Đồ án hệ thống phanh ABS oto

Đồ án hệ thống phanh ABS oto

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

NHẪN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG GIÁM KHẢO

LỜI NÓI ĐẦU

Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ô tô trở thành

phương tiện quan trọng về hành khách và hàng hóa cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời trở thành phương tiện tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển ngay ở nước ta số ô tô tư nhân cùng phát triển cùng với sự tăng trưởng kinh tế, mật độ xe trên đường ngày càng tăng.

Mỹ và Nhật là hai nước sản xuất ô tô nhiều nhất thế giới hàng năm mỗi nướcsản xuất khoảng 12 đến 13 triệu chiếc

Do mật độ ô tô trên đường ngày càng tăng và tốc độ chuyển động ngày càngcao cho lên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết hàng đầu luônphải quan tâm ở nước ta chỉ trong hai năm 1998 đến 2000 mỗi năm có 20.000 vụ tainạn giao thông làm 7100 người chết và 30772 người bị thương Năm 2002 xẩy ra27420 vụ tai nạn giao thông, làm 12998 người bị chết và hơn 30.000 người bịthương Đến năm 2006 có 42000 vụ tai nạn giao thông làm hơn 20.000 người chết.Nó không những gây thiệt hại lớn về người mà còn gây thiệt hại lớn về tài sản củanhà nước và của công dân Một trong những nguyên nhân đó là do con người gây ra( như lái xe say riệu, mệt mỏi, buồn ngủ ) Do hư hỏng máy móc trục trặc về kỹthuật và đương xá qúa xấu.

Trong nguyên nhân hư hỏng máy móc trục trặc kỹ thuật thì tỉ lệ tai nạn giaothông do hệ thống phanh là 52.2 % đến 74.4% Từ số liệu trên thấy rằng tai nạn do hệthống phanh chiếm tỉ lệ lớn nhất vì thế mà hiện nay hệ thống phanh càng được cảitiến, tiêu chuẩn về thiết kế, chế tạo và sử dụng nghiêm ngặt và chặt chẽ nhằm tănghiệu quả phanh tính ổn định hướng, tăng độ tin cậy làm việc với mục đích đảm bảoan toàn chuyển động của ô tô

Trong những cải tiến đó thì có hệ thống phanh trang bị ABS No còn được gọilà hệ thống phanh chống bó cứng bánh là một trong những hệ thống phanh có ưuđiển vượt trội nhất hiện nay Nó đảm bảo cho người và phương tiện trên các loạiđường làm cho người lái chủ động được tốc độ.

Trong đồ án này của em tìm hiểu về hệ thống phanh, để hiểu rõ về công dụngvà cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống từ đó tìm ra cách sử dụng tốt nhất, cách

bảo dưỡng và chuẩn đoán hư hỏng và đưa ra biện pháp sử lý Do hệ thống ABS mớiđược biết đến tại việt nam nên trong quá trình làm đồ án gặp một số khó khăn về tiếpxúc thực tế và tài liệu tham khảo Cùng với sự giúp đõ của thầy hướng dẫn ĐặngTiến Hòa và các thầy trong khoa cơ khí động lực Mặc dù vậy trong đồ án khôngtranh khỏi những thiếu sót chưa thể hoàn chỉnh được Mong các thầy và các bạn gópý để đồ án được hoàn thiện tốt hơn.

Hà Nội ngày tháng 06 năm 2010 Sinh viên thực hiện ĐẶNG VĂN MINH

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà Nội.Ngày tháng 06 năm 2010.

Giáo viên hướng dẫn

MỤC LỤC

1 Lý do chọn đề tài 2

1.Sự phát triển chung của công nghệ ô tô trên thế giới và Việt Nam 3

Tình hình nghiên cứu chống bó cứng bánh xe ở Việt Nam 8

2.Sự phát triển ứng dụng công nghệ thông tin trong ô tô,điều khiển các hệ thống trên ô tô 8

3.Quá trình phát triển của hệ thống phanh trên ô tô 8

Chương II Cơ sở lý thuyết và nghiên cứu 10

1.Yêu cầu cơ bản đối với hệ thống phanh ô tô 10

2.Các cơ sở lý thuyết của quá trình phanh ô tô 11

2.1.Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 11

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định khi phanh 15

2.3.Đặt vấn đề 18

2.4.Hệ số bám 19

3.Cơ sở lý thuyết phanh ABS 19

3.1 Hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS (Anti- lock Bracking System) 19

3.1.2 Sơ lược về nội dung và các thiết bị,mô hình cơ cấu ABSở nước ta thời gian qua 19

3.1.3 Mục tiêu của cơ cấu ABS 20

4.Quá trình hoạt động hệ thống phanh ABS 22

4.1 Các trạng thái làm việc của ABS 23

4.1.2 Trạng thái phanh thường 23

4.1.3 Trạng thái giảm áp lực phanh: 24

4.1.4 Trạng thái giữ áp lực phanh 24

4.1.5 Trạng thái tăng áp lực phanh 24

4.2 Ưu khuyết điểm của hệ thống phanh ABS 24

Chương III Kết cấu và quá trình làm việc của hệ thống phanh ABS 25

1.Sơ đồ chung của hệ thống phanh ABS 25

1.1 Các bộ phận cơ bản của hệ thống phanh ABS 25

1.1.2 Cụm điều khiển điện tử 26

1.2 Hệ thống các cảm biến 27

1.2.1 Cảm biến tốc độ bánhxe 27

1.2.2 Vị trí các cảm biến tốc độ trên bánh xe 28

2) Nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ 30

2.3 Cảm biến gia tốc 30

1.2.4 Cảm biến trọng lực (G) 31

1.2.5 Bộ điều khiển thủy lực 32

1.3 Bộ điều khiển thuỷ lực thực hiện nhiệm vụ chống trượt lê 32

1.4 Van điện 32

1.5 Bơm điện ABS 36

1.7 Nguyên tắc bố trí chung các hệ thống chống hãm cứng trên ô tô 37

2.Các phương án bố trí của hệ thống ABS 38

3.Những hư hỏng thường gặp và phương pháp xác định hư hỏng 40

3.2 Những lưu ý khi sửa chữa hệ thống phanh ABS và những hư hỏng thường gặp và cách khắc phục 41

3.2.1 Những lưu ý trong kiểm tra sữa chữa hệ thông phanh ABS 41

3.2.2 Các sự cố thường gặp cho hệ thống phanh ABS 43

3.2.2.1.Các sự cố về điện 43

3.2.2.2 Các sự cố về cơ khí của cảm biến tốc độ 43

3.2.2.3 Bảng hư hỏng và cách khắc phục 44

3.4 Sửa chữa sự cố của ABS và sự tự chẩn đoán 48

3.5 Cách kiểm tra về điện hệ thống ABS bằng hộp đầu nối 50

3.6 Kiểm tra áp suất thủy lực 52

3.7 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP KIỂM TRA CHẨN ĐOÁN CÁC BỘ PHẬNCỦA HỆ THỐNG ABS BẰNG MÃ ÁNH SÁNG 53

3.7.1 Kiểm tra hệ thống chẩn đoán 53

3.7.2 Kiểm tra độ chấp hành ABS: 59

3.7.3 Kiểm tra cảm biến tốc độ bánh xe 60

Chương IV Xây dựng mô hình hệ thống phanh 61

2.Quá trình lựa chọn thiết bị 69

3.Quá trình lắp mô hình 69

4.Quá trình khảo sát quá trình làm việc 69

Chương V Phần cá nhân thực hiện 69

GIỚI THIỆU CHUNG

10% số vụ tai nạn xảy ra trong trường hợp cần dừng khẩn cấp, tài xế đạpphanh mạnh đột ngột làm xe bị rê bánh và trượt đi, dẫn đến mất lái Hệ thốngABS giúp khắc phục tình trạng này không phụ thuộc vào kỹ thuật phanh củangười lái

Ở VN tai nạn giao thông ngày một gia tăng cả về số vụ và tính chất nguy hiểm

Trên thế giới cũng có nhiều diễn biến hết sức phức tạp,số vụ tai nạn ngày càng tăng nên tính cấp thiết là phải nâng cao kỹ thuật cho xe cơ giới nói chung và cho ô tô nói riêng

Báo cáo năm 2004 của WHO cho biết mỗi ngày trên thế giới, hơn 3000 người chết do tainạn giao thông Trong số này, cá c nước có thu nhập thấp và trung bình chiếm đến 85%số ca tử vong Do tầm quan trọng của hệ thống phanh trên ô tô về sự an toàn giao thông trong quá trình hoạt động mà việc nghiên cứu để nâng cao kỹ thuật sử lí cho hệ thống phanh.mà nhà trường đã giao cho em tìm hiểu về hệ thống phanh ABS

- Chương V Phần cá nhân thực hiện

Chương I Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.

