4. KHẢO SÂT HỆ THỐNG PHANH XE MITSUBISHI GRANDIS
4.3. SƠ ĐỒ VĂ NGUYÍN LÝ LĂM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ABS
4.3.1. Sơ lược về ABS
Câc bộ điều chỉnh lực phđn bằng câch điều chỉnh sự phđn phối âp suất trong dẫn động phđn câc bânh xe trước vă sau, có thể đảm bảo:
Hoặc hêm cứng đồng thời câc bânh xe (để sử dụng được triệt để trọng lượng bâm vă trânh quay xe khi phanh).
Hoặc hêm cứng câc bânh xe trước → trước (để đảm bảo điều kiện ổn định). Tuy nhiín q trình phanh như vậy vẫn chưa phải lă có hiệu quả cao vă an toăn nhất, vì :
Khi phanh ngặt, câc bânh xe vẫn có thể bị hêm cứng vă trượt dọc. Câc bânh xe trượt lết trín đường sẻ lăm mịn lốp vă giảm hệ số bâm. Nghiín cứu đê cho thấy hệ số bâm dọc có giâ trị cao nhất (Hình 4.9) khi bânh xe chịu lực dọc vă trượt cục bộ trong giới hạn hệ số trượt: )% 30 15 ( % 100 = ÷ − = a b r a V r V ϖ λ
Ở đđy: Va: - Tốc độ chuyển động tịnh tiến của ôtô. ωb - Tốc độ gốc của bânh xe.
rb – Bân kính lăn của bânh xe.
Cịn ơtơ, khi phanh với tốc độ 180 km/h trín đường khơ, bề mặt lốp có thể bị mịn vẹt đị một lớp dăy tới 6mm.
Câc bânh xe bị trượt dọc hoăn toăn, còn mất khả năng tiếp nhận lực ngang vă khơng thể thực hiện quay vịng khi phanh trín đọan đường cong hoặc đổi hướng để trânh chướng ngại vật (Hình 4.10), đặc biệt lă câc đoạn đường có độ bâm thấp. Do đó dễ gđy ra tai nạn nguy hiểm khi phanh.
0 0.2 0.4 0.6 0.8 ϕ 20 40 60 80 100 λ;% ϕx y x max ϕ x ϕ y ϕ λ0
Hình 4.9 : Sự thay đổi hệ số bâm dọc φx vă hệ số bâm ngang φy theo độ trượt
tương đối λ của bânh xe.
Vì thế, để đảm bảo đồng thời điệu quả phanh vă tính ổn định cao. Ngoăi ra cịn giảm măi mòn vă nđng cao tuổi thọ cho lốp, cần tiến hănh quâ trình phanh ở giới hạn đầu hêm câc bânh xe, nghĩa lă đảm bảo sao cho câc bânh xe trong q trình phanh khơng bị trượt lí hoăn toăn mă chỉ trượt cục bộ trong giới hạn λ=(15-30)%. Đó chính lă chức năng vă nhiệm vụ của hệ thống chống hêm cứng bânh xe.
Để cho câc bânh xe không bị hêm cứng hoăn toăn khi phanh ngặt, cần phải điều chỉnh âp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bânh xe với mặt đường nằm trong giới hạn hẹp quanh giâ trị tối ưu. Câc hệ thống chống hêm cứng bânh xe khi phanh có thể sử dụng câc nguyín lý điều chỉnh khâc nhau, như:
Theo gia tốc chậm dần của bânh xe được phanh. Theo giâ trị độ trượt cho trước.
Theo tỷ số vận tốc gốc của bânh xe vă gia tốc hậm dần của nó.
Như vậy hệ thống chống hêm cứng bânh xe lă một trong câc hệ thống an toăn chủ động của một ơtơ hiện đại. Nó góp phần giảm thiểu câc tai nạn nguy hiểm nhờ điều khiển quâ trình phanh một câch tối ưu.
Hình 4.10. Q trình phanh có vă khơng có ABS trín đọc đường cong.
4.3.1.2. Ngun lý lăm việc:
Hệ thống chống hêm cứng bânh xe(ABS) thực chất lă một bộ điều khiển chỉnh lực phanh có mạch liín hệ ngược. Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạng như trín hình 4.11, gồm :
Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp hănh hay cơ cấu thực hiện 3 vă nguồn năng lượng 1.
Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ânh sự thay đổi của câc thông số được chọn để điều khiển( thường lă tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bânh xe hoặc giâ độ trượt) vă truyền tín hiệu điện đến bộ phận điều khiển 2. Bộ phận 2 sẽ xử lý tín hiệu vă truyền lệnh đế cơ cấu thực hiện 3 để tiến hănh giảm hoặc tăng âp sất trong dẫn động phanh.
Chất lỏng được được truyền từ xilanh chính (hay tổng van khí nĩn) 5 qua 3 đến câc xilanh bânh xe (hay bầu phanh) 6 để ĩp câc guốc phanh vă thực hiện quâ trình phanh.
Hình 4.11. Sơ đồ tổng quât của hệ thống chống hêm cứng bânh xe.
