Thiết kế, tính toán hệ thống phanh ABS khí nén cầu trước trang bị ABS cho xe tải

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU4CHƯƠNG 1TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH61.1. Công dụng, phân loại, yêu cầu kết cấu hệ thống phanh.61.1.1. Công dụng hệ thống phanh61.1.2. Phân loại61.1.3. Yêu cầu kết cấu71.2. Cấu tạo chung hệ thống phanh khí nén.81.2.1.Cơ cấu phanh tang trống điều khiển bằng cam.81.2.2. Hệ thống dẫn động điều khiển phanh.91.3. Giới thiệu về xe tham khảo.121.3.1. Thông số kỹ thuật.121.3.2. Hệ thống phanh khí nén trên xe.131.4. Hệ Thống chống bó cứng phanh _ ABS.231.4.1. Tổng quan về ABS231.4.2. Cơ sở lý thuyết hệ thống ABS.271.4.3. Hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén.35CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH CẦU TRƯỚC …………………………………………………………………… ….......462.1. Xác định momen phanh cần thiết trên cơ cấu phanh sau.462.2. Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh dạng tang trống.482.2.1 Xác định góc δ và bán kính ρ của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh cơ cấu phanh cầu trước.482.2.2. Xác định các lực tác dụng lên má phanh theo họa đồ lực phanh.522.2.3. Kiểm tra hiện tượng tự xiết.542.2.4. Xác định chiều rộng má phanh.562.2.5. Kiểm nghiệm má phanh.562.2.6. Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh.582.3. Tính bền một số chi tiết trong hệ thống.592.3.1. Tính bền trống phanh.592.3.2. Tính bền chốt phanh.61CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DẪN ĐỘNG PHANH CHÍNH.623.1. Thiết kế tính toán bầu phanh trước.623.2. Tính toán lượng khí nén633.2.1.Các thông số kỹ thuật của máy nén khí643.2.2. Năng suất của máy nén khí (lưu lượng)643.2.3 Tính toán lượng tiêu hao nhiên liệu sau mỗi lần phanh.653.2.4. Tính bền đường ống dẫn động phanh663.3 .Tính toán van điều khiển.673.3.1. Sơ đồ tính toán.673.3.2. Tính toán buồng trên683.3.3 Tính toán buồng dưới69CHƯƠNG 4TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ CẢM BIẾN TỐC ĐỘ GÓC BÁNH XE714.1. Giới thiệu cảm biến đo tốc độ góc.714.1.1. Nguyên lý đo vận tốc góc.714.1.2. Các loại cảm biến đo tốc độ góc.714.1.3. Lựa chọn cảm biến đo đạc trên xe thí nghiệm.744.2. Thiết kế, tính toán vành răng cảm biến tốc độ góc bánh xe.844.2.1. Cơ sở thiết kế vành răng cảm biến844.2.2. Tính, lựa chọn các thông số kỹ thuật của vành răng.854.3. Lựa chọn phương án gá đặt cảm biến trên xe thí nghiệm.884.3.5. Lựa chọn phương án thiết kế và bố trí vành răng.924.4. Kết quả thí nghiệm bộ cảm biến đo tốc độ góc bánh xe.93CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ _ ECU ABS……………..985.1. Cơ sở thiết kế ECU.985.1.1. Tín hiệu điều khiển ABS.985.1.2. Quá trình điều khiển ABS.1015.2. Cách thức điều khiển ECU theo giá trị ngưỡng.1035.3. Thiết kế bộ điều khiển điện tử ECU – ABS.1075.3.1. Thiết kế các module bên trong ECU.1075.3.2.Chế tạo mạch điều khiển1115.4.Thử nghiệm ECUABS113CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH1176.1. Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết.1176.2.Thứ tự các nguyên công118CHƯƠNG 7 NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH VÀ CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS1237.1. Quy trình thử nghiệm hệ thống chống hãm cứng bánh xe.1237.2. Các thông số cần đo đạc khi kiểm định.1267.3. Phương pháp chẩn đoán hệ thống ABS.129KẾT LUẬN130TÀI LIỆU THAM KHẢO133 Thiết kế, tính toán, hệ thống phanh ABS, khí nén cầu trước, trang bị ABS cho xe tải

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH 6

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu kết cấu hệ thống phanh 6

1.1.1 Công dụng hệ thống phanh 6

1.1.2 Phân loại 6

1.1.3 Yêu cầu kết cấu 7

1.2 Cấu tạo chung hệ thống phanh khí nén 8

1.2.1.Cơ cấu phanh tang trống điều khiển bằng cam 8

1.2.2 Hệ thống dẫn động điều khiển phanh 9

1.3 Giới thiệu về xe tham khảo 12

1.3.1 Thông số kỹ thuật 12

1.3.2 Hệ thống phanh khí nén trên xe 13

1.4 Hệ Thống chống bó cứng phanh _ ABS 23

1.4.1 Tổng quan về ABS 23

1.4.2 Cơ sở lý thuyết hệ thống ABS 27

1.4.3 Hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén 35

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ CƠ CẤU PHANH CẦU TRƯỚC ……… … 46

2.1 Xác định momen phanh cần thiết trên cơ cấu phanh sau 46

2.2 Thiết kế, tính toán cơ cấu phanh dạng tang trống 48

2.2.1 Xác định góc δ và bán kính ρ của lực tổng hợp tác dụng lên má phanh cơ cấu phanh cầu trước 48

2.2.2 Xác định các lực tác dụng lên má phanh theo họa đồ lực phanh 52

2.2.3 Kiểm tra hiện tượng tự xiết 54

2.2.4 Xác định chiều rộng má phanh 56

2.2.5 Kiểm nghiệm má phanh 56

2.2.6 Tính toán nhiệt phát ra trong quá trình phanh 58

2.3 Tính bền một số chi tiết trong hệ thống 59

2.3.1 Tính bền trống phanh 59

2.3.2 Tính bền chốt phanh 61

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN DẪN ĐỘNG PHANH CHÍNH 62

3.1 Thiết kế tính toán bầu phanh trước 62

3.2 Tính toán lượng khí nén 63

3.2.1.Các thông số kỹ thuật của máy nén khí 64

3.2.2 Năng suất của máy nén khí (lưu lượng) 64

3.2.3 Tính toán lượng tiêu hao nhiên liệu sau mỗi lần phanh 65

3.2.4 Tính bền đường ống dẫn động phanh 66

3.3 Tính toán van điều khiển 67

3.3.1 Sơ đồ tính toán 67

3.3.2 Tính toán buồng trên 68

3.3.3 Tính toán buồng dưới 69

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ CẢM BIẾN TỐC ĐỘ GÓC BÁNH XE 71

4.1 Giới thiệu cảm biến đo tốc độ góc 71

4.1.1 Nguyên lý đo vận tốc góc 71

4.1.2 Các loại cảm biến đo tốc độ góc 71

4.1.3 Lựa chọn cảm biến đo đạc trên xe thí nghiệm 74

4.2 Thiết kế, tính toán vành răng cảm biến tốc độ góc bánh xe 84

4.2.1 Cơ sở thiết kế vành răng cảm biến 84

4.2.2 Tính, lựa chọn các thông số kỹ thuật của vành răng 85

4.3 Lựa chọn phương án gá đặt cảm biến trên xe thí nghiệm 88

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 2

4.3.5 Lựa chọn phương án thiết kế và bố trí vành răng 92

4.4 Kết quả thí nghiệm bộ cảm biến đo tốc độ góc bánh xe 93

CHƯƠNG 5 THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THỬ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ _ ECU ABS……… 98

