CÂU HỎI ÔN TẬP MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG PHANH (1TC)

3/ Điều kiện phanh hiệu quả nhất là lúc phanh ngặt tất cả các bánh xe đồng thời bị hãm cứng và lực phanh đạt giá trị cực đại bằng lực bám, tức là: Trong đó: ϕ - Hệ số bám; Z1, Z2 - Phản

CÂU HỎI ÔN TẬP MÔN: ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HỆ THỐNG PHANH (1TC)

Câu 1 Xây dựng phương trình biểu diễn mối quan hệ giữa áp suất trong các dòng dẫn

động phanh và các thông số liên quan, phụ thuộc vào điều kiện đường xá và tải trọng của ô tô (như: ϕ, ma, a, b, hg)

Các ý cần trả lời:

1/ Bởi vì mômen phanh sinh ra tỉ lệ thuận với áp suất của vật thể làm việc trong các dòng dẫn động, nên đối với mỗi cơ cấu phanh có thể viết:

Mp1 (2) = K1 (2) (p1 (2) - p01 (2)) Trong đó:

ra

K1(2) - Hệ số hằng số phụ thuộc các thông số của cơ cấu phanh

p1(2) - Áp suất vật thể làm việc (không khí nén trong bầu phanh hay chất lỏng trong xi lanh bánh xe) tương ứng với các cầu trước hoặc sau

p01(2) - Áp suất không khí hay chất lỏng cần thiết để dịch chuyển các guốc phanh ép sát vào trống phanh

2/ Mỗi cầu bất kỳ có hai cơ cấu phanh, nên:

( ) =2. ( ) =2. ( ) ( )− ( )

Ở đây: Mp1(2) - Mô men phanh của 1 cơ cấu phanh cầu trước hoặc sau 3/ Điều kiện phanh hiệu quả nhất là lúc phanh ngặt tất cả các bánh xe đồng thời

bị hãm cứng và lực phanh đạt giá trị cực đại bằng lực bám, tức là:

Trong đó: ϕ - Hệ số bám;

Z1, Z2 - Phản lực pháp tuyến tác dụng lên các bánh xe cầu trước

và sau của ô tô khi phanh và được xác định theo công thức:

= . !+ϕ ℎ

= " −ϕ ℎ

!

2 2

1

Pp = ϕ p = ϕ

(1.1)

(1.3) (1.2)

(1.4)

4/ Thay (1.2) và (1.4) vào (1.3) ta được:

= 2. 1 1 − 01 !

" + ϕ ℎ % =

= 2. 2 2 − 02 !

" " − ϕ ℎ % =

5/ Từ hai phương trình (1.5) ta có thể xác định giá trị các áp suất tương ứng trong các dòng dẫn động phanh (phụ thuộc vào điều kiện đường xá và tải trọng của ô tô):

' = " . %.ϕ + ϕ ℎ

' = " %.ϕ " − ϕ ℎ

Ở đây: p'1 và p'2 - Áp suất của vật thể làm việc (khí nén hoặc chất lỏng) tương ứng với thời điểm bắt đầu hãm cứng các bánh xe

(1.6) (1.5)

Câu 2 Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ điều chỉnh lực phanh trên hình

vẽ dưới đây:

Các ý cần trả lời:

Cấu tạo:

1/ Trên hình vẽ là sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ điều chỉnh loại tia dùng cho dẫn động thuỷ lực;

2/ Vỏ bộ điều chỉnh được bắt chặt trên khung xe Bên trong có piston 2 (đường kính d) và piston 3 (đường kính D), phía dưới nối với đòn 4;

3/ Gối đỡ 5 liên kết với dầm cầu qua hệ thống đòn và dịch chuyển vị trí theo sự thay đổi độ võng của hệ thống treo gây ra do sự thay đổi tải trọng

4/ Ở đầu vào của bộ điều chỉnh có áp suất p1 luôn luôn bằng áp suất trong xi lanh chính Ở đầu ra là áp suất điều chỉnh p2 nối với dòng dẫn động phanh các bánh sau

Nguyên lý làm việc:

5/ Khi ở đầu vào có một áp suất nhỏ nào đó thì piston 3 hạ xuống và van 1 đóng lại Phương trình cân bằng hệ thống lúc đó có dạng:

