TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG Ô TÔ THÔNG MINH
Hệ thống kiểm soát hành trình (Cruise Control)
Là tính năng được trang bị hầu hết trong những dòng xe hạng C trở lên.
Hệ thống này cho phép người lái thư giãn khi di chuyển trên đường trường bằng cách điều khiển tốc độ thông qua các nút bấm trên vô-lăng, giúp chân phải có thể rời khỏi chân ga và sẵn sàng đặt lên bàn đạp phanh để xử lý mọi tình huống trên đường.
Khi lái xe trên cao tốc và đường trường, việc chú ý đến tốc độ giới hạn có thể gây phân tâm cho tài xế Hệ thống Cruise Control cho phép người lái thiết lập tốc độ tối đa, giúp họ tập trung vào các tình huống trên đường mà không lo vi phạm tốc độ.
Hệ thống phanh tự động (Auto Emergency Brake – AEB)
Hệ thống phát hiện và ngăn ngừa tai nạn từ phía sau sử dụng cảm biến radar, laser hoặc camera giám sát để giảm thiểu tốc độ va chạm Trong tình huống khẩn cấp, hệ thống sẽ cảnh báo người lái qua âm thanh, hình ảnh hoặc rung tay lái Nếu tài xế không phản hồi, xe sẽ tự động phanh lại để tránh va chạm.
Hệ thống AEB được chia thành ba loại chính, mỗi loại phù hợp với các điều kiện sử dụng khác nhau như cảnh báo ở tốc độ thấp, tốc độ cao và cho người đi bộ Mặc dù mỗi hệ thống hoạt động ở tốc độ khác nhau, nhưng có thể kết hợp cả ba loại tùy thuộc vào nhà sản xuất Tuy nhiên, cần lưu ý rằng hệ thống AEB chỉ hỗ trợ người lái trong tình huống khẩn cấp, và việc giảm thiểu tai nạn chủ yếu phụ thuộc vào khả năng của người lái.
Hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (Brake Assist – BA)
Khi lái xe, tình huống cần phanh gấp không phải là hiếm Trong những lúc khẩn cấp, người lái thường cuống cuồng và đạp phanh nhanh chóng, nhưng lực phanh có thể không đủ mạnh Hơn nữa, lực phanh thường giảm sau lần nhấn đầu tiên, dẫn đến khả năng xe dừng quá điểm và gây ra va chạm.
Hệ thống BA giúp xe dừng kịp thời khi có tình huống bất ngờ xảy ra bằng cách sử dụng cảm biến để phát hiện động thái bất thường của bàn đạp phanh Khi phát hiện, bộ điều khiển trung tâm sẽ kích hoạt van điện cấp khí nén vào bộ khếch đại lực phanh Một số dòng xe cao cấp còn có khả năng ghi nhớ thói quen sử dụng phanh của người lái, từ đó nhanh chóng nhận diện tình huống khẩn cấp.
Đèn pha thích ứng thông minh (Adaptive Headlights)
Đèn pha truyền thống chỉ chiếu sáng thẳng về phía trước, dẫn đến việc khi vào cua, ánh sáng không đủ rộng, gây hạn chế tầm nhìn cho người lái.
Hiện nay, công nghệ đèn pha thông minh sử dụng LED và tự động điều chỉnh theo góc lái đã trở nên phổ biến trên các mẫu xe tầm trung Đối với những dòng xe cao cấp, hệ thống này được nâng cấp với nhiều khối đèn LED hoặc Laser có khả năng mở tắt độc lập, kết hợp với camera để phát hiện nguồn sáng phía trước Nhờ đó, hệ thống có thể tự động tắt các khối đèn gây ảnh hưởng đến xe đối diện, mang lại trải nghiệm lái an toàn hơn.
Công nghệ này cho phép lái xe sử dụng đèn pha liên tục, giúp cải thiện đáng kể tầm nhìn mà không gây ảnh hưởng đến các phương tiện phía trước.
Camera 360
Hệ thống này trang bị camera thông minh xung quanh xe, giúp lái xe chủ động tránh các va chạm không mong muốn.
Với trang bị này, người lái có thể quan sát toàn bộ không gian xung quanh xe, loại bỏ các điểm mù và góc khuất nhờ màn hình trung tâm Điều này giúp bạn chủ động hơn khi lái xe trong những khu vực chật hẹp.
Hệ thống hỗ trợ đỗ xe tự động (Active Parking Assist – System)
Hệ thống hỗ trợ đỗ xe tự động tương tự như Camera 360, giúp lái xe đỗ xe nhanh chóng mà không cần chạm vào vô-lăng Ngoài ra, một số dòng xe còn cho phép người lái dễ dàng lấy xe ra khỏi vị trí đỗ, giảm thiểu nguy cơ va chạm và tai nạn khi đỗ xe.
Khi kích hoạt hệ thống, cảm biến sẽ tự động tìm kiếm chỗ đậu xe trống và thông báo cho người lái Người lái chỉ cần vào số và đạp phanh theo hướng dẫn, trong khi việc tính toán và điều khiển đánh lái sẽ được thực hiện hoàn toàn tự động để đảm bảo quá trình đỗ xe nhanh chóng và hiệu quả.
Hệ thống cảnh báo chệch làn đường (Lane Departure Warning System – LDWS)
Hệ thống LDWS (Lane Departure Warning System) là một công nghệ an toàn hiệu quả, đặc biệt trên cao tốc, giúp giảm thiểu tai nạn do sự lơ đãng trong việc giữ làn đường LDWS hoạt động dựa vào thông tin thu thập từ camera hoặc cảm biến hồng ngoại được lắp đặt ở các vị trí như kính chắn gió, tap-lo, trần xe và cản trước, nhằm phát hiện sự chuyển động lệch hướng không lường trước của ô tô.
Bộ phận Camera và cảm biến sẽ rà soát và phân tích các vạch kẻ đường, truyền dữ liệu về trung tâm để phát hiện chuyển động lệch khỏi làn đường Hệ thống sẽ cảnh báo lái xe bằng âm thanh, hình ảnh hoặc rung vô-lăng Nếu không có phản hồi từ tài xế, hệ thống sẽ tự động điều chỉnh tay lái để duy trì ổn định làn đường.
Hệ thống cảnh báo điểm mù (Blind Spot Warning)
Hoạt động dựa trên những cảm biến được bố trí bên hông xe hoặc sau xe.
Các cảm biến trên xe sẽ phát ra sóng điện từ khi di chuyển, giúp phát hiện các phương tiện nằm trong điểm mù mà tài xế không thể nhìn thấy qua gương Sau khi nhận diện, hệ thống sẽ gửi tín hiệu về bộ điều khiển và cảnh báo tài xế thông qua âm thanh hoặc đèn báo trên gương hậu.
Hệ thống kết nối điện thoại thông minh
Việc tích hợp điện thoại vào ô tô đã trở thành một tiêu chuẩn gần như thiết yếu cho các mẫu xe hiện nay Tính năng kết nối smartphone ngày càng hoàn thiện với sự ra đời của hai hệ thống thông minh là Apple Carplay và Android Auto Nhờ vào hai hệ thống này, người dùng có thể dễ dàng kết nối điện thoại sử dụng hệ điều hành Android hoặc iOS, cho phép họ đọc tin nhắn, thực hiện cuộc gọi và kiểm tra email trực tiếp trên màn hình cảm ứng của xe mà không cần phải lấy điện thoại ra.
Các hệ thống an toàn cơ bản như phanh chống bó cứng (ABS), cân bằng điện tử (ESP) và túi khí hiện nay đã được trang bị trên hầu hết các mẫu xe Mặc dù mỗi nhà sản xuất có thể gọi tên khác nhau cho các tính năng này, nhưng chức năng của chúng về cơ bản vẫn tương tự nhau.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
Công dụng và yêu cầu của hệ thống phanh ôtô
2.1.1 Công dụng của hệ thống phanh ôtô
Hệ thống phanh dùng để:
- Giảm tốc độ của ôtô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ cần thiết nào đó.
- Ngoài ra, hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ôtô máy kéo đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang.
Với công dụng như vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan trọng:
- Nó đảm bảo cho ôtô máy kéo chuyển động an toàn ở mọi chế độ làm việc.
- Nhờ đó mới có thể phát huy hết khả năng động lực, nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của xe máy.
2.1.2 Yêu cầu của hệ thống phanh ôtô
Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:
- Làm việc bền vững, tin cậy;
- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trường hợp nguy hiểm;
- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và an toàn cho hành khách và hàng hóa;
- Giữ cho ôtô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian không hạn chế;
- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ôtô máy kéo khi phanh;
- Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng và khi quay vòng;
- Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn định trong mọi điều kiện sử dụng;
- Có khả năng thoát nhiệt tốt;
- Điều khiển nhẹ nhàng thuận tiện, lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp hay đòn điều khiển nhỏ.
2.1.3 Các hệ thống phanh trang bị cho xe Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệ thống phanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại phanh là:
Phanh làm việc, hay còn gọi là phanh chân, là loại phanh chính được sử dụng thường xuyên trong mọi chế độ chuyển động của phương tiện Phanh này thường được điều khiển bằng bàn đạp, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình di chuyển.
- Phanh dự trữ: Dùng để phanh ô tô máy kéo trong trường hợp phanh chính hỏng.
Phanh dừng, hay còn gọi là phanh phụ, là thiết bị dùng để giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi dừng xe hoặc không hoạt động Phanh này thường được điều khiển bằng tay đòn, vì vậy nó còn được biết đến với tên gọi phanh tay.
Phanh chậm dần là một loại phanh thiết yếu cho các ô tô máy kéo tải trọng lớn, như xe tải có trọng lượng toàn bộ trên 12 tấn và xe khách trên 5 tấn, đặc biệt khi hoạt động ở vùng đồi núi và thường xuyên di chuyển xuống các dốc dài Loại phanh này giúp kiểm soát tốc độ và đảm bảo an toàn trong những điều kiện địa hình khó khăn.