5.1 Cơ sở thiết kế ECU 98

5.1.1 Tín hiệu điều khiển ABS 98

5.1.2 Quá trình điều khiển ABS 101

5.2 Cách thức điều khiển ECU theo giá trị ngưỡng 103

5.3 Thiết kế bộ điều khiển điện tử ECU – ABS 107

5.3.1 Thiết kế các module bên trong ECU 107

5.3.2 Chế tạo mạch điều khiển 111

5.4 Thử nghiệm ECU-ABS 113

CHƯƠNG 6 THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CHI TIẾT ĐIỂN HÌNH 117

6.1 Phân tích tính công nghệ trong kết cấu chi tiết 117

6.2.Thứ tự các nguyên công 118

CHƯƠNG 7 NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG QUY TRÌNH KIỂM ĐỊNH VÀ CHẨN ĐOÁN HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 123

7.1 Quy trình thử nghiệm hệ thống chống hãm cứng bánh xe 123

7.2 Các thông số cần đo đạc khi kiểm định 126

7.3 Phương pháp chẩn đoán hệ thống ABS 129

KẾT LUẬN 130

TÀI LIỆU THAM KHẢO 133

LỜI NÓI ĐẦU

Nền công nghiệp ô tô trong nước đang nỗ lực tìm chỗ đứng của mình, khi

phải cạnh tranh với nhiều nhà sản xuất nước ngoài Chính sách của nhà

nước là chú trọng phát triển vào phân khúc xe tải tải trọng nhỏ để gia tăng

sức tiêu thụ trong nước

Hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an toàn chuyển

động của ô tô Để đạt các chỉ tiêu hiệu quả, ổn định hướng chuyển động

của xe khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc, hệ thống phanh trên ô tô ngày

càng được hoàn thiện về bố trí, kết cấu, lắp đặt và vận hành Sự phát triển

của khoa học, công nghệ kỹ thuật điện, điện tử và điều khiển tự động ngày

càng ứng dụng phổ biến trong công nghiệp ô tô nói chung, hệ thống phanh

nói riêng

Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh ABS _ Anti-lock Brake

System_ ra đời với mục đích nâng cao hiệu quả phanh cho ô tô trong mọi

trường hợp chuyển động, như chống bó cứng bánh xe khi phanh, đảm bảo

tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh Các hệ thống ABS

trên xe đang ngày được phát triển và kết hợp cùng với các hệ thống hỗ trợ

khác như EBD, BAS, TRC, ASR, ESP

Hệ thống ABS là hệ thống không thể thiếu trên ô tô ở nhiều quốc gia Tuy

nhiên tại Việt Nam, đây vẫn là thiết bị chưa bắt buộc phải trang bị trên các

dòng xe tải có trọng tải nhỏ Hầu hết các cơ sở sản xuất lắp ráp ô tô trong

nước chưa nghiên cứu để làm chủ công nghệ ABS và phát triển thương mại

sản phẩm xe tải lắp ráp hệ thống ABS Các liên doanh ô tô cũng không

nghiên cứu sản phẩm này tại Việt Nam mà chỉ lắp ráp từ phụ kiện nhập

ngoại

Nhằm nâng cao tính năng an toàn, chất lượng và khả năng cạnh tranh của ô

tô tải sản xuất lắp ráp trong nước, đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 4

“Nghiên cứu thiết kế chế tạo thử nghiệm hệ thống ABS cho hệ thống phanh

khí nén trên ô tô tải sản xuất, lắp ráp trong nước” đã được thực hiện tại

trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Dưới sự hướng dẫn của thầy giáo

PGS.TS Hồ Hữu Hải, đề tài tốt nghiệp của nhóm chúng em thực hiện một

phần trong đề tài cấp Nhà Nước đó, với nội dung “Thiết kế, tính toán hệ

thống phanh ABS khí nén cầu trước trang bị ABS cho xe tải”.

Sau 15 tuần nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thử dưới sự hướng dẫn, chỉ bảo

của PGS.TS Hồ Hữu Hải, và tập thể các thầy trong bộ môn ô tô đã tạo điều

kiện, cùng sự hợp tác nhiệt tình của đội ngũ cán bộ, công nhân trực thuộc

công ty ôtô MêKông, nhóm chúng em đã hoàn thành được đồ án của mình

Nhóm sinh viên

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH

1.1 Công dụng, phân loại, yêu cầu kết cấu hệ thống phanh.

Theo công dụng hệ thống phanh được chia thành các loại sau:

 Hệ thống phanh chính (phanh chân), dùng để giảm tốc độ khi xe

đang chuyển động

 Hệ thống phanh dừng (phanh tay), dùng đỗ xe khi người lái rời khỏi

buồng lái và dùng làm phanh dự phòng

 Hệ thống chậm dần (phanh bổ trợ) (phanh bằng động cơ, thuỷ lực

hoặc điện từ), dùng để tiêu hao bớt một phần động năng của ô tô khi

cần tiến hành phanh lâu dài (phanh trên dốc dài)

1.1.2.2 Theo kết cấu của cơ cấu phanh

Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành hai loại

sau:

 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh dải

 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh tang trống

 Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa

1.1.2.3 Theo dẫn động phanh

Theo dẫn động hệ thống phanh được chia ra:

 Hệ thống phanh dẫn động cơ khí

 Hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực

 Hệ thống phanh dẫn động liên hợp: khí nén - thuỷ lực, …

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 6

 Hệ thống phanh có cường hoá (có trợ lực).

1.1.2.4 Theo mức độ hoàn thiện hệ thống phanh

Hệ thống phanh được hoàn thiện theo hướng nâng cao chất lượng điều

khiển ô tô khi phanh Ta có các loại sau:

 Hệ thống phanh có bộ điều hòa lực phanh, dùng để điều chỉnh

momen phanh ở cơ cấu phanh, làm thay đổi momen phanh trên cầu

trước và cầu sau

 Hệ thống phanh có bộ chống hãm cứng bánh xe (hệ thống ABS)

Ngoài ra còn có một số hệ thống kết hợp với ABS (ASR, ESP,…) để

tăng khả năng cơ động và khả năng ổn định của xe khi phanh

1.1.3 Yêu cầu kết cấu

Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau:

 Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe nghĩa là đảm bảo

quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp

nguy hiểm

 Đảm bảo sự ổn định chuyển động của xe và phanh êm dịu trong mọi

trường hợp

 Điều khiển nhẹ nhàng và thuận lợi: lực tác dụng lên bàn đạp hay cần

điều khiển không lớn, phù hợp khả năng điều khiển liên tục của

người lái

 Dẫn động phanh có độ nhạy cao, đảm bảo mối tương quan giữa lực

bàn đạp với sự phanh của ô tô trong quá trình thực hiện phanh

 Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo

quan hệ để đảm sử dụng hết trọng lượng bám của khi phanh ở các

cường độ khác nhau

 Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt, duy trì ổn định hệ số ma sát trong cơ

cấu phanh trong mọi điều kiện sử dụng

 Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp với lực phanh trên bánh xe

 Có khả năng giữ ôtô đứng yên trong thời gian dài, kể cả trên đường

dốc

 Đảm bảo độ tin cậy của hệ thống trong khi thực hiện phanh trong

mọi trường hợp sử dụng, kể cả khi một phần dẫn động điều khiển có

hư hỏng

1.2 Cấu tạo chung hệ thống phanh khí nén

1.2.1.Cơ cấu phanh tang trống điều khiển bằng cam

Cơ cấu phanh tang trống được dùng khá phổ biến trên ô tô Trong cơ cấu

dạng tang trống sử dụng các guốc phanh cố định và được phanh với mặt trụ

trong của tang trống quay cùng bánh xe Như vậy quá trình phanh được

thực hiện nhờ ma sát giữa bề mặt tang trống và các má phanh

Cơ cấu phanh tang trống được phân loại theo phương pháp bố trí và điều

khiển các guốc phanh thành các dạng khác nhau Trong trường hợp sử

dụng cơ cấu phanh trên hệ thống phanh thuần túy khí nén, ta thường sử

dụng cơ cấu phanh điều khiển bằng cam

 Cơ cấu phanh điều khiển bằng cam.

