Chức năng cơ bản của hệ thống ABS là chống hóm cứng bỏnh xe bằng cỏch cảm nhận bỏnh xe chuẩn bị hóm cứng và hoạt động thụng qua bộ điều khiển ỏp suất để giảm ỏp suất phanh ở xylanh bỏnh xe thớch hợp để bỏnh xe khụng bị trượt tạo điều kiện thuận lợi cho sự làm việc của phanh.
Từ cụng thức (1-5), quóng đường phanh (cho đến khi vận tốc bằng 0) là một hàm của vận tốc khi bắt đầu phanh, khối lượng của xe và lực phanh. Từ cụng thức này cú thể thấy rằng với lực phanh cực đại thỡ quóng đường phanh sẽ nhỏ nhất, tất cả cỏc hệ số khỏc giữ khụng đổi. Trờn cỏc loại đường khỏc nhau sẽ cú cỏc hệ số bỏm cực đại khỏc nhau. Bằng cỏch giữ cho tất cả cỏc bỏnh xe của ụ tụ hoạt động xung quanh vựng mà hệ số bỏm lớn nhất, hệ thống chống hóm cứng cho phộp lực phanh đạt đến giỏ trị cao nhất cú thể mà gõy ra trượt rất nhỏ và vỡ thế quóng đường phanh ngắn nhất. Đõy là một mục đớch của hệ thống chống hóm cứng, tuy nhiờn mục tiờu này được giảm đi bởi cần cho tớnh ổn định và khả năng dẫn hướng của xe.
Mặc dự giảm tốc độ và dừng xe là mục đớch cơ bản của hệ thống phanh, lực bỏm cực đại cú thể khụng đạt được trong mọi trường hợp. Nếu xe phanh ở trờn đường cú bề mặt khụng tốt (đường đúng băng) như vậy lực phanh ở hai bờn trỏi và phải của xe sẽ khỏc nhau đỏng kể, lực phanh hay lực kộo cực đại cung cấp cho tất cả cỏc bờn sẽ
XXVI
Cỏc bỏnh sau Cỏc bỏnh trước
Điều hoà lực phanh
Cỏc bỏnh sau
tạo ra một mụ men quay dẫn tới kộo xe lệch sang một bờn làm cho xe mất ổn định. Cần phải điều khiển ỏp suất ở cỏc bỏnh sau để cải thiện tớnh ổn định; tương tự ở cầu trước cũng cần hạn chế sự khỏc nhau của ỏp suất giữa cỏc xylanh bỏnh xe hai bờn để khụng gõy ra mụ men thay đổi quỏ mức trờn tay lỏi dẫn đến người lỏi phải mất sức điều chỉnh vụ lăng quỏ lớn để chống lại mụ men quay đú.
Nếu hệ thống chống hóm cứng cú thể giữ cho lực phanh ở cỏc bỏnh xe đạt được giỏ trị lớn nhất tương ứng ở gần vựng lực bỏm cực đại, thỡ lực bỏm bờn cao vừa phải chứ khụng đạt cực đại. Điều này làm tăng tớnh ổn định và là một mục tiờu của hệ thống chống hóm cứng.
Khả năng lỏi phụ thuộc nhiều vào lực bỏm bờn. Điều khiển lực bỏm cực đại tốt là cần thiết để đạt được lực bỏm bờn thớch hợp và do đú khả năng lỏi hợp lý. Khả năng lỏi trong khi phanh quan trọng khụng chỉ cho ổn định hướng chuyển động mà cũn cho khả năng lỏi qua chướng ngại vật. Cỏc hệ thống chống hóm cứng thực hiện điều này thụng qua điều khiển vựng lực bỏm cực đại.
Trong tớnh toỏn động lực học của quỏ trỡnh phanh ụtụ thường dựng giỏ trị hệ số bỏm cho trong cỏc bảng. Cỏc hệ số bỏm này được xỏc định bằng thực nghiệm theo phương phỏp kộo bỏnh xe bị hóm cứng hoàn toàn, nghĩa là khi bỏnh xe bị trượt lờ 100%.
