nghiên cứu vấn đề tăng hiệu quả phanh bằng các giải pháp kết cấu và điều khiển

Chính vì vậy, tôi chọn đề tài: Nghiên cứu vấn đề tăng hiệu quả phanh bằng các giải pháp kết cấu và “ điều khiển Hệ thống phanh ABS / ASC + T ” Với tình hình hiện nay ngành công nghiệp ô

mở đầu

Sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô của Việt Nam mới bắt đầu, với chiến lợc phát triển của nhà nớc, chính sách nội địa hoá phụ tùng ôtô trong việc sản xuất và lắp ráp ôtô tạo điều kiện cho các nhà thiết kế nghiên cứu, chế tạo các cụm, các hệ thống trên ôtô trong nớc trong đó có hệ thống phanh Vấn

đề nghiên cứu nâng cao hiệu quả phanh thông qua kết cấu và điều khiển là vô cùng quan trọng Do đờng xá ngày càng đợc cải thiện tốt hơn cho nên tốc độ chuyển động của xe cũng ngày càng đợc nâng cao Tuy nhiên, mật độ phơng tiện cơ giới trên đờng ngày càng cao cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đ-ờng là vấn đề quan tâm hàng đầu Chính vì vậy, tôi chọn đề tài:

Nghiên cứu vấn đề tăng hiệu quả phanh bằng các giải pháp kết cấu và

“

điều khiển ( Hệ thống phanh ABS / ASC + T )”

Với tình hình hiện nay ngành công nghiệp ôtô của ta chủ yếu là lắp giáp nên để có thể độc lập chế tạo trong tơng lai rất cần những nghiên cứu ứng dụng trong thực tiễn Nghiên cứu vấn đề tăng hiệu quả phanh bằng các giải pháp kết cấu và điều khiển là một vấn đề rất phức tạp và nó rất phù hợp với tình hình thực tế của ngành công nghiệp ôtô còn non trẻ của nớc ta

Mục đích, đối tợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu các mối quan hệ giữa ôtô với môi trờng hoạt động Trong đó, vấn đề quan trọng hàng đầu là mối quan hệ giữa lốp và mặt đờng để từ đó đa ra các kết cấu, cách

điều khiển của các hệ thống điều khiển lực phanh, lực kéo có liên quan đến hiệu quả phanh và tính ổn định động học của ôtô khi phanh cũng nh khi chuyển động nói chung

Đề tài cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc nghiên cứu về tính hiệu quả của phanh khi cần giảm tốc độ cũng nh hiệu quả phanh trong quá trình điều khiển động học của ôtô Sử dụng phần mềm lập trình Dephi và lập trình ghép nối máy tính trong Windows cùng với mô hình hệ thống phanh kết hợp với hệ

thống điều khiển lực kéo (TRC) đơn giản để mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống TRC trên thực tế.

Chơng 1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Với các chính sách u tiên phát triển ngành công nghiệp ôtô của nớc ta, bớc đầu nội địa hóa các chi tiết, các cụm chi tiết và các hệ thống trên ôtô Để

có thể nội địa hoá một phần hay hoàn toàn ôtô trong tơng lai cần phải có những chuẩn bị một cách kỹ lỡng Trên thực tế hiện nay, một số chi tiết trên

ôtô đã đợc nội địa hoá nhng phần lớn các chi tiết này không quan trọng và chủ yếu là làm theo mẫu đặt hàng Để có thể nội địa hoá các chi tiết, cụm chi tiết hay cả một hệ thống đòi hỏi phải có những nghiên cứu cả về lý thuyết cũng

nh ứng dụng thực tế

Trên thực tế đã có rất nhiều những tai nạn đáng tiếc xảy ra do hiệu quả phanh kém, thậm chí có những trờng hợp ôtô mất ổn định động học trong quá trình tăng tốc hay quay vòng cũng dẫn đến các tình huống nguy hiểm cho ôtô

Ôtô chuyển động trên đờng với quỹ đạo rất phức tạp, nếu ôtô chuyển động với tốc độ cao, gặp chớng ngại vật cần phanh gấp nếu xảy ra hiện tợng bó cứng bánh xe có thể làm mất khả năng điều khiển Khi ô tô khởi hành hay tăng tốc tốc độ đột ngột trên đờng có hệ số bám thấp thì rất có thể các bánh xe chủ

động bị trợt quay tại chỗ dẫn đến làm mất mát mô men chủ động và có thể làm trợt xe Mô men cực đại có thể truyền đến các bánh xe đợc quyết định bởi

hệ số bám giữa lốp xe và mặt đờng Nếu cố truyền mômen đến các bánh xe

v-ợt quá mức này, nó sẽ làm bánh xe dễ bị trv-ợt quay Việc đảm bảo mômen phù hợp với hệ số ma sát trong các trờng hợp này đôi khi không dễ dàng với cả ng-

ời lái ở phần lớn các trờng hợp, khi khởi hành xe đột ngột, ngời lái đạp chân

ga quá mạnh và làm bánh xe bị trợt quay, mất mát lực kéo và mô men Hệ thống điều khiển lực kéo (TRC) giảm mômen xoắn của động cơ khi bánh xe

bắt đầu trợt quay không phụ thuộc vào ý định của ngời lái, cùng lúc đó nó

điều khiển hệ thống phanh vì vậy giảm mô men truyền đến mặt đờng tới một giá trị phù hợp Vì vậy có thể khởi hành và tăng tốc một cách nhanh chóng và

ổn định ổn định động học khi xe quay vòng cũng là một vấn đề rất quan trọng đợc đặt ra Khi ô tô quay vòng có thể xảy ra trờng hợp quay vòng thiếu hay quay vòng thừa, nếu điều này xảy ra có thể dẫn đến những tai nạn đáng tiếc Một trong các biện pháp giảm thiểu khả năng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa có liên quan đến hệ thống phanh

Hiện nay, các nghiên cứu lý luận về hiệu quả phanh, tính ổn định động học của quá trình phanh cũng nh động học của quá trình chuyển động nói chung đã đợc rất nhiều các công trình nghiên cứu trong và ngoài nớc đề cập tới và có thống nhất chung về các công trình lý luận này Các vấn đề về giải pháp kết cấu và điều khiển có nhiều phơng pháp khác nhau nhng đều có sự thống nhất trong lý luận Các vấn đề về kết cấu cũng nh điều khiển đã đợc các hãng xe ôtô nổi tiếng trên thế giới đa vào áp dụng từ những năm 1970 và phát triển đến ngày nay đã có những bớc phát triển vợt bậc và rất có hiệu quả Tuy nhiên, ở Việt Nam mặc dù đã có những nghiên cứu từ khá sớm nhng do nền công nghiệp ôtô cha phát triển nên các vần đề nghiên cứu về vấn đề này mới chỉ dừng ở những nghiên cứu về lý luận mà cha hề có nghiên cứu ứng dụng trong thực tế

Chúng ta có nhiều phần mềm khác nhau để có thể xây dựng chơng trình

điều khiển mô hình hoạt động của hệ thống nói chung và TRC nói riêng, tuy nhiên ngôn ngữ Delphi và lập trình kết nối trong Windows có những lợi thế nhất định Các công việc cụ thể khi xây dựng mô hình điều khiển nh sau:

