1. hệ thống phanh ôtô
1.4.2. Về phơng thức điều chỉnh lực phanh
I. Điều chỉnh bằng bộ điều hòa lực phanh
Quá trình phanh xe đều dẫn đến hiện tợng tăng tải trọng tác dụng lên cầu trớc, giảm tải trọng cầu sau. Sự phân bố lực phanh cần thiết phải đảm bảo mối quan hệ giữa lực phanh sinh ra ở cơ cấu phanh và lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe. Thực hiện đợc yêu cầu này sẽ nâng cao đợc hiệu quả phanh, giảm mài mòn lốp, tăng khả năng điều khiển xe và nâng cao an toàn chuyển động. Bộ điều hòa lực phanh là một trong các kết cấu bố trí trên xe nhằm thực hiện mục đích này.
1. Bộ điều hoà lực phanh bằng van hạn chế áp suất:
A P2 P1 3 4 1 2 F
Hình1.14 Sơ đồ điều hoà lực phanh bằng van hạn chế áp suất
1. ụ hạn chế; 3. Phớt; 2. Piston; 4. Bệ tì p1, p2 : áp suất dầu xilanh chính và ở bánh sau
Trạng thái không điều chỉnh, nhờ lực F (tuỳ thuộc vào trọng lợng tác dụng, thông qua hệ đàn hồi) piston luôn đợc đẩy mở ra. Lực đàn hồi này phụ thuộc vào khoảng cách giữa cầu xe và sàn xe (có nghĩa là phụ thuộc vào trọng lợng tác dụng). Khi áp suất tăng đến một giá trị nhất định làm cho piston dịch chuyển sang trái (do diện tích hai mặt của piston khác nhau) tì lên phớt, đóng kín đờng dầu dẫn đến bánh sau. Do vậy p2 không tăng trong khi p1 vẫn tiếp tục tăng nên bánh xe sau không bị bó cứng.
Khi áp suất ở xi lanh phanh chính (p1) càng tăng thì van càng đóng chặt, vì vậy họ đờng đặc tính làm việc của van giảm áp là những đờng nằm ngang song song với trục p1.
2. Bộ điều hoà theo hai thông số:
5 1 2 3 4 p1 p2
Hình 1.15 Cấu tạo bộ điều hoà kiểu piston- vi sai
1. Piston; 2. Phớt; 3. Lò xo; 4. Lò xo cảm biến tải; 5. Thân bộ điều hoà p1, p2 : áp suất dầu ở xilanh chính và xilanh bánh xe sau
Nguyên lý hoạt động:
Thân van 5 đợc gắn trên giá xe có lò xo cảm biến tải 4 tì vào một đầu của piston. Tuỳ theo mức độ chở tải mà lực tác dụng lên piston nhiều hay ít.
Khi cha hoạt động, lò xo 3 đẩy piston 1 lên trên làm 1 không tiếp xúc với phớt nên đờng dầu thông từ xilanh chính ra xilanh bánh sau, lúc này p1= p2.
Khi áp suất dầu tăng cao, lực do áp suất dầu tác dụng lên đầu trên của piston sẽ cân bằng với lực đẩy lên ( lực đẩy của lò xo cảm biến tải, của lò xo 3, của áp suất dầu tác dụng lên đầu dới của piston) nên piston tiếp xúc với phớt ngăn không cho dầu ra bánh sau do đó p2 đợc hạn chế. Sau đó, nếu tiếp tục đạp phanh, áp suất dầu vào p1 tăng làm cân bằng trên bị phá vỡ khi đó piston mở ra và p2 lại tăng lên cho đến khi đạt đợc sự cân bằng mới.
Quá trình van đóng mở đợc lặp đi lặp lại nh vậy, ứng với các áp suất dầu thay đổi.
3. Bộ điều hoà theo gia tốc (DSPV): Sơ đồ cấu tạo(Hình 1.16)
Nguyên lí làm việc:
Các piston điều chỉnh 2,3 đợc nối với nhau bởi đòn trung gian 5, đòn này tựa lên con trợt 6. Vị trí của con trợt xê dịch tuỳ thuộc vào mức độ tải trọng của xe.
Khi xe ở trạng thái tĩnh con trợt luôn ở trạng thái xác định. Khi tải trọng tăng lên độ võng f sẽ giảm đi con trợt sẽ dịch chuyển sang phải, Lx tăng lên và khi giảm tải trọng thì ngợc lại. ở phần trên của piston 3 có lắp van cắt 1, van này sẽ đóng kín đờng dầu đến các xi lanh làm việc ở các bánh xe sau. Khi không phanh van 1 luôn ở trạng thái mở.
