Hệ thống phanh ABS trên ô tô (Phần 1/6) docx

Hệ thống phanh ABS trên ô tô (Phần 1/6)

A. CƠ SỞ LÝ THUYẾT

I. HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN ÔTÔ CON

1. Hệ thống phanh ABS và các liên hợp:

Hệ thống ABS gọi theo các chữ viết tắt của tiếng Anh: “Anti-Lock Brake System” và

được hiểu là thiết bị chống trượt lết bánh xe khi phanh. Ngày nay thiết bị này đã được

tích hợp chức năng của ABS với khả năng chống trợt quay bánh xe chủ động

(Acceleration Slip Control: ASR), khả năng ổn định động học của ôtô (Vehicle Stability

Control: VSC) khi sử dụng.

Hệ thống ABS bắt đầu được bố trí ở tất cả các bánh xe vào năm 1971, chế tạo hàng

loạt năm 1978, sau đó hoàn thiện theo hướng điều khiển kỹ thuật số vào năm 1984 và

từ sau năm 1992 một số quốc gia phát triển đã coi ABS là một hệ thống phanh tiêu

chuẩn bắt buộc của ôtô con.

Hiện nay hệ thống ABS được tổ hợp từ các kết cấu: cơ khí, thủy lực, điện tử, với kỹ

thuật tự động điều chỉnh “Cơ – điện tử” dùng cho hệ thống phanh. Trên cơ sở của hệ

thống ABS bố trí trên ôtô đã hình thành các liên hợp điều chỉnh khác nhằm hoàn thiện

tính chất động học và động lực học. Tùy theo đặc điểm sử dụng và yêu cầu, hệ thống

ABS và các liên hợp điều chỉnh có mức độ phức tạp khác nhau.

Mô tả về quá trình hoàn thiện và phát triển hệ thống phanh ABS và các liên hợp trên ôtô

con có thể trình bày qua hình 1.1.

Hình 1.1: Quá trình hoàn thiện và phát triển hệ thống phanh ABS và các liên hợp trên

ôtô con

Các chữ viết tắt trên hình có ý nghĩa sau:

ASR: Thiết bị chống trượt quay bánh xe, thiết bị là một phần của hệ thống TRC

(Traction Control) dùng để điều khiển lực kéo trên các bánh xe chủ động của ôtô.

ESP: Electronic Stability Program – Chương trình kiểm soát ổn định động học của ôtô.

Chương trình là một phần của hệ thống VSC, được dùng để kiểm soát khả năng ổn

định hướng của ôtô khi phanh, khi đi trên đường vòng hay chuyển động thẳng gặp

ngoại lực ngẫu nhiên tác động.

SBC: Sensoelectric Braking Control – Hệ thống phanh thủy lực điện tử, được bố trí

theo sự mở rộng kiểm soát nhờ các cảm biến và chương trình điều khiển thích hợp của

ôtô con.

EHB: Electrohydraulic brake – Hệ thống phanh thủy lực điện tử là một phân khúc của

hệ thống phanh điện tử có sự hỗ trợ của hệ thống thủy lực.

BBW: Brake – By – Wirre – Hệ thống phanh điện là một phân khúc của hệ thống phanh

điện tử không có sự hỗ trợ của hệ thống thủy lực.

Nội dung kỹ thuật của các hệ thống này sẽ được lần lượt trình bày tiếp sau.

2. Mục đích cơ bản của việc bố trí thiết bị ABS trên ôtô:

Khả năng điều khiển ôtô nói chung và trong trạng thái phanh nói riêng bị giới hạn bởi

giá trị các lực truyền giữa bánh xe và mặt đường. Giải quyết hoàn thiện chất lượng lực

truyền này trong các trạng thái mặt đường và điều khiển khác nhau là một nhiệm vụ

được thực hiện bởi ABS và các liên hợp. Phương pháp được lựa chọn trong kết cấu là

sử dụng các tổ hợp tự động điều chỉnh cơ điện tử (Mechatronic) trên cơ sở của hệ

thống phanh ôtô.

Hệ thống ABS được sử dụng để duy trì khả năng không bó cứng bánh xe trong các

trạng thái phanh ngặt với các mục đích:

- Giữ ổn định hướng chuyển động của xe khi phanh trên đường vòng, hay trên đường

có trạng thái khác nhau. Với ôtô không bố trí ABS các bánh xe có thể bị khóa cứng và

gây xoay thân xe. Với ôtô bố trí ABS khi phanh ôtô sẽ chuyển động ổn định đến khi nào

dừng lại, kể cả khi hoạt động trên đường cong, hoặc trên nền đường có trạng thái khác

nhau.