1 Sự phát triển chung của công nghệ ô tô trên thế giới và Việt Nam.

Chiếc xe ô tô chạy bằng động cơ xăng (động cơ Otto) được Karl Benz phát minh ra ởĐức năm 1885 Mặc dù Karl Benz được công nhận là người sáng tạo ra chiếc ô tô hiện đại, nhiều kỹ sư người Đức khác cũng đã làm việc để chế tạo ra những chiếc ô tô khác trong cùng thời gian Các nhà phát minh đó là: Karl Benz, người được cấp một bằng sáng chế ngày 29 tháng 1 năm 1886 ở Mannheim cho chiếc ô tô ông chế tạo năm 1885, Gottlieb Daimler và Wilhelm Maybach ở Stuttgart năm 1886 (cũng là những nhà phát minh ra chiếc xe mô tô đầu tiên), và năm 1888/89 nhà phát minh người Đức-Áo Siegfried Marcus ở Viên, mặc dù Marcus không đạt tới giai đoạn thựcnghiệm.

Hoạt hình của động cơ đốt trong bốn kỳNăm 1806 Fransois Isaac de Rivaz, một người Thuỵ Sỹ, đã thiết kế ra chiếc động cơ đốt trong (hiện nay thỉnh thoảng được viết tắt là "ICE") đầu tiên Sau đó, ông dùng nó để phát triển ra loại phương tiện đầu tiên trên thế giới chạy bằng động cơ sử dụng một hỗn hợp hydro và oxy để phát ra năng lượng Thiết kế này không thành công lắm, cũng giống như trường hợp nhà phát minh người Anh Samuel Brown, và nhà phát minh người Mỹ, Samuel Morey, những người đã chế tạo ra những phương tiện có động lực từ các động cơ đốt trong kềnh càng vào khoảng năm 1826.

Etienne Lenoir đã chế tạo thành công một động cơ đốt trong đứng yên năm 1860, và trong vòng vài năm, khoảng bốn trăm chiếc như vậy đã hoạt động ở Paris Khoảng tới năm 1863, Lenoir đã lắp cái động cơ của ông lên một chiếc xe Có lẽ động cơ của nó dùng nhiên liệu từ các bình gas thắp đèn thành phố, và Lenoir đã nói rằng nó “chạy chậm hơn một người đi bộ, và luôn luôn gặp trục trặc” Trong bằng sáng chế năm 1860 của mình, Lenoir đã thêm vào một cái chế hoà khí (carburettor), nhờ thế nhiên liệu lòng có thể được dùng để thay thế cho khí gas, đặc biệt cho các mục đích chuyển động của phương tiện Lenoir được cho rằng đã thử nghiệm nhiên liệu lỏng, như cồn, vào các động cơ đứng yên của mình; nhưng không có vẻ rằng ông đã dùng

các động cơ đó để lắp lên xe của mình Nếu ông làm thế, chắc chắn ông không dùng xăng, bởi vì nó chưa tiện dụng vào lúc ấy và bị coi là một sản phẩm phụ bỏ đi.

Cải tiến tiếp sau xảy ra cuối thập kỷ 1860, với Siegfried Marcus, một người Đức làm việc ở Viên, Áo Ông đã phát triển ý tưởng sử dụng xăng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong hai kỳ Năm 1870, sử dụng một xe đẩy tay đơn giản, ông đã chế tạo một phương tiện thô không có chỗ ngồi, thiết bị lái, hay phanh, nhưng nó rất đáng chú ý ởmột điểm: nó là phương tiện lắp động cơ đốt trong đầu tiên trên thế giới sử dụng nhiên liệu xăng Nó được đem ra thử nghiệm ở Viên tháng 9, 1870 và bị xếp xó Năm1888 hay 1889, ông chế tạo một cái ô tô thứ hai, cái này có ghế ngồi, phanh và thiết bị lái và được lắp một động cơ đốt trong bốn kỳ do chính ông thiết kế Thiết kế này có thể đã được đem ra thử nghiệm năm 1890 Mặc dù ông có được các bằng sáng chếcho nhiều phát minh của mình, ông không bao giờ xin cấp bằng phát minh cho các thiết kế ở thể loại này.

Động cơ đốt trong bốn thì đã được thu thập tài liệu và đưa ra xin cấp bằng phát minh vào năm 1862 bởi một người Pháp là Beau de Rochas trong một cuốn sách mỏng và dài dòng Ông đã in khoảng ba trăm bản sách đó và chúng được đem phân phát ở Paris, nhưng không mang lại điều gì, và bằng sáng chế này cũng nhanh chóng hết hạn sau đó – còn cuốn sách thì hoàn toàn bị lãng quên Trên thực tế, sự hiện diện của nó không được biết tới và Beau de Rochas không bao giờ chế tạo một động cơ riêng biệt.

Đa số các nhà sử học đồng ý rằng Nikolaus Otto người Đức đã chế tạo ra chiếc động cơ bốn thì đầu tiên dù bằng sáng chế của ông bị bác bỏ Ông không hề biết gì về bằngsáng chế hay ý tưởng của Beau de Rochas và hoàn toàn tự mình nghĩ ra ý tưởng đó Thực tế ông đã bắt đầu suy nghĩ về khái niệm này năm 1861, nhưng đã bỏ rơi nó cho tới giữa thập kỷ 1870.

Có một số bằng chứng, dù chưa được xác định, rằng Christian Reithmann, một ngườiÁo sống ở Đức, đã chế tạo ra một chiếc động cơ bốn thì hoàn toàn dựa trên ý tưởng của mình năm 1873 Reithmann đã thực nghiệm các động cơ đốt trong ngay từ đầu năm 1852.

Năm 1883, Edouard Delamare-Deboutteville và Leon Malandin nước Pháp đã lắp một động cơ đốt trong dùng nhiên liệu là một bình khí gas đốt đèn thành phố lên một chiếc xe ba bánh Khi họ thử nghiệm thiết bị này, chiếc vòi bình gas bị hở, gây ra một vụ nổ Năm 1884, Delamare-Deboutteville và Malandin chế tạo và xin cấp bằng sáng chế cho một phương tiện thứ hai Chiếc xe này gồm một động cơ bốn thì dùng nhiên liệu lỏng lắp trên một cái xe ngựa bốn bánh cũ Bằng sáng chế, và có lẽ cả chiếc xe, chứa nhiều cải tiến, và một số cải tiến đó còn được ứng dụng trong nhiều thập kỷ tiếp theo Tuy nhiên, trong lần thử nghiệm đầu tiên, cái khung rời ra, và chiếcxe “rung lắc và rời ra từng mảnh” theo đúng nghĩa đen, theo lời thuật lại của

Malandin Hai người này không chế tạo tiếp các xe khác nữa Dự án kinh doanh của họ hoàn toàn không được nhắc tới và bằng sáng chế cũng không được sử dụng Những kinh nghiệm và kết quả thực nghiệm của họ bị lãng quên trong nhiều năm sau.

Có lẽ, cuối thập kỷ 1870, một người Italia tên là Murnigotti đã xin cấp bằng phát minh cho ý tưởng lắp đặt một đông cơ đốt trong lên trên một loại phương tiện, dù không có bằng chứng là đã từng chế tạo được một thứ như thế Năm 1884, Enrico Bernardi, một người Italia khác đã lắp một động cơ đốt trong lên chiếc xe ba bánh của con ông Dù nó đơn giản chỉ là một thứ đồ chơi, có thể nói rằng về mặt nào đó nóđã hoạt động khá thành công, nhưng một số người cho rằng động cơ quá yếu để có thể làm chiếc xe di chuyển được.

Tuy nhiên, nếu tất cả những cuộc thực nghiệm trên không diễn ra, có lẽ sự phát triển của xe hơi sẽ không thể nhanh chóng như vậy bởi vì có nhiều cuộc thực nghiệm không được biết tới và chúng không bao giờ tiến tới được giai đoạn thử nghiệm Ô tôdùng động cơ đốt trong thực sự có thể cho là đã bắt đầu ở Đức với Karl Benz năm 1885, và Gottlieb Daimler năm 1889, vì những chiếc xe của họ thành công nên họ có thể đưa vào sản xuất hàng loạt, và họ bị ảnh hưởng lẫn nhau.

