PHẦN 5 : ĐẶC TÍNH ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH
5.3 ĐIỀU CHỈNH LỰC PHANH PHÂN BỐ ĐIỆN TỬ EBD
Đối với hệt hống điều chỉnh phân bố lại lực phanh cho cầu trước và cầu sau thì khơng cịn sử dụng các bộ điều chỉnh lực phanh cơ khí như trên, mà hệ thống sẽ tự động điều chỉnh áp suất dòng phanh sau nhờ hệ thống ABS sao cho đặc tính điều chỉnh tiệm cận theo đặc tính lý thuyết như được minh họa trên hình 5.11.
Nhóm TH: Nhóm 08 - 18C4CLC
Hình 5.4: Minh họa đặc tính điều chỉnh lực phanh điện tử EBD
Chú thích hình 5.4: 1- Đặc tính lực phanh lý tưởng với tải bất kỳ; 2- Đặc tính
điều chỉnh lực phanh dự kiến thiết kế theo cơ khí ; 3- Đặc tính điều chỉnh lực phanh điện tử EBD ; 4- Tăng lực phanh bánh xe sau so với đặc tính điều chỉnh thiết kế dự kiến; 5- Đặc tính lực phanh lý tưởng với tải dầy; D- Điểm bắt đầu điều chỉnh phân bố lại áp suất phanh cho cầu sau nhờ hệ thống ABS với tải bất kỳ.
Hệ thống phanh được thiết kế theo cách mà khơng cịn van điều chỉnh áp suất cơ học truyền thống (tức khơng cịn đường điều chỉnh (2)) ; đường cong phân phối lực phanh sẽ được bắt đầu tại điểm giao nhau (điểm D) với đường cong phân phối lực phanh lý tưởng bất kỳ (ví dụ đường cong 1 trên hình 3.11). Việc điều chỉnh phân bố lực phanh là diễn biến liên tục theo cường độ phanh của các bánh xe cầu trước; nghĩa là các điểm bắt đầu điểm chỉnh sẽ thay đổi theo quan hệ mức độ trượt của bánh xe sau so với bánh xe trước (đường 3
phân bố lực phanh điện tử EBD).
ECU liên tục tính tốn sự khác biệt trượt giữa bánh trước và bánh sau trong tất cả các tình huống lái xe. Nếu tỷ lệ trượt bánh trước và bánh sau vượt
PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh
quá ngưỡng xử lý ổn định được xác định khi phanh, van đầu vào áp suất ABS cho bánh sau thích hợp được đóng lại để ngăn chặn sự gia tăng thêm áp suất phanh ở bánh xe sau.
Nếu người lái xe sau đó tiếp tục tăng lực áp dụng cho bàn đạp phanh, và do đó áp suất phanh, mức độ trượt ở bánh trước cũng tăng lên. Sự khác biệt giữa trượt bánh trước và bánh sau giảm dần và van đầu vào áp suất được mở lại để áp suất ở bánh sau tăng lên một lần nữa. Q trình này sau đó có thể được lặp lại một số lần tùy thuộc vào lực bàn đạp phanh và thao tác đang được thực hiện.
Đối với chức năng phân phối lực phanh điện tử (EBD), chỉ có van phanh sau của hệ thống ABS được kích hoạt, động cơ bơm cho dịng sau được làm việc cùng với các van ABS để điều chỉnh áp suất phanh dòng sau cho hiệu quả phanh cao nhất Á p s uấ t p h an h ( M N )
Đặc tính điều chỉnh áp suất phanh điện tử EBD
20.000 18.000 16.000 14.000 12.000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.0000 Thời gian (s)
Áp suất phanh dịng trước Áp suất phanh dịng sau
Hình 5.5: Minh họa đặc tính điều chỉnh áp suất phanh điện tử EBD
Trên Hình 5.5 là ví dụ minh họa tính tốn mơ phỏng diễn biến áp suất dòng phanh trước (đường trơn liền nét) và áp suất dòng phanh sau (đường bậc
thang) theo thời gian phanh thực. So với khi không có sự điều chỉnh (phanh dịng phanh sau sẽ cùng áp suất với dòng phanh trước – theo đường trơn liền
SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC
nét), thì đường đặc tính lực phanh cầu sau đã được nâng cao tiệm cận với
đường đặc tính phanh lý thuyết. Hệ quả là nâng cao được lực phanh tổng cao hơn so với khi không điều chỉnh, do vậy gia tốc phanh trung bình trong quá trình phanh được nâng cao, thời gian phanh.
SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC
PBL4: Thiết kế hệ thơng ơ tơ thơng minh
CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG
PHANH TỰ ĐỘNG 6.1 Hệ thống phanh tự động thơng minh AEB
Việc hình thành cơng nghệ hệ thống phanh tự động AEB dựa trên nền tảng kỹ thuật mà các kỹ sư ô tô đã thiết kế cho hệ thống phanh tích hợp ABS/TCS tự động phanh để chống sự trượt quay cho các bánh xe chủ động khi chúng gặp hệ số bám thấp, lực bám nhỏ hơn lực kéo ở bánh xe chủ động.
6.1.1 Các loại hệ thống AEB
Hệ thống phanh tự động khẩn cấp AEB sử dụng cảm biến radar, laser hay camera nhằm quan sát và phát hiện các nguy cơ tiềm ẩn có thể xảy ra va chạm với các phương tiện khác, khách bộ hành hoặc các mối nguy hiểm.
Tuy AEB có nhiều loại nhưng hầu hết đều đưa ra các cảnh báo bằng hình ảnh, âm thanh hoặc rung tay lái hoặc bằng cả 3. Trong trường hợp lái xe ô tô không phản ứng lại các cảnh báo, AEB sẽ tự động phanh. Ngoài ra, một số hệ thống AEB cịn có có thể căng dây đai an toàn giúp giảm thiểu tổn thương cho hành khách.
Và hệ thống AEB sẽ tự động tắt nếu phát hiện tài xế bẻ tay lái chuyển hướng di chuyển.
Hệ thống ngăn ngừa va chạm chia làm 3 loại chính:
- Hệ thống ngăn ngừa va chạm ở tốc độ thấp: Phiên bản phanh AEB này có thể phản ứng đối với các xe ơ tô khác, tuy nhiên, lại hồn tồn khơng nhạy đối với khách bộ hành và các phương tiện khác. Tùy vào từng phiên bản, radar có thể qt ở phía trước xe từ 8-10 m và ngăn ngừa va cham khi di chuyển ở tốc độ 30-50 km/h. hệ thống AEB sẽ tự động tắt nếu phát hiện tài xế bẻ tay lái chuyển hướng di chuyển
- Hệ thống ngăn ngừa va chạm ở tốc độ cao: Phiên bản này thường dùng radar tầm xa có thể qt các xe khác ở phía trước cách khoảng 200 m ở tốc độ lên đến 80 km/h.
- Hệ thống ngăn ngừa va chạm với khách bộ hành: Phiên bản này sẽ sử dụng kết hợp camera và radar để phát hiện khách bộ hành qua hình dáng và đặc
SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC
điểm của người đi bộ. Sau đó sẽ tính tốn tốc độ của xe để xách định xem có tiềm ẩn nguy hiểm hay khơng.
6.1.2 Chức năng của hệ thống phanh tự động khẩn cấp AEB (Autonomous Emergency Braking)
- Giúp cảnh báo cho lái xe về một vụ va chạm sắp xảy ra, đồng thời giúp lái xe phanh với một lực tối đa.
- Hệ thống phanh AEB được chế tạo chỉ để hỗ trợ lái xe ô tô trong những tình huống khẩn cấp và người điều khiển xe luôn phải chịu trách nhiệm nếu không may xảy ra tai nạn.
- Hệ thống hỗ trợ phanh chủ động góp phần giảm thiểu nguy cơ va chạm từ phía sau và giảm thiểu hậu quả của tai nạn.
- Khoảng cách quá nhỏ giữa các phương tiện là một trong những nguyên nhân chính gây ra tai nạn nghiêm trọng. Hỗ trợ phanh chủ động giúp giảm nguy cơ va chạm với xe phía trước theo ba cách. Và đây là cách nó hoạt động:
Hình 6.1: Diễn biến hoạt động hệ thống phanh AEB
Khi công nghệ ô tô tự lái phát triển, thì hệ thống phanh tích hợp ABS/TCS được phát triển ứng dụng để thực hiện phanh tự động cho ô tô trong trường hợp cần phanh khẩn cấp AEB; không những vậy, hệ thống phanh AEB cũng được
SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC
PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh
phát triển để có thể thực hiện phanh tự động cục bộ với lực phanh nhỏ nhằm duy trì tốc độ xe cũng như kiểm soát khoảng cách so với xe trước; hoặc trong trường hợp dừng trước tín hiệu đền đỏ giao thơng cho ô tô tự lái.
6.1.3 Cấu tạo hệ thống AEB
Trên hình 1.2 minh họa sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh tự động AEB dẫn động thủy lực; theo đó mặc định ở chế độ phanh bình thường thì các van của hệ thống phanh tự động AEB cũng như điều khiển chống hãm cứng bánh xe ABS là chưa hoạt động, các van điện từ (Solenoids Valve) chưa làm việc.