( F2 p2 - T2) (lđ - lx) = ( F1p1 - T1) lx

Ở đây: F1, F2 : Diện tích tiết diện các piston tương ứng

T1 , T2 : Lực các lò xo

lđ : Chiều dài đòn 4

lx : Cánh tay đòn thay đổi theo vị trí của gối 5

6/ Nếu ký hiệu thì sau khi biến đổi, biểu thức (2.1) sẽ có dạng:

F2p2 = iF1p1 + (T2 - iT1)

7/ Từ phương trình (2.2), rõ ràng rằng: nếu ta chọn các thông số của lò xo và các thông số hình học của bộ điều chỉnh, sao cho (T2 - iT1) = 0, thì:

i l l

l

x d

(

(2.1)

(2.2)

với

Tức là đặc tính có dạng tuyến tính - dạng tia, mà góc nghiêng của nó phụ thuộc đại lượng , mà lx thay đổi phụ thuộc vị trí của gối đỡ 5, vị trí của 5 lại

thay đổi theo tải trọng tác dụng lên cầu, do đó i và bởi vậy góc nghiêng của đặc tính điều chỉnh cũng sẽ thay đổi theo sự thay đổi của tải trọng

1 2

1 2

1

F

iF

2

1

F

iF

Kα =

)

x l l

l i

−

=

(2.3)

K1

K2

K3

p1

p2

0

Câu 3 Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ điều chỉnh lực phanh trên hình

vẽ dưới đây:

Các ý cần trả lời:

Cấu tạo:

1/ Trên hình vẽ là sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ điều chỉnh áp suất với thời điểm làm việc thay đổi loại van bi, dùng cho dẫn động thuỷ lực;

2/ Vỏ bộ điều chỉnh được bắt chặt trên khung xe Bên trong có piston bậc 1 (phần trên có đường kính D, phần dưới có đường kính d) Bên trong piston lại có van bi 2;

3/ Piston được nối với dầm cầu nhờ dẫn động đàn hồi Vì thế, piston sẽ chịu tác dụng của lực Q (hướng từ dưới lên), có giá trị tỉ lệ thuận với biến dạng của hệ thống treo, tức là tải trọng;

4/ Đầu vào của bộ điều chỉnh nối với xi lanh chính, nên luôn có áp suất pt (áp suất dòng trước) Đầu ra là áp suất điều chỉnh p2 nối với dòng dẫn động phanh các bánh sau

Nguyên lý làm việc:

5/ Nếu bỏ qua ảnh hưởng của lò xo 4 (của van 2), thì phía trên piston 1 chịu tác dụng của áp suất chất lỏng ps còn phía dưới chịu tác dụng của áp suất pt, lực lò xo 3 (Flx) và lực Q tỷ lệ với biến dạng của hệ thống treo Lực Flx, Q và diện tích làm việc của piston được chọn như thế nào để đảm bảo các điều kiện sau:

- Khi pt < p t (A) : Piston được giữ ở vị trí trên - ứng với van 2 mở

- Khi pt = p t ( A)_ : Piston ở trạng thái cân bằng không ổn định, lúc này bộ điều chỉnh bắt đầu làm việc

6/ Khi pt > p t ( A) : Piston dịch chuyển xuống vị trí dưới Lúc này van 2 đóng, quan hệ giữa các áp suất phía trên và dưới piston được xác định qua điều kiện cân bằng của piston:

4 (Q + Flx) + ptΠ(D2 - d2) = psΠD2

Từ đó suy ra:

7/ Quan hệ (3.1) nhận được chính là phương trình đường thẳng có dạng:

ps = a.pt + b Trong đó: " =(( )* )( là hệ số góc; = 4(,- /0)

1( là tung độ gốc

Hệ số góc a bằng hằng số, còn tung độ gốc thì thay đổi theo giá trị lực Q, tức là thay đổi theo tải trọng Vì thế đặc tính có dạng:

Câu 4: Chức năng nhiệm vụ của hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh

(ABS)?

Các ý cần trả lời:

Chức năng nhiệm vụ:

1/ Các bộ điều chỉnh lực phanh, bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suất trong dẫn động phanh các bánh xe trước và sau, có thể đảm bảo:

- Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng được triệt để trọng lượng bám và tránh quay xe khi phanh)

- Hoặc hãm cứng các bánh xe trước, trước các bánh xe sau (để đảm bảo điều kiện ổn định)

Tuy nhiên quá trình phanh như vậy vẫn chưa phải là có hiệu quả cao và an toàn nhất, vì:

2/ Khi phanh ngặt, các bánh xe vẫn có thể bị hãm cứng và trượt dọc Các bánh

xe trượt lết trên đường sẽ gây mòn lốp và giảm hệ số bám Nghiên cứu đã cho thấy hệ

số bám dọc có giá trị cao nhất (Hình 4.1) khi bánh xe chịu lực dọc và trượt cục bộ trong giới hạn hệ số trượt:

2 2

2 2

4

D

Q F D

d D p

t s

π

+ +

−

=

)%

30 15 (

%

−

=

a

b b a V

r

λ

(3.1)

Ở đây: Va - Tốc độ chuyển động tịnh tiến của ôtô

ωb - Tốc độ góc của bánh xe

rb - Bán kính lăn của bánh xe

3/ Các bánh xe bị trượt dọc hoàn toàn, còn mất khả năng tiếp nhận lực ngang và không thể thực hiện quay vòng khi phanh trên đoạn đường cong hoặc đổi hướng để tránh chướng ngại vật, đặc biệt là trên các mặt đường có hệ số bám thấp

4/ Khi bị trượt dọc, bánh xe mất khả năng tiếp nhận lực ngang do lực ngang PY

sinh ra ở vết tiếp xúc rất nhỏ:

- Vẽ sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe:

Hình 4.1 Sự

thay đổi hệ số bám dọc ϕx và

hệ số bám ngang

ϕy theo độ trượt tương đối λ của bánh xe

M X

R X

R X

R Y

P Y

Hình 4.2 Sơ đồ lực tác dụng lên bánh xe

MX- Mô men xoắn; Gbx- Trọng lượng của ô tô tác dụng lên bánh xe; PY- Lực ngang; RZ, Rx,

RY- Các phản lực pháp tuyến, dọc và ngang

- Chứng minh bánh xe mất khả năng tiếp nhận lực ngang khi bị trượt dọc:

Từ sơ đồ các lực tác dụng lên bánh xe (hình 4.2) có thể viết:

23 = 42 − 25, khi bánh xe bị trượt dọc thì: 25 = 5 2 , mà giá trị lớn nhất của hợp lực R cũng chỉ bằng lực bám, tức là: 26 = 7 2 Do vậy, khi bánh xe trượt dọc, giá trị lớn nhất mà RY có thể đạt được là: 236 = 4( 7 2 ) − ( 5 2 )

236 = 2 4( 7) − ( 5) , ở đây: ϕR, ϕX - Là hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường theo hướng lực R và hướng dọc Nếu giả thiết ϕR≈ϕX, thì 236 ≈ 0 Thực

tế ϕR > ϕX nhưng không nhiều, nên 236 > 0 nhưng rất nhỏ

5/ Vì thế, để đảm bảo đồng thời hiệu quả phanh và tính ổn định cao Ngoài ra còn giảm mài mòn và nâng cao tuổi thọ cho lốp, cần tiến hành quá trình phanh ở giới hạn bắt đầu hãm các bánh xe, nghĩa là đảm bảo sao cho các bánh xe trong quá trình phanh không bị trượt lê hoàn toàn mà chỉ trượt cục bộ trong giới hạn λ=(15÷30)% Đó chính

là chức năng và nhiệm vụ của hệ thống chống hãm cứng bánh xe

Câu 5: Nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh

(ABS)?

Các ý cần trả lời:

1/ Vẽ sơ đồ; Giải thích sơ đồ: Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS) thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh có mạch liên hệ ngược Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạng như trên hình 5.1, gồm:

- Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp hành hay cơ cấu thực hiện 3 và nguồn năng lượng 4

- Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số được chọn để điều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá trị độ trượt) và truyền tín hiệu đến bộ phận điều khiển 2 Bộ phận 2 sẽ xử lý tín hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp suất trong dẫn động phanh

- Chất lỏng được truyền từ xi lanh chính (hay tổng van khí nén) 5 qua 3 đến các

xi lanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép các guốc phanh và thực hiện quá trình phanh

2/ Vẽ sơ đồ lực, Viết phương trình cân bằng và tính gia tốc góc: Để hiểu được nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe, ta khảo sát quá trình phanh bánh xe như trên hình 5.2

Nếu bỏ qua mô men cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Zbx = const, thì phương trình cân bằng mô men tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi phanh, có dạng:

ở đây: Mp - Mô men phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh;

Mϕ - Mô men bám của bánh xe với đường;

Jb - Mô men quán tính của bánh xe;

ωb - Tốc độ góc của bánh xe

0 )