6 5

10

15 14 13

A A

Hình 1.1 : Cấu tạo cơ cấu phanh dạng cam

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 8

1- Chốt guốc phanh; 2- Mâm phanh; 3- Tấm chắn; 4- Êcu; 5- Tấm đệm

chốt guốc phanh; 6- Khoá hãm; 7- Guốc phanh; 8- Lò xo hồi vị; 9- Tấm

ma sát; 10- Trục con lăn; 11- Cam ép; 12- Con lăn; 13- Đòn điều chỉnh;

14- Trục cam phanh;

 Đặc điểm

Cơ cấu phanh này chỉ dùng cho xe có tải trọng lớn và dùng cho hệ thống

phanh dẫn động bằng khí nén

Cơ cấu phanh được bố trí kiểu đối xứng qua trục, có xi lanh khí nén điều

khiển cam xoay 11 ép guốc phanh 7 vào trống phanh Phần quay của cơ cấu

phanh là tang trống Phần cố định bao gồm mâm phanh 2 được cố định trên

dầm cầu

 Nguyên lý làm việc :

Cụm cơ cấu phanh lắp trên mâm phanh 2, nối cứng với bích cầu, các tấm

ma sát 9 có cấu tạo hình lưỡi liềm tương ứng với đặc tính mài mòn của

chúng và được lắp trên hai guốc phanh 7 Trên các guốc phanh có tán tấm

ma sát (má phanh) Các guốc phanh này tựa tự do lên các bánh lệch tâm lắp

trên mâm phanh 2, trục của các guốc phanh cùng với các mặt tựa lệch tâm

cho phép định tâm đúng các guốc phanh so với trống phanh khi lắp ráp các

cơ cấu Cam quay được chế tạo liền trục, với biên dạng Cycloit (hoặc

Acsimet) Khi phanh cam ép 11 sẽ chuyển động đẩy các guốc phanh ra làm

cho nó áp sát vào bề mặt trống phanh để thực hiện quá trìng phanh, giữa

cam ép 11 và guốc 7 có lắp con lăn 12 nhằm giảm ma sát và tăng hiệu quả

phanh, bốn lò xo hồi vị 8 trả guốc phanh về vị trí nhả phanh

Sự tác động của cam lên các guốc phanh với các chuyển vị như nhau, má

phanh bị mòn gần như đều nhau, do vậy các má phanh trên cả hai guốc

phanh của cơ cấu có kích thước gần như bằng nhau

1.2.2 Hệ thống dẫn động điều khiển phanh

Hệ thống dẫn động có tác dụng truyền và khuếch đại lực điều khiển từ bàn

đạp phanh đến cơ cấu phanh Hệ thống dẫn động phải đảm bảo được các

yêu cầu sau:

 Độ nhạy cần thiết của hệ thống;

 Hiệu quả điều khiển trong việc truyền năng lượng từ cơ cấu điều

khiển đến cơ cấu phanh của ôtô;

 Độ tin cậy của hệ thống kể cả khi có hư hỏng bất thường

Trong dẫn động phanh thủy lực sử dụng truyền động thủy tĩnh nối liền từ

cơ cấu điều khiển tới xylanh bánh xe Hệ thống dẫn động phanh thủy lực có

các ưu điểm sau :

 Thời gian chậm tác dụng ngắn

 Tạo được lực ép trên cơ cấu phanh đồng đều và đồng thời, làm tăng

tính ổn định của ô tô khi phanh

 Kết cấu đơn giản

 Có khả năng ứng dụng đa dạng trên nhiều loại ô tô khác nhau, khi đó

chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh

Nhược điểm của hệ thống dẫn động thủy lực:

 Tỷ số truyền không lớn nên không thể tăng lực điều khiển lên cơ cấu

phanh, khi yêu cầu lực tác dụng phanh lớn cần phải hành trình bàn

đạp lớn hoặc dùng trợ lực

 Hiệu suất truyền giảm khi nhiệt độ thay đổi

Trong hệ thống dẫn động có điều khiển bằng thủy lực trên ô tô con và ô tô

tải nhỏ, lực điều khiển của người lái tác dụng vào bàn đạp nhanh, tỉ lệ

thuận với lực điều khiển tại các cơ cấu phanh Dẫn động điều khiển phanh

của ô tô tải lớn và ôtô bus đòi hỏi năng lượng điều khiển lớn do vậy không

nên dùng hệ dẫn động thủy lực do cần có lực điều khiển lớn, gây mệt mỏi

cho người lái Trong dẫn động phanh bằng khí nén lực điều khiển trên bàn

đạp phanh nhỏ, áp suất trên đường ống không cao và cho phép dẫn động

dài tới các cơ cấu phanh cần thiết Hơn nữa hệ thống phanh khí nén còn dễ

dàng bố trí điều khiển tự động

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 10

Nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động khí nén là số lượng các chi tiết

nhiều, kích thước lớn và có giá thành cao, độ nhạy của hệ thống kém, nghĩa

là thời gian hệ thống phanh bắt đầu làm việc kể từ khi người lái bắt đầu tác

dụng lực là khá lớn do không khí bị nén khi chịu lực

Sơ đồ cấu tạo chung của dẫn động phanh khí nén cơ bản (hình 2)

Hình 1.2: Sơ đồ cấu tạo dẫn động phanh khí nén

a) Nguồn cung cấp

1 Máy nén khi 4 Cụm van chia, bảo vệ

2 Bộ điều chỉnh áp suất 5 Bình chứa khí nén mạch I

3 Bình làm khô 6 Bình chứa khí nén mạch II

b) Cụm điều khiển: 7 Van phân phối hai dòng

c) Cơ cấu chấp hành: 8.Bầu phanh và cơ cấu phanh trước

9 Bầu phanh và cơ cấu phanh sau d) Các đường ống dẫn khí

+) Phần cung cấp khí nén có chức năng chính là hút không khí từ ngoài khí

quyển, nén không khí tới áp suất cần thiết (0,7 - 0.9 Mpa) hay (7 - 9

kg/cm2), đảm bảo cung cấp đủ lưu lượng cho hệ thống phanh khí nén làm

việc Áp suất làm việc lớn nhất của máy nén khí là 11 kg/cm2 Nếu áp suất

vượt quá giới hạn này thì van điều áp sẽ ngắt máy nén khí không cho làm

việc nữa Độ bền và độ tin cậy của dẫn động phanh khí nén phụ thuộc vào

chất lượng khí nén Do vậy khí nén phải đảm bảo khô, sạch, có áp suất ở

mức an toàn khi làm việc

1.3 Giới thiệu về xe tham khảo

Khoảng sáng gầm xe (mm)

240

Chiều dài vết bánh xe trước (mm)

1720

Chiều dài vết bánh xe sau (mm)

Tải trọng (Kg) 2980Tổng trọng lượng G

(Kg)

7685

Phân bố lên trục 1 (Kg) 2685Phân bố lên trục 2 (Kg) 5000Khối lượng cho

phép lớn nhất trên trục (kG)

Trục 1 4000

Trục 2 8000Tốc độ tối đa (Km/h) 95

 Nguyên lý làm việc của hệ thống.

