Nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm nghiên cứu hệ thống abs khí nén trên ô tô
- 77 trang
- file .pdf
VŨ MẠNH DŨNG
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
VŨ MẠNH DŨNG
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRINH THỬ NGHIỆM
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
KHÓA 2011A
HÀ NỘI, 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------
VŨ MẠNH DŨNG
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRINH THỬ NGHIỆM
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. HỒ HỮU HẢI
HÀ NỘI, 2013
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn của PGS.TS. Hồ Hữu Hải. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn
là độc lập, hoàn toàn trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ công trình
nghiên cứu nào.
Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tác giả
Vũ Mạnh Dũng
1
LỜI CẢM ƠN
Dưới sự hướng dẫn chính của PGS.TS. Hồ Hữu Hải, sự giúp đỡ và tạo điều
kiện của Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, của Viện cơ khí động lực, cùng sự
hỗ trợ của các bạn đồng nghiệp, luận văn đã được thực hiện và hoàn thành
được nội dung nghiên cứu chính.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới giáo viên hướng dẫn, tới tập thể các thầy giáo,
các cán bộ trong Bộ môn và Viện chuyên nghành, cảm ơn sự giúp đỡ của các
bạn đồng nghiệp, trong thời gian thực hiện luận văn đã hết sức nhiệt tình
hướng dẫn, giúp đỡ, và hỗ trợ để luận văn đạt được những kết quả nhất định.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả
Vũ Mạnh Dũng
2
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................... 6
CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT .............................................................................. 8
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 9
i. Lý do chọn đề tài. ........................................................................................... 9
ii. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu. ..................................... 10
iii. Ý nghĩa của đề tài. ..................................................................................... 10
Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. ............................................. 11
1.1. Tổng quan hệ thống phanh ABS khí nén. ................................................ 11
1.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống ABS. ............................................................. 11
1.1.2. Yêu cầu và phân loại đối với hệ thống phanh ABS. .......................... 13
1.1.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS. ............................................. 14
1.2. Cơ sở lý luận đánh giá quá trình phanh ô tô. ................................ 20
1.2.1. Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu......................................................... 20
1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh. ................................................ 23
1.2.3. Tính ổn định hướng của ô tô khi phanh. ............................................ 27
1.3. Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan. ................ 29
1.4. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu............................................................. 30
1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................. 30
1.4.2. Nội dung nghiên cứu của luận văn........................................................ 31
3
Chương 2 Quy trình thử nghiệm hệ thống phanh khí nén có trang bị hệ
thống ABS ................................................................................................... 32
2.1. Yêu cầu chung của xe cơ giới trang bị hệ thống ABS khí nén. ............... 32
2.3. Thử kiểu 0 _ thử thông thường với phanh nguội. .................................... 35
2.3.1. Yêu cầu chung ....................................................................................... 35
2.3.2. Thử kiểu 0 với động cơ được ngắt khỏi hệ thống truyền lực................ 36
2.3.3. Thử kiểu 0 với động cơ nối với hệ thống truyền lực ............................ 36
2.4. Thử kiểu I _ Thử hiệu quả phanh nóng. ................................................... 36
2.5. Thư kiểu II _ Thử trạng thái xuống dốc. .................................................. 37
2.6. Phân bố lực phanh giữa các trục xe cơ giới. ............................................ 38
Chương 3 Xây dựng, chế tạo thiết bị thử nghiệm đánh giá quãng đường
phanh. ................................................................................................... 42
3.1. Xác định quãng đường phanh. ................................................................. 42
3.1.1. Nhân tố ảnh hưởng tới quãng đường phanh.......................................... 42
3.1.2. Đề xuất phương án đo quãng đường phanh. ......................................... 43
3.1.4. Cấu tạo một số bộ phận chính của bộ thí nghiệm. ................................ 49
3.1.4.1. Cấu tạo bơm chất lỏng đánh dấu. ....................................................... 49
3.1.4.2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động vòi phun chất lỏng đánh dấu. ............. 51
3.1.5. Mạch điều khiển vòi phun. .................................................................... 52
3.1.6. Yêu cầu của chất lỏng đánh dấu............................................................ 55
3.2. Độ lệch quỹ đạo chuyển động của xe khi phanh. .................................... 55
Chương 4 Quy trình thí nghiệm xác định quãng đường phanh ................. 59
4.1. Mục đích và điều kiện thử nghiệm........................................................... 59
4.1.1. Điều kiện đường thử.............................................................................. 59
4
4.1.1.1. Điều kiện bề mặt đường thử .............................................................. 59
4.1.1.2. Điều kiện môi trường ........................................................................ 60
4.1.1.3. Chuẩn bị các thiết bị thí nghiệm. ...................................................... 60
4.1.1.4. Chuẩn bị xe thí nghiệm. ..................................................................... 60
4.1.2. Các yêu cầu trong quá trình thử. .......................................................... 61
4.2. Bố trí sơ đồ thí nghiệm............................................................................ 62
4.3. Quy trình thí nghiệm: ............................................................................... 64
4.4. Ví dụ áp dụng quy trình thử nghiệm trên. ................................................ 68
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 75
5
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1: Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh theo ECE - R13 ........................ 27
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ điều khiển.............................................................................. 15
Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ABS.............................................. 16
Hình 1.3: Diễn biến quá trình kiểm soát độ trượt theo gia tốc của bánh xe ... 18
Hình 1.4: Sơ đồ lực tác dụng khi phanh.......................................................... 20
Hình 1.5: Phương pháp tính toán theo ECE .................................................... 25
Hình 2.1: Xe cơ giới không phải loại M1 và N1 ............................................ 40
Hình 2.2: Các loại xe N1 ................................................................................. 41
Hình 3.1: Các phương pháp đánh dấu quãng đường phanh ............................ 44
Hình 3.2: Phương án a: Bơm thường xuyên hoạt động, ................................. 46
Hình 3.3: Phương án b: Đạp phanh mới kích hoạt bơm chất lỏng, ................ 46
Hình 3.4: Bố trí một vòi phun trên cầu sau ..................................................... 47
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý đo quãng đường phanh ........................................ 50
Hình 3.6: Cấu tạo bơm chất lỏng đánh dấu..................................................... 51
Hình 3.7: Cấu tạo vòi phun chất lỏng ............................................................. 52
Hình 3.8: Sơ đồ mạch điều khiển vòi phun..................................................... 53
Hình 3.9: Độ lệch quỹ đạo khi phanh ............................................................. 57
Hình 3.10: Bố trí 02 vòi phun trên cầu trước và cầu sau ................................ 57
Hình 3.11: Cách xác định độ lệch thân xe ...................................................... 58
Hình 4.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên cầu trước ............................................ 63
Hình 4.2: Cơ cấu gá lắp cụm vòi phun trước (a) và sau (b) ............................ 63
Hình 4.3: Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm trên cầu sau ................................... 64
Hình 4.4: Xe thí nghiệm .................................................................................. 69
6
Hình 4.5: Bình chứa chất lỏng đánh dấu quãng đường phanh ........................ 69
Hình 4.6: Mạch điều khiển .............................................................................. 70
Hình 4.7: Vị trí lắp đặt vòi phun sau ............................................................... 70
Hình 4.8: Vị trí lắp đặt vòi phun trước............................................................ 71
Hình 4.9: Vòi phun và cơ cấu gá lắp vòi phun ............................................... 71
Hình 4.10: Chất lượng của thiết bị đánh dấu quãng đường phanh ................. 73
7
CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
ABS – Anti-lock brake system: Hệ thống chống hãm cứng bánh xe.