+ Phanh liên tục, giữ cho tốc độ của ô tô máy kéo không tăng quá giới hạn cho phép khi xuống dốc;
+ Để giảm dần tốc độ của ô tô máy kéo trước khi dừng hẳn.
Các loại phanh thường chia sẻ một số bộ phận và có thể thực hiện chức năng tương tự nhau Tuy nhiên, mỗi loại phanh cần phải có ít nhất hai bộ phận điều khiển và dẫn động hoạt động độc lập để đảm bảo hiệu suất và an toàn.
Để nâng cao độ tin cậy, hệ thống phanh chính được chia thành các dòng độc lập, đảm bảo rằng nếu một dòng gặp sự cố, các dòng còn lại vẫn hoạt động bình thường.
2.1.4 Phân loại hệ thống phanh ôtô
- Theo vị trí bố trí cơ cấu phanh: phanh bánh xe và phanh truyền lực.
- Theo dạng bộ phận tiến hành phanh gồm có:
+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc.
+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải.
- Theo dẫn động phanh gồm có:
+ Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí.
+ Hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực.
+ Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén.
+ Hệ thống phanh dẫn động liên hợp khí nén- thủy lực.
+ Hệ thống phanh điện từ.
+ Hệ thống phanh dừng (phanh tay) + Hệ thống phanh chính (phanh chân)
- 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).
2.1.5 Phân loại theo kết cấu của các cơ cấu phanh
2.1.5.1 Cơ cấu phanh trống guốc. a Cơ cấu phanh trống guốc loại 1 (loại trống guốc có cơ cấu ép bằng xy lanh kép và có hai điểm tựa cố định của guốc được bố trí cùng phía):
Hình 2.1: Cơ cấu phanh trống loại 1
Cơ cấu phanh loại 1 có các đặc điểm về kết cấu đáng chú ý:
+ Hai guốc của cơ cấu phanh có điểm tựa tâm quay cố định của guốc được bố trí về cùng một phía đối với cơ cấu phanh.
Hai guốc phanh sử dụng cơ cấu ép xy lanh kép, với một xy lanh có hai piston đối chiều nhau Mặc dù lực ép từ xy lanh kép là giống nhau, nhưng mô-men ma sát do hai guốc tạo ra cho tang trống lại khác nhau do tính chất tách/siết Đối với cơ cấu phanh trống guốc loại 2, nó sử dụng xy lanh đơn và có hai điểm tựa cố định với tâm quay guốc được bố trí khác nhau.
Hình 2.2: Cơ cấu phanh trống guốc loại 2
+ Cơ cấu phanh này có moment ma sát sinh ra ở các guốc phanh là bằng nhau.
Trị số moment của xe không thay đổi khi di chuyển lùi nhờ vào cơ cấu phanh cân bằng, nơi cường độ ma sát giữa các tấm ma sát là đồng nhất Cấu trúc của cơ cấu này được thiết kế với profin của cam ép đối xứng, giúp các guốc phanh có sự dịch chuyển góc đồng đều.
Để điều chỉnh khe hở giữa trống phanh và guốc phanh, cơ cấu trục vít và bánh vít được sử dụng nhằm thay đổi vị trí của cam ép và chốt lệch tâm tại điểm dặt cố định Cơ cấu phanh trống guốc loại 3 là loại cường hóa, sử dụng cơ cấu ép bằng xylanh kép và thanh cường hóa để nâng cao hiệu suất phanh.
Hình 2.3: Cơ cấu phanh trống guốc loại 3 (loại cường hóa)
Cơ cấu phanh loại 3 này có các đặc điểm như sau:
+ Đầu trên của hai guốc sử dụng chung một xy lanh kép để tạo lực ép chính cho hai guốc.
+ Đầu dưới của hai guốc được nối với nhau bằng thanh cường hóa tùy động.
+ Mỗi guốc của cơ cấu phanh đều có thêm một tâm quay tùy động cùng được bố trí cùng phía với xy lanh kép.
Do tính chất của thanh cường hóa song song với phương lực ép P, các lực tác động lên guốc đều song song với nhau Cơ cấu phanh trống guốc loại 4, hay còn gọi là loại trống guốc với cam ép, là một hệ thống phanh hiệu quả trong việc kiểm soát lực phanh.
Hình 2.4: Cơ cấu phanh trống guốc loại 4 (loại cam ép)
Hai guốc sử dụng chung một cam ép cùng kiểu và hành trình nâng để tạo lực ép cho hai guốc.
Cơ cấu phanh đĩa là loại phanh phổ biến trên ôtô du lịch, chủ yếu được lắp đặt ở bánh trước, và cũng được sử dụng trên máy kéo Gần đây, phanh đĩa đã được áp dụng cho một số ôtô vận tải và xe chở khách, cho thấy sự phát triển và mở rộng của công nghệ phanh này trong ngành giao thông vận tải.
Phanh đĩa được chia thành nhiều loại như phanh kín, phanh hở, phanh một đĩa và phanh nhiều đĩa, cùng với các loại vỏ quay và đĩa quay Đĩa phanh có thể là đĩa đặc hoặc có xẻ rãnh thông gió, và được chế tạo từ một lớp kim loại hoặc ghép từ hai kim loại khác nhau.
Trên ôtô sử dụng chủ yếu loại một đĩa quay dạng hở, ít khi dùng loại vỏ quay
Trên máy kéo còn dùng loại vỏ và đĩa cố định, vòng ma sát quay.
Có hai phương án lắp ghép má kẹp: lắp cố định và lắp tùy động kiểu bơi
Phương án lắp cố định mang lại độ cứng vững cao, cho phép sử dụng lực dẫn động lớn, tuy nhiên, điều kiện làm mát không tốt dẫn đến nhiệt độ làm việc của cơ cấu phanh cao hơn.
Hình 2.5: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp cố định.
1- Má phanh; 2- Má kẹp; 3- Piston;
4- Vòng làm kín; 5- Đĩa phanh.
- Để khắc phục kiểu lắp má kẹp cố định có thể dùng kiểu má kẹp tuỳ động.
Má kẹp có thể làm tách rời hay liền với xi lanh bánh xe và trượt trên các chốt
Hệ thống dẫn hướng cố định có độ cứng vững thấp, dẫn đến việc các chốt dẫn hướng dễ bị biến dạng và mòn rỉ, gây ra hiện tượng mòn không đều của má phanh, giảm hiệu quả phanh và tạo rung động Tuy nhiên, hệ thống này được trang bị một xi lanh thủy lực dài gấp đôi, giúp cải thiện điều kiện làm mát, giảm nhiệt độ dầu phanh từ 30 đến 50 độ C Bên cạnh đó, thiết kế cho phép dịch sâu cơ cấu phanh vào bánh xe, giảm lực cản lăn tác động lên trụ quay đứng của bánh xe dẫn hướng.
Hình 2.6: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tuỳ động - xylanh cố định.
1 Đĩa phanh; 2.Má kẹp; 3 Đường dầu; 4 Piston; 5 Thân xi lanh; 6 Má phanh.
Hình 2.7: Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tuỳ động - xylanh bố trí trên kẹp.
1 Má kẹp; 2 Piston; 3 Chốt dẫn hướng; 4 Đĩa phanh; 5 Má phanh.
- Ưu điểm so với cơ cấu phanh trống - guốc:
+ Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,05 0,15 mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động.
+ Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều.
+ Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở.
Dẫn động phanh
2.2.1 Các loại dẫn động phanh Đối với hệ thống phanh làm việc của ô tô, người ta sử dụng chủ yếu hai loại dẫn động là: thủy lực và khí nén.
Dẫn động cơ khí thường chỉ dùng cho phanh dừng, vì hiệu suất thấp (η 0,4 ÷ 0,6) và khó đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe.
Dẫn động điện chỉ dùng cho các đoàn xe kéo mooc, nhưng cũng rất hiếm.
Trên các xe và đoàn xe tải lớn, phanh liên hợp thủy khí thường được sử dụng, trong khi máy kéo chủ yếu áp dụng dẫn động cơ khí do kết cấu đơn giản và độ tin cậy cao Mặc dù dẫn động cơ khí có hiệu suất thấp và độ chính xác kém, nhưng trong các máy kéo với đường dẫn động không tải và tốc độ thấp, những nhược điểm này không gây ảnh hưởng nghiêm trọng.
Dẫn động thủy lực thường không được áp dụng cho máy kéo, nhưng lại rất phổ biến trong hệ thống phanh của rơ mooc kéo theo Đối với các máy cỡ lớn, dẫn động khí nén thường được sử dụng thay thế.
2.2.2 Các sơ đồ phân dòng chính
Để tăng độ tin cậy của hệ thống phanh, cần thiết phải có ít nhất hai dòng dẫn động độc lập Nếu một dòng dẫn động gặp sự cố, dòng còn lại vẫn có khả năng điều khiển ô tô máy kéo với hiệu quả nhất định.
Hiện nay, dẫn động hai dòng đang trở nên phổ biến Để phân chia các dòng, có thể sử dụng các thiết bị điều khiển kép như van khí nén hai khoang, xi lanh chính kép hoặc bộ chia.
Mỗi sơ đồ đều có ưu khuyết điểm riêng Vì vậy chọn sơ đồ phân dòng phải tính toán kỹ dựa vào ba yếu tố chính là:
- Mức độ giảm hiệu quả phanh khi một dòng bị hỏng
- Mức độ bất đối xứng lực phanh cho phép
- Mức độ phức tạp của dẫn động
Hình 2.9: Các sơ đồ phân dòng
2.2.3 Dẫn động thủy lực a Ưu nhược điểm Dẫn động thủy lực có ưu điểm quan trọng là:
- Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ (dưới 0,2 ÷ 0,4 s)
Để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu, hãy luôn chắc chắn rằng tất cả các bánh xe đều phanh đồng thời Áp suất trong hệ thống dẫn động chỉ bắt đầu tăng lên khi tất cả các má phanh đã tiếp xúc chặt chẽ với trống phanh.
- Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng, giá thành nhỏ
- Có khả năng dùng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.
