a) Cảm biến tốc độ gĩc
Cấu tạo và bố trí chung của bộ cảm biến tốc độ bánh xe thể hiện nhƣ hình vẽ:
Hình 2.25. Cảm biến đo tốc độ gĩc
Cảm biến bao gồm: một lõi thép từ (nam châm vĩnh cửu), trên lõi thép cĩ cuộn dây tín hiệu, một rơ to dạng vành răng đƣợc phủ đồng gắn và cùng quay với bánh xe. Giữa lõi thép từ và các vành răng của rơ to cĩ khoảng cách nhỏ (khe hở từ).
Nguyên lý làm việc: khi bánh xe ơ tơ quay cùng rơ to của cảm biến làm cho từ thơng của nam châm vĩnh cửu đi qua cuộn dây luơn thay đổi về chiều và giá trị. Trong cuộn dây phát sinh suất điện động xoay chiều cĩ đặc tính thể hiện nhƣ hình vẽ trên (hình sin cĩ chu kỳ phụ thuộc tốc độ vành răng). Tùy thuộc số lƣợng xung trong một đơn vị thời gian ta xác định đƣợc tốc độ gĩc của bánh xe khi phanh.
b) Cơ cấu chấp hành
Cĩ nhiệm vụ nhận tín hiệu từ ECU thực hiện điều khiển các van điện từ đĩng, mở đƣờng khí nén từ bình tới các bầu phanh phù hợp với chế độ tăng áp, giữ áp hay giảm áp, bảo đảm cho bánh xe làm việc trong vùng cĩ độ trƣợt tối ƣu 1530%
tránh hãm cứng bánh xe.
Kết cấu: là tổ hợp gồm các van điện từ, cấu trúc của các van điều khiển dạng van con trƣợt thuỷ lực, điều khiển điện từ. Hệ thống dẫn động bố trí 8 van loại 2 vị trí. Tín hiệu điều khiển các van điện từ là các tín hiệu điện. Van 2 vị trí điều khiển bằng tín hiệu điện áp 24V theo nguyên lý đĩng (ON), ngắt (OFF). Ở trạng thái bình
thƣờng, van điện từ cửa nạp (van cửa A - van giữ) ở trạng thái thƣờng đĩng, cịn van điện từ cửa xả (van cửa B - van giảm) ở trạng thái thƣờng mở.
Nguyên lý làm việc của bộ chấp hành. - Trạng thái tăng áp:
Hinh 2.26. Trạng thái tăng áp của van điều chỉnh áp suất
Ở trạng thái tăng áp, van giữ đĩng, van giảm mở. Hệ thống phanh làm việc nhƣ chế độ bình thƣờng (khơng cĩ ABS), áp suất trong bầu phanh tăng theo mức độ mở của van phân phối. Dịng khí từ bình qua van gia tốc vào cửa nạp, đẩy màng cao su mở cửa nạp. Lúc này, do cửa B mở nên dịng khí theo của B vào phía sau màng cao su cửa xả, do áp suất hai bên màng cửa xả nhƣ nhau nên cửa xả đƣợc đĩng, dịng khí nén cĩ áp suất phù hợp đi vào bầu phanh thực hiện quay cam ép, ép cơ cấu phanh thực hiện quá trình phanh xe.
- Trạng thái giữ áp:
ECU thu thập tín hiệu từ các cảm biến dƣới bánh xe, kiểm tra và phát hiện sự bĩ cứng, khi bánh xe bắt đầu cĩ biểu hiện bĩ cứng, ECU phát tín hiệu cấp điện áp điều khiển cuộn dây điện từ của van giữ, mở cửa A. Lúc này, áp suất hai bên màng cao su cửa nạp nhƣ nhau, nên đĩng kín cửa nạp. Vậy 2 cửa nạp và xả đƣợc đĩng kín, áp suất trong bầu phanh đƣợc giữ khơng đổi.
Hình 2.27. Trạng thái giữ áp của van điều chỉnh áp suất khí nén
- Trạng thái giảm áp.
