Điều này và hình minh họa tiếp theo cho biết các thành phần phanh và đường ống được sử dụng cho van chân và van tay.
• Van chân hoạt động (31) màu cam. • Van tay hoạt động (30) màu nâu.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 64
Màu cam và màu nâu được sử dụng để chỉ những chỗ khí nén được vận hành và nói lên nguồn cấp khí nén. Khi đạp van chân, khí nén sẽ di chuyển đến các cơ cấu phanh của xe kéo và rơ moóc. Như đã giải thích trước đó, dòng khí đi qua van 2 chiều (26) và van bảo vệ xe kéo (24) đến đường ống điều khiển (vận hành) và rơ moóc. Nếu nhả van chân và mở van tay, con trượt trong van 2 chiều sẽ dịch chuyển và cho áp suất khí nén đi qua và tác dụng vào các cơ cấu phanh rơ moóc.
Hình 3. 55 Sơ đồ van tay và van chân hoạt động
Khí nén đến từ van tay hay van chân khiến dòng khí nén điều khiển (vận hành) lưu thông qua đường ống của nó và hoạt động van rờ le khẩn cấp (39), khiến khí nén trong bình chứa của rơ moóc (16) đến các bầu phanh rơ moóc. Áp suất tác dụng lên các bầu phanh của rơ moóc có giá trị tương tự áp suất tác dụng lên các bầu phanh của xe kéo. Trong hệ thống này, thời gian tác dụng phanh được tối thiểu hóa nhờ việc bổ sung bình chứa (16) và van rờ le khẩn cấp (39).
Nhả van tay hoặc van chân sẽ ngắt dòng khí nén đang vận hành. Chức năng chuyển tiếp của van rờ le sẽ về vị trí ban đầu, đó là dừng dòng khí nén cung cấp đến các bầu phanh rơ moóc. Van có cửa xả sẽ xả áp suất khí nén ra khỏi các bầu phanh, gây nhả phanh. Cũng trong hệ thống này, các cơ cấu phanh của xe kéo và rơ moóc có thể được nhả phanh nhanh
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 65
Hình 3. 55 Sơ đồ van tay và van chân hoạt động 3.18.11 Hệ thống hoạt động khẩn cấp
Nếu rơ moóc không được trang bị cơ cấu phanh đỗ kiểu lò xo, sự hao hụt đột ngột khí nén trong đường ống cung cấp (khẩn cấp) sẽ kích hoạt van rờ le khẩn cấp (39) hoạt động, cho phép khí nén trong bình chứa rơ moóc (16) đi thẳng vào các bầu phanh rơ moóc (14). Van một chiều trong van rờ le khẩn cấp sẽ đóng, ngăn khí nén trở ngược lại bình chứa rơ moóc. Sự hao hụt khí nén trong đường ống cung cấp (khẩn cấp) cũng sẽ hoạt động van bảo vệ xe kéo để giữ cho áp suất khí nén đủ để tác dụng các cơ cấu phanh của xe kéo.
Các cơ cấu phanh rơ moóc vẫn sẽ giữ sự tác dụng phanh đến khí áp suất khí nén trong bình chứa rơ moóc được dùng hết, hay đường ống cung cấp (khẩn cấp) được sửa chữa và hệ thống được nạp lại.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 66
Hình 3. 56 Sơ đồ hệ thống hoạt động khẩn cấp
3.18.12 Đường ống cung cấp (khẩn cấp) bị gãy
Khi đường ống cung cấp (khẩn cấp) (21) bị gãy hay bộ ghép nối của đường ống cung cấp (khẩn cấp) bị tách ra, hệ thống cũng sẽ có những hoạt động tương tự như đã giải thích ở trên.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 67
3.18.13 Đường ống điều khiển (vận hành) bị gãy
Nếu đường ống điều khiển (vận hành) (22) bị gãy hay ngắt, không có vấn đề gì diễn ra cho đến khi tài xế thực hiện phanh. Khi cả van tay và van chân đều hoạt động, sự thất thoát khí nén ở đường ống điều khiển (vận hành) sẽ làm giảm nhanh chóng áp suất trong bình chứa của xe kéo, tùy thuộc vào độ mở của van tay và van chân. Sự hao hụt áp suất khí này sẽ ngắt dòng khí nén trong đường ống cung cấp (khẩn cấp) và kích hoạt van rờ le khẩn cấp (39) để hoạt động các cơ cấu phanh của rơ moóc. Bất cứ vấn đề khiến áp suất trong hệ thống trên xe kéo giảm nhanh đều sẽ kích hoạt thiết bị cảnh bào áp suất thấp cho tài xế biết.
