Trong những tình huống khẩn cấp. Khi tài xế đạp phanh mạnh và đột ngột sẽ làm xe bị rê bánh và trượt đi, dẫn đến mất lái. Do đó người lái xe phải đạp nhả phanh liên tục để phát hiện dấu hiệu rê bánh và xử lý (đặc biệt là trên các đường trơn trượt) Kỹ thuật này rất khó, nhất là trong những tình huống khẩn cấp người lái thường không đủ bình tĩnh để thực hiện động tác một cách liên tục và chuẩn xác. Để thay thế cho yếu tố chủ quan đó, người ta đưa ra một giải pháp chống bó cứng một cách tự động cho hệ thống phanh (ABS) để chúng có thể hoạt động mà không phụ thuộc vào kỹ thuật phanh của người lái.
Hình 2.7. Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS)
Thiết bị của hệ thống chống bó cứng phanh gồm có
• Cảm biến tốc độ: Cảm biến tốc độ phát hiện tốc độ của từng bánh xe và truyền tín hiệu đến ECU điều khiển trượt.
• ECU điều khiển trượt: Bộ phận này xác định mức trượt giữa bánh xe và mặt đường dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến, để điều khiển bộ chấp hành của phanh. Gần đây, một số kiểu xe có ECU điều khiển trượt lắp trong bộ chấp hành của phanh.
• Bộ chấp hành của phanh: Bộ chấp hành của phanh điều khiển áp suất thuỷ lực của các xilanh ở bánh xe bằng tín hiệu ra của ECU điều khiển trượt.
Các thông số về tình trạng chuyển động của xe, độ bám đường, kết quả kiểm soát hành trình. . . được máy tính trung tâm đánh giá để quyết định cường độ và tần sổ của lực tác động lên má phanh. Áp suất dầu trong hệ thống không chỉ do lực đạp phanh tạo nên mà còn có sự hỗ trợ của máy bơm. Mới đây các chuyên gia của Daimlerchrysler hợp tác với hãng Lucas đã giải được bài toán phối hợp và xử lý thông tin để tìm ra lực phanh tối ưu (được chứng minh bằng quãng đường phanh ngắn nhất).
Từ những đặc điểm hoạt động của hệ thống phanh ABS, ta thấy hệ thống phanh ABS là một cụm kết cấu thông minh trợ giúp người lái trong quá trình điều chỉnh tốc độ và phanh hãm xe một cách mau lẹ và an toàn, có phản ứng thích nghi với tình trạng xe (tốc độ, khối lượng động, trạng thái bánh xe, mô
men dẫn động, mô men phanh hãm...) và tình trạng đường đi (chất lượng mặt đường, độ rung chấn, khoảng cách từ xe tới điểm nguy hiểm...). Đó là một hệ thống có giới hạn độc lập về vị trí trong không gian máy và có những đặc trưng riêng biệt. Quá trình hoạt động của hệ thống bao gồm những tác dụng cơ - lý xảy ra theo một trình tự thời gian hay là "các tình trạng thực" của hệ thống. Trên cơ sở nghiên cứu cấu hình hệ thống và các quá trình tác dụng, người ta thiết lập các mô hình (chủ yếu là mô hình toán, sơ đồ khối hoặc bảng trạng thái hay sơ đồ dòng tín hiệu...) nhằm mô tả một cách có mục đích các
chức năng kỹ thuật gần sát nhất với bản chất của hệ thèng thùc (h×nh 2.8).
Hình 2.8. Sơ đồ khối của hệ thống điều tiết Distronic
Bài toán điều khiển hệ thống phanh ABS được đặt ra với các giả thiết:
Ma sát Coulomb tác động trong khi phanh µ = Fb / Fn
Gia tốc tác động hãm xe dừng lại a = const = - (µFn)/m
Quãng đường phanh ∆x = 1mV02/2µFn
Từ phương trình chuyển động cơ bản, nghiên cứu hệ thống hỗ trợ phanh thuỷ lực, ta có quá trình tác động theo thời gian với ba giai đoạn (hình 2.8).Phương trình chuyển động:
mX +bX +c X = F(t)
ụ c 1. Tác động của người lái vào hệ thống trợ giúp (pha 1) 2. Thả bàn đạp phanh (pha 2)
3. Ngắt mạch trợ giúp phanh
Mỗi giai đoạn đều khảo sát quá trình diễn biến của áp lực phanh theo thời gian. Theo đó những đặc tuyến áp lực phanh do người lái xe tác động (đặc tuyến 1), áp lực phanh điều chỉnh (đặc tuyến 2) và áp lực phanh không có tác động của người lái (đặc tuyến 3) được thể hiện. Từ đồ thị đặc tuyến "áp lực phanh theo thời gian", nhận rõ được khoảng thời gian và độ suy giảm áp lực phanh trong phạm vi giới hạn tác động kẹp phanh.