Nhược điểm của dẫn động thủy lực là:
- Yêu cầu độ kín khít cao Khi có môt chỗ nào đó bị rò rỉ thì cả dòng dẫn động không làm việc được
- Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp lớn nên thường phải sử dụng các bộ trợ lực để giảm lực đạp, làm cho kết cấu phức tạp
- Sự dao động áp suất của chất lỏng làm việc có thể làm cho các đườn ống bị rung động và mô men phanh không ổn định
Hiệu suất của dẫn động thủy lực giảm nhiều ở nhiệt độ thấp, điều này ảnh hưởng đến phạm vi sử dụng của nó Với các đặc điểm này, dẫn động thủy lực được ứng dụng phổ biến trên ô tô du lịch, ô tô tải cỡ nhỏ và cỡ đặc biệt lớn Theo năng lượng sử dụng, dẫn động phanh thủy lực có thể được chia thành ba loại khác nhau.
1) Dẫn động tác dụng trực tiếp: Cơ cấu phanh được điều khiển trực tiếp chỉ bằng lực tác dụng của người lái.
2) Dẫn động tác dụng gián tiếp: cơ cấu phanh được dẫn động một phần nhờ lực người lái, một phần nhờ các bộ trợ lực lắp song song với bàn đạp.
3) Dẫn động dùng bơm và các bộ tích năng: Lực tác dụng lên cơ cấu phanh là áp lực của chất lỏng cung cấp từ bơm và các bộ tích năng thủy lực.
Người lái xe điều khiển các van để điều chỉnh áp suất và lưu lượng chất lỏng đến các cơ cấu phanh, phù hợp với cường độ phanh cần thiết.
Hình 2.10: Dẫn động thủy lực tác dụng trực tiếp
1và 8 – Xylanh bánh xe; 2 và 7 - Ống dẫn; 3 và 4– Piston; 5 – Bàn đạp phanh; 6 –
Hình 2.11: Dẫn động phanh thủy lực trợ lực chân không
Hệ thống phanh bao gồm các thành phần chính như ống dẫn đến các xylanh bánh xe (1 và 3), xylanh chính (2), đường nạp động cơ (4), van chân không (5), phần tử lọc (6), bàn đạp phanh (7), cần dẫn động (8), van không khí (9), vòng cao su (10) và piston (hoặc màng) (11) Những bộ phận này phối hợp chặt chẽ để đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu và an toàn khi điều khiển phương tiện.
Bầu trợ lực chân không
Hệ thống dẫn động thủy lực sử dụng bơm và các bộ tích năng bao gồm nhiều thành phần quan trọng như năng lượng người lái (Ec), năng lượng trợ lực từ bơm và bộ tích năng (Ea), bộ phận phân phối (D), và xylanh bánh xe (C) Các bộ phận chính trong hệ thống này bao gồm bàn đạp phanh (1), xylanh chính (2), hai khoang của van phanh (3 và 4), xylanh bánh xe (5 và 6), bình tích năng (7 và 9), bộ điều chỉnh tự động áp suất (8), van an toàn (10), và bơm (11) Sơ đồ khối chức năng và sơ đồ nguyên lý thể hiện cách thức hoạt động của hệ thống này.
Hình 2 13: Dẫn động thủy lực trợ lực bằng bơm thủy lực
1- Bơm; 2- Van an toàn; 3- Đường cao áp; 4- Đường hồi; 5- Van phân phối; 6-
Xi lanh trợ lực; 7- Xi lanh chính; 8,9- Xi lanh bánh xe.
2.2.4 Dẫn động khí nén a Ưu nhược điểm Dẫn động khí nén có các ưu điểm sau:
- Điều khiển nhẹ nhàng, lực điều khiển nhỏ
Hệ thống dẫn động thủy lực hoạt động tin cậy hơn, ngay cả khi có rò rỉ nhỏ, cho phép tiếp tục vận hành Tuy nhiên, hiệu quả phanh sẽ bị giảm sút trong trường hợp này.
- Dễ phối hợp với các dẫn động và cơ cấu sử dụng khí nén khác, như: phanh rơ mooc, đóng mở cửa xe, hệ thống treo khí nén, …
- Dễ cơ khí hóa tự động hóa quá trình điều khiển dẫn động Tuy vậy dẫn động khí nén có các nhược điểm là:
- Độ nhạy thấp, thời gian châm tác dụng lớn
Do hạn chế bởi điều kiện rò rỉ, áp suất làm việc của khí nén thấp hơn áp suất của chất lỏng trong dẫn động thủy lực từ 10 đến 15 lần, dẫn đến kích thước và khối lượng của dẫn động khí nén lớn hơn.
- Số lượng các cụm và chi tiết nhiều
- Kết cấu phức tạp và giá thành cao hơn
Lực tác dụng phanh không đồng đều giữa các bánh xe, đặc biệt là giữa bánh trước và bánh sau, gây khó khăn trong việc kiểm soát Do đó, dẫn động phanh khí nén hiện nay được ứng dụng phổ biến trên ô tô máy kéo cỡ trung bình và lớn, cũng như trong các đoàn xe kéo mooc Hệ thống phanh khí nén bao gồm ba sơ đồ chính, tương ứng với ba trường hợp sử dụng khác nhau.
- Xe ô tô đơn không kéo mooc
- Xe kéo mooc dẫn động phanh rơ mooc một đường
TÍNH TOÁN CƠ CẤU PHANH
Số liệu cho trước
Các thông số ban đầu của xe được cho trong bảng 1
Bảng 3.1: Thông số ban đầu của xe thiết kế
STT Tên thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị
3 Khối lượng không tải m0 8000 kg
4 Khối lượng toàn toàn tải ma 12000 kg
5 Phân bố trên trục trước (Không tải/Toàn tải m1/m2
6 Tốc độ cực đại của xe vmax 140 km/h
7 Chiều dài cơ sở L0 3950 mm
8 Chiều cao trọng tâm xe khi đầy tải hg
9 Bán kính bánh xe Rbx 450 mm
Tính toán xác định các thông số yêu cầu của cơ cấu phanh
3.2.1 Mô-men phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh
- Xét các lực tác dụng lên ô tô khi xe đứng yên như hình 1.
Hình 3.1: Các lực tác dụng lên ô tô khi xe đứng yên trên mặt đường nằm ngang
+ a, b: Khoảng cách từ trọng tâm đến trục bánh xe trước, sau.
+ L: chiều dài cơ sở của xe.
+ Ga: trọng lượng toàn bộ của xe.
+ Z1, Z2: Phản lực pháp tuyến từ mặt đường tác dụng lên bánh xe trước, sau.
+ hg: Chiều cao trọng tâm của xe.
- Phương trình cân bằng mô men khi xe đứng yên:
Xét điểm cân bằng tại O1:
Thay các giá trị và (2.1) ta được: a= 84000.3950 120000 = 2765 [mm] b = L – a = 3950 –2765 = 1185 [mm]
Để đảm bảo phanh tối ưu cho ô tô, cần xem xét các lực tác động khi phanh trên mặt phẳng nằm ngang, như được thể hiện trong sơ đồ ở hình 2.
Hình 3.2: Sơ đồ tính toán lực tác dụng lên ô tô khi phanh
- Khi phanh sẽ có các lực tác dụng lên xe : + Trọng lượng toàn bộ Ga đặt tại trọng tâm O + Lực cản lăn pf1 và pf2
+ Phản lực thẳng góc Z1 và Z2
+ Lực phanh tác dụng lên bánh xe trước/sau Pp1 và Pp2
+ Lực cản không khí Pw
+ Lực quán tính Pj sinh ra do khi phanh sẽ có gia tốc chậm dần
Lực phanh Pp1 và Pp2 tác động tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường, hướng ngược với chiều chuyển động của ô tô Trong khi đó, lực quán tính Pj, có chiều cùng với chuyển động của ô tô, được đặt tại trọng tâm xe.
Khi xe phanh, lực cản không khí Pw và lực cản lăn Pf1, Pf2 có thể được bỏ qua vì chúng không đáng kể, chỉ gây ra sai số khoảng 1,5 đến 2% Do đó, phương trình cân bằng lực trong trường hợp xe phanh theo phương song song với mặt đường có thể được đơn giản hóa.
- Lực quán tính Pj theo tài liệu [1] được xác định theo biểu thức sau :
Jp: Gia tốc chậm dần khi phanh
Để tối ưu hóa trọng lượng bám của ô tô, cơ cấu phanh được lắp đặt ở cả bánh trước và bánh sau Theo tài liệu [1], lực phanh lớn nhất tác động lên toàn bộ xe.
Hệ thống phanh không trang bị ABS chỉ đạt hệ số bám khi phanh khẩn cấp từ 0,56 đến 0,68 Để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu và gia tốc chậm dần lớn nhất mà không gây trượt cho bánh xe, giá trị lý tưởng nên chọn là 0,64.
Khi ô tô thực hiện phanh khẩn cấp với bất kỳ tốc độ nào cho đến khi dừng lại (v=0), gia tốc phanh đạt giá trị cực đại Giá trị jpmax được xác định thông qua phương trình cân bằng lực quán tính trong quá trình phanh.
- Phương trình cân bằng momen tại O1 khi phanh với gia tốc chậm dần lớn nhất:
Zp2.L + Pjmax.hg – Ga.a = 0 Zp2.L + Ga φ.hg – Ga.a = 0
(1.6) Phương trình cân bằng momen tại O2 khi phanh với gia tốc chậm dần lớn nhất:
- Trọng lượng tác dụng lên mỗi bánh xe trước (Gbx1) và bánh xe sau (Gbx2) khi phanh là:
Gbx2 = (1.9) Thay các giá trị vào (2.8) và (2.9) ta được:
- Lực phanh yêu cầu ở mỗi cơ cấu phanh ở bánh xe trước theo tài liệu [1] xác định bằng :
- Lực phanh yêu cầu ở mỗi cơ cấu phanh ở bánh xe sau theo tài liệu [1] được xác định:
- Momen phanh yêu cầu ở cầu trước theo tài liệu [1] là:
- Momen phanh yêu cầu ở cầu sau theo tài liệu [1] là:
3.2.2 Hệ số phân bố lực phanh lên các bánh xe
Momen phanh được sinh ra ở các bánh xe nhờ vào cơ cấu phanh lắp đặt tại đó Các cơ cấu phanh này có nhiều kiểu khác nhau, dẫn đến việc một chiếc xe có thể sử dụng các cơ cấu khác nhau cho các trục bánh xe trước và sau Dù kiểu dáng cơ cấu phanh có thể giống nhau, nhưng cấu trúc và kích thước sẽ khác nhau tùy thuộc vào momen phanh cần phân bố trên các trục.
