ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ
5.6. Chống hãm cứng bánh xe khi phanh
1, Cơ sở của việc chống hãm cứng bánh xe:
Chủ yếu nghiên cứu độ bám của bánh xe (x và y ) theo độ trượt tương đối () của bánh xe với mặt đường.
Thực tế, trong quá trình phanh, bánh xe chịu hai lực cản:
- Lực cản của hệ thống phanh (Pp).
- Lực cản giữa lốp và mặt đường - lực bám (P).
Do đó nếu:
thì phanh được điều khiển ổn định.
thì bánh xe bị bó cứng và bắt đầu trượt, mất tính ổn định dẫn hướng
Độ trượt tương đối này được đánh giá bằng hệ số trượt % . p
Pp
P
PP
- đánh giá sự khác nhau giữa tốc độ thân xe và tốc độ bánh xe thông qua công thức:
% 100 . .
v r v b b
Trong đó:
v - tốc độ ô tô.
- tốc độ góc bánh xe đang phanh.
rb - bán kính làm việc trung bình thực tế của BX
b
- = 0% thì bánh xe sẽ bị trượt quay.
- = 100% thì bánh xe sẽ bị bó cứng hoàn toàn
Chú ý: Cần xem xét việc đo tốc độ ô tô (v) bằng cách nào ?
Đồ thị mô tả ảnh hưởng của hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt tương đối
của bánh xe khi phanh
- Khi chưa phanh (Pp= 0) thì x= 0, y = 0,61 (hình g).
- HSTTĐ = 15-25%, cũng chính là giá trị trượt tối ưu 0) lúc đó x có giá trị lớn nhất và ycũng có giá trị cao. Như vậy, rất cần giữ cho quá trình phanh sảy ra ở lân cận 0 để đảm bảo hiệu quả phanh, tính ổn định và dẫn hướng khi phanh tốt nhất (hình g).
- Tăng thì giảm dần (hình g)
- Nếu phanh mà bị bó cứng thì x giảm gần một nửa còn ygiảm vài lần (hình g).
G
Y
y
max
b k p
x G
P G
P
.max
g,
2, HỆ THỐNG PHANH ABS (Antilock Braking System)
Đặt vấn đề:
- Như đã nghiên cứu ở trên, lực phanh không tỷ lệ với hệ số trượt, và đạt được cực đại khi hệ số trượt nằm trong khoảng 15-25%. Vượt quá 25%, lực phanh sẽ giảm dần. Do đó, để duy trì mức tối đa của lực phanh, cần phải duy trì hệ số trượt trong giới hạn 15-25% ở mọi thời điểm.
Ngoài ra, cũng cần phải giữ lực quay vòng ở mức cao để duy trì sự ổn định về hướng. Để thực hiện điều này, người ta thiết kế hệ thống ABS để tăng hiệu suất phanh tối đa bằng cách sử dụng hệ số trượt là 15-25% bất kể các điều kiện của mặt đường, đồng thời giữ lực quay vòng càng cao càng tốt để duy trì sự ổn định về hướng.
- Hệ thống phanh ABS được sử dụng đầu tiên vào những năm cuối của thập niên 60. Ban đầu hệ thống phanh này chỉ trang bị cho hai bánh xe sau nhưng sang những năm 80 nó được cải tiến và trở thành ABS bốn bánh.
Ưu nhược điểm của hệ thống phanh ABS:
- Ưu điểm:
+ Các bánh xe không bị bó cứng khi thực hiện phanh.
+ Ổn định dẫn hướng hơn khi thực hiện phanh trên đường trơn, trên đường có hệ số ma sát không đều ở các bánh xe.
+ Giảm tối đa quãng đường phanh, linh hoạt hơn khi nhả chân phanh.
+ Giảm mòn và mòn không đều lốp xe.
+ Phanh hiệu quả hơn, điều khiển phanh nhẹ, chính xác và dễ dàng hơn
- Nhược điểm:
+ Kết cấu phức tạp.
+ Khó khăn trong bảo dưỡng, sửa chữa.
Sơ đồ cấu trúc hệ thống ABS điển hình:
Nguyên lý hoạt động (nguyên lý điều chỉnh):
Nguyên lý chung:
Bộ điều khiển điện tử được xem như bộ não của hệ thống phanh ABS, tự động điều chỉnh với độ chính xác cao.
Khi phanh, hệ thống cảm biến gửi tín hiệu về ECU, các tín hiệu này được chuyển sang bộ vi xử lý chính để tính toán khả năng hãm cứng của bánh xe và so sánh với các giá trị có trong ngưỡng bộ nhớ ECU do nhà chế tạo định sẵn. Sau đó quyết định của bộ vi xử lý chính được chuyển đến mạch xuất tín hiệu, mạch xuất tín hiệu xuất ra dòng điện gửi đến bộ điều khiển thủy lực để thực hiện chức năng chống hãm cứng (nếu bánh xe xuất hiện hiện tượng bó cứng thì bộ xử lý trung tâm sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển bộ phận chấp hành giảm áp suất phanh, khắc phục hiện tượng trượt lê ở bánh xe).
Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh hoạt động dựa trên nguyên lý điều chỉnh theo gia tốc chậm dần.
Sự điều chỉnh khi bánh xe bị trượt lê hoặc bó cứng:
- Pha 1: Bắt đầu phanh (tăng Pp- ứng với đoạn 01 trên 3 hình bên) + Khi phanh áp suất sẽ tăng lên tức là mô men phanh tăng làm tăng gia tốc chậm dần và tăng độ trượt của bánh xe.
+ Khi bánh xe có xu hướng bị trượt lê (áp suất tăng đến P1) và bó cứng (gia tốc đạt g.hạn C1) thì bộ điều khiển trung tâm nhận biết thông qua tín hiệu gửi về từ cảm biến sẽ ra lệnh định vị cho bộ thực hiện giảm áp suất trong dẫn động phanh.
+ Pha 2 (pha giảm áp suất trong dẫn động phanh)
Kể từ lúc bộ điều khiển ra lệnh cho cơ cấu chấp hành giảm áp suất trong dẫn động phanh, do độ trễ nên áp suất sẽ diễn biến theo đường 1-2. Tại điểm 2 áp suất dẫn động phanh ≈ 0 (đoạn C2).
+ Pha 3 (pha giữ ổn định áp suất trong dẫn động phanh) Khi áp suất đạt gần = 0 (đoạn C2), Bộ điều khiển ra lệnh cho cơ cấu chấp hành ổn định áp suất. Khi này bánh xe sẽ tăng tốc và vận tốc mcuar bánh xe tiến dần tới vận tốc của ô tô, nghĩa là độ trượt giảm và hệ số bám dọc tăng (đoạn 2-3).
- Mô men phanh trong thời gian pha 3 được giữ cố định cho nên gia tốc chậm dần đạt cực đại (ứng với đoạn C3) lúc này hệ số bám dọc cũng đạt cực đại.
SƠ ĐỒ BỐ TRÍ HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN Ô TÔ
1- Cảm biến; 2- Bộ điều khiển; 3-Bộ thực hiện; 4- Xi lanh chính
Chế độ làm việc bình thường và các pha làm việc của ABS khi phanh khẩn cấp.
Bình thường (a), pha giảm áp suất (b), pha giữ áp suất (c), pha tăng áp suất (d)
a, b,
c,
d,
g t iv
1
min 3, GIẢN ĐỒ PHANH VÀ CHỈ TIÊU PHANH THỰC TẾ
Để xác định quãng đường phanh thực tế ta xét các đồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa lực phanh Pp sinh ra ở bánh xe (hoặc mômen phanh Mp) với thời gian t. Đồ thị này gọi là giản đồ phanh. Giản đồ được xây dựng bằng phương pháp thực nghiệm.
Điểm O ứng với thời điểm người lái nhận thấy chướng ngại vật và quyết định phanh;
t1 - thời gian phản xạ của người lái tức là thời gian tính từ lúc người lái quyết định phanh tới lúc chạm chân vào bàn đạp phanh. Thông thường t1 = 0,3÷0,8s.
t2 - thời gian phản ứng của hệ thống phanh nghĩa là thời gian từ lúc người lái tác dụng lên bàn đạp phanh đến khi má phanh ép vào trống phanh hoặc đĩa phanh. Với phanh dầu t2 = 0,03s, phanh khí t2 = 0,3s.
t3 - thời gian gia tăng lực phanh. Với phanh dầu t3 = 0,2s, phanh khí t3 = 0,5÷1s.
t4 - thời gian phanh hoàn toàn, ứng với lực phanh cực đại. Trị số của t4 được xác định theo công thức
(Pp hoặc gia tốc phanh j không đổi).
t5 - thời gian nhả phanh hoặc thời gian triệt tiêu lực phanh. Với phanh dầu t5 = 0,2s, phanh khí t5 = 1,5÷2s.
g t iv
1
min
Khi ô tô dừng hẳn mới nhả phanh thì thời gian t5 không ảnh hưởng gì đến quãng đường phanh nhỏ nhất.
Như vậy thời gian phanh từ lúc người lái quyết định phanh cho tới khi xe dừng hẳn là:
t = t1 + t2 + t3 + t4
Từ giản đồ phanh ta thấy ở khoảng thời gian t1, t2 lực phanh hoặc gia tốc phanh bằng không.
Lực phanh hoặc gia tốc phanh bắt đầu tăng tại A là điểm khởi đầu của thời gian t3, cuối thời gian t3 lực phanh hoặc gia tốc phanh có giá trị cực đại và không đổi. Trong suốt thời gian t4, cuối thời gian t4 thì lực phanh và gia tốc phanh giảm dần và bằng không ở cuối t5.