Karl Benz

Mẫu của Benz Patent Motorwagen được xây năm 1885Karl Benz bắt đầu xin những bằng phát minh mới về động cơ năm 1878 Ban đầu ông tập trung nỗ lực vào việc tạora một động cơ hai thì dùng nhiên liệu gas dựa trên thiết kế của Nikolaus Otto về loạiđộng cơ bốn thì Một bằng sáng chế về thiết kế của Otto đã bị bác bỏ Karl Benz hoàn thành chiếc động cơ của mình vào đêm giao thừa và được cấp bằng phát minh cho nó năm 1879 Karl Benz chế tạo chiếc ô tô ba bánh đầu tiên của mình năm 1885 và nó được cấp bằng ở Mannheim, đề ngày tháng 1, 1886 Đây là -“chiếc ô tô đầu tiên được thiết kế và chế tạo theo đúng nghĩa”- chứ không phải là một cái xe ngựa, tàu, hay xe kéo được chuyển đổi Trong số những thiết bị mà Karl Benz phát minh cho xe hơi có chế hoà khí, hệ thống điều chỉnh tốc độ cũng được gọi là chân ga, đánhlửa sử dụng các tia lửa điện từ một ắc quy, bugi, khớp ly hợp, sang số, và làm mát bằng nước Ông đã chế tạo thêm các phiên bản cải tiến năm 1886 và 1887 – đưa vào sản xuất năm 1888 - chiếc xe đầu tiên trên thế giới được đưa vào sản xuất Gần hai nhăm chiếc đã được chế tạo ra trước năm 1893, khi chiếc xe bốn bánh của ông được đưa ra giới thiệu Chúng được lắp các động cơ bốn thì theo thiết kế của riêng ông Emile Roger nước Pháp, đã chế tạo các động cơ của Benz dưới bằng phát minh của ông, và lúc ấy cũng đưa ô tô của Benz vào dây chuyền sản xuất của mình Bởi vì Pháp là nơi có thái độ chấp nhận hơn với những chiếc ô tô đầu tiên, nói chung ô tô được chế tạo và bán ở Pháp qua Roger nhiều hơn số lượng của Benz lúc ban đầu ở chính nhà máy của ông ở Đức.

Gottlieb Daimler, năm 1886, lắp động cơ bốn thì của mình lên một chiếc xe ngựa ở Stuttgart Năm 1889, ông chế tạo hai chiếc xe có thể coi là những chiếc ô tô với rất nhiều cải tiến Từ 1890 đến 1895 khoảng ba mươi chiếc đã được Daimler và người trợ lý sáng tạo của ông là Wilhelm Maybach, chế tạo ở cả các xưởng của Daimler hay tại Hotel Hermann, nơi họ lập ra một phân xưởng sau khi những người hỗ trợ rút lui Hai người Đức đó, Benz và Daimler, dường như không biết tới công việc của nhau và làm việc độc lập Daimler chết năm 1900 Trong thời chiến tranh thế giới thứnhất, Benz đề xuất hợp tác giữa hai công ty do hai người lập ra, nhưng mãi tới năm 1926 hai công ty mới hợp nhất dưới cái tên Daimler-Benz với cam kết sẽ cùng tồn tạidưới tên này cho tới tận năm 2000.

Năm 1890, Emile Levassor và Armand Peugeot nước Pháp bắt đầu sản xuất hàng loạt các phương tiện gắn động cơ của Daimler, và từ đó mở ra nền tảng ban đầu cho công nghiệp ô tô ở Pháp Chúng đều bị ảnh hưởng từ chiếc Stahlradwagen của Daimler năm 1889, từng được triển lãm ở Paris năm 1889.

Chiếc ô tô Hoa Kỳ đầu tiên bằng động cơ đốt trong chạy nhiên liệu gas có lẽ đã đượcthiết kế năm 1877 bởi George Baldwin Selden ở Rochester, New York, ông đã xin cấp một bằng sáng chế cho một chiếc ô tô năm 1879 Selden không hề chế tạo một chiếc ô tô riêng biệt cho tới tận năm 1905, khi ông bị bắt buộc phải làm thế, theo luật Selden nhận được bằng phát minh của mình và sau đó kiện Ford Motor

Company vì vi phạm bằng phát minh của mình Henry Ford hiển nhiên là chống đội lại hệ thống cấp bằng sáng chế Hoa Kỳ và trường hợp của Selden kiện Ford đã phải đưa lên Toà án tối cao, toà phán quyết rằng Ford, và bất kỳ người nào khác, tự do chếtạo ô tô mà không cần trả tiền cho Selden, bởi vì công nghệ ô tô đã phát triển mạnh từ khi Selden được cấp bằng và không ai còn chế tạo ô tô theo thiết kế của ông ta nữa.

Trong lúc ấy, những cải tiến quan trọng trong lĩnh vực năng lượng hơi nước ở Birmingham, England bởi Lunar Society đã xảy ra Cũng chính ở nước Anh, thuật ngữ sức ngựa được đem ra sử dụng lần đầu tiên Và cũng chính ở Birmingham nhữngchiếc xe ô tô bốn bánh chạy bằng dầu được chế tạo lần đầu năm 1895 bởi Frederick William Lanchester Lanchester cũng được cấp bằng phát minh ra phanh đĩa tại thànhphố này Các phương tiện chạy điện được một số nhỏ những công ty chế tạo.

Ford Model T, 1927Bằng sáng chế ô tô đầu tiên ở Hoa Kỳ được trao cho Oliver Evans năm 1789 cho chiếc "Amphibious Digger" (Máy xúc chạy trên cạn và dưới nước) của ông Nó là một chiếc xà lan dùng động cơ hơi nước được lắp thêm bánh Năm Evans trưng bày phương tiện tự hành thành công đầu tiên của mình, nó không chỉ là chiếc xe hơi đầu tiên ở Mỹ mà còn là chiếc xe lội nước đầu tiên, vì khi nó dùngbánh xe để chạy trên mặt đất, và bánh guồng trên mặt nước Chiếc xe không mang lạithành công và bị dỡ ra bán.

Chiếc Benz Motorwagen, chế tạo năm 1885, được trao bằng sáng chế ngày 29 tháng 1, 1886 của Karl Benz là chiếc xe đầu tiên sử dụng động cơ đốt trong Năm 1888, diễn ra một đột phá mới trong lĩnh vực xe hơn với lần lái xe lịch sử của Bertha Benz Bà đã lái chiếc xe do chồng mình chế tạo vượt khoảng cách hơn 106 km hay năm mươi dặm Sự kiện này chứng tỏ khả năng áp dụng vào thực tế của ô tô và gây được tiếng vang trong dư luận, bà cho rằng đây là sự quảng cáo cần thiết cho phát để thúc đẩy thêm các phát minh Chiếc xe của Benz là ôtô đầu tiên được đưa vào sản xuất và bán thương mại Lần lái xe lịch sử của Bertha Benz hàng năm vẫn được coi là ngày lễ tại Đức, với các cuộc diễu hành xe hơi cổ.

Ngày 5 tháng 11, 1895, George B Selden được trao bằng ságn chế của Hoa Kỳ cho một động cơ ô tô hai thì (Bằng sáng chế Hoa Kỳ số 549160) Bằng sáng chế này gây trở ngại nhiều hơn là góp phần phát triển ôtô ở Mỹ Các ôtô dùng động cơ hơi nước, điện và xăng đã cạnh tranh với nhau trong nhiều thập kỷ, cuối cùng động cơ xăng đốt

trong đã giành ưu thế áp đảo trong thập niên 1910.

Ransom E Olds, người sáng tạo ra Dây chuyền lắp rápDây chuyền sản xuất ô tô lớn bắt đầu được Oldsmobile đưa ra năm 1902, sau này được Henry Ford phát triển thêmtrong thập kỷ 1910 Kỹ thuật ô tô phát triển nhanh chóng, một phần nhờ sự cạnh tranh lẫn nhau giữa hàng trăm nhà sản xuất nhỏ nhằm giành được sự quan tâm của thế giới Những phát triển quan trọng gồm hệ thống đánh lửa và tự khởi động điện (cả hai đều của Charles Kettering, cho loại xe củaCadillac Motor Company năm 1910-1911), bộ treo độc lập và phanh bốn bánh.

Xe hơi không chỉ đơn thuần là một công cụ cơ khí được hoàn thiện; kể từ những năm1920 gần như tất cả đã được sản xuất hàng loạt để đáp ứng nhu cầu thị trường, do vậy các dự án tiếp thị và sản xuất đáp ứng thị trường thường thống lĩnh việc thiết kế xe hơi Chính Alfred P Sloan là người thiết lập ý tưởng nhiều kiểu xe được sản xuất bởi một hãng, để người mua có thể "vươn lên" khi họ trở nên giàu lên Những kiểu khác nhau này dùng chung một số linh kiện do vậy số lượng sản xuất nhiều sẽ làm giảm giá thành cho từng mệnh giá khác nhau Ví dụ, vào năm 1950s, Chevrolet dùng chung phần trước xe, của, mái xe và của sổ với Pontiac; LaSalle của những năm 1930, bán ra bởi Cadillac, sử dụng những linh kiện cơ khí rẻ hơn được sản xuất bởi phân xưởng của Oldsmobile.