- Xây dựng mô hình đơn giản về hệ thống TRC

- Các giả thiết khi xây dựng mô hình

- Tín hiệu đầu vào: trên thực tế, hệ thống TRC có nhiều các thông số

đầu vào và tuỳ thuộc vào từng trờng hợp cụ thể mà hệ thống phản ứng với một hay nhiều thông số đầu vào Tuy nhiên, công việc tiến hành trên mô hình đầy

đủ các thông số đầu vào đòi hỏi một quá trình nghiên cứu lâu dài và tất nhiên liên quan cả đến vấn đề kinh tế

- Xác định thông số điều khiển: thông số điều khiển cuối cùng chính là tốc độ của bánh xe (số vòng quay)

Hiện nay trên thế giới có các thức mô phỏng hệ thống hoàn toàn trên máy tính với các phần mềm chuyên dụng Phơng pháp này cho phép thiết lập mô hình và hoạt động của nó trên máy tính một cách nhanh chóng Tuy nhiên,

ở nớc ta hiện nay công nghệ phần mềm ứng dụng chuyên dùng cho thiết kế cha phát triển vì thế chi phí để mua phần mềm rất tốn kém, các phần mềm có trên thị trờng chỉ là các bản Demo nên có độ tin cậy không cao

Phơng pháp mô phỏng trên mô hình thực thông qua lập trình trên máy tính mặc dù có nhiều tốn kém và cũng cần đến nhiều giả thiết Song phơng pháp này cho ta kết quả trực quan, có thể thấy rõ hiệu quả của chơng trình

điều khiển thông qua giao diện của máy tính

Nội dung của luận văn đợc trình bày trong 4 phần:

Chơng 2 cơ sở lý luận về hiệu quả phanh

và các tác động điều khiển

2-1 Quan hệ giữa lốp và mặt đờng

Lực phanh sinh ra ở mỗi bánh của ôtô trong suốt quá trình phanh là một

hàm của phản lực từ mặt đờng tác dụng vuông góc lên bánh xe và hệ số bám

giữa lốp và mặt đờng Quan hệ giữa trọng lợng đặt lên bánh xe và lực phanh

đ-ợc biểu diễn bởi công thức (2-1):

Hệ số bám giữa lốp và đờng không phải là một hằng số mà là một hàm

của các nhân tố, nó phụ thuộc vào loại bề mặt đờng cũng nh mức độ trợt dọc

giữa lốp và mặt đờng Các đờng cong quan hệ giữa hệ số bám dọc với độ trợt

bánh xe trên các bề mặt đờng khác nhau trình bày trên hình 2-1

20 0.2 0.4 0.6 0.8

Lực phanh sinh ra phụ thuộc vào mức độ trợt bánh xe Nếu bánh xe trợt hoàn toàn, không có lực phanh Mối quan hệ này là nguyên tắc cơ bản để hiểu quá trình phanh và không dễ quan sát khi độ trợt gần 100% ( bánh xe gần trợt lết hoàn toàn) khó nhận thấy khi không có thiết bị chuyên dùng.

Lực phanh cao nhất có đợc khi mức độ trợt nhỏ Khi cung cấp lực phanh quá lớn sẽ gây ra trợt 100 % và nh thế sẽ không sinh ra lực phanh cực

đại, vì vậy cần điều khiển áp suất phanh cung cấp bằng kỹ năng của ngời lái hoặc thông qua bộ điều khiển chống hãm cứng để quãng đờng phanh ngắn nhất trên hầu hết các bề mặt

Lực phanh sinh ra biến đổi nhiều theo bề mặt đờng Quãng đờng phanh

và gia tốc phanh rất dễ nhận ra khi phanh trên đờng asphalt khô so sánh với phanh trên đờng đóng băng

Khi vợt qua điểm có hệ số bám lớn nhất đờng cong à(λ) (λ - độ trợt) sẽ

đi xuống Điều này nói lên rằng, khi lực phanh bằng với lực bám cực đại thì tăng thêm lực phanh cũng không có kết quả và giải thích đợc vì sao một ngời lái có kinh nghiệm có thể đạt đợc quãng đờng phanh ngắn hơn đáng kể hơn một ngời lái xe thiếu kinh nghiệm

Một đặc điểm khác quan trọng của lốp ôtô trong khi phanh sinh ra lực bên chống lại sự trợt bên phản Lực bên là lực giữ cho lốp xe khỏi trợt theo ph-

ơng vuông góc với phơng chuyển động của xe Công thức lực bên đợc viết nh sau:

wh y

ở đây : Fy - lực bên

ày- hệ số bám ngang giữa lốp và mặt đờng

Hệ số bám ngang giảm nhanh khi một bánh xe bắt đầu trợt dọc Khi bánh sau trợt quá lớn dẫn đến mất lực bên sẽ góp phần làm không ổn định phần đuôi xe dẫn đến sự trợt ngang khi có lực bên nhỏ tác động vào xe Bánh

xe trợt quá lớn dẫn đến mất lực bên tác động lên các bánh trớc của xe làm tăng khả năng mất lái; hiện tợng mất lái này thờng xảy ra khi phanh gấp trên

đờng có hệ số bám thấp nh đờng đóng băng, tác dụng lực phanh quá lớn làm cho lốp ở trạng thái trợt 100%

2-2 Động lực học của ô tô trong quá trình phanh.

Trong trờng hợp chung khi ôtô đang chạy trên dốc và tiến hành quá trình phanh ta có các lực tác dụng lên ôtô nh sau:

Phơng trình biểu diễn quá trình phanh đợc thiết lập từ định nh sau:

∑ = = + D = +F +F +D ±Wsin θ + f Wcos θ

g

W Ma

ở đây: M- khối lợng của xe

ax- gia tốc theo phơng chuyển động

Fxr- lực phanh ở cầu sau

DA- lực cản không khí (đa về một điểm)

θ- góc nghiêng của đờng

fr- hệ số cản lăn = (Rxf + Rxr)/Wcosθ

Nếu lực phanh đợc giữ không đổi và bỏ qua ảnh hởng lực cản không khí

và cản lăn, thời gian phanh tính theo công thức (2-4), và quãng đờng phanh khi vận tốc thay đổi từ V0 đến Vf, phơng trình (2-5)

) ( 0 f

xt

V V F

2 2

0 f xt

V V F

M

x- quãng đờng phanh

Những công thức gần đúng trên chỉ ra rằng thời gian phanh tỉ lệ với vận tốc của xe và quãng đờng phanh tỉ lệ với bình phơng vận tốc

Trong quá trình phanh, tải trọng động thay đổi, nó xuất hiện nh là một hàm của chiều cao trọng tâm, trọng lợng của xe, chiều dài cơ sở và gia tốc phanh Công thức (2-6) biểu diễn sự thay đổi của tải trọng động

A

A x

L

h D g

W L

h Lg

hWD W

L

h Lg

hWD W

D g

W

∑

Gi¶i Dx vµ thay thÕ c«ng thøc (2-7) vµ (2-8) b»ng (2-9) vµ (2-10)

L h L

hF W F

p

xmr rs

hF W F

p

xmf rs

2-3 Cơ sở lý luận của quá trình phanh.

