Các bộ điều chỉnh lực phanh, bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suất trong dẫn động phanh các bánh xe trước và sau, có thể đảm bảo:
- Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng triệt để trọng lượng bám và tránh quay xe khi phanh).
Tuy nhiên quá trình phanh như vậy vẫn chưa phải là có hiệu quả cao và an toàn nhất vì:
- Khi phanh ngặt, các bánh xe vẫn có thể bị hãm cứng và trượt dọc. Các bánh xe trượt lết trên đường sẽ gây mòn lốp và giảm hệ số bám.
- Các bánh xe bị trượt dọc hoàn toàn, còn mất khả năng tiếp tục nhận lực ngang và không thể thực hiên quay vòng khi phanh trên đoạn đường cong hoặc đổi hướng để tránh chướng ngại vật (hình 1.7), đặc biệt là trên các mặt đường có hệ số bám thấp. Do đó dễ gây ra những tai nạn khi phanh.
hình 1.7. Quá trình phanh có và không có ABS trên đoạn đường cong
Vì vậy mục tiêu của hệ thống phanh ABS là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trượt thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị λ0, khi đó hiệu quả phanh cao nhất (lực phanh đạt giá trị cực đại do giá trị φmax) đồng thời tính ổn định và tính dẫn hướng của xe là tốt nhất (φy đạt giá trị cao), thỏa mãn các yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh là rút ngắn quảng đường phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng điều khiển lái của xe trong khi phanh.
Quảng đường phanh: Trong tính toán động lực học quá trình phanh, quảng đường phanh x được xác định theo phương trình sau:
x =
Trong đó:
X: là quảng đường phanh. M: là khối lượng của xe.
V0: là vận tốc ban đầu khi bắt đầu phanh. Vf: là vận tốc cuối cùng.
Ta thấy quãng đường phanh đến khi xe dừng hẳn (Vf = 0) phụ thuộc vào vận tốc ban đầu (V0), khối lượng M của xe và lực phanh Fp. Khi lực phanh đạt cực đại thì quảng đường phanh là ngắn nhất (xem các nhân tố khác giữ nguyên giá trị). Theo hình 2.1, nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ỏ vùng lân cận λ0 thì sẽ đạt được lực phanh cực đại, khi đó quảng đường phanh là ngắn nhất.
Tính ổn định chuyển động và tính ổn định hướng: Duy trì khả năng bám ngang trong vùng có giá trị đủ lớn nhờ vậy làm tăng tính ổn định chuyển động và ổn định quay vòng khi phanh “xét theo quan điểm về độ trượt”. Tuy nhiên do sự khác biệt thường xuyên của tải trọng và hệ số bám trên các bánh xe và các bánh xe được điều khiển một cách độc lập với cùng một ngưỡng gia tốc nên lực phanh trên các bánh xe sẽ khác nhau. Sự khác biệt lực phanh trên các bánh xe trái phải sẽ tạo ra mô men quay vòng cưỡng bức quanh trục thẳng đứng (trục thẳng đứng đi qua trọng tâm xe nếu tổng lực phanh của các bánh xe bên trái khác tổng lực phanh của các bánh xe bên phải). Mô men quay vòng cưỡng bức sẽ làm lệch hướng chuyển động của xe khi phanh, làm giảm ổn định chuyển
động. Đối với xe du lịch mô men quán tính của khối lượng nhỏ, vận tốc đâm xe lớn có thể gây nguy hiểm khi phanh. Ngoài ra trạng thái trượt của các bánh xe ở các cầu khác nhau cũng làm thay đổi đặc tính quay vòng của xe khi phanh, nếu độ trượt của bánh xe cầu trước lớn hơn cầu sau dẫn đến góc lệch hướng trước lớn hơn góc lệch hướng sau thì xe có xu hướng quay vòng thiếu, nếu độ trượt của bánh xe sau lớn hơn bánh xe trước thì xe có xu hướng quay vòng thừa.
Trên hình 1.8 là đồ thi biểu diễn hệ số trượt trên các loại đường:
hình 1.8. Sơ đồ biểu diễn hệ số trượt trên các loại đường
Tỉ số trượt: Tỉ số khác biệt giữa tốc độ xe và tốc độ bánh xe.
Tỉ số trượt = (tốc độ xe – tốc độ bánh xe).100%/tốc độ xe
Tỉ số trượt 0% là trạng thái bánh xe quay tự do không có lực cản. Tỉ số trượt 100% là trạng thái trong đó bánh xe bị bó cứng hoàn toàn và trượt trên mặt đường.
Mối quan hệ giữa lực phanh và tỉ số trượt được biểu diễn bởi đồ thị. Bằng đồ thị ta có thể dễ dàng hiểu được mối liên hệ giữa lực phanh và hệ số trượt. Lực phanh không nhất thiết cân đối với tỷ số trượt. Vì vậy để đảm bảo lực phanh lớn nhất thì tỷ số trượt nằm trong vùng dung sai trượt ABS.
Từ những kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng đối với ABS thì hiệu quả phanh và ổn định phanh phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn sơ đồ phân phối các mạch điều khiển và mức độ độc lập hay phụ thuộc của việc điều khiển lực phanh tại các bánh xe. Sự thỏa mãn đồng thời hai chỉ tiêu hiệu quả phanh và ổn định khi phanh là khá phức tạp và là vấn đề đã và đang nghiên cứu của các nhà chuyên môn.
Các hệ thống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng nguyên lý điều chỉnh sau đây:
- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh. - Theo giá trị độ trượt cho trước.
- Theo giá trị của tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó.
Ở các loại đường nhựa khô, hệ số bám dọc vẫn tương đối cao. Tuy nhiên hệ số bám ngang φy nhỏ, do đó không đảm bảo được lực bám ngang, làm cho xe mất tính ổn định hướng khi phanh. Vì vậy trang bị ABS trên xe sẽ vẫn rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả phanh tốt nhất. Qua thực nghiệm người ta thấy rằng khi có trang bị hệ thống ABS:
● Đường nhựa khô: hiệu quả phanh đạt khoảng 115% (tăng 15% so với không có ABS).
● Đường đóng băng: hiệu quả phanh đạt khoảng 150% (tăng 50% so với không có ABS).
Tóm lại khi có trang bị hệ thống ABS:
- Lợi về hiệu quả phanh (lực phanh lớn hơn do hệ số bám luôn ở phạm vi giá trị φmax).
- Lợi về tính ổn định ngang do φy còn đủ lớn giúp cho xe ổn định ngang.