Khí nén được cung cấp bởi máy nén khí 1, đi qua van điều áp 2, qua bộ lọc

tách nước 3, qua van an toàn kép 4, tới các bình chứa khí 5 và 6 Van an

toàn kép 4 đảm bảo cho hai bình chứa khí hoạt động độc lập với nhau tạo

thành hai nguồn cung cấp khí độc lập cho hai dòng dẫn động phanh

Dẫn động phanh trục trước bắt đầu từ bình khí 5 qua khoang dưới của tổng

van 8, đi tới các bầu phanh của trục trước 9, 10

Dẫn động phanh cầu sau bắt đầu từ bình khí 6, qua khoang trên của tổng

van 8, đi tới van gia tốc 12, tới các bầu phanh của cụm cầu sau 14, 15

Dòng khí nhả phanh dừng bắt đầu từ bình khí 5, 6 qua van điều khiển 11,

qua van xả nhanh 13, đi tới các bầu tích năng dạng lò co của cụm cầu sau

14, 15 ép các lò xo thực hiện nhả phanh

Khi thực hiện phanh dừng, xoay tay van 11, khí nén đang ép các lò xo tích

năng lập tức bị xả hết, các lò xo bung ra làm xoay trục cam ép các guốc

phanh bánh xe sau, thực hiện nhả phanh tay

Van điều áp 2 đồng thời là van an toàn có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất làm

việc trong hệ thống bằng cách dừng hoặc khởi động máy nén khí khi áp

suất trong hệ thống vượt quá giới hạn hoặc quá thấp

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 14

Van an toàn 3 ngả giữ cho xe hoạt động bình thường khi xe mất đi một

dòng hơi

1.3.2.2 Các bộ phận của hệ thống phanh

1 Van phân phối

Hình 1.4 Van phân phối dẫn động hai dòng

1 Pittông lớn khoang dưới; 2,11 Van điều khiển; 3 Ty đẩy; 4.Phần tử đàn

hồi; 5 Pittông khoang trên; 6,10.Van xả; 7,9 Van nạp ; 12 Pittông nhỏ.

Hình 1.4: Van phân phối dẫn động hai dòng

Van phân phối có tác dụng mở và đóng hoặc mở các van để cấp hoặc

ngừng cấp khí nén để mở hoặc đóng các van Khoang trên có cửa vào là D

được nối với bình chứa khí, cửa ra là C được nối tới các bầu phanh tại các

bánh xe Tương tự như vậy, khoang dưới có cửa vào là E và cửa ra là A

Ngoài ra còn có một cửa thông với khí trời F chung cho cả hai khoang Mỗi

khoang có một van điều khiển: Van 2 ở khoang trên có nhiệm vụ đóng mở

các van nạp 7 và van xả 6, còn van 11 của khoang dưới điều khiển các van

nạp 9 và van xả 10

Nguyên lý hoạt động của van như sau:

- Ở trạng thái không phanh như thể hiện trên hình vẽ, các bầu phanh

tại các bánh xe được nối thông với khí trời do các van xả 6 và 10 mở

- Khi phanh, lực Q truyền từ bàn đạp tới tác dụng lên pittông 5 thông

qua phần tử đàn hồi 4 làm pittông dịch chuyển đi xuống Đầu tiên,

van xả 6 đóng lại không cho cửa C thông với khí trời nữa, sau đó khi

pittông tiếp tục đi dich chuyển đi xuống thì van nạp 7 mở ra và khí

nén chờ sẵn ở cửa D đi qua van nạp, qua khoang dưới 5 tới cửa C rồi

từ đó tới các bầu phanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh Đồng

thời, khí nén từ khoang trên đi qua lỗ nhỏ B xuống khoang trên

pittông 1 đẩy pittông con 12 đi xuống Nhờ đó van xả 10 đóng lại,

rồi van nạp 9 mở ra cho khí nén đi từ cửa E sang cửa A để đi tới các

bầu phanh tại các bánh xe

- Như vậy, trong trường hợp phanh bình thường như mô tả trên đây,

khoang trên được điều khiển trực tiếp bằng dẫn động cơ khí, còn

khoang dưới được điều khiển bằng khí nén lấy từ khoang trên Nếu

khoang trên bị mất khí, không hoạt động nữa thì khi phanh, ty đẩy 3

đi xuống tác động lên con đội 8 và đẩy pittông nhỏ 12 của khoang

dưới đi xuống thực hiện quá trình phanh trên một cầu còn lại

- Trong trường hợp lái xe đạp phanh đột ngột thì khoang dưới cũng

được điều khiển bằng ty đẩy 3 vì khí nén không kịp cấp qua lỗ B để

điều khiển pittông lớn 1

- Tính chép hình của tổng van được thể hiện như sau Ứng với một lực

tác động Q nào đó, sau khi van nạp 7 của khoang trên mở, khí nén đi

vào bên dưới pittông 5 và sau đó đi qua cửa C tới các bầu phanh tại

các bánh xe Áp suất khí trong khoang dưới pittông 5 tăng dần lên

cho tới khi áp lực của khí nén cùng với lực lò xo thằng được lực điều

khiển Q, nén phần tử đàn hồi 4 lại và đẩy pittông đi lên cho tới khi

van nạp đóng lại Lúc này cả van nạp và van xả đều đóng, ấp suất khí

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 16

nén dẫn tới các bầu phanh không tăng nữa và pittông 5 ở trạng thái

cân bằng Quá trình tương tự như vậy cũng xảy ra đối với khoang

dưới Như vậy, ứng với một lực Q nhất định (tương ứng với một lực

trên bàn đạp) áp suất trong dẫn động phanh chỉ có một giá trị tương

ứng Nhờ vậy mà người lái có thể điều khiển được cường độ phanh

theo ý muốn

2 Bầu phanh trước

Bầu phanh xe có cấu trúc như xi lanh lực tác động một chiều Vỏ của bầu

phanh được bắt cố định trên vỏ cầu, đòn đẩy tựa chặt trên pittong đẩy và

dịch

chuyển để điều khiển cam quay

Bầu phanh được chia làm 2 loại chính:

- Bầu phanh đơn: là loại tác dụng một chiều

- Bầu phanh kép: có tác dụng hai chiều (bầu phanh tích năng)

Cấu tạo của bầu phanh đơn dạng màng gồm: hai nữa vỏ của bầu phanh

được bắt cố định trên cầu xe Màng cao su bố trí giữa hai nữa vỏ, chia bầu

phanh thành 2 khoang Khoang bên trái có cửa dẫn khí nén từ van phân

phối xuống, khoang bên phải có lỗ thông với khí quyển R Lò xo hồi vị có

tác dụng đẩy màng cao su về vị trí ban đầu khi không phanh Màng cao su

được đỡ bởi tấm đỡ, gắn liền với thanh đẩy dẫn động cam quay, đóng mở

cơ cấu phanh Chiều dài của thanh đẩy được điều chỉnh nhờ đai ốc 9, nhằm

tạo nên vị trí thích hợp với cam quay

Nguyên lý làm việc của bầu phanh đơn dạng màng:

- Khi không phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, màng cao su về vị

trí tận cùng bên trái Khi phanh, khí nén có áp suất cao được dẫn tới

khoang bên trái của bầu phanh, đẩy màng cao su và đòn đẩy dịch

chuyển về bên phải, thực hiện sự xoay cam trong cơ cấu phanh Khi

nhả phanh, dưới tác dụng của lò xo hồi vị, đẩy màng cao su, kéo đòn

đẩy về vị trí ban đầu Khí nén ở khoang bên trái theo đường ống

thoát ra ngoài không khí, kết thúc quá trình phanh

Hình 1.5 : Bầu phanh trước (bầu phanh đơn).