- Duy trì khả năng điều khiển ôtô bằng vành lái.

- Tạo điều kiện rút ngắn quãng đường phanh đặc biệt khi sử dụng ở đường tốt, vận tốc

cao.

II. CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ ABS

1. Độ trượt dọc của bánh xe khi phanh:

Lực dọc (lực phanh hay lực kéo) trên bề mặt đường của các bánh xe liên quan trực tiếp

bởi trọng lượng (tải trọng thẳng đứng) và hệ số bám của bánh xe với nền đường. Hệ số

bám phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chất lượng bề mặt đường, tính chất của lớp phủ bề

mặt, loại lốp xe, nhưng trước hết phụ thuộc rất lớn vào độ trượt của bánh xe. Nếu hệ số

bám lớn sẽ cho phép bánh xe tiếp nhận lực dọc lớn, và ngược lại.

Độ trượt của bánh xe được gắn liền với khái niệm: nếu bánh xe lăn tự do không chịu tải

trọng thẳng đứng, độ trượt bằng không, khi bánh xe bị phanh bó cứng trên nền đường

độ trượt sẽ bằng 100%. Để đạt được hệ số bám cao khi phanh cần thiết khảo sát mối

quan hệ của hệ số bám j với độ trượt lx của bánh xe. Quan hệ vật lý này được biểu

diễn trên hình 1.2. Qui luật như vậy cũng gần giống giữa bánh xe bị phanh và bánh xe

chủ động. Ở đây chỉ nêu lên trong trường hợp bánh xe bị phanh.

Sự trượt dọc của bánh xe gắn liền với sự biến dạng theo chu vi lốp. Các lớp ở vùng

tiếp xúc bị biến dạng, gây nên dịch chuyển tương đối với nền, và được xác định bằng

độ trượt Lamdax.

Đánh giá sự trượt dọc của bánh xe nhờ độ trượt Lamdax và được định nghĩa trong

trường hợp bánh xe bị phanh:

Trong đó: v là vận tốc dịch dọc của bánh xe tại vết tiếp xúc, w.rd là vận tốc dịch dọc của

bánh xe do sự quay của bánh xe gây nên tại vết tiếp xúc.

Như vậy sự trượt của bánh xe với nền xuất hiện kể cả khi bánh xe chịu lực dọc nhỏ.

Nếu càng gia tăng lực dọc (ở đây là lực phanh) sự trượt xảy ra càng lớn. Khi lực dọc

vượt quá giá trị của lực bám giới hạn, sự trượt hoàn toàn xảy ra.

Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc jx với độ trượt lx khi phanh được thực nghiệm trên

các loại mặt đường: bêtông khô (1), afan ướt (2), nền tuyết (3), nền băng (4) mô tả trên

hình 1.3. Trong thực nghiệm hệ số bám dọc lx được định nghĩa bằng tỷ số giữa lực dọc

(lực phanh) với tải trọng đặt lên bánh xe.

Quá trình diễn biến hệ số bám dọc jx theo độ trượt l xảy ra ở dạng đường cong lồi.

Trong trạng thái phanh nhẹ nhằm giảm vận tốc ôtô, giá trị độ trượt thấp. Nếu càng tăng

lực phanh, độ trượt cũng sẽ tăng, hệ số bám tăng tới một giá trị lớn nhất (điểm đỉnh – B

của hình 1.4) và bắt đầu suy giảm. Sự suy giảm hệ số bám sẽ không cho phép tăng

khả năng tiếp nhận lực dọc và bánh xe dẫn tới bị bó cứng. Như vậy đồ thị quan hệ trên

chia ra làm hai vùng: vùng ổn định và vùng mất ổn định.

Trong các cấu trúc ABS giá trị được lựa chọn trong khoảng 10% đến 30%, và gọi là

vùng điều chỉnh tối ưu tương ứng trên hình 1.4 và A, B, C. Tuy nhiên, qui luật của hệ số

bám và độ trượt trên các loại mặt đường khác nhau bị thay đổi, do vậy cần thiết bổ

sung thông số gia tốc góc bánh xe.

Trên các ôtô ngày nay sử dụng cả hai thông số gia tốc phanh (a) và độ trượt (l) của

bánh xe làm thông số ngưỡng điều chỉnh thay đổi áp suất phanh của bánh xe, đồng

thời sử dụng chế độ điều chỉnh mức thấp với mục đích đảm bảo khả năng quản lý độ