Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG PHANH ABS
Ở biểu thức (2.34) thành phần Fp'max
cần phải hiểu là lực phanh cực đại ở một phía ( có thể phía bên phải hoặc có thể phía bên trái ) theo điều kiện bám.
Lực phanh cực đại ' max . max 2 p G F (2.35) Thế giá trị ' max p
F từ biểu thức (2.35) vào biểu thức (2.34), cuối cùng ta có biểu thức xác định max sau đây:
2 max max 0, 019. z BGt I (2.36)
Góc lệch cực đại max cho phép khi phanh không vượt quá 8o.
2.3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG PHANH ABS
Muốn nâng cao hiệu quả và ổn định của ô tô khi phanh thì phải đảm bảo được Fp1 F1
và Fp2 F2 trong suốt quá trình phanh. Vì nếu Fp1 F1 và Fp2 F2 thì quãng đường phanh sẽ tăng lên, cịn nếu Fp1 F1 thì các bánh xe cầu trước bị hãm cứng và xe sẽ mất tính dẫn hướng (xe khơng điều khiển được) hoặc nếu Fp2 F2 thì các bánh xe cầu sau bị hãm cứng và trượt lết trên đường, lúc này chỉ cần một lực ngang nhỏ tác dụng lên xe là các bánh xe sẽ trượt ngang và xe sẽ mất tính ổn định khi phanh. Khi các bánh xe bị trượt ngang thì quỹ đạo chuyển động của xe sẽ thay đổi, nếu lúc này lực quán tính tác dụng lên xe quá lớn thì xe có thể bị lật đổ.[1]
Hiện tượng nguy hiểm nêu trên thường gặp ở hệ thống phanh thường cổ điển khi phanh gấp hoặc phanh trên đường trơn có hệ số bám nhỏ.
20 Hiện nay, vận tốc của các loại ô tô càng ngày càng được nâng lên. Bởi vậy yêu cầu đặc biệt được đặt ra cho hệ thống phanh trên các xe đời mới là phải loại trừ được nhược điểm lớn vừa nêu trên của hệ thống phanh thường. Cho nên, trên các ô tô hiện đại đã được trang bị hệ thống phanh chống hãm cứng ABS .
Nhiệm vụ của hệ thống phanh ABS là hiệu chỉnh liên tục áp suất trong dẫn động phanh để lực phanh ở các bánh xe ln ln xấp xỉ bằng lực bám, nhờ đó các bánh xe không bị hãm cứng và giữ cho độ trượt giữa bánh xe với mặt đường thay đổi trong một giới hạn hẹp xung quanh giá trị po (hình 2.6). Cho nên hệ thống phanh ABS đã đảm bảo được hiệu quả phanh cao nhất, duy trì được tính dẫn hướng và tính ổn định tốt khi phanh (do xung quanh giá trị po thì x xmax và y có giá trị tương đối lớn).
Hình 2.6 Đồ thị biểu diễn sự thay đổi hệ số bám dọcx và hệ số bám ngang y theo độ trượt tương đối p
Từ đồ thị trên hình 2.6 cho chúng ta thấy:
Hệ số bám một mặt phụ thuộc vào loại đường và tình trạng mặt đường, mặt khác còn phụ thuộc vào độ trượt của bánh xe với mặt đường khi phanh.
Hệ số bám dọc khi phanh được định nghĩa :
b x b F G (2.37)
Với định nghĩa trên thì x 0 khi lực phanh Fp 0, tức là lúc chưa phanh. Khi bắt đầu phanh, x 0 tăng nhanh và độ trượt p cũng tăng lên. Khi độ trượt nằm trong khoảng
21 15 25% thì
max
x x
, đặc biệt khi p po 20% thì x xmax và y có giá trị khá lớn. Bởi vậy giá trị po được gọi là độ trượt tối ưu. Thực nghiệm chứng minh rằng, tùy từng loại xe mà pocó thể thay đổi trong giới hạn 15 25%.
Ở hệ thống phanh thường, khi gặp nguy hiểm, người lái đạp mạnh lên bàn đạp phanh làm cho áp suất trong dẫn động phanh tăng cao, dẫn đến Fpi Fi ở các bánh xe, lập tức các bánh xe bị hãm cứng và trượt lết hồn tồn p 100%, do đó x giảm đi gần một nửa, nên lực phanh Fpi cũng giảm đi gần một nửa, đồng thời khi p 100% thì y 0, dẫn đến
. 0
y y b
F G , cho nên khả năng bám ngang của các bánh xe khơng cịn nữa, lúc này chỉ cần một lực ngang nhỏ tác dụng lên xe là xe sẽ bị trượt ngang (hình 2.7).
Ưu điểm vượt trội của hệ thống phanh ABS so với phanh thường là : do ABS hiệu chỉnh liên tục áp suất trong dẫn động phanh, nên độ trượt p chỉ dao động trong giới hạn 10 30% (hình 2.7).Ở trong giới hạn này x xmax nên Fpmax xmax.Gb F, bởi vậy hiệu quả phanh sẽ cao nhất. Mặt khác y ở trong giới hạn này cũng có giá trị khá lớn, nên
.
y y b
F G cũng có giá trị lớn, các bánh xe sẽ khơng bị trượt ngang, do đó đảm bảo được tính dẫn hướng và độ ổn định của xe khi phanh.
