanh đạt cực đại Vì vậy, cách này cho tính ổn định cao, nhưng hiệu quả phanh thấp vì lực phanh nhỏ Điều khiển theo ngưỡng trượt cao: ECU chọn thời điểm bánh xe có khả năng bám cao bị hãm cứng để điều khiển chung cho cả cầu xe Trước đó, bánh xe ở phần đường có hệ số bám thấp đã bị hãm cứng khi phanh Cách này cho hiệu quả cao vì tận dụng hết khả năng bám của các bánh xe, nhưng tính ổn định kém
2.4.1.2 Điều khiển độc lập hay phụ thuộc
Trong loại điều khiển độc lập bánh xe nào đạt tới ngưỡng trượt, tức bắt đầu có xu hướng bị bó cứng thì điều khiển riêng bánh đó
Trong hệ thống điều khiển phụ thuộc, ABS điều chỉnh áp suất phanh cho hai bánh xe trên cùng một cầu hoặc toàn bộ xe dựa trên một tín hiệu chung, có thể hoạt động theo ngưỡng trượt thấp hoặc ngưỡng trượt cao.
Kênh loại một: Hai bánh sau được điều khiển chung, thường thấy trong hệ thống ABS thế hệ đầu Hệ thống này chỉ trang bị ABS cho hai bánh sau do chúng dễ bị hãm cứng hơn so với hai bánh trước khi phanh.
Hệ thống điều khiển loại hai kênh bao gồm một kênh điều khiển chung cho hai bánh xe phía trước và một kênh điều khiển chung cho hai bánh xe phía sau, hoặc có thể là một kênh điều khiển cho hai bánh xe chéo nhau.
Loại ba kênh: Hai kênh điều khiển độc lập cho hai bánh trước, kênh còn lại điều khiển chung cho hai bánh sau
Hệ thống ABS loại bốn kênh điều khiển riêng biệt cho từng bánh xe đang được sử dụng phổ biến hiện nay Việc áp dụng các loại ABS ba và bốn kênh mang lại những ưu điểm và nhược điểm khác nhau, được thể hiện qua các phương án bố trí tương ứng.
2.4.2 Các phương án bố trí cơ cấu ABS
Hình 2-12: Các phương án bố trí cơ cấu phanh ABS
2.4.2.1 Phương án 1: ABS có bốn kênh với các bánh xe được điều khiển độc lập
Hệ thống ABS được trang bị 4 cảm biến và 4 van điều khiển độc lập cho mỗi bánh xe, giúp điều chỉnh lực phanh một cách tự động Thiết kế này cho phép phanh hiệu quả tối đa bằng cách duy trì lực phanh trong vùng bám tối ưu Tuy nhiên, khi phanh trên bề mặt không đồng đều, mô men xoay xe có thể tăng cao, gây khó khăn trong việc duy trì ổn định hướng Điều này cũng làm giảm khả năng ổn định khi quay vòng Do đó, cần bổ sung cảm biến gia tốc ngang để điều chỉnh kịp thời lực phanh, từ đó cải thiện tính ổn định trong quá trình chuyển động và quay vòng khi phanh.
2.4.2.2 Phương án 2: ABS có bốn kênh điều khiển và mạch phanh bố trí chéo
Hệ thống phanh sử dụng cấu trúc mạch chéo với buồng xy lanh chính phân bổ cho một bánh trước và một bánh sau Hệ thống ABS được trang bị 4 cảm biến ở các bánh xe và 4 van điều khiển, cho phép hai bánh trước hoạt động độc lập trong khi hai bánh sau được điều khiển chung theo ngưỡng trượt thấp Điều này có nghĩa là bánh xe nào có khả năng bám thấp sẽ quyết định áp lực phanh cho cả cầu sau, giúp loại bỏ mômen quay vòng trên cầu sau Mặc dù tính ổn định của xe được cải thiện, nhưng hiệu quả phanh có thể giảm.
2.4.2.3 Phương án 3: ABS có ba kênh điều khiển
Trong hệ thống phanh, hai bánh sau được điều khiển theo ngưỡng trượt thấp, trong khi cầu trước có hai phương án điều khiển Đối với xe có chiều dài cơ sở lớn và mô men quán tính cao, chỉ cần một van điều khiển chung cho cả cầu trước và một cảm biến tốc độ tại vi sai, giúp lực phanh trên hai bánh trước bằng nhau và ổn định Tuy nhiên, mặc dù tính ổn định phanh cao, hiệu quả phanh lại thấp Ngược lại, với xe có chiều dài cơ sở nhỏ và mô men quán tính thấp, để nâng cao hiệu quả phanh mà vẫn đảm bảo tính ổn định, hai bánh trước sẽ được điều khiển độc lập.