Khi phanh thì ô tô không dừng ngay tại vị trí bắt đầu phanh mà sẽ dừng cách vị trí bắt đầu phanh một khoảng cách nào đấy Không những thế ôtô còn

có thể lệch khỏi hớng chuyển động trớc lúc bắt đầu phanh Vì vậy để đánh giá quá trình phanh cần phải nghiên cứu cả hiệu quả phanh và tính ổn định hớng của ôtô khi phanh

2-3.1 Hiệu quả phanh và tính ổn định hớng của ôtô khi phanh

Các công trình nghiên cứu trớc đây đã đề cập rất nhiều tới vấn đề hiệu quả phanh và tính ổn định hớng khi phanh Thời gian phanh hay quãng đờng phanh phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc bắt đầu phanh và hệ số bám khi phanh

àB

Từ công thức (2-7) và (2-8) cho ta thấy khi phanh tải trọng động dồn về phía trớc nên lực phanh cực đại ở các bánh trớc có thể đạt đợc lớn hơn là lực phanh cực đại ở bánh sau Mặt khác, lực phanh cực đại giới hạn bởi lực bám Vì vậy, để có thể phanh hiệu quả cần phân phối áp suất tới các bánh trớc và sau hợp lý Nếu tác dụng lực phanh đồng đều ở các bánh xe phù hợp với lực bám ở các bánh trớc có thể dẫn đến hiện tợng các bánh xe sau bị trợt lết do lực

phanh quá lớn vợt quá giới hạn bám sẽ làm nh vậy lực phanh tác động thêm không hiệu quả Còn ở các bánh trớc lực phanh lại không tận dụng đợc tối đa giới hạn bám Vì vậy vấn đề điều khiển lực phanh ở các bánh xe là hết sức cần thiết, bởi lẽ khi xảy ra hiện tợng trợt lết các bánh xe rất dễ bị lệch hớng chuyển động.

Trong thực tế, hệ số bám trên mặt đờng luôn luôn thay đổi và không

đồng nhất Vì thế, lực phanh ở các bánh xe sẽ không đồng đều và điều này cũng là một nguyên nhân dẫn đến sự lệch hớng của xe khi chuyển động

Trong hai trờng hợp trên, vấn đề cơ bản là điều khiển lực phanh ở các bánh xe cho phù hợp với lực bám trên mặt đờng để đảm bảo lực phanh tối u ở các bánh xe và nh vậy, hiệu quả phanh và tính ổn định hớng của ôtô đợc đảm bảo

Sự chuyển động an toàn của ôtô phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái chuyển động của ôtô khi phanh Các trạng thái thờng xảy ra là ôtô không thể

điều khiển khi phanh Trạng thái này gắn liền với sự bó cứng các bánh xe ở các cầu xe ở đây ta giả thiết sự bó cứng xảy ra ở từng cầu, có hai khả năng xảy ra:

M  theo phơng y và x có Py và Px Lực Py cân bằng với các phản lực ở các cầu

xe St và Ss Nếu bó cứng cầu sau (Ss = 0) lực bên chỉ tồn tại ở bánh trớc và Py.a

= St.a và cặp ngẫu lực Py, St làm quay ôtô theo chiều mũi tên dẫn tới mất ổn

định Nếu bó cứng bánh xe cầu trớc, St = 0 và Ss ≠ 0 mô men do cặp ngẫu lực làm quay ôtô theo hớng giảm nhỏ góc α Tức là khi bó cứng bánh xe trớc, ôtô

chuyển động gần giống trạng thái trớc khi phanh bó cứng, nh vậy ôtô chuyển

động ổn định hơn

Qua phân tích trên thì khi xe chuyển động thẳng việc xảy ra bó cứng bánh xe cầu trớc có lợi cho khả năng ổn định hơn Khi ôtô chuyển động trên

đờng cong, phanh bó cứng các bánh trớc làm cho ôtô chuyển động theo hớng

mở rộng bán kính quay vòng Ngời lái muốn điều chỉnh hớng chuyển động nhng vì bánh xe không có khả năng tiếp nhận lực ngang nên việc điều chỉnh

không có hiệu quả, ôtô ở trạng thái mất điều khiển Nếu bó cứng bánh xe cầu sau, ôtô chuyển động theo hớng thu nhỏ bán kính quay vòng, tuy nhiên vẫn có khả năng điều khiển hớng chuyển động của bánh xe cầu trớc, để giảm góc quay thân xe phải đánh ngợc vành tay lái Tuy nhiên, việc điều khiển nh vậy

đòi hỏi ngời lái phải có kinh nghiệm nh nhả bớt chân phanh và đánh lái ngợc lại Nếu ngời lái không có kinh nghiệm lại đạp thêm phanh và quay thêm vành lái lúc đó ôtô chuyển động nguy hiểm hơn là do mất tính ổn định Sự bó cứng

đồng thời các bánh xe hai cầu, không gây nên các lực bên phụ, ôtô vẫn có thể chuyển động thẳng Song nếu xuất hiện các phản lực bên hay khi phanh trên

đờng vòng sẽ dẫn tới quay vòng ôtô

Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

Từ cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu ở các công trình nghiên cứu trớc đây

có thể dùng 4 chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh nh sau:

- Quãng đờng phanh x

- Gia tốc chậm dần khi phanh Dx

- Thời gian phanh t

- Lực phanh hoặc lực phanh riêng Fxo

Việc dùng chỉ tiêu nào để đánh giá hiệu quả phanh là tuỳ thuộc vào tình hình trang thiết bị đo lờng của từng nớc và sự phát triển nền công nghiệp của nớc đó Sau đây sẽ trình bày chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của một số nớc

Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định hớng của ô tô khi phanh

Để đánh giá tính ổn định dẫn hớng của ôtô khi phanh ngời ta dùng một

số chỉ tiêu sau:

- Góc lệch β của ôtô khi phanh, về mặt lý thuyết góc này xác định đợc

- Hành lang cho phép mà ôtô không đợc vợt ra ngoài ở cuối quá trình phanh

2-3.2 ổn định động học của ô tô trong quá trình chuyển động

Khi xe quay vòng, dới tác dụng của lực ly tâm thân xe bị nghiêng quanh trục nào đó gần sát trục dọc của xe một góc nào đó

Mô men quay do lực ly tâm đặt cách trục nghiêng thân xe là h Khi đó mô men quay do lực ly tâm sẽ là:

h R

v M

b Mg

Z t = ;

L

a Mg

Z s =

Khi đó tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe:

t

Z L

b Mg

a Mg

2

1

Từ hình 2-5 và các công thức (2-12), (2-13) ta thấy rằng khi ôtô chuyển

động trên đờng vòng, các bánh xe phía trong dễ bị trợt hơn các bánh xe phía bên ngoài vì lực kéo hay lực phanh cực đại phụ thuộc vào phản lực từ mặt đ-ờng lên bánh xe

Sự chuyển động của ôtô trên đờng đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạo rất phức tạp, ngời lái luôn phải điều khiển góc quay vành tay lái Khi chuyển

động với tốc độ cao, mối quan hệ giữa quỹ đạo chuyển động với góc quay

y xh

hg

βt

b

a L

Hình 2-5 Sự thay đổi phản lực thẳng đứng khi quay vòng

vành tay lái càng phải chặt chẽ Trong nhiều trờng hợp chỉ cần một sự sai lầm nhỏ trong điều khiển sẽ dẫn tới mất quỹ đạo chuyển động và có thể dẫn đến tai nạn giao thông Khi ô tô chuyển động trên đờng vòng với tốc độ cao, gặp chớng ngại vật cần phải phanh xe đột ngột dẫn tới bánh xe bị trợt lết, gia tốc hớng tâm tăng đột ngột sẽ làm các bánh xe bị trợt bên làm cho xe mất ổn định

và có thể bị lật

Khi ô tô quay vòng có thể xảy ra hiện tợng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa, nếu xe quay vòng thừa các phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh phía bên trong giảm làm cho phản lực bên bị giảm không cân bằng đợc với lực ly tâm dẫn đến các bánh xe sau bị trợt bên rất lớn làm cho phần đuôi

xe bị văng ra phía ngoài, ôtô mất tính ổn định hớng Mô men truyền tới các bánh sau phải giảm đến khi các phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe phía trong tăng trở lại có nghĩa là các phản lực bên của xe cân bằng với lự ly tâm và chúng giữ cho các bánh xe không bị trợt Điều này đợc thực hiện bằng cách điều chỉnh mô men động cơ và phanh bánh sau và bánh trớc phía ngoài

để nhanh chóng giảm mô men truyền tới bánh xe Các lực phanh tác dụng lên các bánh xe sau và trớc phía ngoài sẽ tạo nên mô men ngợc chiều với mô men quay vòng để giảm thiểu khả năng quay vòng thừa Khi xe quay vòng thiếu, các phản lực bên tác dụng lên bánh sau lớn có xu hớng làm cho phần đuôi xe lệch về phía trong Vì các bánh xe phía trớc có góc quay nên không thể tăng phản lực bên Để khắc phục hiện tợng này cần phải giảm mô men động cơ, nếu cần thiết có thể phanh bánh xe sau phía bên trong, lực phanh này sẽ tạo nên một mô men cùng chiều với mô men quay vòng làm tăng mô men quay vòng Vì vậy, hiện tợng quay vòng thiếu đợc khắc phục

2-4 Các tác động điều khiển

2-4.1 Trợ lực và xylanh chính

Hình 2-6 là sơ đồ của bàn đạp phanh, trợ lực chân không và xylanh chính Trên thực tế, trên xe khách và xe tải nhẹ tỷ số truyền lực cơ khí của bàn

đạp phanh thờng từ 3- 4 và tỷ số truyền thông qua trợ lực chân không là 5 - 9

đạt đợc khi phanh và trớc khi sự chuyển động quán tính xảy ra.Vì vậy, lực tác

động do ngời điều khiển sẽ tăng từ 12 tới 36 lần ở xylanh chính để đạt đợc áp suất cần thiết cho phanh áp suất cuối cùng ở xylanh chính nh sau:

piston

s boost mech op MC

A

F G

G F

Apiston- Tiết diện làm việc của xylanh chính

Xylanh chính chia làm hai buồng sơ cấp và thứ cấp để tăng tính an toàn tránh hệ thống tổng phanh bị mất áp suất trong trờng hợp hỏng một buồng của

Vì tải trọng động thay đổi nh đã nói ở công thức (2-6), áp suất phanh thích hợp cho phanh gấp ở các bánh trớc thờng quá cao cho các bánh sau; kết quả là các bánh sau có xu hớng bị bó cứng trong khi phanh Vấn đề này có thể giảm đáng kể thông qua việc sử dụng điều hoà lực phanh Các bộ điều hoà phanh cho phép áp suất phanh ở phía trớc và phía sau nh nhau khi áp suất phanh nhỏ (tơng ứng với gia tốc phanh và tải trọng động thay đổi ít) nhng thay

đổi áp suất ra cầu sau và áp suất ra cầu trớc khi tải trọng động thay đổi nhiều

Hình 2-7 biểu diễn hai sơ đồ van điều hoà phổ biến nhất trên các xe khách và các xe tải nhẹ Đặc trng của hệ thống phanh chia dòng kiểu TT là sử dụng trên xe cầu sau chủ động và đặc trng của hệ thống phanh chia dòng kiểu

có sự khác nhau lớn giữa tải trọng cầu trớc và cầu sau Tuy nhiên, hệ thống

Các bánh sau Các bánh trước

Điều hoà lực phanh

Các bánh sau

Hình 2-7 Sơ đồ hệ thống phanh chia dòng kiểu KK và kiểu TT

chia dòng kiểu K đòi hỏi hai van điều hoà và bơm dầu phức tạp hơn hệ thống chia dòng dọc.

2-4.3 Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS)

Chức năng cơ bản của hệ thống ABS là chống hãm cứng bánh xe bằng cách cảm nhận bánh xe chuẩn bị hãm cứng và hoạt động thông qua bộ điều khiển áp suất để giảm áp suất phanh ở xylanh bánh xe thích hợp để bánh xe không bị trợt tạo điều kiện thuận lợi cho sự làm việc của phanh

Từ công thức (2-5), quãng đờng phanh (cho đến khi vận tốc bằng 0) là một hàm của vận tốc khi bắt đầu phanh, khối lợng của xe và lực phanh Từ công thức này có thể thấy rằng với lực phanh cực đại thì quãng đờng phanh sẽ nhỏ nhất, tất cả các hệ số khác giữ không đổi Trên các loại đờng khác nhau sẽ

có các hệ số bám cực đại khác nhau Bằng cách giữ cho tất cả các bánh xe của

ô tô hoạt động xung quanh vùng mà hệ số bám lớn nhất, hệ thống chống hãm cứng cho phép lực phanh đạt đến giá trị cao nhất có thể mà gây ra trợt rất nhỏ

và vì thế quãng đờng phanh ngắn nhất Đây là một mục đích của hệ thống chống hãm cứng, tuy nhiên mục tiêu này đợc giảm đi bởi cần cho tính ổn định

và khả năng dẫn hớng của xe

Mặc dù giảm tốc độ và dừng xe là mục đích cơ bản của hệ thống phanh, lực bám cực đại có thể không đạt đợc trong mọi trờng hợp Nếu xe phanh ở trên đờng có bề mặt không tốt (đờng đóng băng) nh vậy lực phanh ở hai bên trái và phải của xe sẽ khác nhau đáng kể, lực phanh hay lực kéo cực đại cung cấp cho tất cả các bên sẽ tạo ra một mô men quay dẫn tới kéo xe lệch sang một bên làm cho xe mất ổn định Cần phải điều khiển áp suất ở các bánh sau

để cải thiện tính ổn định; tơng tự ở cầu trớc cũng cần hạn chế sự khác nhau của áp suất giữa các xylanh bánh xe hai bên để không gây ra mô men thay đổi quá mức trên tay lái dẫn đến ngời lái phải mất sức điều chỉnh vô lăng quá lớn

để chống lại mô men quay đó

Nếu hệ thống chống hãm cứng có thể giữ cho lực phanh ở các bánh xe

đạt đợc giá trị lớn nhất tơng ứng ở gần vùng lực bám cực đại, thì lực bám bên cao vừa phải chứ không đạt cực đại Điều này làm tăng tính ổn định và là một mục tiêu của hệ thống chống hãm cứng

Khả năng lái phụ thuộc nhiều vào lực bám bên Điều khiển lực bám cực

đại tốt là cần thiết để đạt đợc lực bám bên thích hợp và do đó khả năng lái hợp

lý Khả năng lái trong khi phanh quan trọng không chỉ cho ổn định hớng chuyển động mà còn cho khả năng lái qua chớng ngại vật Các hệ thống chống hãm cứng thực hiện điều này thông qua điều khiển vùng lực bám cực đại

Trong tính toán động lực học của quá trình phanh ôtô thờng dùng giá trị

hệ số bám cho trong các bảng Các hệ số bám này đợc xác định bằng thực nghiệm theo phơng pháp kéo bánh xe bị hãm cứng hoàn toàn, nghĩa là khi bánh xe bị trợt lê 100%

Trong quá trình phanh ôtô thờng xảy ra sự trợt bánh xe tơng đối với mặt

đờng, mà hệ số bám của bánh xe với mặt đờng lại phụ thuộc rất nhiều bởi độ trợt này, do đó ảnh hởng tới chất lợng phanh

Trên hình 2-1 trình bày đồ thị thực nghiệm chỉ sự thay đổi hệ số bám dọc àx của bánh xe với mặt đờng theo độ trợt tơng đối λ giữa bánh xe với mặt

θR– vận tốc góc của bánh xe đang phanh

rbx – bán kính làm việc của bánh xe

Từ hình 2-1 thấy rằng hệ số bám dọc cực đại àmax ở giá trị độ trợt tối u

λ0 Thực nghiệm chứng tỏ rằng giá trị àmax thờng tơng ứng với λ trong khoảng

từ 10-30% ở giá trị độ trợt tối u λ0 thì sẽ đạt đợc lực phanh cực đại, nghĩa là hiệu quả phanh sẽ cao nhất, đồng thời đảm bảo tốt tính ổn định hớng và tính dẫn hớng khi phanh do hệ số bám ngang ày có giá trị cao

Để thực hiện đợc yêu cầu nói trên thì ở các ôtô hiện đại có trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe, gọi tắt là ABS

Nhiệm vụ cơ bản của ABS là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh ở

độ trợt thay đổi trong một giới hạn hẹp quanh giá trị λ0, do đó đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất đồng thời đảm bảo tính ổn định hớng và tính dẫn hớng tốt khi phanh, nghĩa là đảm bảo chất lợng phanh tốt nhất

Để giữ cho các bánh xe làm việc ở vùng độ trợt quanh giá trị λ0 trong giới hạn hẹp và không dẫn tới hiện tợng hãm cứng bánh xe khi phanh thì cần phải điều chỉnh áp suất môi chất (chất lỏng hoặc khí) dẫn đến các cơ cấu phanh Việc điều chỉnh này có thể tiến hành theo các nguyên lý khác nhau sau

đây:

- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe đợc phanh

- Theo giá trị độ trợt cho trớc

- Theo giá trị của tỷ số tốc độ quay của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó

Cũng nh các hệ thống khác, các tín hiệu đầu vào và các tín hiệu đầu ra

đợc bộ điều khiển trung tâm tính toán kỹ lỡng Hệ thống ABS đợc mô tả bằng sơ đồ khối trên hình 2-8 Điều quan trọng nhất của các tín hiệu đầu vào là các cảm biến tốc độ bánh xe và tín hiệu đầu ra chính là trạng thái điều khiển áp suất phanh Mục đích của bộ điều khiển là so sánh tín hiệu từ mỗi cảm biến tốc độ bánh xe để dự tính sự tăng tốc hoặc giảm tốc của từng bánh xe Từ các

dữ liệu này và các hàm nội suy chơng trình hoá trớc trong bộ điều khiển, áp suất phanh tới một hay nhiều bánh xe có thể đợc điều khiển áp suất phanh có thể giảm, giữ không đổi hoặc cho phép tăng lên.

Trên hình 2-9 cho thấy sự thay đổi tốc độ của bánh xe cũng nh sự thay

đổi áp suất trong quá trình ABS điều khiển phanh

- Bộ điều khiển điện tử (ABS ECU)

ECU

Cơ cấu phanh

Xylanh chính

Cơ cấu chấp hành

Cảm biến tốc độ bánh xe

Mặt đư

ờng

Hình 2-8 Sơ đồ khối hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe

Bộ xử lý chính

Tới hệ thống kiểm tra

Việc điều khiển bộ điều khiển thuỷ lực và mô tơ/bơm điện đợc thực hiện bởi ABS ECU ABS ECU có thể đợc lắp trong khoang động cơ hoặc khoang ngời lái Để nâng cao độ tin cậy, các ECU có thể lắp ghép hoặc chế tạo cùng với bộ điều khiển thuỷ lực Bộ điều khiển đợc lập trình (ABS ECU)

để xử lý các thông tin và phát các lệnh nhả phanh hoặc phanh bánh xe (các bộ

điều khiển này thờng là loại điện tử)

Các nguyên tắc cơ bản điều khiển logic của bộ chống hãm cứng.

Do sự phức tạp của hệ thống chống hãm cứng bánh xe và những đòi hỏi

về tính ổn định và khả năng lái cũng nh quãng đờng phanh tốt, thuật toán điều khiển phanh đợc biểu diễn dễ ràng hơn dới dạng sơ đồ trạng thái

Sơ đồ trạng thái cho một dòng của hệ thống phanh chống hãm cứng đợc trình bày ở hình 2-11 Trong sơ đồ này, khi xe không phanh hoặc giảm tốc độ

sẽ ở “trạng thái phanh bình thờng” (Normal braking) Nếu sự hoạt động của

bộ chống hãm cứng đợc đảm bảo, áp suất phanh trên dòng nào đó làm cho bánh xe bắt đầu bị bó; hoạt động đầu tiên là giảm áp suất phanh “trạng thái giảm áp”( Decay) kết quả này cho phép bánh xe hãm cứng tăng tốc dần trở

lại Sự điều chính xác áp suất phanh đợc biểu thị ở các “trạng thái giữ hoặc

điều khiển nhanh đợc biểu thị bằng “trạng thái tăng áp nhanh” (Fast Build)

(điều khiển nhanh đợc sử dụng trong những điều kiện mặt đờng thay đổi nhanh nh sự chuyển tiếp từ đờng nhựa sang đờng đóng băng) Trong chu kỳ hãm cứng trạng thái sẽ thay đổi để đạt đợc áp suất phanh và kết quả bánh xe hoạt động nh hình 2-9 Khi yêu cầu chống hãm cứng dừng lại, “trạng thái kết thúc” (End Antilock) đợc đóng lại, môtơ bơm và các van đợc cắt điện và hệ

thống trở về “trạng thái phanh bình thờng”(Normal Braking) nh ban đầu.

Sơ đồ của một bộ vi điều khiển thông thờng đợc chỉ ra ở hình 2-12 Sau khi “RESET” và cho giá trị ban đầu, một bộ vi điều khiển đi vào vòng lặp chính bao gồm các đầu vào của toàn bộ hệ thống và ECU cũng nh tính toán tốc độ bánh xe, dự báo tốc độ của ôtô, phân tích các điều kiện hoạt động chống hãm cứng/quy tắc điều khiển trạng thái và hoạt động của van môtơ và bơm

Giữ áp hoặc tăng áp

Tăng áp nhanh

Phanh bình

thường Giảm áp

Tăng áp chậm Kết thúc

Hình 2-11 Sơ đồ trạng thái điều khiển của ABS

RESET

Các giá trị ban đầu

Vòng lặp chính

Tính toán tốc độ bánh xe và xe

Hệ thống điều khiển kiểm tra

Lựa chọn trạng thái

theo quy luật

Trạng thái phân tích

Mô tơ, van điện hoạt động

Cảnh báo chống hãm cứng

Hình 2-12 Lưu đồ thuật toán của quá

trình điều khiển ABS

Có Không

Bình thường Có hiện tượng bó

bánh xe

Việc dự đoán trớc vận tốc là rất quan trọng tới việc thực hiện điều khiển vì vận tốc của bánh xe liên quan tới vận tốc của xe cũng nh độ trợt bánh xe, có thể sử dụng một nhân tố quyết định phù hợp với sự hoạt động của van Việc

dự đoán trớc vận tốc của xe trở nên khó khăn một khi các bánh xe bắt đầu bó vì các cảm biến sẽ không còn là vật chỉ thị tốc độ đáng tin cậy tốc độ ôtô nữa

Một khi đã đợc xác định các điều kiện để hoạt động chống hãm cứng an toàn, các trạng thái tốc độ bánh xe đợc phân tích để thiết lập trạng thái thích hợp cho dòng dẫn động đó Chỉ thị của hầu hết các bộ điều khiển chống hãm

cứng là độ trợt bánh xe, gia tốc phanh Một nhân tố khác cần đợc quan tâm là tác động tới tính ổn định.

Để thấy rõ hiệu quả của hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh chúng ta xem xét kết quả thí nghiệm trình bày ở bảng 2-2

Bảng 2-2 Kết quả thí nghiệm hiệu quả phanh của ôtô con có trang bị ABS theo sơ đồ 2222.[1]

100 km/h lợi về hiệu quả phanh có ABS lên đến 37,5% trên đờng bê tông ớt

Để thấy rõ u việt về tính ổn định hớng khi phanh có ABS chúng ta xem xét kết quả thí nghiệm phanh ôtô con có ABS với sơ đồ bố trí 0022, mỗi bánh

xe sau có một cảm biến và một cơ cấu chấp hành riêng rẽ (bảng 2-3)

Từ số liệu bảng 2-3 thấy rằng khi dùng ABS với sơ đồ 0022 thì lợi về góc lệch β khi phanh lên tới 90%

Bảng 2-3 Kết quả thí nghiệm về tính ổn định hớng khi phanh khi thử

ôtô con có ABS bố trí theo sơ đồ 0022 [1]

Loại đờng Tốc độ bắt đầu

phanh v (km/h)

Góc lệch β khi phanh (độ)

Đờng đặc biệt có

hệ số bám dọc

àx< 0,1

2-4.4 Hệ thống tự động điều khiển tính ổn định và lực kéo (ASC-T)

ở đờng có hệ số bám thấp, chẳng hạn nh đờng băng, tuyết hay đờng ớt, bánh xe chủ động sẽ bị quay tại chỗ nếu xe khởi hành hay tăng tốc nhanh, làm mất mát mômen chủ động và có thể làm trợt xe Mômen cực đại có thể truyền

đến các bánh xe đợc quyết định bởi hệ số ma sát giữa lốp xe và mặt đờng Nếu

cố truyền mômen đến các bánh xe vợt quá mức này, nó sẽ làm bánh xe dễ bị trợt quay Việc đảm bảo mômen phù hợp với hệ số ma sát trong các trờng hợp này đôi khi không dễ dàng với cả ngời lái ở phần lớn các trờng hợp, khi khởi hành xe đột ngột, ngời lái đạp chân ga quá mạnh và làm bánh xe bị trợt quay, mất mát lực kéo và mômen Hệ thống điều khiển lực kéo (TRC) giảm mômen xoắn của động cơ khi bánh xe bắt đầu trợt quay không phụ thuộc vào ý định của ngời lái, cùng lúc đó nó điều khiển hệ thống phanh vì vậy giảm mômen truyền đến mặt đờng tới một giá trị phù hợp Vì vậy có thể khởi hành và tăng tốc một cách nhanh chóng và ổn định Trên hình 2-13 là sơ đồ khối của hệ thống TRC

ở Mỹ và Canađa hệ thống điều khiển lực kéo đợc viết tắt là TRAC Còn

ở châu Âu và các nớc khác là TRC

Các cảm biến bánh xe

Công tắc

điều khiển

ECU

ECU động cơ

Bộ điều khiển thuỷ

lực

Chẩn đoán

Đánh lửa Bướm ga

Xylanh phanh

Hình 2-13 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lực kéo

Tối u hoá tính ổn định và lực kéo

Yêu cầu thiết yếu của các hệ thống điều khiển lực kéo là tối u hóa tính

ổn định của xe (với cầu sau chủ động) và điều khiển tính dẫn hớng (với cầu

tr-ớc chủ động) duy trì khả năng bám bên thích hợp Phơng thức cơ bản nhất đạt

đợc bằng điều khiển riêng mô men động cơ Tất cả các bánh xe chủ động đợc truyền lực kéo nh nhau, tơng ứng với khả năng bám ở bánh xe có lực bám thấp

và vì vậy khả năng bám bên ở các bánh xe có độ bám dọc lớn sẽ lớn hơn Khi khả năng bám xấp xỉ ở tất cả các bánh chủ động, hệ thống làm tăng tính ổn

định của xe (điều khiển tính dẫn hớng) Khi tăng lực kéo, các bánh xe trợt lết nên có thể không điều khiển đợc xe Hệ thống điều khiển lực kéo kết hợp chặt chẽ với bộ điều khiển mô men động cơ và bổ sung thêm phanh (hoặc điều khiển vi sai) có thể áp dụng đồng thời để đảm bảo tính ổn định của xe (điều khiển tính dẫn hớng) và tối u sự tăng tốc Bộ điều khiển mômen động cơ là ph-

ơng pháp đợc u tiên trên các mặt đờng có đủ điều kiện bám đồng nhất, trong khi tác dụng lực phanh (hoặc điều khiển vi sai) cung cấp sự tăng tốc tối u ở tất cả các bánh xe chủ động

Hình 2-14 trình bày lực tác động lên các bánh xe khi tăng tốc trên đờng

có bề mặt không đồng nhất Lực kéo cực đại có thể đơc tính nh sau:

B L L

Lực tăng tốc đợc truyền khi xe đi thẳng cũng nh khi quay vòng về nguyên tắc là nh nhau cũng tơng tự nh trong quá trình phanh Độ trợt khi phanh là:

R A

−

= θ

Trong đó: λA và λB lần lợt là độ trợt khi tăng tốc và khi phanh

Độ trợt khi tăng tốc có thể nằm trong khoảng từ 0 tới rất cao và thờng

đợc sử dụng để mô tả các điều kiện có thể xảy ra khi các bánh chủ động trợt quay khi tăng tốc lúc khởi hành Hình 2-15 tới hình 2-18 mô tả quá trình tăng tốc và hệ số bám bên là một hàm của độ trợt khi tăng tốc

Hình 2-15 cung cấp mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trợt khi tăng tốc trên đờng thẳng Yêu cầu duy trì độ bám bên nhỏ ở những điều kiện này (ví dụ sự bù gió bên), sự duy trì lực kéo mới là nhân tố chính

Hình 2-15 Quan hệ giữa hệ số bám dọc với độ trượt khi tăng tốc

1.0 0.8

Hình 2-16 là đồ thị quan hệ giữa hệ số bám ngang với góc trợt α Góc trợt ngang tới hạn nằm trong khoảng 12- 150 Để điều khiển phanh, cần phải

à

S

1.0 0.6

0.2 0.4 0.8

Độ trượt giữa lốp và mặt đường λA (%)

0.2 0.4

0.8 0.6

Hình 2-16 Đồ thị hệ số bám ngang theo

góc trượt

0.2 0.4 0.6 0.8

Hệ số bám ngang à x

Trên mặt đờng băng tuyết, lực kéo cực đại đạt đợc ở độ trợt nhỏ (2-5

%) Trên đờng cát xốp, sỏi và đờng dày tuyết, hệ số bám khi tăng tốc tăng liên tục cùng với độ trợt, và nó chỉ đạt giá trị cực đại tại điểm có độ trợt trên 60 %

Do đó, tốc độ trợt khoảng 2-20 % đã tìm đợc vùng hoạt động của ASC sẽ không cung cấp lực kéo thích hợp ở mọi điều kiện

Vì lý do này, tất cả các hệ thống ASC kết hợp với công tắc ngỡng trợt hoặc khoá cắt ASC, điều này cho phép ngời lái điều chỉnh lại ngỡng trợt của ASC tới mức cao hơn, hoặc tắt hoàn toàn hệ thống khi cần thiết

Hình 2-17 và 2-18 mô tả sự tăng tốc trên đờng vòng; ở những điều kiện này các bánh xe chủ động là yếu tố làm thay đổi góc đặt lực bên và là một hàm của độ trợt bên khi xe tăng tốc Việc tăng mức độ trợt khi tăng tốc (và tăng lực tăng tốc) là nguyên nhân làm giảm lực bên

Hình 2-17 biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và bám ngang khi

xe chạy trên đờng khô với các góc trợt khác nhau Đờng cong bắt đầu từ độ

tr-ợt khi tăng tốc bằng 0 Ban đầu hệ số lực bên có chiều hớng giảm từ từ Tuy nhiên, tiếp tục tăng hệ số lực bám khiến hệ số lực bên giảm đáng kể Hình vẽ chỉ ra rằng lực tăng tốc phải đợc giới hạn bởi khả năng bám nếu đủ lực bên để duy trì

Trên mặt đờng đóng băng (hình 2-18), hệ số bám bị hạn chế nghĩa là sự

ổn định của xe khi tăng tốc chỉ đợc duy trì khi góc trợt nhỏ (≤ 20) Khi góc trợt rất nhỏ (≤ 0.050) sẽ làm hệ số bám bên giảm đáng kể Điều này cho chúng ta

thấy rất rõ việc điều khiển độ trợt là cần thiết khi xe chạy trên đờng băng tuyết (và các đờng khác có hệ số bám thấp) Bộ điều khiển lực kéo phải có độ chính xác cao, tín hiệu xử lý và cơ cấu chấp hành của phần tử điều khiển cuối cùng phải nhanh và chính xác.

Chơng 3 Các giải pháp kết cấu và điều khiển

3-1 vài nét về lịch sử phát triển

Các hiện tợng giảm hiệu quả phanh, mất ổn định trong quá trình phanh cũng nh ổn định động học trong quá trình quay vòng đợc trình bày ở phần 2 thì nguyên nhân gây nên các hiện tợng này cuối cùng tập trung ở mối quan hệ lực phanh hay lực kéo với hệ số bám giữa bánh xe với mặt đờng Bởi vậy, các giải pháp kết cấu và điều khiển chủ yếu tập trung giải quyết vấn đề lực kéo hay lực phanh phù hợp với hệ số bám giữa bánh xe với mặt đờng Để tạo điều kiện cho ngời lái dễ dàng điều khiển xe trong các tình huống nguy hiểm, các hãng ôtô nổi tiếng trên thế giới đã nghiên cứu phát triển các hệ thống đảm bảo

an toàn chủ động cũng nh an toàn thụ động Một trong các phơng pháp đảm bảo an toàn chủ động là hệ thống phanh Từ hệ thống phanh thông thờng ban

đầu chỉ đảm bảo an toàn ở tốc độ chuyển động thấp và trên đờng có hệ số bám tốt Khi ôtô chuyển động với tốc độ cao thì hệ thống phanh thông thờng không

đáp ứng đợc tính an toàn nữa Từ những năm 1970, các hãng ôtô lớn trên thế giới đã bắt đầu nghiên cứu và đa vào ứng dụng các hệ thống phanh hiện đại ABS, ASC và ASC + T – chỉ xem xét vấn đề trợt dọc

ABS là hệ thống điều khiển phanh thuần túy, trong khi ASC và ASC + T

là hệ thống điều khiển lực kéo và tính ổn định của xe

Khi DSC ra đời, lần đầu tiên động lực học bên đợc đa vào tính toán xử

lý cũng nh trợt dọc

Lịch sử phát triển các hệ thống phanh kết hợp điều khiển lực kéo đợc trình bày ở hình 3-1

Sự phát triển của các hệ thống điều khiển lực kéo

ABS / ASC / ASC + T / DSC

ABS/ASC+T Mark IV

Có bình tích năng

E36 M50 B25

Bosch ABS/ASC+T Van điều khiển 3/3 Không có piston E34 M50 B25

DSC2 E31, E38

DSC3 E38

Hình 3-1 Sự phát triển hệ thống điều khiển trượt bánh xe

3-2 mét sè gi¶i ph¸p kÕt cÊu vµ §iÒu khiÓn tæng qu¸t

Khi ô tô khởi hành hay tăng tốc tốc độ đột ngột trên đờng có hệ số bám thấp thì rất có thể các bánh xe chủ động bị trợt quay tại chỗ dẫn đến làm mất mát mô men chủ động và có thể làm trợt xe Mô men cực đại có thể truyền

đến các bánh xe đợc quyết định bởi hệ số ma sát giữa lốp xe và mặt đờng Nếu

cố truyền mômen đến các bánh xe vợt quá mức này, nó sẽ làm bánh xe dễ bị trợt quay Khi ôtô chuyển động trên đờng với tốc độ cao, đặc biệt là trên đờng vòng, gặp chớng ngại vật cần phải phanh ngặt các bánh xe sẽ bị trợt lết, gia tốc hớng tâm tăng đột ngột làm các bánh xe bị trợt bên và có thể gây lật xe

Để giải quyết vấn đề này, hệ thống phanh ABS/ASC+T đa ra các các cách điều khiển nh sau: điều khiển áp suất phanh ở các xylanh bánh xe đồng thời giảm mô men động cơ truyền đến các bánh xe chủ động