Để lựa chọn cơ cấu phanh hợp lý, cần đánh giá tỷ số phân bố momen phanh giữa trục trước và trục sau dựa trên hệ số phân bố lực phanh.
Xe khách có hệ số phân bố lực phanh K12 = 1,778, cho thấy sự phân bố tải trọng tĩnh lên trục trước và trục sau gần như bằng nhau Do đó, cơ cấu phanh trước và sau thường khác nhau rõ rệt: phanh sau có thể sử dụng một guốc tự siết và một guốc tự tách khi dùng phanh trống guốc, trong khi phanh trước thường dùng hai guốc tự siết Ngoài ra, có thể áp dụng cơ cấu phanh đĩa cho cầu trước, trong khi vẫn giữ cơ cấu phanh trống guốc cho trục sau.
3.2.3 Mô-men phanh do cơ cấu phanh sinh ra và lực ép yêu cầu:
Các thông số cơ bản của cơ cấu phanh bao gồm mô-men phanh và lực ép Việc tính toán mô-men phanh và lực ép yêu cầu phụ thuộc vào kiểu và loại cơ cấu phanh cụ thể.
3.2.3.1 Mô-men phanh do cơ cấu phanh cầu trước sinh ra:
Kiểu cơ cấu phanh ở cầu trước là kiểu trống guốc; cơ cấu ép bằng xy lanh kép và thanh cường hóa. c a b r t
Cơ cấu phanh trống guốc loại 3 (cường hóa) là một dạng phanh tang trống đặc biệt, có cấu trúc đối xứng qua mặt phẳng Mô-men ma sát của tang trống được gia tăng đáng kể nhờ vào sự cường hóa giữa hai guốc, mặc dù các thông số cơ bản của cơ cấu phanh vẫn giữ nguyên so với hai loại trước đó.
Do thanh cường hóa chịu lực ép P, các lực tác dụng lên guốc đều song song Mô-men ma sát của hai guốc tác động lên tang trống được tính theo công thức xác định.
+ Đối với guốc phía trước (theo chiều quay tiến của bánh xe) ta có:
+ Đối với guốc phía sau (được cường hóa thêm lực đẩy bởi thanh cường hóa do phản lực tỳ của guốc trước truyền qua thanh cường hóa) ta có:
P1 - Lực ép cơ cấu phanh bánh xe trước [N]
Rt - Bán kính trống phanh [m];
Rt = 0,4.Rbx = 0,4.0,45 = 0,18 [m]; khoảng cách tâm bánh xe đến phương lực là a, b = 0,8.Rt = 0,8.0,18 = 0,144 [m]; c - khoảng cách cường hóa là c = 0,9.Rt = 0,162 [m]; bán kính vòng tròn cơ sở của lực tổng hợp từ các guốc tác dụng lên trống phanh được xác định bởi công thức r0 = ρ μ √(1 + μ²) (1.22).
Với: - hệ số ma sát trượt giữa má phanh và trống phanh;
- bán kính của điểm đặt lực tổng hợp của guốc phanh tác dụng lên trống phanh và có thể được xác định như sau: ρ= R t ( α 2 −α 1 )
Mà góc ôm của má phanh: [rad]
Từ đó, suy ra mô-men ma sát của hai guốc tác dụng lên tang trống:
+ Đối với guốc phía trước :
+ Đối với guốc phía sau :
3.2.3.2 Mô-men phanh do cơ cấu phanh cầu sau sinh ra:
Cơ cấu phanh cầu sau cũng tương tự, chỉ có khác Lực ép cơ cấu phanh bánh xe sau nhỏ hơn so với bánh xe trước : P2 = 19800,148 [N]
Thay tất cả các thông số vào công thức (3.8b) ta có mô-men phanh do các guốc tạo ra cho tang trống cầu sau là:
+ Đối với guốc phía trước :
+ Đối với guốc phía sau :
3.2.4 Tính toán xác định bề rộng má phanh:
Bề rộng má phanh ảnh hưởng trực tiếp đến diện tích làm việc của chúng trên tang trống Tăng bề rộng má phanh sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc, giúp giảm áp lực trên mỗi đơn vị diện tích và giảm mức độ mài mòn trong quá trình phanh Tuy nhiên, nếu bề rộng má phanh quá lớn, sẽ dẫn đến áp lực phân bố không đồng đều, gây mòn không đều và giảm hiệu quả phanh.
Khi các thông số đã được xác định theo mô-men yêu cầu, bề rộng má phanh sẽ được tính toán dựa trên áp suất cho phép [q] trong quá trình phanh.
Với kiểu cơ cấu phanh tang trống, bề rộng má phanh b được xác định theo mô-men phanh Mg do mỗi guốc tạo ra cho tang trống như sau: b M g q.μ.r t 2 ( α 2 −α 1 ) =
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ DẪN ĐỘNG PHANH
Phân tích, chọn sơ đồ dẫn động phanh
4.1.1 Chọn sơ đồ phân dòng chính
Từ những phân tích ưu nhược điểm của từng sơ đồ phân dòng (được trình bày ở chương 1) ta chọn sơ đồ phân chính trên xe khách như sau:
Hình 4.1 -Sơ đồ phân dòng chính trên xe khách
3- Bộ phận phân dòng ( Tổng van phân phối ); 1,5- Các bánh xe trước, sau;
Sơ đồ phân dòng phanh chính cho thấy hiệu quả sẽ giảm khi dòng phanh ở cầu trước bị hỏng Tuy nhiên, đây là sơ đồ dẫn động phanh đơn giản nhất, với mức độ bất đối xứng lực phanh vẫn nằm trong giới hạn cho phép khi một trong hai dòng dẫn động gặp sự cố Quan trọng nhất, hệ thống phanh vẫn đảm bảo hoạt động hiệu quả ngay cả khi một trong hai dòng bị hỏng.
4.1.2 Chọn sơ đồ dẫn động phanh
Sau khi phân tích ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng của các sơ đồ dẫn động phanh trên ô tô, tôi quyết định chọn dẫn động phanh bằng thủy lực.
Hình 4.2: Dẫn động thủy lực trợ lực khí nén
1-Bàn đạp; 2-Đòn điều khiển; 3-Cụm van; 4-Bình chứa khí nén; 5-Xy lanh lực;
Hệ thống bao gồm 6 xy lanh chính, với dòng dầu dẫn đến các xy lanh bánh xe sau (7) và các xy lanh bánh xe sau (8) Dòng dầu tiếp tục đi đến các xy lanh bánh xe trước (9) để điều khiển các xy lanh bánh xe trước (10).
Khi tác dụng lên bàn đạp, lực sẽ truyền qua đòn 2 lên các cần của xy lanh chính và cụm van Van 3 mở đường nối khoang A của xy lanh lực với bình chứa khí nén Khí nén từ bình chứa đi vào khoang A, tác động lên piston của xy lanh trợ lực, hỗ trợ người lái ép các piston trong xy lanh chính để đưa dầu đến các xy lanh bánh xe Khi khí nén vào khoang A, nó cũng ép lò xo trong van 3, làm van dịch chuyển sang trái cho đến khi lực khí nén cân bằng với lực lò xo, từ đó duy trì áp suất không đổi trong hệ thống Để tăng áp suất, cần tăng lực đạp để mở đường cho khí nén tiếp tục đi vào Cụm van 12 đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực tác dụng, chuyển vị của bàn đạp và lực phanh.
Tính dẫn động phanh
4.2.1 Hành trình dịch chuyển đầu piston xy lanh công tác của cơ cấu ép
Trong truyền động phanh dầu, để tạo ra lực ép cho cơ cấu phanh chúng ta thường dùng piston để truyền lực ép P lên guốc phanh.
Hành trình dịch chuyển của đầu guốc di động x [mm] xác định theo công thức sau:
Khe hở hướng kính trung bình giữa má phanh và trống phanh được ký hiệu là δ0, thường được điều chỉnh theo kinh nghiệm trong khoảng 0,5 đến 0,6 mm Độ mòn hướng kính cho phép của má phanh và tang trống được ký hiệu là δm Khi độ mòn hướng kính đạt giá trị cho phép từ 1 đến 1,2 mm, hành trình bàn đạp sẽ đạt giá trị cực đại cho phép [Sbd], tại thời điểm này cần điều chỉnh lại khe hở hướng kính trung bình δ0.
Giá trị cực đại cho phép của hành trình bàn đạp ôtô ứng với giới hạn mòn phải điều chỉnh khe hở nằm trong giới hạn kinh nghiệm sau.
Đối với ôtô vận tải hàng hóa và hành khách: [Sbd] = 170180[mm]
Chọn δ0 = 0,5[mm] và δm = 1[mm] và với a4(mm) và b4(mm) thì ta có: x (0,5+1)(144+144)
4.2.2 Đường kính xylanh chính Đường kính xy lanh chính Dc được xác định từ tỷ số khuếch đại thủy lực ik. i k =( D d k c ) 2 trong đó ik là tỷ số khuếch đại thủy lực của xy-lanh công tác thứ k so với xy- lanh chính Trong thực tế kinh nghiệm đối với hệ thống phanh dầu thì tỷ số khuếch đại thủy lực thường nằm trong khoảng ik = 0,751,50 Vì vậy, trong tính toán thiết kế có thể tính đường kính xy-lanh chính theo giá trị trung bình gần đúng như sau:
Công thức tính D c được xác định gần đúng bằng √(1/2 (0,75 d kmin² + 1,50 d kmax²)), trong đó dkmin là đường kính nhỏ nhất của xy-lanh công tác, còn dkmax là đường kính lớn nhất của xy-lanh công tác.