Trong hình trên, đường ống cung cấp (vận hành) (22) đã bị đứt và tài xế thực hiện phanh bằng van chân (31). Xe kéo sẽ tác dụng các cơ cấu phanh nhưng rơ moóc thì không có hoạt động phanh. Nếu tài xế cứ đạp phanh và giữ, áp suất trong hệ thống trên xe kéo sẽ giảm đến dưới mức nguy hiểm và sau đó hệ thống bảo vệ xe kéo sẽ đặt cơ cấu phanh rơ moóc vào trường hợp phanh khẩn cấp.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 68
3.18.14 Mất áp suất ở bình chứa
Sự vỡ ống cấp khí nén sẽ dẫn đến mất mát áp suất không khí từ nguồn cung cấp / bình chứa ướt (5). Khi áp suất không khí trong bình chứa ướt (5) của máy kéo rơi xuống dưới mức cảnh báo, do máy nén bị hỏng hoặc bị rò rỉ quá mức trên máy kéo, các thiết bị cảnh báo sẽ bắt đầu hoạt động. Trong hình minh hoạ, van kiểm tra một chiều (7) đã ngăn không cho áp suất không khí chứa trong bình chứa sơ cấp / khô (8) thoát khỏi nguồn cung cấp bình chứa ướt và đường ống bị vỡ.
Áp suất không khí trong bình chứa sơ cấp / khô có áp lực rất lớn đối với một số lượng hạn chế các ứng dụng phanh để dừng xe trước khi hệ thống phanh đỗ xe lò xo được kích hoạt (Điều này phụ thuộc vào cách phanh tay cho lò xo được lắp trong hệ thống).
Hình 3. 59 Sơ đồ mất áp suất ở bình chứa
Trong hình minh hoạ sau, áp suất đã được giảm xuống khoảng 45-20 psi và hệ thống bảo vệ đầu kéo đã tự động đóng kín, đặt phanh xe kéo vào vị trí khẩn cấp. Ngoài ra, hệ thống phanh đỗ xe lò xo đã có áp suất không khí để kích hoạt phanh đỗ xe lò xo.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 69
Hệ thống bảo vệ xe tải được mô tả là một ví dụ về đầu kéo được trang bị một loại van cung cấp phụ (28) sẽ đóng tự động khi áp suất không khí trong dòng cung cấp (khẩn cấp) (21) giảm xuống dưới 45-20 psi. Van này cũng có thể được đóng bằng tay.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 70
CHƯƠNG 4 : CẤU TẠO , HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ABS TRÊN PHANH KHÍ NÉN
4.1 Khái niệm :
ABS (Anti-lock Braking System) là hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh. ABS điều khiển áp suất phanh để duy trì lực bám dọc và bám ngang của bánh xe với mặt đường ở mức cao, nhờ đó nâng cao tính ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh, duy trì khả năng dẫn hướng và giảm quãng đường phanh . Trong trường hợp phanh trên đường khô và với vận tốc cao (trên 35 km/h), quãng đường phanh khi có ABS ngắn hơn khi không có ABS. Tuy nhiên, trong trường hợp phanh từ vận tốc thấp hơn, phanh trên đường trơn trượt, quãng đường phanh khi có ABS có thể dài hơn khi không có ABS .
Hiệu quả của ABS khi phanh ở vận tốc thấp không cao nên hệ thống ABS không được kích hoạt. Giới hạn vận tốc của ô tô trước khi phanh để kích hoạt hệ thống ABS khác nhau theo từng loại xe và theo nhà sản xuất ABS. Hệ thống ABS lắp trên xe tải rơ moóc hoặc sơ mi rơ moóc giúp hạn chế được nguy cơ đầu kéo bị quay ngược (jackknifing) khi phanh gấp, nâng cao tính an toàn cho ô tô. Hơn nữa, các bánh xe không bị trượt lết trong quá trình phanh nên hạn chế được tốc độ mài mòn của lốp xe.
Hiện nay hệ thống phanh ABS sử dụng cảm biến để xác định tình trạng lăn của bánh xe, từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển van chấp hành ABS theo thuật toán đã được định trước. Một số hệ thống hiện đại còn tích hợp thêm cảm biến đo gia tốc dài của thân xe để gia tăng hiệu quả điều khiển quá trình phanh. Dựa trên cấu trúc của hệ thống ABS cơ bản, các nhà nghiên cứu đã phát triển nhiều hệ thống điều khiển khác nhằm nâng cao tính năng ổn định và an toàn nhờ hệ thống tự động điều khiển lực kéo (ATC - Automatic Traction - 6 - Control); Hệ thống điều khiển cân bằng điện tử (ESC - Electronic Stability Control) .
