Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS đến khả nang chuyển động ổn định của ôtô khi phanh

Luận văn, thạc sĩ, tiến sĩ, khóa luận, cao học, đề tài

Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học nông nghiệp hà nội

-
 -

NGUYỄN TRUNG KIấN

Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống

bó cứng bánh xe abs đến khả năng

chuyển động ổn định của ô tô khi phanh

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành : Kỹ thuật máy và thiết bị cơ giới hóa

nông lâm nghiệp Mã số : 60.52.14

Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn ngọc quế

Hà nội - 2010

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này

ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày08 tháng 11 năm 2010

Người cam ñoan

Nguyễn Trung Kiên

Trường ðại học Nụng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật ii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học PGS

TS Nguyễn Ngọc Quế, đ" tận tình hướng dẫn và đóng góp nhiều ý kiến khoa

học trong quá trình nghiên cứu và xây dựng luận văn này

Tôi xin cảm ơn tập thể các thày, cô giáo bộ môn Động lực - khoa Cơ

điện, khoa Sau Đại học, trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, giúp đỡ và tạo

điều kiện thuận lợi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu

Tôi xin cảm ơn tập thể cán bộ, giáo viên trường Đại học công Nghiệp Thành Phố Hồ Chí Minh tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình công tác

Hà Nội, ngày 08 tháng11 năm 2010

Tác giả luận văn

Nguyễn Trung Kiên

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iii

MỤC LỤC Lời cam ựoanẦẦẦ ẦẦẦ i

Lời cảm ơnẦẦẦ ii

Mục lụcẦẦ.ẦẦẦ iii

Danh mục hìnhẦẦẦiv

CHƯƠNG 1 1

1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của ựề tài 1

1.2 Mục ựắch của ựề tài 2

1.3 Nhiệm vụ của ựề tài: 2

1.4 đối tượng nghiên cứu của ựề tài 3

1.5 Nội dung nghiên cứu 3

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHANH ÔTÔ CÓ SỬ DỤNG ABS 4

2.1 Nhiêm vụ quá trình phanh 4

2.2 Sự biến ựổi hệ số bám bánh xe với mặt ựường trong quá trình phanh 5

2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng ựến hệ số bám: 6

2.2.2 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh 8

2.3 đánh giá chất lượng phanh 12

2.3.1 Quãng ựường phanh 12

2.3.2 Gia tốc chậm dần khi phanh 14

2.3.3 Thời gian phanh 15

2.3.4 Lực phanh trên các bánh xe 15

2.4 Tắnh ổn ựịnh hướng ôtô khi phanh 16

2.4.1 Góc lệch ôtô khi phanh 16

2.4.2 Hành lang phanh 17

2.4.3 Hệ số không ựồng ựều lực phanh 18

2.5 Ảnh hưởng dẫn ựộng phanh ựến hiệu quả phanh 18

2.6 Ảnh hưởng tải trọng ô tô ựến quá trình phanh 21

2.7 Cấu trúc hệ thống phanh ABS 23

2.7.1 Cấu trúc hệ thống phanh ABS 24

2.7.1 Phân loại hệ thống ABS theo kiểu ựiều khiển 24

2.7.2 Chu trình ựiều khiển và nguyên lý hoạt ựộng của ABS 26

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật iv

CHƯƠNG3: NGHIÊN CỨU ðỘNG LỰC HỌC PHANH Ô TÔ 30

3.1 ðối tượng nghiên cứu 30

3.2 ðặc trưng kỹ thuật của xe ABS cho xe UAZ- 31512 30

3.2.1 Hệ thống phanh ô tô UAZ- 31512 30

3.2.2 Hệ thống phanh ô tô UAZ- 31512 sau khi cải tiến hệ thống phanh 31

3.3 Xây dựng mô hình toán 33

3.3.1 Các giả thiết 33

3.3.2 Mô hình không gian ô tô khi phanh 34

3.3 3.Tính toán giá trị các thành phần lực và mômen 36

3.3.4 Phương trình vi phân chuyển ñộng 42

3.3.5 Các giả thiết khi khảo sát bài toán: 44

3.3.6 Phương trình cân bằng chuyển ñộng quay bánh xe 46

3.4.1 Xây dưng chương trình tính 48

3.4.2 Các phương án khảo sát 52

3.5 Các kết quả khảo sát ñộng lực học phanh ô tô UAZ- 31512 52

Phương án khảo sát 52

3.5.1.Phanh có ABS và không ABS trên ñường nhựa 52

3.5.2.Phanh có ABS và không ABS trên ñường cát sỏi 56

3.5.3 Phanh có ABS trên ñường khô,bằng phẳng có hệ số bám bằng nhau và lực phanh các bánh là như nhau 58

CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU THỰC NGHỆM 61

4.1 Mục ñích và phương pháp thí nghiệm 61

4.1.1 Mục ñích thí nghiệm 61

4.1.2 Phương pháp thí nghiệm 61

4.2 Các phương án và kết quả thí nghiệm 67

4.2.1 Các phương án thí nghiệm 67

4.2.2 Kết quả thí nghiệm 75

5.1 Kết luận 76

5.2 ðề nghị 76

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật v

DANH MỤC HÌNH Hình 2-1: ðặc tính trượt ứng với các loại ñường khác nhau 7

Hình 2-2: Sơ ñồ lực và moment tác dụng lên bánh xe khi phanh 8

Hình 2-3: Trạng thái lăn của bánh xe khi có trượt lết 10

Hình 2-4: Sơ ñồ thể hiện sự thay ñổi hệ số bám 12

Hình 2-5: Giản ñồ phanh thực tế 15

Hình 2-6: Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh và xe bị quay ngang 17

Hình 2-7: Giản ñồ phanh thực nghiệm của hệ thống phanh, khi cường ñộ phanh khá lớn 605% 19

Hình 2-8: Giản ñồ phanh thực nghiệm (ñã tuyến tính hoá) 20

Hình 2.9: Sơ ñồ hệ thống phanh ABS trên xe 24

Hình 2-10: Sơ ñồ hệ thống ABS ñiều khiển các bánh sau 25

Hình 2-11: Sơ ñồ hệ thống ABS ñiều khiển tất cả các bánh 25

Hình 2-12 : Chu trình ñiều khiển kín của ABS 26

Hình 2-13 : Sơ ñồ trạng thái không gian biểu diễn hoạt ñộng của ABS 27

Hình 2-14: Sự thay ñổi các thông số Mp, P, j khi phanh có chống hãm cứng bánh xe 29