Thế số với các giá trị đường kính xy lanh công tác đã tính, ta có:
D c ≈√ 1 2 ( 0,037 0,75 2 + 0,050 1,50 2 ) = 0,042[m] Đường kính xy-lanh điều khiển trợ lực có thể lấy bằng ddk = Dc 0,042[m].
4.2.3 Hành trình dịch chuyển của piston xylanh chính
Piston chính trong hệ thống phanh có vai trò quan trọng trong việc truyền lực từ bàn đạp và bộ trợ lực phanh để tạo ra áp suất cao Áp suất này chỉ hình thành khi tất cả các khe hở trong hệ thống được khắc phục, từ đó xác định hành trình dịch chuyển của piston xy-lanh chính Hành trình này được tính theo công thức h = ((2x1.Dn1^2.c.d1^2 + 2x2.Dn2^2.c.d2^2).2 + δ1 + δ2 + δdk.dDdk^2.c2).K, trong đó x1 và x2 là hành trình dịch chuyển của piston công tác ở cầu trước và cầu sau, với giá trị x1 = x2 = 3[mm] Số lượng trục bánh xe n1 và n2 tương ứng cho xe khách 4x2 là n1 = n2 = 1 Đường kính xy-lanh công tác ở cầu trước và cầu sau lần lượt là d1 = 50,00[mm] và d2 = 37,00[mm], với chỉ số 2 xác định có hai cơ cấu phanh trên mỗi trục bánh xe.
Dc là đường kính của xy lanh chính, có giá trị là 42 mm Đường kính xy lanh dầu điều khiển đóng mở van của bộ trợ lực kiểu gián tiếp cũng là 42 mm Đối với kiểu điều khiển trực tiếp, tỷ lệ ddk/Dc bằng 1.
1, 2 lần lượt là khe hở thông dầu trong xy-lanh chính ở trạng thái không phanh ứng với các dòng trước/sau.Có thể chọn : 1 = 2 = 1,5[mm].
Khoảng dịch chuyển của piston trợ lực, ký hiệu là dk, dùng để điều khiển việc đóng mở van trong bộ trợ lực kiểu gián tiếp, được chọn là 1,0 mm Hệ số K, phản ánh độ đàn hồi của hệ thống, được chọn là 1,07 trong khoảng 1,05 đến 1,07 Từ các thông số đã cho, ta tính được h = ((42 2.3.1.50 2 2 + 42 2.3.1.37 2 2) 2 + 1.5 + 1.5 + 1.042 42 2 2) 1,07 = 32,60 mm.
4.2.4 Hành trình và tỷ số truyền bàn đạp phanh a) Tỷ số truyền bàn đạp ibd Đòn bàn đạp phanh có nhiệm vụ truyền lực đạp của lái xe lên piston của xy-lanh chính Vì vậy dịch chuyển của đầu bàn đạp phanh có thể được xác định:
Sbd = (h + δ.K).ibd, trong đó h đại diện cho hành trình dịch chuyển của piston trong xy-lanh chính, δ là khe hở cần thiết giữa cần đẩy và piston, và ibd là tỷ số khuếch đại lực từ bàn đạp đến piston, thường được gọi là tỷ số truyền bàn đạp.
Công thức tính hành trình dịch chuyển của piston xy-lanh chính h được xác định dựa trên giá trị hành trình bàn đạp lớn nhất, đảm bảo rằng khi má phanh mòn đến giới hạn, việc hiệu chỉnh không vượt quá giá trị cho phép của hành trình cực đại [Sbd].
Đối với ôtô khách sử dụng phanh kiểu trống guốc, hành trình bàn đạp phanh thường nằm trong khoảng [Sbd] = 170180 [mm] Có thể chọn [Sbd] = 180[mm] với khe hở = 0,5[mm], từ đó tính được tỷ số truyền bàn đạp là i bd 0.
5,432 b) Hành trình bàn đạp Sbd
Hành trình bàn đạp phanh thực tế Sbd khi không xét đến lượng mòn m (tức
Với m = 0 thì x = 1[mm], ta có: h * =( ( 42 2.1.1.50 2 2 + 42 2.1.1.37 2 2 ) 2+1.5+1.5+1.042 2
Theo công thức tính hành trình ở trên, ta có thể tính hành trình làm việc khi cho các khe hở bằng không; tức là 1 = 2 = dk = m = = 0. h ** = ( ( 42 2.1.1.50 2 2 + 42 2.1.1.37 2 2 ) 2 ) 1 , 07
Ta có tỷ số giữa hành trình thực tế của bàn đạp Sbd so với hành trình làm việc hữu ích của bàn đạp Slv bằng:
So với tỷ số kinh nghiệm hiện này nằm trong khoảng 1,41,6 thì các kết quả tính toán trên là khá chính xác và tin cậy.
4.2.5 Lực cần thiết tác dụng lên bàn đạp phanh khi chưa tính trợ lực
Để thực hiện phanh khẩn cấp với lực phanh lớn nhất, cần một lực tác dụng nhất định lên bàn đạp phanh, chưa tính đến yếu tố trợ lực.
Dxl là đường kính của xy-lanh cung cấp dầu cho các xy-lanh công tác Trong trường hợp không có trợ lực hoặc sử dụng kiểu trợ lực trực tiếp, Dxl cũng đóng vai trò là xy-lanh chính.
Áp suất làm việc của dầu trong hệ thống được xác định là pd = 8 [MN/m²] Hiệu suất của bàn đạp, ký hiệu là bd, tính đến tổn thất truyền lực từ bàn đạp đến piston xy-lanh chính, trong khi hiệu suất thủy lực d xem xét tổn thất do ma sát giữa piston và xy-lanh chính Các giá trị này có thể được chọn dựa trên kinh nghiệm thực tế.
Hiệu suất truyền động cơ khí : bd 0,850,90; chọn bd = 0,90
Hiệu suất của piston-xylanh: xl 0,920,95; chọn xl = 0,95 Thế số ta có lực đạp cần phải tác dụng khi chưa tính đến trợ lực:
Giá trị lực bàn đạp cần thiết cho việc điều khiển ôtô hiện nay, đặc biệt là xe khách, nằm trong khoảng [Pbd] khoảng 300 đến 400 N Để đảm bảo việc điều khiển nhẹ nhàng cho lái xe, việc trợ lực là rất cần thiết.
4.2.6 Lực trợ lực cần thiết của bộ trợ lực
Khi sử dụng bộ phận trợ lực, công thức tổng quát để tính toán các lực cần thiết cho quá trình phanh khẩn cấp với lực phanh lớn nhất sẽ được xác định như sau:
P bd i bd η bd +P tl i tl η tl ≥π.D xl 2 p d
ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH
ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH ÁP SUẤT PHANH
5.1.1 Đặc tính phân bố mô-men phanh 5.1.1.1 Đặc tính mô-men phanh lý thuyết:
Theo lý thuyết ô tô, để tính mô-men phanh ở mỗi bánh xe cầu trước và cầu sau, cần biết các thông số cơ bản như trọng lượng Ga, tọa độ trọng tâm (a, b, hg), chiều dài cơ sở Lo và bán kính làm việc của bánh xe Rbx Hệ phương trình [1] cho phép thực hiện các phép tính này một cách dễ dàng.
{ ¿ ¿ M M bx bx 2 1 = = 2 L 2 L G G a a o o ( ( a −ℎ b+ℎ g g φ φ bx bx ) ) φ φ bx bx R R bx bx (5.1)
Với: Ga = 120000 [N]; Lo = 3,95 [m]; Rbx = 0,45 [m] hg = 1,58[m]; a = 2,765 [m]; b = 1,185 [m]
Bằng cách thay đổi hệ số bám ϕ bx từ 0,10 đến 0,85 với bước 0,05 và áp dụng công thức tính mô-men phanh cho từng bánh xe ở cầu trước, mô-men phanh ở cầu sau cũng sẽ được điều chỉnh theo hệ số bám theo các công thức đã nêu trong (5.1) Kết quả tính toán mô-men phanh lý thuyết cho các bánh xe cầu trước Mbx1 và cầu sau Mbx2 được trình bày trong bảng 5.1.
Bảng 5.1: Kết quả tính mô-men phanh yêu cầu ở mỗi bánh xe trước/sau ϕ bx 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4
Bằng cách lập tỷ số, quan hệ mô-men phanh yêu cầu của cầu sau và cầu trước theo lý thuyết ô tô có quan hệ phi tuyến như sau:
5.1.1.2 Đặc tính mô-men phanh thực tế Để xác định mô-men phanh thực tế, chúng ta cần xác định các thông số cơ bản của cơ cấu phanh theo mô-men phanh yêu cầu lớn nhất Nghĩa là về lý thuyết mô-men phanh thực tế lớn nhất phải trùng mô men phanh lớn nhất lý thuyết.
Giá trị mô-men phanh lớn nhất thiết kế tương ứng với giá trị giới hạn trên của hệ số bám, giúp ngăn chặn hiện tượng trượt giữa lốp và mặt đường khi phanh thông thường.
Hệ số bám bx giữa lốp và mặt đường khi phanh là giá trị tối đa để bánh xe không trượt hoàn toàn, đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất Trong thiết kế, cần tính toán hệ số bám sao cho không vượt quá giới hạn, nếu không bánh xe sẽ bắt đầu trượt lết, mất dẫn hướng và dễ dẫn đến việc xe lệch khỏi hướng di chuyển, có thể gây ra xoay hoặc lật xe, rất nguy hiểm.
Hệ số bám giữa lốp và mặt đường, ký hiệu là bx, thường được xác định qua thực nghiệm Đối với các loại lốp hiện đại, trên các bề mặt đường nhựa hoặc bê-tông tốt và khô ráo, hệ số bám lớn nhất max có thể đạt từ 0,75 đến 0,85 cho lốp có xăm với hoa lốp còn tốt Đối với lốp không cần ruột làm kín khí nén của xe con hiện đại, hệ số bám lớn nhất có thể đạt từ 0,85 đến 0,95 khi hoa lốp còn trong tình trạng tốt.