3 Bầu phanh sau

Nguyên lý làm việc của bầu phanh:

- Ban đầu khi chưa phanh: Khoang P thông với khí quyển, khoang B

ban đầu khi chưa phanh được cấp khí nén ép lò xo 14 đẩy cần đẩy

sang bên trái, không tác dụng vào màng cao su số 6

- Khi phanh chân: Khí nén được cấp vào khoang A thực hiện đẩy

màng sang bên phải qua đó đẩy đòn đẩy sang phải thực hiện phanh,

khi nhả phanh khí nén rút khỏi cửa A, dưới tác dụng của lò xo hồi vị

9 sẽ đẩy cơ cấu về vị trí cân bằng ban đầu

- Khi phanh tay (phanh đỗ): Thực hiện ngắt khí nén ở cửa B ra, qua đó

do sự chênh lệch về áp suất, lò xo tích năng 14 được đẩy sang bên

phải ép thằng vào màng đẩy sang phải thực hiện phanh cứng (phanh

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 18

rất lâu), muốn nhả phanh ra thì điều chỉnh mở ốc số 1 ra để đưa hệ

thống trở về vị trí cân bằng và cấp khí nén vào B

Hinh 1.6: Kết cấu loại bầu phanh tích năng (bầu phanh kép)

1 Ốc điều chỉnh 2 Ống đẩy 3 Vỏ bầu phanh 4 Ống dẫn khí 5 Vỏ

trong 6 Màng cao su 7 Đòn đẩy 8 Thân bầu phanh 9 Lò xo hồi

vị 10 Tấm đỡ 11 Bạc đẩy 12 Vòng tỳ 13 Piston tích năng 14.

Lò xo tích năng

A Điều khiển phanh chân P- Thông với khí quyển

B Điều khiển nhả phanh S- Khoang thông với A

Q- Khoang thông với B T- Khoang tích năng.

4 Van xả nhanh

Hình 1.7: Van xả nhanh

Sau khi nhả bàn đạp phanh, khí từ các bầu phanh không hồi về bình chứa

mà được xả nhanh ra ngoài thông qua van xả khí đặt gần bầu phanh Thông

thường, hay bố trí ở cầu trước Với cầu sau, van xả nhanh thường được tích

hợp vào van gia tốc

Dòng khí từ van phân phối đi vào cổng “service port”, tác động mở van

nạp và đóng van xả khí, cung cấp khí vào 2 bầu phanh thông qua 2 cổng

“delivery port” Khi nhả bàn đạp phanh, yêu cầu khí trong bầu phanh phải

được xả nhanh và triệt để Do van phân phối ở xa nên lượng khí trong bầu

phanh không được xả ở van phân phối, mà được xả ngay gần bầu phanh

qua van xả nhanh

Dòng khí từ bầu phanh đẩy màng đàn hồi, mở van xả (do khí nén ở cổng

“service port” không còn, gây ra sự chênh lệch áp suất), khí nén được xả ra

không khí qua cổng “delivery port”.

5 Van gia tốc (Relay valve)

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 20

Hình 1.8 : Van gia tốc (Relay valve)

Hệ thống phanh khí nén có nhược điểm là độ chậm tác dụng lớn, đặc biệt là

ở trên cơ cấu phanh nằm xa van phanh chân (bầu phanh sau) Do khoảng

cách từ bầu phanh sau tới van phân phối là tương đối dài (đặc biệt trên xe

tải lớn), nên độ chậm tác dụng thường lớn hơn Vì vậy, ta bố trí một van

gia tốc ở giữa van phanh chân và bầu phanh, gần bình chứa khí nén

Trên van gia tốc có một đường khí từ bình khí tới, và một đường khí từ van

phân phối xuống Dòng khí từ van phân phối đóng vai trò là dòng khí điều

khiển để mở van khí, nối thông dòng khí từ bình tới 2 bầu phanh phía sau,

sẽ hạn chế được độ chậm tác dụng của hệ thống Tổng cộng trên van có 4

cổng dẫn khí Vì dòng khí từ van phanh chân chỉ có tác dụng điều khiển

đóng mở van khí, nên van gia tốc đóng vai trò tương tự như một rơle (relay

valve)

6 Van bảo vệ kép (van chia dòng, bảo vệ 2 dòng khí nén)

Hình 1.9: Van chia dòng và bảo vệ 2 dòng khí nén (van an toàn kép)

Công dụng của van chia dòng cấp khí cho 4 nhánh và tạo nên các dòng khí

độc lập Khi một hay một số dòng khí bị mất áp suất, các dòng khí còn lại

vẫn làm việc bình thường Do vậy, van có chức năng bảo vệ khả năng độc

lập giữa các dòng cung cấp khí nén

Cấu tạo của van như hình vẽ trên

Nguyên lý hoạt động của van:

- Dòng khí từ máy nén khí tới cổng I, qua các lỗ của van một chiều,

đẩy pittong tỳ, mở van nạp, cung cấp khí nén tới các khoang II, và III

đi tới các bình chứa khí nén, cung cấp khí nén tới các cầu trước và

sau Dòng khí nén cho phanh tay được cung cấp từ cả 2 bình khí, như

sơ đồ trên

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 22

1.4 Hệ Thống chống bó cứng phanh _ ABS.

1.4.1 Tổng quan về ABS

1.4.1.1 Lịch sử phát triển

Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) nằm

trong hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại Hệ thống sẽ điều khiển

chống bó cứng các bánh xe trong quá trình phanh, giúp tăng độ ổn định của

xe, rút ngắn quãng đường phanh, tăng khả năng điều khiển quay vòng ô tô

trong trường hợp cần thiết phải tránh chướng ngại vật

Lịch sử phát triển của hệ thống phanh và phanh ABS qua các thời kì sau:

Năm 1924: Khai sinh hệ thống phanh thủy lực và đến năm 1931 thì

tăng tính an toàn phanh với dẫn động hai dòng;