Khi ngời lái đạp phanh tại xi lanh chính sẽ có áp suất p, áp suất này sẽ tác động lên hai piston 2, 3. Hai piston này có đờng kính phải chọn thích hợp, ứng với một tải trọng nhất định piston 3 phải xuống trớc để đóng van 1 lại, làm giới
hạn sự tăng áp suất vào các xi lanh ở các bánh xe sau. Sự phối hợp của hai lò xo Lx1, Lx2 và hai piston 2, 3 phải đúng ở một thời điểm nhất định với tải trọng nhất định.
Khi đạp vào bàn đạp phanh áp suất trong xi lanh chính tăng lên đến một giá trị nhất định, áp suất chất lỏng chỉ tác động lên piston 2 (vì van 1 đã đóng). áp lực này thông qua piston, đòn trung gian, thắng lực lò xo Lx2 tác dụng lên piston 3 di chuyển lên trên làm cho van 1 mở ra. Do đó áp suất chất lỏng ở bánh xe sau tăng lên nhng tăng chậm hơn so với ở xi lanh chính. Sự tăng chậm hơn này làm cho các bánh xe sau không bị trợt lê khi các bánh xe trơc đã dừng lại.
ra các bánh xe sau Tù xi lanh chính tới ra các bánh xe truớc p 1 p p2 2 4 3 1 5 6
Hình1.16 Sơ đồ bộ điều hoà áp suất bằng thuỷ lực
1 - Van cắt; 2,3 - Piston; 4 - Xi lanh; 5 - Đòn nối; 6 - Con trợt;
Ngày nay, một số nớc tiên tiến đòi hỏi các loại xe phải bố trí hệ thống ABS trong hệ thống phanh, một số nớc yêu cầu xe nhạp khẩu phải là loại bố trí phanh ABS. Vì vây rất nhiều ô tô con bố trí hệ thống phanh ABS.
Mục tiêu của hệ thống phanh ABS là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trợt thay đổi trong vùng giá trị hợp lý để tận dụng đợc hết khả năng bám giữa lốp và mặt đờng, khi đó có hiệu quả phanh cao nhất (lực phanh đạt giá trị cực đại do giá trị ϕmax) đồng thời tính ổn định và tính dẫn hớng của xe là tôt nhất, thoả mãn các yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh là rút ngắn quãng đờng phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng dẫn hớng của xe trong khi phanh.
Hình 1.17:Sơ đồ hệ thống ABS
Để giữ cho các bánh xe không bị hãm cứng và bảo đảm hiệu quả phanh cao, hệ thống phanh chống hãm cứng điều khiển áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trợt của bánh xe với mặt thay đôie quanh giá trị λ0 trong giá trị hẹp
Một hệ thống phanh chống hãm cứng đợc thiết kế trên cơ sở một hệ thống phanh thờng và có trang bị các cụm bộ phận chính sau(Hình 1.17):
5 6 7 4 3 2 8 1
Cụm tín hiệu đầu vào: Là các cảm biến có nhiệm vụ nhận biết tình trạng của xe khi phanh. Tuỳ theo sự lựa chọn nguyên lý điều chỉnh có thể dùng các cảm biến đo vận tốc của bánh xe, cảm biến gia tốc và các cảm biến khác.
Các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay thờng sử dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo gia tốc chậm dần của bánh xe đợc phanh. Hoạt động của hệ thống phanh chống hãm cứng theo nguyên lý này nh sau
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ABS
Hình1.18: Sơ đồ đơn giản cấu tạo ABS
1- Bàn đạp; 2- Xy lanh chính; 3 - Van điều áp; 4 - Xy lanh bánh xe; 5- Cảm biến tốc độ; 6- Bánh xe; 7- Bộ xử lý trung tâm; 8- Bình chứa dầu
Hệ thống phanh ABS sử dụng cụm van điều chỉnh, cảm biến tốc độ bánh xe và bộ điều khiển trung tâm, các bộ phận này bố trí trong dòng dẫn phanh thủy lực đơn giản (đối với một bánh xe) nh hình vẽ.
Van điều chỉnh áp suất 3 đợc đặt giữa xy lanh chính và xy lanh bánh xe trong hệ thống dẫn động phanh, nhiệm vụ của nó là tạo nên sự đóng, mở đờng dầu từ xy lanh chính đến xy lanh bánh xe tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển của bộ điều khiển trung tâm. Cấu trúc của nó là các van trợt thủy lực đợc điều khiển bằng điện từ. Đây là cơ cấu chấp hành của ABS.