Hệ số bám giữa lốp và mặt đường trong quá trình phanh thay đổi tùy thuộc vào cường độ phanh và độ trượt của lốp.
Hình 5.1: Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt tương đối .
Hệ số bám bx và độ trượt tương đối giữa lốp và mặt đường có mối quan hệ chặt chẽ, với giá trị cực đại của hệ số bám đạt được khi độ trượt tương đối khoảng 20% Khi độ trượt đạt đến giới hạn trượt 100% (điểm B), hệ số bám giảm khoảng 20% so với giá trị cực đại Nếu vượt qua giới hạn này, lốp sẽ trượt hoàn toàn, gây nguy hiểm cho xe khi phanh.
Khi lựa chọn hệ số bám bx cho thiết kế hệ thống phanh, cần xem xét khả năng bám của bánh xe với mặt đường và công nghệ kiểm soát độ trượt của hệ thống phanh trong tình huống phanh khẩn cấp.
Hệ thống phanh của xe được trang bị công nghệ kiểm soát và điều chỉnh độ trượt bánh xe, bao gồm cả hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS (Anti-lock), giúp tăng cường an toàn và ổn định khi lái xe.
Hệ thống phanh điều khiển điện tử EBS (Electronic Brake System) giúp tối ưu hóa hệ số bám, đạt giá trị cực đại, mang lại hiệu suất phanh tốt hơn cho các phương tiện.
max = 0,85 0,95 [20] (tương ứng với độ trượt tương đối = 15% 25% ).
Hệ thống phanh thông thường không kiểm soát được độ trượt giữa lốp và mặt đường, dẫn đến hệ số bám khi phanh chỉ đạt khoảng 0,75 đến 0,80 của hệ số bám tối đa.
Hệ thống phanh trang bị công nghệ kiểm soát và điều chỉnh độ trượt bánh xe, như ABS (Hệ thống chống hãm cứng bánh xe) và EBS (Hệ thống phanh điều khiển điện tử), giúp tối ưu hóa hệ số bám, đạt giá trị cực đại.
Mô-men phanh thực tế thay đổi theo áp suất trong hệ thống, trong khi các thông số cấu trúc của hệ thống vẫn giữ nguyên trong quá trình phanh.
Mô-men phanh trước (M1) và mô-men phanh sau (M2) có mối quan hệ tuyến tính với áp suất, có thể được diễn đạt qua các biểu thức tương ứng.
ĐIỀU CHỈNH PHÂN BỐ ÁP SUẤT PHANH LOẠI 1
5.2.1 Đặc điểm bộ điều chỉnh phân bố lực phanh loại 1
Hệ thống phanh ô tô thông thường chỉ có một điểm làm việc tối ưu, và khi vượt qua điểm này, các bánh xe cầu sau có nguy cơ trượt trong tình huống phanh khẩn cấp Ngược lại, nếu hoạt động ở mô-men phanh thấp hơn điểm tối ưu, hiệu quả phanh sẽ giảm đáng kể, gây ra nguy cơ không an toàn và có thể dẫn đến lật xe Để cải thiện hiệu quả và an toàn, nhiều hãng xe hiện nay đã phát triển các hệ thống phanh tiên tiến, tích hợp công nghệ chống trượt như ABS và TCS, cùng với hệ thống cân bằng điện tử ESP, nhằm nâng cao độ an toàn khi lái xe.
Program); trong đó có cả hệ thống phân bố lực phanh điện tử EBD (Electronic Braking-force distribution).
Để tối ưu hóa hiệu quả phanh trong mọi chế độ, trước tiên cần nghiên cứu lý thuyết điều chỉnh đặc tính phanh Việc điều chỉnh này có thể thực hiện qua nhiều phương pháp khác nhau, trong đó cách điều chỉnh giúp đường đặc tính phanh thực tế gần sát với đường đặc tính phanh lý thuyết được gọi là "bộ điều chỉnh phân bố áp suất theo thời điểm", hay còn được biết đến là bộ điều chỉnh lực phanh loại 1.
Hình 5.3 minh họa quy luật điều chỉnh áp suất phanh đặc trưng của bộ điều chỉnh lực phanh loại 1, trong đó đường đặc tính áp suất phanh thực tế được chia thành hai đoạn bởi hai đường thẳng giao nhau.
Đoạn đầu tiên là đường phân giác đi qua gốc tọa độ của hệ trục tọa độ p1Op2, giao với đường lý thuyết tại điểm A, được gọi là điểm bắt đầu điều chỉnh Đoạn thứ hai nối từ điểm A đến điểm B, nơi có áp suất làm việc định mức theo thiết kế.
Hai dòng phanh trước và sau ban đầu có áp suất làm việc bằng nhau, tức là p2_TT = p1_TT, với hệ số góc k = 1 Khi bắt đầu điều chỉnh từ điểm A, áp suất dòng phanh cầu sau p2_TT được giảm xuống với hệ số góc k < 1, cắt đường lý thuyết tại điểm B, tương ứng với mô-men phanh có hệ số bám lớn nhất theo thiết kế.
Hình 5.3: Đặc tính điều chỉnh áp suất phanh loại 1
Hình 5.3 minh họa các đường cong áp suất phanh lý thuyết và thực tế cho dòng sau Đường cong đầu tiên thể hiện áp suất phanh lý thuyết, trong khi đường thứ hai là áp suất thực tế chưa được điều chỉnh Đường thứ ba cho thấy áp suất thực tế đã được điều chỉnh bởi van điều chỉnh áp suất, dự kiến sẽ được thiết kế trong phần tiếp theo Điểm A đánh dấu sự bắt đầu của quá trình điều chỉnh, trong khi điểm B là điểm làm việc theo định mức Đường đặc tính này cho thấy bộ điều chỉnh hoạt động một chế độ, tức là chỉ có một điểm điều chỉnh duy nhất tại điểm A Sau điểm A, áp suất dòng phanh cho cầu sau sẽ giảm và thay đổi theo đoạn AB.
Hình 5.3b minh họa đồ thị đặc tính điều chỉnh loại 1 cho một chế độ làm việc với điểm điều chỉnh cố định, bắt đầu từ một vị trí trên đường cong lý thuyết tương ứng với chế độ không tải của xe.
1- Đường đặc tính không điều chỉnh;
2- Đường đặc tính phanh lý tưởng (xe đầy tải);
3- Đường đặc tính điều chỉnh;
4- Đường đặc tính lý tưởng (xe không tải);
5- Điểm bắt đầu điều chỉnh Hình 5.3b: Các đường đặc tính điều chỉnh của bộ điều chỉnh một chế độ
Đối với xe có tải trọng nhỏ và ổn định hoặc thay đổi không đáng kể, chẳng hạn như xe con 4-5 chỗ ngồi, có thể thiết kế bộ điều chỉnh đơn giản với một chế độ điều chỉnh như được minh họa trong hình 5.4.
Hình 5.4: Sơ đồ nguyên lý bộ điều chỉnh áp suất phanh loại 1 (một chế độ)
Hình 5.4 mô tả cấu trúc của hệ thống điều chỉnh áp suất với các thành phần quan trọng như dòng dầu từ xy lanh chính, buồng áp suất cao p1 và buồng áp suất thấp p2 Cửa thông giữa hai buồng cho phép dòng dầu dẫn ra cầu sau, trong khi lò xo cân bằng và hồi vị piston đảm bảo hoạt động ổn định Cần piston kết nối với thân van điều chỉnh áp suất, và van hồi dầu cho dòng sau p2 giúp duy trì áp suất Ngoài ra, việc điều chỉnh cố định lực lò xo cũng được thể hiện, với D là đường kính đỉnh piston và d là đường kính cần piston.
5.2.2 Xây dựng đặc tính điều chỉnh áp suất phanh loại 1 Để xây dựng đường đặc tính điều chỉnh áp suất phanh như các minh họa trên các hình 5.3, trước hết cũng phải xác định mô-men phanh lý thuyết; để từ đó xác định biểu thức quy ước đối với áp suất quy dẫn lý thuyết đối với các hằng số điều chỉnh tương đương C1dc và C2dc tại điểm bắt dầu điều chỉnh; tức là:
Các hằng số C1dc và C2dc trong công thức được xác định dựa trên các hằng số kết cấu điều chỉnh của cơ cấu phanh, tương ứng với các đặc tính điều chỉnh K1dc và K2dc Cụ thể, C1dc = K1dc và C2dc = K2dc, phản ánh mối quan hệ giữa các yếu tố trong hệ thống phanh.
Áp suất phanh cho dòng sau bắt đầu điều chỉnh p2dc giảm theo đặc tính điều chỉnh, với điểm điều chỉnh (A) được thực hiện sớm tại mô-men phanh lý thuyết, tương ứng với giá trị áp suất phanh khoảng một phần ba (1/3) giá trị định mức thiết kế lớn nhất p1max.
Hệ số bám lớn nhất theo thiết kế thường tương đương với khoảng ẵ hệ số bám lớn nhất Trong ví dụ minh họa này, hệ số bám lớn nhất được thiết kế là max = 0,85, trong khi hệ số bám tại điểm giao điều chỉnh dao động từ 0,4 đến 0,45, do bảng dữ liệu không tính đến điểm ứng với hệ số bám 0,425.
Với tính toán minh họa, có thể chọn dc = 0,4, tương ứng với khoảng 50% của max Điều này đảm bảo mô-men thực tế ở mỗi bánh xe cầu trước và cầu sau cân bằng với mô-men lý thuyết tại bx = 0,40, như đã trình bày trong bảng 5.3.