 Năm 1951: Ứng dụng dạng phanh đĩa

 Năm 1952 đến 1963 là thời kỳ ứng dụng trợ lực thủy lực và chân

không

 Năm 1978: Hệ thống phanh ABS bắt đầu có ứng dụng thương mại

trên ô tô ABS tác động vào hệ thống dẫn động thủy lực nhằm giữ,

giảm hoặc tăng áp suất phanh dẫn đến các xi lanh phanh bánh xe để

chống trượt lết trong quá trình phanh

 Năm 1989: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống chống

trượt quay TSC Hệ thống này điều khiển bằng cách điều chỉnh giá

trị của mô men phanh và mô men được truyền từ động cơ đến các

bánh xe Hệ thống này còn có khả năng điều khiển lượng nhiên liệu

cấp cho động cơ nhằm hạn chế trượt quay bánh xe do thừa mô men

Tuy nhiên tại thời điểm đó, số kênh điều khiển hệ thống còn ít, chỉ

điều khiển một kênh, hoặc hai kênh cho toàn bộ các cầu hoặc một

cầu xe và sử dụng van điều hòa lực phanh bằng cơ khí để phân phối

áp suất phanh đến các bánh

 Năm 1994: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống cân

bằng điện tử EBD Hệ thống điện tử dần thay thế các hệ thống cơ

khí, hệ thống phanh ABS trong hệ thống đã bắt đầu điều khiển nhiều

kênh, điều khiển từng bánh xe độc lập

Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều

khiển điện tử và tự động hóa, các hệ thống điều khiển trên ô tô ngày càng

được phát triển hoàn thiện hơn, nâng cao tính tiện nghi và an toàn sử dụng

của ô tô

Nhằm nâng cao tốc độ chuyển động và tính an toàn chủ động của ô tô, hệ

thống phanh là một trong những mục tiêu được đầu tư và phát triển nhiều

Trên cơ sở một hệ thống ABS, hệ thống phanh có thể kết hợp với một số hệ

thống khác, và đến nay, một hệ thống phanh hiện đại đã có rất nhiều chức

năng ưu việt Ngoài tác dụng cơ bản là giảm tốc độ hay dừng xe, hệ thống

phanh còn can thiệp cả trong quá trình khởi động và tăng tốc của ô tô,

khống chế các hiện tượng quay vòng thiếu, quay vòng thừa, làm tăng tính

ổn định của xe khi đi vào đường vòng

Một số sự kết hợp của ABS với các hệ thống khác:

 ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử

(Electronic Brake-force Distribution – EBD) và hệ thống trợ lực

phanh khẩn cấp (Brake Assist System – BAS)

 ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (Traction Control

(TRC) hay Acceleration Slip Regulator (ASR)

 ABS kết hợp với hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Electronic

Stability Program – ESP)

Những năm sau đó là quá trình hoàn thiện, tối ưu hóa hiệu quả làm việc của

hệ thống phanh Hệ thống ABS hoạt động tối ưu, đáp ứng yêu cầu nâng cao

chất lượng phanh của ô tô phải đạt được các yêu cầu sau:

 ABS phải đáp ứng được các yêu cầu về an toàn liên quan đến động

lực học phanh và chuyển động của ôtô

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 24

 Hệ thống phải làm việc ổn định và có khả năng thích ứng cao, điều

khiển tốt trong suốt dải tốc độ của xe và ở bất kỳ loại đường nào

(thay đổi từ đường bê tông khô có độ bám tốt đến đường đóng băng

có độ bám kém);

 Hệ thống phải khai thác tối đa khả năng phanh của các bánh xe trên

đường nhằm tăng tính ổn định điều khiển và giảm quãng đường

phanh Điều này không phụ thuộc vào việc phanh đột ngột hay

phanh từ từ của người lái xe

 Khi phanh xe trên đường có các hệ số bám khác nhau (ví dụ hai bánh

xe bên phải chạy trên đường có dính dầu nhớt và hai bánh bên trái

chạy trên đường nhựa khô) thì mô men xoay xe quanh trục đứng đi

qua trọng tâm của xe luôn luôn xảy ra, lúc này hệ thống ABS cần hỗ

trợ làm mô men quay đó tăng chậm để người lái xe có đủ thời gian

điều chỉnh thông qua hệ thống lái

 Phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh gấp trong lúc đang

quay vòng

 Hệ thống phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đoán và an toàn Một

mạch kiểm soát phải liên tục kiểm tra sự hoạt động của hệ thống một

cách đầy đủ Nếu phát hiện một lỗi nào đó có thể làm hư hỏng việc

ứng xử của ABS thì hệ thống sẽ thông báo cho lái xe biết thông qua

đèn báo và khi đó hệ thống phanh sẽ làm việc như một hệ thống

phanh bình thường

1.4.1.2 Phân loại hệ thống ABS

Phân loại theo kiểu điều khiển

Ta có sơ đồ phân loại dẫn động điều khiển trên ABS

Hình 1.11: Sơ đồ phân loại dẫn động điều khiển

a Điều khiển 4 kênh độc lập (kiểu (1), (2))

Các dòng có thể điều khiển 4 kênh độc lập theo kiều cầu trước/ cầu sau

hoặc điều khiển chéo (X)

Hệ thống kiểu này được sử dụng rất phổ biến hiện nay vì nó hạn chế được

sự phụ thuộc về lực phanh giữa các bánh xe Nhờ đó mà sự ổn định của xe

khi chuyển động được tăng lên

b Điều khiển 3 kênh ( kiểu (3))

Với kiểu này, 2 bánh cầu trước được điều khiển độc lập còn 2 bánh cầu sau

vẫn sử dụng điều khiển chung

c Điều khiển 2 kênh ( kiểu (4),(5),(6))

Kiểu điều khiển này, chỉ có 2 kênh điều khiển ra 4 bánh xe, do đó có sự

phụ thuộc về lực phanh giữa các bánh xe Với ưu điểm là chi phí rẻ hơn

nhưng không đảm bảo tốt ổn định cho xe chuyển động bằng các kiểu trên

nên kiểu này ít được áp dụng trên xe ngày nay

Ngoài ra trong hệ thống thủy lực còn có cách phân loại theo cơ cấu chấp

hành gồm: van 2 vị trí, và van 3 vị trí

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 26

Kênh điều khiển Cảm biên vận tốc Cảm biến vận tốc (thay thế)

4 kênh- 4 cảm biến 3 kênh -

3 cảm biến

4 kênh- 4 cảm biến

3 cảm biến 2 cảm biến 2 cảm biến

(6) đk chéo (5) trước sau

(4) trước -sau (3) trước -sau

(2) đk chéo (1) trước-sau

MP

Gb Mjb

v

Zb

Mf P

Pp

1.4.2 Cơ sở lý thuyết hệ thống ABS

1.4.2.1 Lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh

Hình 1.12: Sơ đồ lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh

Khi phanh, ở bánh xe xuất hiện các lực và mô men sau:



P – lực đẩy từ khung xe truyền đến;

Gb – tải trọng tác dụng lên bánh xe;

Zb – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên bánh xe;

Mp – Mô men phanh;

Mf – Mô men cản lăn;

Mjb – Mô men quán tính

Cơ cấu phanh sinh ra mô men phanh Mp nhằm hãm bánh xe lại, khi đó

bánh xe chuyển động với gia tốc chậm dần Do bánh xe chuyển động có gia

tốc nên bánh xe chịu thêm mô men quán tính Mjb tác dụng cùng chiều với

chiều quay của bánh xe Ngoài ra bánh xe còn chịu tác dụng của mô men

cản lăn Mf ngược chiều chuyển động Tuy nhiên mô men cản lăn nhỏ hơn

nhiều lần so với mô men phanh, do đó trong quá trình phanh có thể bỏ qua

mô men cản lăn này Lúc đó có thể coi còn duy nhất thành phần mô men

phanh Mp có tác dụng hãm bánh xe, mô men phanh này tạo ra lực phanh Pp

có phương tiếp tuyến, ngược với chiều của lực Pξ, có tác dụng giảm tốc độ

chuyển động của ô tô Lực phanh được xác định theo công thức:

b

p p

r

M

P 

1.4.2.2 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh

Mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra, mặt đường là nơi tiếp nhận thông

qua độ bám giữa bánh xe và mặt đường Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi

khả năng bám giữa bánh xe và mặt đường, được đặc trưng bởi hệ số bám

 thông qua mối quan hệ sau: P pmax P Z b.