Cảm biến tốc độ bánh xe 5 có chức năng xác định tốc độ quay của bánh xe, làm việc nh bộ đếm số vòng quay, tiến hiệu của bộ điều khiển tốc độ đợc đa về bộ điều khiển trung tâm (tín hiệu vào) của ABS. Trên xe bộ cảm biến có thể đặt tại: Đĩa phanh, bán trục, tang trống, bánh răng bị động của cầu xe.
Bộ xử lý trung tâm 7(ECU-ABS) làm việc theo trơng trình định sẵn, tín hiệu điều khiển van điện từ phụ thuộc vào tiến hiệu của cảm biến và chơng trình vi sử lý.
Ngoài ra trong ABS còn có nguồn bổ sung năng lợng nh bình dự trữ dầu áp suất thấp, bơm dầu các van an toàn hệ thống…
Nguyên lý cơ bản của hệ thống ABS nh sau:
Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ giảm dần, nếu bánh xe đạt tới giá trị gần bó cứng, tín hiệu bộ cảm biến chuyển về bộ điều khiển trung tâm. Máy tính lựa chọn chế độ, đa ra tín hiệu điều khiển van điều chỉnh áp suất, cắt đ- ờng dầu từ xy lanh bánh xe. Do vậy lực phanh ở cơ cấu phanh không tăng đợc nữa, bánh xe có xu hớng lăn với tốc độ cao lên, tín hiệu bộ cảm biến lại đa về bộ điều khiển trung tâm, điều khiển trung tâm điều khiển van điều chỉnh áp suất để mở đờng dầu tăng thêm áp suất dẫn ra xy lanh bánh xe, thực hiện tăng lực phanh cho cơ cấu phanh, nhờ đó bánh xe lại bị phanh và giảm tốc độ quay tới khi gần bó cứng. Quá trình xảy ra đợc lặp lại theo chu kỳ liên tục, tới khi bánh xe dừng hẳn.
a.Điều khiển theo ngỡng trợt.
Điều khiển theo ngỡng trợt thấp: Ví dụ các bánh xe trái và bánh xe phải chạy trên các phần đờng có hệ số bám khác nhau. ECU chọn thời điểm bắt đầu bị hãm của bánh xe có khả năng bám thấp, để điều khiển áp suất phanh chung cho cả cầu xe. Lúc này, lực phanh ở bánh xe là bằng nhau, bằng chính giá trị lực phanh cực đại của bánh xe có hệ số bám thấp. Đối với bánh xe bên phần đờng có hệ số bám cao vẫn còn nằm trong vùng ổn định của đờng đặc tính trợt và lực phanh cha đạt cực đại. Vì vậy, cách này cho tính ổn định cao nhng hiệu quả phanh thấp vì lực phanh nhỏ.
Điều khiển theo ngỡng trợt cao: ECU chọn thời điểm bánh xe có khả năng bám cao bị hãm cứng để điều khiển cho cả cầu xe. Trớc đó, bánh xe ở phần đờng có hệ số bám thấp đã bị hãm cứng khi phanh. Cách này cho hiệu quả phanh cao vì tận dụng hết khả năng bám của các bánh xe nhng tính ổn định kém.
b.Theo số kênh điềuk hiển
Loại 1 kênh: Hai bánh sau đợc điều khiển chung( có ở ABS ở thế hệ đầu, chỉ trang bị ABS cho 2 bánh sau. Hoặc 1 kênh điều khiển cho 2 bánh chéo nhau .
Loại 2 kênh: Một kênh điều khiển cho 2 bánh xe trớc, một kênh điều khiển chung cho 2 bánh xe sau. Hoặc 1 kênh điều khiển cho 2 bánh chéo nhau.
Loại 3 kênh: Hai kênh điều khiển độc lập cho 2 bánh trớc, kênh còn lại điều khiển cho 2 bánh xe sau.
Loại 4 kênh: Bốn kênh điều khiển cho 4 bánh riêng rẽ. Theo loại này, bánh xe nào đạt tới ngỡng trợt, tức là có xu hớng bị bó cứng thì điều khiển riêng bánh đó.
d. Các phơng án bố trí hệ thống điều khiển ABS.
Tận dụng đợc khả năng bám cực đại giữa bánh xe với mặt dờng trong qúa trình phanh, nhờ vậy làm tăng hiệu quả phanh và tăng tính ổn định phanh.
Ta có thể có 6 phơng án bố trí hệ thống điều khiển ABS tại các bánh xe nh sau:
* Phơng án 1: Sơ đồ nh hình 1.19 A
4 kênh điều khiển, ABS có 4 kênh với các bánh xe đợc điều khiển độc lập.