−

−

dt

d J M

b p

ω ϕ

Hình 5.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh xe

1- Cảm biến tốc độ; 2- Bộ phận diều khiển; 3- Cơ cấu thực hiện;

4- Nguồn năng lượng; 5- Xi lanh chính hoặc tổng van khí nén;

6- Xi lanh bánh xe hoặc bầu phanh

5

6

(5.1)

Hình 5.2 Các lực và

mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh

Mj = Jb(dωb/dt)

Z bx

Pϕ

Gbx

Mp

ω

Từ đó ta có gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh:

3/ Sự thay đổi Mp, Mϕ và εb theo độ trượt được thể hiện trên hình 5.3:

4/ Giải thích và phân tích hình 5.3:

- Đoạn O - 1 - 2 biểu diễn quá trình tăng Mp khi đạp phanh Hiệu (Mp - Mϕ) tỷ

lệ với gia tốc chậm dần εb của bánh xe Hiệu trên tăng nhiều sau khi đường Mϕ đi qua điểm cực đại Do đó sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh Sự tăng đột ngột của εb chứng tỏ bánh xe sắp bị hãm cứng và được sử dụng làm tín hiệu vào thứ nhất để điều khiển làm giảm áp suất trong dẫn động Do có độ chậm tác dụng nhất định nào đó (phụ thuộc tính chất hệ thống), sự giảm áp suất thực tế được bắt đầu ở điểm 2

- Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi Mp - Mϕ) Vào thời điểm tương ứng với điểm 4 - mô men phanh có giá trị cực tiểu không đổi

- Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mô men phanh nhỏ hơn mô men bám, nên xảy ra sự tăng tốc bánh xe Sự tăng gia tốc góc được sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai

để điều khiển tăng tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5)

- Khi tốc độ bánh xe tăng lên, độ trượt giảm và bởi vậy ϕ cũng như Mϕ tăng lên

b

p b

b

J

M M dt

Hình 5.3 Sự thay đổi các thông số khi phanh có ABS

εb

M p

M p

εb

- Tiếp theo, chu trình lại lặp lại Như vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc thì tăng tốc lúc thì giảm tốc và buộc Mp thay đổi theo chu trình kín 1 - 2 - 3 - 4 - 5

- 6 - 1, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ1 ÷λ2 (Hình 5.3), đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với cực đại nhất

5/ Vẽ đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động và gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian (Hình 5.4)

Câu 6 Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh

xe khi phanh trên hình vẽ dưới đây:

Các ý cần trả lời:

Cấu tạo:

1/ Trên hình vẽ là sơ đồ hệ thống chống hãm cứng bánh xe, điều khiển cơ khí dùng cho dẫn động phanh khí nén Thông số dùng để điều khiển là sự thay đổi gia tốc góc của bánh xe

P bđ , p

t

1

2

3

4 5

6

p 1

p 2

P bđ

p

t

εb

1

2

3 4

5

6

Hình 5.4 Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) và

gia tốc chậm dần của bánh xe (b) khi phanh có ABS

Cấu tạo hệ thống gồm:

2/ Moay ơ 2, lắp chặt trên trục 1 của bộ phận cảm biến Trục này được dẫn động quay từ bánh xe

3/ Bánh đà 3, lắp tự do trên trục 1 và ăn khớp ren vít với moay ơ 2

4/ Van trượt 5, gắn chặt với bánh đà, có nhiệm vụ thay đổi áp suất trong bầu phanh theo tín hiệu điều khiển

5/ Lò xo 4 luôn luôn có xu hướng ép bánh đà dịch chuyển sang phải

Nguyên lý làm việc:

1/ Khi phanh với cường độ nhỏ, dưới tác dụng của lò xo 4, moay ơ 2 và bánh đà

3 quay thành một khối, bộ điều chỉnh không làm việc

2/ Khi phanh đột ngột, gia tốc góc của bánh xe lớn Bánh đà dưới tác dụng của

mô men quán tính sẽ thắng lực của lò xo 4 để dịch chuyển theo ren vít sang trái, đồng thời dịch chuyển trụ trượt của van 5 đến vị trí cắt đường dẫn khí nén đến bầu phanh và nối thông bầu phanh với khí quyển

3/ Khi đạt vị trí tận cùng bên trái, mối ghép ren tuột ra, bánh đà tách khỏi moay