Hình 6.2: Sơ đồ hệ thống phanh AEB ở chế độ phanh bình thường Chú thích: 1- Bàn đạp phanh; 2- Bầu trợ lực phanh; 3- Xy lanh chính và bình chưa dầu; 5- Bình ổn áp; 6- Cơ cấu phanh bánh xe bên phải; 7- Cơ cấu phanh bánh xe bên trái; IV- Input valve (Van nạp); OV- Output valve (Van xả); AC- Acculator (Bình tích áp); PE- Pump Electric (Bơm điện); CV- Changed Valve (Van chuyển đổi ngăn dầu về xy lanh chính khi phanh tự động); HV- Hydraulic
SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC
Valve (Van chuyển dầu); LV- Limit Valve (Van điều chỉnh hạn chế áp suất làm việc).
Các van cấp của ABS (IV) mặc định ở trạng thái mở, trong khi các van xả (OV) ở trạng thái đóng nhờ các lị xo nén của van. Van chuyển đổi (CV) ngăn/khơng ngăn dầu ngược về xy-lanh chính của chế độ phanh tự động AEB mặc định ở trạng thái mở để thơng dịng dầu từ xy lanh và bình chứa (5) với các xy lanh cơ cấu phanh; trong khi đó van chuyển dầu (HV) ở trạng thái đóng để ngăn dịng dầu từ xy lanh chính đến vùng thấp áp của bơm (PE).
Cịn trên hình 6.3 minh họa chế độ phanh tự động; theo đó, van chuyển đổi (CV) của chế độ phanh tự động được điều khiển sang trạng thái đóng để ngăn dịng dầu bơm dầu (PE) đi ngược về xy lanh và bình chứa (3); trong khi đó van chuyển dầu (HV) ở trạng thái mở để chuyển dầu từ bình chứa đến cho bơm.
Hình 6.3: Sơ đồ minh họa hệ thống phanh AEB ở chế độ phanh tự động
SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC
PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh
Khi hệ thống hỗ trợ lái nâng cao ADAS (Advanced Driver Assistance System) bằng cảm biến LIDAR (Light+RADAR) kiểm sốt mơi trường xung quanh ô tô, giám sát khoảng cách của những người đi bộ và bất kỳ phương tiện nào khác phía trước nó có dấu hiệu khơng an tồn đối q trình chuyển động của ơ tô; bộ điều kiển trung tâm ECU lập tức ra lệnh cho hệ thống phanh dừng khẩn cấp AEB.
Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh dầu với hệ thống AEB điều khiển phanh có thể được trình bày như sau:
- Van nạp (IV) ln ln mở, van xả (OV) ln ln đóng để có thể thực hiện các chế độ phanh bình thường (chưa cần đến sự làm việc của ABS). Theo đó, khi người lái xe tác dụng lên bàn đạp phanh (1), ép dầu từ xy lanh chính (3) qua van nạp thường mở (IV) đến các xy lanh của cơ cấu phanh banh xe (6), ép các má phanh vào đĩa phanh nhằm thực hiện quá trình phanh.
Lúc này van xả (OV) ở trạng thái thường đóng (nhờ lị xo của van) và áp suất trong dẫn động được tạo ra bởi lực tổng hợp do lái xe tác dụng lên bàn đạp phanh cùng với lực do hệ thống trợ lực phanh hổ trợ.
Bơm điện (PE) sẵn sàng làm việc để cung cấp dầu cao áp trở lại cho cơ cấu phanh sau khi ABS làm việc mở van xả (OV) để xả dầu về áp suất giới hạn ở bình tích áp (AC) nhằm chống bó cứng bánh xe (nếu có) khi phanh khẩn cấp hoặc khi hệ số bám giữa lốp với mặt đường giảm thấp.
Việc nhận biết bánh xe có xu hướng bị bó cứng là nhờ cảm biến tốc độ bánh xe ln ln thu nhận được tính hiệu và truyền về cho bộ điều khiển điện tử ECU sẵn sàng cho hệ thống ABS làm việc.
Van khống chế áp suất max (LV) để giới hạn áp suất phanh cho cơ cấu phanh (6) đồng thời cho phép dịng dầu ln chuyển tuần hồn khi bơm điện (PE) hoạt động theo mạch vịng kín gồm: bơm (PE) => qua van nạp (IV) => qua van giới hạn áp suất max (LV) => về bơm (PE); trong khi dịng dầu khơng thể đi ngược về bình chứa (3) vì lái xe đang duy trì việc giữ piston trong xy lanh (3) ngăn dịng dầu về bình chứa.
6.2 Tính tốn điều khiển phanh ABS
6.2.1 Cơ sở lý thuyết về phanh chống hãm cứng bánh xe ABS
SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC
Như vậy, trong q trình điều khiển phanh chống hãm cứng bánh xe ABS, thì mơ men phanh Mp thực tế được thay đổi theo chu trình do việc điều khiển thay đổi áp suất phanh trong các xy lanh phanh bánh. Việc thay đổi áp suất không chỉ để chống hãm cứng bánh xe để tránh cho các bánh xe khi phanh không bị trượt; mà cịn với mục đích điều khiển cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn từ λ1
đến λ2
nhằm đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với giá trị cực đại.