Để kiểm soát sự gia tăng mô men xoay của xe, cần sử dụng bộ phận làm chậm Cơ cấu này hoạt động dựa trên bốn cảm biến tốc độ được lắp đặt tại mỗi bánh xe.
2.4.2.4 Các phương án 4, 5, 6: Đều là loại có hai kênh điều khiển
Phương án 4 tương tự như phương án 3, nhưng cầu trước được điều khiển theo phương thức chọn cao, điều chỉnh áp suất phanh dựa trên bánh xe có độ bám tốt hơn Mặc dù phương pháp này nâng cao hiệu quả phanh, nhưng tính ổn định lại giảm do mômen xoay lớn Khi phanh trên các loại đường có hệ số bám chênh lệch, xe dễ bị quay đầu, vì bánh có độ bám thấp bị bó cứng trong khi bánh còn lại vẫn chuyển động để tận dụng lực bám tối đa.
Phương án 5 đề xuất lắp đặt một cảm biến trên mỗi cầu, với cảm biến được đặt tại hai bánh xe chéo nhau để quản lý áp suất phanh chung cho cả cầu Cầu trước sẽ được điều khiển theo ngưỡng trượt cao, trong khi cầu sau sẽ được điều khiển theo ngưỡng trượt thấp.
Quá trình điều khiển ABS
2.5.1 Chu trình điều khiển ABS
Quá trình điều khiển của cơ cấu ABS được thực hiện theo một chu trình kín như hình 2-13:
Hình 2-13: Chu trình điều khiển kín của ABS
1 - Bộ chấp hành thuỷ lực; 2 - Xy lanh phanh chính; 3 - Xy lanh làm việc;
4 - Bộ điều khiển ECU; 5 - Cảm biến tốc độ bánh xe;
Các cụm của chu trình bao gồm:
- Tín hiệu vào là lực tác dụng lên bàn đạp phanh của người lái xe, thể hiện qua áp suất dầu tạo ra trong xylanh phanh chính
Tín hiệu điều khiển trong hệ thống xe hơi bao gồm cảm biến tốc độ bánh xe và bộ điều khiển (ECU) Các thông số như tốc độ, gia tốc và độ trượt của bánh xe được liên tục thu thập và gửi về hộp điều khiển, giúp xử lý thông tin kịp thời để đảm bảo hiệu suất và an toàn cho xe.
- Tín hiệu tác động được thực hiện bởi bộ chấp hành, thay đổi áp suất dầu cấp đến các xylanh làm việc ở các cơ cấu phanh bánh xe
Hệ thống ABS điều khiển lực phanh giữa bánh xe và mặt đường, tạo ra mô men phanh phù hợp cho từng bánh xe Mục tiêu của ABS là duy trì hệ số bám tối ưu, giúp tận dụng khả năng bám tối đa để đạt được lực phanh lớn nhất.
- Các yếu tố ảnh hưởng: như điều kiện mặt đường, tình trạng phanh, tải trọng của xe, tình trạng của lốp (áp suất, độ mòn…)
Chu trình điều khiển của ABS được trình bày dưới dạng sơ đồ trạng thái không gian như hình 2-14:
Hình 2-14: Sơ đồ trạng thái không gian biểu diễn hoạt động của ABS
Khi phanh chậm, sự giảm gia tốc của xe diễn ra từ từ, và hệ thống phanh hoạt động bình thường mà không cần sự can thiệp của ABS Tuy nhiên, trong trường hợp phanh gấp hoặc trên bề mặt trơn trượt, gia tốc giảm của bánh xe tăng nhanh, dẫn đến hiện tượng hãm cứng Lúc này, ABS sẽ điều khiển giảm áp suất phanh để ngăn chặn hãm cứng Hệ thống này sẽ điều chỉnh áp suất phanh qua các chế độ giữ áp, tăng áp hoặc giảm áp, nhằm duy trì độ trượt tối ưu Chu kỳ giảm áp, giữ áp, và tăng áp được lặp lại từ 4-10 lần trong một giây, tùy thuộc vào điều kiện bề mặt đường, nhờ vào tín hiệu điện tử và khả năng xử lý nhanh của các bộ vi xử lý trong ECU.