Mbx1 = 4968 [N.m]; Mbx2 = 5832 [N.m] (5.9) Ứng với mô-men phanh lý thuyết này, áp suất phanh có thể lấy theo tính toán tương ứng ở minh họa này là p 1dc = 6,088.10 6 [N/m 2 ] (xem bảng 3.3 và
Tức là, các cơ cấu phanh phải thiết kế lại các thông số kết cấu K1dc[m 2 ] và
K2dc[m 2 ] cho các bánh xe trước và sau ứng với điểm giao nhau là (p1dc = p2dc):
{ ¿ ¿ K K 1dc 2dc = = M M p p 1 2 bx1 bx2 dc dc = = 4968 6,088.10 5832 6,088.10 6 6 =0,000816 =0,000958 (5.10)
Giai đoạn đầu của quá trình phanh thực tế diễn ra khi áp suất phanh giữa dòng trước và dòng sau là đồng nhất, với giá trị từ 0 đến pdc = 6,088.10^6 [N/m²] Điều này cho thấy áp suất quy dẫn của dòng trước và dòng sau lý thuyết được chuyển đổi tương ứng với các hệ số điều chỉnh C1dc = K1dc và C2dc = K2dc.
ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH PHÂN BỐ ĐIỆN TỬ EBD
Hệ thống điều chỉnh phân bố lại lực phanh cho cầu trước và cầu sau hiện nay không còn sử dụng bộ điều chỉnh lực phanh cơ khí, mà thay vào đó, hệ thống tự động điều chỉnh áp suất dòng phanh sau thông qua hệ thống ABS Điều này giúp đặc tính điều chỉnh tiệm cận theo lý thuyết, như minh họa trong hình 5.11.
Hình 5.4: Minh họa đặc tính điều chỉnh lực phanh điện tử EBD
Hình 5.4 mô tả các đặc tính lực phanh trong hệ thống phanh, bao gồm: 1- Đặc tính lực phanh lý tưởng với tải bất kỳ; 2- Đặc tính điều chỉnh lực phanh theo thiết kế cơ khí; 3- Đặc tính điều chỉnh lực phanh điện tử EBD; 4- Tăng cường lực phanh ở bánh xe sau so với thiết kế ban đầu; 5- Đặc tính lực phanh lý tưởng với tải nặng Điểm D chỉ ra thời điểm bắt đầu điều chỉnh phân bố áp suất phanh cho cầu sau thông qua hệ thống ABS với tải bất kỳ.
Hệ thống phanh mới loại bỏ van điều chỉnh áp suất cơ học truyền thống, dẫn đến việc không còn đường điều chỉnh Đường cong phân phối lực phanh bắt đầu từ điểm giao nhau với đường cong lý tưởng, như minh họa trong hình 3.11.
Việc điều chỉnh phân bố lực phanh là quá trình liên tục, phụ thuộc vào cường độ phanh của bánh xe cầu trước Điều này có nghĩa là các điểm bắt đầu điều chỉnh sẽ thay đổi dựa trên mức độ trượt của bánh xe sau so với bánh xe trước, liên quan đến hệ thống phân bố lực phanh điện tử EBD.
ECU liên tục theo dõi sự khác biệt trượt giữa bánh trước và bánh sau trong mọi tình huống lái xe Khi tỷ lệ trượt vượt quá ngưỡng ổn định trong quá trình phanh, van đầu vào áp suất ABS cho bánh sau sẽ được đóng lại, ngăn chặn sự gia tăng áp suất phanh ở bánh xe sau.
Khi người lái xe tiếp tục tăng lực lên bàn đạp phanh, áp suất phanh sẽ tăng, dẫn đến mức độ trượt ở bánh trước cũng gia tăng Sự chênh lệch giữa trượt bánh trước và bánh sau sẽ giảm, khiến van đầu vào áp suất mở lại và áp suất ở bánh sau tăng lên Quá trình này có thể lặp lại nhiều lần tùy thuộc vào lực bàn đạp phanh và thao tác thực hiện Đối với chức năng phân phối lực phanh điện tử (EBD), chỉ có van phanh sau của hệ thống ABS được kích hoạt, trong khi động cơ bơm cho dòng sau hoạt động cùng với các van ABS để tối ưu hóa áp suất phanh, đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất.
0.000 2.000 4.000 6.000 8.000 10.000 12.000 14.000 16.000 18.000 20.000 Đặc tính điều chỉnh áp suất phanh điện tử EBD Áp suất phanh dòng trước Áp suất phanh dòng sau
Thời gian (s) Á p su ất p ha nh (M N )
Hình 5.5: Minh họa đặc tính điều chỉnh áp suất phanh điện tử EBD
Hình 5.5 minh họa sự thay đổi áp suất dòng phanh trước và sau theo thời gian phanh thực Khi không điều chỉnh, áp suất dòng phanh sau tương đương với dòng phanh trước, nhưng với điều chỉnh, đường đặc tính lực phanh cầu sau được cải thiện, gần đạt đến đường đặc tính phanh lý thuyết Kết quả là lực phanh tổng được nâng cao, dẫn đến gia tốc phanh trung bình và thời gian phanh được cải thiện.
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH TỰ ĐỘNG 68
Hệ thống phanh tự động thông minh AEB
Công nghệ hệ thống phanh tự động AEB được phát triển dựa trên nền tảng kỹ thuật của hệ thống phanh tích hợp ABS/TCS, giúp ngăn ngừa hiện tượng trượt quay cho các bánh xe chủ động Hệ thống này hoạt động hiệu quả trong điều kiện bám đường thấp, khi lực bám tại bánh xe chủ động nhỏ hơn lực kéo, từ đó nâng cao an toàn cho người lái.
6.1.1 Các loại hệ thống AEB
Hệ thống phanh tự động khẩn cấp (AEB) sử dụng cảm biến radar, laser hoặc camera để phát hiện và quan sát các nguy cơ tiềm ẩn có thể gây ra va chạm với phương tiện khác, người đi bộ hoặc các mối nguy hiểm xung quanh.
Hệ thống AEB (Hệ thống phanh khẩn cấp tự động) có nhiều loại, nhưng chủ yếu sử dụng cảnh báo hình ảnh, âm thanh hoặc rung tay lái để thông báo cho người lái Nếu người lái không phản ứng kịp thời với các cảnh báo này, AEB sẽ tự động thực hiện phanh Một số hệ thống AEB tiên tiến còn có chức năng căng dây đai an toàn, giúp giảm thiểu tổn thương cho hành khách trong trường hợp xảy ra va chạm.
Và hệ thống AEB sẽ tự động tắt nếu phát hiện tài xế bẻ tay lái chuyển hướng di chuyển.
Hệ thống ngăn ngừa va chạm chia làm 3 loại chính:
Hệ thống ngăn ngừa va chạm ở tốc độ thấp, phiên bản phanh AEB, có khả năng phản ứng với các xe ô tô khác nhưng lại không nhạy với khách bộ hành và các phương tiện khác Tùy thuộc vào từng phiên bản, radar có thể quét khoảng cách từ 8-10 mét phía trước xe và ngăn ngừa va chạm khi di chuyển ở tốc độ từ 30-50 km/h Hệ thống AEB sẽ tự động tắt nếu phát hiện tài xế bẻ tay lái để chuyển hướng di chuyển.
Hệ thống ngăn ngừa va chạm ở tốc độ cao sử dụng radar tầm xa, có khả năng quét phát hiện các phương tiện khác ở khoảng cách 200 mét khi di chuyển với tốc độ lên đến 80 km/h.
Hệ thống ngăn ngừa va chạm với khách bộ hành sử dụng công nghệ kết hợp giữa camera và radar để nhận diện hình dáng và đặc điểm của người đi bộ Hệ thống này sẽ tính toán tốc độ của xe nhằm xác định mức độ nguy hiểm tiềm ẩn, từ đó giúp đảm bảo an toàn cho người đi bộ.
6.1.2 Chức năng của hệ thống phanh tự động khẩn cấp AEB (Autonomous Emergency Braking)
- Giúp cảnh báo cho lái xe về một vụ va chạm sắp xảy ra, đồng thời giúp lái xe phanh với một lực tối đa
Hệ thống phanh AEB được thiết kế để hỗ trợ lái xe trong các tình huống khẩn cấp, nhưng người điều khiển xe vẫn phải chịu trách nhiệm trong trường hợp xảy ra tai nạn.
- Hệ thống hỗ trợ phanh chủ động góp phần giảm thiểu nguy cơ va chạm từ phía sau và giảm thiểu hậu quả của tai nạn.
Khoảng cách an toàn giữa các phương tiện là yếu tố quan trọng để ngăn ngừa tai nạn nghiêm trọng Hệ thống hỗ trợ phanh chủ động có khả năng giảm thiểu nguy cơ va chạm với xe phía trước thông qua ba cơ chế hoạt động hiệu quả.
Hình 6.1: Diễn biến hoạt động hệ thống phanh AEB
Với sự phát triển của công nghệ ô tô tự lái, hệ thống phanh tích hợp ABS/TCS đã được cải tiến để thực hiện phanh tự động trong các tình huống khẩn cấp thông qua AEB Hệ thống phanh AEB không chỉ có khả năng phanh tự động mạnh mẽ mà còn có thể điều chỉnh lực phanh nhỏ để duy trì tốc độ xe và kiểm soát khoảng cách an toàn với xe phía trước, cũng như dừng lại trước tín hiệu đèn đỏ giao thông cho ô tô tự lái.
6.1.3 Cấu tạo hệ thống AEB
Hệ thống phanh tự động AEB dẫn động thủy lực hoạt động theo nguyên lý mà các van của hệ thống này và hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS không hoạt động ở chế độ phanh bình thường Trong trạng thái này, các van điện từ (Solenoids Valve) cũng chưa được kích hoạt.
Hệ thống phanh AEB hoạt động trong chế độ phanh bình thường bao gồm các thành phần chính như bàn đạp phanh, bầu trợ lực phanh, và xy lanh chính Các thiết bị bổ sung như bình ổn áp, cơ cấu phanh bánh xe bên phải và bên trái, cùng với các van nạp và xả, đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh áp lực phanh Hệ thống còn có bình tích áp, bơm điện và van chuyển đổi giúp điều khiển dòng dầu đến xy lanh chính khi phanh tự động, đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu và an toàn cho người lái.
Valve (Van chuyển dầu); LV- Limit Valve (Van điều chỉnh hạn chế áp suất làm việc).
