2. Hệ thống phanh trên xe ISUZU D-MAX:
2.3. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống ABS trên xe Isuzu D-max:
2.3.1. Sơ lược về ABS:
2.3.1.1. Chức năng nhiệm vụ:
Các bộ điều chỉnh lực phân bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suất trong dẫn động phanh đến các bánh xe trước và sau, có thể đảm bảo:
Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng được triệt để trọng lượng bám và tránh quay xe khi phanh).
Hoặc hãm cứng các bánh xe trước → trước (để đảm bảo điều kiện ổn định). Tuy nhiên quá trình phanh như vậy vẫn chưa phải là có hiệu quả cao và an toàn nhất, vì:
Khi phanh ngặt, các bánh xe vẫn có thể bị hãm cứng và trượt dọc. Các bánh xe trượt lết trên đường sẽ làm mòn lốp và giảm hệ số bám. Nghiên cứu đã cho thấy hệ số bám dọc có giá trị cao nhất (Hình 2-7) khi bánh xe chịu lực dọc và trượt cục bộ trong giới hạn hệ số trượt:
)% 30 15 ( % 100 = ÷ − = a b r a V r V ϖ λ Ở đây:
Va - Tốc độ chuyển động tịnh tiến của ôtô. ωb - Tốc độ gốc của bánh xe.
rb - Bán kính lăn của bánh xe.
Còn ôtô, khi phanh với tốc độ 180 km/h trên đường khô, bề mặt lốp có thể bị mòn vẹt đị một lớp dày tới 6mm.
Các bánh xe bị trượt dọc hoàn toàn, còn mất khả năng tiếp nhận lực ngang và không thể thực hiện quay vòng khi phanh trên đọan đường cong hoặc đổi hướng để tránh chướng ngại vật (Hình 2-8), đặc biệt là các đoạn đường có độ bám thấp. Do đó dễ gây 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 2-7 Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối λ của bánh xe.
Vì thế, để đảm bảo đồng thời điệu quả phanh và tính ổn định cao. Ngoài ra còn giảm mài mòn và nâng cao tuổi thọ cho lốp, cần tiến hành quá trình phanh ở trong một giới hạn nhất định, nghĩa là đảm bảo sao cho các bánh xe trong quá trình phanh không bị trượt lê hoàn toàn mà chỉ trượt cục bộ trong giới hạn λ= (15- 30)%. Đó chính là chức năng và nhiệm vụ của hệ thống chống hãm cứng bánh xe.
Để cho các bánh xe không bị hãm cứng hoàn toàn khi phanh ngặt, cần phải điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bánh xe với mặt đường nằm trong giới hạn hẹp quanh giá trị tối ưu. Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng các nguyên lý điều chỉnh khác nhau, như:
Theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh. Theo giá trị độ trượt cho trước.
Theo tỷ số vận tốc góc của bánh xe và gia tốc chậm dần của nó. Như vậy hệ thống chống hãm cứng bánh xe là một trong các hệ thống an toàn chủ động của một ôtô hiện đại. Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểm nhờ điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu.
Hình 2-8 Quá trình phanh có và không có ABS trên đọc đường cong. 2.3.1.2. Nguyên lý làm việc:
Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS) thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh có mạch liên hệ ngược. Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạng như trên hình 2.9, gồm:
Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp hành hay cơ cấu thực hiện 3 và nguồn năng lượng 4.
Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số được chọn để điều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá độ trượt) và truyền tín hiệu điện đến bộ phận điều khiển 2. Bộ phận 2 sẽ xử lý tín hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp sất trong dẫn động phanh.
Chất lỏng được được truyền từ xilanh chính (hay tổng van khí nén) 5 qua 3 đến các xilanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép các phần tử và thực hiện quá trình phanh.
Hình 2-9 Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh 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 nén; 6- Xilanh bánh xe hoặc bầu phanh.
Điều hiểu được nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe, ta khảo sát quá trình phanh bánh xe như trên hình 2.10.
Nếu bỏ qua mô men cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Zbx =const, thì phương trình cân bằng mômen tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi phanh, có dạng: 0 = − − dt d J M M b b p ϖ ϕ (2-1) Ở đây:
Mp – Mômen phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh; Mφ – Mômen bám của bánh xe với đường; Jb – Mômen quán tính của bánh xe;
ωb - Tốc độ của bánh xe.
Từ đó ta có gia tốc chậm dần cả bánh xe khi phanh:
b p b b J M M dt dϖ ϕ ε = = − (2-2)
Hình 2-10 Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh. Sự thay đổi Mp, Mφ và εb theo độ trượt thể hiện trên hình 2.11.
Đoạn O-1-2 biểu hiện quá trình tăng Mp khi đạp phanh. Hiệu (Mp-Mφ) tỷ lệ với gia tốc chậm dần εb của bánh xe. Hiệu trên tăng nhiều khi đường Mφ đi qua cực đại. Do đó sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh. Sự tăng đột ngột của εb được sử dụng làm tín hiệu để giảm áp suất trong dẫn động. Do có độ chậm tác dụng nhất định nào đó (phụ thuộc tính chất hệ thống), sự giảm áp suất thực tế được bắt đầu ở điểm 2.
Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi Mp-Mφ). Vào thời điểm tương ứng với điểm 4 – Mômen phanh có giá trị cực tiểu không đổi.
Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mômen phanh nhỏ hơn mômen bám, nên xảy ra sự tăng tốc bánh xe. Sự tăng gia tốc bánh xe được sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5).
Khi tốc độ bánh xe tăng lên, độ trượt giảm và bởi vậy φ cũng như Mφ tăng lên.
Tiếp theo, chu trình lặp lại. Như vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc thì tăng tốc lúc thì giảm tốc và buộc Mp thay đổi theo chu trình kín 1-2-3-4-5- 6-1, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ1-λ2 (Hình 2-11), đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với giá trị cực đại nhất.
Hình 2-13a cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn (3pha): tăng áp suất (1→2), giảm áp suất (2→4) và duy trì (giữ) áp suất (4→5). ABS làm việc với 3 giai đoạn như vậy gọi là ABS 3 pha. Một số ABS có thể không có pha duy trì áp suất- gọi là ABS 2 pha.
Hình 2-11 Sự thay đổi các thông số khi phanh có ABS
Trên hình 2-12 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động và gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian.
Hình 2-12. Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) và gia tốc chậm dần của bánh xe (b) khi phanh có ABS.
Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi trong khoảng λ1-λ2= (15-30) %. Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí nén khoảng (3-8) Hz còn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz.
Để thấy rõ vai trò của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 2.1 nhận được khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp có và không có ABS và đồ thị quá trình phanh trên hình 2-13; 2-14.
Bảng 2-1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch có trang bị ABS (mỗi bánh xe có một cảm biến và điều khiển riêng).
Loại đường Tốc độ bắt đầu phanh V(m/s) Quãng đường phanh Sp (m) Mức tăng hiệu quả phanh Có ABS Không ABS Đường bêtông khô
Đường bêtông ướt
13,88 13,88 10,6 18,7 13,1 23,7 19,1 21,1 Đường bêtông khô
Đường bêtông ướt
27,77 27,77 41,1 62,5 50,0 100,0 17,8 37,5
Hình 2-13 Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn của ô tô có trang bị ABS
Hình 2-14 Quá trình phanh điển hình của ô tô có trang bị ABS.
2.3.2. Sơ đồ của hệ thống ABS trên xe Isuzu D-max:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Hình 2-15 Sơ đồ hệ thống ABS trên xe
1- Xilanh bánh xe; 2- Guốc phanh; 3-Má phanh; 4- Xilanh chính; 5- Bầu trợ lực chân không; 6- Bàn đạp phanh; 7- Công tắc; 8- Đĩa phanh; 9,16- Các cảm biến; 10- Dòng dẫn động phanh trước; 11- Đèn báo phanh; 12- Đèn báo ABS; 13- Bộ
thủy lực và máy tính; 14- Bánh răng; 15- Dòng dẫn động phanh trước. Đường dây điện