Lưu đồ thuật toán chỉ sự hoạt động của cơ cấu ABS theo một vòng lặp kín như sơ đồ hình 2-15:
Hình 2-15: Sơ đồ khối thể hiện hoạt động của ABS
Sau khi kiểm tra và kích hoạt dữ liệu, vi xử lý bắt đầu điều khiển hoạt động của cơ cấu trong một vòng lặp Nó tính toán tốc độ các bánh xe, tốc độ xe, và kiểm tra tình trạng cũng như khả năng đáp ứng của bộ điều khiển Đồng thời, vi xử lý chọn chế độ làm việc có hoặc không có sự can thiệp của ABS Khi ABS hoạt động, nó phân tích quá trình phanh qua các tín hiệu vào, xác định các phản ứng và điều khiển các bộ phận chấp hành theo chu trình vòng lặp kín.
2.5.2 Tín hiệu điều khiển ABS
Việc lựa chọn tín hiệu điều khiển phù hợp là yếu tố quyết định hiệu quả của hệ thống ABS Tất cả các xe hiện nay đều sử dụng cảm biến tốc độ bánh xe để tạo ra tín hiệu điều khiển cơ bản cho hoạt động của ABS Dựa trên các tín hiệu này, hộp điều khiển (ECU) sẽ xác định tốc độ các bánh xe, quá trình giảm tốc và tăng tốc, cũng như tính toán tốc độ chuẩn của bánh xe, tốc độ xe và độ trượt khi phanh.
Sự thay đổi gia tốc của bánh xe là tín hiệu quan trọng trong điều khiển ABS, với ECU tính toán các giá trị giới hạn giảm tốc và tăng tốc cho xe Tốc độ chuẩn của bánh xe khi phanh (v Re f) tương ứng với tốc độ bánh xe dưới điều kiện phanh tối ưu, được xác định thông qua tín hiệu từ các cảm biến tốc độ bánh xe ECU chọn các giá trị chéo từ các bánh xe để tính tốc độ chuẩn, sử dụng bánh xe quay nhanh hơn trong từng giai đoạn phanh Độ trượt khi phanh không thể đo trực tiếp, vì vậy ECU sử dụng một tín hiệu tương tự được gọi là ngưỡng trượt để tính toán.
Ngưỡng trượt 1 là giá trị vận tốc chuẩn của bánh xe, đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều khiển của hệ thống ABS Tốc độ thực tế của bánh xe khi phanh (vR) được so sánh với ngưỡng này để xác định chế độ điều khiển áp suất phanh Đối với các bánh xe chủ động và bị động, tín hiệu gia tốc của bánh xe là đủ để điều khiển ABS trong vùng ổn định, nơi sự giảm tốc rất nhỏ Tuy nhiên, trong vùng không ổn định, áp suất phanh tăng nhẹ có thể gây hãm cứng bánh xe nhanh chóng ECU dựa vào sự biến thiên gia tốc để xác định mức độ hãm cứng và điều chỉnh độ trượt phanh trong khoảng tối ưu Đối với các bánh xe chủ động không cắt ly hợp, mô men quán tính tăng lên khiến gia tốc giảm chậm, dẫn đến việc tín hiệu điều khiển cho ECU không đủ chính xác Do đó, cần một tín hiệu tương tự với độ trượt phanh kết hợp với tín hiệu gia tốc của bánh xe, chính là ngưỡng trượt 1, để đảm bảo hiệu quả của hệ thống ABS.
Trên một số xe, cảm biến giảm tốc và cảm biến gia tốc ngang được lắp đặt để đo trực tiếp sự giảm tốc và xác định tình trạng quay vòng Các tín hiệu này bổ sung cho tín hiệu gia tốc của bánh xe, giúp mạch logic trong ECU tính toán và xử lý dữ liệu, từ đó tối ưu hóa quá trình điều khiển phanh.
2.5.3 Quá trình điều khiển của ABS
Hình 2-16: Quá trình điều khiển của ABS
Trong đó: v F : Tốc độ xe v R : Tốc độ thực tế của bánh xe
Re f v : Tốc độ chuẩn bánh xe
Độ trượt trong hệ thống ABS được thể hiện qua đồ thị, trong đó đường v F biểu diễn tốc độ xe giảm khi phanh, đường v Re f là tốc độ chuẩn của bánh xe, và v R là tốc độ thực tế của bánh xe khi phanh Ngưỡng trượt 1 được xác định từ tốc độ chuẩn v Re f, với mục tiêu của ABS là điều khiển để tốc độ thực tế v R càng gần với tốc độ chuẩn v Re f càng tốt, tức là phải nằm trên ngưỡng trượt 1.