Trong quỏ trỡnh phanh ụtụ thường xảy ra sự trượt bỏnh xe tương đối với mặt đường, mà hệ số bỏm của bỏnh xe với mặt đường lại phụ thuộc rất nhiều bởi độ trượt này, do đú ảnh hưởng tới chất lượng phanh.
Trờn hỡnh 1.2 trỡnh bày đồ thị thực nghiệm chỉ sự thay đổi hệ số bỏm dọc àx của bỏnh xe với mặt đường theo độ trượt tương đối λ giữa bỏnh xe với mặt đường.
Độ trượt tương đối λ được xỏc định theo biểu thức sau:
v r v θR bx λ = − (1-15) ở đõy: v – vận tốc của ụtụ.
θR – vận tốc gúc của bỏnh xe đang phanh. rbx – bỏn kớnh làm việc của bỏnh xe.
Từ hỡnh 1.2 thấy rằng hệ số bỏm dọc cực đại àmax ở giỏ trị độ trượt tối ưu λ0. Thực nghiệm chứng tỏ rằng giỏ trị àmax thường tương ứng với λ trong khoảng từ 10- 30%. ở giỏ trị độ trượt tối ưu λ0 thỡ sẽ đạt được lực phanh cực đại, nghĩa là hiệu quả
phanh sẽ cao nhất, đồng thời đảm bảo tốt tớnh ổn định hướng và tớnh dẫn hướng khi phanh do hệ số bỏm ngang ày cú giỏ trị cao.
Để thực hiện được yờu cầu núi trờn thỡ ở cỏc ụtụ hiện đại cú trang bị hệ thống chống hóm cứng bỏnh xe, gọi tắt là ABS.
Nhiệm vụ cơ bản của ABS là giữ cho bỏnh xe trong quỏ trỡnh phanh ở độ trượt thay đổi trong một giới hạn hẹp quanh giỏ trị λ0, do đú đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất đồng thời đảm bảo tớnh ổn định hướng và tớnh dẫn hướng tốt khi phanh, nghĩa là đảm bảo chất lượng phanh tốt nhất.
Để giữ cho cỏc bỏnh xe làm việc ở vựng độ trượt quanh giỏ trị λ0 trong giới hạn hẹp và khụng dẫn tới hiện tượng hóm cứng bỏnh xe khi phanh thỡ cần phải điều chỉnh ỏp suất mụi chất (chất lỏng hoặc khớ) dẫn đến cỏc cơ cấu phanh. Việc điều chỉnh này cú thể tiến hành theo cỏc nguyờn lý khỏc nhau sau đõy:
- Theo gia tốc chậm dần của bỏnh xe được phanh. - Theo giỏ trị độ trượt cho trước.
- Theo giỏ trị của tỷ số tốc độ quay của bỏnh xe với gia tốc chậm dần của nú. Cũng như cỏc hệ thống khỏc, cỏc tớn hiệu đầu vào và cỏc tớn hiệu đầu ra được bộ điều khiển trung tõm tớnh toỏn kỹ lưỡng. Hệ thống ABS được mụ tả bằng sơ đồ khối trờn hỡnh 1.9. Điều quan trọng nhất của cỏc tớn hiệu đầu vào là cỏc cảm biến tốc độ bỏnh xe và tớn hiệu đầu ra chớnh là trạng thỏi điều khiển ỏp suất phanh. Mục đớch của bộ điều khiển là so sỏnh tớn hiệu từ mỗi cảm biến tốc độ bỏnh xe để dự tớnh sự tăng tốc hoặc giảm tốc của từng bỏnh xe. Từ cỏc dữ liệu này và cỏc hàm nội suy chương trỡnh hoỏ trước trong bộ điều khiển, ỏp suất phanh tới một hay nhiều bỏnh xe cú thể được điều khiển. ỏp suất phanh cú thể giảm, giữ khụng đổi hoặc cho phộp tăng lờn.
