Hiệu quả phanh và khả năng dẫn hƣớng chuyển động của ụ tụ phụ thuộc vào lực bỏm dọc và lực bỏm ngang giữa bỏnh xe và mặt đƣờng. Cỏc lực đú đƣợc xỏc định lần lƣợt theo cụng thức sau: b x x z F F F (2.1) y y z F F (2.2) Trong đú: Fz: Tải trọng thẳng đứng tỏc dụng lờn bỏnh xe; x : Hệ số bỏm dọc giữa bỏnh xe và mặt đƣờng; y : Hệ số bỏm ngang giữa bỏnh xe và mặt đƣờng.
Với một loại xe nhất định, để duy trỡ đƣợc lực phanh lớn và khả năng điều khiển hƣớng cần thực hiện điều khiển để duy trỡ Hệ số bỏm dọc x và lực ngang y cú giỏ trị lớn.
Hệ số lực dọc, hệ số bỏm ngang giữa bỏnh xe và mặt đƣờng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tỡnh trạng mặt đƣờng, kiểu lốp, chất lƣợng lốp, nhiệt độ, vận tốc, độ trƣợt … Trong đú độ trƣợt là giỏ trị biến đổi liờn tục trong quỏ trỡnh phanh, và cú thể điều khiển quỏ trỡnh phanh để duy trỡ giỏ trị độ trƣợt trong giới hạn mong muốn nhằm đạt đƣợc cỏc giỏ trị Fb và
y
F lớn. Quan hệ giữa hệ số lực dọc, lực ngang và độ trƣợt của bỏnh xe đƣợc cỏc tài liệu cụng bố nhƣ đồ thị Hỡnh 2. 3.
Hỡnh 2. 3. Quan hệ giữa hệ số lực dọc, ngang và độ trượt dọc của bỏnh xe khi phanh
1,0 0 10 20 30 40 60 80 100% 0,8 0,6 0,4 0,2 Độ tr-ợt dọc Hệ s ố bám dọc, bám ngang
- 26 -
Độ trƣợt của bỏnh xe khi phanh đƣợc xỏc định theo cụng thức:
o
v v
v
(2.3)
Trong đú:
v là vận tốc dài thực tế của bỏnh xe, bằng vận tốc dài của thõn xe; v0 là vận tốc dài lý thuyết của bỏnh xe, đƣợc xỏc định nhƣ sau:
0 d
v r (2.4)
Trong đú: ω là vận tốc gúc của bỏnh xe;
d r là bỏn kớnh động lực học của bỏnh xe. Thụng thƣờng, độ trƣợt đƣợc tớnh tƣơng đối: 1 0 0 % 1 0 0 % o d v v v r v v (2.5)
Căn cứ vào quan hệ giữa hệ số lực dọc, hệ số bỏm ngang với độ trƣợt dọc của bỏnh xe nhƣ Hỡnh 2. 3, để đảm bảo khả năng điều khiển hƣớng chuyển động khi phanh và hiệu quả phanh cao, cần duy trỡ đƣợc độ trƣợt của bỏnh xe khi phanh ở trong khoảng từ 10 – 30%. Hệ thống ABS sẽ điều khiển ỏp suất phanh nhằm duy trỡ độ trƣợt biến đổi trong phạm vi đú.
Tuy nhiờn, rất khú để xỏc định độ trƣợt của bỏnh xe khi phanh (xỏc định theo cụng thức (2.5)) do vận tốc dài của bỏnh xe và bỏn kớnh động lực học bỏnh xe là những đại lƣợng rất khú xỏc định đƣợc chớnh xỏc.
Thực tế giới hạn này cú thể thay đổi trong phạm vi lớn, cú thể bắt đầu sớm hoặc kết thỳc muộn hơn tựy theo điều kiện bỏm của bỏnh xe và mặt đƣờng (Hỡnh 2. 4). Do đú căn cứ theo ngƣỡng độ trƣợt của cỏc bỏnh xe để điều khiển ABS cú thể khiến mức độ hiệu quả phanh khụng giống nhau trờn cỏc loại đƣờng khỏc nhau và khi sử dụng cỏc loại lốp khỏc nhau.
- 27 -
Hỡnh 2. 4. Phạm vi điều khiển của ABS
Mặt khỏc, gia tốc gúc của bỏnh xe khi phanh là đạo hàm theo thời gian của vận tốc gúc bỏnh xe: d b
d t
nờn nú thể hiện xu hƣớng bú cứng của bỏnh xe. Do đú, nếu xỏc định đƣợc ngƣỡng gia tốc gúc điều khiển phự hợp, hệ thống ABS cú thể hạn chế sự trƣợt lết của bỏnh xe và hạn chế sự suy giảm giỏ trị cỏc hệ số bỏm dọc x và hệ số bỏm ngang y.