Q trình phanh ABS thực tế chỉ có 2 pha: pha tăng áp suất và pha giảm
áp suất trong đó có giai đoạn duy trì (giữ) áp suất min nhờ bình tích năng. Hệ
thống ABS làm việc với 2 giai đoạn như vậy gọi là hệ thống ABS 2 pha. Một số hệ thống phanh ABS có thể có thêm pha duy trì áp suất max (cả hai
van cùng đóng khi đạt áp suất max) gọi là ABS 3 pha (xem hình 1.1).
Chu kỳ thay đổi áp suất với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay được thực nhiện sao cho hệ số trượt thay đổi trong khoảng λ1 đến λ2 với giá trị từ 10% đến 30% quanh giá trị max của hệ số bám (xem thêm hình 4.11). Tần số thay đổi áp suất của hệ thống phanh ABS trong dẫn động khí nén khoảng 3[Hz] đến 8[Hz]; cịn trong dẫn động thuỷ lực đến 20[Hz].
Hình 1.1: Ba giai đoạn phanh của hệ thống phanh ABS 3 pha
Trên cơ sở phân tích nguyên lý điều khiển tự động phanh ABS, ta có thể xây dựng hệ phương trình chuyển động của ơ tơ khi phanh có điều chỉnh áp suất phanh theo nguyên lý ABS như sau:
Phương trình cơ bản xe đang chuyển động đều trên đường nằm ngang:
SVTH: Nhóm 05 - 18C4CLC
PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh Fk = G.(a+b.V) + k.A.V2
Trong đó: Fk là lực kéo ở bánh xe chủ động; G là trọng lượng xe; a, b là các hằng số đặc trưng cho hệ số cản lăn phụ thuộc bậc nhất với tốc độ ô tô V; k, A là các hằng số đặc trưng cho hệ số cản khơng khí và diện tích cản chính diện của xe.
Khi phanh, lái xe nhả chân điều khiển ga (Fk = 0), đồng thời đạp bàn đạp phanh; phương trình chuyển động của xe sẽ xuất hiện thêm lực cản do phanh
Fp và lực quán tính chuyển động chậm dần Fj của ô tô do xe bị phanh. Phương trình chuyển động chậm dần của xe khi phanh như sau:
Suy ra gia tốc chậm dần khi phanh đối với xe có thể xác định bằng:
dt =(a+b . V +
Trong phương trình (3) lực phanh Fp hình thành trong vùng tiếp xúc lữa lốp với mặt đường sẽ có các trạng thái thay đổi theo điều khiển chống trượt như sau:
+ Lực phanh đạt giá trị lớn nhất bằng một giá trị lực bám lý tưởng duy trì khơng đổi trong suốt q trình phanh mà khơng bị hãm cứng bánh xe, tức là:
Fpmax = G.φmax
+ Lực phanh thay đổi khi có xu hướng bị hãm cứng (giảm từ max về min, tăng từ min lên max) do áp suất phanh px trong hệ thống được điều chỉnh thay đổi bởi sự điều khiển của hệ thống ABS trong suốt quá trình phanh chống trượt; tức là:
Fp = Kc.px với (5)
Ở đây: Kc và px tương ứng là thông số kết cấu của cơ cấu phanh và áp suất phanh trong hệ thống cân bằng với lực phanh ở vùng tiếp xúc giữa lốp với mặt đường mà không vượt giới hạn bám; pmin và pmax lần lượt là áp suất min và max điều chỉnh trong hệ thống phanh ABS.
Chú ý rằng, chúng ta cũng có thể biểu diễn lực phanh lớn nhất theo lưc bám lớn nhất phụ thuộc trọng lượng G và hệ số bám φmaxtương ứng, tức là :
PBL4: Thiết kế hệ thông ô tô thông minh
Fpmax = KC.pmax ≈ G . φmax
Hay suy ra áp suất lớn nhất được xác định:
p = G. φ max
max KC
(6)
(7) Tổng hợp các biểu thức trên, ta có thể viết lại:
{¿dV
=(a+ b .V +
dt
¿px ∈[0 ÷ pmax , pmin ÷ pmax ]
Để có thể giải được hệ phương trình (4) cần phải biết quy luật biến đổi áp suất px cũng như chu kỳ biến đổi áp suất px ∈[ pmin ÷ pmax ].
6.2.2 Mơ hình điều khiển áp suất min - max của ABS
Hiện nay, với sự phát triển của khoa học công nghệ trong lĩnh vực điều