IV. Thiết kế trợ lực phanh
4.2.2.Xỏc định kớch thước màng trợ lực
Lực do bộ cường hoỏ sinh ra là:
2 2 . 1 3,14.2,6 1 . . 388. . 2238( ) 4 4 0,92 c c D Q p π N η = = =
Xột sự cõn bằng của màng cường hoỏ:
P 2 N cm ữ Hỡnh 2.14: Đường đặc tớnh của bộ trợ lực. Q
Qc =( p0 − p F' .) m− Plx . c m lx Q p F P ⇔ = ∆ − c Q
- Lực do bộ cường húa sinh ra.
0 p - Áp suất khớ quyển. ' p - Áp suất chõn khụng. p ∆
- Độ chờnh ỏp giữa buồng trước và buồng sau. ∆p
=5(N/cm2) m F - Diện tớch màng trợ lực. 2 . 4 m m D F =π m D - Đường kớnh màng trợ lực. lx P - Lực lũ xo hồi vị. lx P =30(N) Do đú: ( ) ( ) 4 4. 2238 3 24( ) . 3,14.5 c lx m Q P D cm p π + + = = ≈ ∆ 4.2.3. Tớnh lũ xo bộ cường húa
3 8. . .[ ] . lx tb c k P D d π τ ≥ Trong đú:
Dtb- Đường kớnh trung bỡnh của vũng lũ xo
1 2 71 115 93( ) 2 2 tb D D D = + = + = mm Plx- Lực ộp lũ xo. Plx= 30 (N) k- Hệ số tập chung ứng suất. k = 1,11 [ ]τc
- Ứng suất soắn cho phộp. [ ]τc
=60000(N/cm2) Vậy ta cú: 3 8.1,11.30.9,3 0, 24( ) 3,14.60000 d ≥ = cm Do đú chọn d = 3 (mm).
b. Tớnh số vũng làm việc của lũ xo:
4 0 2 . . 8. tb. lx G d n D P λ = Trong đú: λ
- Độ chuyển vị của lũ xo. λ
G – Mụ đun đàn hồi của vật liệu. G = 8,5.106 (N/cm2) Suy ra: 6 4 0 2 1,5.8.10 .0,3 4 8.9,3 .30 n = = (vũng)
c. Tớnh số vũng toàn bộ của lũ xo:
n n= + ữ = + =0 (1 2) 4 2 6
(vũng)
d. Tớnh bước của lũ xo:
(0,15 0,3). tb 0,15.9,3 1, 4( )
t = ữ D = ≈ cm
e. Chiều dài toàn bộ của lũ xo:
0 . 6.14 84( ) H = n t = = mm f. Tớnh bền lũ xo cụn: 2 2 3 3 16. . 16.30.5, 75 32555( / ) . 3,14.0,3 lx P R N cm d τ π = = = Do τ τ≤[ ]c =60000( /N cm2)
PHẦN III. TèM HIỂU VỀ HỆ THỐNG PHANH Cể TRANG BỊ ABS
Kết quả của phần này cũng đó được tớch hợp làm một phần của bài giảng trong phần nội dung nõng cao của bài giảng hệ thống phanh.
I. Lý thuyết về ABS
1.1. Lịch sử phỏt triển: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi ụ tụ phanh gấp hay đi trờn đường cú hệ số bỏm thấp, quóng đường phanh sẽ dài hơn, hiệu quả phanh thấp, dẫn đến mất ổn định hướng và khả năng điều khiển. Để giả quyết vấn đề người ta sử dụng hệ thống chống bú cứng bỏnh xe khi phanh ABS (Anti-lock Brake System).
ABS được sủ dụng lần đầu tiờn trờn mỏy bay thương mại năm 1949. Vào thập niờn 1960, nhờ sự phỏt triển của khoa học kỹ thuật dó giỳp ABS được lắp trờn ụ tụ lần đầu tiờn vào năm 1969.
Vào thập niờn 1980 hệ thống này mới phỏt triển mạnh mẽ nhờ sự phỏt triển của hệ thống điều khiển kỹ thuật số, vi xử lý.
Sau đú hoàn thiện theo hướng điều khiển kỹ thuật số vào năm 1984 và từ sau năm 1992 một số quốc gia phỏt triển đó coi ABS là một hệ thống phanh tiờu chuẩn bắt buộc của ụtụ.