ASC – Anti Slip Control: Hệ thống điều khiển chống trượt quay
EBD – Electronic Brake–force Distribution: Phân phối lực phanh điện tử
TRC – Traction Control: Điều khiển lực kéo
ASR – Acceleration Slip Regulator: Hệ thống chống trượt quay xe
BAS – Brake Assist System: Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp.
ESP – Electronic Control Program: Hệ thống cân bằng điện tử
ECU – Electronic Control Unit: Bộ điều khiển điện tử
ECE-R13 – Economic Commission for Europe – Regulation No13: Tiêu
chuẩn cơ bản về hiệu quả phanh của Châu Âu.
SL - Select Low
SH - Select High
8
MỞ ĐẦU
i. Lý do chọn đề tài.
Hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an toàn chuyển
động của ô tô. Để đạt các chỉ tiêu hiệu quả, ổn định hướng chuyển động của
xe khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc; hệ thống phanh trên ô tô ngày càng
được hoàn thiện về bố trí, kết cấu, lắp đặt và vận hành. Sự phát triển của khoa
học, công nghệ kỹ thuật điện, điện tử và điều khiển tự động ngày càng ứng
dụng phổ biến trong công nghiệp ô tô nói chung, hệ thống phanh nói riêng.
Để đạt hiệu quả phanh đòi hỏi lực phanh ở mỗi bánh xe tại vùng tiếp xúc với
mặt đường phải có giá trị thích hợp với tình trạng mặt đường, loại lốp xe,
đồng thời bảo đảm điều kiện cân bằng các lực, mô men tại trọng tâm của xe
tạo cho xe giữ được ổn định trong khi chuyển động. Tuy nhiên, ô tô là một hệ
thống cơ học biến dạng, đàn hồi chuyển động vì vậy khi khảo sát quá trình
phanh ô tô ngoài việc nghiên cứu về kết cấu, bố trí của các cụm, các bộ phận
của hệ thống, ta không thể không nghiên cứu, xem xét quá trình điều khiển
của hệ thống.
Hệ thống phanh ABS là hệ thống quan trọng của ô tô. Quá trình điều khiển hệ
thống phanh ABS là một quá trình phức tạp vì liên quan chặt chẽ đến động
lực học của ô tô và bánh xe ô tô khi chuyển động trên đường. Để có cơ sở
khoa học nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đánh giá hiệu quả hoạt động hệ
thống phanh trên xe ô tô thực tế, việc xây dựng quy trình thử nghiệm hệ thống
phanh ABS có ý nghĩa quan trọng, là phương pháp nghiên cứu có tính thực
nghiệm cao, có nhiệm vụ hỗ trợ việc đánh giá các chỉ tiêu hiệu quả phanh
phục vụ trong mục đích nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện hệ thống ABS.
Luận văn đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm
nghiên cứu hệ thống ABS khí nén trên ô tô” làm luận văn tốt nghiệp của
mình.
9
ii. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.
Với phạm vi nghiên cứu trên xe tải được lắp ráp, vận hành trên hệ thống giao
thông Việt Nam, và phục vụ nghiên cứu phát triển và đánh giá hệ thống ABS,
nội dung của đề tài hướng tới nghiên cứu, tìm hiểu các tiêu chuẩn về hệ thống
ABS ô tô tải sử dụng phanh khí nén đảm bảm tính năng an toàn, cũng như
tính dễ kiểm tra; nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm đánh giá hệ thống
trên thực tế. Các kết quả thực nghiệm nhằm so sánh, đánh giá một cách trực
quan nhất tính năng hiệu quả phanh của hệ thống. Việc xây dựng quy trình
thử nghiệm rất quan trọng, vì qua đó ta có thể đánh giá được hiệu quả và độ
an toàn của hệ thống.
Hướng tiếp cận chính của đề tài là xây dựng quy trình thử nghiệm đánh giá
các chỉ tiêu hiệu quả phanh cho hệ thống phanh ABS khí nén thông qua các
tiêu chuẩn quãng đường phanh và độ lệch quỹ đạo chuyển động khi phanh.
Nghiên cứu đề xuất thiết bị và các phương pháp thử nghiệm đánh giá hiệu quả
phanh của hệ thống ABS khí nén.
iii. Ý nghĩa của đề tài.
Vấn đề nghiên cứu phát triển ABS cho hệ thống phanh khí nén trên ô tô tải tại
Việt Nam còn chưa được quan tâm, chú trọng phát triển. Để nghiên cứu phát
triển ABS cần thiết thực nghiệm hệ thống theo quy trình thích hợp để có thể
đánh giá quá trình làm việc của hệ thống. Đề tài có ý nghĩa thực tiễn đối với
việc nghiên cứu phát triển ABS khí nén cho các doanh nghiệp sản xuất lắp ráp
ô tô tải và ô tô buýt trong nước.
Quá trình làm việc của ABS rất phức tạp. Khác với quy trình kiểm định đánh
giá hệ thống phanh có ABS, quy trình thực nghiệm đánh giá quá trình làm
việc của ABS đòi hỏi phải khoa học để quan sát được các thông số trạng thái
của hệ thống trong quá trình làm việc.
10
Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
1.1. Tổng quan hệ thống phanh ABS khí nén.
1.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống ABS.
Nguyên nhân gây nên các hiện tượng giảm hiệu quả phanh, mất ổn định
trong quá trình phanh cũng như ổn định động học trong quá trình quay vòng
chính là mối quan hệ giữa lực phanh hay lực kéo với hệ số bám giữa bánh xe
với mặt đường. Bởi vậy, các giải pháp kết cấu và điều khiển chủ yếu tập trung
giải quyết vấn đề lực kéo hay lực phanh phù hợp với hệ số bám giữa bánh xe
với mặt đường.
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) nằm trong
hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại. Hệ thống sẽ điều khiển chống bó
cứng các bánh xe trong quá trình phanh, giúp tăng độ ổn định của xe, rút ngắn
quãng đường phanh, tăng khả năng điều khiển quay vòng ô tô trong trường
hợp cần thiết phải tránh chướng ngại vật.