Hình 2.28. Trạng thái giảm áp của van điều chỉnh áp suất
Khi bánh xe bị bĩ cứng, ECU điều khiển cấp điện áp tới cả 2 cuộn dây điện từ của 2 van, thực hiện đĩng van nạp, mở van xả. Lúc này, van xả đƣợc đĩng, áp suất hai bên màng cao su chênh lệch nhau, thực hiện mở van cửa xả, và van cửa nạp đƣợc đĩng kín, do đĩ, khí trong bầu phanh đƣợc xả nhanh ra ngồi, thực hiện quá trình giảm áp.
Ba chế độ làm việc này đƣợc điều khiển bởi ECU điện tử, phụ thuộc vào tín hiệu cảm biến tốc độ gĩc từ các bánh xe, chế độ hoạt động của các van đƣợc mơ tả theo bảng dƣới đây.
Bảng 2.2. Trạng thái làm việc các van
Chế độ hoạt động Van giữ áp Van giảm áp
Khi phanh bình thƣờng (ABS khơng hoạt động)
Cửa A đĩng (OFF) Cửa B mở (OFF)
Khi phanh gấp hoặc trên đƣờng cĩ hệ số bám khác nhau. (ABS hoạt động)
Chế độ giảm áp Cửa A mở (ON) Cửa B đĩng (ON) Chế độ giữ áp Cửa A mở (ON) Cửa B mở (OFF) Chế độ tăng áp Cửa A đĩng (OFF) Cửa B mở (OFF)
c) Hộp điều khiển điện tử ECU - ABS
Bộ điều khiển trung tâm (ECU - ABS ) là một máy tính cỡ nhỏ làm việc theo sơ đồ định sẵn, tín hiệu điều khiển van điện từ phụ thuộc vào tín hiệu cảm biến và chƣơng trình vi xử lý.
Trong ECU - ABS cĩ bố trí bộ tạo xung để đảm bảo nhịp độ làm việc của hệ thống. Các thơng tin đƣa vào đƣợc nhớ theo địa chỉ trong các bộ nhớ của ECU và liên tục xử lý. Điều khiển hệ thống là bộ vi xử lý. Cấu trúc bộ vi xử lý là một mảng vi mạch điện tử chứa các thuật tốn và mạch xử lý logic…
Tại ECU - ABS: gia tốc gĩc bánh xe, vận tốc ơ tơ đƣợc xác định. Cùng với các giá trị xác lập sẵn của độ trƣợt, gia tốc giới hạn, ECU - ABS đƣa các tín hiệu điều khiển van điện từ, điều khiển áp suất dầu phanh, điều khiển lực phanh ở bánh xe. Nếu một sự cố xảy ra ở bất cứ bộ phận nào trong hệ thống tín hiệu, đèn báo ABS trên đồng hồ táp lơ sẽ sang báo sự cố xảy ra. Các tín hiệu sai lệch so với mức chuẩn đƣợc bộ nhớ lƣu trữ và chuyển thành tín hiệu báo lỗi. Các lỗi đƣợc mã hĩa và cĩ thể đọc đƣợc khi cần.
Bộ điều khiển điện tử bao gồm các thành phần sau:
- Khối thu và xử lí tín hiệu từ cảm biến:
Các tín hiệu gửi về ECU từ tín hiệu của bốn cảm biến vận tốc gĩc bánh xe, tín hiệu bàn đạp phanh, tín hiệu IG, tín hiệu SR báo trạng thái rơ le van điện từ. Tín hiệu vận tốc gĩc bánh xe là tín hiệu điện hình sin xoay chiều cĩ biên độ và tần số
thay đổi, vì vậy trƣớc khi đƣa vào vi điều khiển cần đƣợc chuẩn hĩa thành xung vuơng 5V. Bộ phận này đƣợc tích hợp sẵn trong cảm biến.