80
Thời gian trễ 1 giây Áp lực phanh không có tác động của lái xe Áp lực phanh điều chỉnh Áp lực phanh do lái xe tác động
Giai đoạn 1 Giai đoạn 2
Trợ lực phanh được tác động 80 40 1 2 3 Áp lực phanh Bar Thời gian Giới hạn kẹp phanh
Hình 2.9. Đặc tuyến áp lực phanh theo thời gian với hệ thống trợ giúp thuỷ lực
Dựa trên những kết quả nghiên cứu về bản chất vật lý của quá trình tác dụng, những phương án có tính nguyên tắc của hệ thống phanh ABS được đề xuất, chúng bao gồm:
1. Nguyên tắc pitston tác động một chiều (Plunger-Prinzip)
2. Nguyên tắc tác động trên đường hồi của dòng dầu (Rueckfoerder- Prinzip)
3. Nguyên tắc dòng một chiều thuỷ động (Dynamisches Einstroem- Prinzip)
Hình 2.10 nêu rõ hệ thống thuỷ lực bao gồm các bộ khuyếch đại lực phanh theo nguyên lý chân không (1) hoặc nguyên tắc thuỷ lực (2), các bình tích áp cao áp (3), các van điều tiết ABS (4), Mạch điều chỉnh áp lực phanh (5), các xi lanh tác dụng một chiều (6), bơm trên đường hồi dầu (7), van thuỷ lực chính (8), Mạch điều chỉnh ABS (9) và bình tích áp thấp (10)...
1. Khuyếch đại lực phanh chân không 2. Khuyếch đại lực phanh thủy lực 3. Bình tích áp cao áp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4. Van ABS
5. Mạch điều chỉnh bộ phanh
6. Xi lanh tác dụng đơn 7. Bơm trên đường dầu hồi 8. Van chính
9. Mạch điều chỉnh ABS 10. Bình tích áp thấp.
Nguyên tắc xy lanh tác dụng một chiều Nguyên tắc bơm trên đường dầu hồi Nguyên tắc dòng một chiều thủy động 1 6 5 3 9 4 1 5 1 10 3 4 4 9 = 5 2 8 9 = 5
Hình 2.10. Các phương án cơ bản của bộ phanh thuỷ lực ABS.
Cuối cùng là hệ thống phanh cơ điện tử EMB, trong đó đối tượng điều khiển hay "hệ thống vật lý" chịu tác động của "các quyết định điều khiển" chính là các bộ động cơ điều tiết, kèm theo hộp số kết nối với cơ cấu phanh cơ khí thành những mô đun riêng biệt, lắp ráp cho lốp trước bên trái, bên phải
và cho lốp sau bên trái cũng như bên phải (hình 2.11). Bàn đạp phanh của
người lái cung cấp một trong số các tín hiệu đầu vào của hệ thống tính toán trung tâm, thông qua bộ mô phỏng Pedal. Ngoài các bộ phân cơ khí như các má phanh, đĩa phanh, bạc đệm còn có các bộ cảm biến số vòng quay của bánh xe và Chip vi tính trung tâm xử lý tác động thích nghi của lực phanh. Hệ thống mạch gồm các đường dẫn tín hiệu trực tiếp từ các sensor về cụm xử lý trung tâm, các mạch phanh cơ điện tử điều tiết hệ cung ứng năng lượng từ ắc quy 36 von đến các bộ động cơ và đường dẫn nội tại của hệ thống EBM có liên hệ hai chiều giữa cụm xử lý trung tâm và hệ điều khiển động cơ.
Hình 2.11. Hệ thống phanh cơ điện tử "Elektromechanische Bremse".
Trong hệ thống cơ điện tử, các bộ cảm biến đóng vai trò thu thập thông tin và biến đổi các tín hiệu tương tự của những đại lượng vật lý khác nhau thành tín hiệu số (dạng xung) rồi chuyển về cụm xử lý trung tâm. Nguyên lý phổ biến của các sensor cảm nhận tốc độ quay bánh xe cho đến nay vẫn dựa trên hiệu ứng cảm ứng điện từ (hình 2.12).
Hình 2.12. Bộ cảm biến số vòng quay của bánh xe với hiệu ứng cảm ứng điện từ
Có hai kiểu ABS đang được sử dụng trong thực tế, một loại có thể điều chỉnh áp suất dầu trên từng cụm bánh, số cảm biến đo vận tốc góc, module áp suất, đường điều khiển bằng số bánh xe. Loại khác chỉ có hai cảm biến lắp ở bánh sau, 1 thiết bị điều áp chung và 1 đường điều khiển.
ABS được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong khoảng 15 năm trở lại đây và hiện nay giữ vị trí quan trọng trong danh mục thiết bị tiêu chuẩn của xe ôtô.