1- Cảm biến tốc độ; 2- Bộ phận điều khiển; 3- Cơ cấu thực hiện; 4- Nguồn năng lượng; 5- Xilanh chính hoặc tổng van khí nĩn; 6- Xilanh bânh xe hoặc bầu phanh.
Điều hiểu được nguyín lý lăm việc của hệ thống chống hêm cứng bânh xe, ta khảo sât q trình phanh bânh xe như trín hình 4.12.
Nếu bỏ qua mô men cản lăn rất nhỏ vă để đơn giản coi Zbx =const, thì phương trình cđn bằng mơmen tâc dụng tâc dụng lín bânh xe đối với trục quay của nó khi phanh, có dạng: 0 = − − dt d J M M b b p ϖ ϕ (4.1)
Ở đđy: Mp – Mơmen phanh tạo nín bởi cơ cấu phanh; Mφ – Mômen bâm của bânh xe với đường; Jb – Mômen quân tính của bânh xe;
ωb - Tốc độ của bânh xe.
Từ đó ta có gia tốc chậm dần cả bânh xe khi phanh:
b p b b J M M dt dϖ ϕ ε = = − (4.2)
Hình 4.12. Câc lực vă mơmen tâc dụng lín bânh xe khi phanh.
Sự thay đổi Mp, Mφ vă εb theo độ trượt thể hiện trín hình 4.13:
Đoạn O-1-2 biểu hiện q trình tăng Mp khi đạp phanh. Hiệu (Mp-Mφ) tỷ lệ với gia tốc chậm dần εb của bânh xe. Hiệu trín tăng nhiều khi đường Mφ đi qua cực đại. Do đó sau thời điểm năy, gia tốc εb bắt đầu tăng phanh. Sự tăng đột ngột của εb lăm giảm âp suất trong dẫn động. Do đó chậm tâc dụng nhất định năo đó ( phụ thuộc tính chất hệ thống), Sự giảm âp suất thực tế được bắt đầu ở điểm 2.
Do Mp giảm, εb giảm theo vă bằng không ở điểm 3 ( khi Mp-Mφ). Văo thời điểm tương ứng với điểm 4 – Mơmen phanh có giâ trịc cực tiểu khơng đổi.
Trín đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mơmen phanh nhỏ hơn mơmen bâm, nín xay ra sự tăng tốc bânh xe. Sự tăng gia tốc bânh xe được sử dụng lăm tín hiệu văo thứ hai để điều khiển tăng âp suất trong hệ thống phanh( điểm 5).
Hình 4.13. Sự thay đổi câc thơng số khi phanh có ABS
Khi tốc độ bânh xe tăng lín, độ trượt giảm vă bởi vậy φ cũng như Mφ tăng lín. Tiếp theo, chu trình lặp lại. Như vậy, trong quâ trình điều khiển, bânh xe lúc thì tăng tốc lúc thì giảm tốc vă buộc Mp thay đổi theo chu trình kín 1-2-3-4-5-5-1, giữ cho độ trượt của bânh xe dao động trong giới hạn λ1-λ2 (Hình 4.13), đảm bảo cho hệ số bâm có giâ trị gần với giâ trị cực đại nhất.
Trín hình 4.14 lă đồ thị biểu diễn q trình thay đổi âp suất trong dẫn động vă gia tốc chậm dầncủa bânh xe khi phanh có ABS theo thời gian.
Hình 4.14. Sự thay đổi âp suất trong dẫn động (a) vă
gia tốc chậm dần của bânh xe(b) khi phanh có ABS.
Hình 4.14a cho thấy , q trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn (3pha) : tăng âp suất(1→2), giảm âp suất (2→4) vă duy trì ( giữ) âp suất (4→5). ABS lăm việc
với 3 giai đoạn như vậy gọi lă ABS 3 pha. Một số ABS có thể khơng có pha duy trì âp suất- gọi lă ABS 2 pha.
Với câc hệ thống chống hêm cứng bânh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi trong khoảng λ1-λ2 =(15-30)%. Tần số thay đổi âp suất trong dẫn động khí nĩn khoảng (3- 8)Hz còn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz.
Để thấy rõ vai trị của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 4.1 nhận được khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp có vă khơng có ABS vă đồ thị q trình phanh trín hình 4.15; 4.16
Bảng 4.1. Kết quả thí nghiệm khi phanh ơtơ du lịch có trang bị ABS
( mỗi bânh xe có một cảm biến vă điều khiển riíng) Loại đường Tốc độ bắt đầu
phanh V(m/s)
Quảng đường phanh Sp(m) Mức tăng hiệu quả phanh (%)
Có ABS Khơng ABS
Đường bítơng khơ Đường bítơng ướt
13,88 13,88 10,6 18,7 13,1 23,7 19,1 21,1 Đường bítơng khơ
Đường bítơng ướt
27,77 27,77 41,1 62,5 50,0 100,0 17,8 37,5
Hình 4.15. Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn của ơtơ có trang bị ABS