Các van cấp của ABS (IV) luôn ở trạng thái mở, trong khi các van xả (OV) được giữ ở trạng thái đóng nhờ lò xo nén Van chuyển đổi (CV) cho phép hoặc không cho dầu quay trở lại xy-lanh chính trong chế độ phanh tự động AEB, và cũng ở trạng thái mở để thông dòng dầu từ xy lanh đến bình chứa và các xy lanh cơ cấu phanh Đồng thời, van chuyển dầu (HV) đóng lại để ngăn dòng dầu từ xy lanh chính đến vùng áp thấp của bơm (PE).
Hình 6.3 minh họa chế độ phanh tự động, trong đó van chuyển đổi (CV) được điều khiển đóng để ngăn dòng dầu bơm dầu (PE) đi ngược về xy lanh và bình chứa (3) Đồng thời, van chuyển dầu (HV) ở trạng thái mở, cho phép chuyển dầu từ bình chứa đến bơm.
Hình 6.3: Sơ đồ minh họa hệ thống phanh AEB ở chế độ phanh tự động
Hệ thống hỗ trợ lái nâng cao ADAS sử dụng cảm biến LIDAR để kiểm soát môi trường xung quanh ô tô, giám sát khoảng cách với người đi bộ và các phương tiện khác Khi phát hiện tình huống không an toàn, bộ điều khiển trung tâm ECU sẽ ngay lập tức kích hoạt hệ thống phanh dừng khẩn cấp AEB.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh dầu với hệ thống AEB điều khiển phanh có thể được trình bày như sau:
Van nạp (IV) luôn mở và van xả (OV) luôn đóng để đảm bảo chế độ phanh bình thường mà không cần đến ABS Khi người lái xe đạp phanh, dầu từ xy lanh chính được ép qua van nạp đến các xy lanh của cơ cấu phanh bánh xe, làm cho các má phanh tiếp xúc với đĩa phanh để thực hiện quá trình phanh hiệu quả.
Tính toán điều khiển phanh ABS
6.2.1 Cơ sở lý thuyết về phanh chống hãm cứng bánh xe ABS
Trong quá trình điều khiển hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe ABS, mô men phanh thực tế được điều chỉnh thông qua việc thay đổi áp suất phanh trong các xy lanh Việc điều chỉnh áp suất không chỉ nhằm ngăn chặn hiện tượng trượt bánh xe khi phanh, mà còn để duy trì độ trượt của bánh xe trong khoảng từ λ1 đến λ2, đảm bảo hệ số bám gần đạt giá trị cực đại.
Hệ thống phanh ABS hoạt động theo 2 pha chính: pha tăng áp suất và pha giảm áp suất, trong đó có giai đoạn duy trì áp suất tối thiểu nhờ vào bình tích năng Chính vì vậy, hệ thống ABS được gọi là hệ thống 2 pha.
Một số hệ thống phanh ABS được trang bị tính năng duy trì áp suất tối đa, trong đó cả hai van sẽ cùng đóng lại khi đạt áp suất tối đa, được gọi là ABS 3 pha.
Chu kỳ thay đổi áp suất trong các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay được điều chỉnh để hệ số trượt dao động từ λ1 đến λ2, với giá trị từ 10% đến 30% quanh giá trị tối đa của hệ số bám Tần số thay đổi áp suất của hệ thống phanh ABS trong dẫn động khí nén dao động từ 3 Hz đến 8 Hz, trong khi ở dẫn động thủy lực có thể lên đến 20 Hz.
Hình 1.1: Ba giai đoạn phanh của hệ thống phanh ABS 3 pha
Dựa trên nguyên lý điều khiển tự động của hệ thống phanh ABS, chúng ta có thể thiết lập hệ phương trình chuyển động của ô tô khi thực hiện phanh với áp suất được điều chỉnh theo nguyên lý này.
Phương trình cơ bản xe đang chuyển động đều trên đường nằm ngang:
Công thức tính lực kéo ở bánh xe chủ động được biểu diễn bằng Fk = G.(a+b.V) + k.A.V², trong đó Fk là lực kéo, G là trọng lượng xe, a và b là các hằng số đặc trưng cho hệ số cản lăn phụ thuộc vào tốc độ ô tô V Các hằng số k và A đại diện cho hệ số cản không khí và diện tích cản chính diện của xe.
Khi lái xe phanh, người lái cần nhả chân khỏi bàn đạp ga (Fk = 0) và đồng thời đạp bàn đạp phanh Hành động này sẽ tạo ra lực cản bổ sung do phanh, ảnh hưởng đến phương trình chuyển động của xe.
F p và lực quán tính chuyển động chậm dần F j của ô tô do xe bị phanh
Phương trình chuyển động chậm dần của xe khi phanh như sau:
0 = G.(a+b.V) + k.A.V 2 + Fp – m dt dV (2) Suy ra gia tốc chậm dần khi phanh đối với xe có thể xác định bằng: dV dt = ( a +b.V + ( k A V G 2 + F p ) ) g (3)
Trong phương trình (3), lực phanh Fp được hình thành trong khu vực tiếp xúc giữa lốp và mặt đường, và sẽ có những trạng thái biến đổi theo cơ chế điều khiển chống trượt.
Lực phanh tối đa đạt được khi lực bám lý tưởng được duy trì ổn định trong suốt quá trình phanh, đảm bảo không xảy ra hiện tượng hãm cứng bánh xe.
Lực phanh sẽ biến đổi khi gặp hiện tượng hãm cứng, với áp suất phanh px trong hệ thống được điều chỉnh bởi hệ thống ABS để duy trì hiệu quả phanh chống trượt.
Fp = Kc.px, trong đó px nằm trong khoảng [p min ÷ p max] Kc và px là các thông số quan trọng của cơ cấu phanh, giúp duy trì lực phanh tại vùng tiếp xúc giữa lốp và mặt đường mà không vượt quá giới hạn bám pmin và pmax là áp suất tối thiểu và tối đa được điều chỉnh trong hệ thống phanh ABS.
Lực phanh lớn nhất có thể được biểu diễn dựa trên lực bám lớn nhất, phụ thuộc vào trọng lượng G và hệ số bám φ max tương ứng.
Fpmax = KC.pmax ≈ G φ max (6) Hay suy ra áp suất lớn nhất được xác định: pmax = G.φ K max
Tổng hợp các biểu thức trên, ta có thể viết lại:
Để giải hệ phương trình (4), cần xác định quy luật biến đổi áp suất px và chu kỳ biến đổi áp suất p x trong khoảng từ p min đến p max.
6.2.2 Mô hình điều khiển áp suất min - max của ABS
Hiện nay, sự phát triển của công nghệ điều khiển điện tử đã nâng cao khả năng điều khiển van điện từ trong hệ thống phanh ABS Việc điều khiển này diễn ra nhanh chóng với tần số từ 3Hz đến 8Hz cho hệ thống dẫn động khí nén, và lên tới 20Hz cho hệ thống dẫn động thủy lực.
Chu kỳ của hệ thống ABS 3 pha thay đổi áp suất bao gồm ba giai đoạn chính: đầu tiên là pha duy trì áp suất tối đa sau khi đạp phanh đạt giá trị định mức; tiếp theo là pha giảm áp suất từ mức tối đa xuống mức tối thiểu và duy trì mức tối thiểu nhờ vào bình tích năng; cuối cùng là pha tăng áp suất từ mức tối thiểu trở lại mức tối đa.
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH DỪNG
7.1.1 Xác định momen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh:
Hình 7.1 Sơ đồ phân bố tải trọng xe
Hệ số bám tối thiểu của đường phải đạt: 𝜑2min:
Phản lực ở cầu sau khi xe đứng yên quay đầu lên dốc có góc dốc α :
Ga : Trọng lượng toàn bộ của ôtô, điểm đặt tại tọa độ trọng tâm của xe, phương chiều như hình vẽ.
Z2 : Phản lực pháp tuyến từ mặt đường lên bánh sau (khi lên dốc);
Chiều dài cơ sở của xe (Lo) và chiều cao trọng tâm (hg) là hai yếu tố quan trọng trong thiết kế xe Khoảng cách từ cầu trước đến tọa độ trọng tâm (a) cũng ảnh hưởng đến hiệu suất lái Đặc biệt, góc dốc (α) được tính cho góc dốc 10 độ, có thể tác động đến lực phanh ở cầu sau Việc hiểu rõ các thông số này giúp tối ưu hóa khả năng vận hành và an toàn của xe.
- hệ số bám ở bánh xe cầu sau.
Mô-men phanh dừng yêu cầu ở cầu sau:
Rbx - Bán kính làm việc bánh xe;
Sau khi cân bằng mô -men phanh do cơ cấu phanh sinh ra, tức là:
Mô-men phanh dừng yêu cầu ở một cơ cấu phanh của bánh xe sau :
Sau khi cân bằng mô -men phanh do cơ cấu phanh sinh ra, tức là:
Trong đó Mpcc theo công thức tính mô-men phanh do cơ cấu phanh sinh ra là kiểu trống guốc.
+ Đối với guốc phía trước ta có:
+ Đối với guốc phía sau (được cường hóa thêm lực đẩy bởi thanh cường hóa do phản lực tỳ của guốc trước truyền qua thanh cường hóa) ta có:
Mg2 = F 2 ( b−r a+ b 0 ) ( c−r c+ r 0 0 ) [2] với kiểu tang trống & đòn bẩy kéo lực tác dụng lên 2 guốc F1 và F2 tỷ lệ :
F1.x1 = F2.x2 [3] trong đó: x1 và x2 tương ứng là cánh tay đòn từ điểm đặt lực F1, F2 đến điểm đặt lực kéo Fk của dây cáp. x1 = 0,199 [m]; x2 = 0,262 [m]
Lực F1 do đòn kéo phanh dừng tạo ra:
[1] LÊ VĂN TỤY, Hướng dẫn tính toán và thiết kế hệ thống ô tô, Giáo trình mạng nội bộ Khoa Cơ Khí Giao Thông –Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.
[2] NGUYỄN HOÀNG VIỆT, Kết cấu tính toán và thiết kế ô tô, Giáo trình mạng nội bộ Khoa Cơ Khí Giao Thông –Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.
[3] NGUYỄN HỮU CẨN, Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội -2005.