Hình 2.29. Sơ đồ tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc gĩc bánh xe
Các tín hiệu bàn đạp phanh (ST), cơng tắc phanh tay, đều là dạng tín hiệu số gián đoạn với mức cao là 24V, mức thấp là 0V do cơng tắc hành trình tạo ra. Do đĩ, để xử lý các tín hiệu này phù hợp với mức làm việc của vi điều khiển, dùng điện trở phân áp sao cho phù hợp với mức logic của vi điều khiển (mức cao 2,5V, mức thấp < 1V).
- Khối cấp nguồn cho bộ điều khiển: linh kiện điện tử trong mạch ECU đều làm việc ở mức điện áp là 5V, trong khi điện áp cung cấp trên xe là 24V. Do đĩ để mạch điều khiển làm việc đƣợc thì phải cĩ nguồn nuơi ổn định ở mức điện áp 5V.
- Khối điều khiển van điện từ: bộ chấp hành ABS trên xe là loại van điện từ 8 van 2 vị trí (4 van giữ áp và 4 van giảm áp); tín hiệu điều khiển các van điện từ là dạng tín hiệu điện áp (24V), làm việc theo nguyên tắc ON –OFF; tần số điều khiển dao động 7 -10Hz.
Chƣơng 3: TIÊU CHUẨN ECE VỀ HỆ THỐNG PHANH 3.1. Cơ sở lý thuyết đánh giá hiệu quả phanh
3.1.1. Phƣơng trình cân bằng lực phanh
Trong trƣờng hợp tổng quát khi ơtơ đang chạy trên dốc và tiến hành quá trình phanh ta cĩ các lực tác dụng lên ơtơ nhƣ sau:[5]
Hình 3.1. Lực tác dụng lên ơ tơ khi phanh
Trong đĩ: G- trọng lƣợng ơtơ.
Pf1, Pf2 - lực cản lăn ở các bánh trƣớc và các bánh sau.
PP1, PP2 - lực phanh sinh ra ở các bánh trƣớc và các bánh sau. P - lực cản của khơng khí.
PJ - lực quán tính sinh ra trong quá trình phanh, lực này cĩ cùng chiều với chiều chuyển động của ơtơ.
Pi - lực cản lên dốc (Pi = Gsinα, α là gĩc dốc của mặt đƣờng) Pη – lực cản do ma sát trong hệ thống truyền lực
Z1, Z2 - phản lực thẳng gĩc từ mặt đƣờng lên các bánh xe trƣớc và sau. Lực phanh tổng cộng PP sẽ là: PP = PP1 + PP2
Giá trị cực đại của lực phanh (PPmax) xác định theo cơng thức: PPmax = φ.G
Trong đĩ: φ là hệ số bám giữa bánh xe và mặt đƣờng. Lực cản chuyển động tổng cộng sẽ là:
Pf = Pf1 + Pf2 = f.G Trong đĩ: f là hệ số cản lăn.
Lực cản khơng khí xác định nhƣ sau: Pω = K.F.v2 Trong đĩ: K là hệ số cản khơng khí.
F là diện tích chính diện của ơtơ. v là vận tốc ơtơ lúc bắt đầu phanh. Lực quán tính PJ đƣợc tính theo cơng thức:
PJ = .G dv.
g dt
(3.1)
Trong đĩ: là hệ số tính đến ảnh hƣởng của các khối lƣợng chuyển động quay của ơtơ.
t là thời gian phanh.
g là gia tốc trọng trƣờng (g = 9,81m/s2) Hệ số xác định nhƣ sau: = 1 + 2 2 0 2 ( d h bx). bx J i i J g Gr Trong đĩ:
Jd – mơmen quán tính của bánh đà và các chi tiết chuyển động quay của động cơ; Jbx - mơmen quán tính của bánh xe.
ibx - bán kính làm việc của bánh xe. ih - tỉ số truyền của hộp số.
i0 - tỷ số truyền của truyền lực chính. - hiệu suất của hệ thống truyền lực.