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 71
4.2 Sơ đồ tổng thể hệ thống ABS trên phanh khí nén
Hình 4. 1 Sơ đồ tổng thể hệ thống ABS trên phanh khí nén
• Một hệ thống ABS bao gồm :
➢ Một bộ xử lý và điều khiển điện tử trung tâm (ECU)
➢ Cảm biến tốc độ bánh xe và bánh răng
➢ Van chấp hành ABS
4.3 Cấu tạo và hoạt động
4.3.1 Một bộ xử lý và điều khiển điện tử trung tâm (ECU)
ECU là bộ điều khiển điện tử , là bộ não của ABS ,cảm biến bánh xe nằm ở tối thiểu là hai hoặc lên 6 bộ bánh xe tùy thuộc vào hệ thống .Cảm biến bánh xe lien tục gửi những thông tin đến ECU. Khi phanh thực hiện và hệ thống phát hiện một bánh xe bị bó cứng.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 72
ECU gửi thông điệp đến các van ABS để giải phóng áp lực phanh lên bánh xe đó , ngăn chặn sự bó cứng.
ECU theo dõi vận tốc của xe thông qua các cảm biến tốc độ ở các bánh xe . Khi bắt đầu phanh , tốc độ bánh xe sẽ được so sánh với tốc độ của xe đã tính toán , từ đó đó tính ra độ trượt của từng bánh xe .
Độ trượt của bánh xe khi phanh được tính theo công thức:
ECU sẽ căn cứ vào độ trượt của từng bánh xe để điều khiển áp suất khí nén trong bầu phanh tương ứng nhằm đảm bảo độ trượt các bánh xe luôn trong khoảng từ 10%-30% để đảm bảo khả năng điều khiển hướng chuyển động khi phanh và hiệu quả phanh cao .
Bắt đầu quá trình phanh , áp suất khí nén trong bầu phanh tăng làm độ trượt của bánh xe tăng dần , khi độ trượt vượt quá giới hạn λ1 ,ECU điều khiển chuyển sang trạng thái giữ nguyên áp suất trong bầu phanh. Theo quán tính , độ trượt tiếp tục tăng lên , khi vượt quá giới hạn λ2, ECU sẽ điều khiển giảm áp suất trong bầu phanh.
Tốc độ bánh xe tăng dần và độ trượt giảm dần đến khi nhỏ hơn giá trị λ3, ECU điều khiển sang trạng thái giữ nguyên áp suất .Độ trượt tiếp tục giảm đến khi thấp hơn giá trị λ4 ,
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 73
hệ thống quay lại chu kỳ tăng áp suất . Trong trường hợp nếu độ trượt quá cao (λ> λ5) cần phải giảm nhanh độ trượt , khi đó ECU sẽ điều khiển giảm ngay áp suất trong bầu phanh mà không qua trạng thái giữ áp suất.Khi độ trượt quá thấp (λ< λ6), ECU điều khiển tăng nagy áp suất trong bầu phanh mà không qua trạng thái giữ áp suất. Chu trình điều khiển lặp đi lặp lại liên tục như vậy cho đến khi kết thúc quá trình phanh .
4.3.2 Van chấp hành ABS
Van chấp hành ABS có nhiệm vụ điều khiển áp suất khí nén trong bầu phanh, nhằm thực hiện các pha tăng áp, giảm áp và giữ áp, giúp nâng cao khả năng ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh và hiệu quả phanh.