Lịch sử phát triển của hệ thống phanh và phanh ABS qua các thời kì sau:
Năm 1924: Khai sinh hệ thống phanh thủy lực và đến năm 1931 thì
tăng tính an toàn phanh với dẫn động hai dòng;
Năm 1951: Ứng dụng dạng phanh đĩa.
Năm 1952 đến 1963 là thời kỳ ứng dụng trợ lực thủy lực và chân
không.
Năm 1978: Hệ thống phanh ABS bắt đầu có ứng dụng thương mại trên
ô tô. ABS tác động vào hệ thống dẫn động thủy lực nhằm giữ, giảm
hoặc tăng áp suất phanh dẫn đến các xi lanh phanh bánh xe để chống
trượt lết trong quá trình phanh.
Năm 1989: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống chống
trượt quay TSC. Hệ thống này điều khiển bằng cách điều chỉnh giá trị
11
của mô men phanh và mô men được truyền từ động cơ đến các bánh xe.
Hệ thống này còn có khả năng điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho
động cơ nhằm hạn chế trượt quay bánh xe do thừa mô men. Tuy nhiên
tại thời điểm đó, số kênh điều khiển hệ thống còn ít, chỉ điều khiển một
kênh, hoặc hai kênh cho toàn bộ các cầu hoặc một cầu xe và sử dụng
van điều hòa lực phanh bằng cơ khí để phân phối áp suất phanh đến các
bánh.
Năm 1994: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống cân bằng
điện tử EBD. Hệ thống điện tử dần thay thế các hệ thống cơ khí, hệ
thống phanh ABS trong hệ thống đã bắt đầu điều khiển nhiều kênh,
điều khiển từng bánh xe độc lập.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển
điện tử và tự động hóa, các hệ thống điều khiển trên ô tô ngày càng được phát
triển hoàn thiện hơn, nâng cao tính tiện nghi và an toàn sử dụng của ô tô.
Nhằm nâng cao tốc độ chuyển động và tính an toàn chủ động của ô tô, hệ
thống phanh là một trong những mục tiêu được đầu tư và phát triển nhiều.
Trên cơ sở một hệ thống ABS, hệ thống phanh có thể kết hợp với một số hệ
thống khác, và đến nay, một hệ thống phanh hiện đại đã có rất nhiều chức
năng ưu việt. Ngoài tác dụng cơ bản là giảm tốc độ hay dừng xe, hệ thống
phanh còn can thiệp cả trong quá trình khởi động và tăng tốc của ô tô, khống
chế các hiện tượng quay vòng thiếu, quay vòng thừa, làm tăng tính ổn định
của xe khi đi vào đường vòng.
Một số sự kết hợp của ABS với các hệ thống khác:
ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử
(Electronic Brake-force Distribution – EBD) và hệ thống trợ lực phanh
khẩn cấp (Brake Assist System – BAS).
12
ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (Traction Control (TRC)
hay Acceleration Slip Regulator (ASR).
ABS kết hợp với hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Electronic Stability
Program – ESP).
1.1.2. Yêu cầu và phân loại đối với hệ thống phanh ABS.
Những năm sau đó là quá trình hoàn thiện, tối ưu hóa hiệu quả làm việc của
hệ thống phanh. Hệ thống ABS hoạt động tối ưu, đáp ứng yêu cầu nâng cao
chất lượng phanh của ô tô phải đạt được các yêu cầu sau:
ABS phải đáp ứng được các yêu cầu về an toàn liên quan đến động lực
học phanh và chuyển động của ôtô.
Hệ thống phải làm việc ổn định và có khả năng thích ứng cao, điều
khiển tốt trong suốt dải tốc độ của xe và ở bất kỳ loại đường nào (thay
đổi từ đường bê tông khô có độ bám tốt đến đường đóng băng có độ
bám kém);
Hệ thống phải khai thác tối đa khả năng phanh của các bánh xe trên
đường nhằm tăng tính ổn định điều khiển và giảm quãng đường phanh.
Điều này không phụ thuộc vào việc phanh đột ngột hay phanh từ từ của
người lái xe.
Khi phanh xe trên đường có các hệ số bám khác nhau (ví dụ hai bánh
xe bên phải chạy trên đường có dính dầu nhớt và hai bánh bên trái chạy
trên đường nhựa khô) thì mô men xoay xe quanh trục đứng đi qua trọng
tâm của xe luôn luôn xảy ra, lúc này hệ thống ABS cần hỗ trợ làm mô
men quay đó tăng chậm để người lái xe có đủ thời gian điều chỉnh
thông qua hệ thống lái.
Phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh gấp trong lúc đang
quay vòng.
13
Hệ thống phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đoán và an toàn. Một mạch
kiểm soát phải liên tục kiểm tra sự hoạt động của hệ thống một cách
đầy đủ. Nếu phát hiện một lỗi nào đó có thể làm hư hỏng việc ứng xử
của ABS thì hệ thống sẽ thông báo cho lái xe biết thông qua đèn báo và
khi đó hệ thống phanh sẽ làm việc như một hệ thống phanh bình
thường.
Hệ thống điều khiển ABS được phân loại thành các kiểu sau đây:
a. Điều khiển 4 kênh độc lập.
Các dòng có thể điều khiển 4 kênh độc lập theo kiều cầu trước/ cầu sau hoặc
điều khiển chéo (X) .
Hệ thống kiểu này được sử dụng rất phổ biến hiện nay vì nó hạn chế được sự
phụ thuộc về lực phanh giữa các bánh xe. Nhờ đó mà sự ổn định của xe khi
chuyển động được tăng lên
b. Điều khiển 3 kênh.
Với kiểu này, 2 bánh cầu trước được điều khiển độc lập còn 2 bánh cầu sau
vẫn sử dụng điều khiển chung
c. Điều khiển 2 kênh.
Kiểu điều khiển này, chỉ có 2 kênh điều khiển ra 4 bánh xe, do đó có sự phụ
thuộc về lực phanh giữa các bánh xe. Với ưu điểm là chi phí rẻ hơn nhưng
không đảm bảo tốt ổn định cho xe chuyển động bằng các kiểu trên nên kiểu
này ít được áp dụng trên xe ngày nay.
Ngoài ra trong hệ thống thủy lực còn có cách phân loại theo cơ cấu chấp hành
gồm: van 2 vị trí, và van 3 vị trí.
1.1.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS.
14
Quá trình điều khiển của hệ thống ABS được thực hiện theo chu trình kín như
trong hình vẽ:
Tín hiệu tác động
Tín hiệu điều khiển Tín hiệu đầu vào
Đối tượng điều khiển
Nhân tố ảnh hưởng
Hình 1.1: Sơ đồ điều khiển
- Tín hiệu đầu vào: là lực tác dụng lên bàn đạp của người lái xe.