Trong quá trình phanh, áp suất dầu trong các xylanh bánh xe tăng lên, dẫn đến sự giảm tốc của bánh xe Giai đoạn đầu tương ứng với vùng ổn định (+a), khi tốc độ bánh xe v R bằng tốc độ chuẩn v Re f Khi sự giảm tốc bắt đầu thấp hơn ngưỡng đã chọn (-a), các van điện trong bộ chấp hành ABS chuyển sang chế độ giữ áp suất, khiến áp suất dầu không giảm ngay lập tức do độ trễ trong điều khiển Đến cuối giai đoạn 2, tốc độ bánh xe giảm xuống dưới ngưỡng, và van điện chuyển sang chế độ giảm áp, làm áp suất phanh giảm cho đến khi gia tốc bánh xe gần đạt ngưỡng (-a) Ở giai đoạn 3, gia tốc bánh xe vượt ngưỡng (-a) và van điện lại chuyển sang chế độ giữ áp lâu hơn, dẫn đến gia tốc xe tăng lên và vượt qua ngưỡng (+a) trong khi áp suất phanh giữ ổn định Cuối cùng, ở giai đoạn 4, khi gia tốc xe vượt quá ngưỡng giới hạn (+a), hộp ECU điều khiển van điện sẽ chuyển sang chế độ tăng áp trong giai đoạn 5.
Trong giai đoạn 6, áp suất phanh được duy trì ổn định do gia tốc bánh xe vẫn nằm trên ngưỡng (+a) Khi gia tốc bánh xe giảm xuống dưới ngưỡng (+a) ở cuối giai đoạn này, điều này cho thấy các bánh xe đã vào vùng ổn định của đường cong trượt, tức là đã vượt qua ngưỡng trượt 1 Sang giai đoạn 7, áp suất phanh được tăng lên từng nấc để giảm tốc độ xe cho đến khi gia tốc bánh xe giảm xuống dưới ngưỡng (-a) ở cuối giai đoạn 7 Tại thời điểm này, áp suất phanh giảm ngay lập tức mà không cần tín hiệu điều khiển 1 Quá trình điều khiển tiếp tục theo nguyên lý này cho đến khi kết thúc quá trình phanh.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của các cụm chi tiết
Hình 2-17: Kết cấu chung của hệ thống ABS
2.6.1 Cảm biến tốc độ bánh xe
Cảm biến tốc độ bánh xe dùng để đo vận tốc góc của bánh xe và gửi về ECU dưới dạng các tín hiệu điện
Hình 2-18: Cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ.
Hình 2-19: Vị trí lắp cảm biến
Cảm biến tốc độ bánh xe có thể được lắp đặt ở mỗi bánh xe để đo tốc độ riêng lẻ hoặc ở vỏ cầu chủ động để đo tốc độ trung bình của hai bánh Các cảm biến này được cố định trên giá đỡ bánh xe, với vành răng cảm biến gắn ở đầu ngoài của bán trục hoặc cụm moay ơ bánh xe, tạo ra một khe hở từ nhất định giữa cảm biến và vành răng.
Cảm biến tốc độ bánh xe gồm hai loại chính: cảm biến điện từ và cảm biến Hall, trong đó cảm biến điện từ được ưa chuộng và sử dụng phổ biến hơn.
Gồm một nam châm vĩnh cửu, một quận dây quấn quanh lõi từ, hai đầu cuộn dây được nối với ECU (hình 2-18)
Nguyên lý làm việc của cảm biến là khi bánh xe quay, vành răng cũng quay theo, dẫn đến sự thay đổi khe hở A giữa hai đầu lõi từ và vành răng Sự biến thiên này tạo ra từ thông, gây ra sức điện động xoay chiều dạng hình sin trong cuộn dây, với biên độ và tần số tỷ lệ thuận với tốc độ góc của bánh xe Tín hiệu này được gửi liên tục về ECU Tùy thuộc vào cấu tạo của cảm biến, vành răng và khe hở giữa chúng, điện áp tạo ra có thể nhỏ hơn 100mV ở tốc độ thấp hoặc lớn hơn 100mV ở tốc độ cao.