Tình hình nghiên cứu chống bó cứng bánh xe ở Việt Nam

Những kết quả nghiên cứu về về hệ thống chống bó cứng bánh xe trên ô tô ởviệt nam đến nay còn rất nhiều hạn chế,chưa có công trình chuyên sâu nghiêncứu tổng thể về hệ thống Một số công trình đã được thực hiện ở Việt Namhoặc ở nước ngoài của các tác giả Việt Nam chủ yếu đi sâu vào nghiên cứumột phần trong hệ thống như hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanhnhư:

Đề tài: Nghiên cứu hệ thống phanh ABS trên cơ sở hệ thống thử nghiệmtương đương, thực hiện năm 2005; Đề tài : Mô phỏng hệ dẫn động phanh dầusử dụng trợ lực chân không, thực hiện năm 2005; Đề tài: Thiết kế chế tạo môhình hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe, thực hiện năm 2006; Đề tài“Tổng hợp bộ điều khiển điện tử và mô phỏng hệ thống phanhcó ABS trên ô tô du lịch” của tác giả anh Vũ v.v

Nhìn chung với các hiểu biết chưa nhiều ở nước ta, đề tài mong muốn tham giamột phần trong mảng nghiên cứu chống trượt quay bánh xe giúp ô tô tăng khảnăng tăng tốc trên đường đặc biệt là đường có hệ số bám thấp Đây là vấn đềliên quan đến an toàn giao thông khi điều kiện đường xá nước ta còn chưa pháttriển và tạo điều kiện cho xe có khả năng tăng tốc tốt khi điều kiện thời tiết xấu.

Để khắc phục những hiện tượng đó, phần lớn các ô tô con sang trọng hiện nayđều được trang bị hệ thống chống trượt quay bánh xe, gọi tắt là ASR (TractionControl

System) Tại thị trường ô tô Việt Nam rất ít hãng trang bị hệ thống này trên ôtô chỉ có vài hãng như: BMW, GM Daewoo,Toyota

2 Sự phát triển ứng dụng công nghệ thông tin trong ô tô,điều khiển các hệ

thống trên ô tô.

3 Quá trình phát triển của hệ thống phanh trên ô tô.

Với sự hiểu biết đơn giản và kinh nghiệm, tránh hiện tượng các bánh xe bị hãm

cứng trong quá trình phanh khi lái xe trên đường trơn trượt, người lái xe đạp phanh bằng cách nhấn liên tục lên bàn đạp phanh để duy trì lực bám ngăn không cho bánh xebị trượt lết và đồng thời có thể điều khiển được hướng chuyển động của xe Về cơ bảnchức năng của cơ cấu phanh ABS cũng giống như vậy nhưng hiệu quả, độ chính xác và an toàn cao hơn

Cơ cấu ABS được sử dụng lần đầu tiên trên các máy bay thương mại vào năm1949, chống hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi máy bay hạ cánh Vớicông nghệ thời đó, kết cấu của cơ cấu ABS còn cồng kềnh, hoạt động khôngtin cậy và không tác động đủ nhanh trong mọi tình huống Trong quá trình pháttriển ABS đã được cải tiến từ loại cơ khí sang loại điện và hiện nay là loại điện tử.Vào thập niên 60, nhờ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch điện tử ra đời,giúp cơ cấu ABS lần đầu tiên được lắp trên ô tô vào năm 1969, sau đó cơ cấuABS được nh iều công ty sản suất ô tô nghiên cứu và đưa vào ứng dụng vàonăm 1970 Công ty toyota sử dụng lần đầu tiên cho các xe tại Nhật Bản vàonăm 1971 đây là cơ cấu ABS một kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau Nhưngphải đến thập niên 80 cơ cấu này mới được phát triển mạnh nhờ cơ cấu điềukhiển kĩ thuật số, vi xử lý thay cho các cơ cấu điều khiển tương tự đơn giảntrước đó

Lúc đầu cơ cấu ABS chỉ được lắp ráp trên các xe du lịch mới, đắt tiền, được trangbị theo yêu cầu và theo thị trường Dần dần cơ cấu này được đưa vào sử dụngrộng rãi hơn, đến nay ABS gần như trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho tất cả cácloại xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có đườngbăng, tuyết dễ trơn trượt, ngày nay cơ cấu ABS không chỉ được thiết kế trên cáccơ cấu phanh thuỷ lực mà còn ứng dụng rộng rãi trên các cơ cấu phanh khí néncủa các xe tải và xe khách lớn

Nhằm nâng cao tính ổn định và tính an toàn của xe trong mọi chế độ hoạt độngnhư khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, khi đi vào đường vòng với t ốc độ

cao,khi phanh trong những trường hợp khẩn cấp … Cơ cấu ABS còn được thiếtkế kết hợp với nhiều cơ cấu khác

Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu kiểm soát lực kéo Traction Control (hay ASR)làm giảm bớt công suất động cơ và phanh các bánh xe để tránh hiện tượng cácbánh xe bị trượt lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, bởi điều nàylàm tổn hao vô ích một phần công suất của động cơ và mất tính ổn địnhchuyển động của ô tô Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu phân phối lực phanhbằng điện tử EBD (Electronic Break force Distribution) nhằm phân phốiáp suất dầu phanh đến các bánh xe phù hợp với các chế độ tải trọng và các chế độchạy của xe

Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu BAS ( Break Assist System) làm tăng thêmựlc

phanh ở các bánh xe để quãng đường phanh là ngắn nhất trong trường hợp phanhkhẩn cấp

Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu ổn định ô tô bằng điện tử (ESP) không chỉ có tác dụng trong khi dừng xe, mà còn can thiệp vào cả quá trình tăng tốc và chuyển động quay vòng của ô tô, giúp nâng cao hiệu quả chuyển động của ô tô trong mọi trường hợp

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc và hỗ trợ rất lớn của kĩ thuật điện tử của ngành điều khiển tự động và các phần mềm tính toán, lập trình đã cho phép nghiêncứu và đưa vào ứng dụng các phương pháp điều khiển mới trong ABS như điềukhiển mờ, điều khiển thông minh, tối ưu hoá quá trình điều khiển ABS

Chương II Cơ sở lý thuyết và nghiên cứu.

1 Yêu cầu cơ bản đối với hệ thống phanh ô tô.

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 hoá.

- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian không hạn chế.- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô 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.

- Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệthống phanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại phanh là:

Phanh làm việc: Phanh này là phanh chính, được sử dụng thường xuyên ở tất cả mọi chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp nên còn gọi là phanh chân.

Phanh dự trữ: Dùng để phanh ô tô máy kéo trong trường hợp phanh chính hỏng.

Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ, dùng để giữ cho ô tô máy kéo đứng yên tạichổ khi dừng xe hoặc khi không làm việc Phanh này thường được điều khiển bằng tay đòn nên gọi là phanh tay.

Ngoài ra còn có phanh chậm dần: Trên các ô tô máy kéo tải trọng lớn (như xe tải, trọng lượng toàn bộ lớn hơn 12 tấn, xe khách- lớn hơn 5 tấn) hoặc làm việc ở vùng đồi núi,thường xuyên phải chuyển động lên xuống các dốc dài còn phải có loại phanh thứ tư là phanh chậm dần, dùng để.

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 trên có thể có các bộ phận chung và kiêm nhiệm chức năng củanhau Nhưng chúng phải có ít nhất là hai bộ phận điều khiển và dẫn động độc lập.

Ngoài ra, để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh chính còn được phân thành các dòng độc lập để nếu một dòng nào đó bị hỏng thì các dòng còn lại vẫn làm việc bình thường.

Để có hiệu quả phanh cao:

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn.

- Phân phối mô men phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng được toàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh Muốn vậy, lực phanh trên các bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của đường tác dụng lên chúng.

- Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng các bộ trợ lực hay dùng dẫn động khí nén hoặc bơm thuỷ lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe cói trọng lượng toàn bộ lớn.

2 Các cơ sở lý thuyết của quá trình phanh ô tô.

Tính năng phanh hay chất lượng quá trình phanh được định lượng thông qua 2 nhóm chỉ tiêu : Hiệu quả phanh và Tính ổn định khi phanh.

Hiệu quả phanh đánh giá mức độ giảm tốc độ của ôtô khi người lái tác động lên cơ cấu điều khiển phanh trong trường hợp phanh khẩn cấp.