- Tín hiệu điều khiển: là tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến tôc độ bánh xe,
cảm biến gia tốc xe, cảm biến góc quay thân xe..), và tín hiệu điều khiển bộ
điều khiển điện tử (ECU)
- Tín hiệu tác động: được thực hiện bởi bộ chấp hành thuỷ lực, điều chỉnh áp
suất dầu đến các xy lanh bánh xe ở cơ cấu phanh.
- Đối tượng điều khiển: là lực phanh ( Pp ) giữa các bánh xe và mặt đường, tạo
ra mô men ( M b ) thích hợp để duy trì hệ số bám ( ϕ ) tối ưu.
- Các nhân tố ảnh hưởng: điều kiện mặt đường, tình trạng phanh, tải trọng xe,
tình trạng của lốp (áp suất, độ mòn, độ biến dạng…)
Cảm biến tốc độ ở mỗi bánh xe sẽ truyền thông tin về tốc độ góc của mỗi
bánh xe tương ứng về bộ điều khiển phanh ABS. ECU sẽ căn cứ vào thông tin
15
được truyền từ các cảm biến bánh xe sẽ xác định được tình trạng của các bánh
xe bằng một chương trình được lập trình và cài đặt trong bộ ECU ABS. Khi
ECU ABS nhận thấy cần phải can thiệp (bánh xe đang có hiện tượng trượt bị
trượt lết) thì ECU ABS sẽ ưa ra tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành là các
van điện từ đóng, mở hoặc chế độ giữ để điều chỉnh áp suất khí tối ưu đến
mỗi bầu phanh bánh xe. Đảm bảo hệ số trượt trong giới hạn cho phép, không
cho hiện tượng trượt lết xảy ra. Nhờ đó mà đảm bảo được hệ số trượt tốt nhất
cho quá trình phanh nhằm làm tăng hiệu quả phanh.
Ta có sơ đồ khối của hệ thống ABS.
Cảm Trước phải Cơ cấu phanh
biến
Trước trái
bánh
xe Sau phải
ECU Van điều khiển áp
suất khi nén
Sau trái
Nguồn điện
Cụm van điện từ
Giá trị ngưỡng tín Tự chẩn
hiệu vào đoán
Đèn báo ABS
Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ABS
Các chế độ làm việc :
+ Chế độ giảm áp:
ECU chuyển tín hiệu đặt van điện từ ở chế độ giảm áp theo mức độ giảm tốc
của bánh xe, vì vậy giảm áp suất khí trên mỗi bầu phanh bánh xe. Sau khi áp
suất giảm, ECU chuyển van điện từ sang chế độ “giữ” để theo dõi về chế độ
16
thay đổi tốc độ của bánh xe. Nếu ECU thấy rằng áp suất khí cần giảm hơn
nữa nó sẽ giảm tiếp áp suất khí nén.
+ Chế độ giữ và tăng áp:
Khi áp suất trong bầu phanh bánh xe giảm (sau chế độ giảm áp) sẽ làm cho
bánh xe gần bó cứng lại tăng tốc độ. Tuy nhiên nếu tiếp tục giảm áp suất thì
lực phanh lại tiếp tục giảm. Để tránh hiện tượng này, ECU liên tục đặt van
điện từ ở chế độ “tăng áp” và chế độ “giữ áp”.
+ Chế độ giảm áp :
Khi áp suất khí trong bầu phanh bánh xe tăng từ từ bởi sự điều tiết của các
van điện từ do ECU điều khiển (sau chế độ giữ và tăng áp) bánh xe lại có xu
hướng bị bó cứng. Vì vậy, ECU lại chuyển tín hiệu điều khiển đến các van
điện từ để thực hiện chế độ “giảm áp” và áp suất khí trong bầu phanh bánh xe
giảm do cửa khí vào bầu phanh bị đóng bớt lại.
Chu kỳ của các giai đoạn diễn ra khá nhanh, có thể từ 2 đến 10 lần trong 1
giây.
Kiểm soát độ trượt bánh xe:
Trong quá trình điều khiển áp suất phanh, hệ thống ABS cần thiết tạo ra vùng
làm việc của bánh xe bị phanh trong khoảng độ trượt λ 0 tối ưu, giá trị này phụ
thuộc vào từng trạng thái nền đường. Trên đường tốt có hệ số bám cao thì giá
trị λ 0 =10%-30%. Các hệ thống ABS ngày nay sử dụng cảm biến đo vận tốc
bánh xe theo thời gian và xác lập các mối quan hệ sau:
- Vận tốc tức thời của bánh xe;
- Gia tốc góc của bánh xe;
- Độ trượt của bánh xe.
Quá trình kiểm soát độ trượt theo gia tốc được mô tả trên hình
17
Hình
1.3: Diễn biến quá trình kiểm soát độ trượt theo gia tốc của bánh xe
Trên ô tô sử dụng các cảm biến khác nhau để đo vận tốc, góc quay,... trong đó
có cảm biến vận tốc dài xác định được vận tốc dài của ô tô.
Phương pháp quản lý độ trượt của bánh xe trên cơ sở các tín hiệu tiếp nhận từ
cảm biến bánh xe được giải thích như sau:
Vân tốc của ô tô v xe được hình thành trên cơ sở vận tốc quay của các bánh xe
bị phanh v k , các bánh xe liên kết đàn hồi với nền trên khung vỏ cho nên :
v xe > v k hay v k = v xe (1-λ).
Việc xác định được giá trị gia tốc giới hạn (-a) được xuất phát từ vạn tốc giới
hạn của bánh xe là v(λ 1 ), với λ 1 nằm trong vùng độ trượt tối ưu. Nếu giá trị
tuyệt đối λ 1 càng lớn (bánh xe bị bó cứng càng nhiều), giá trị vân tốc giới hạn
v(λ 1 ) càng nhỏ và ngược lại. Giá trị giới hạn –a dùng để điều khiển chế độ
tăng áp sang chế độ giữ áp hay giảm áp.
Tại giá trị vận tốc bánh xe thực hiện chế độ điều chỉnh, tốc độ bánh xe được
ghi nhận là tốc độ đại diện v dd và dùng để kiểm soát giá trị vận tốc giới hạn
theo độ trượt v(λ 1 ). Quá trình thay đổi bám sát quá trình biến đổi vận tốc ô tô
cho tới khi giá trị v k = v dd , v dd lấy theo v k . Điều này cho phép giá trị v(λ 1 )
không thay đổi nhiều và đảm bảo độ trượt nằm sát trong vùng trượt tối ưu λ 0 .