Chiếu các lực tác dụng lên ơtơ khi phanh lên bề mặt nghiêng của đƣờng ta cĩ phƣơng trình cân bằng lực khi phanh nhƣ sau:
PJ = PP + Pf + Pω + Pη ± Pi Khi gĩc α nhỏ ta cĩ thể tính gần đúng Pi nhƣ sau:
Pi = Gsinα ≈ Gtgα = G.H
i - độ dốc của đƣờng
Các thành phần lực Pf, Pω, Pη, Pi là tƣơng đối nhỏ so với lực phanh PP, nhƣ vậy để hãm ơtơ chủ yếu là lực phanh PP.
3.1.2. Hiệu quả phanh và các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh
Hiệu quả phanh là một khái niệm dùng để chỉ khả năng giảm vận tốc của ơtơ, nĩ đánh giá chất lƣợng của quá trình phanh và của một hệ thống phanh. Trong nghiên cứu sản xuất và thực tế sử dụng chúng ta luơn luơn tìm cách để làm tăng hiệu quả phanh cho ơtơ.
Các chỉ tiêu dùng để đánh giá hiệu quả phanh bao gồm: gia tốc chậm dần, thời gian phanh, quãng đƣờng phanh, lực phanh và lực phanh riêng.
a) Gia tốc chậm dần khi phanh
Là gia tốc dài của ơtơ trong quá trình phanh, nĩ thể hiện khả năng làm giảm vận tốc ơtơ của hệ thống phanh là nhanh hay chậm.
Từ phƣơng trình cân bằng lực tác dụng lên ơtơ khi phanh, bỏ qua các thành phần lực Pf, Pω, Pη vì chúng rất nhỏ so với tổng lực cản nĩi chung khi phanh và xét trƣờng hợp phanh ơtơ trên đƣờng bằng hoặc trên dốc cĩ gĩc α rất nhỏ (Pi = 0) ta cĩ thể viết phƣơng trình nhƣ sau:
PJ = PP Ta cĩ PPmax = φ.G và PJ = .G dv. g dt .G dv. g dt = φ.G Jmax = dv dt = g (3.2)
Ta thấy rằng để tăng gia tốc chậm dần cực đại khi phanh cần phải giảm hệ số . Vì vậy khi phanh ngƣời lái cần cắt li hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc đĩ sẽ giảm và Jmax sẽ tăng, nghĩa là hiệu quả phanh sẽ lớn. Ngồi ra Jmax cịn phụ thuộc vào hệ số bám giữa bánh xe và mặt đƣờng φ.
Trong quá trình ơtơ làm việc, thƣờng phanh với gia tốc chậm dần thấp hơn nhiều, phanh đột ngột với gia tốc Jmax chỉ xảy ra trong những tình huống cấp thiết.
b) Thời gian phanh
Là thời gian tính từ lúc ngƣời lái nhìn thấy chƣớng ngại vật đến lúc ơtơ dừng lại. Từ biểu thức .G dv. g dt = φ.G ta cĩ thể viết: dt dv g
Để xác định thời gian phanh nhỏ nhất cần tích phân dt trong giới hạn từ thời điểm ứng với vận tốc ban đầu v1 tới thời điểm ứng với vận tốc v2 ở cuối quá trình phanh.
1 2 min 1 2 v v t dv v v g g
Khi phanh ơtơ đến lúc dừng hẳn thì v2 = 0, do đĩ: 1 min v t g (3.3)
Trong đĩ: v1 - vận tốc của ơtơ ứng với thời điểm bắt đầu phanh.
Từ biểu thức trên ta thấy rằng thời gian phanh nhỏ nhất tmin phụ thuộc vào vận tốc bắt đầu phanh của ơtơ, phụ thuộc vào hệ số và hệ số bám giữa bánh xe và mặt đƣờng.
c. Quãng đường phanh
Là quãng đƣờng mà ơtơ đi đƣợc tính từ khi ngƣời lái xe bắt đầu đạp phanh cho đến khi ơtơ dừng lại.