ABS có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4 van điều khiển độc lập, sử dụng cho hệ thống phanh bố trí dạng dòng thờng( một dòng dẫn động cho 2 bánh xe cầu tr- ớc, một dòng dẫn động cho 2 bánh xe cầu sau). Với phơng án này, các bánh xe đều đợc tự động điều chỉnh lực phanh sao cho luôn nằm trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quả phanh là tốt nhất. Tuy nhiên, khi phanh trên đờng có hệ số bám của bánh xe bên trái và bánh bánh xe bên phải không đều thì lực phanh tại hai bánh xe đó khác nhau và xuất hiện mô men có xu hớng làm quay thân xe sẽ rất lớn và khó có thể duy trì ổn định hớng bằng cách hiệu chỉnh vô lăng xe. ổn định xe khi quay vòng cũng giảm nhiều. Vì vậy với phơng án này cần phải bố trí thêm cảm biến gia tốc ngang để kịp thời hiệu chỉnh lực phanh ở các bánh xe để tăng cờng tính ổn định chuyển động và ổn định quay vòng khi phanh.
*Phơng án 2: Sơ đồ nh trên hình 1.19B
ABS có có 4 kênh điều khiển và dòng phanh bố trí chéo.
Sử dụng cho hệ thống phanh có dạng bố trí mạch chéo (một buồng của xy lanh chính phân bố cho một bánh trớc và một bánh sau chéo nhau). ABS có 4 cảm biến bố trí ở các bánh và 4 van điều khiển.
Trong trờng hợp này 2 bánh trớc đợc điều khiển độc lập, 2 bánh sau đợc điều khiển chung theo ngỡng trợt thấp, tức là bánh xe nào có khả năng bám thấp sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau. Phơng án này sẽ loại bỏ đợc
mômen quay vòng trên cầu sau, tính ổn định tăng nhng hiệu quả phanh giảm bớt .
*.Phơng án 3: Sơ đồ hình1.19C
ABS có 3 kênh điều khiển , hai bánh xe sau đợc điều khiển theo ngỡng trợt thấp, còn ở cầu trớc sử dụng 1 van điều khiển chung cho cả 2 bánh xe và 1 cảm biến tốc độ dặt tại vi sai. Lực phanh trên 2 bánh xe cầu trớc sẽ bằng nhau và đợc điều chỉnh theo ngỡng trợt thấp.
*Phơng án 4:Sơ đồ hình 1.19D
Trên mỗi cầu chỉ có một cảm biến đặt tại hai bánh xe chéo nhau để điều khiển áp suất phanh chung cho cả cầu. Cầu trớc đợc điều khiển theo ngỡng trợt cao còn cầu sau đợc điều khiển theo ngỡng trợt thấp.
D
Hình 1.19: Các phơng án bố trí hệ thống ABS
e. Bố trí của các loại van trong bộ chấp hành
Phơng án 1 :Cơ cấu chấp hành dùng van 2 vị trí.
Khi phanh bình thờng (ABS không hoạt động): Khi phanh bình thờng, tức là lực cản trong cơ cấu phanh còn nhỏ cha có nguy cơ làm bánh xe bị trợt. Lúc này ABS không hoạt động. ABS_ECU không gửi tín hiệu bằng dòng điện đến
cuộn dây của van, do đó van giữ áp bị đẩy ra bởi lò xo hồi vị làm cửa “A” mở. Khi đạp phanh, áp suất dầu trong xy lanh chính tăng lên, dầu phanh sẽ đi từ cửa “A” qua cửa “B” rồi tới xy lanh bánh xe.
Khi thôi phanh, dầu phanh hồi từ xy lanh bánh xe về xy lanh chính qua cửa “A” và van 1 chiều trong van điện từ 2 vị trí.
Hình 1.20: Van điện từ 2 vị trí
Khi phanh ngặt( ABS hoạt động). Khi phanh ngặt, nếu có bất kỳ bánh xe nào gần bị bó cứng thì bộ chấp hành ABS điều khiển áp suất dầu phanh tác dụng lên xy lanh bánh xe đó theo tín hiệu từ ECU, vì vậy bánh xe sẽ không bị bó cứng. Các bộ chấp hành ABS thờng hoạt động ở 3 trạng thái ( khi ABS làm việc) nh sau:
Trạng thái giảm áp:
Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện (5A)đến cuộn dây của van điện từ tạo ra một lực từ mạnh hút van ở cửa “A” đóng lại. Đồng thời lực tù cong làm cho van ở cửa “D” mở ra. Dầu phanh từ xy lanh bánh xe qua cửa “C” tới cửa “D” để chảy về bình chứa. Cùng lúc này mô tơ bơm sẽ hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh đợc trả về xy lanh chính từ bình chứa. Mặt khác, lúc này cửa “A” và van 1 chiều đóng lại không cho dầu từ xy lanh chính chảy vào trong