Hình 2-20: Tín hiệu điện áp ở cảm biến tốc độ bánh xe
Khe hở không khí giữa lõi từ và đỉnh răng của vành răng cảm biến chỉ khoảng 1mm, và độ sai lệch phải nằm trong giới hạn cho phép Nếu khe hở vượt quá giá trị tiêu chuẩn, cơ cấu ABS sẽ không hoạt động hiệu quả.
Một số xe hiện đại không chỉ trang bị cảm biến tốc độ bánh xe mà còn có cảm biến giảm tốc, giúp ECU xác định chính xác hơn quá trình giảm tốc khi phanh Điều này cải thiện mức độ đáp ứng của hệ thống ABS, đặc biệt trên xe 4WD, nơi nếu một bánh xe bị hãm cứng, các bánh xe khác cũng có thể bị ảnh hưởng do kết nối với cơ cấu truyền lực Cảm biến giảm tốc, còn được gọi là cảm biến G, đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất phanh.
Cảm biến được cấu tạo từ hai cặp đèn LED và phototransistor, một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín hiệu Đèn LED phát sáng khi có điện, trong khi phototransistor dẫn điện khi có ánh sáng Khi xe giảm tốc, đĩa xẻ rãnh di chuyển theo chiều dọc, cắt ánh sáng từ đèn LED đến phototransistor, dẫn đến việc phototransistor mở và đóng, gửi tín hiệu về ECU ECU sử dụng tín hiệu này để xác định trạng thái mặt đường và thực hiện các điều chỉnh cần thiết, cũng như điều khiển chế độ làm chậm mômen xoay của xe Việc sử dụng hai cặp LED và phototransistor giúp chia mức độ giảm tốc thành 4 mức khác nhau.
Hình 2-21: Vị trí và cấu tạo cảm biến giảm tốc
Hình 2-22: : Các chế độ hoạt động của cảm biến giảm tốc
2.6.3 Cảm biến gia tốc ngang
Cảm biến gia tốc ngang, được trang bị trên một số loại xe, nâng cao khả năng xử lý khi phanh trong quá trình quay vòng, giúp làm chậm quá trình gia tăng mômen xoay Khi xe quay, bánh xe phía trong có xu hướng nhấc lên do lực ly tâm, trong khi bánh xe bên ngoài bị tỳ mạnh xuống mặt đường, đặc biệt là bánh trước bên ngoài Điều này dẫn đến bánh xe phía trong dễ bị bó cứng hơn Cảm biến gia tốc ngang xác định gia tốc ngang của xe khi quay và truyền tín hiệu về ECU Cảm biến này có thể là phototransistor hoặc cảm biến bán dẫn, có khả năng đo cả gia tốc ngang và dọc, đồng thời cũng được sử dụng để đo sự giảm tốc.
Hình 2-23: Cảm biến gia tốc ngang
2.6.4 Bộ điều khiển điện tử (ECU) và chức năng
Nhận biết thông tin về tốc độ góc của bánh xe giúp tính toán tốc độ và sự tăng giảm tốc của bánh xe Qua đó, có thể xác định tốc độ xe, tốc độ chuẩn của bánh xe và ngưỡng trượt Điều này cho phép phát hiện nguy cơ hãm cứng của bánh xe, từ đó cung cấp tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành thủy lực.
Thực hiện chế độ kiểm tra và chẩn đoán hư hỏng, đồng thời lưu giữ mã lỗi và đảm bảo an toàn là rất quan trọng Thông tin được truyền tải qua các đèn tín hiệu, với sự nhấp nháy của đèn để cảnh báo người sử dụng.
Hình 2-24: Các chức năng điều khiển của ECU 1-Cảm biến tốc độ bánh xe; 2-Xylanh phanh bánh xe; 3-Áp suất dầu phanh
2.6.5 Bộ chấp hành thủy lực
Hình 2-25: Bộ chấp hành thuỷ lực
Bộ chấp hành thủy lực cung cấp áp suất dầu tối ưu cho các xy lanh phanh bánh xe, được điều khiển bởi hộp điều khiển điện tử ECU, nhằm ngăn ngừa hiện tượng hãm cứng bánh xe khi phanh.