Nhằm nõng cao tớnh hiệu quả và ổn định của xe người ta kết hợp ABS và một số hệ thống sau :
+ ABS kết hợp với hệ thống kiểm soỏt lực kộo –Traction Control (TRC): làm giảm cụng suất động cơ và phanh cỏc bỏnh xe để trỏnh hiện tượng trượt lăn tại chỗ khi bỏnh xe khởi hành và tăng tốc đột ngột.
+ ABS kết hợp với hệ thống phõn phối lưc phanh bằng điện tử - Electronic Brake Force Distribution (EBD): phõn phối ỏp suất dầu phanh đến cỏc bỏnh xe phự hợp với cỏc chế độ tải.
+ ABS kết hợp với hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp-Brake Assist System (BAS): tăng lực phanh khi phanh khẩn cấp.
+ ABS kết hợp với hệ thống ổn định ụ tụ bằng điện tử-Electronic Stability Program (ESP): khụng chỉ tỏc động vào quỏ trỡnh dừng xe mà cũn can thiệp vào quỏ trỡnh tăng tốc và chuyển động quay vũng.
Ngày nay với sự phỏt triển vượt bậc của của kỹ thuật điện tử, điều khiển tự động và cỏc phần mềm tớnh toỏn, lập trỡnh đó cho phộp nghiờn cứu và ứng dụng cỏc phương phỏp điều khiển mới trong ABS như điều khiển mở, điều khiển thụng minh, tối ưu húa quỏ trỡnh điều khiển ABS.
Cỏc cụng ty như BOSCH, AISIN, DENSO, BENDIX là những cụng ty đi đầu trong việc nghiờn cứu, cải tiến, chế tạo cỏc hệ thống ABS.
1.2. Ưu điểm của ABS
Điều khiển quỏ trỡnh phanh trỏnh cho bỏnh xe khụng bị hóm cứng (trượt lết) trờn mặt đường nhờ đú đảm bảo ổn định hướng của xe khi phanh.
Hệ thống điều khiển điện tử của ABS duy trỡ độ trượt trong quỏ trỡnh phanh nằm trong giớ hạn 0,17 đến 0,3. Đú là vựng làm việc tốt nhất: phỏt huy lực phanh, ổn định hướng tốt nhất.
ABS cũn được trang bị thờm cỏc mạch chức năng EBD, BAS nhờ đú tớnh an toàn chuyển động của xe ngày càng được cải thiện nõng cao.
1.3. Phõn loại hệ thống ABS theo kiểu điều khiển:
Điều khiển theo ngưỡng trượt:
+ Ngưỡng trượt thấp (slow mode): Cỏch này cho tớnh ổn định cao nhưng hiệu quả phanh thấp vỡ lực phanh nhỏ.
+ Ngưỡng trượt cao (high mode): Cỏch này cho hiệu quả phanh cao vỡ tận dụng hết khả năng bỏm của cỏc bỏnh xe, nhưng tớnh ổn định kộm.
Điều khiển độc lập hay phụ thuộc.
+ Điều khiển độc lập: Bỏnh xe nào đạt tới ngưỡng trượt, tức bắt đầu cú xu hướng bú cứng thỡ điều khiển riờng bỏnh đú.
+ Điều khiển phụ thuộc: ABS điều khiển ỏp suất phanh chung cho hai bỏnh xe trờn một cầu hay cả xe theo một tớn hiệu chung, cú thể theo ngưỡng trượt thấp hay ngưỡng trượt cao.
Điều khiển theo kờnh.
+ Loại 1 kờnh: hai bỏnh sau được điều khiển chung.
+ Loại 2 kờnh: một kờnh điều khiển chung cho hai banh xe trước, một kờnh điều khiển chung cho hai bỏnh sau.
+ Loại 3 kờnh: hai kờnh điều khiển độc lập cho hai bỏnh trước, một kờnh điều khiển chung cho hai bỏnh sau.
+ Loại 4 kờnh: bốn kờnh điều khiển riờng cho bốn bỏnh.
II. Cấu tạo và nguyờn lý
Hỡnh 3.2: Bố trớ ABS trờn xe
Hỡnh 3.3: Chu trỡnh điều khiển kớn của ABS (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Quỏ trỡnh điều khiển của hệ thống ABS được thực hiện theo một chu trỡnh kớn như hỡnh vẽ. Cỏc cụm của chu trỡnh bao gồm:
+ Tớn hiệu vào: Lực tỏc dụng lờn bàn đạp phanh của người lỏi, thể hiện qua ỏp suất dầu tạo ra trong xy lanh phanh chớnh.
+ Tớn hiệu điều khiển: Bao gồm cỏc cảm biến tốc độ bỏnh xe và hộp điều khiển (ECU). Tớn hiệu tốc độ cỏc bỏnh xe và cỏc thụng số nhận được từ nú như gia tốc và đọ trượt liờn tục được nhận biết và phản hồi về hộp điều khiển để xử lý kịp thời.
+ Tớn hiệu tỏc động được thực hiện bởi bộ chấp hành, thay đổi ỏp suất dầu cấp đến cỏc xy lanh làm việc ở cỏc cơ cấu phanh bỏnh xe.
Đối tượng điều khiển: Lực phanh giữa bỏnh xe và mặt đường. ABS hoạt động tạo ra mụ men phanh thớch hợp ở cỏc bỏnh xe để duy trỡ hệ số bỏm tối ưu giữa bỏnh xe với mặt đường, tận dụng khả năng bỏm cực đại để lực phanh lớn nhất.
Cỏc nhõn tố ảnh hưởng: điều kiện mặt đường, tỡnh trạng phanh, tải trọng của xe, tỡnh trạng của lốp (ỏp suất, độ mũn...)
Hoạt động:
Cảm biến nhận biết tốc độ gúc của bỏnh xe và gửi tớn hiệu về ECU dưới dạng cỏc xung điện ỏp xoay chiều.
ABS ECU theo dừi tỡnh trạng cỏc bỏnh xe bằng cỏch tớnh tốc độ xe và sự thay đổi tốc độ bỏnh xe, xỏc định độ trượt dựa trờn tốc độ cỏc bỏnh xe.
Khi phanh gấp hay phanh trờn đường ướt, trơn trượt cú hệ số bỏm thấp ECU điều khiển bộ chấp hành thủy lực cung cấp dầu tối ưu cho mỗi xy lanh
phanh bỏnh xe theo cỏc chế độ tăng ỏp, giữ ỏp hay giảm ỏp để duy trỡ độ trượt nằm trong giới hạn tốt nhất, trỏnh bị hóm cứng bỏnh xe khi phanh.
2.2. Cảm biến
Cảm biến tốc độ bỏnh xe nhận biết tốc độ gúc của bỏnh xe và gửi tớn hiệu về ABS ECU dưới dạng cỏc xung điện ỏp xoay chiều.
Bố trớ cảm biến tốc độ trờn xe: Trờn bỏnh xe.
Cảm biến tốc độ được gắn cố định trờn cỏc bợ trục của bỏnh xe.
Vành răng cảm biến được gắn trờn đầu ngoài của bỏn truc, hay trờn cụm may ơ bỏnh xe.
Hỡnh 3.4: Bố trớ cảm biến tốc độ trờn bỏnh xe
Hỡnh 3.5: Bố trớ cảm biến
2.2.1. Cảm biến đo tốc độ bỏnh xe
Cảm biến điện từ: a. Nhiệm vụ:
Cỏc cảm biến tốc độ bỏnh xe nhận biết tốc độ gúc của cỏc bỏnh xe và gửi tớn hiệu về ABS ECU dưới dạng cỏc xung điện ỏp xoay chiều.
b. Cấu tạo:
Cảm biến tốc độ bỏnh xe loại điện từ trước và sau bao gồm : - Một nam chõm vĩnh cửu.
- Cuộn dõy. - Lừi từ.
c. Hoạt động :
+ Khi bỏnh xe quay, vành răng quay theo, khe hở A thay đổi nờn từ thụng biến thiờn dẫn tới suất điện động xoay chiều gửi đến ECU.
+ Khe hở khụng khớ giữa lừi từ và đỉnh răng của vành răng cảm biến khoảng 1mm. ABS sẽ khụng làm việc tốt nếu khe hở nằm ngoài tiờu chuẩn.
Hỡnh 3.7: Hoạt động của cảm biến tốc độ bỏnh xe
2.2.2. Cảm biến giảm tốc (Deceleration sensor)
a. Nhiệm vụ: Đo trực tiếp sự giảm tốc của bỏnh xe trong quỏ trỡnh phanh, cho biết rừ hơn trạng thỏi mặt đường nờn mức độ chớnh xỏc khi phanh được cải thiện, trỏnh bỏnh xe khụng bị bú cứng, cũn gọi là : cảm biến “ G ”. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 3.8: Cấu tạo cảm biến giảm tốc Gồm:
+ Hai cặp đốn LED và phụt transitor.
+ Một đĩa xẻ rónh và một mạch biến đổi tớn hiệu. c. Nguyờn lý :
+ Khi tốc độ xe thay đổi, đĩa xẻ rónh lắc theo chiều dọc xe ứng với mức độ giảm tốc độ.
+ Cỏc rónh trờn đĩa cắt ỏnh sỏng từ đốn LED đến Photo transistor, làm Photo transistor đúng, mở.
+ Người ta sử dụng hai cặp đốn LED và Phototransistor này tắt và bật chia mức độ giảm tốc chia làm 4 mức, gửi về ABS ECU dưới dạng tớn hiệu.
Hỡnh 3.9: Nguyờn lý hoạt động của cảm biến giảm tốc Cỏc mức giảm tốc độ và cỏc chế độ của Photo transistor :
Hỡnh 3.10: Bảng trạng thỏi của Photo Transistor
2.2.3. Cảm biến gia tốc ngang
+ Giỳp tăng khả năng xử lý của xe khi phanh trong lỳc quay vũng. + Làm chậm quỏ trỡnh tăng mụmen xoay xe.
• Nguyờn lý:
+ Khi xe quay vũng cỏc bỏnh xe phớa trong cú xu hướng nhấc lờn khỏi mặt đường do lực ly tõm và cỏc yếu tố gúc đặt bỏnh xe. Cỏc bỏnh phớa ngoài bị tỡ mạnh xuống mặt đường, nhất là bỏnh xe phớa trước ngoài. Do đú cỏc bỏnh xe phớa trong cú xu hướng dễ bú cứng hơn so với cỏc bỏnh xe phớa ngoài.
+ Trong trường hợp này một cảm biến kiểu phototransistor giống như cảm biến giảm tốc được gắn theo trục ngang của xe hay một cảm biến kiểu bỏn dẫn được sử dụng để đo gia tốc ngang.
+ Cảm biến xỏc định gia tốc ngang sẽ gửi tớn hiệu đến ECU để xử lý.
Hỡnh 3.11: Cấu tạo cảm biến gia tốc ngang
2.3. Cơ cấu chấp hành của ABS 2.3.1. Chức năng: 2.3.1. Chức năng:
Cung cấp ỏp suất dầu tối ưu đến cỏc xy lanh phanh bỏnh xe theo sự điều khiển của ABS ECU, trỏnh hiện tượng bú cứng bỏnh xe khi phanh.
2.3.2. Cấu tạo
Cỏc bộ phận chớnh: + Cỏc van điện từ.
+ Motor điện dẫn động bơm dầu. + Bơm dầu.
+ Bỡnh tớch ỏp.
Hỡnh 3.12: Cấu tạo bộ chấp hành
a. Van điện từ: Gồm: Cuộn dõy điện, lừi van, cỏc cửa van và van một chiều. Chức năng: Đúng mở cỏc cửa van theo sự điều khiển của ECU, điều chỉnh ỏp suất dầu đến cỏc xy lanh bỏnh xe.
Hỡnh 3.13: Van điện từ 2 vị trớ
Hỡnh 3.14: Van điện từ 3 vị trớ
b. Mụtơ điện và bơm dầu:
+ Đưa ngược dầu từ bỡnh tớch ỏp về xy lanh chớnh trong cỏc chế độ giảm ỏp và giữ ỏp.
+ Bơm được chia ra hai luồng làm việc độc lập thụng qua hai piston trỏi và phải được điều khiển bằng cam lệch tõm.
c. Bơm tớch ỏp:
Chứa dầu hồi từ xy lanh phanh bỏnh xe, nhất thời làm giảm ỏp suất dầu ở xy lanh phanh bỏnh xe . (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hỡnh 3.15: Mụ tơ điện và bơm dầu
2.3.3. Hoạt động (Van 3 vị trớ)
Sơ đồ hoạt động của bộ chấp hành thủy lực loại 4 van điện từ 3 vị trớ:
• Hai van điều khiển độc lập 2 bỏnh trước.
Hỡnh 2.16: Sơ đồ bộ chấp hành thủy lực loại 4 van điện từ 3 vị trớ a. Khi phanh bỡnh thường (ABS khụng hoạt động):
• Điều kiện: Khi phanh xe ở tốc độ chậm (dưới 8km/h hay 12,25km/h, tựy loại xe) hay rà phanh.
• Nguyờn lý:
+ Bỡnh thường van 3 vị trớ bị ấn xuống bởi lũ xo: cửa A mở, B đúng.
+ Dầu phanh từ xy lanh phanh chớnh qua cửa A đến cửa sổ C rồi tới xy lanh bỏnh xe, dầu phanh khụng qua bơm.
+ Khi nhả phanh chõn: Dầu từ xy lanh phanh bỏnh xe về xy lanh chớnh qua cửa C đến cửa A và van một chiều số 3.
Hỡnh 3.17: Chế độ phanh thường b. Khi phanh gấp (ABS hoạt động) :
Nếu cú bất kỡ bỏnh xe nào gần bị bú cứng khi phanh gấp, ECU tỏc động đến bộ chấp hành thủy lực, giảm ỏp suất dầu phanh tỏc dụng lờn bỏnh xe đú nờn bỏnh xe khụng bị hóm cứng.
Chế độ giảm ỏp:
+ Khi bỏnh xe gần bị hóm cứng, ECU gửi dũng điện đến (5A) cuộn van điện từ sinh ra lực từ mạnh.
+ Van 3 vị trớ: Cửa A đúng, cửa B mở.
+ Dầu từ xy lanh bỏnh xe qua cửa C, qua cửa B, tới bỡnh tớch ỏp. Cựng lỳc đú motor bơm hoạt động hỳt dầu phanh ngược trở lại xy lanh chớnh.
+ Cửa A đúng, ỏp suất dầu bờn trong xy lanh giảm ngăn khụng cho bỏnh xe hóm cứng. Mức độ giảm được điều chỉnh nhờ lặp lại cỏc chế độ “Giảm ỏp” và “Giữ ỏp ”.
Hỡnh 3.18: Pha giảm ỏp
Chế độ “Giữ ỏp”: Khi bỏnh xe đạt đến tốc độ mong muốn, cảm biến tốc độ
sẽ gửi tớn hiệu, và ECU cấp dũng 2A đến cuộn dõy của van để giữ ỏp suất. + Van điện từ ở vị trớ giữa, nhờ lực lũ xo hồi vị làm cửa A và B đều đúng. Bơm vẫn làm việc.
Hỡnh 3.19: Pha giữ ỏp
Chế độ tăng ỏp:
+ Cửa A mở, B đúng.
+ Dầu chảy qua cửa C đến xy lanh bỏnh xe làm tăng ỏp suất dầu.
Hỡnh 3.20: Pha tăng ỏp
2.4. Bộ điều khiển ECU (ECU- ABS) 2.4.1. Chức năng
Nhận biết thụng tin về tốc độ gúc của bỏnh xe, tớnh toỏn ra tốc độ bỏnh xe và sự tăng giảm tốc độ của nú.
Xỏc định tốc độ của bỏnh xe, tốc độ chuẩn của bỏnh xe và ngưỡng trượt để nhận biết nguy cơ bị hóm cứng bỏnh xe.
Cung cấp tớn hiệu điều khiển bộ chấp hành thủy lực.
Kiểm tra, chẩn đoỏn, lưu giữ mó code hư hỏng và chế độ an toàn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.4.2. Cấu tạo và hoạt động của ECU
Phần xử lý tớn hiệu: Cỏc tớn hiệu cung cấp bởi cỏc cảm biến tốc độ bỏnh xe sẽ được biến đổi thành dạng thớch hợp để sử dụng cho phần logic. Để ngăn ngừa trục trặc cỏc tớn hiệu sẽ được lọc trước khi sử dụng.
Phần logic: Tớnh toỏn để xỏc định cỏc thụng số cơ bản như gia tốc của bỏnh xe, tốc độ chuẩn, gia tốc ngang, ngưỡng trượt. Cỏc tớn hiệu ra sẽ điều