18
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------------
KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
VŨ MẠNH DŨNG
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRINH THỬ NGHIỆM
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
KHÓA 2011A
HÀ NỘI, 2013
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
------------------------------
VŨ MẠNH DŨNG
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRINH THỬ NGHIỆM
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ABS KHÍ NÉN TRÊN Ô TÔ
NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. HỒ HỮU HẢI
HÀ NỘI, 2013
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn của PGS.TS. Hồ Hữu Hải. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn
là độc lập, hoàn toàn trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳ công trình
nghiên cứu nào.
Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tác giả
Vũ Mạnh Dũng
1
LỜI CẢM ƠN
Dưới sự hướng dẫn chính của PGS.TS. Hồ Hữu Hải, sự giúp đỡ và tạo điều
kiện của Bộ môn Ô tô và xe chuyên dụng, của Viện cơ khí động lực, cùng sự
hỗ trợ của các bạn đồng nghiệp, luận văn đã được thực hiện và hoàn thành
được nội dung nghiên cứu chính.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới giáo viên hướng dẫn, tới tập thể các thầy giáo,
các cán bộ trong Bộ môn và Viện chuyên nghành, cảm ơn sự giúp đỡ của các
bạn đồng nghiệp, trong thời gian thực hiện luận văn đã hết sức nhiệt tình
hướng dẫn, giúp đỡ, và hỗ trợ để luận văn đạt được những kết quả nhất định.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả
Vũ Mạnh Dũng
2
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. 1
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................... 6
CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT .............................................................................. 8
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 9
i. Lý do chọn đề tài. ........................................................................................... 9
ii. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu. ..................................... 10
iii. Ý nghĩa của đề tài. ..................................................................................... 10
Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. ............................................. 11
1.1. Tổng quan hệ thống phanh ABS khí nén. ................................................ 11
1.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống ABS. ............................................................. 11
1.1.2. Yêu cầu và phân loại đối với hệ thống phanh ABS. .......................... 13
1.1.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS. ............................................. 14
1.2. Cơ sở lý luận đánh giá quá trình phanh ô tô. ................................ 20
1.2.1. Điều kiện đảm bảo phanh tối ưu......................................................... 20
1.2.2. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh. ................................................ 23
1.2.3. Tính ổn định hướng của ô tô khi phanh. ............................................ 27
1.3. Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước có liên quan. ................ 29
1.4. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu............................................................. 30
1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................. 30
1.4.2. Nội dung nghiên cứu của luận văn........................................................ 31
3
Chương 2 Quy trình thử nghiệm hệ thống phanh khí nén có trang bị hệ
thống ABS ................................................................................................... 32
2.1. Yêu cầu chung của xe cơ giới trang bị hệ thống ABS khí nén. ............... 32
2.3. Thử kiểu 0 _ thử thông thường với phanh nguội. .................................... 35
2.3.1. Yêu cầu chung ....................................................................................... 35
2.3.2. Thử kiểu 0 với động cơ được ngắt khỏi hệ thống truyền lực................ 36
2.3.3. Thử kiểu 0 với động cơ nối với hệ thống truyền lực ............................ 36
2.4. Thử kiểu I _ Thử hiệu quả phanh nóng. ................................................... 36
2.5. Thư kiểu II _ Thử trạng thái xuống dốc. .................................................. 37
2.6. Phân bố lực phanh giữa các trục xe cơ giới. ............................................ 38
Chương 3 Xây dựng, chế tạo thiết bị thử nghiệm đánh giá quãng đường
phanh. ................................................................................................... 42
3.1. Xác định quãng đường phanh. ................................................................. 42
3.1.1. Nhân tố ảnh hưởng tới quãng đường phanh.......................................... 42
3.1.2. Đề xuất phương án đo quãng đường phanh. ......................................... 43
3.1.4. Cấu tạo một số bộ phận chính của bộ thí nghiệm. ................................ 49
3.1.4.1. Cấu tạo bơm chất lỏng đánh dấu. ....................................................... 49
3.1.4.2. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động vòi phun chất lỏng đánh dấu. ............. 51
3.1.5. Mạch điều khiển vòi phun. .................................................................... 52
3.1.6. Yêu cầu của chất lỏng đánh dấu............................................................ 55
3.2. Độ lệch quỹ đạo chuyển động của xe khi phanh. .................................... 55
Chương 4 Quy trình thí nghiệm xác định quãng đường phanh ................. 59
4.1. Mục đích và điều kiện thử nghiệm........................................................... 59
4.1.1. Điều kiện đường thử.............................................................................. 59
4
4.1.1.1. Điều kiện bề mặt đường thử .............................................................. 59
4.1.1.2. Điều kiện môi trường ........................................................................ 60
4.1.1.3. Chuẩn bị các thiết bị thí nghiệm. ...................................................... 60
4.1.1.4. Chuẩn bị xe thí nghiệm. ..................................................................... 60
4.1.2. Các yêu cầu trong quá trình thử. .......................................................... 61
4.2. Bố trí sơ đồ thí nghiệm............................................................................ 62
4.3. Quy trình thí nghiệm: ............................................................................... 64
4.4. Ví dụ áp dụng quy trình thử nghiệm trên. ................................................ 68
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 75
5
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1-1: Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh theo ECE - R13 ........................ 27
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ điều khiển.............................................................................. 15
Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ABS.............................................. 16
Hình 1.3: Diễn biến quá trình kiểm soát độ trượt theo gia tốc của bánh xe ... 18
Hình 1.4: Sơ đồ lực tác dụng khi phanh.......................................................... 20
Hình 1.5: Phương pháp tính toán theo ECE .................................................... 25
Hình 2.1: Xe cơ giới không phải loại M1 và N1 ............................................ 40
Hình 2.2: Các loại xe N1 ................................................................................. 41
Hình 3.1: Các phương pháp đánh dấu quãng đường phanh ............................ 44
Hình 3.2: Phương án a: Bơm thường xuyên hoạt động, ................................. 46
Hình 3.3: Phương án b: Đạp phanh mới kích hoạt bơm chất lỏng, ................ 46
Hình 3.4: Bố trí một vòi phun trên cầu sau ..................................................... 47
Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý đo quãng đường phanh ........................................ 50
Hình 3.6: Cấu tạo bơm chất lỏng đánh dấu..................................................... 51
Hình 3.7: Cấu tạo vòi phun chất lỏng ............................................................. 52
Hình 3.8: Sơ đồ mạch điều khiển vòi phun..................................................... 53
Hình 3.9: Độ lệch quỹ đạo khi phanh ............................................................. 57
Hình 3.10: Bố trí 02 vòi phun trên cầu trước và cầu sau ................................ 57
Hình 3.11: Cách xác định độ lệch thân xe ...................................................... 58
Hình 4.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm trên cầu trước ............................................ 63
Hình 4.2: Cơ cấu gá lắp cụm vòi phun trước (a) và sau (b) ............................ 63
Hình 4.3: Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm trên cầu sau ................................... 64
Hình 4.4: Xe thí nghiệm .................................................................................. 69
6
Hình 4.5: Bình chứa chất lỏng đánh dấu quãng đường phanh ........................ 69
Hình 4.6: Mạch điều khiển .............................................................................. 70
Hình 4.7: Vị trí lắp đặt vòi phun sau ............................................................... 70
Hình 4.8: Vị trí lắp đặt vòi phun trước............................................................ 71
Hình 4.9: Vòi phun và cơ cấu gá lắp vòi phun ............................................... 71
Hình 4.10: Chất lượng của thiết bị đánh dấu quãng đường phanh ................. 73
7
CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
ABS – Anti-lock brake system: Hệ thống chống hãm cứng bánh xe.