Hình 2.7 Sự thay đổi hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y theo độ trượt tương đối p p
Để giữ cho các bánh xe không bị hãm cứng và đảm bảo hiệu quả phanh cao cần phải điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bánh xe với mặt đường thay đổi quanh giá trị po trong giới hạn hẹp. Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh
22 có thể sử dụng các nguyên lý điều chỉnh sau đây:
+ Theo gia tốc góc chậm dần của bánh xe được phanh (). + Theo giá trị độ trượt cho trước (p).
+ Theo giá trị của tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc góc chậm dần của nó. Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh gồm các phần tử sau :
+ Cảm biến để phát tín hiệu về tình trạng của đối tượng cần được thơng tin, cụ thể là tình trạng của bánh xe đang được phanh (cảm biến vận tốc góc, cảm biến áp suất, cảm biến gia tốc của xe).
+ Bộ điều khiển để xử lý các thông tin và phát các lệnh nhả phanh hoặc phanh bánh xe (các bộ điều khiển này thường là loại điện tử).
+ Bộ thực hiện để thực hiện các lệnh do bộ điều khiển phát ra (bộ thực hiện có thể là loại thủy lực, loại khí hay loại hỗn hợp thủy khí).
Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay thường sử dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo gia tốc góc chậm dần của bánh xe và ở bánh xe có bố trí cảm biến vận tốc góc. Biến thiên của vận tốc góc theo thời gian sẽ cho ra giá trị gia tốc góc.
Chúng ta sẽ xem xét sự làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh bằng nguyên lý điều chỉnh theo gia tốc góc chậm dần.
Trên hình 2.7 trình bày đồ thị chỉ sự thay đổi một số thông số của hệ thống phanh và của chuyển động của bánh xe khi có trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh. Khi tác động lên bàn đạp phanh thì áp suất trong dẫn động tăng lên, nghĩa là mô men phanh
p
M tăng lên làm tăng giá trị của gia tốc góc chậm dần của bánh xe và làm tăng độ trượt của nó. Sau khi vượt qua điểm cực đại trên đường cong x f(p) thì gia tốc góc chậm dần của bánh xe bắt đầu tăng đột ngột. Điều này báo hiệu bánh xe có xu hướng bị hãm cứng. Giai đoạn này của q trình phanh có bộ chống hãm cứng bánh xe sẽ ứng với các đường cong 0-1 trên hình 2.8 a, b và c. Giai đoạn này được gọi là pha I (pha bắt đầu phanh hay là pha tăng áp suất trong dẫn động phanh).
Bộ điều khiển của hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh lúc này ghi gia tốc góc tại điểm 1 đạt giá trị tới hạn (đoạn c1 trên hình 2.8 c) và ra lệnh cho bộ thực hiện phải giảm
23 áp suất trong dẫn động. Sự giảm áp suất được bắt đầu với độ chậm trễ nhất định do đặc tính của bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh. Quá trình diễn biến từ điểm 1-2 được gọi là pha II (pha giảm sự phanh hay là pha giảm áp suất trong dẫn động phanh). Gia tốc góc của bánh xe lúc này giảm dần và tại điểm 2 gia tốc tiến gần giá trị 0. Giá trị gia tốc góc lúc này tương ứng với đoạn c2 trên hình 2.8 c. Sau khi ghi lại giá trị này, bộ điều khiển ra lệnh cho bộ thực hiện ổn định áp suất trong dẫn động. Lúc này bánh xe sẽ tăng tốc trong chuyển động tương đối và vận tốc của bánh xe tiến gần tới vận tốc của ô tô, nghĩa là độ trượt sẽ giảm và như vậy hệ số bám dọc x tăng lên (đoạn 2-3). Giai đoạn này được gọi là pha III (pha giữ áp suất ổn định).
Bởi vì mơ men phanh trong thời gian này được giữ cố định cho nên gia tốc góc chậm dần cực đại của bánh xe trong chuyển động tương đối sẽ phát sinh tương ứng với lúc hệ số bám dọc x đạt giá trị cực đại. Gia tốc góc chậm dần cực đại này được chọn làm thời điểm phát lệnh và nó tương ứng với đoạn c3 trên hình 2.8 c. Lúc này bộ điều khiển ghi lại giá trị gia tốc góc này và ra lệnh cho bộ thực hiện tăng áp suất trong dẫn động phanh. Như vậy sau điểm 3 lại bắt đầu pha I của chu kỳ làm việc mới của hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh. Từ lập luận trên thấy rằng hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh điều khiển cho mơ men phanh thay đổi theo chu kỳ khép kín 1-2-3-1 ( hình 2.8 a), lúc ấy bánh xe làm việc ở gần hệ số bám dọc cực đại xmax và hệ số bám ngang y cũng có giá trị cao. Trong trường hợp bánh xe bị hãm cứng thì các thơng số sẽ diễn biến theo đường đứt nét trên hình 2.8 a.
24
25