Trong đó: P Pmax – Lực phanh cực đại mà bánh xe có thể tiếp nhận được;

P – Lực bám giữa bánh xe và mặt đường

Do đó khi phanh gấp hoặc khi phanh trên các loại đường có hệ số bám 

thấp,

như đường trơn ướt, đường tuyết … làm cho Pp  P; điều này khiến bánh

xe nhanh chóng bị trượt lết trên đường

Hình 1.13 giải thích hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh:

Trong đó: v là vận tốc dài thực của bánh xe (cũng là vận tốc thực của

xe);

v 0 là vận tốc lí thuyết của bánh xe.

Các vận tốc đó được xác định theo công thức:

P r1

Hình 1.13: Trạng thái lăn của bánh xe khi có trượt lết

Với: k – Vận tốc góc của bánh xe [rad/s];

r b – Bán kính tính toán [m];

r l – Bán kính lăn của bánh xe [m].

Khi vận tốc thực tế của bánh xe lớn hơn vận tốc lý thuyết sẽ dẫn đến hiện

tượng trượt của bánh xe khi phanh với một vận tốc trượt v:

0

v v

Để kể đến ảnh hưởng của sự trượt khi phanh, người ta đưa ra khái niệm độ

trượt khi phanh:

v v v

1.4.2.3 Đặc tính trượt khi phanh

Sự bám của bánh xe với mặt đường được đặc trưng bới hệ số bám bánh xe

với mặt đường  gồm hệ số bám theo phương dọc φx, hệ số bám theo

phương ngang φy Lực phanh cực đại Fxmax của bánh xe tỷ lệ thuận với hệ số

bám φ và trọng lượng của xe G

F P F 

Trong đó Pφ - lực bám của bánh xe với mặt đường; Fz- phản lực thẳng từ

mặt đường lên bánh xe Hệ số bám φ phụ thuộc loại, tình trạng mặt đường;

kết cấu, vật liệu, độ cứng, áp suất lốp xe; tải trọng lên bánh xe, tốc độ của

xe; điều kiện, nhiệt độ làm việc

Mặt khác khi phanh do tải trọng, phản lực từ mặt đường, mô men tác dụng

lên bánh xe thường xuyên thay đổi làm cho lốp xe bị biến dạng, làm xuất

hiện hiện tượng trượt cục bộ tại vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường

Để đánh giá mức độ trượt sử dụng khái niệm độ trượ λ, được xác định :

trong đó: v - vận tốc chuyển động của xe; ω- vận tốc góc bánh xe; rb - bán

kính làm việc của bánh xe Độ trượt của bánh xe gồm: độ trượt dọc λx, độ

trượt ngang λy

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 30

Hình 1.14: Đặc tính trượt thể hiện sự thay đổi hệ số bám dọc x , hệ số

bám ngang y theo độ trượt tương đối  (a) và đặc tính trượt với các loại

đường khác nhau (b)

Hình 1.15: Mối quan hệ giữa hệ số

bám dọc và độ trượt tương đối với các loại lốp

2-Lốp bố chéo chạy trên đường nhựa ướt; 3- Lốp bố tròn chạy trên đường tuyết; 4- Lốp bố tròn chạy trên đường băng

Mối quan hệ hệ số bám  của các loại đường, lốp xe và độ trượt được trình

bày trong hình 1.14 và hình 1.15

 Trong đồ thị hình 1.14a hệ số bám dọc φx, hệ số bám ngang φy thay

đổi theo độ trượt tương đối λ Khi bánh xe làm việc trong vùng a

(vùng ổn định): độ trượt λ tăng thì hệ số bám dọc φx tăng lên nhanh

chóng, đạt giá trị cực đại trong khoảng λ = 15 30% và hệ số bám

ngang φy có giá trị cao Nếu bánh xe làm việc trong vùng b (vùng

không ổn định): khi độ trượt tiếp tục tăng thì hệ số bám dọc φx giảm

từ 50 60%, còn hệ số bám ngang φy giảm nhanh hơn, thậm trí nếu λ

= 100% (bánh xe trượt hoàn toàn) thì hệ số bám ngang φy giảm gần

về “0”

 Trong đồ thị hình 1.14b: hầu hết các loại đường hệ số bám dọc φx đạt

giá trị cực đại, hệ số bám ngang φy đạt giá trị khá cao khi độ trượt

tương đối λ nằm trong vùng giá trị độ trượt tối ưu.Vì vậy, khi nghiên

cứu thiết kế hệ thống phanh và điều khiển quá trình phanh ôtô người

ta chọn giá trị độ trượt tối ưu λ = 15 30% là ngưỡng điều khiển gọi

là “Điều khiển theo giá trị độ trượt định trước” Trong thực tế các

bánh xe trên cùng 1cầu hay trên cùng một vết cũng làm việc trên mặt

đường có hệ số bám φ khác nhau đòi hỏi hệ thống phanh phải có khả

năng tự điều khiển sao cho bánh xe làm việc trong vùng độ trượt tối

ưu

 Trong hình 1.15: mỗi một loại lốp (kích thước, kết cấu, áp xuất hơi

lốp) có đặc tính (biến dạng - độ cứng) khác nhau thì quan hệ giữa φx

và λ0 khác nhau vì vậy khi nghiên cứu, tính toán quá trình phanh của

xe phải xem xét quan hệ động lựchọc của xe, bánh xe với đặc tínhcủa từng loại lốp xe Đồng thờitrong quá trình sử dụng không tuỳtiện thay đổi kiểu, loại lốp xe donhà thiết kế qui định cho mỗi loạixe

Hình 1.16: Mối quan hệ φ x ; φ y với λ ứng với góc lệch bên φ i

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 32

Khi xe ô tô chuyển động trên đường nghiêng, đường vòng tại bề mặt tiếp

xúc của bánh xe với mặt đường luôn xuất hiện phản lực của đường bánh xe

(phản lực thẳng đứng Fz, phản lực bên Fy) Do bánh xe đàn hồi nên mặt

phẳng đối xứng của bánh xe dịch chuyển đi một đoạn, khi đó đường tâm

vết tiếp xúc với phương vận tốc bánh xe tạo thành góc lệch αi gọi là góc

lệch bên Mối quan hệ góc lệch bên αi, φx và φy với λ trong hình 1.17 Ta

nhận thấy khi αi tăng thì λ tăng, tính ổn định của xe giảm vì vậy trong

trường hợp này phải ưu tiên điều khiển ổn định của xe

1.4.2.4 Nguyên tắc điều khiển của ABS

Mục tiêu hệ thống phanh ABS là điều khiển áp suất dẫn động phanh sao

cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trượt (λ) thay đổi trong phạm vi

hẹp quanh giá trị trượt tối ưu (λ0) để tận dụng tối đa khả năng bám, tại

điểm đó lực phanh (Pp) đạt giá trị cực đại, đồng thời tính ổn định và tính

dẫn hướng của xe là tốt nhất

Trong đó: Pp - lực phanh bánh xe; Ppmax - lực phanh cực đại

φmax - hệ số bám cực đại;

Pφmax - lực bám cực đại

Zk - phản lực thẳng đứng mặt đường lên bánh xe

Quá trình điều khiển áp suất phanh trong cơ cấu phanh; sự biến đổi gia tốc

chậm dần bánh xe ( ˙ω ), mômen phanh (Mb), hệ số bám (φx; φy) và độ

trượt (λ) của bánh xe khi phanh trong hình 1.17 Quá trình điều khiển như

sau:

 Khi tác động lên bàn đạp phanh thì áp suất dẫn động trong hệ thống

tăng lên, làm cho mômen phanh (Mp) tại các bánh xe tăng làm tăng

gia tốc chậm dần của bánh xe đồng thời độ trượt của nó tăng theo

Khi tăng đến điểm mà tại đó hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại (φxmax),

độ trượt đạt độ trượt tối ưu (λ0) trên đường cong φx = f(λ) thì gia tốc

Hình 1.17 Sự thay đổi của mô men

có ABS

a) Sự thay đổi mô men phanh (Mb) b) Áp suất dẫn động phanh (p) ;c) Gia tốc bánh xe ( ˙ω )

chậm dần của bánh xe tăng đột

ngột Điều này báo hiệu bánh xe

có xu hướng bị bó cứng Giai

đoạn này của quá trình phanh

ABS ứng với các đường cong 0-1

trên hình a, b, c hình 1.17 Giai

đoạn này gọi là pha I – pha tăng

áp

Bộ điều khiển (ECU) của hệ thống ghi

lại gia tốc tại điểm 1 đạt giá trị giới hạn

(đoạn C1 trên hình c) và ra lệnh cho bộ

chấp hành (van điêu khiển áp suất) phải

giảm áp suất dẫn động phanh Sự giảm

áp suất trong dẫn động phanh chưa

giảm ngay do độ trễ của hệ thống Quá

trình xảy ra từ điểm 1 đến điểm 2 được

gọi pha II (pha giảm áp trong hệ thống

phanh) Gia tốc của bánh xe lúc này lúc

này giảm dần và tại điểm 2 gia tốc tiến

dần đến 0 Giá trị gia tốc này tương ứng

với đoạn C1 trên hình c

Sau khi đạt giá trị này, ECU ra tín hiệu điều khiển cho bộ chấp hành ổn

định áp suất dẫn động trong hệ thống

Lúc này bánh xe tăng tốc, vận tốc bánh

xe tiến gần vận tốc của xe làm cho độ

trượt λ giảm, hệ số bám dọc φx tăng

lên (đoạn 2-3) Giai đoạn này gọi là pha

III (pha giữ áp) Trong thời gian này Mb

được duy trì ổn định nên gia tốc cực đại

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 34

của bánh xe trong chuyển động tương đối sẽ phát sinh tương ứng với thời

điểm φmax

Gia tốc cực đại trên được chọn làm giá trị điều khiển (gia tốc ngưỡng) ứng

với đoạn C3 trên hình c, ECU ghi lại giá trị gia tốc này và ra tín hiệu điều

khiển van điện từ bộ chấp hành tăng áp suất dẫn động phanh

Như vậy, sau điểm 3 lại bắt đầu pha I của chu kỳ làm việc tiếp theo của hệ

thống ABS Từ lập luận trên ta thấy rằng hệ thống phanh ABS điều khiển

Mb thay đổi theo chu kỳ khép kín 1- 2- 3 - 1(hình a), lúc đó bánh xe làm

việc ở vùng có φx và φy có giá trị cao Đây là cơ sở xác định giá trị gia tốc

bánh xe tại điểm (1) và điểm (3) là ngưỡng điều khiển của ECU khi phanh,

giá trị để ECU điều khiển thời điểm đóng mở các van điện từ cơ cấu chấp

1 cảm biến; 2 Nguồn khí nén ; 3 Bầu phanh; 4 van phanh 2 dòng; 5 Mô

đun điều khiển ABS

Trên cầu trước, sử dụng hai mô đun ABS 5 điều khiển độc lập cho từng

bánh xe với cảm biến 1 đo vận tốc riêng biệt của từng bánh xe cầu trước

Khi phanh, tải trọng thẳng đứng của cầu trước tăng cao nên các bánh xe

được phanh ở trạng thái tối ưu của khả năng bám, động năng được hấp thụ

có thể đạt tới 70% động năng cần phanh của xe Bằng cấu trúc hệ thống

điều khiển độc lập cải biên (IRM) cho phép giảm thấp độ chênh lực phanh

trong hai kênh độc lập, hạn chế sự cần thiết phải điều chỉnh hướng chuyển

động của người lái khi phanh.(điều này là hết sức cần thiết vì khi phanh tải

trọng thẳng đứng của cầu trước tăng cao)

Trên các cầu sau bố trí 2 cảm biến và 1 kênh điều chỉnh, làm việc dựa trên

nguyên tắc SL Trên cầu sau, tải trọng thẳng đứng giảm khi phanh, sự cân

bằng lực phanh là hết sức cần thiết, nhằm tránh bị rê ngang thân xe Các

cầu sau trên ô tô con thường không phải là cầu dẫn hướng, do vậy người lái

khó có khả năng điều chỉnh hướng chuyển động khi phanh Việc bố trí hai

cảm biến tốc độ và 1 kênh điều khiển ABS trên hai bánh sau khó có thể

thực hiện khả năng cân bằng lực phanh trên cầu sau, xe không ổn định

hướng tốt khi đi trên đường có hệ số bám khác nhau, hay khi quay vòng

Sơ đồ được ứng dụng trên các ô tô buýt hai tầng có tải trọng lớn, các loại ô

tô tải chuyên dụng chở hàng đặc chủng đòi hỏi tính ổn định cao

Với cách bố trí 4S/3K, trong một số tài liệu được gọi là “hệ thống ABS tiêu

chuẩn”

2 Phương án 2: 4S/4K

Sơ đồ phương án 4 cảm biến và 4 kênh điều khiển được trình bày ở hình

1.19 Mỗi bánh xe có cảm biến và mô đun ABS điều chỉnh độc lập

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 36

Hình 1.19: Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/4K.

Hệ thống sử dụng điều khiển độc lập cải biên IRM cho mỗi cầu xe Với cấu

trúc này lực phanh trên tất cả các bánh xe được phát huy tối đa, đáp ứng tốt

nhất khả năng tiêu hao động năng ô tô khi phanh Mặt khác khi xuất hiện

sự sai lệch lực phanh trên các bánh xe của cùng một cầu, bên bánh xe có hệ

số bám cao sẽ được chậm tăng áp suất phanh, đảm bảo hạn chế tối đa sự

chênh lực phanh, đồng thời giảm gia tốc góc quay thân xe, giúp cho người

lái có khả năng điều chỉnh vành lái, tránh rơi vào tình trạng khó điều khiển

Tuy vậy, hệ thống rất phức tạp, nhiều đường dẫn, giá thành của sản phẩm

cao, chỉ được sử dụng trên các loại xe yêu cầu cao về ổn định và chất lượng

phanh

Trên ô tô buýt sử dụng sơ đồ 4S/4K: các bánh xe bố trí theo quy luật điều

khiển IRM Xe buýt hiện đại thường xuyên hoạt động trên đường xa lộ với

vận tốc vận tải lớn nhất trên 100km/h sử dụng sơ đồ điều khiển 4S/4K này,

kèm theo các thiết bị tiện nghi cao cấp, giúp cho việc vận tải hành khách

nhanh chóng và an toàn

Ngày nay các hệ thống ABS khí nén khá đa dạng, và đang trong giai đoạn

hoàn thiện, đặc biệt là các nguyên tắc điều khiển đang thực nghiệm theo

hướng tối ưu với các tiêu chí yêu cầu của quá trình phanh

1.4.3.2 Sơ đồ hệ thống phanh ABS thí nghiệm trên xe LIFAN N2

Hình 1.20: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS trên xe thí nghiệm

1.4.3.3 Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của các phần tử hệ thống ABS khí nén

Hình 1.21: Cảm biến đo tốc độ góc

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN CÓ ABS 40