Cấu tạo của một bộ chấp hành thuỷ lực gồm có các bộ phận chính sau: a) Van điện từ
Van điện từ trong bộ chấp hành được chia thành hai loại: loại 2 vị trí và loại 3 vị trí Cấu tạo chung của van điện từ bao gồm cuộn dây điện, lõi van, các cửa van và van một chiều Chức năng chính của van điện từ là đóng mở các cửa van theo sự điều khiển của ECU, nhằm điều chỉnh áp suất dầu đến các xylanh bánh xe Ngoài ra, motor điện và bơm dầu cũng là những thành phần quan trọng trong hệ thống này.
Bơm dầu kiểu piston, được vận hành bởi motor điện, có nhiệm vụ đưa dầu từ bình tích áp về xylanh chính trong các chế độ giảm và giữ áp Thiết kế của bơm bao gồm hai buồng làm việc độc lập với hai piston trái và phải, được điều khiển thông qua cam lệch tâm Các van một chiều đảm bảo rằng dòng dầu chỉ chảy từ bơm về xylanh chính, tạo điều kiện cho quá trình hoạt động hiệu quả.
Bình tích áp chứa dầu hồi về từ xylanh phanh bánh xe, nhất thời làm giảm áp suất dầu ở xylanh phanh bánh xe.
Các chế độ phanh khi ABS hoạt động
Sơ đồ hình 2-26 minh họa hoạt động của bộ chấp hành thủy lực loại 4 van điện 3 vị trí, trong đó hai van điện điều khiển độc lập hai bánh trước, trong khi hai van còn lại điều khiển đồng thời hai bánh sau Do đó, cơ cấu này được gọi là ABS 3 kênh.
Hình 2-26: Sơ đồ bộ chấp hành thủy lực
Hình 2-27: Chế độ tăng áp
Để tăng áp suất trong xylanh bánh xe nhằm tạo lực phanh lớn, ECU sẽ ngắt dòng điện và không cấp cho cuộn dây của van điện từ Điều này dẫn đến việc cửa A của van ở vị trí mở và cửa B đóng, cho phép dầu từ xylanh phanh chính chảy qua cửa C trong van điện 3 vị trí đến xylanh bánh xe Mức độ tăng áp suất dầu được điều chỉnh thông qua việc lặp lại quá trình tăng áp và giữ áp.
Khi áp suất trong xylanh bánh xe thay đổi, cảm biến tốc độ bánh xe sẽ gửi tín hiệu cho ECU ECU sau đó cung cấp dòng điện 2A đến cuộn dây của van điện, nhằm duy trì áp suất trong bánh xe ổn định.
Khi dòng điện cấp cho cuộn dây của van điện từ giảm từ 5A xuống 2A, lực từ trong cuộn dây cũng giảm theo Van điện 3 vị trí sẽ dịch chuyển về vị trí giữa nhờ lực của lò xo hồi vị, khiến cả cửa A và cửa B đều đóng lại Lúc này, bơm dầu vẫn tiếp tục hoạt động.
Khi hệ thống ABS hoạt động, bánh xe sẽ có hiện tượng nhấp nhả khi phanh và xe có thể rung nhẹ Đồng thời, bàn đạp phanh cũng sẽ rung do dầu phanh hồi về từ bơm, đây là trạng thái bình thường khi ABS đang hoạt động.
Hình 2-28: Chế độ giữ áp
Khi bánh xe gần bị bó cứng, ECU sẽ gửi dòng điện 5A đến cuộn dây của van điện từ, tạo ra lực từ mạnh Điều này khiến van 3 vị trí di chuyển lên trên, đóng cửa A và mở cửa B.
Dầu phanh từ xylanh bánh xe được dẫn qua cửa C tới cửa B trong van điện 3 vị trí và chảy về bình dầu Trong khi đó, motor bơm hoạt động nhờ tín hiệu điện áp 12V từ ECU, giúp hồi dầu phanh về xylanh phanh chính từ bình chứa Cửa A đóng lại ngăn không cho dầu phanh từ xylanh chính vào van điện 3 vị trí và các van một chiều số 1 và số 3, dẫn đến việc giảm áp suất dầu trong xylanh bánh xe, ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe Mức độ giảm áp suất dầu được điều chỉnh thông qua việc lặp lại các chế độ giảm áp và giữ áp.
Hình 2-29: Chế độ giảm áp
Kết luận chương 2
Qua chương 2, em đã hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS, cùng với các công thức tính toán cần thiết Điều này giúp em tiến tới việc xây dựng các mô hình mô phỏng hệ thống ABS bằng phần mềm Matlab-Simulink.