Tính ổn định khi phanh đánh giá khả năng duy trì quỹ đạo của ôtô theo ý muốn của người lái trong quá trình phanh

2.1.Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh.

gia tốc chậm dần lớn nhất jmax , quảng đường phanh nhỏ nhất Smin và lực phanh hoặc lực phanh riêng Để đánh giá hiệu quả phanh có thể dung một trong những chỉ tiêu sau: thời gian phanh nhỏ nhất tmin ,

a) Thời gian phanh

Thời gian phanh là một trong những chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh Thời gian phanh càng nhỏ thì chất lượng phanh càng tốt

Trong trường hợp tổng quát ta có :

Trong trường hợp phanh khẩn cấp :



 1 2

  (2.1)

Khi ô tô phanh đến lúc dừng hẳn thì v2= 0, do dó:

b ) Gia tốc chậm dần phanh :

Gia tốc chậm dần đều khi phanh là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánhgiá chất lượng phanh và là đại lượng đặc trưng cho mức độ giảm tốc độ của ôtô trongquá trình phanh Khi phân tích các lực tác dụng lên ôtô, có thể viết phương trình cân bằng lực kéo khi phanh ôtô như sau:

P      ( 2.3 )Trong đó: Pj : Lực quán tính sinh ra khi phanh ôtô.

Pp: Lực phanh sinh ra ở các bánh xe Pf: Lực cản lăn

Pω: Lực cản không khí Pi: Lực cản lên dốc.

Pη: Lực để thắng tiêu hao cho ma sát cơ khí.

Thực nghiệm chứng tỏ rằng các lực cản lại chuyển động của ôtô có giá trị rất bé

so với lực phanh Vì thế có thể bỏ qua các lực cản Pf ; Pω ; Pη và khi phanh trên

đường nằm ngang có phương trình:

gGG 

 ( 2.4 )Trong đó:

 : Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ôtô

jpmax: Gia tốc chậm dần khi phanh.

g: Gia tốc trọng trường.

Từ biểu thức (2.4) có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh:

max (2.5)

Nhận xét: Để tăng gia tốc chậm dần khi phanh cần phải giảm hệ số j Vì vậy khi phanh đột ngột người lái cần tắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực lức đó δj sẽ giảm còn jpmax tăng Gia tốc chậm dần cực đại khi phanh còn

phụ thuộc vào hệ số bám  của lốp với mặt đường (mà giá trị của hệ số bám lớn nhất max 0,750,8 trên đường nhựa tốt)

c ) Quãng đường phanh :

Quãng đường phanh (Sp) là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá chất lượng phanh của ôtô Vì vậy trong tớnh năng kỹ thuật của ô tô, các nhà chế tạo cho biết quãng đường phanh của ô tô ứng với vận tốc bắt đầu phanh đã định So với các chỉ tiêu khác thì quãng đường phanh là chỉ tiêu mà người lái xe có thể nhận thức được một cách trực quan, dễ dàng tạo điều kiện cho người lái xe xử lý tốt trong khi phanh ôtô trên đường

Để xác định quãng đường phanh nhỏ nhất, có thể sử dụng biểu thức sau:

Rồi nhân cả 2 vế phương trình trên với dSp ta có :



hay pj

 2

Khi phanh ôtô đến dừng hẳn thì v2 = 0, ta có:

(2.6 )

Từ biểu thức trên ta thấy quãng đường phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào: - Vận tốc chuyển động của ôtô lúc bắt đầu phanh v1.

- Hệ số bám 

- Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay δj

Muốn giảm quãng đường phanh thì ta cần phải giảm δi Vì vậy nếu người lái cắt ly hợp trước khi phanh thì quãng đường phanh sẽ ngắn hơn Ta thấy ở biểu thức trên Smin phụ thuộc vào hệ số bám, mà hệ số bám phụ thuộc vào tải trọng tác dụng lên bánh xe.

Do vậy Smin phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ của ôtô G.

Ta có đồ thị thể hiện sự thay đổi của quãng đường phanh nhỏ nhất theo vận tốc bắt đầu phanh v1 và theo giá trị hệ số bám như sau:

[ m ]

04 08 0

1 1 , 12 2 , 2v1[ m / s ]1 2 0

H 2.1 Đồ thị chỉ sự thay đổi quãng đường phanh nhỏ nhất theo tốc độ bắt đầuphanh v1 và hệ số bám

Từ đồ thị thấy rằng: Ở vận tốc bắt đầu phanh v1 càng cao thì quãng đường

phanh S càng lớn vì quãng đường phanh phụ thuộc bậc 2 vào v1 và hệ số bám càng

cao thì quãng đường phanh S càng giảm.

d) Lực phanh và lực phanh riêng:

Lực phanh và lực phanh riêng cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh Chỉ tiêu này được dùng thuận lợi nhất là khi thử phanh ôtô trên bệ thử Lực phanh sinh ra ở bánh xe được xác định theo biểu thức sau:

P  ( 2.7 )

Trong đó: Pp là lực phanh của ôtô.

Mp là mô men của các cơ cấu phanh

Và rb là bán kính làm việc trung bình của bánh xe.

Lực phanh riêng P là lực phanh được tính trên một đơn vị trọng lượng toàn bộ

G của ôtô:

 (2.8 )

Lực phanh riêng P lớn nhất khi lực phanh Pp cực đại :

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định khi phanh

Tính ổn định phanh là khả năng đảm bảo quỹ đạo chuyển động của ôtô theo ý muốn của người lái trong quá trính phanh Tính ổn định khi phanh được đánh giá bằng 2 chỉ tiêu: Góc quay khi phanh (p) và hành lang phanh (Bp).

1) Góc quay khi phanh (p)

Trong quá trình phanh ôtô thì trục dọc của ôtô bị nghiêng đi một góc  nào

đấy so với hướng của quỹ đạo đang chuyển động Đó là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải khác với tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên trái và tạo thành mômen quay vũng Mq quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm A củaôtô

H 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ôtô khi phanh mà bị quay ngang

Khi phanh mà ôtô bị quay đi một góc quá mức quy định sẽ ảnh hưởng đến an toàn chuyển động trên đường Vậy tính ổn đinh khi phanh là khả năng ôtô giữ được quỹ đạo chuyển động như ý muốn của người lái trong quá trình phanh.

Giả sử ôtô chuyển động theo hướng trục X nhưng sau khi phanh ôtô bị lệch đi một góc  Trong khi phanh thì ở các bánh xe bên phải có các lực phanh Fp.ph1 ở trục trước và Fp.ph2 ở trục sau, còn các bánh xe bên trái có các lực phanh Fp.tr1 ở trục trướcvà Fp.tr2 ở trục sau

Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên phải là:

Mq  pph  ptr  pph  ptr (2.12 )

Do có sự ma sát giữa bánh xe và mặt đường cho nên khi xuất hiện mômen quay vòng Mq thì các bánh xe ở trục trước sẽ có phản lực Ry1 tác dụng từ mặt đường theo phương ngang và ở các bánh xe sau sẽ có phản lực Ry2 tác dụng

Phương trình chuyển động của ôtô đối với trọng tâm A được viết dưới dạng sau :

IZ. q y1. y2. ( 2.13 )

Vì ôtô bị xoay đi một góc  tức là mômen quay vòng lớn hơn rất nhiều so với

các mômen khác do các lực Ry1 và Ry2 sinh ra, để đơn giản bớt ta có thể viết lại như sau:

 2

Với: t- thời gian phanh

Để tìm giá trị của C ta sử dụng điều kiện ban đầu khi t=0 thì =0 và đưa vào phương trình ( 2.15) ta có C=0 Từ đó rút ra được biểu thức cuối cùng để xác định

góc lệch  do mômen quay vòng gây nên Mà mômen này là do sự chênh lệch lực

phanh bên phải và bên trái gây nên:

Qua biểu thức trên ta thấy  tỷ lệ thuận với Mq, với bình phương thời gian phanh t và tỷ lệ nghịch với mômen quán tính Iz của ôtô quanh trục Z đi qua trọng tâm của nó Theo yêu cầu của nhà chế tạo thì khi ôtô xuất xưởng thì phải bảo đảm lực phanh ở các bánh xe trên cùng một trục là như nhau và độ chênh lệch lực phanh ởcác bánh xe trên cùng một trục không vượt quá 15% so với giá trị lực phanh cực đại ở các bánh xe ở trục này.

Giả sử rằng các bánh xe ở phía bên phải có lực phanh lớn nhất Fp.ph max theo điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường, thì lực phanh thấp nhất giữa các bánh xe ở phía bên trái cho phép là:

Fp.tr.min=0.85.Fp.ph max (2.17)Lúc này mômen cực đại Mq.max được xác đinh như sau:

0 . .max

Góc lệch cực đại max cho phép khi phanh không vượt quá 8 hoặc khi phanh thì ôtô không vượt ra ngoài hành lang có chiều rộng 3,5m.