Từ biểu thức (3.2) ta cĩ: dvdS gdS dt Nhƣng: dS v dt Từ đĩ ta nhận đƣợc biểu thức sau: vdv gdS hay là: dS vdv g
Lấy tích phân của dS trong giới hạn từ thời điểm ứng với vận tốc bắt đầu phanh v1 đến thời điểm ứng với vận tốc cuối quá trình phanh v2 ta sẽ nhận đƣợc quãng đƣờng phanh nhỏ nhất Smin.
1 1 2 2 min v v v v S vdv vdv g g 2 2 min ( 1 2) 2 S v v g Khi đến lúc ơtơ dừng hẳn v2 = 0 Từ đĩ ta cĩ: 2 1 min 2 v S g (3.4)
Nhƣ vậy, quãng đƣờng phanh nhỏ nhất phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của ơtơ lúc bắt đầu phanh (theo hàm bậc hai), phụ thuộc vào hệ số bám và hệ số tính đến ảnh hƣởng của các khối lƣợng quay . Để giảm quãng đƣờng phanh cần giảm hệ số , cho nên quãng đƣờng phanh sẽ giảm khi cắt li hợp rồi mới phanh.
Từ sự nghiên cứu về lí thuyết ở trên ta thấy rằng quãng đƣờng phanh S, gia tốc chậm dần j và thời gian phanh t đƣợc xác định tuần tự theo các biểu thức (3.2), (3.3), (3.4) là những thơng số cơ bản của quá trình phanh và là cơ sở để xác lập các chỉ tiêu để đánh giá hiệu quả phanh.
d) Lực phanh hoặc lực phanh riêng
Khi tiến hành kiểm tra phanh trên bệ thử ta dùng các thơng số sau đây để đánh giá chất lựợng phanh:
- Lực phanh riêng: P0 P G
(3.5);
Lực phanh riêng của phanh chính Po hoặc của phanh đỗ P’0 đƣợc hiểu là tổng lực phanh của tất cả các bánh xe hoặc của phanh hoặc của phanh đỗ trên tổng trọng lƣợng của xe khơng tải, tính theo %.
- Hệ số khơng đồng đều lực phanh Kđ. Hệ số này đƣợc đánh giá riêng cho từng trục của ơtơ, nĩ bằng độ chênh lệch của các lực phanh ở phía bên phải và bên trái của trục chia cho lực phanh lớn nhất tác dụng ở trục này.
max min max d P P K P (3.6)
Trong đĩ: Pmax - lực phanh lớn nhất ở một phía nào đĩ trên trục đƣợc đo. Pmin - lực phanh nhỏ nhất ở một phía nào đĩ trên trục đƣợc đo.
- Thời gian chậm tác dụng tc .
Bốn chỉ tiêu trên đều cĩ giá trị ngang nhau (giá trị tƣơng đƣơng), nghĩa là khi đánh giá hiệu quả phanh chỉ cần một trong bốn chỉ tiêu trên. Việc sử dụng chỉ tiêu nào để đánh giá là tuỳ vào phƣơng pháp thử phanh (trên đƣờng hay trên bệ thử) và điều kiện trang thiết bị của mỗi nƣớc.
3.1.3. Tính ổn định hƣớng và các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định hƣớng của ơtơ khi phanh khi phanh
a) Tính ổn định hướng của ơtơ khi phanh
Trong thực tế, cuối quá trình phanh thì trục dọc của ơtơ cĩ thể bị lệch đi một gĩc so với hƣớng chuyển động ban đầu (trục Y). Sở dĩ nhƣ vậy là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải và bên trái khơng đồng đều nhau, tạo thành mơmen quay vịng Mq quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm A của ơtơ.
Khi phanh mà ơtơ bị lệch đi một gĩc quá mức quy định sẽ ảnh hƣởng đến an tồn chuyển động trên đƣờng. Vậy tính ổn định hƣớng của ơtơ khi phanh là khả năng ơtơ giữ đƣợc quỹ đạo chuyển động nhƣ ý muốn ban đầu của ngƣời lái trong quá trình phanh.
Giả sử ơtơ đang chuyển động theo hƣớng trục Y (Hình 3.2), nhƣng sau khi