ASC – Anti Slip Control: Hệ thống điều khiển chống trượt quay
EBD – Electronic Brake–force Distribution: Phân phối lực phanh điện tử
TRC – Traction Control: Điều khiển lực kéo
ASR – Acceleration Slip Regulator: Hệ thống chống trượt quay xe
BAS – Brake Assist System: Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp.
ESP – Electronic Control Program: Hệ thống cân bằng điện tử
ECU – Electronic Control Unit: Bộ điều khiển điện tử
ECE-R13 – Economic Commission for Europe – Regulation No13: Tiêu
chuẩn cơ bản về hiệu quả phanh của Châu Âu.
SL - Select Low
SH - Select High
8
MỞ ĐẦU
i. Lý do chọn đề tài.
Hệ thống phanh giữ vai trò quan trọng trong việc bảo đảm an toàn chuyển
động của ô tô. Để đạt các chỉ tiêu hiệu quả, ổn định hướng chuyển động của
xe khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc; hệ thống phanh trên ô tô ngày càng
được hoàn thiện về bố trí, kết cấu, lắp đặt và vận hành. Sự phát triển của khoa
học, công nghệ kỹ thuật điện, điện tử và điều khiển tự động ngày càng ứng
dụng phổ biến trong công nghiệp ô tô nói chung, hệ thống phanh nói riêng.
Để đạt hiệu quả phanh đòi hỏi lực phanh ở mỗi bánh xe tại vùng tiếp xúc với
mặt đường phải có giá trị thích hợp với tình trạng mặt đường, loại lốp xe,
đồng thời bảo đảm điều kiện cân bằng các lực, mô men tại trọng tâm của xe
tạo cho xe giữ được ổn định trong khi chuyển động. Tuy nhiên, ô tô là một hệ
thống cơ học biến dạng, đàn hồi chuyển động vì vậy khi khảo sát quá trình
phanh ô tô ngoài việc nghiên cứu về kết cấu, bố trí của các cụm, các bộ phận
của hệ thống, ta không thể không nghiên cứu, xem xét quá trình điều khiển
của hệ thống.
Hệ thống phanh ABS là hệ thống quan trọng của ô tô. Quá trình điều khiển hệ
thống phanh ABS là một quá trình phức tạp vì liên quan chặt chẽ đến động
lực học của ô tô và bánh xe ô tô khi chuyển động trên đường. Để có cơ sở
khoa học nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đánh giá hiệu quả hoạt động hệ
thống phanh trên xe ô tô thực tế, việc xây dựng quy trình thử nghiệm hệ thống
phanh ABS có ý nghĩa quan trọng, là phương pháp nghiên cứu có tính thực
nghiệm cao, có nhiệm vụ hỗ trợ việc đánh giá các chỉ tiêu hiệu quả phanh
phục vụ trong mục đích nghiên cứu, phát triển và hoàn thiện hệ thống ABS.
Luận văn đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm
nghiên cứu hệ thống ABS khí nén trên ô tô” làm luận văn tốt nghiệp của
mình.
9
ii. Mục đích, đối tượng và phương pháp nghiên cứu.
Với phạm vi nghiên cứu trên xe tải được lắp ráp, vận hành trên hệ thống giao
thông Việt Nam, và phục vụ nghiên cứu phát triển và đánh giá hệ thống ABS,
nội dung của đề tài hướng tới nghiên cứu, tìm hiểu các tiêu chuẩn về hệ thống
ABS ô tô tải sử dụng phanh khí nén đảm bảm tính năng an toàn, cũng như
tính dễ kiểm tra; nghiên cứu xây dựng quy trình thử nghiệm đánh giá hệ thống
trên thực tế. Các kết quả thực nghiệm nhằm so sánh, đánh giá một cách trực
quan nhất tính năng hiệu quả phanh của hệ thống. Việc xây dựng quy trình
thử nghiệm rất quan trọng, vì qua đó ta có thể đánh giá được hiệu quả và độ
an toàn của hệ thống.
Hướng tiếp cận chính của đề tài là xây dựng quy trình thử nghiệm đánh giá
các chỉ tiêu hiệu quả phanh cho hệ thống phanh ABS khí nén thông qua các
tiêu chuẩn quãng đường phanh và độ lệch quỹ đạo chuyển động khi phanh.
Nghiên cứu đề xuất thiết bị và các phương pháp thử nghiệm đánh giá hiệu quả
phanh của hệ thống ABS khí nén.
iii. Ý nghĩa của đề tài.
Vấn đề nghiên cứu phát triển ABS cho hệ thống phanh khí nén trên ô tô tải tại
Việt Nam còn chưa được quan tâm, chú trọng phát triển. Để nghiên cứu phát
triển ABS cần thiết thực nghiệm hệ thống theo quy trình thích hợp để có thể
đánh giá quá trình làm việc của hệ thống. Đề tài có ý nghĩa thực tiễn đối với
việc nghiên cứu phát triển ABS khí nén cho các doanh nghiệp sản xuất lắp ráp
ô tô tải và ô tô buýt trong nước.
Quá trình làm việc của ABS rất phức tạp. Khác với quy trình kiểm định đánh
giá hệ thống phanh có ABS, quy trình thực nghiệm đánh giá quá trình làm
việc của ABS đòi hỏi phải khoa học để quan sát được các thông số trạng thái
của hệ thống trong quá trình làm việc.
10
Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
1.1. Tổng quan hệ thống phanh ABS khí nén.
1.1.1. Nhiệm vụ của hệ thống ABS.
Nguyên nhân gây nên các hiện tượng giảm hiệu quả phanh, mất ổn định
trong quá trình phanh cũng như ổn định động học trong quá trình quay vòng
chính là mối quan hệ giữa lực phanh hay lực kéo với hệ số bám giữa bánh xe
với mặt đường. Bởi vậy, các giải pháp kết cấu và điều khiển chủ yếu tập trung
giải quyết vấn đề lực kéo hay lực phanh phù hợp với hệ số bám giữa bánh xe
với mặt đường.
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) nằm trong
hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại. Hệ thống sẽ điều khiển chống bó
cứng các bánh xe trong quá trình phanh, giúp tăng độ ổn định của xe, rút ngắn
quãng đường phanh, tăng khả năng điều khiển quay vòng ô tô trong trường
hợp cần thiết phải tránh chướng ngại vật.