Để giải quyết bài toán về vấn đề hiệu quả và tính ổn định khi phanh, phần lớn cácxe

ô tô hiệ n nay đều trang bị cơ cấu chống hãm cứng bánh xe khi phanh, tức làchống hiện tượng trượt lết của bánh xe, gọi là “Anti-Lock Braking System’’và thường được viết và gọi tắt là ABS

Cơ cấu ABS hoạt động chống hãm cứng bánh xe khi phanh bằng cách điềukhiển thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các xylanh bánh xe để ngăn không chonó bị hãm cứng khi phanh trên đường trơn hay khi phanh gấp, đảm bảo tính hiệuquả và tính ổn định của ô tô trong quá trình phanh

Hệ số bám và lực bám có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo an toànchuyển động của ô tô, nó có liên quan chặt chẽ đến tính chất động lực học của ôtô, đến hiệu quả phanh và độ ổn định khi phanh, tính năng dẫn hướng … Cơcấu ABS được thiết kế dựa trên cơ sở phân tích và xử lý đã đạt được các giá trịtối ưu này

2.4.Hệ số bám

Bánh xe là phần tử đàn hồi kết hợp giữa xe và mặt đường Nhờ có sự bám giữabánh xe với mặt đường mới có sự truyền động các mô men kéo, mô men phanhđược tạo ra từ động cơ hay cơ cấu phanh tới mặt đường, giúp cho xe chuyểnđộng hay dừng lại được

Sự bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bằng hệ số bám Về cơ bảncó thể xem hệ số bám tương tự như hệ số ma sát giữa hai vật thể cơ học Tuy

nhiên do mối quan hệ truyền động giữa bánh xe và mặt đường là vấn đề rấtphức tạp, vừa có tính chất của một ly hợp ma sát, vừa theo nguyên lý ăn khớpgiữa bánh răng- thanh răng,vì ở đây còn có sự bám của bề mặt gai lốp vào mặtđường

Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường được chia thành hai thành phần: Hệ số bám trong mặt phẳng dọc, tức trong mặt phẳng chuyển động của ô tô được gọi là hệ số bám dọc ϕxx và hệ số bám trong mặt phẳng ngang vuông góc với mặt phẳng dọc và được gọi là hệ số bám ngang ϕy

Thực nghiệm chứng tỏ rằng hệ số bám phụ thuộc nhiều yếu tố như: Loại mặtđường và tình trạng mặt đường, kết cấu và nguyên liệu lốp, áp suất không khí ởtrong lốp, tải trọng tác dụng lên bánh xe, tốc độ chuyển động của xe, điềukiện nhiệt độ làm việc, độ trượt giữa bánh xe với mặt đường Do đó, trong quátrình chuyển động của xe, giá trị của hệ số bám là thay đổi phụ thuộc vào cácyếu tố kể trên

3 Cơ sở lý thuyết phanh ABS.

3.1 Hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS (Anti- lock Bracking System)

3.1.2 Sơ lược về nội dung và các thiết bị,mô hình cơ cấu ABS ở nước ta thời gian qua

Nhờ sự phát triển nhanh về khoa học kỹ thuật, trên thế giới đã có công tychuyên sản xuất thiết bị dạy học ở các nước sản xuất được thiết kế trên xa bàn vàbố trí đầy đủ như một cơ cấu thật trên xe, có thể xem như một cơ cấu phanh trênxe thu nhỏ lại, giá thành của các mô hình như vậy là rất cao

Viện vật lý có chế tạo một số mô hình hoạt động của cơ cấu ABS nhưng trên cơsở các thiết bị của cơ cấu phanh xe máy, lập trình chương trình điều khiển, cũngkhông giống như hoạt động của cơ cấu phanh thật.rất nhiều công trình nghiên cứuvề cơ cấu phanh ABS và đưa vào ứng dụng có hiệu quả, ngày càng cải tiến và tốiưu hoá quá trình điều khiển của cơ cấu Theo đó nội dung chương trình và côngnghệ chế tạo mô hình để phục vụ cho công tác giảng dạy cũng được làm rất tốt.Những kết quả mới, cơ cấu mới được đưa ra sử dụng bên ngoài cũng đều đượcđưa lên mô hình để giảng dạy

Các mô hình cơ cấu phanh ABS thường được chế tạo dựa trên các chi tiết thật củaô tô và có các dạng: Mô hình các cụm chi tiết rời, mô hình cắt các chi tiết, môhình cấu tạo của cơ cấu và mô hình làm việc

3.1.3 Mục tiêu của cơ cấu ABS

Mục tiêu của cơ cấu phanh ABS là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trượt thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị λ0 để tận dụng được hết khả năng bám ,khi

đó hiệu quả phanh cao nhất (lực phanh đạt cực đại do giá tri ϕxMax ) đồng thời tính ổn định

và tính dẫn hướng của bánh xe là tốt nhất (ϕ yđại giá trị cao nhất), thỏa mãn các yêu cầu

của cơ cấu phanh là rút ngắn quãng đường phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng dẫn

hướng của xe trong khi phanh.

Để giữ cho bánh xe không bị hãm cứng và đảm bảo hiệu quả phanh cao, cơ cấu

phanh chống hãm cứng điểu khiển áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt củabánh xe với mặt đường quanh giá trị λ0 trong giới hạn hẹp

Cơ cấu chống hãm cứng được thiết kế trên cơ sở cơ cấu phanh thường và trangbị các cụm bộ phận chính sau

- Cụm tín hiệu vào : Có nhiệm vụ nhận biết tình trạng của các bánh xe khiphanh Tùy theo sự lựa chọn nguyên lý điều chỉnh có thể dùng các cảm biến đovận tốc góc của các bánh xe, cảm biến áp suất trong dẫn động phanh, cảm biếmgiảm tốc của ô tô và các cảm biếm khác

- Bộ điều khiển (ECU): Nhận và xử lý các thông tin từ cụm tín hiệu vào đểđiều khiển bộ chấp hành thủy lực cung cấp áp suất dầu đã được tính toán tối ưucho mỗi xylanh phanh bánh xe

- Cụm van điều khiển trong bộ chấp hành thủy lực hoạt động theo lệnh từ bộđiều khiển làm tăng, giảm hay giữ nguyên áp suất dầu khi cần để đảm bảo hệ sốtrượt dao động trong khoảng tốt nhất (10-30%), tránh hãm cứng bánh xe

- Các cơ cấu chống hãm cứng bánh xe hiện nay thường được sử dụng nguyênlý điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo gia tốc chậm dần của bánh xeđược phanh

Ha.sự thay đổi mômen phanh Hb.áp suất dẫn động phanh.

Hc.gia tốc bánh xe.

H12-Sự thay đổi mômen phanh, áp suất dẫn động phanh gia tốc bánh xe.

Trên (hình 12) trình bày đồ thị chỉ sự thay đổi của một số thông số của cơ cấuphanh và chuyển động của bánh xe khi có trang bị cơ cấu ABS

Khi tác động lên bàn đạp phanh thì áp suất dẫn động tăng lên, nghĩa là mô men Phanh Mp tăng lên làm tăng giá trị gia tốc chậm dần của bánh xe và làm tăng độ trượt củanó Sau khi vượt qua điểm cực đạ i trên đường cong ϕx = f (λ)thì gia tốc chậm dần của

bánh xe bắt đầu tăng đột ngột Điều này báo hiệu bánh xe có xu hướng bị hãmcứng Giai đoạn này của quát trình phanh có ABS sẽ ứng với các đường cong(0-1) trên (hình 12a, b,

c) Giai đoạn này gọi là pha I (pha bắt đầu phanh hay pha tăng áp suất trongdẫn động phanh)

Bộ điều khiển của cơ cấu ABS lúc này sẽ ghi lại gia tốc tại thời điểm 1 đạt giá trịtới hạn (đoạn C1 trên hình c ) và ra lệnh cho bộ chấp hành thủy lực phải giảmáp suất trong dẫn động phanh Sự giảm áp suất được bắt đầu với độ chậm trễnhất định do đặc tính của cơ cấu Quá trình diễn biến từ điểm 1 đến điểm 2 đượcgọi là pha II (pha giảm áp suất trong dẫn động phanh) Gia tốc của bánh xe lúcnày giảm dần và tại điểm 2 gia tốc tiến dần đến giá tri 0 Giá trị gia tốc lúc nàytương ứng với đoạn C2 trên hình c Sau khi đạt giá trị này, bộ điều khiển ra lệnhcho bộ chấp hành ổn định áp suất trong dẫn động Lúc này bánh xe sẽ tăng tốc trong chuyển động tương đối và vận tốc của bánh xe tiến gần đến vậntốc của ô tô,

nghĩa là độ trượt sẽ giảm và như vậy hệ số bám dọc ϕxtăng lên (đoạn 2-3) Giai đoạn này

gọi là pha III( pha giữ áp suất ổn định ).

Bởi vì mô men phanh trong thời gian này được giữ cố định cho nên gia tốc chậmdần cực đại của bánh xe trong chuyển động tương đối sẽ phát sinh tương ứng với lúc hệ số

bám dọc ϕxđạt giá tri cực đại Gia tốc cực đại này được chọn làm thời điểm phát lệnh và

tương ứng với đoạn C 3trên (hình c) Lúc này bộ điều khiển ghi lại giá trị của gia tốc nàyvà gia lệnh cho 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 cơ cấu ABS.Từ lập luận trên thấy rằng cơ cấu ABS điều khiển momen phanh thay đổi theo chu kỳ khép

kín 1-2-3-1 (hình a ), lúc đó bánh xe làm việc ở vùng có hệ số bám dọc cực đạ

cũng có giá trị cao.

4 Quá trình hoạt động hệ thống phanh ABS.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh chống hãm cứng ABS

H 4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS

Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ giảm dần, khi bánh xe đạt tới

giá trị gần bó cứng tín hiệu của các cảm biến gửi về bộ điều khiển trung tâm (ECU) ECU tiếp nhận và lựa chọn chế độ đưa ra tín hiệu điều khiển van điều chỉnh áp suất các đường dầu từ xilanh chính đến xilanh bánh xe do vậy lực phanh ở cơ cấu phanh không tăng được nửa, bánh xe lại có xu hướng lăn với tốc độ cao lên, tín hiệu từ cảm biến lại đưa về bộ điều khiển trung tâm, bộ điều khiển điều khiển van điều chỉnh mở đường dầu tăng thêm áp suất dẫn ra xylanh bánh xe thực hiện tăng lực phanh gây ra

do cơ cấu phanh Nhờ đó bánh xe lại bị phanh và giảm tốc độ quay tới khi gần bị bó cứng, quá trình xảy ra được lặp lại theo chu kỳ liên tục cho tới khi bánh xe dừng hẳn.Một chu kỳ thực hiện khoảng 1/10 s, nhờ các bộ tích áp suất thấp, cao, van một chiềuvà bơm dầu độ chậm trễ tác động chỉ nhỏ hơn 1/1000s, do vậy ABS làm việc rất

hiệu quả tránh được bó cứng bánh xe Quá trình này coi như là hành động nhấp

phanh liên tục của người lái xe khi phanh, nhưng mức độ chuẩn xác và tần số lớn hơnrất nhiều so với người lái xe có kinh nghiệm.

H 4.1 Sơ đồ mối quan hệ các yếu tố trong hệ thống phanh ABS

4.1 Các trạng thái làm việc của ABS.

ABS trong hệ thống phanh thuỷ lực là một bộ tự điều chỉnh áp suất dầu đưa vào xilanh bánh xe sao cho phù hợp với chế độ lăn bánh của bánh xe nhằm hạn chế hoàn toàn khả năng trượt lết của bánh xe khi phanh.Van điện là một trong những bộ phận quan trọng thực hiện các trạng thái phanh một cách tốt nhất Tuỳ theo loại van điện sử dụng trong hệ thống phanh mà hệ thống ABS làm việc với nhiều trạng thái khác nhau.

4.1.2 Trạng thái phanh thường

Lúc này ECU chưa cung cấp điện để điều khiển van điện nên đường dầu tới (cổng A) mở, đường dầu về (cổng B) đóng ,áp lực dầu được truyền từ xilanh chính tới

xilanh bánh xe Tuy vậy ECU vẫn luôn tiếp nhận thông tin từ các cảm biến rồi so sánh với các ngưỡng giá trị có sẵn trong bộ nhớ của ECU do nhà chế tạo định sẵn Lực phanh tăng hoặc giảm do sự tác động của người tài xế và bánh xe chưa có khả năng bị hãm cứng.

4.1.3 Trạng thái giảm áp lực phanh:

Các tín hiệu từ hệ thống các cảm biên gởi đến ECU tiếp nhận, tính toán, so sánh biết được bánh xe có khả năng bị hãm cứng và quyết định chống hãm cứng bánh xe đó bằng cách đưa dòng điện khoảng 5A nhằm tạo ra lực từ mạnh ở cuộn dây để đóng đường dầu tới (cổng A), mở đường dầu về (cổngB) do vậy mà áp lực dầu không đến xilanh bánh xe nữa mà từ xilanh bánh xe trở về bình tích trữ làm cho áp lực phanh giảm bánh xe không bị bó cứng nữa Nếu áp lực phanh vẫn còn lớn để làmbó cứng bánh xe thì ECU sẽ điều khiển bơm ABS bơm dầu từ bình tích trữ về xilanh chính, áp lực phanh giảm nhanh và bánh xe không còn khả năng bị bó cứng nữa.

4.1.4 Trạng thái giữ áp lực phanh

Áp lực phanh tăng hoặc giảm ở xilanh bánh xe khi ECU nhận thấy giá trị phù hợp, thì ECU gửi dòng điện tới cuộn dây khoảng 2A vừa đủ để đóng đường tới (cổng A) và đóng đường về (cổng B) làm cho áp lực phanh không đổi ở xilanh bánh xe Lúc này ECU tiếp tục điều khiển bơm ABS làm việc để trả dầu từ bình tích năng

làm tăng áp lực phanh ở xilanh chính chuẩn bị cho quá trình tăng áp tiếp theo nếu cầnthiết.

4.1.5 Trạng thái tăng áp lực phanh

Khi áp lực phanh cần được tăng thì ECU ngừng cung cấp dòng điện cho cuộn dây của van điều khiển, van mở đường dầu tới (cổng A) và đóng đường dầu về (cổngB), dầu đi từ xilanh chính tới xilanh bánh xe Đồng thời ECU điều khiển cho bơm ABS hoạt động bơm dầu về xilanh chính của bánh xe nhằm làm tăng áp lực phanh Thực ra trạng thái tăng áp lực phanh cũng chính là trạng thái phanh thường.

Nhận xét: Trạng thái làm việc của hệ thống phanh ABS thay đổi liên tục theo

tình trạng của ôtô và mặt đường.

4.2 Ưu khuyết điểm của hệ thống phanh ABS

H 3.30 Biểu diễn quá trình phanh của hệ thống phanh thường

và hệ thống phanh ABS.

Tốc độ bánh xe và tốc độ xe gần như nhau, khi tốc độ bánh xe trở về không cũng là lúc xe dừng lại coi như bánh xe không bị bó cứng và trượt trên mặt đường nửa Khi phanh đột ngột, áp lực phanh cực đại nếu bánh xe nào giảm tốc độ quá nhanh thì áp lực dầu sẽ được giảm xuống để bánh xe không bị hãm cứng , sau đó thì bánh xe tăng tốc trở lại do lực phanh giảm ABS lại tác động làm tăng và giữ áp lực dầu sao cho tốc độ bánh xe và tốc độ xe tương ứng với nhau cho đến lúc dừng hẳn.

Sự tăng và giảm áp lực xảy ra trong phạm vi nhỏ và tần số không lớn lắm nên tốc độ xe hầu như giảm đều, còn tốc độ bánh xe tăng giảm khi áp lực điều khiển thay đổi.

1) Ưu Điểm: - Mang tính hiện đại

- Quóng đường phanh ngắn

- Có tính an toàn cao, ổn định lái, ổn định hướng

- Xe chạy trên đường trơn trượt có thể ổn định trong khi phanh…2) Khuyết Điểm:

- Kết cấu phứt tạp, khú bảo quản, sửa chữa ,lắp ráp - Các bộ phận thay thế phải đúng loại theo nhà chế tạo

- Đòi hỏi người thợ phải có tay nghề cao, kinh nghiệm

Chương III Kết cấu và quá trình làm việc của hệ thống phanh ABS.

1.Sơ đồ chung của hệ thống phanh ABS.

1.1 Các bộ phận cơ bản của hệ thống phanh ABS.

Hệ thống ABS ngày nay bố trí trên xe rất đa dạng, mỗi hãng xe đều có cách thiết kế riêng Chính vì vậy mà mỗi loại xe có cách bố trí và cấu tạo hệ thống ABS cũng rất khác nhau Các cụm chính của hệ thống phanh ABS gồm có: Bàn đạp phanh, bộ cường hoá lực phanh, xilanh chính, cơ cấu phanh ở bánh xe… Đó là các cụm giống như hệ thống phanh chung Ngoài ra còn có thêm:

- Cụm điều khiển điện tử (ECU: electronic control unit): Được xem như một bộ não của hệ thống ABS Tiếp nhận thông tin từ hệ thống các cảm biến tức là xác định được tốc độ của bánh xe hoặc gia tốc chậm dần khi phanh, do các cảm biến gởi đến từ đó xử lý thông tin và gửi tín hiệu đến bộ điều khiển thuỷ lực (HCU).

- Cụm điều khiển thuỷ lực (HCU: hydraulic control unit ) nhận tín hiệu từ ECU gửi đến, HCU đóng mở mạch dầu để tăng, giảm hay giữ áp lực phanh đến các bánh xe cho phù hợp nhằm thực hiện chức năng chống hãm cứng.