Hình 3.1 Sơ ñồ hệ thống phanh UAZ- 315123 30

Hình 3-2 sơ ñồ hệ thống phanh ñược lắp trên xe UAZ-31512 32

Hình 3.3: Mô hình không gian các lực tác dụng lên ôtô khi phanh 34

Hình 3.4: Sơ ñồ các lực tác dụng trên ôtô khi phanh trong mặt phẳng nằm ngang 35

Hình 3.5 Sơ ñồ lực tác dụng trên ôtô khi phanh trên mặt phặng thẳng ñứng 36

Hình 3.6 Sơ ñồ phân bố lực trên một bánh xe……….38

Hình 3.7 Mô hình phẳng tổng quát của ôtô 42

Hình 3.8: Mô hình tính toán cho ôtô trong trường hợp chuyển ñộng 44

Hình 3.9: Sơ ñồ cân bằng lực và mômen trên bánh xe 46

Hình 3.11 ðồ thi thời gian phanh 53

Hình 3.12 ðồ thị gia tốc khi phanh 53

Hình 3.13 ðồ thị quãng ñường phanh 54

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật vi

Hình 3.14 ðồ thị góc quay thân xe khi phanh 55

Hình 3.15 ðồ thi thời gian phanh 56

Hình 3.16 ðồ thị gia tốc khi phanh 56

Hình 3.17 ðồ thị quãng ñường phanh 57

Hình 3.18 ðồ thị góc quay thân xe khi phanh 57

Hình 4.1 Worksheet ño lường trong thí nghiệm 62

Hình 4.2.Worksheet xử lý kết quả thí nghiệm 62

Hình 4.3 Sơ ñồ hệ thống thông tin ño lường khi thí nghiêm ô tô 63

Hình 4.4 Sensor quang học E3F3 63

Hình 4.5 Sơ ñồ nguyên lý hoạt ñộng của Sensor − V1 65

Hình4.6: Sơ ñồ biểu diễn các chuyển vị thành phần……… 65

Hình 4.7: Sơ ñồ kết nối các thiết bị ño………66

Hình 4.8 a,b,c,d,e giá lắp thiết bị thí nghiệm 67

Hình 4.9 a, b………9

Hình 4.10a ðồ thị ñộ trượt và quãng ñường phanh Sp(PATN 2) 69

Hình 4.10b ðồ thị ñộ trượt và quãng ñường phanh Sp(PATN 2) 69

Hình 4.11a ðồ thị ñộ trượt và quãng ñường phanh Sp(PATN 3) 70

Hình 4.12a ðồ thị ñộ trượt(DT) và quãng ñường phanh Sp(PATN 4) 71

Hình 4.12b ðồ thị ñộ trượt và quãng ñường phanh Sp(PATN 4) 72

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của ñề tài

- Nước ta ñang trong giai ñoạn bùng nổ về các phương tiện tham gia giao thông, trong khi ñó cơ sở hạ tầng kỹ thụât còn rất thấp kém Hệ thống giao thống, cũng như hệ thống luật hướng dẫn giao thông còn nhiều bất cập

và hạn chế Các phương tiện tham gia giao thông thì ña dạng về chủng loại và phong phú về kết cấu cũng như tình trạng kỹ thuật của phương tiện Ý thức của người tham gia giao thông chưa cao, thói quen sản xuất nhỏ và tiểu nông

ăn sâu trong tiềm thức của phần lớn người tham gia giao thông Chính vì vậy những năm gần ñây, vấn ñề tai nạn giao thông là một trong những vấn ñề hết sức trầm trọng ñối với toàn bộ hệ thống chính trị cũng như xã hội Việt Nam

Trong khi hệ thống phanh sử dụng trên ôtô là một cơ cấu an toàn quan trọng, nhằm giảm tốc hay dừng xe trong những trường hợp cần thiết Nó là một trong những bộ phận chính của ôtô, ñóng vai trò quyết ñịnh cho việc ñiều khiển ôtô lưu thông trên ñường

Chất lượng phanh của ôtô ñược ñánh giá qua hiệu quả phanh (như quãng ñường phanh, gia tốc chậm dần khi phanh, thời gian và lực phanh) và ñồng thời bảo ñảm cho ôtô chạy ổn ñịnh khi phanh ðây là mấu chốt mà các nhà nghiên cứu ôtô luôn quan tâm và tìm giải pháp

Một trong những vấn ñề ñược quan tâm hơn là phanh khi ôtô trên ñường trơn hay ñường có hệ số bám (ϕ) thấp sẽ xảy ra hiện tượng trượt lết trên ñường do bánh xe sớm bị hãm cứng Do vậy, quãng ñường phanh dài hơn

và hiệu quả phanh kém Hơn nữa, nếu tất cả các bánh xe bị hãm cứng thì ôtô

sẽ mất ổn ñịnh gây khó khăn cho việc ñiều khiển Trong trường hợp quay vòng, ñiều này dẫn ñến hiện tượng quay vòng thiếu hoặc thừa làm mất ổn ñịnh khi quay vòng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 2

ðể giải quyết về bài toán phanh, hệ thống phanh chống hãm cứng cho ôtô ñã ra ñời, gọi là “Anti – lock Braking System” viết tắt là ABS

Ngày nay, ABS ñã giữ một vai trò quan trọng không thể thiếu trong các

xe hiện ñại, ñã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc ñối với phần lớn các nước trên thế giới Ở thị trường Việt Nam, ngoài một phần lớn các xe nhập cũ ñã qua sử dụng, một số lọai xe ñược lắp ráp trong nước cũng ñang trang bị hệ thống này Tại cuộc hội thảo khao học “Quản lý – Kỹ thuật trong công tác ñăng kiểm phương tiện cơ giới ñường bộ – Nha Trang 2000” Các nhà quản lý, khoa học và chuyên gia ñầu ngành cũng ñã ñề xuất ñến vấn ñề ban hành các tiêu chuẩn quy ñịnh về việc sử dụng ô tô có trang bị hệ thống ABS với các mốc thời gian cụ thể Trước tiên là ô tô khách liên tỉnh, trong tương lai sẽ không dùng ô tô không có trang bị ABS

Với xu thế hội nhập của nước ta, thị trường ôtô sẽ sôi ñộng, ngày càng nhiều chủng loại lẫn số lượng Việc khai thác và bảo trì sửa chữa là cực kỳ quan trọng cho nền thị trường ôtô hiện nay, nhằm sử dụng khai thác lắp lẫn thay mới có hiệu quả tối ña của các hệ thống nói chung và ABS nói riêng

Vì vậy tìm hiểu kỹ về hệ thống này, phân tích các tính năng kỹ thuật của hệ thống cũng như khảo sát ảnh hưởng của hệ thống ñến tính năng chuyển ñộng ổn ñịnh của ôtô khi phanh là một trong những vấn ñề cấp thiết góp phần làm giảm tai nạn giao thông ở Việt Nam hiện nay

1.2 Mục ñích của ñề tài

Tìm hiểu ñặc ñiểm về kết cấu hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh và nghiên cứu ảnh hưởng của nó ñến tính năng chuyển ñộng ổn ñịnh ôtô khi phanh, từ ñó góp phần khai thác và sử dụng hệ thống phanh với ABS ñạt hiệu quả cao nhằm giảm thiểu tai nạn giao thông ở nước ta hiện nay

1.3 Nhiệm vụ của ñề tài:

- Xây dựng mô hình chuyển ñộng của ôtô khi phanh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3

- Sử dụng phương pháp giải tich ñể giải bài toán mô phỏng

- Sử dụng phần mềm thích hợp ñể giải mô hình toán

- Kết luận ảnh hưởng của ABS ñến tính năng chuyển ñộng ổn ñịnh của

mô hình

1.4 ðối tượng nghiên cứu của ñề tài

ðề tài chọn ñối tượng nghiên cứu là xe ôtô Quân sự UAZ-31512 có lắp ABS

1.5 Nội dung nghiên cứu

ðể giải quyết bài toán phanh tìm hiểu ñặc ñiểm về kết cấu hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh và nghiên cứu ảnh hưởng của nó ñến tính năng chuyển ñộng ổn ñịnh ôtô khi phanh có hiêu quả việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết quá trình phanh chống hãm cứng rất quan trọng Từ ñó, ñưa ra các thông số cơ bản, thuật toán ñiều khiển của ABS, tính toán các số liệu hoạt ñộng của ABS, thu thập xử lý số liệu ñưa vào bảng dữ liệu,

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 4

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH PHANH ÔTÔ CÓ SỬ DỤNG

ABS 2.1 Nhiêm vụ quá trình phanh

Khi ôtô chuyển ñộng với vận tốc ban ñầu nào ñó, ta cắt nguồn ñộng lực truyền từ ñộng cơ xuống các bánh xe chủ ñộng, ôtô sẽ chạy chậm lại hoặc dừng hẳn Như vậy, năng lượng quán tính (ñộng năng) của ôtô sẽ bị tiêu hao cho lực cản chuyển ñộng của ñường (PY) và lực cản không khí (Pw)

ðể giảm vận tốc của ôtô theo ý muốn của người ñiều khiển, thì phải tạo

ra lực cản ñể tiêu hao năng lượng quán tính của ôtô, người ta thiết kế ra hệ thống phanh trên ôtô Lực cản ở ñây chính là lực ma sát trong cơ cấu phanh,

ñó là sự ma sát giữa trống phanh với má phanh, hoặc giữa bố phanh và ñĩa phanh

Một vấn ñề lớn và cũng là bài toán quan trọng cần phải giải quyết ñối với họat ñộng của hệ thống phanh, ñó là khi ôtô phanh gấp hay phanh trên các lọai ñường có hệ số bám ϕ thấp như ñường trơn, ñường ñóng băng, tuyết thì

dễ xảy ra hiện tượng sớm bị hãm cứng bánh xe, tức hiện tượng bánh xe bị trượt lết trên ñường khi phanh Khi ñó, quãng ñường phanh sẽ kéo dài hơn, tức hiệu quả phanh thấp ñi, ñồng thời dẫn ñến tình trạng mất tính ổn ñịnh và khả năng ñiều khiển của xe Nếu các bánh xe trước sớm bị hãm cứng sẽ làm cho xe không thể chuyển hướng theo sự ñiều khiển ñược; nếu các bánh sau bị hãm cứng, do sự khác nhau về hệ số bám giữa bánh trái và bánh phải với mặt ñường nên làm cho ñuôi xe bị lạng, xe bị trượt ngang và chuyển ñộng lệch hướng so với trước lúc bắt ñầu phanh Trong trường hợp xe phanh khi ñang quay vòng, hiện tượng trượt ngang của các bánh xe dễ dẫn ñến các hiện tượng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất tính ổn ñịnh khi xe quay vòng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 5

ðể giải quyết bài toán về vấn ñề hiệu quả và tính ổn ñịnh khi phanh, phần lớn các ôtô hiện nay ñều ñược trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh

xe khi phanh, tức chống hiện tượng trượt lết của bánh xe, gọi là “ Anti – lock Braking System” và thường ñược viết tắt là hệ thống ABS

Chính vì vậy, ñể hệ thống phanh hoạt ñộng hiệu quả nó phải thoả mãn một loạt các yêu cầu riêng

Giữ ñược tỷ lệ thuận giữa lực trên bàn ñạp hoặc ñòn ñiều khiển với lực phanh trên bánh xe có khả năng phanh khi ñứng trong thời gian dài

2.2 Sự biến ñổi hệ số bám bánh xe với mặt ñường trong quá trình phanh

ðể ôtô có thể chuyển ñộng ñược thì vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt ñường phải có một hệ số bám nhất ñịnh Sự bám giữa bánh xe với mặt ñường ñược ñặc trưng bằng hệ thống hệ số bám ϕ Về cơ bản, có thể xem hệ số bám

ϕ tương tự như hệ số ma sát giữa hai vật thể cơ học Tuy nhiên do mối quan

hệ truyền ñộng giữa bánh xe và mặt ñường là vấn ñề rất phức tạp, vừa có tính chất của một ly hợp ma sát, vừa theo nguyên lý ăn khớp giữa bánh răng - thanh răng, vì ở ñây có sự mấu bám của bề mặt gai lốp vào mặt ñường

Nếu hệ số bám thấp thì xe bị trượt quay, lúc ñó xe khó chuyển ñộng về phía trước Hệ số bám ϕ giữa bánh xe và mặt ñường ñược chia thành hai thành phần hệ số bám trong mặt phẳng dọc, tức là trong mặt phẳng chuyển ñộng của ôtô ñược gọi là hệ số bám dọc ϕx Ngoài ra còn hệ số bám trong mặt phẳng ngang vuông góc với mặt phẳng dọc và ñược gọi là hệ số bám ngang ϕy

Hệ số bám ϕx giữa bánh xe và mặt ñường là tỷ số giữa lực phanh cực ñại P Pmax trên tải trọng thẳng ñứng G b tác dụng lên bánh xe chủ ñộng

b

p x

G

P

= ϕ

bGP

max

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 6

Từ công thức trên ta có thể xác ñịnh lực phanh cực ñại sinh ra theo ñiều kiện bám của bánh xe chủ ñộng và mặt ñường

b x

+ Tốc ñộ chuyển ñộng của bánh xe: Khi tăng tốc thì hệ số bám giảm từ

từ theo dạng ñường cong

+ Tải trọng thẳng ñứng trên bánh xe: Khi tăng tải trọng thẳng ñứng thì

hệ số bám giảm ñi một ít

+ ðộ trượt giữa bánh xe chủ ñộng và mặt ñường: Ảnh hưởng ñến áp suất trong lốp, tốc ñộ chuyển ñộng, tải trọng thẳng ñứng càng lớn ðộ trượt giữa bánh xe chủ ñộng và mặt ñường ảnh hưởng rất nhiều ñến hệ số bám, khi tăng ñộ trượt thì hệ số bám lúc ñầu tăng lên nhanh chóng và ñạt giá trị cực ñai trong khoảng ñộ trượt 10 ÷ 30% Nếu ñộ trượt tiếp tục tăng thì hệ số bám giảm, khi ñộ trượt bằng 100% (nghĩa là lốp bị trượt lết hoàn toàn ñối với bánh

xe khi phanh) thì hệ số bám ϕx, giảm 20 ÷30% so với hệ số bám cực ñại Khi ñường ướt còn có thể giảm nhiều hơn nữa, ñến 50 ÷ 60%

+ Ngoài hệ số bám dọc ϕxcòn hệ số bám ngang ϕynêu trên nó cũng chịu ảnh hưởng của các yếu tố trên

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 7

Hình 2-1: ðặc tính trượt ứng với các loại đường khác nhau

Bảng 2-1: Thể hiện hệ số bám của một sơ loại đường

0.5-0.6 0.2-0.4

0.2-0.3 0.4-0.5

Độ trượt tối ưu

Đường bê tông khô

Nhựa ướt

Tuyết

Bê tông Nhựa

0,8 0,6 0,4 0,2 1,0

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 8

2.2.2 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh

2.2.2.1 Lực và moment tác dụng lên bánh xe khi phanh

Hình 2-2: Sơ ñồ lực và moment tác dụng lên bánh xe khi phanh

Khi người lái tác dụng vào bàn ñạp phanh thì cơ cấu phanh sẽ tạo ra moment phanh Mp nhằm hãm bánh xe lại Lúc ñó bánh xe xuất hiện phản lực tiếp tuyến pp ngược với chiều chuyển ñộng Phản lực này gọi là phản lực phanh

Pp =Mp/rb

(2-1) Trong ñó:

+ Mp - moment phanh tác dụng làm hãm bánh xe

+ Pp - lực phanh tác dụng tại ñiểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt ñường, phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe và mặt ñường cũng như momen phanh Mp

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 9

+ Ppmax - lực phanh cực ñại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt ñường

+Pϕ- lực bám của bánh xe với mặt ñường

+ Zb - phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe

+ ϕ - hệ số bám của bánh xe với mặt ñường

ðiều kiện ñể bánh xe không bị trượt lết : P pmax <Pϕ

ðiều kiện ñể xe không bị trượt quay: P kmax <Pϕ

Khi phanh thì bánh xe chuyển ñộng với gia tốc chậm dần, do ñó trên bánh xe sẽ có mômen quán tính Mjb tác dụng, moment này cùng chiều với chuyển ñộng của bánh xe; ngoài ra còn có moment cản lăn Mf tác dụng làm hãm bánh xe lại Như vậy, trong khi phanh bánh xe, lực hãm tổng cộng là:

b

jb f p b

jp f p po

r

M M P r

M M M

+

=

− +

Trong quá trình phanh ôtô, moment phanh Mp sinh ra ở cơ cấu phanh tăng lên, ñến một lúc nào ñấy sẽ dẫn ñến sự trượt lê hoàn toàn, hệ số bám

ϕ có gía trị thấp nhất Vì vậy, khi bánh xe trượt lết hoàn toàn, lực phanh sinh

ra giữa bánh xe và mặt ñường là nhỏ nhất, dẫn tới hiệu quả phanh nhỏ nhất Không những thế, khi bánh xe trước bị trượt lê nó còn gây mất tính ổn ñịnh hướng khi phanh, nếu các bánh sau khi phanh bị trượt lết sẽ làm mất tính ổn ñịnh khi phanh

Do ñó ñể tránh hiện tượng trượt lết hoàn toàn thì trên ôtô hiện ñaị có gắn thêm bộ chống hãm cứng bánh xe khi phanh

2.2.2.2 Hiện tượng trượt lết của bánh xe khi phanh

Momen phanh do cơ cấu phanh của bánh xe sinh ra, mặt ñường là nơi tiếp nhận thông qua ñiều kiện lực bám giữa bánh xe và mặt ñường Nên lực

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 10

phanh lớn nhất bị giới hạn bởi khả năng bám giữa bánh xe với mặt ñường, mà ñặc trưng là hệ số bám ϕ, theo mối quan hệ sau:

ϕ

ϕ b

p P Z

P max = = (2-4) Với: P pmax- lực phanh cực ñại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt ñường

ϕ

P - lực bám giữa bánh xe với mặt ñường

b

Z - phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe

Như vậy, khi phanh gấp (P plớn ) hay khi phanh trên các loại ñường có

hệ số bám ϕ thấp như ñường trơn thì phần Pp dư vượt quá giới hạn trên, do mặt ñường không có khả năng tiếp nhận sẽ làm bánh xe sớm bị hãm cứng và trượt lết trên ñường Cũng theo (2-4), thấy rằng hệ số bám ϕ ñóng vai trò quan trọng trong việc xác ñịnh ñiều kiện bám giữa bánh xe và mặt ñường Duy trì hệ số bám cao trong quá trình phanh ñể ñạt giá trị lực phanh cực ñại là mục tiêu cần quan tâm ñối với hệ thống phanh

Hình 2-3: Trạng thái lăn của bánh xe khi có trượt lết

Ký hiệu: v o- là vận tốc lý thuyết của bánh xe

v - là vận tốc thực của bánh xe (là vận tốc thực của xe)

Ta có: v o =ωk.r b [m/s]

l

k r

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 11

Trong ñó: ωk- vận tốc góc của bánh xe [rad/s]

v v v

λ (2-5)

Ở trạng thái trượt lết hoàn toàn, tức khi phanh bánh xe bị hãm cứng thì:

1 ,

, 0 ,

2.2.2.3 ðặc tính trượt khi phanh

ðộ trượt bánh xe xác ñịnh theo công thức sau:

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 12

Hình 2-4: Sơ ựồ thể hiện sự thay ựổi hệ số bám

Từ ựồ thị trên ta thấy ϕxmax phụ thuộc vào λo và ở λo= 20-30% thì hệ

số bám ựạt giá trị cực ựại và ϕy cũng khá cao Còn ngoài khoảng trên thì hiệu quả phanh sẽ giảm

Như vậy nếu giữ quá trình phanh xảy ra ở ựộ trượt λo thì lực phanh sẽ cực ựại nghĩa là hiệu quả phanh cao nhất ựảm bảo ựộ ổn ựịnh xe khi phanh

2.3 đánh giá chất lượng phanh

2.3.1 Quãng ựường phanh

Xét theo quan ựiểm an toàn chuyển ựộng và tắnh trực quan thì quãng ựường phanh là chỉ tiêu cụ thể nhất, dễ nhận biết nhất khi ựánh giá hiệu quả phanh

Quãng ựường phanh ký hiệu Sp, là quãng ựường xe chuyển ựộng ựược tắnh từ thời ựiểm người lái xe ựặt chân lên bàn ựạp phanh cho ựến khi xe dừng hẳn lại

2

S

S p = +Trong ựó:

+ S1: là phần quãng ựường xe ựi ựược trong khoảng thời gian từ khi người lái tác ựộng lên bàn ựạp phanh tới khi lực phanh ựạt giá trị cực ựại

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 13

Khoảng thời gian này bao gồm thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh

và thời gian cần thiết ñể tăng lực phanh từ không ñến giá trị cực ñại

+ S2: là phần quãng ñường ñi ñược từ thời ñiểm lực phanh ñạt giá trị cực ñại tới khi xe dừng lại

+ S2 còn gọi là phần quãng ñường phanh với hiệu quả phanh hoàn toàn

Ta có công thức ñơn giản tính S2 :

ϕ

g

V S

2

2 0

2 = (2-7)

Từ biểu thức (2-6) ta thấy quãng ñường phanh S2 phụ thuộc vào hệ số bám ϕ và vận tốc chuyển ñộng của ô tô lúc bắt ñầu phanh (theo hàm bậc hai) Nếu sai số khi ño vận tốc ban ñầu V0 của xe là ∆vthì quãng ñường phanh S2thực tế là:

∆ +

2 0 0 2

0

2 0 2 2

V v + ∆v+ ∆ v

=

∆ +

S

S

0 2

0 0 2

V V

1 2

s s

Như vậy, sai số tương ñối khi xác ñịnh quãng ñường phanh thực tế lớn gấp hai lần sai số tương ñối khi ño vận tốc của xe

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 14

Qua phân tích trên ta thấy: Tuy thông số quãng ñường phanh là “chỉ tiêu cụ thể“ dễ nhận biết ñể ñánh giá hiệu quả phanh ô tô, song nó có nhược ñiểm là phụ thuộc vào việc xác ñịnh vận tốc V0 và thời gian chậm tác dụng khi phanh (S1)

2.3.2 Gia tốc chậm dần khi phanh

Thông gia tốc phanh ít phụ thuộc vào tốc ñộ chuyển ñộng của xe ðiều này thuận lợi cho ta so sánh các kết quả thí nghiệm ở các chế ñộ chuyển ñộng khác nhau

Xét sự cân bằng của các lực tác dụng lên ô tô khi phanh (phương trình cân bằng lực kéo khi phanh) ta có:

p i f

j

k P P P P P P

P = − + + η + ω + + (2-11) Khi phanh lực kéo P k = 0, phanh trên ñường nằm ngang, lực cản lên dốc Pi = 0 và thực nghiệm chứng tỏ rằng khi phanh các giá trị lực cản lăn Pf, lực cản không khí Pω, lực cản do ma sát cơ khí Pη có giá trị rất bé so với lực phanhP p Lực phanh P p chiếm ñến 98% của tổng các lực có xu hướng cản sự chuyển ñộng của ô tô Vì thế có thể bỏ qua các lựcP f, Pη,Pω phương trình (2-11) ñược viết lại như sau: P = j P p

p a p i

g

G j

P = δ =Nếu bỏ qua ảnh hưởng của các khối quay δi ta có:

a p

G

g P

j ϕ.

= (2-12)

Từ (2-12) ta thấy trị số của gia tốc phanh phụ thuộc chủ yếu vào lực phanh tác dụng lên các bánh xe và trọng lượng của bánh xeG a

Khi phanh với lực phanh lớn nhất (phanh gấp) và theo ñiều kiện bám ta

có lực phanh cực ñại là Ppmax = ϕ G a

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 15

Từ (2-4) ta có gia tốc phanh cực ñại là Jpmax = ϕ g Như vậy gia tốc phanh cực ñại phụ thuộc vào hệ số bám ϕ giữa bánh xe với mặt ñường

Giá trị lớn nhất ϕmax = 0,75 ÷ 0,8 trên ñường nhựa tốt và gia tốc trọng trường

là g = 10 m/s2 do ñó gia tốc cực ñại có thể ñạt trị số Jpmax = 7,5÷8 m/s2

Hình 2-5: Giản ñồ phanh thực tế

2.3.3 Thời gian phanh

o

i V g

G

P

= γ

Trong ñó: Pp - Lực phanh ô tô

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 16

Mp - Mô men phanh của các cơ cấu phanh

rbx - Bán kính làm việc trung bình của bánh xe

Ga - Trọng lượng toàn bộ của ô tô

Tuy nhiên, kết quả nhận ñược sẽ sai khác nhiều so với kết quả ño khi thí nghiệm

Trị số lực phanh thường ñược xác ñịnh nhờ các băng thử phanh (kiểu quán tính hoặc kiểu ñộng lực), khi thử nghiệm trên băng thử chúng ta có thể loại bỏ ñược các ảnh hưởng ngẫu nhiên của ñiều kiện thời tiết, ñường sá

Nhược ñiểm của thí nghiệm ñánh giá hiệu quả phanh trên băng thử là: + Giá trị lực phanh sinh ra ở các bánh xe ño bằng cách gián tiếp thông qua lực bám của lốp xe với bề mặt tựa của sàn (ở băng thử kiểu quán tính) hoặc bề mặt ngoài con lăn (ở băng thử con lăn)

+ ðiều kiện tiếp xúc giữa bánh xe với mặt tựa (mặt ngoài con lăn) không hoàn toàn giống với ñiều kiện tiếp xúc thực tế của bánh xe với mặt ñường

+ Tốc ñộ của xe khi lăn trên băng thử thấp 8 – 12 km/h

2.4 Tính ổn ñịnh hướng ôtô khi phanh

Tiêu chuẩn ổn ñịnh hướng của ô tô khi phanh là ñể bảo ñảm khi phanh

xe không va chạm vào các xe ñang chạy song song với nó cùng chiều hoặc ngược chiều, hoặc ñâm vào lề ñường Tính ổn ñịnh hướng của ô tô khi phanh ñược ñánh giá bằng các thông số sau

2.4.1 Góc lệch ôtô khi phanh

Cuối quá trình phanh, ô tô có thể bị quay ñi một góc so với hướng chuyển ñộng ban ñầu (song song với trục X, hình 2-6) Sở dĩ như vậy là do tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên phải khác với tổng các lực phanh sinh ra ở các bánh xe bên trái, tạo ra mô men quay vòng cưỡng bức M p quanh trục thẳng ñứng

Z thẳng góc với mặt ñường ñi qua trọng tâm A của ô tô

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 17

Dựa vào hình 2-6 có thể xác ñịnh ñược góc xoay thân xe β bằng biểu thức:

2 z

+ β: Góc lệch khi phanh (góc nghiêng của trục dọc ô tô sau khi phanh

so với hướng chuyển ñộng ban ñầu

+ Mq: Mô men quay vòng cưỡng bức xuất hiện khi phanh do tổng lực phanh ở các bánh xe bên phải (P p.ph =P p.ph1+P p.ph2) khác với tổng lực phanh ở các bánh xe bên trái (P p.tr =P p.tr1+P p.tr2)

Hình 2-6: Sơ ñồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh và xe bị quay ngang

Với

2 ).

(P. P. B

M q = p ph− p tr

+ Iz: Moment quán tính của ô tô ñối với trục thẳng ñứng Z thẳng góc với mặt ñường ñi qua trọng tâm ô tô

+ t: Thời gian phanh

+ B: Chiều rộng cơ sở của xe

2.4.2 Hành lang phanh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 18

Hành lang phanh là chiều rộng của luồng ñường cho phép, khi phanh ô

tô không ñược vượt ra ngoài phạm vi chiều rộng của luồng ñường ñó ñể không va chạm vào các xe ñang chuyển ñộng song song hoặc vào lề ñường

2.4.3 Hệ số không ñồng ñều lực phanh

Hệ số này ñược sử dụng thuận lợi khi thử phanh trên bệ thử Hệ số không ñồng ñều lực phanh Kp ñược xác ñịnh riêng cho từng trục hoặc cho cả ô tô theo công thức:

max

min max

p

p p

p

P

P P

2.5 Ảnh hưởng dẫn ñộng phanh ñến hiệu quả phanh

ðể xác ñịnh ñược quãng ñường phanh thực tế cần nghiên cứu quá trình phanh qua các ñồ thị thực nghiệm thể hiện quan hệ giữa gia tốc phanh Jp với thời gian t (cũng là quan hệ giữa lực phanh Pp với thời gian t)

Nhiều tác giả bằng các thí nghiệm ñã có nhận xét là sự phụ thuộc của gia tốc phanh theo các thời gian có ñặc tính gần tuyến tính

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 19

Hình 2-7: Giản ñồ phanh thực nghiệm của hệ thống phanh, khi cường ñộ

phanh khá lớn 60 ÷65%

ðiểm 0 trên hình (2-8) ứng với lúc người lái xe nhìn thấy chướng ngại vật phía trước và nhận thức ñược cần phải phanh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 20

Hình 2-8: Giản ñồ phanh thực nghiệm (ñã tuyến tính hoá)

t1: Thời gian phản xạ của người lái Tức là từ lúc thấy chướng ngại vật cho tới lúc tác dụng vào bàn ñạp phanh Thời gian này phụ thuộc vào trình ñộ của người lái t1 nằm trong giới hạn (0,3 ÷0,8s)

t2: Thời gian chậm tác dụng của dẫn ñộng phanh Tức là từ lúc người lái tác dụng lực vào bàn ñạp phanh cho ñến khi má phanh bắt ñầu ép sát vào trống phanh ðối với dẫn ñộng phanh thuỷ lực t2 = 0,05 ÷0,1s, ñối với dẫn ñộng phanh khí nén t2 = 0,2 ÷ 0,4s

t3: Thời gian tăng gia tốc phanh từ 0 ñến giá trị ổn ñịnh Jpôñ coi như quy luật tăng này là tuyến tính ðối với dẫn ñộng phanh thuỷ lực t3 = 0,2 ÷0,4s, ñối với dẫn ñộng phanh khí nén t3 = 0,5 ÷ 0,75s

t4: Thời gian phanh với giảm tốc phanh ổn ñịnh (lực phanh và gia tốc phanh có giá trị không ñổi) t4 = 1,5 ÷1,8s

t5: Thời gian nhả phanh, lực phanh giảm ñến không ðối với dẫn ñộng phanh thuỷ lực t5 = 0,2s, ñối với dẫn ñộng phanh khí nén t5 = 1,5 ÷2s

Nếu bỏ qua quãng ñường trong thời gian phản xạ của người lái thì quãng ñường phanh thực tế tính từ khi tác dụng lực lên bàn ñạp cho ñến khi ô

tô dừng hẳn là:

Sp = S2 + S3 + S4

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 21

Trong thực tế thường sử dụng công thức tiện dụng sau: Nếu Sp ño bằng

m, t ño bằng giây, V0 ño bằng km/h, Jp ño bằng m/s2

Sp =

24

.

9 , 25 2 6

, 3

2 3 2

0 3

2

J

V t

t

pod

− +

ðối với dẫn ñộng phanh thuỷ lực: trị số t2 và t3 nằm trong khoảng (0,25

÷ 0,5)s Khi phanh ngặt ñối với xe du lịch ≤ 0,25s, ñối với xe tải≤ 0,5s., Thời gian chậm tác dụng phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái kỹ thuật của dẫn ñộng phanh Khi dẫn ñộng phanh làm việc không bình thường (có lọt khí trong hệ thống phanh hoặc hư hỏng các van trong xy lanh chính) thì t2 và t3 sẽ tăng lên ñáng kể Nếu phanh chỉ có tác dụng ở lần ñạp thứ hai thì trị số t2 và t3 tăng lên tới 0,6÷ 0,7s Nếu lần ñạp thứ ba sẽ tăng lên tới 1s

ðối với dẫn ñộng phanh khí nén trị số t2 và t3 dao ñộng trong khoảng (0,7

÷1,0)s

ðối với dẫn ñộng phanh ñiện trị số t2 và t3 nhỏ khoảng 1/1000 s

2.6 Ảnh hưởng tải trọng ô tô ñến quá trình phanh

ðể ôtô có thể chuyển ñộng ñược thì vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt ñường phải có một hệ số bám nhất ñịnh Nếu hệ số bám thấp thì xe bị trượt quay, lúc ñó xe khó chuyển ñộng về phía trước ñược Hệ số bám này phụ thuộc vào tình trạng mặt ñường (khô, ướt hay nhám …) tốc ñộ chuyển ñộng của xe, ñộ trượt của bánh xe chủ ñộng với mặt ñường

Qua các trường hợp nghiên cứu ta thấy rằng: Sự phân bố tải trọng của

xe phụ thuộc vào toạ ñộ trọng tâm xe, vì toạ ñộ trọng tâm ảnh hưởng ñến chất

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 22

lượng bám cuả bánh xe với mặt ñường cũng như tính ổn ñịnh dẫn hướng của

fr b

Gcosα( − b)−( sinα+ j+ w) g− m m

L

h P h P P G

fr a G

2

++

++

G( − b)− w g)

Z 2 =

L

h P fr a

G( + b) + w. w)

1

2

T T

b L a L

m m

h.Pb.G

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 23

m

GL

h P m

m

g j T 2 P

g j T 1 P

với m1p, m2p - lần lượt là hệ số phân bố tải trọng cầu trước và cầu sau Qua các trường hợp nghiên cứu trên ta thấy rằng sự phân bố tải trọng của xe phụ thuộc vào toạ ñộ trọng tâm G của xe Và trọng tâm G ảnh hưởng rất lớn ñến lực bám của bánh xe với mặt ñường cũng như tính ổn ñịnh dẫn hướng của xe

Lực bám P =ϕ Gϕ ϕ nên khi trọng lượng bám Gϕ tăng thì Pϕcũng tăng làm lực phanh lớn nhất P pmax cũng tăng

Phanh có hiệu quả nhất khi lực phanh sinh ra tỷ lệ thuận với tải trọng

xe

ñó là cơ sở ñể bộ ñiều hoà lực phanh ra ñời trên phanh ABS

Xe không có ABS: Khi phanh lực phanh như nhau ở các bánh xe trong khi tình trạng bám giữa các bánh xe với mặt ñuờng là không như nhau, tải trọng phân bố tải trọng ở các bánh xe cũng không như nhau, cầu trước của xe

có tải trọng phân bố lớn hơn cầu sau nhưng lực phanh lại không tăng, còn cầu sau thì tải trọng lại giảm ñi nhưng lại dư lực phanh có thể làm bánh xe bị bó lại, ñiều ñó làm cho xe bị trượt lếch xe mất tính ổn ñịnh và dẫn hướng

Khi xe có ABS: trên xe có bộ ñiều chỉnh áp suất dầu khi phanh tới từng bánh xe Tức là khi phanh các cảm biến nơi từng bánh xe sẽ báo tình trạng của từng bánh xe về ECU và ECU sẽ ra lệnh cho cơ cấu chấp hành là bộ ñiều chỉnh áp suất dầu làm các bánh xe không bị bó lại ñồng thời các hệ số lực bám dọc và ngang với mặt ñường luôn ñược tính toán ở ñiều kiện tối ưu nhất nên hiện tượng xe bị trượt lếch là không xảy ra, hiệu quả phanh là lớn nhất

