Hệ thống chống hóm cứng bỏnh xe khi phanh (ABS) thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh cú mạch liờn hệ ngược. Sơ đồ khối điển hỡnh của một ABS cú dạng như trờn hỡnh 1-12, 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 cú nhiệm vụ phản ỏnh sự thay đổi của cỏc thụng số được chọn để điều khiển (thường là tốc độ gúc hay gia tốc chậm dần của bỏnh xe hoặc giỏ độ trượt) và truyền tớn hiệu điện đến bộ phận điều khiển 2. Bộ phận 2 sẽ xử lý tớn hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng ỏp sất trong dẫn động phanh.
Chất lỏng được được truyền từ xylanh chớnh (hay tổng van khớ nộn) 5 qua 3 đến cỏc xylanh bỏnh xe (hay bầu phanh) 6 để ộp cỏc phần tử và thực hiện quỏ trỡnh phanh.
Hỡnh 1.12. Sơ đồ tổng quỏt của hệ thống chống hóm cứng bỏnh xe khi phanh. 1-Cảm biến tốc độ; 2-Bộ phận điều khiển; 3-Cơ cấu thực hiện;
4-Nguồn năng lượng; 5-Xylanh chớnh hoặc tổng van khớ nộn; 6-Xylanh bỏnh xe hoặc bầu phanh.
Để hiểu được nguyờn lý làm việc của hệ thống chống hóm cứng bỏnh xe, ta khảo sỏt quỏ trỡnh phanh bỏnh xe như trờn (Hỡnh 1.13).
Nếu bỏ qua momen cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Zbx =const, thỡ phương trỡnh cõn bằng momen tỏc dụng lờn bỏnh xe đối với trục quay của nú khi phanh, cú dạng: 0 dt d J M M b b p
Ở đõy: Mp: Momen phanh tạo nờn bởi cơ cấu phanh. Mφ: Momen bỏm của bỏnh xe với đường. Jb: Momen quỏn tớnh của bỏnh xe.
Từ đú ta cú gia tốc chậm dần cả bỏnh xe khi phanh: b p b b J M M dt d
Hỡnh 1.13. Cỏc lực và momen tỏc dụng lờn bỏnh xe khi phanh.
Trong đú: Mp: Momen phanh tạo nờn bởi cơ cấu phanh. Mφ: Momen bỏm của bỏnh xe với đường. Jb : Momen quỏn tớnh của bỏnh xe. ωb : vận tốc gúc của bỏnh xe.
Pφ : Lực bỏm tỏc dụng vào bỏnh xe.
Zbx : phản lực tiếp tuyến tỏc dụng lờn bỏnh xe. Gbx : trọng lực tỏc dụng lờn bỏnh xe.
Sự thay đổi Mp, Mφ và εb theo độ trượt thể hiện trờn hỡnh 1.14.
Đoạn O-1-2 biểu hiện quỏ trỡnh tăng Mp khi đạp phanh. Hiệu (Mp-Mφ) tỷ lệ với gia tốc chậm dần εb của bỏnh xe. Hiệu trờn tăng nhiều khi đường Mφ đi qua cực đại. Do đú sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh. Sự tăng đột ngột của εb được sử dụng làm tớn hiệu để giảm ỏp suất trong dẫn động. Do cú độ chậm tỏc dụng nhất định nào đú (phụ thuộc tớnh chất hệ thống), sự giảm ỏp suất thực tế được bắt đầu ở điểm 2. Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng khụng ở điểm 3 (khi Mp-Mφ). Vào thời điểm tương ứng với điểm 4 – Momen phanh cú giỏ trị cực tiểu khụng đổi.
Trờn đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, momen phanh nhỏ hơn momen bỏm, nờn xảy ra sự tăng tốc bỏnh xe. Sự tăng gia tốc bỏnh xe được sử dụng làm tớn hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng ỏp suất trong hệ thống phanh (điểm 5).
Tiếp theo, chu trỡnh lặp lại. Như vậy, trong quỏ trỡnh điều khiển, bỏnh xe lỳc thỡ tăng tốc lỳc thỡ giảm tốc và buộc Mp thay đổi theo chu trỡnh kớn 1-2-3-4-5-6-1, giữ cho độ trượt của bỏnh xe dao động trong giới hạn λ1ữλ2 (Hỡnh 1-12), đảm bảo cho hệ số bỏm cú giỏ trị gần với giỏ trị cực đại nhất.
Hỡnh 1.14. Sự thay đổi cỏc thụng số khi phanh cú ABS. Trong đú: Mp: Momen phanh tạo nờn bởi cơ cấu phanh.
Mφ: Momen bỏm của bỏnh xe với đường. εb : Gia tốc chậm dần cả bỏnh xe khi phanh. λ : Độ trượt của bỏnh xe.
Trờn hỡnh 1.15 là đồ thị biểu diễn quỏ trỡnh thay đổi ỏp suất trong dẫn động và gia tốc chậm dần của bỏnh xe khi phanh cú ABS theo thời gian.
Hỡnh 1.15.a cho thấy, quỏ trỡnh phanh với ABS núi chung cú 3 giai đoạn (3 pha): tăng ỏp suất (1→2), giảm ỏp suất (2→4) và duy trỡ (giữ) ỏp suất (4→5). ABS làm việc với 3 giai đoạn như vậy gọi là ABS 3 pha. Một số ABS cú thể khụng cú pha duy trỡ ỏp suất gọi là ABS 2 pha.
Hỡnh 1.15. a) Sự thay đổi ỏp suất trong dẫn động khi phanh cú ABS; b) Gia tốc chậm dần của bỏnh xe khi phanh cú ABS.
Với cỏc hệ thống chống hóm cứng bỏnh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi trong khoảng λ1ữλ2 = (15ữ30)%. Tần số thay đổi ỏp suất trong dẫn động khớ nộn khoảng (3ữ8)Hz cũn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz.
Để thấy rừ vai trũ của ABS cú thể tham khảo số liệu trong bảng 1-1 nhận được khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp cú và khụng cú ABS và đồ thị quỏ trỡnh phanh trờn hỡnh 1.16; 1.17.
Bảng 1-1. Kết quả thớ nghiệm khi phanh ụtụ du lịch cú trang bị ABS (mỗi bỏnh xe cú một cảm biến và điều khiển riờng).
Loại đường Tốc độ bắt đầu phanh V(m/s)
Quóng đường phanh SP (m) Mức tăng hiệu quả phanh (%) Cú ABS Khụng ABS Đường bờ tụng khụ Đường bờ tụng ướt 13,88 13,88 10,6 18,7 13,1 23,7 19,1 21,1 Đường bờ tụng khụ Đường bờ tụng ướt 27,77 27,77 41,1 62,5 50,0 100,0 17,8 37,5
Hỡnh 1.16. Quỏ trỡnh phanh điển hỡnh trờn mặt đường trơn của ụtụ khụng trang bị ABS.
Hỡnh 1.17. Quỏ trỡnh phanh điển hình của ụtụ có trang bị ABS.