ơ và tiếp tục quay tự do trên trục

4/ Khi tốc độ góc của bánh đà bằng tốc độ góc của moay ơ, dưới tác dụng của lò

xo 4, bánh đà lại được đẩy vào ăn khớp với ren vít của moay ơ và dịch chuyển sang phải cắt đường thông giữa bầu phanh với khí quyển và nối bầu phanh với đường cấp khí nén

5/ Tốc độ góc của bánh xe lại giảm xuống, gia tốc chậm dần tăng lên, bánh đà lại dịch chuyển sang trái, Quá trình cứ tiếp diễn như vậy theo chu kỳ cho đến khi bánh xe dừng hẳn

Câu 7 Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh

xe khi phanh trên hình vẽ dưới đây:

Các ý cần trả lời:

Cấu tạo:

1/ Trên hình vẽ là hệ thống ABS của hãng LUCAS - GIRLING, dùng cho dẫn động thuỷ lực và được điều khiển hoàn toàn bằng cơ khí;

Cấu tạo của hệ thống gồm:

2/ Trục 1, được dẫn động bằng bộ truyền đai từ các bán trục cầu trước Trên trục lắp bánh đà 2 trên bạc lót 3, gắn với đĩa ma sát 5 Bánh đà luôn được lò xo 6 ép sang phải, tỳ vào mặt bích trên đầu trục 1 qua đĩa 5, tạo thành một ly hợp ma sát Giữa đĩa

5 và mặt bích trục 1 có làm rãnh nghiêng, lắp các viên bi 4;

3/ Cần điều khiển 9, dưới tác dụng của lực lò xo 8, luôn có xu hường ép van xả

7 tỳ chặt lên đế van Trên trục 1 còn có cam 10, dùng để dẫn động bơm piston 11;

4/ Lò xo 12 luôn tạo lực ép, tách piston 11 khỏi cam 10 Van nạp 13, ngắt và nối đường dầu giữa xi lanh chính và xi lanh bánh xe;

5/ Thanh trượt 16 dưới tác dụng của lò xo 14 và áp lực dầu phía trên, có xu hướng đẩy cho van nạp 13 mở ra

Nguyên lý làm việc:

1/ Giai đoạn phanh bình thường:

- Dầu từ xi lanh chính đi thẳng đến dẫn động qua van nạp (13) đang mở Van xả (7) lúc này đóng Trục dẫn động (1) và bánh đà (2) nối với nó qua ly hợp ma sát (5) quay cùng tốc độ góc;

- Piston bơm (11) bị lò xo ép chặt xuống phía dưới tách khỏi cam (10) Áp suất trong dẫn động phanh tỷ lệ thuận với lực tác dụng lên bàn đạp

2/ Giai đoạn giảm áp suất:

- Khi bánh xe bị phanh lại, tốc độ của nó cùng trục (1) giảm đi Bánh đà (2) vẫn quay nhanh theo quán tính, làm các viên bi trượt trên rãnh nghiêng > tách hai phần của ly hợp ra;

- Bánh đà (2) bị đẩy sang trái, tác dụng lên cần điều khiển (9) > làm cho van

xả (7) mở ra Khoang phía trên thanh trượt (15) lúc này thông với bình chứa Thanh (15) dịch chuyển lên trên > làm áp suất phanh giảm xuống và van (13) đóng lại > cắt đường thông giữa dẫn động và xi lanh chính;

- Piston (11) lúc này dưới tác dụng của áp suất cũng bị đẩy lên trên, tiếp xúc với cam lệch tâm (10) và làm việc như một bơm dầu Tuy vậy chừng nào van xả (7) còn

mở thì bơm chỉ làm việc không tải

3/ Giai đoạn tăng áp suất tiếp theo:

- Khi tốc độ bánh xe tăng lên và bánh đà quay chậm lại, làm các viên bi tụt xuống phần sâu của rãnh nghiêng, cho phép bánh đà dịch sang phải (về vị trí ban đầu) và lại nối với trục (1) qua đĩa ma sát (5);

- Van xả (7) lại đóng lại nhờ đòn (9) Bơm 11 bắt đầu làm việc có tải > tạo áp suất ép thanh (15) dịch chuyển xuống dưới, đẩy van (13) mở ra Xi lanh bánh xe lại nối thông xi lanh chính Piston (11) lại tách khỏi cam (10) > bơm ngừng làm việc Quá trình phanh cứ thế lặp lại theo chu kỳ đảm bảo cho bánh xe được phanh ở mức độ trượt tối ưu mà không bị hãm cứng hoàn toàn

Câu 8 Trình bày cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh trên hình vẽ dưới đây: