tính toán,thiết kế hệ thống phanh có ABS trên ô tô 12 chỗ

Dẫn động phanh có độ nhạy caoĐảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ để đảm sử dụng hết trọng lượng bám của khi phanh ở các cường độ khác nhau Không có hiện t

MỞ ĐẦU: MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI

Cơ cấu phanh là cơ cấu an toàn chủ động của ô tô, dùng để giảm tốc độ haydừng và đỗ ôtô trong những trường hợp cần thiết Nền công nghiệp ô tô đang ngàycàng phát triển mạnh, số lượng ô tô tăng nhanh, mật độ lưu thông trên đường ngàycàng lớn Các xe ngày càng được thiết kế với công suất cao hơn, tốc độ chuyểnđộng nhanh hơn thì yêu cầu đặt ra với cơ cấu phanh cũng càng cao và nghiêm ngặthơn Một ô tô có cơ cấu phanh tốt, có độ tin cậy cao thì mới có khả năng phát huyhết công suất, xe mới có khả năng chạy ở tốc độ cao, tăng tính kinh tế nhiên liệu,tính an toàn và hiệu quả vận chuyển của ô tô Trong các nguyên nhân gây ra tai nạngiao thông đường bộ do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật thì nguyên nhân domất an toàn hệ thống phanh chiếm tỷ lệ lớn

Hệ thống phanh của ô tô con là một khu vực công nghệ cao của kỹ thuật hiệnnay Các nhà chế tạo ôtô đã và đang không ngừng hoàn thiện khu vực này nhằmthoả mãn các tiêu chí về an toàn và điều khiển

Phanh sử dụng ABS là một trong những công nghệ bổ sung cho hệ thống phanhhữu dụng nhất của ngành công nghiệp ôtô thời gian gần đây Vai trò chủ yếu của ABS làgiúp tài xế duy trì khả năng kiểm soát xe trong những tình huống phanh gấp, giữ cho cácbánh xe không bị hãm cứng hoàn toàn khi phanh ngặt Nó góp phần giảm thiểu các tainạn nguy hiểm nhờ điểu khiển quá trình phanh một cách tối ưu

Ðối với sinh viên ngành cơ khí động lực việc tính toán, thiết kế, nghiên cứu hệ

thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn Ðó là lý do em chọn đề tài “tính toán, thiết kế hệ thống phanh có ABS trên ô tô 12 chỗ”

Với mục đích là bước đầu tiếp cận với việc tính toán, thiết kế một hệ thống

phanh, cũng là tiếp cận để nắm vững hơn về nguyên lý cấu tạo, nguyên lý hoạt độngcủa hệ thống Từ đó tạo tiền đề cho việc thiết kế, cải tiến hệ thống nhằm tăng hiệuquả phanh, tăng tính ổn định hướng và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậylàm việc với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả chuyển độngcủa ô tô

Với mục đích trên, nhiệm vụ mà đồ án thực hiện là: Tính toán, thiết kế hệthống phanh cho xe ô tô PREGIO 12 chỗ của hãng KIA, đây là hệ thông phanh

được trang bị ABS Đồng thời, giới thiệu về cấu tạo và nguyên lý hoạt động chungcủa hệ thống ABS sử dụng trên xe ô tô hiện nay.

Số liệu kỹ thuật xe KIA Pregio 2,7 D Panel Van 2006:

1.1.1 Công dụng

Hệ thống phanh trên ô tô là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn chuyểnđộng của ô tô với công dụng sau:

Giảm dần tốc độ hoặc dừng hẳn xe lại khi xe đang chuyển động.

Giữ xe đứng yên trên đường dốc trong khoảng thời gian dài mà không cần có

sự có mặt của người lái xe

Nhờ có hệ thống phanh người lái có thể tăng được vận tốc chuyển động trungbình của ôtô và do đó nâng cao được năng suất vận chuyển

1.1.2 Phân loại

1.1.2.1 Theo công dụng

Theo công dụng hệ thống phanh được chia thành các loại sau:

- Hệ thống phanh chính (phanh chân)

- Hệ thống phanh dừng (phanh tay)

- Hệ thống chậm dần (phanh bằng động cơ, thuỷ lực hoặc điện từ).

1.1.2.2 Theo kết cấu của cơ cấu phanh

Theo kết cấu của cơ cấu phanh hệ thống phanh được chia thành hai loại sau:

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc

- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.

- Hệ thống phanh có cường hoá.

Ngoài ra, còn có thể phân loại theo khả năng điều chỉnh mômen phanh ở cơ

cấu phanh(chúng ta có hệ thống phanh với bộ điều hoà lực phanh); Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh(phanh có ABS)

1.1.3 Yêu cầu

Hệ thống phanh trên ôtô cần đảm bảo các yêu cầu sau:

Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe nghĩa là đảm bảo quãng đườngphanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp nguy hiểm

Phanh êm dịu trong mọi trường hợp để đảm bảo sự ổn định chuyển động của ôtôĐiều khiển nhẹ nhàng

Dẫn động phanh có độ nhạy cao

Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo quan hệ để đảm

sử dụng hết trọng lượng bám của khi phanh ở các cường độ khác nhau

Không có hiện tượng tự xiết phanh

Cơ cấu phanh thoát nhiệt tốt

Có hệ số ma sát giữa trống phanh và má phanh cao, ổn định

Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp với lực phanh trên bánh xe

Có khả năng phanh cho ôtô đứng trong thời gian dài

1.2 CẤU TẠO CHUNG CỦA HỆ THỐNG PHANH

Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên ôtô được mô tả trên hình sau:

Hình1.1 :Hệ thống phanh trên ôtô

Hệ thống phanh bao gồm hai phần chính: Cơ cấu phanh và dẫn động phanh

Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mô men hãm

trên bánh xe khi phanh trên ôtô

Dẫn động phanh: Dẫn động phanh dùng để truyền và khuyếch đại lực điều khiển từ

bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh Tuỳ theo dạng dẫn động: cơ khí, thuỷ lực, khí nénhay kết hợp mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau Ví dụnếu là dẫn động cơ khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanh, đòn cơkhí Nếu là dẫn động thuỷ lực thì dẫn động phanh bao gồm: bàn đạp, xi lanh chính(tổng phanh), xi lanh công tác (xi lanh bánh xe) và các ống dẫn

1.2.1 SƠ ĐỒ CẤU TẠO MỘT SỐ DẠNG CƠ CẤU PHANH

1.2.1.1 Cơ cấu phanh guốc

a Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục: Sơ đồ cấu tạo ( hình 1.2)

Nguyên lý làm việc: Cơ cấu phanh đặt trên giá đỡ hình đĩa hay còn gọi làtrống phanh Đĩa này được bắt cố định trên mặt bích của dầm cầu, các guốc phanhđược đặt trên các trục lệch tâm (13) dưới tác dụng của lò xo (4) các má phanh luôn

ép chặt hai pittông của xilanh phanh làm việc gần nhau Các má phanh luôn tỳ sátvào cam lệch tâm (11) Cam này cùng với chốt phanh (13) có tác dụng điều chỉnhkhe hở giữa má phanh và trống phanh Trên bề mặt các guốc phanh có gắn các tấm

ma sát, giữa các pittông của xilanh (2) có lò xo nhỏ để ép các pittông luôn sát vàocác guốc phanh

Trên bề mặt các guốc phanh có gắn các má phanh, để cho các má phanh haomòn đều nhau thì guốc phanh đằng trước có gắn má phanh dài hơn Vì phía bên tráibao giờ cũng chịu lực ma sát lớn hơn

Khi tác dụng vào bàn đạp phanh chất lỏng với áp suất cao truyền đến xilanh(2) tạo nên lực ép trên các pittông và đẩy các guốc phanh (1) và (5) ép sát vào trốngphanh, do đó quá trình phanh được thực hiện Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo (4) sẽkéo các guốc phanh (1) và (5) trở lại vị trí ban đầu giữa má phanh và trống phanh cókhe hở, vì vậy quá trình phanh kết thúc

Trong quá trình sử dụng các má phanh sẽ hao mòn, do đó khe hở giữa máphanh và trống phanh sẽ tăng lên Muốn giữ cho khe hở trở lại bình thường thì phảiđiều chỉnh khe hở phía trên má phanh, bằng cách xoay cam lệch tâm (11) và khe hởphía dưới bằng cách xoay chốt lệch tâm (13)

1- Guốc phanh; 2- Xi lanh

bánh xe; 3- Mâm phanh;

4-Lò xo hồi vị; 5- Guốc

phanh; 6, 8- Má phanh;

7-Trụ dẫn hướng; 9- Bu lông

quay cam điều chỉnh;

10-Lò xo của cam điều chỉnh;

11- Cam điều chỉnh;

12-Vòng lệch tâm;

13- Trục lệch tâm; 14- Đai 5

b Cơ cấu phanh đối xứng qua tâm : Sơ đồ cấu tạo (hình 1.3)

Đặc điểm quan trọng: Mỗi guốc phanh quay quanh một chốt lệch tâm, được bố tríđối xứng với đường trục của cơ cấu phanh

Nguyên lý làm việc: Khi đạp bàn đạp phanh, dầu được dẫn động từ xilanh tổng

phanh qua đường dẫn đi tới các xilanh bánh xe Dưới tác dụng của áp suất dầu haipittông 1, 13 dịch chuyển đẩy các guốc phanh ép sát vào trống phanh do đó quátrình phanh được thực hiện Khi nhả bàn đạp phanh, lò xo hồi vị 9 sẽ kéo các guốcphanh 10, 6 trở về vị trí ban đầu, giữa trống phanh và má phanh có khe hở và quátrình phanh kết thúc Điều chỉnh khe hở giữa trống phanh và má phanh bằng cáchxoay cam lệch tâm 7

c Cơ cấu phanh dạng bơi: Sơ đồ cấu tạo (Hình 1.4)

Nguyên lý làm việc: Đặc điểm chính của các loại cơ cấu phanh trên là: Đều có một

điểm tựa cố định (chốt lệch tâm) nghĩa là guốc phanh chỉ có một bậc tự do, còn ở cơcấu phanh dạng bơi ở guốc phanh có 2 bậc tự do và không có điểm tựa cố định Cơ

cấu phanh dạng bơi hai xilanh làm việc đều tác dụng lên đầu trên và đầu dưới củaguốc phanh, khi phanh các guốc phanh sẽ dịch chuyển theo chiều ngang và ép máphanh sát vào trống phanh Nhờ sự áp sát giữa trống phanh và má phanh cho nênkhi ép sát vào trống phanh thì má phanh bị cuốn theo chiều quay của trống phanh.Mỗi má phanh lúc đó sẽ tác dụng vào pittông và đẩy ống xilanh làm việc tỳ sát vàođiểm tựa cố định, lúc đó hiệu quả phanh sẽ tốt hơn và lực tác dụng nên bàn đạpgiảm đi nhiều.

Hiệu quả phanh của ôtô khi tiến và lùi đều bằng nhau đó là ưu điểm nhưngkhuyết điểm lớn nhất của cơ cấu phanh là kết cấu phức tạp

d Cơ cấu phanh điều khiển bằng cam.

Sơ đồ cấu tạo(hình 1.5):

Đặc điểm: Cơ cấu phanh này chỉ dùng cho xe có tải trọng lớn và dùng cho hệthống phanh dẫn động bằng khí nén

11- Cam ép; 12- Con lăn;

Hình1.4 : Cấu tạo cơ cấu phanh dạng bơi

Nguyên lý làm việc : Cụm cơ cấu phanh lắp trên mâm phanh 2, nối cứng với

bích cầu, các tấm ma sát 9 có cấu tạo hình lưỡi liềm tương ứng với đặc tính màimòn của chúng và được lắp trên hai guốc phanh 7 Các guốc phanh này tựa tự dolên các bánh lệch tâm lắp trên mâm phanh 2, trục của các guốc phanh cùng với cácmặt tựa lệch tâm cho phép định tâm đúng các guốc phanh so với trống phanh khilắp ráp các cơ cấu Khi phanh cam ép 11 sẽ chuyển động đẩy các guốc phanh ra làmcho nó áp sát vào bề mặt trống phanh để thực hiện quá trình phanh, giữa cam ép 11

và guốc 7 có lắp con lăn 12 nhằm giảm ma sát và tăng hiệu quả phanh, bốn lò xohồi vị 8 trả guốc phanh về vị trí nhả phanh

e Cơ cấu phanh tự cường hoá: Sơ đồ cấu tạo (Hình 1.6)

Đặc điểm: khi phanh bánh xe thì guốc phanh thứ nhất sẽ tăng cường lực tácdụng lên guốc phanh thứ hai Có hai loại cơ cấu phanh tự cường hóa:

Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng đơn có hai đầu của hai guốc phanh được

liên kết với nhau qua hai mặt tựa di trượt của một cơ cấu điều chỉnh di động Hai

Hình 1.6 cơ cấu phanh tự cường hóa Hình 1.5 : Cấu tạo cơ cấu phanh dạng cam

đầu còn lại của hai guốc phanh thì một được tựa vào mặt tựa di trượt trên vỏ xi lanhbánh xe còn một thì tựa vào mặt tựa di trượt của piston xi lanh bánh xe Cơ cấu điềuchỉnh dùng để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh của cả hai guốcphanh Cơ cấu phanh loại này thường được bố trí ở các bánh xe trước của ôtô du

lịch và ôtô tải nhỏ đến trung bình

Cơ cấu phanh tự cường hóa tác dụng kép có hai đầu của hai guốc phanh được

tựa trên hai mặt tựa di trượt của hai pittông trong một xi lanh bánh xe Cơ cấuphanh loại này được sử dụng ở các bánh xe sau của ôtô du lịch và ôtô tải nhỏ đếntrung bình

Tóm lại: Qua phân tích kết cấu phanh loại guốc, chúng ta thấy rằng tuỳ theo sự

bố trí các guốc phanh và điểm tựa sẽ được hiệu quả phanh (mômen phanh) khácnhau, mặc dù kích thước guốc phanh như nhau Hiện nay có xu hướng sử dụngphanh guốc loại bình thường với các điểm tựa ở một phía Và nếu cần thiết thì làmthêm bộ phận cường hoá ở truyền động phanh

1.2.1.2 Cơ cấu phanh đĩa:

Phanh đĩa được dùng phổ biến trên ô tô con có vận tốc cao, đặc biệt hay gặp ởcầu trước Ngày nay phanh đĩa được dùng nhiều cho cả cơ cấu cầu trước và cầu sau

xe vì có các ưu điểm chính sau:

Cơ cấu phanh đĩa cho phép mômen phanh (ma sát) ổn định khi hệ số ma sátthay đổi, hơn cơ cấu phanh kiểu tang trống Điều này giúp cho bánh xe bị phanhlàm việc ổn định, nhất là ở nhiệt độ cao

Khối lượng các chi tiết nhỏ, kết cấu gọn, nên tổng khối lượng chi tiết khôngtreo nhỏ, nâng cao tính êm dịu và sự bám đường của bánh xe

Khả năng thoát nhiệt ra môi trường dễ dàng

Dễ dàng trong công việc sửa chữa và thay thế tấm ma sát

Công nghệ chế tạo gặp ít khó khăn, có nhiều khả năng giảm giá thành trongsản xuất

Dễ dàng bố trí cơ cấu tự động điều chỉnh khe hở của má phanh và đĩa phanh.Tuy nhiên phanh đĩa khó có thể tránh bụi bẩn và đất cát vì đĩa phanh khôngđược che kín hoàn toàn Bởi vậy ở các xe có khả năng việt dã không cao khôngdùng cơ cấu này

Hiện nay có hai loại phanh đĩa :

Phanh đĩa có giá xy lanh cố định( hình 1.8 a)

Phanh đĩa có giá xy lanh di động(hình 1.8 b)

Phanh đĩa có giá đặt xy lanh cố định gồm hai xylanh công tác đặt hai bên đĩaphanh Số lượng xy lanh công tác có thể là hai, bốn đặt đối xứng nhau, hoặc baxylanh với hai xylanh nhỏ một bên còn một bên kia là xy lanh lớn.(hình 1.8 a)Phanh đĩa có giá đặt xy lanh di động bố trí một xy lanh Giá xy lanh được dichuyển trên các trục nhỏ dẫn hướng Khi phanh xy lanh đẩy piston và má phanh vào

a) loại giá đỡ cố định b) loại giá đỡ di động

Hình 1.8: Kết cấu của cơ cấu phanh đĩa

má của đĩa phanh, sau đó đẩy giá đặt xy lanh trượt trên trục dẫn hướng để ép nốt máphanh bên kia vào đĩa phanh (hình 1.8 b) Loại có kết cấu các tấm má phanh tự lựađược điều khiển bằng một xy lanh lực đặt trên giá quay cũng thuộc vào loại này Ởđây các tấm má phanh có thể quay tự lựa trong giá đỡ của xy lanh quay

Ngày nay ở trên xe dùng chủ yếu phanh đĩa có giá di động vì:

Chất lỏng chỉ đưa vào một xy lanh, bởi vậy tăng diện tích cho không khí luồnvào làm mát đĩa phanh và má phanh tránh hiện tượng “sôi” dầu phanh khi phanhliên tục

Ở đây cơ cấu phanh có thể nằm sát ra phía vành bánh xe, dành không gian bốtrí các chi tiết để tạo nên đường tâm trụ đứng “ giả tưởng” với bán kính bằng khônghoặc bằng âm

Kết cấu đơn giản hơn, tạo điều kiện hạ giá thành của cụm chi tiết cơ cấu phanh

Nguyên lý làm việc: Khi phanh người lái tác dụng lực vào bàn đạp 1 qua thanh

đẩy pittông nằm trong xilanh Do đó dầu bị ép và sinh ra áp suất cao trong xilanh 2

và trong đường ống dẫn 3 Chất lỏng với áp suất cao sẽ tác dụng lên bề mặt của cácpittông ở các xilanh 4 Hai pittông này thắng lực lò xo 6 sẽ đẩy hai má phanh 5 épsát vào trống phanh 7 và tiến hành phanh ôtô vì trống phanh 7 gắn liền với moayơbánh xe khi nhả bàn đạp nghĩa là ngừng phanh, lò xo 6 sẽ kéo hai má phanh 5 về vịtrí ban đầu dưới tác dụng của lò xo 6 các pittông trong xilanh làm việc 4 sẽ ép dầutrở lại xilanh chính 2

1-Bàn đạp phanh; 2-Xilanh phanh chính; 3-Đường dẫn

dầu; 4- Xi lanh bánh xe; 5-Má phanh; 6- Lò xo;

7-Guốc phanh

Hình 1.9 Sơ đồ dẫn động phanh bằng dầu

b Dẫn động bằng thuỷ lực hai dòng

Kết cấu dẫn động phanh phụ thuộc vào các dạng sơ đồ bố trí dẫn động phanh.Trong đó dang a và b là dạng dẫn độc lập các cơ cấu phanh bánh xe chỉ được dẫnmột đường độc lập Các dạng sau là hỗn hợp, trong đó có một số hoặc toàn bộ đượcdẫn bằng hai đường dầu từ các dòng khác nhau vào

Việc dẫn động phanh hai dòng đòi hỏi xy lanh chính phải có hai ngăn, làm việc độclập, được điều khiển bằng một cần piston liên hệ với bàn đạp phanh Các ngăn của xylanh chính trong sơ đồ dẫn động các xy lanh bánh xe theo sơ đồ (hình 1.11)

Hình 1.10 Sơ đồ dẫn động phanh hai dòng

Hình 1.11 : Các sơ đồ dẫn động phanh bằng thuỷ lực hai dòng

1- Xi lanh chính ; 2- Đường ống dẫn dầu có áp suất ; 3- Bánh xe.

Ở sơ đồ a: một dòng dẫn động hai bánh xe cầu trước, một dòng dẫn động haibánh xe cầu sau Ở sơ đồ b dẫn động chéo : Một dòng cho một bánh xe trước và mộtbánh xe sau và dòng còn lại cho các bánh xe chéo

Ở sơ đồ c: Dẫn động hỗn hợp bao gồm một dòng cho tất cả các bánh xe, còndòng thứ hai chỉ cho các bánh xe trước

Ở sơ đồ d : Một dòng dẫn động ba bánh xe, hai bánh trước và một bánh sau

Ở sơ đồ e : Dẫn động hỗn hợp hai dòng song song cho cả bốn bánh xe

Ở sơ đồ kiểu TT nếu hư hỏng dòng phanh cầu trước, có thể xảy ra quay vòngthừa trên đường vòng, nếu hư hỏng dòng phanh cầu sau có thể dẫn tới mất tính dẫnhướng của xe khi phanh gấp Ở sơ đồ T khi có sự cố một dòng có thể dẫn tới hiệntượng tự quay xe khi đi thẳng, hiên tượng này được khắc phục đáng kể nếu bán kínhquay bánh xe quanh trục trụ đứng là âm với các ưu nhược điểm ở trên

1.2.2.2 Về phương thức điều chỉnh lực phanh

Quá trình phanh xe đều dẫn đến hiện tượng tăng tải trọng tác dụng lên cầutrước, giảm tải trọng cầu sau Sự phân bố lực phanh cần thiết phải đảm bảo mốiquan hệ giữa lực phanh sinh ra ở cơ cấu phanh và lực thẳng đứng tác dụng lên cácbánh xe Thực hiện được yêu cầu này sẽ nâng cao được hiệu quả phanh, giảm màimòn lốp, tăng khả năng điều khiển xe và nâng cao an toàn chuyển động Bộ điềuhòa lực phanh là một trong các kết cấu bố trí trên xe nhằm thực hiện mục đích này

a Bộ điều hoà lực phanh bằng van hạn chế áp suất:

1 2

F

Nguyên lý hoạt động:

Trạng thái không điều chỉnh, nhờ lực F (tuỳ thuộc vào trọng lượng tác dụng,thông qua hệ đàn hồi) piston luôn được đẩy mở ra Lực đàn hồi này phụ thuộc vàokhoảng cách giữa cầu xe và sàn xe (có nghĩa là phụ thuộc vào trọng lượng tácdụng) Khi áp suất tăng đến một giá trị nhất định làm cho piston dịch chuyển sangtrái (do diện tích hai mặt của piston khác nhau) tì lên phớt, đóng kín đường dầu dẫnđến bánh sau Do vậy p2 không tăng trong khi p1 vẫn tiếp tục tăng nên bánh xe saukhông bị bó cứng

Khi áp suất ở xi lanh phanh chính (p1) càng tăng thì van càng đóng chặt, vì vậy

họ đường đặc tính làm việc của van giảm áp là những đường nằm ngang song songvới trục p1

b Bộ điều hoà theo hai thông số:

5 Thân bộ điều hoà

p1, p2 : áp suất dầu ở xilanh

chính và xilanh bánh xe sau

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 suấtdầu tác dụng lên đầu dưới của piston) nên piston tiếp xúc với phớt ngăn không chodầu ra bánh sau do đó p2 được hạn chế Sau đó, nếu tiếp tục đạp phanh, áp suất dầuvào p1 tăng làm cân bằng trên bị phá vỡ khi đó piston mở ra và p2 lại tăng lên chođến khi đạt được sự cân bằng mới

Quá trình van đóng mở được lặp đi lặp lại như vậy, ứng với các áp suất dầuthay đổi

c Bộ điều hoà theo gia tốc (DSPV):

Nguyên lý làm việc: Các piston điều chỉnh 2, 3 nối với nhau bởi đòn trung gian 5,

đòn này tựa lên con trượt 6 Vị trí của con trượt xê dịch tuỳ thuộc vào tải trọng xe.Khi xe ở trạng thái tĩnh con trượt luôn ở trạng thái xác định Khi tải trọng tănglên độ võng f sẽ giảm đi con trượt sẽ dịch chuyển sang phải, Lx tăng lên và khi giảmtải trọng thì ngược lại Ở phần trên của piston 3 có lắp van cắt 1, van này sẽ đóngkín đường dầu đến các xi lanh làm việc ở các bánh xe sau Khi không phanh van 1luôn ở trạng thái mở

Khi người lái đạp phanh tại xi lanh chính sẽ có áp suất p, áp suất này sẽ tácđộng lên hai piston 2, 3 Hai piston này có đường kính phải chọn thích hợp, ứng vớimột tải trọng nhất định piston 3 phải xuống trước để đóng van 1 lại, làm giới hạn sựtăng áp suất vào các xi lanh ở các bánh xe sau Sự phối hợp của hai lò xo Lx1, Lx2 vàhai 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 trịnhất định, áp suất chất lỏng chỉ tác động lên piston 2 (vì van 1 đã đóng) Áp lực nàythông qua piston, đòn trung gian, thắng lực lò xo Lx2 tác dụng lên piston 3 di chuyểnlên trên làm cho van 1 mở ra Do đó áp suất chất lỏng ở bánh xe sau tăng lên nhưngtăng chậm hơn so với ở xi lanh chính Sự tăng chậm hơn này làm cho các bánh xesau không bị trượt lê khi các bánh xe trươc đã dừng lại.

1.3 Hệ thống ABS

1.3.1 Cơ sở lý thuyết

Trên ôtô có trang bị hệ thống phanh nhằm mục đích giảm vận tốc hoặc dừnghẳn xe khi cần thiết Lúc đó người lái giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào động cơ,đồng thời đạp phanh để hãm xe lại Nhờ hệ thống phanh người lái có thể nâng caovận tốc chuyển động trung bình của ôtô mà vẫn đảm bảo an toàn khi chuyển động

Do vận tốc chuyển động của xe ngày càng cao nên việc đi sâu nghiên cứu hoànthiện sự làm việc của hệ thống phanh nhằm tăng tính hiệu quả khi phanh là cấpthiết Như ta đã biết, khi người lái xe tác dụng lực vào bàn đạp phanh thì ở cơ cấuphanh sẽ tạo ra mômen ma sát giữa má phanh với tang trống hay đĩa phanh và đượcgọi là mômen phanh Mp nhằm hãm bánh xe lại, lúc đó tại vị trí bánh xe tiếp xúc với

4 3

mặt đường xuất hiện phản lực tiếp tuyến Pp ngược chiều với chuyển động của xe.Phản lực này được gọi là lực phanh và xác định theo biểu thức:

Pp= Mp

Trong đó:

Mp - Mômen phanh tác dụng lên bánh xe

Pp - Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường

rb - Bán kính làm việc của bánh xe Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi lực bám của bánh xe với mặt đường P tứcphụ thuộc vào điều kiện bám giữa bánh xe với mặt đường và phản lực pháp tuyếngiữa bánh xe với mặt đường và được thể hiện qua biểu thức:

Ppmax = P = Zb. (5-2)Trong đó:

Ppmax – Lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xevới mặt đường

P - Lực bám giữa bánh xe với mặt đường

sẽ chuyển động theo lực quán tính hoặc độ nghiêng của mặt đường, còn nếu cácbánh xe sau bị trượt lê thì xe sẽ bị trượt ngang theo về bên trái hoặc bên phải theo

độ nghiêng của mặt đường và xe sẽ có xu hướng quay ngoắt vòng tròn khi lực quántính đẩy trọng tâm về phía trước và tâm quay là bánh xe trước có hệ số bám lớn

Nếu tất cả các bánh xe bị trượt lê thì xe sẽ mất hoàn toàn tính ổn định Khi đó xe sẽ

bị văng theo lực quán tính hoặc do độ nghiêng của mặt đường

Hệ số bám này được xác định bằng thực nghiệm bánh xe đang chuyển động

bị hãm cứng hoàn toàn, nghĩa là bánh xe bị trượt lê 100%

Trên thực tế, hệ số bám của bánh xe ôtô với mặt đường ngoài việc phụ thuộcvào loại đường và tình trạng mặt đường mà còn phụ thuộc khá nhiều bởi độ trượtcủa bánh xe tương đối với mặt đường trong quá trình phanh

Trên hình (5-1) chỉ ra mối quan hệ giữa hệ số bám dọc x và hệ số bámngang y của bánh xe với mặt đường theo độ trượt ngang tương đối  giữa bánh xe

Hình 1.15: Sự thay đổi hệ số bám dọc  x và hệ số bám ngang  y theo

độ trượt tương đối  của bánh xe với mặt đường khi phanh

Từ hình 5.1 ta thấy rằng hệ số bám dọc có giá trị cực đại xmax ở giá trị độtrượt tối ưu o Thực nghiệm chứng tỏ thấy rằng giá trị o thường nằm trong giớihạn 15  30% Ở giá trị độ trượt tối ưu không những đảm bảo hệ số bám dọc có giá

trị cực đại mà hệ số bám ngang cũng có giá trị khá cao Như vậy nếu giữ cho quátrình phanh xảy ra ở độ trượt của bánh xe là o thì sẽ đạt được lực phanh cực đạiPpmax = xmax.Zb nghĩa là hiệu quả phanh sẽ cao nhất và đảm bảo tính ổn định và tínhdẫn hướng khi phanh Giải pháp tiên tiến nhất hiện nay để đảm bảo mối quan hệ trênkhi phanh là hệ thống phanh có sự trợ giúp của hệ thống chống bó cứng bánh xe

(ABS) Như vậy chức năng cơ bản của hệ thống phanh có trang bị ABS là giữ cho

các bánh xe trong quá trình phanh ở độ trượt thay đổi trong một giới hạn hẹp quanh giá trị o, do đó đảm bảo hiệu quả phanh cao nhất đồng thời đảm bảo tính ổn địnhhướng và tính dẫn hướng khi phanh đặc biệt ở tốc độ cao và trên đường có hệ số bámthấp Để giữ cho các bánh xe làm việc ở vùng độ trượt quanh giá trị o trong giới hạnhẹp và không dẫn tới hiện tượng hãm cứng bánh xe khi phanh thì phải điều chỉnh ápsuất môi chất (dầu hoặc khí) dẫn đến các cơ cấu phanh vì vậy hệ thống ABS điềukhiển chống bó cứng các bánh xe trên cơ sở điều khiển áp suất môi chất dẫn động đếncác bánh xe, đó cũng chính là chức năng cơ bản của hệ thống ABS

Sự khác nhau về tỷ lệ giữa tốc độ của xe và tốc độ của các bánh xe được gọi là

“hệ số trượt” Khi sự chênh lệch giữa tốc độ của xe và tốc độ của các bánh xe trở nên quálớn, sự quay trượt sẽ xảy ra giữa các lốp và mặt đường Điều này cũng tạo nên ma sát vàcuối cùng có thể tác động như một lực phanh và làm chậm tốc độ của xe

Hình 1.16: Đặc tính trượt tương ứng với các loại đường khác nhau

Mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt có thể hiểu rõ hơn qua đồ thị ởtrên Lực phanh không tỷ lệ với hệ số trượt, và đạt được cực đại khi hệ số trượt nằmtrong khoảng 10-30% Vượt quá 30%, lực phanh sẽ giảm dần Do đó, để duy trìmức tối đa của lực phanh cần phải duy trì hệ số trượt trong giới hạn 10-30% ở mọithời điểm.

Các cơ cấu chống hãm cứng bánh xe hiện nay thường được sử dụng nguyên

lý điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo gia tốc chậm dần của bánh xe đượcphanh

Hình 1.17: Sự thay đổi mô men phanh (a), áp suất dẫn động phanh (b),

gia tốc bánh xe (c)

Trên (hình 1.17) trình bày đồ thị chỉ sự thay đổi của một số thông số của cơ

cấu phanh và chuyển động của bánh xe khi có trang bị cơ cấu ABS Khi tác độnglên bàn đạp phanh thì áp suất dẫn động tăng lên, nghĩa là mô men phanh Mp tănglên làm tăng giá trị gia tốc chậm dần của bánh xe và làm tăng độ trượt của nó Sau

khi vượt qua điểm cực đại trên đường cong φ x = f(λ)) thì gia tốc chậm dần của bánh

xe bắt đầu tăng đột ngột Điều này báo hiệu bánh xe có xu hướng bị hãm cứng Giai

đoạn này của quá trình phanh có ABS sẽ ứng với các đường cong (0-1) trên (hình

1.17 a, b, c) Giai đoạn này gọi là pha I (pha bắt đầu phanh hay pha tăng áp suất

a) b) c)

dần và tại điểm 2 gia tốc tiến dần đến giá tri 0 Giá trị gia tốc lúc này tương ứng vớiđoạn C2 trên hình c Sau khi đạt giá trị này, bộ điều khiển ra lệnh cho bộ chấp hành

ổn định áp suất trong dẫn động Lúc này bánh xe sẽ tăng tốc trong chuyển độngtương đối và vận tốc của bánh xe tiến gần đến vận tốc của ô tô, nghĩa là độ trượt sẽ

giảm và như vậy hệ số bám dọc φ x tăng lên (đoạn 2-3) Giai đoạn này gọi là pha III (pha giữ áp suất ổn định )

Bởi vì mô men phanh trong thời gian này được giữ cố định cho nên gia tốcchậm dần cực đại của bánh xe trong chuyển động tương đối sẽ phát sinh tương ứngvới lúc hệ số bám dọc đạt giá tri cực đại Gia tốc cực đại này được chọn làm thờiđiểm phát lệnh và tương ứng với đoạn trên (hình c) Lúc này bộ điều khiển ghi lạigiá trị của gia tốc này và gia lệnh cho bộ chấp hành tăng áp suất dẫn động phanh

Như vậy sau điểm 3 lại bắt đầu pha I của chu kỳ làm việc tiếp theo của cơcấu ABS Từ lập luận trên thấy rằng cơ cấu ABS điều khiển momen phanh thay đổitheo chu kỳ khép kín 1-2-3-1 (hình a ), lúc đó bánh xe làm việc ở vùng có hệ sốbám dọc cực đại φxmax và hệ số bám ngang φy cũng có giá trị cao

Hình 1.18: Sự thay đổi tốc độ góc ω b của bánh xe,

vận tốc v, độ trượt λ theo thời gian t

Trên hình 1.18 trình bày đồ thị sự thay đổi tốc độ góc ωb của bánh xe, tốc độ

ô tô và độ trượt bánh xe theo thời gian khi phanh trên xe có trang bị cơ cấu ABS Từ

đồ thị ta thấy rằng trong quá trình phanh có cơ cấu chống hãm cứng bánh xe, vậntốc góc của bánh xe thay đổi theo chu kỳ, còn độ trượt λ dao đông trong một giớihạn hẹp quanh giá trị độ trượt tối ưu λ o

1.3.2 Nguyên lý cấu tạo, hoạt động của hệ thống phanh có trang bị ABS

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS trong dẫn động thuỷ lực trênôtô được thể hiện trên hình 1.19

Hình 1.19: Sơ đồ cấu tạo hệ thống ABS dẫn động thủy lực trên ô tô

1.3.2.1 Cấu tạo

Hệ thống phanh ABS có các bộ phận chính sau đây:

ECU điều khiển trượt: Bộ phận này xác định mức trượt giữa bánh xe và mặt

đường dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến và điều khiển bộ chấp hành của phanh.Gần đây, một số kiểu xe có ECU điều khiển trượt lắp trong bộ chấp hành củaphanh

Bộ chấp hành của phanh: Bộ chấp hành của phanh điều khiển áp suất thuỷ

lực của các xilanh ở bánh xe bằng tín hiệu ra của ECU điều khiển trượt

Cảm biến tốc độ: Cảm biến tốc độ phát hiện tốc độ của từng bánh xe và

truyền tín hiệu đến ECU điều khiển trượt

Ngoài ra, trên táp lô điều khiển còn có:

- Đèn báo táp-lô

- Công tắc đèn phanh

- Cảm biến giảm tốc

1.3.2.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống ABS

Cảm biến tốc độ ở mỗi bánh xe sẽ truyền thông tin về tốc độ góc của bánh

xe tương ứng về hộp điều khiển phanh ABS (ECU ABS), ECU căn cứ vào thông tinđược truyền từ các cảm biến bánh xe sẽ xác định được tình trạng của các bánh xebằng một trương trình đã được lập trình và cài đặt trong hộp ABS ECU Khi ABSECU nhận thấy cần phải can thiệp (bánh xe đang có hiện tượng bị trượt lết ) thìABS ECU sẽ đưa ra tín hiệu để điều khiển bộ chấp hành là các van điện đóng, mởhoặc chế độ giữ để cung cấp áp suất dầu tối ưu cho mỗi xi lanh phanh bánh xe đểđảm bảo hiệu quả phanh là tốt nhất

Khi có sự tác động của ABS, bộ chấp hành hoạt động theo 3 chế độ khácnhau:

- Chế độ giảm áp:

ECU đặt van điện ở chế độ giảm áp theo mức độ giảm tốc của bánh xe, vìvậy giảm áp suất dầu trong xy lanh của mỗi xi lanh phanh bánh xe Sau khi áp suấtgiảm, ECU chuyển van điện sang chế độ "giữ " để theo dõi về sự thay đổi

về tốc độ của bánh xe Nếu ECU thấy rằng áp suất dầu cần giảm hơn nữa nó sẽ lạigiảm áp suất dầu

- Chế độ giữ và tăng áp:

Khi áp suất dầu bên trong xilanh bánh xe giảm (Sau chế độ giảm áp) Nó chophép bánh xe gần bị bó cứng lại tăng tốc độ Tuy nhiên, nếu áp suất dầu giảm lựcphanh tác dụng bánh xe sẽ giảm nhiều Để tránh hiện tượng này ECU liên tục đặtvan điện ở các chế độ "Tăng áp " và chế độ "Giữ "

Khi áp suất dầu trong xi lanh bánh xe tăng từ từ bởi ECU (Sau chế độ giữ vàtăng áp) bánh xe có xu hướng lại bị bó cứng Vì vậy, ECU lại chuyển các van điệnđến chế độ "Giảm áp " để giảm áp suất dầu bên trong xi lanh bánh xe

Chu kỳ của các giai đoạn diễn ra rất nhanh, có thể lên đến 5 đến 15 lần trongmột giây

1.3.3 Cấu tạo các bộ phận chủ yếu của hệ thống ABS

1.3.3.1 Cảm biến tốc độ bánh xe

- Nhiệm vụ: Cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ cơ bản là biến chuyểnđộng quay của bánh xe tương ứng thành tín hiệu điện áp xoay chiều có tần số tỉ lệthuận với tốc độ quay của bánh xe

- Cấu tạo: Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châmvĩnh cửu để từ hoá cuộn dây, cuộn dây dùng để phát dòng điện xoay chiều và mộtlõi từ Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rôto cảm biến cũng như số lượng cảm biếnthay đổi theo kiểu xe

Hình vẽ dưới đây chỉ ra vị trí của cảm biến và rô to cảm biến Rôto cảm biến

là một đĩa mép ngoài có răng và các răng cách đều nhau Đĩa được lắp chặt vớimoay ơ bánh xe do vậy nó sẽ quay cùng với moay ơ bánh xe

Hình 1.20: Cảm biến tốc độ bánh xe

- Hoạt động: Vành ngoài của rô to có các răng cách đều nhau nên khi rô to

quay sẽ làm thay đổi khe hở không khí thay đổi theo vị trí của răng rô to tương đối

so với cuộn dây nhận tín hiệu làm cho mật độ từ thông qua cuộn dây thay đổi, mật

độ từ thông thay đổi này sinh ra điện áp xoay chiều trong cuộn dây Điện áp xoaychiều này có tần số tỉ lệ thuận với tốc độ quay của rô to có nghĩa tỉ lệ thuận với tốc

độ quay của bánh xe và như vây tín hiệu điện áp này báo cho ABS ECU biết tốc độcủa bánh xe

1.3.3.2 Cảm biến giảm tốc (chỉ được trang bị ở một vài kiểu xe)

- Nhiệm vụ: Cảm biến giảm tốc có nhiệm vụ cho phép ABS ECU đo trựctiếp sự giảm tốc của xe trong quá trình phanh Vì vậy cho phép nó biết rõ hơn trạngthái của mặt đường Kết quả là mức độ chính xác khi phanh được cải thiện để tránhcho các bánh xe không bị bó cứng Cảm biến giảm tốc còn được gọi là " cảm biếnG" Cảm biến giảm tốc được sử dụng nhiều ở kiểu xe 4WD do tốc độ của bánh xekhông thay đổi đồng thời với sự giảm tốc độ của xe vì trong trường hợp xe 4WD,nếu một trong các bánh xe bị hãm cứng trên mặt đường có hệ số ma sát cỡ cực thấpthì bánh bị hãm cứng cũng làm các bánh khác bị hãm cứng theo Hiện tượng nàyxảy ra bởi vì tất cả các bánh xe được nối với hệ thống truyền lực nên tốc độ của cácbánh xe ảnh hưởng lẫn nhau

- Cấu tạo: Cảm biến giảm tốc bao gồm 2 cặp đèn LED (diod phát quang) và

2 phototransistor (diod cảm quang), một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín hiệu

Hình 1.21: Cảm biến giảm tốc

- Hoạt động: Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rãnh lắc theo chiềudọc xe thường ứng với mức độ giảm độ của xe Các rãnh trên đĩa cắt ánh sáng từđèn LED đến phototransistor làm phototransistor thay đổi trạng thái đóng, mở.Người ta sử dụng 2 cặp đèn LED và phototransistor Tổ hợp tạo bởi 2 cặp đèn LED

và phototransistor chia mức độ giảm tốc thành 4 khoảng và gửi tín hiệu về ABS

ECU ABS ECU dùng những tín hiệu này để xác định chính xác tình trạng mặtđường và thực hiện các biện pháp điều khiển thích hợp.

Trên một vài kiểu xe gia tốc ngang cũng được đo nhằm xác định xem xe cóphải đang quay vòng hay không, vì trong quá trình quay vòng, các bánh xe phíatrong có xu hướng bị nhấc lên khỏi mặt đất do lực ly tâm như vậy phản lực pháptuyến giữa mặt đường tác dụng lên bánh xe nhỏ là cho các bánh xe phía trong có xuhướng bị bó cứng dễ dàng hơn trong khi các bánh phía ngoài lại bị tì mạnh xuốngmặt đường làm tăng phản lực giữa mặt đường tác dụng lên bánh xe như vậy cácbánh xe phía ngoài khó bị bó cứng hơn Vì vậy sau khi xác định xem có phải xeđang quay vòng hay không, áp suất dầu đến các bánh phía ngoài được tăng lên caohơn bánh phía trong để tăng hiệu quả phanh Để đo gia tốc ngang thì một cảm biếnkiểu phototransistor được dùng nhưng được gắn theo trục ngang của xe, ngoài racũng có thể dùng một cảm biến kiểu bán dẫn để do gia tốc dọc và ngang

1.3.3.3 Hộp điều khiển điện tử (ECU)

a Chức năng của hộp điều khiển điện tử (ECU)

Nhận biết thông tin về tốc độ góc của các bánh xe, từ đó tính toán ra tốc độbánh xe và sự tăng giảm tốc của nó, xác định tốc độ xe, tốc độ chuẩn của bánh xe vàngưỡng trượt, để nhận biết nguy cơ bị hãm cứng của bánh xe để: Cung cấp tín hiệuđiều khiển đến bộ chấp hành thuỷ lực Thực hiện chế độ kiểm tra, chẩn đoán, lưugiữ mã hư hỏng và chế độ an toàn và gửi thông tin thông qua các đèn tín hiệu là sựnhấp nháy của đèn

Hình 1.22 : Các chức năng điều khiển của ECU

b Cấu tạo

Cấu tạo của ECU là một tổ hợp các vi xử lý, được chia thành 4 cụm chính và nhậncác vai trò khác nhau hình 1.22 - Phần xử lý tín hiệu - Phần logic điều khiẻn - Bộphận an toàn - Bộ chẩn đoán và lưu giữ mã lỗi

Phần xử lý tín hiệu Trong phần này các tín hiệu được cung cấp đến bởi các

cảm biến tốc độ bánh xe sẽ được biến đổi thành dạng thích hợp để sử dụng cho phầnlogic điều khiển Để ngăn ngừa sự trục trặc khi đo tốc độ bánh xe, sự giảm tốc của

xe, … có thể phát sinh trong quá trình thiết kế và vận hành của xe thì các tín hiệuvào được lọc trước khi sử dụng Các tín hiệu được xử lý xong được chuyển quaphần logic điều khiển

Phần lôgic điều khiển Dựa trên các tín hiệu vào, phần logic tính toán để xác

định các thông số cơ bản như gia tốc của bánh xe, tốc độ chuẩn, ngưỡng trượt, giatốc ngang Các tín hiệu từ phần lôgic điều khiển các van điện từ trong bộ chấp hànhthuỷ lực, làm thay đổi áp suất dầu cung cấp đến các cơ cấu phanh theo các chế độtăng, giữ và giảm áp suất