Vận tốc gúc bỏnh xe b cú thể dễ dàng xỏc định với độ chớnh xỏc tƣơng đối cao bằng cảm biến vận tốc gúc, từ đú hệ thống dễ dàng tớnh toỏn đƣợc gia tốc gúc của cỏc bỏnh xe trờn cơ sở đạo hàm giỏ trị vận tốc gúc đo đƣợc đú. Do đú luận ỏn chọn phƣơng phỏp điều khiển ABS theo gia tốc gúc của bỏnh xe khi phanh.
Trong khuụn khổ luận ỏn, bộ điều khiển ABS đƣợc thiết kế nhằm mục đớch điều khiển chống bú cứng bỏnh xe khi phanh. Cơ cấu chấp hành gồm cỏc van điện từ hoạt động ở hai trạng thỏi mở và đúng (ON – OFF) để tạo ra cỏc trạng thỏi tăng ỏp, giữ ỏp và giảm ỏp suất khớ nộn trong bầu phanh (Mục 1.5.2), khả năng đỏp ứng tần số điều khiển của cơ cấu phanh khụng cao (Mục 3.1) nờn luận ỏn chọn phƣơng phỏp điều khiển logic để điều khiển hệ thống.
Trong quỏ trỡnh điều khiển của ABS, cỏc trạng thỏi (cũn đƣợc gọi là pha) thay đổi ỏp suất (tăng ỏp, giảm ỏp hay giữ ỏp) đƣợc kớch hoạt dựa vào giỏ trị gia tốc gúc của bỏnh xe khi phanh. Luận ỏn chọn bộ giỏ trị ngƣỡng gia tốc gúc để điều khiển chuyển pha gồm 4 giỏ trị 1, 2, 3, 4, pha điều khiển ABS theo gia tốc gúc bỏnh xe đƣợc minh họa nhƣ Hỡnh 2. 5. 1,0 0 20 40 60 80 100 % 0,8 0,6 0,4 0,2 1 2 Vùng ABS điều khiển (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3 4 Độ tr-ợt dọc Hệ số bám dọc 1- Lốp bố trũn chạy trờn đƣờng khụ; 2- Lốp bố chộo chạy trờn đƣờng nhựa ƣớt; 3- Lốp bố trũn chạy trờn đƣờng tuyết; 4- Lốp bố trũn chạy trờn đƣờng băng.
- 28 -
Hỡnh 2. 5. Cỏc pha điều khiển ỏp suất trong hệ thống theo gia tốc gúc bỏnh xe
Khi bắt đầu phanh, van chấp hành ABS hoạt động ở trạng thỏi mặc định là tăng ỏp suất trong bầu phanh. Gia tốc gúc bỏnh xe giảm dần, đến khi giảm quỏ giỏ trị ngƣỡng 1 thỡ ECU điều khiển chuyển sang pha giữ ỏp. Giai đoạn này ỏp suất khớ nộn trong bầu phanh khụng đổi và ở mức cao nờn gia tốc gúc bỏnh xe tiếp tục giảm. Khi gia tốc gúc bỏnh xe nhỏ hơn giỏ trị ngƣỡng 2 thỡ ECU điều khiển chuyển sang pha giảm ỏp. Giai đoạn này ỏp suất trong bầu phanh giảm, theo quỏn tớnh gia tốc gúc bỏnh xe tiếp tục giảm sau đú tăng lờn. Khi gia tốc gúc bỏnh xe lớn hơn giỏ trị ngƣỡng 3 thỡ ECU điều khiển chuyển sang pha giữ ỏp. Gia tốc gúc bỏnh xe tiếp tục tăng theo quỏn tớnh, khi lớn hơn giỏ trị ngƣỡng 4 thỡ ECU điều khiển chuyển sang pha tăng ỏp. Quỏ trỡnh điều khiển của hệ thống ABS lặp đi lặp lại theo chu trỡnh đú đến khi kết thỳc.
Thuật toỏn điều khiển theo gia tốc gúc bỏnh xe yờu cầu thụng tin về gia tốc gúc bỏnh xe, do đú luận ỏn cần thiết kế cảm biến đo vận tốc gúc bỏnh xe, để từ đú cú thể tớnh toỏn đƣợc gia tốc gúc phục vụ điều khiển của hệ thống ABS.