• Phương án bố trí :
Hệ thống ABS trên xe tải sử dụng hệ thống phanh khí nén rất đa dạng, được phân
loại theo số cảm biến (Sensor – S) và số van chấp hành ABS (Modulator – M) [48] như: 4S/4M, 6S/4M, 6S/6M …
Với xe nghiên cứu, hệ thống ABS có thể bố trí các phương án 2S/2M, 4S/3M, 4S/4M. Phương án 2S/2M sử dụng một cảm biến xác định tình trạng lăn của bánh xe cầu trước, một cảm biến xác định tình trạng lăn của bánh xe cầu sau. Hai bánh xe ở cầu trước được điều khiển chung bởi một van chấp hành ABS, các bánh xe ở cầu sau được điều khiển bởi một van chấp hành ABS khác. Phương án thiết kế này đơn giản nhất, có số lượng cảm biến và van chấp hành ABS ít nhất. Tuy nhiên, các bánh xe trên cùng một cầu được điều khiển chung nên không sử dụng hết khả năng bám của từng bánh xe. Hơn nữa tình trạng lăn của các bánh xe trên cùng một cầu được xác định bằng một cảm biến nên có thể xác định sai trạng thái lăn của từng bánh xe, dẫn đến nguy cơ điều khiển không phù hợp. Phương án 4S/3M sử dụng 4 cảm biến để xác định tình trạng lăn của từng bánh xe, tuy nhiên chỉ có 3 van chấp hành ABS. Các bánh xe ởcầu trước được điều khiển độc lập, các bánh xe ở cầu sau được điều khiển chung. Phương án này phân bố lực phanh trên cầu sau tương đối đồng đều nhưng không sử dụng tối đa được khả năng phanh của từng bánh xe.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 74
Phương án 4S/4M sử dụng 4 cảm biến và 4 van chấp hành ABS, giúp xác định được chính xác tình trạng lăn của từng bánh xe, điều khiển độc lập từng bánh xe nên sử dụng được tối đa khả năng phanh tại từng bánh xe. Nhờ đó nâng cao được hiệu quả hiệu quả phanh. Hơn nữa, khi xuất hiện sự sai lệch lực phanh trên các bánh xe của cùng một cầu, bên bánh xe có hệ số bám cao sẽ được điều khiển làm giảm áp suất phanh, hạn chế nguy cơ quay thân xe, tăng độ ổn định cho xe ô tô khi phanh.Nhờ các ưu điểm vượt trội trên, xe nghiên cứu được lắp đặt theo phương án bố trí ABS kiểu 4S/4M như hình 4.3
Hình 4. 3 Phương án bố trí ABS kiểu 4S/4M trên xe nghiên cứu • Hoạt động của van chấp hành ABS:
Trường hợp ABS không hoạt động:
Van chấp hành ABS lúc này đóng vai trò như một đoạn đường ống dẫn khí nén. Trạng thái của van điện từ điều khiển cấp khí, xả khí và đường đi của khí nén trong van ABS khi ABS không kích hoạt như hình 4.4.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 75
Hình 4. 4 Trạng thái van chấp hành ABS khi không làm việc
Trường hợp ABS hoạt động ở pha tăng áp :
Trường hợp van chấp hành ABS hoạt động ở pha tăng áp, trạng thái của các van điện từ và đường đi của khí nén trong van giống hệt trường hợp van chấp hành ABS không hoạt động. Không có dòng điện điều khiển các van điện từ điều khiển cấp khí và xả khí. Hoạt động của các van điện từ và đường đi của khí nén trong van chấp hành ABS như hình 4.4.
Trường hợp ABS hoạt động ở pha giảm áp:
Để thực hiện giảm áp suất trong bầu phanh, van chấp hành ABS đóng đường cấp khí vào bầu phanh bằng cách đóng van màng điều khiển cấp khí. Mặt khác van chấp hành ABS mở đường xả khí từ bầu phanh ra môi trường thông qua việc mở van màng điều khiển xả khí. Để thực hiện được điều đó, bộ điều khiển cấp dòng điện điều khiển vào van điện từ điều khiển cấp khí và van điện từ điều khiển xả khí. Hoạt động của các van điện từ và đường đi của khí nén trong van chấp hành ABS như hình 4.5
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 76
Hình 4. 5 Trạng thái van chấp hành ABS trong pha giảm áp
Trường hợp ABS hoạt động ở pha giữ áp:
Để thực hiện trạng thái giữ nguyên áp suất trong bầu phanh, van chấp hành ABS đóng đường cấp khí vào bầu phanh bằng cách đóng van màng điều khiển cấp khí, đồng thời đóng đường xả khí từ bầu phanh ra môi trường thông qua việc đóng van màng điều khiển xả khí. Khí nén trong bầu phanh bị cô lập, áp suất khí nén sẽ được giữ nguyên trong pha này. Để thực hiện được điều đó, bộ điều khiển cấp dòng điện điều khiển vào van điện từ điều khiển cấp khí và cắt dòng điện điều khiển vào van điện từ điều khiển xả khí. Hoạt động của van điện từ và đường đi của khí nén trong van chấp hành ABS như hình 4.6.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN TRÊN XE HIỆN ĐẠI 77
Từ kết cấu và hoạt động của van chấp hành ABS trên, nhận thấy các trạng thái tăng áp, giảm áp, giữ áp được điều khiển bởi 2 van: van điện từ điều khiển cấp khí và van điện từ điều khiển xả khí. Bảng trạng thái sau thể hiện hoạt động của van chấp hành ABS khi điều