Lịch sử phát triển của hệ thống phanh và phanh ABS qua các thời kì sau:
Năm 1924: Khai sinh hệ thống phanh thủy lực và đến năm 1931 thì
tăng tính an toàn phanh với dẫn động hai dòng;
Năm 1951: Ứng dụng dạng phanh đĩa.
Năm 1952 đến 1963 là thời kỳ ứng dụng trợ lực thủy lực và chân
không.
Năm 1978: Hệ thống phanh ABS bắt đầu có ứng dụng thương mại trên
ô tô. ABS tác động vào hệ thống dẫn động thủy lực nhằm giữ, giảm
hoặc tăng áp suất phanh dẫn đến các xi lanh phanh bánh xe để chống
trượt lết trong quá trình phanh.
Năm 1989: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống chống
trượt quay TSC. Hệ thống này điều khiển bằng cách điều chỉnh giá trị
11
của mô men phanh và mô men được truyền từ động cơ đến các bánh xe.
Hệ thống này còn có khả năng điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho
động cơ nhằm hạn chế trượt quay bánh xe do thừa mô men. Tuy nhiên
tại thời điểm đó, số kênh điều khiển hệ thống còn ít, chỉ điều khiển một
kênh, hoặc hai kênh cho toàn bộ các cầu hoặc một cầu xe và sử dụng
van điều hòa lực phanh bằng cơ khí để phân phối áp suất phanh đến các
bánh.
Năm 1994: Hệ thống phanh ABS được kết hợp với hệ thống cân bằng
điện tử EBD. Hệ thống điện tử dần thay thế các hệ thống cơ khí, hệ
thống phanh ABS trong hệ thống đã bắt đầu điều khiển nhiều kênh,
điều khiển từng bánh xe độc lập.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật điều khiển
điện tử và tự động hóa, các hệ thống điều khiển trên ô tô ngày càng được phát
triển hoàn thiện hơn, nâng cao tính tiện nghi và an toàn sử dụng của ô tô.
Nhằm nâng cao tốc độ chuyển động và tính an toàn chủ động của ô tô, hệ
thống phanh là một trong những mục tiêu được đầu tư và phát triển nhiều.
Trên cơ sở một hệ thống ABS, hệ thống phanh có thể kết hợp với một số hệ
thống khác, và đến nay, một hệ thống phanh hiện đại đã có rất nhiều chức
năng ưu việt. Ngoài tác dụng cơ bản là giảm tốc độ hay dừng xe, hệ thống
phanh còn can thiệp cả trong quá trình khởi động và tăng tốc của ô tô, khống
chế các hiện tượng quay vòng thiếu, quay vòng thừa, làm tăng tính ổn định
của xe khi đi vào đường vòng.
Một số sự kết hợp của ABS với các hệ thống khác:
ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử
(Electronic Brake-force Distribution – EBD) và hệ thống trợ lực phanh
khẩn cấp (Brake Assist System – BAS).
12
ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (Traction Control (TRC)
hay Acceleration Slip Regulator (ASR).
ABS kết hợp với hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Electronic Stability
Program – ESP).
1.1.2. Yêu cầu và phân loại đối với hệ thống phanh ABS.
Những năm sau đó là quá trình hoàn thiện, tối ưu hóa hiệu quả làm việc của
hệ thống phanh. Hệ thống ABS hoạt động tối ưu, đáp ứng yêu cầu nâng cao
chất lượng phanh của ô tô phải đạt được các yêu cầu sau:
ABS phải đáp ứng được các yêu cầu về an toàn liên quan đến động lực
học phanh và chuyển động của ôtô.
Hệ thống phải làm việc ổn định và có khả năng thích ứng cao, điều
khiển tốt trong suốt dải tốc độ của xe và ở bất kỳ loại đường nào (thay
đổi từ đường bê tông khô có độ bám tốt đến đường đóng băng có độ
bám kém);
Hệ thống phải khai thác tối đa khả năng phanh của các bánh xe trên
đường nhằm tăng tính ổn định điều khiển và giảm quãng đường phanh.
Điều này không phụ thuộc vào việc phanh đột ngột hay phanh từ từ của
người lái xe.
Khi phanh xe trên đường có các hệ số bám khác nhau (ví dụ hai bánh
xe bên phải chạy trên đường có dính dầu nhớt và hai bánh bên trái chạy
trên đường nhựa khô) thì mô men xoay xe quanh trục đứng đi qua trọng
tâm của xe luôn luôn xảy ra, lúc này hệ thống ABS cần hỗ trợ làm mô
men quay đó tăng chậm để người lái xe có đủ thời gian điều chỉnh
thông qua hệ thống lái.
Phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh gấp trong lúc đang
quay vòng.
13
Hệ thống phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đoán và an toàn. Một mạch
kiểm soát phải liên tục kiểm tra sự hoạt động của hệ thống một cách
đầy đủ. Nếu phát hiện một lỗi nào đó có thể làm hư hỏng việc ứng xử
của ABS thì hệ thống sẽ thông báo cho lái xe biết thông qua đèn báo và
khi đó hệ thống phanh sẽ làm việc như một hệ thống phanh bình
thường.
Hệ thống điều khiển ABS được phân loại thành các kiểu sau đây:
a. Điều khiển 4 kênh độc lập.
Các dòng có thể điều khiển 4 kênh độc lập theo kiều cầu trước/ cầu sau hoặc
điều khiển chéo (X) .
Hệ thống kiểu này được sử dụng rất phổ biến hiện nay vì nó hạn chế được sự
phụ thuộc về lực phanh giữa các bánh xe. Nhờ đó mà sự ổn định của xe khi
chuyển động được tăng lên
b. Điều khiển 3 kênh.
Với kiểu này, 2 bánh cầu trước được điều khiển độc lập còn 2 bánh cầu sau
vẫn sử dụng điều khiển chung
c. Điều khiển 2 kênh.
Kiểu điều khiển này, chỉ có 2 kênh điều khiển ra 4 bánh xe, do đó có sự phụ
thuộc về lực phanh giữa các bánh xe. Với ưu điểm là chi phí rẻ hơn nhưng
không đảm bảo tốt ổn định cho xe chuyển động bằng các kiểu trên nên kiểu
này ít được áp dụng trên xe ngày nay.
Ngoài ra trong hệ thống thủy lực còn có cách phân loại theo cơ cấu chấp hành
gồm: van 2 vị trí, và van 3 vị trí.
1.1.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS.
14
Quá trình điều khiển của hệ thống ABS được thực hiện theo chu trình kín như
trong hình vẽ:
Tín hiệu tác động
Tín hiệu điều khiển Tín hiệu đầu vào
Đối tượng điều khiển
Nhân tố ảnh hưởng
Hình 1.1: Sơ đồ điều khiển
- Tín hiệu đầu vào: là lực tác dụng lên bàn đạp của người lái xe.