- Hệ thống các cảm biến (sensor): nhận tín hiệu gửi về ECU, từ đó ECU có thông tin để điều khiển quá trình chống hãm cứng Thông thường trên xe có trang bị một số loại cảm biến sau:

Cảm biến tốc độ bánh xe (wheel speed sensor) Cảm biến gia tốc khi phanh (acceleration sensor ) Cảm biến trọng lực G (force sensor).

Cảm biến hành trình pedal phanh (brake pedal travel switch) Cảm biến mức dầu ( fuild level switch ).

Thông thường chỉ cần cảm biến tốc độ bánh xe là đủ nhưng để tăng tính ưu việt của hệ thống phanh một số xe còn trang bị thêm cảm biến gia tốc (acceleration sensor) hay cảm biến trọng lực G (force sensor)

H 3.1.Sơ đồ cấu tạo của hệ thốnh phanh ABS

1 Cảm biến tốc độ bánh xe ; 2 Bộ điều khiển thuỷ lực; 3 Bộ điều khiển trung tâm;4 Xilanh chính ; 5 Đèn báo

Trong ABS còn có nguồn năng lượng bổ sung như bình dự trữ dầu thấp áp, bơm dầu, các van an toàn…

1.1.2 Cụm điều khiển điện tử.

Cụm điều khiển được xem như “bộ não“ của hệ thống phanh ABS tự động điều chỉnh với độ chính xác cao Nhiệm vụ của ECU nhận biết tình trạng làm việc của của xe từ các cảm biến cung cấp căn cứ vào đó mà tính toán khả năng hãm cứng của bánh xe khi phanh Từ các thông số tính toán được, ECU so sánh với các thông số có sẵn do nhà chế tạo định trước ở bên trong ECU Sau cùng ECU quyết định tính năng làm việc của cả hệ thống

Đặc điểm cấu tạo rất phứt tạp, mỗi hãng luôn có một đặc trưng riêng và còn tuỳ thuộc vào từng loại xe.

Nguyên lý hoạt động của ECU:

Khi có tín hiệu phanh, tín hiệu tốc độ bánh xe, đối với một số xe còn có thêm tín hiệu gia tốc hay tín hiệu trọng lực … Từ hệ thống các cảm biến gửi đến thì ECU

nhận được bởi mạch điện nhận tín hiệu các tín hiệu này đuợc chuyển sang khối điều khiển để tiến hành tính toán khả năng hãm cứng của bánh xe và tiến hành so sánh vớicác giá trị có trong ngưỡng bộ nhớ ECU Sau đó quyết định của cụm vi xử lí chính được đưa tới mạch xuất tín hiệu và được khuyếch đại để đưa tới các bộ phận thi hànhchức năng chống hãm cứng theo sơ đồ sau:

H.3.2.Lựơc đồ khối của khối điều khiển ABS với các tín hiệu đầu vào, đầu ra.

Tất cả các quá trình làm việc ở trên, được kiểm tra theo dõi bởi bộ vi xử lý Bộphận vi xử lý tiếp nhận các tín hiệu của quá trình nhập, tính toán cũng như xuất tín hiệu, nên kiểm tra quá trình đó một cách chính xác Nếu có sai sót bộ phận này sẽ xuất tín hiệu để báo Ngoài ra: bộ kiểm tra vi xử lý còn có các chức năng tự kiểm tra,

kiểm tra lúc bắt đầu nhận tín hiệu và chẩn đoán các bộ phận hư hỏng của toàn bộ hệ thống ABS

Trong ECU còn có bộ ổn định điện áp Điện áp từ bình đến ECUKhối

điều khiểnABSCảm biến tốc độ

bánh sau, bên trái

Công tắc đèn stop

Tín hiệu ra đến

bộ tự kiểm traCảm biến tốc độ

bánh trước, bên

Cảm biến tốc độ bánh sau, bên phảiCảm biến tốc độ

bánh trước, bên

Bộ truyền động thuỷ lưc

Đèn báo ABSTín hiệu đầu raTín hiệu đầu vào Rơ le ABS

được ổn định, do đó ECU làm việc ổn định và tăng độ chính xác trong quá trình điều khiển.

Đặc biệt các bộ phận vi xử lý trong ECU có mối liên hệ rất chặt chẽchính vì vậy mà ECU làm việc rất chính xác và hiệu quả

Theo sơ đồ của mạch điều khiển chống hãm cứng thì sau khi mở công tắc điện,ECU được cung cấp điện và tiến hành một số chức năng kiểm tra ban đầu cho hệ thống ABS Nếu có sai sót thì hệ thống ABS không hoạt động và ngược lại ECU tiếnhành tính toán, kiểm tra khả năng hãm cứng của bánh xe.

Qua kết quả nhận được ECU tiến hành lựa chọn:

- Nếu phanh thường thì bánh xe không có khả năng chống hãm cứng nên hệ thống chống hãm cứng bị ngắt.

- Nếu bánh xe có khả năng bị hãm cứng bộ vi xử lý chính tiến hành phân tích so sánh với các ngưỡng giá trị cài sẵn trong bộ nhớ của ECU rồi đưa ra quyết định vàchuyển đến bộ phận phân tích, bộ phận phân tích đưa tín hiệu đến các bộ phận thi hành chức năng chống hãm cứng như van điện và bơm ABS để thực hiện chức năng chống hãm cứng.

Chu trình trên được lặp đi lặp lại liên tục cho đến khi tín hiệu gửi đến từ các cảm biến cho biết tình trạng của bánh xe không còn có khả năng chống hãm cứng thì ECU ngắt tín hiệu cung cấp Cả hệ thống chống hãm cứng trở trạng thái bình thường không hãm cứng.

Với sự trang bị của hệ thống phanh ABS thì hiệu quả phanh, tính ổn định khi phanh được nâng cao Tuy nhiên tránh lắp lẫn ECU của các loại xe với nhau, điều đó giảm độ chính xác của ECU

1.2 Hệ thống các cảm biến.1.2.1 Cảm biến tốc độ bánhxe.

Như ta đó biết trên ôtô hiện đại ngày nay một số xe có hê thống phanh ABS được trang bị nhiều cảm biến với chức năng khác nhau nhằm tăng thêm chất lượng của quá trình phanh nhưng cảm biến tốc độ bánh xe là không thể thiếu trong hệ thốngphanh ABS.

Cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ nhận biết sự thay đổi của tốc độ bánh xevà gửi tín hiệu về ECU, từ đó ECU nhận biết, xử lý thông tin và điều khiển các bộ phận chống hãm cứng bánh xe.

Các cảm biến tốc độ được bố trí ở mỗi bánh xe hay trên cầu chủ động để nhận biết tốc độ của bánh xe dựa trên tốc độ quay của cầu xe.

H 3.3 Vị trí các cảm biến tốc độ trên xe ôtô

1.2.2 Vị trí các cảm biến tốc độ trên bánh xe

1) Đặc điểm cấu tạo của cảm biến tốc độ bánh xe

H 1.1.2 Cấu tạo cảm biến gia tốc bánh xe

1- Dây dẫn điện nối giữa cảm biến và ECU, 2 - Nam châm vĩnh cửu, 3 - Vỏ cảm biến, 4 - Cuộn dây, 5- Trục cảm biến làm bằng thép từ, 6 - Vòng răng cảm biến có nhiệm vụ thay đổi tư trường qua cuộn dây tạo ra xung điện áp gửi về ECU.

Vị trí tương quan giữa cảm biến và vòng răng:

- Lắp đặt theo vị trí chu vi, trục hướng tâm bánh răng

H.3.5a Trục cảm biến vuông góc trục vòng răng bánh xe

- Lắp đặt theo vị trí trục song song, đầu cảm biến đối diện với niềng răng

H.1.1.2.b Đầu cảm biến đối diện với niềng răng

- Lắp đặt cảm biến theo vị trí trục cảm biến song song với trục bánh răng:

2) Nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ

Nam châm vĩnh cửu tạo ra từ trường khép kín qua các cuộn dây, khi các bánh xe quay thì vòng răng cũng quay cùng tốc độ Các răng trên vòng răng cắt các từ trường của châm làm thay đổi từ trường qua các cuộn dây Do đó từ thông qua các cuộn dây cũng thay đổi làm xuất hiện dòng điện tự cảm trong cuộn dây Vì vậy ở hai đầu cuộn dây xuất hiện một điện áp xoay chiều Điện áp này thay đổi theo tốc độ quay của bánh xe cả về độ lớn và tần số dao động Nhờ sự thay đổi này mà ECU nhận biết được tốc độ bánh xe.

Dạng xung điện áp ở hai đầu cuộn dây cảm biến tốc độ