XXVIII ECU Cơ cấu phanh Xylanh chớnh Cơ cấu chấp hành Cảm biến tốc độ bỏnh xe Mặt đường
Hỡnh 1.9. Sơ đồ khối hệ thống phanh chống hóm cứng bỏnh xe
Trờn hỡnh 1.10. cho thấy sự thay đổi tốc độ của bỏnh xe cũng như sự thay đổi ỏp suất trong quỏ trỡnh ABS điều khiển phanh.
Bộ điều khiển điện tử (ABS ECU)
Việc điều khiển bộ điều khiển thuỷ lực và mụ tơ bơm điện được thực hiện bởi
XXIX M ạc h đầ u và o Ổn ỏp Bộ xử lý kiểm tra Bộ xử lý chớnh M ạc h đầ u ra Hệ thống kiểm tra cảm biến bỏnh xe cụng tắc đốn phanh Tới cỏc van điện Tới đốn phanh Tới hệ thống kiểm tra ẮC QUY
Hỡnh 1.11. Sơ đồ khối bộ điều khiển điện tử Hỡnh 1.10. Chu kỳ phanh khi cú ABS
Tốc độ của xe (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tốc độ của bánh xe t
ABS ECU. ABS ECU cú thể được lắp trong khoang động cơ hoặc khoang người lỏi. Để nõng cao độ tin cậy, cỏc ECU cú thể lắp ghộp hoặc chế tạo cựng với bộ điều khiển thuỷ lực. Bộ điều khiển được lập trỡnh (ABS ECU) để xử lý cỏc thụng tin và phỏt cỏc lệnh nhả phanh hoặc phanh bỏnh xe (cỏc bộ điều khiển này thường là loại điện tử).
Cỏc nguyờn tắc cơ bản điều khiển logic của bộ chống hóm cứng.
Do sự phức tạp của hệ thống chống hóm cứng bỏnh xe và những đũi hỏi về tớnh ổn định và khả năng lỏi cũng như quóng đường phanh tốt, thuật toỏn điều khiển phanh được biểu diễn dễ ràng hơn dưới dạng sơ đồ trạng thỏi.
Sơ đồ trạng thỏi cho một dũng của hệ thống phanh chống hóm cứng được trỡnh bày ở hỡnh 1.12. Trong sơ đồ này, khi xe khụng phanh hoặc giảm tốc độ sẽ ở “trạng thỏi phanh bỡnh thường” (Normal braking). Nếu sự hoạt động của bộ chống hóm cứng được đảm bảo, ỏp suất phanh trờn dũng nào đú làm cho bỏnh xe bắt đầu bị bú; hoạt động đầu tiờn là giảm ỏp suất phanh “trạng thỏi giảm ỏp”( Decay) kết quả này cho phộp bỏnh xe hóm cứng tăng tốc dần trở lại. Sự điều chớnh xỏc ỏp suất phanh được biểu thị ở cỏc “trạng thỏi giữ hoặc tăng/giảm ỏp” (Hold or Build/Decay) và “tăng ỏp chậm” (Slow Build) và điều khiển nhanh được biểu thị bằng “trạng thỏi tăng ỏp nhanh” (Fast Build)(điều khiển nhanh được sử dụng trong những điều kiện mặt đường thay đổi nhanh như sự chuyển tiếp từ đường nhựa sang đường đúng băng). Trong chu kỳ hóm cứng trạng thỏi sẽ thay đổi để đạt được ỏp suất phanh và kết quả bỏnh xe hoạt động như hỡnh 1.10. Khi yờu cầu chống hóm cứng dừng lại, “trạng thỏi kết thỳc” (End Antilock) được đúng lại, mụtơ bơm và cỏc van được cắt điện và hệ thống trở về “trạng thỏi phanh bỡnh thường”(Normal Braking) như ban đầu.
XXX Giữ ỏp hoặc tăng ỏp Tăng ỏp nhanh Phanh bỡnh thường Giảm ỏp Tăng ỏp chậm Kết thỳc
Sơ đồ của một bộ vi điều khiển thụng thường được chỉ ra ở hỡnh 1.13. Sau khi “RESET” và cho giỏ trị ban đầu, một bộ vi điều khiển đi vào vũng lặp chớnh bao gồm cỏc đầu vào của toàn bộ hệ thống và ECU cũng như tớnh toỏn tốc độ bỏnh xe, dự bỏo tốc độ của ụtụ, phõn tớch cỏc điều kiện hoạt động chống hóm cứng/quy tắc điều khiển trạng thỏi và hoạt động của van mụtơ và bơm.