3-2.1 Điều khiển mô men phanh

Phanh ở các bánh xe chủ động không thể biến đổi phần lớn động năng thành nhiệt, ít nhất là trong quá trình điều khiển phanh ngắn Thêm vào đó, thời gian phản ứng có thể đợc giữ rất ngắn, làm hạn chế độ tăng của mức trợt tới mức rất thấp

Hệ thống ASC dựa vào hiện tợng tác dụng phanh hợp lý để điều chỉnh mức độ trợt ở các bánh xe chủ động Việc tăng lực kéo khi khởi hành và tăng tốc trên mặt đờng có mức bám khác nhau giữa bên trái và bên phải là đặc biệt quan trọng đối với hệ thống ASC

Khái niệm bộ phận thủy lực đợc chia làm 2 loại: loại có năng lợng tích lũy và loại không có năng lợng tích luỹ Hệ thống điều khiển hai chế độ bao gồm tác dụng phanh nhanh kết hợp với năng lợng thủy lực tích lũy luôn phải kèm theo bộ điều khiển động cơ dựa trên cơ sở điều khiển bớm ga

Điều khiển mômen phanh với năng lợng tích lũy.

Hệ thống ASC này thiết kế cho xe cầu sau chủ động, mômen động cơ

đ-ợc điều chỉnh bởi bộ điều khiển đặc tính động cơ (EPS) Việc điều khiển mô

men động cơ để tăng tính ổn định của xe phải phù hợp với quá trình phanh,

điều này cũng đảm bảo tối u lực kéo ở tất cả các bánh xe chủ động, đặc biệt tận dụng khả năng bám ngang Hệ thống này tối u tính ổn định của xe và khả năng kéo với mức phù hợp cao Hình 3-2 minh họa sơ đồ bộ tích hợp thuỷ lực ABS/ASC

Bơm sơ cấp hút dầu từ bầu dầu của xylanh chính cung cấp cho bơm hồi dầu ABS dới áp suất không cao Để đáp ứng nhu cầu của hệ thống ABS, bơm hồi ABS hai nhánh đợc thêm piston thứ 3, piston này đảm nhận tích áp cho bình tích năng của ASC Để phanh nhanh trong thời gian ngắn, áp suất trong xylanh bánh xe phải tăng từ 0 tới 50 bar trong thời gian dới 200ms Một bơm thuỷ lực có lu lợng hạn chế sẽ không thể tăng áp suất trong thời gian yêu cầu,

do đó cần thiết sử dụng bình tích năng áp suất cao để cung cấp dầu phanh nhanh chóng

Khi hệ thống điều khiển lực kéo đợc kích hoạt, van chuyển đổi chuyển tới vị trí mở và dầu phanh từ bầu dầu đợc cung cấp tới 2 van điều khiển ABS/ASC Trong khi van điện ABS đáp ứng yêu cầu của mạch thuỷ lực ABS,

Bơm sơ cấp Van chuyển

đổi

Bình tích năng

Công tắc áp suất

Khoang tích năng

Các bánh sau

Hình 3-2 Sơ đồ tích hợp mạch thủy lực hệ thống phanh

ABS/ASC có sử dụng năng lượng tích lũy

2 van điện đợc dùng cho bộ thuỷ lực ABS/ASC để cho phép điều khiển riêng

Hệ thống ABS/ASC với phanh sử dụng năng lợng tích lũy (bộ phận

thủy lực của ABS và ASC riêng)

Một kiểu sử dụng bình tích năng áp suất cao để cung cấp dầu áp suất cao cho hệ thống phanh ASC Một bơm dẫn động bằng động cơ cung cấp dầu cho bình tích năng Hệ thống bao gồm mỗi xylanh bánh xe bị động một piston Thêm một van 3 vị trí ABS cũng đợc lắp đặt để phân phối dầu cung cấp

từ bầu dầu tới nhánh sơ cấp của piston và phân phối dầu phanh có ở nhánh thứ cấp Bộ điều khiển ABS/ASC phát lệnh thay đổi vị trí của van điện để điều

Bộ điều khiển Thủy lực ABS

Bộ điều khiển Thủy lực ASC Piston

Bình tích năng

áp suất cung cấp

Bánh bị

động

Thực hiện phanh bánh xe chủ động

Công tắc

áp suất

Hình 3-3 Sơ đồ bộ điều khiển thủy lực của hệ thống ASCsử dụng

năng lượng tích lũy bằng piston

khiển áp suất của bình tích năng, duy trì, cắt hoạt động để giữ mức áp suất ở nhánh sơ cấp của piston Lúc đầu, van trung tâm đóng để không nối với xylanh chính Sự thay đổi áp suất dầu phanh trên nhánh thứ cấp của piston cung cấp mức áp suất dầu thích hợp trong xylanh bánh xe.

ASC thiết kế dựa vào năng lợng tích lũy để kích hoạt các piston luôn luôn thích hợp trong các trờng hợp xe trang bị bình tích năng cung cấp cho các mục đích khác

Điều khiển mômen phanh không có bình tích năng.

Mỗi bộ điều khiển thủy lực ASC đã trình bày đòi hỏi một bình tích

năng áp suất cao để chắc chắn rằng áp suất phanh đợc cung cấp đủ nhanh

Điều này có nghĩa là tăng thêm sự phức tạp và kèm theo tăng phí tổn

Một hệ thống khác sử dụng mạch hồi của bơm điện ABS để điều chỉnh lực phanh ở tất cả các bánh xe chủ động Bơm hồi thiết lập một nhánh sơ cấp, vì vậy sử dụng bơm hồi ABS là một nguồn năng lợng rẻ cho quá trình phanh Chức năng phanh ASC có thể vì thế đợc chấp nhận bởi sự đơn giản của hệ thống Hình 3-4 trình bày sơ đồ thuỷ lực của một xe khách với sơ đồ phanh kiểu K và bánh trớc chủ động Khi van cấp mở, bơm sơ cấp hút dầu phanh từ bầu dầu và đẩy vào trong mạch trớc khi cấp trực tiếp tới van điều khiển ABS/ASR ở các bánh chủ động Van điều khiển điều chỉnh lực phanh bằng cách tăng, giữ và giảm áp suất phù hợp với các lệnh tơng ứng từ bộ điều khiển Dầu hồi bởi van điều khiển ở trạng thái giảm áp suất đợc hồi về họng hút của bơm Một van chuyển đổi nối nhánh áp suất cao của bơm hồi với mạch phanh thứ hai (phân phối phanh bánh trớc khác) và van giảm áp suất có nhiệm vụ

điều chỉnh áp suất của hệ thống ASC Hệ thống ASC có thể đợc đặt ở xe cầu sau chủ động với sơ đồ phanh kiểu TT với phí tổn vừa phải: vì tất cả các phanh

ở bánh chủ động cùng mạch phanh, chỉ đòi hỏi một van chuyển đổi đơn

Tới 2 bánh chủ động

Khoang tích năng

Nguyên tắc của quá trình phanh không có năng lợng tích lũy đã đợc phát triển hơn nữa cho thế hệ ASC đa vào ứng dụng từ năm 1993 (hình 3-5).

Bộ điều khiển thủy lực

ABS/ASR

Van ASC Van gián

cách

Bơm tuần hoàn