2.7 Cấu trúc hệ thống phanh ABS

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 24

2.7.1 Cấu trúc hệ thống phanh ABS

Hình 2.9: Sơ ựồ hệ thống phanh ABS trên xe

1 Cảm biến tốc ựộ bánh xe, 2 Xi lanh,3 Xi lanh chắnh và cụm thủy lực

4 Hộp ựiều khiển,5 đèn báo ABS

2.7.1 Phân loại hệ thống ABS theo kiểu ựiều khiển

ABS ựược ựiều khiển theo các phương pháp sau:

+ điều khiển theo ngưỡng trượt:

+ điều khiển ựộc lập hay phụ thuộc:

+ điều khiển theo kênh:

- Loại 1 kênh: Hai bánh sau ựược ựiều khiển chung (có ở ABS thế hệ ựầu, chỉ trang bị ABS cho hai bánh sau vì dễ bị hãm cứng hơn hai bánh trước khi phanh)

- Loại 2 kênh: Một kênh ựiều khiển chung cho hai bánh xe trước, một kênh ựiều khiển chung cho hai bánh xe sau Hoặc một kênh ựiều khiển cho hai bánh chéo nhau

- Loại 3 kênh: Hai kênh ựiều khiển ựộc lập cho hai bánh trước, kênh còn lại ựiều khiển chung cho hai bánh sau

- Loại 4 kênh: Bốn kênh ựiều khiển riêng rẽ cho 4 bánh

Hiện nay loại ABS ựiều khiển theo 3 và 4 kênh ựược sử dụng rộng rãi Ưu và nhược ựiểm của từng loại ựược thể hiện qua các phương án bố trắ sau

Một số mô hình thực tế

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 25

Hình 2-10: Sơ đồ hệ thống ABS điều khiển các bánh sau

Hình 2-11: Sơ đồ hệ thống ABS điều khiển tất cả các bánh

Cảm biến tốc độ

Cảm biến gia tốc

Xi-lanh bánh sau

AM1

ALT

MAIN

ABS ECU Rơle cuộn dây

LSP & BV

Bộ chấp hành

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 26

2.7.2 Chu trình ñiều khiển và nguyên lý hoạt ñộng của ABS

2.7.2.1 Chu trình ñiều khiển

Hình 2-12 : Chu trình ñiều khiển kín của ABS

1 - Bộ chấp hành thủy lực; 2 - Xy lanh phanh chính;

3 - Xy lanh làm việc; 4 - Bộ ñiều khiển (ECU);

ñể xử lý kịp thời

- Tín hiệu tác ñộng ñược thực hiện bởi bộ chấp hành, thay ñổi áp suất dầu cấp ñến các xy lanh làm việc ở các cơ cấu phanh bánh xe

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 27

- ðối tượng ñiều khiển: là lực phanh giữa bánh xe và mặt ñường ABS hoạt ñộng tạo ra moment phanh thích hợp ở các bánh xe ñể duy trì hệ số bám tối ưu giữa bánh xe với mặt ñường, tận dụng khả năng bám cực ñại ñể lực phanh là lớn nhất

- Các nhân tố ảnh hưởng: như ñiều kiện mặt ñường, tình trạng phanh, tải trọng của xe, và tình trạng của lốp (áp suất, ñộ mòn,…)

- Quá trình ñiều khiển của ABS ñược trình bày dưới dạng sơ ñồ trạng thái ñược trình bày trên hình (2-23)

- Khi phanh chậm, sự gia tốc của xe thay ñổi chậm và nhỏ thì hoạt ñộng của hệ thống phanh là bình thường (Normal braking), hệ thống ABS không can thiệp Khi phanh gấp hay phanh trên ñường trơn, gia tốc chậm dần của bánh xe tăng nhanh, có hiện tượng bị hãm cứng ở các bánh xe, thì ABS sẽ ñưa

ra tín hiệu ñiều khiển giảm áp suất phanh (Decay state) ñể chống sự lại sự hãm cứng các bánh xe Sau ñó áp suất phanh sẽ ñược ñiều khiển ở các chế ñộ giữ áp hoặc tăng áp/ giảm áp (Hold or build/ decay), thực hiện chế ñộ tăng áp chậm hay tăng áp nhanh (slow build or fast build) ñể duy trì ñộ trượt khi phanh nằm trong khoảng tối ưu

Hình 2-13 : Sơ ñồ trạng thái không gian biểu diễn hoạt ñộng của ABS

D

n

G i

G i

Giữ hay tăng, giảm áp Giảm áp

P

h

a

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 28

Chu kỳ giảm áp – giữ áp – tăng áp ñược ñiều khiển lặp lại phụ thuộc vào tình trạng trượt của các bánh xe Tùy vào ñiều kiện của bề mặt ñường, số chu kỳ ñiều khiển sẽ dao ñộng từ 4 – 10 lần trong vòng một giây ABS ñạt ñược tốc ñộ ñiều khiển nhanh này nhờ những tín hiệu ñiện tử và khả năng ñáp ứng, xử lý nhanh của các bộ vi xử lý trong ECU

2.7.2.2 Nguyên lý hoạt ñộng ABS

Khi tác ñộng lên bàn ñạp phanh, áp suất trong dẫn ñộng phanh tăng lên làm tăng giá trị của gia tốc chậm dần của bánh xe và làm tăng ñộ trượt của

nó Sau khi vượt qua ñiểm cực ñại trên ñường cong ϕx = f( )λ thì gia tốc chậm dần của bánh xe tăng ñột ngột ðiều này báo hiệu bánh xe có xu hướng bị hãm cứng, giai ñoạn này ứng với ñường cong 0 –1 trên hình 2-14 a, b, c Giai ñoạn này ñược gọi là pha I (pha tăng áp suất trong dẫn ñộng phanh) Lúc này

bộ ñiều khiển ABS-ECU sẽ ghi lại gia tốc tại ñiểm 1, ñiểm ñạt giá trị tới hạn (ñoạn c1 trên hình 2-14c) và ra lệnh cho bộ chấp hành phải giảm áp suất trong dẫn ñộng phanh Sự giảm áp suất ñược bắt ñầu với ñộ chậm trễ nhất ñịnh do quán tính của các bộ phận trong hệ thống ABS Quá trình này diễn tiến từ ñiểm 1 ñến ñiểm 2 ñược gọi là pha II (pha giảm áp suất trong dẫn ñộng phanh) Gia tốc của bánh xe lúc này giảm dần ñến ñiểm 2 gần giá trị không Giá trị này ứng với ñoạn c2 Sau khi ghi lại giá trị này bộ ñiều khiển ABS-ECU ra lệnh cho bộ chấp hành thực hiện ổn ñịnh áp suất trong dẫn ñộng phanh Lúc này bánh xe lại tăng tốc tiến gần ñến vận tốc của xe, ñộ trượt giảm, hệ số bám dọc ϕx tăng lên (ñoạn 2-3) giai ñoạn này ñược gọi là pha III (pha giữ áp suất ổn ñịnh)

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 29

Hình 2-14: Sự thay ñổi các thông số M p , P, j khi phanh

có chống hãm cứng bánh xe

Do ở giai ñoạn III mô men phanh ñược giữ cố ñịnh, quán tính của xe làm tăng tốc ñộ bánh xe, gia tốc bánh xe giảm ñến ñiểm tới hạn 3 ứng với ñoạn c3, lúc này ECU-ABS ghi lại giá trị gia tốc này và ra lệnh cho bộ chấp hành tăng áp suất trong dẫn ñộng phanh

Như vậy sau ñiểm 3 lại bắt ñầu pha I của chu kỳ làm việc mới Từ phân tích trên cho thấy hệ thống ABS ñiều khiển cho mô men phanh thay ñổi theo chu kỳ khép kín 1-2-3-1 [hình 2-14 a], lúc ấy bánh xe làm việc ở gần hệ số bám dọc cực ñại ϕxmax và hệ số bám ngang ϕycũng có giá trị cao Trong trường hợp bánh xe bị hãm cứng thì các thông số sẽ diễn biến theo ñường nét ñứt trên hình 2-14a

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 30

CHƯƠNG3: NGHIÊN CỨU ðỘNG LỰC HỌC PHANH Ô TÔ 3.1 ðối tượng nghiên cứu

ðề tài lực chọn ñối tượng nghiên cứu là xe ôtô UAZ - 31512 Loại xe UAZ do Liên Xô (cũ) chế tạo ñược nhập vào nước ta từ nhiều năm trước với

số lượng tương ñối lớn, chủ yếu phục vụ cho quân ñội và các công việc ở các

cơ quan dân sự có yêu cầu tính cơ ñộng cao

3.2 ðặc trưng kỹ thuật của xe ABS cho xe UAZ- 31512

3.2.1 Hệ thống phanh ô tô UAZ- 31512

Trên loại xe ôtô UAZ – 31512 thường sử dụng hệ thống phanh chính dẫn ñộng bằng thủy lực có sơ ñồ nguyên lý làm việc như sau

Hình 3.1 Sơ ñồ hệ thống phanh UAZ- 315123

ðối với xe chỉ huy UAZ- 31512 sử dụng dẫn ñộng phanh hai dòng (hình 3.1) ñầu ra của xy lanh chính có hai ñường dầu ñộc lập dẫn ñến các xy lanh con (xilanh phanh bánh xe), mỗi dòng dẫn ñộng ñược nối với một khoang của xy lanh phanh chính Khoang thứ nhất ứng với dòng dẫn ñộng ra cầu sau, khoang thứ hai ứng với dòng dẫn ñộng ra cầu trước

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 31

CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA XE UAZ – 31512

7 Khoảng cách từ trọng tâm ñến tâm cầu trước a m 1,382

3.2.2 Hệ thống phanh ô tô UAZ- 31512 sau khi cải tiến hệ thống phanh

Xe UAZ- 31512 là loại xe còn ñược tông ñọng ở xe quân sự tương ñối nhiều và ñược dùng làm xe chỉ huy, vag ñược dùng trên các loại ñường lầy , ñất, ñể nâng cao khả năng ổn ñịnh của xe, tập thể các nhà khoa hoc thuộc Học viện Kỹ thuật quân sự ñã tính toán lắp ñặt ABS cho loại xe này, sau khi lắp ñặt ABS ñã ñược thử nghiệm kiểm chứng ñảm bảo tất cả các yêu cầu ñối với một xe ô tô có trang bị ABS [14]

Các yêu cầu ñối với hệ thống phanh ABS:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 32

Khi phanh gấp cần ñảm bảo tính ổn ñịnh phanh và tính ổn ñịnh lái cho xe( giữ cho xe chuyển ñộng ñúng quỹ ñạo)

Khi có sự cố về hệ thống ABS thì hệ thống phanh của xe vẫn làm việc như một hệ thống phanh thường

Thích ứng nhanh về thời gian tác ñộng trên các loại ñường hệ số bám khác nhau, làm việc ổn ñịnh trên mặt ñường có hệ số bám thấp

Duy trì ñược ñộ trượt tương ñối giữa bánh xe với mặt ñường và ñiièu chỉnh ñược ñộ trượt của bánh xe quanh giá trị λ0 trong giới hạn hẹp

Sơ ñồ cấu trúc hệ thống dẫn ñộng ñiều khiển ABS cho xe UAZ- 31512 dẫn ñộng K, với 4 kênh ñiều khiển ñộc lập cho từng bánh xe( hình 3.2) và có

bộ chấp hành thuỷ lực loại 8 van ñiện 2 vị trí (hình3.2)

Hình 3-2 sơ ñồ hệ thống phanh ñược lắp trên xe UAZ-31512

ðối với sơ ñồ ABS với 4 cảm biến và 4 kênh ñiều khiển ñộc lập

“IRM/IR” bố chí chéo, các bánh xe phía trước hoạt ñộng ñộc lập cải biên

“IRM”, các bánh phía sau bố chí ñộc lập “ IR” Bộ ñiều khiển dạng 2+2 ñặt chéo “IRM/IR” ñảm bảo người lái xe dễ dàng ñiều khiển trong tình huống phanh cần thiết Hình 3.5 là sơ ñồ bộ chấp hành ABS sử dụng 8 van ñiện 2 vị trí, bao gồm 4 van giữ áp suất và 4 van giảm áp suất Hoạt ñộng cơ bản của bộ

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 33

chấp hành thuỷ lực này giống như kiểu van 3 vị trí Tín hiệu ñiều khiển từ ECU ñến các van ñiện dưới dạng ñiện áp

3.3 Xây dựng mô hình toán

3.3.1 Các giả thiết

Quá trình phanh ôtô trên mỗi loại ñịa hình là một quá trình diễn ra hết sức phức tạp, trong ñó mỗi ñại lượng biến ñổi không ngừng và phụ thuộc lẫn nhau Vì vậy, việc ñưa ra một mô hình toán hoàn chỉnh ñể xét ñến tất cả các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình phanh gặp rất nhiều khó khăn Mặt khác phanh ôtô chỉ là một hệ thống hoàn chỉnh gồm ba yếu tố: Con người - thiết bị

- môi trường, mà yếu tố 1 và 3 không phải là yếu tố lúc nào cũng có thể miêu

tả bằng phương trình toán học ðể nghiên cứu quá trình phanh người ta có thể chia ra làm nhiều phương án, giải từng trường hợp cụ thể thậm chí cho từng loại ñường cụ thể Không ngoài mục ñích nhằm ñơn giản bài toán và vẫn giữ ñược tính tổng quát, trước khi trình bày mô hình toán học ñề nghị chấp nhận một số giả thiết sau:

+ Quá trình phanh là phanh gấp

+ Trong quá trình phanh người lái không ñánh tay lái

+ Ngoài lực phanh do khả năng bám của các bánh xe sinh ra, ảnh hưởng của các ngoại lực khác ñến quá trình phanh coi như không ñáng kể + Lực kích ñộng duy nhất gây mất ổn ñịnh chuyển ñộng là lực phanh + Bỏ qua các lực ñàn hồi của cơ cấu treo

+ Toạ ñộ trọng tâm của ôtô nằm trên mặt phẳng ñối xứng dọc của ôtô + Coi mômen phanh sinh ra trên bốn bánh của ôtô là như nhau

+ Tình trạng mặt ñường, tình trạng lốp xe trên bốn bánh là như nhau + Quá trình phanh diễn ra trên ñường phẳng không có ñộ dốc dọc và dốc ngang