XXXI RESET
Cỏc giỏ trị ban đầu
Vũng lặp chớnh Tớnh toỏn tốc độ bỏnh xe và xe Hệ thống điều khiển kiểm tra Lựa chọn trạng thỏi Tắt ABS Hệ thống phõn tớch theo quy luật
Trạng thỏi phõn tớch
Mụ tơ, van điện hoạt động Cảnh bỏo chống
hóm cứng
Hỡnh 1.13. Lưu đồ thuật toỏn của quỏ trỡnh điều khiển ABS
Cú Khụng
Bỡnh thường Cú hiện tượng bú bỏnh xe
Việc dự đoỏn trước vận tốc là rất quan trọng tới việc thực hiện điều khiển vỡ vận tốc của bỏnh xe liờn quan tới vận tốc của xe cũng như độ trượt bỏnh xe, cú thể sử dụng một nhõn tố quyết định phự hợp với sự hoạt động của van. Việc dự đoỏn trước vận tốc của xe trở nờn khú khăn một khi cỏc bỏnh xe bắt đầu bú vỡ cỏc cảm biến sẽ khụng cũn là vật chỉ thị tốc độ đỏng tin cậy tốc độ ụtụ nữa.
Một khi đó được xỏc định cỏc điều kiện để hoạt động chống hóm cứng an toàn, cỏc trạng thỏi tốc độ bỏnh xe được phõn tớch để thiết lập trạng thỏi thớch hợp cho dũng dẫn động đú. Chỉ thị của hầu hết cỏc bộ điều khiển chống hóm cứng là độ trượt bỏnh xe, gia tốc phanh. Một nhõn tố khỏc cần được quan tõm là tỏc động tới tớnh ổn định.
Để thấy rừ hiệu quả của hệ thống chống hóm cứng bỏnh xe khi phanh chỳng ta xem xột kết quả thớ nghiệm trỡnh bày ở bảng 1.2.
Bảng 1.2. Kết quả thớ nghiệm hiệu quả phanh của ụtụ con cú trang bị ABS
Loại đường
Tốc độ bắt đầu phanh Km/h
Quóng đường phanh xp
(m) Lợivề hiệuquả phanh % Khụng cú ABS Cú ABS Đường bờ tụng khụ 50 13.1 10.6 19.1 Đường bờ tụng ướt 50 23.7 18.7 21.1 Đường phủ tuyết nẹn chặt 50 36.8 30.9 16.1 Đường bờ tụng khụ 100 50 41.1 17.8 Đường bờ tụng ướt 100 100 62.5 37.5
Từ bảng 1.2 thấy rằng ở tốc độ bắt đầu phanh v0 = 50 km/h lợi về hiệu quả phanh khi cú ABS đối với ụtụ con khoảng 20% cũn khi phanh ở tốc độ 100 km/h lợi về hiệu quả phanh cú ABS lờn đến 37,5% trờn đường bờ tụng ướt.
Để thấy rừ ưu việt về tớnh ổn định hướng khi phanh cú ABS chỳng ta xem xột kết quả thớ nghiệm phanh ụtụ con cú ABS, mỗi bỏnh xe sau cú một cảm biến và một cơ cấu chấp hành riờng rẽ (bảng 1.3).
Từ số liệu bảng 1.3 thấy rằng khi dựng ABS thỡ lợi về gúc lệch β khi phanh lờn tới 90%.
Bảng 1.3. Kết quả thớ nghiệm về tớnh ổn định hướng khi phanh khi thử ụtụ con cú ABS
Loại đường Tốc độ bắt đầu phanh v (km/h)
Gúc lệch β khi phanh (độ) Khụng cú ABS Cú ABS (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Đường nhựa ướt 96 22,7 1,6
Đường đặc biệt cú hệ
số bỏm dọc àx< 0,1 32 59,0 6,8