Bộ phận an toàn Một mạch an toàn ghi nhận những trục trặc của các tín

hiệu trong cơ cấu cũng như bên ngoài có liên quan Nó cũng can thiệp liên tục vàotrong quá trình điều khiển của cơ cấu Khi có một lỗi bị phát hiện thì cơ cấu ABSđược ngắt và được báo cáo cho người lái thông qua đèn báo ABS được bật sáng.Mạch an toàn liên tục giám sát điện áp bình ắc quy Nếu điện áp nhỏ dưới mức quyđịnh thì cơ cấu ABS được ngắt cho đến khi điện áp đạt trở lại trong phạm vi quiđịnh, lúc đó cơ cấu lại đặt trong tình trạng sẵn sàng hoạt động Mạch an toàn cũngkết hợp một chu trình kiểm tra

Bộ chuẩn đoán và lưu giữ mã lỗi Để giúp cho việc kiểm tra và sửa chữa

được nhanh chóng và chính xác, ECU sẽ tiến hành kiểm tra ban đầu và trong quátrình xe chạy sẽ ghi và lưu lại các lỗi hư hỏng trong bộ nhớ dưới dạng các mã lỗi hưhỏng, nhưng cũng có những mã lỗi không thể tự xoá được kể cả khi tháo cả cựcbình ắc quy Trong trường hợp này, sau khi sửa chữa xong phải tiến hành xoá mãlỗi hư hỏng theo qui định của nhà chế tạo

1.3.3.4 Bộ chấp hành thủy lực

a Nhiệm vụ:

Bộ chấp hành ABS có nhiệm vụ cấp hay ngắt áp suất dầu từ xi lanh phanh chínhđến mỗi xi lanh bánh xe hoặc giảm áp suất trong xi lanh phanh bánh xe theo tínhiệu từ ABS ECU để điều khiển mô men phanh bánh xe

b Cấu tạo

Cấu tạo của một bộ chấp hành thuỷ lực gồm có các bộ phận chính sau: các van điện

từ, motor điện dẫn động bơm dầu, bơm dầu và bình tích áp, rơ le bơm, rơ le vanđiện từ

Van điện từ Van địên từ trong bộ chấp hành có hai loại là loại 2 vị trí và

loại 3 vị trí Cấu tạo chung của một van điện từ gồm một cuộn dây điện, lõi van, cáccửa van và van một chiều Van điện từ có chức năng đóng mở các cửa van theo sựđiều khiển của ECU để điều chỉnh áp suất dầu đến các xylanh bánh xe

Motor điện và bơm dầu Một bơm dầu kiểu piston được dẫn động bởi một

motor điện có chức năng đưa ngược dầu từ bình tích áp về xylanh chính trong cácchế độ giảm và giữ áp Bơm được chia ra làm hai buồng làm việc độc lập thông quahai piston trái và phải được điều khiển bằng cam lệch tâm, các van một chiều chỉcho dòng dầu đi từ bơm về xylanh chính

Bình tích áp Bình tích áp chứa dầu hồi về từ xylanh phanh bánh xe, nhất

thời làm giảm áp suất dầu ở xylanh phanh bánh xe

Mạch thuỷ lực trong ABS của các xe FF được chia thành hệ thống của bánhtrước bên phải và bánh sau bên trái và hệ thống của bánh trước bên trái và bánh saubên phải như ở sơ đồ dưới đây Sau đây tôi chỉ xin đưa ra hoạt động của một hệthống trong các hệ thống này, vì các hệ thống khác cũng hoạt động như vậy

Hình 1.24: Sơ đồ mạch thủy lực trong ABS trên các xe FF

- Hoạt động:

+ Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động)

ABS không hoạt động trong quá trình phanh bình thường và ABS ECUkhông gửi dòng điện đến cuộn dây của van Do đó van 3 vị trí bị đẩy xuống dưới tácdụng của lò xo hồi vị và cửa "a" vẫn mở trong khi cửa "b" vẫn đóng

Trong khi phanh bình thường, tín hiệu điều khiển từ ECU điều khiển trượtkhông được đưa vào Vì vậy các van điện từ giữ và giảm ngắt, cửa (a) ở bên van

điện từ giữ áp suất mở còn cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp suất đóng Khi đạpbàn đạp phanh, dầu từ xilanh chính chảy qua cửa (a) ở phía van điện từ giữ và đượctruyền trực tiếp tới xilanh ở bánh xe Lúc này hoạt động của van một chiều (2) ngăncản dầu phanh truyền đến phía bơm.

Hình 1.25: Sơ đồ mạch thủy lực trong ABS khi phanh bình thường

(ABS không hoạt động)

Khi phanh gấp (ABS hoạt động)

Nếu có bất kỳ bánh xe nào gần bị bó cứng khi phanh gấp, bộ chấp hành ABS

sẽ điều khiển áp suất dầu phanh tác dụng lên xi lanh bánh xe đó theo tín hiệu từECU Vì vậy bánh xe không bị bó cứng có 3 chế độ:

Chế độ giảm áp suất: Tín hiệu điều khiển từ ECU điều khiển trượt đóng

mạch các van điện từ giữ và giảm áp suất bằng cách đóng cửa (a) ở phía van điện từgiữ áp suất, và mở cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp suất Việc này làm cho dầuphanh chảy qua cửa (b) đến bình chứa để giảm áp suất thuỷ lực trong xilanh ở bánh

xe Lúc đó, cửa (e) đóng lại do dầu chảy xuống bình chứa Bơm tiếp tục chạy trongkhi ABS đang hoạt động, vì vậy dầu phanh chảy vào bình chứa được bơm hút trở vềxilanh chính

Hình 1.26: Sơ đồ mạch thủy lực trong ABS

khi ABS hoạt động ở chế độ giảm

Chế độ giữ: Tín hiệu điều khiển từ ECU điều khiển trượt đóng mạch van

điện từ giữ áp suất và ngắt van điện từ giảm áp suất bằng cách đóng kín cửa (a) vàcửa (b) Điều này ngắt áp suất thuỷ lực ở cả hai phía xilanh chính và bình chứa đểgiữ áp suất thuỷ lực của xilanh ở bánh xe không đổi

Hình 1.27: Sơ đồ mạch thủy lực trong ABS khi ABS hoạt động ở chế độ giảm

Chế độ tăng áp suất: Tín hiệu điều khiển từ ECU điều khiển trượt ngắt các

van điện từ giữ và giảm áp suất bằng cách mở cửa (a) ở phía van điện từ giữ áp suất

và đóng cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp giống như trong khi phanh bình thường

Điều này làm cho áp suất thuỷ lực từ xilanh chính tác động vào xilanh ở bánh xe,làm cho áp suất thuỷ lực của xilanh ở bánh xe tăng lên.