- Tín hiệu điều khiển: là tín hiệu từ các cảm biến (cảm biến tôc độ bánh xe,
cảm biến gia tốc xe, cảm biến góc quay thân xe..), và tín hiệu điều khiển bộ
điều khiển điện tử (ECU)
- Tín hiệu tác động: được thực hiện bởi bộ chấp hành thuỷ lực, điều chỉnh áp
suất dầu đến các xy lanh bánh xe ở cơ cấu phanh.
- Đối tượng điều khiển: là lực phanh ( Pp ) giữa các bánh xe và mặt đường, tạo
ra mô men ( M b ) thích hợp để duy trì hệ số bám ( ϕ ) tối ưu.
- Các nhân tố ảnh hưởng: điều kiện mặt đường, tình trạng phanh, tải trọng xe,
tình trạng của lốp (áp suất, độ mòn, độ biến dạng…)
Cảm biến tốc độ ở mỗi bánh xe sẽ truyền thông tin về tốc độ góc của mỗi
bánh xe tương ứng về bộ điều khiển phanh ABS. ECU sẽ căn cứ vào thông tin
15
được truyền từ các cảm biến bánh xe sẽ xác định được tình trạng của các bánh
xe bằng một chương trình được lập trình và cài đặt trong bộ ECU ABS. Khi
ECU ABS nhận thấy cần phải can thiệp (bánh xe đang có hiện tượng trượt bị
trượt lết) thì ECU ABS sẽ ưa ra tín hiệu để điều khiển cơ cấu chấp hành là các
van điện từ đóng, mở hoặc chế độ giữ để điều chỉnh áp suất khí tối ưu đến
mỗi bầu phanh bánh xe. Đảm bảo hệ số trượt trong giới hạn cho phép, không
cho hiện tượng trượt lết xảy ra. Nhờ đó mà đảm bảo được hệ số trượt tốt nhất
cho quá trình phanh nhằm làm tăng hiệu quả phanh.
Ta có sơ đồ khối của hệ thống ABS.
Cảm Trước phải Cơ cấu phanh
biến
Trước trái
bánh
xe Sau phải
ECU Van điều khiển áp
suất khi nén
Sau trái
Nguồn điện
Cụm van điện từ
Giá trị ngưỡng tín Tự chẩn
hiệu vào đoán
Đèn báo ABS
Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ABS
Các chế độ làm việc :
+ Chế độ giảm áp:
ECU chuyển tín hiệu đặt van điện từ ở chế độ giảm áp theo mức độ giảm tốc
của bánh xe, vì vậy giảm áp suất khí trên mỗi bầu phanh bánh xe. Sau khi áp
suất giảm, ECU chuyển van điện từ sang chế độ “giữ” để theo dõi về chế độ
16
thay đổi tốc độ của bánh xe. Nếu ECU thấy rằng áp suất khí cần giảm hơn
nữa nó sẽ giảm tiếp áp suất khí nén.
+ Chế độ giữ và tăng áp:
Khi áp suất trong bầu phanh bánh xe giảm (sau chế độ giảm áp) sẽ làm cho
bánh xe gần bó cứng lại tăng tốc độ. Tuy nhiên nếu tiếp tục giảm áp suất thì
lực phanh lại tiếp tục giảm. Để tránh hiện tượng này, ECU liên tục đặt van
điện từ ở chế độ “tăng áp” và chế độ “giữ áp”.
+ Chế độ giảm áp :
Khi áp suất khí trong bầu phanh bánh xe tăng từ từ bởi sự điều tiết của các
van điện từ do ECU điều khiển (sau chế độ giữ và tăng áp) bánh xe lại có xu
hướng bị bó cứng. Vì vậy, ECU lại chuyển tín hiệu điều khiển đến các van
điện từ để thực hiện chế độ “giảm áp” và áp suất khí trong bầu phanh bánh xe
giảm do cửa khí vào bầu phanh bị đóng bớt lại.
Chu kỳ của các giai đoạn diễn ra khá nhanh, có thể từ 2 đến 10 lần trong 1
giây.
Kiểm soát độ trượt bánh xe:
Trong quá trình điều khiển áp suất phanh, hệ thống ABS cần thiết tạo ra vùng
làm việc của bánh xe bị phanh trong khoảng độ trượt λ 0 tối ưu, giá trị này phụ
thuộc vào từng trạng thái nền đường. Trên đường tốt có hệ số bám cao thì giá
trị λ 0 =10%-30%. Các hệ thống ABS ngày nay sử dụng cảm biến đo vận tốc
bánh xe theo thời gian và xác lập các mối quan hệ sau:
- Vận tốc tức thời của bánh xe;
- Gia tốc góc của bánh xe;
- Độ trượt của bánh xe.
Quá trình kiểm soát độ trượt theo gia tốc được mô tả trên hình
17
Hình
1.3: Diễn biến quá trình kiểm soát độ trượt theo gia tốc của bánh xe
Trên ô tô sử dụng các cảm biến khác nhau để đo vận tốc, góc quay,... trong đó
có cảm biến vận tốc dài xác định được vận tốc dài của ô tô.
Phương pháp quản lý độ trượt của bánh xe trên cơ sở các tín hiệu tiếp nhận từ
cảm biến bánh xe được giải thích như sau:
Vân tốc của ô tô v xe được hình thành trên cơ sở vận tốc quay của các bánh xe
bị phanh v k , các bánh xe liên kết đàn hồi với nền trên khung vỏ cho nên :
v xe > v k hay v k = v xe (1-λ).
Việc xác định được giá trị gia tốc giới hạn (-a) được xuất phát từ vạn tốc giới
hạn của bánh xe là v(λ 1 ), với λ 1 nằm trong vùng độ trượt tối ưu. Nếu giá trị
tuyệt đối λ 1 càng lớn (bánh xe bị bó cứng càng nhiều), giá trị vân tốc giới hạn
v(λ 1 ) càng nhỏ và ngược lại. Giá trị giới hạn –a dùng để điều khiển chế độ
tăng áp sang chế độ giữ áp hay giảm áp.
Tại giá trị vận tốc bánh xe thực hiện chế độ điều chỉnh, tốc độ bánh xe được
ghi nhận là tốc độ đại diện v dd và dùng để kiểm soát giá trị vận tốc giới hạn
theo độ trượt v(λ 1 ). Quá trình thay đổi bám sát quá trình biến đổi vận tốc ô tô
cho tới khi giá trị v k = v dd , v dd lấy theo v k . Điều này cho phép giá trị v(λ 1 )
không thay đổi nhiều và đảm bảo độ trượt nằm sát trong vùng trượt tối ưu λ 0 .
18