PHẦN 2: LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH PHANH Ô TÔ 2.1 LỰC TÁC DỤNG LÊN Ô TÔ KHI PHANH VÀ PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG LỰC KHI PHANH

Trong trường hợp chung khi ô tô đang chạy trên dốc và tiến hành quá trìnhphanh ta có các lực tác dụng lên ô tô như sau:

Hình 2.1 Các lực tác dụng lên ô tô khi phanh

- G: Trọng lượng ô tô ( trọng lượng này được phân thành hai thành phần là Gsinα và Gcosα );

- Pf1, Pf2: Lực cản lăn của các bánh trước và các bánh sau;

- PP1, PP2: Lực phanh sinh ra ở các bánh trước và các bánh sau;

- Pω: Lực cản của không khí;

- Pj: Lực quán tính sinh ra trong khi phanh, lực này có chiều cùng chiều vớichiều chuyển động của ô tô (vì khi phanh thi gia tốc chậm dần có chiều ngược vớichiều chuyển động của ô tô, mà lực quán tính có chiều ngược với chiều của gia tốc);

- Pi: Lực cản dốc, chính là thành phần của trọng lượng chiếu lên trên mặt đường;

- Pη: Lực cản do ma sát trong hệ thống truyền động;

- Z1, Z2: Phản lực thẳng góc từ mặt đường lên các bánh xe trước và các bánh

Lực cản không khí xác định như sau: Pω = K.F.v2 (2.3)Trong đó: K - Hệ số cản không khí

F - Diện tích chính diện của ô tô

g - Gia tốc trong trường (g= 9,81 m/s2);

t - Thời gian phanh

Hệ số δ được xác định

δ=1+(J d .i h2 i02η) g

G r bx2 (2.5)Trong đó:

- Jd - Mômen quan tính của bánh đà và các chi tiết quay của động cơ;

- Jbx - Mômen quan tính của bánh xe;

- rbx - Bán kính làm việc của bánh xe;

- ih - Tỷ số truyền của hộp số ở số cấp đang gài;

- i0 - Tỷ số truyền của truyền lực chính;

- η - Hiếu suất của hệ thống truyền lực.

Chiếu các lực lên ô tô khi phanh lên bề mặt nghiêng của đường ta có phươngtrình cân bằng lực khi phanh như sau:

Đối với đường loại I và loại II độ dốc i có giá trị i = 0 ¿ 3%

Thực nghiệm đã chứng minh rằng trong quá trình phanh thì lực phanh Ppchiếm 96 ¿ 98% của tổng các lực cản lại chuyển động của ô tô Như vậy lực đểhãm ô tô chủ yếu là lực phanh Pp

2.2 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA QUÁ TRÌNH PHANH

Khi phanh ô tô không dừng ngay tại vị trí bắt đầu phanh mà sẽ dừng cách vịtrí bắt đầu phanh một khoảng cách nào đó Không những thế ô tô còn có thể bị lệchkhỏi hướng chuyển động trước lúc bắt đầu phanh Vì vậy để đánh giá quá trình

phanh cần phải nghiên cứu cả hiệu quả phanh và tính ổn định hướng của ô tô khi

phanh

2.2.1 Hiệu quả phanh

Từ phương trình cân bằng lực tác dụng lên ô tô khi phanh, bỏ qua các lực Pf,

P ω , P η vì chúng rất nhỏ so với tổng lực cản nói chung khi phanh và xét trường

hợp khi phanh trên đường nằm ngang hoặc trên dốc có góc α rất bé (Pi ≈ 0 ) ta có thểviết phương trình như sau: Pj = Pp (2.8)

Thay giá trị Pj từ biểu thức (2.4) và biểu thức (2.1) vào biểu thức (2.8) ta có:

δ G

g .

dv

dt = ϕ G (2.9)

Từ biểu thức (3.9) có thể xác định gia tốc chậm dần cực đại khi phanh Jmax

như sau: Jmax =

dv

dt=

ϕ.g

δ (2.10)

Từ biểu thức (2.10) thấy rằng để tăng gia tốc chậm dần cực đại khi phanh cần

phải giảm hệ số δ Vì vậy khi phanh đột ngột người lái cần cắt ly hợp để tách động cơ ra khỏi hệ thống truyền lực, lúc đó δ sẽ giảm và Jmax sẽ tăng, nghĩa là

hiệu quả phanh sẽ lớn

Trong quá trình ô tô làm việc, thường phanh với gia tôc chậm dần thấp hơn nhiều, phanh đột ngột (phanh ngặt) chỉ xảy ra trong những lúc cần thiết

Từ biểu thức (2.10) ta có thể viết: dt= δ

ϕ g .dv (2.11)

Để xác định thời gian phanh nhỏ nhất cần tích phân dt trong giới hạn từ thờiđiểm ứng với vận tốc phanh ban đầu v1 tới thời điểm ứng với vận tốc phanh v2 ởcuối quá trình phanh

Từ biểu thức (2.13) ta thấy rằng thời gian phanh nhỏ nhất tmin phụ thuộc vào vận

tốc bắt đầu phanh của ô tô, phụ thuộc vào hệ số δ và hệ số bám ϕ , vì vậy

người lái xe nên cắt ly hợp khi phanh

Nhân 2 vế của biểu thức (2.10) với ds (ds - vi phân của quãng đường), ta có:

Trong công thức (2.18) có thành phần hệ số bám ϕ , mà hế số ϕ phụ thuộc vào tải trọng G của ô tô Khi tải trọng tăng lên hệ số bám ϕ sẽ giảm, do đó

quãng đường phanh sẽ tăng Vì vậy quãng đường phanh của xe con, xe tải và xekhách có khác nhau mặc dù phanh ở cùng tốc độ ban đầu như nhau

2.2.2 Tính ổn định hướng khi phanh

Trong thực tế cuối quá trình phanh thì trục ô tô có thể bị lệch đi một góc β sovới hướng chuyển động ban đầu (trục Y) Sở dĩ như vậy là do tổng các lực phanhsinh ra ở các bánh xe bên phải khác với các lực phanh sinh ra ở bánh xe bên trái vàtạo thành mô men quay vòng Mq quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm của ô tô Khi phanh mà ô tô bị quay đi một góc quá mức quy định sẽ ảnh hưởng đến

an toàn chuyển động trên đường Vậy tính ổn định hướng của ô tô khi phanh là khảnăng ô tô giữ được quỹ đạo chuyển động như ý muốn ban đầu của người lái trongquá trình phanh

Tính ổn định hướng của ô tô khi phanh được nghiên cứu trên sơ đồ ở hình 2.3

Hình 2.2: Sự thay đổi quãng đường phanh theo tốc độ ban đầu v 1 và hệ số bám

ϕ

Giả sử ô tô đang chuyển động theo hướng của trục Y, nhưng khi phanh thìtrục dọc ô tô bị lệch một góc β so với hướng của trục Y Trong khi phanh thì ở

các bánh xe bên phải có các lực phanh Pp.ph1 ở trục trước và Pp.ph2 ở trục sau, còn ởcác bánh xe trái có các lực phanh Pp.tr1 ở trục trước và Pp.tr2 ở trục sau

Tổng các lực phanh ở bánh xe bên phải là: Pp.ph=Pp.ph1 + Pp.ph2 (2.19)

Tổng các lực phanh ở bánh xe bên trái là: Pp.tr = Pp.tr1 + Pp.tr2 (2.20)

Giả sử rằng tổng các lực phanh bên phải lớn tổng các lực phanh bên tráiPp.ph>Pp.tr, lúc đó ô tô sẽ quay theo chiều mũi tên chỉ trên hình (hình 2.2) quanh trọngtâm A của ô tô

Mô men quay vòng Mq xác định theo biểu thức:

Do có sự ma sát giữa bánh xe và mặt đường nên khi xuất hiện mô men quayvòng Mq thì ở các bánh xe của trục trước sẽ có phản lực Ry1 tác dụng từ mặt đườngtheo hướng ngang và ở các bánh xe sau sẽ có phản lực Ry2 tác dụng

Phương trình chuyển động của ô tô đối với trọng tâm A được viết dưới dạngsau:

Hình 2.3: Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh mà ô tô bị quay đi một góc β