CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT CƠ SỞ HỆ THỐNG PHANH ABS CÓ BAS 1. Khái niệm hệ thống ABS Hệ thống ABS được 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. Nhiệm vụ : Duy trì hệ số trượt giữa bánh xe với mặt đường khi phanh trong mọi điều kiện nằm trong khoảng 10 – 30 (%) để đảm bảo hệ số bám dọc và ngang đều cao. Mục đích của việc bố trí thiết bị ABS trên ô tô Hệ thống phanh ABS là một hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh lực phanh nhằm tận dụng tối đa trọng lượng bám của xe.
Hệ thống được bố trí trên xe với ba mục đích chính : • Giữ ổn định hướng chuyển động của xe khi phanh trên đường vòng, hay trên đường có trạng thái khác nhau. Với ô tô không bố trí ABS các bánh xe có thể bị khoá cứng và có thể gây xoay thân xe. Với ô tô bố trí ABS khi phanh ô tô 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 ô tô bằng vành lái.
• Tạo điều kiện rút ngắn quãng đường phanh đặc biệt khi sử dụng ở đường tốt, vận tốc cao. Cơ sở lý thuyết Trên ôtô có trang bị hệ thống phanh nhằm mục đích giảm vận tốc hoặc dừng hẳn xe khi cần thiết. Lúc đó người lái giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào động cơ, đồng thời đạp phanh để hãm xe lại. Nhờ hệ thống phanh người lái có thể nâng cao vận tốc chuyển động trung bình của ôtô mà vẫn đảm bảo an toàn khi chuyển động.
Như ta đã biết, khi người lái xe tác dụng lực vào bàn đạp phanh thì ở cơ cấu phanh sẽ tạo ra mômen ma sát giữa má phanh với đĩa phanh và được gọi là 5 mômen phanh nhằm hãm bánh xe lại, lúc đó tại vị trí bánh xe tiếp xúc với mặt đường xuất hiện phản lực tiếp tuyến Pp ngược chiều với chuyển động của xe. Phản lực này được gọi là lực phanh và xác định theo biểu thức: Mp Pp = (1-1) rb Trong đó: Mp : Mômen phanh tác dụng lên bánh xe Pp : Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường rb : Bán kính làm việc của bánh xe Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi lực bám của bánh xe với mặt đường P tức phụ thuộc vào điều kiện bám giữa bánh xe với măt đường và phản lực pháp tuyến giữa bánh xe với mặt đường và được thể hiện qua biểu thức: Ppmax = P = Zb. (1-2) Trong đó: Ppmax : Lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với mặt đường. P : Lực bám giữa bánh xe với mặt đường Zb : Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe : Hệ số bám Trong quá trình phanh ô tô, mômen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh tăng lên làm lực cản trong cơ cấu phanh tăng theo, đến một lúc nào đấy lực cản trong cơ cấu phanh sinh ra sẽ lớn hơn lực cản lốp sẽ dẫn đến sự trượt lê bánh xe. Khi bánh xe bị trượt lê hoàn toàn thì hệ số bám có giá trị thấp nhất.
Theo biểu thức (1-2) thì khi bánh xe bị trượt lê hoàn toàn thì lực phanh sinh ra giữa bánh xe và mặt đường là nhỏ nhất, dẫn đến hiệu quả phanh thấp nhất. Không những thế, nếu các bánh xe trước bị trượt lê sẽ làm cho hệ số bám dọc x giảm đồng thời làm cho hệ số bám ngang y giảm khi đó mất bánh trước sẽ không có khả năng dẫn hướng vì thế đầu xe sẽ chuyển động theo lực quán tính hoặc độ nghiêng của mặt đường, còn nếu các bánh xe sau bị trượt lê thì xe sẽ bị trượt ngang theo về bên trái hoặc bên 6 phải theo độ nghiêng của mặt đương và xe sẽ có xu hướng quay ngoắt vòng tròn khi lực quán tính đẩy trọng tâm về phía trước và tâm quay là bánh xe trước có hệ số bám lớn. Nếu tất cả các bánh xe bị trượt lê thì xe sẽ mất hoàn toàn tính ổn định. Khi đó xe sẽ bị văng theo lực quán tính hoặc do độ nghiêng của mặt đường.
Nếu hệ số bám lớn sẽ cho phép bánh xe tiếp nhận lực dọc lớn và ngược lại. Hệ số bám này được xác định bằng thực nghiệm bánh xe đang chuyển động bị hãm cứng hoàn toàn, nghĩa là bánh xe bị trượt lê 100%.1 Độ trượt dọc của bánh xe khi phanh Trên thực tế, hệ số bám của bánh xe ôtô với mặt đường ngoài việc phụ thuộc vào loại đường và tình trạng mặt đường còn phụ thuộc khá nhiều bởi độ trượt của bánh xe tương đối với mặt đường trong quá trình phanh.1 : Tải trọng tác dụng lên bánh xe bị phanh 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 với độ trượt x của bánh xe.
7 Quan hệ vật lý này được biểu diễn trên hình 1. Quy 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 x Đánh giá sự trượt dọc của bánh xe nhờ độ trượt x và được định nghĩa trong trường hợp bánh xe bị phanh : v − rd r x = 100% = 1 − d 100% v v Trong đó: v : Vận tốc dịch dọc của bánh xe tại vết tiếp xúc. : Vận tốc góc của bánh xe khi phanh rd : Bán kính làm việc của bánh xe 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.
Quá trình diễn biến hệ số bám dọc x theo độ trượt xảy ra ở dạng đường cong lồi. Trong trạng thái phanh nhẹ nhằm giảm vận tốc ô tô, 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 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.
Trên các ô tô ngày nay sử dụng cả hai thông số gia tốc phanh và độ trượt 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 trượt ở vùng ổn định.2 Quan hệ vật lý của bám dọc, bám ngang với độ trượt ở bánh xe Trong thực tiễn, bánh xe đồng thời thực hiện khả năng truyền lực dọc và lực bên, đồ thị quan hệ lực dọc, lực bên với hệ số bám như trên hình 1. Khi bánh xe biến dạng chịu lực bên, còn kèm theo sự xuất hiện góc lệch bên α ở các bánh xe Hình 1.2 : Lực dọc, lực bên và vùng tối ưu của độ trượt Quy luật biến đổi của y với độ trượt bánh xe x : • Hệ số y sẽ đạt giá trị cực đại khi x = 0, sau đó sẽ giảm dần và đạt đến giá trị thấp nhất tương ứng với trạng thái bị bó cứng bánh xe hoàn toàn. Điều này có nghĩa khi bánh xe dẫn hướng bị bó cứng, khả năng điều khiển hướng ô tô bằng vành lái sẽ không có hiệu quả. • Trạng thái tối ưu cho phép để đạt được khả năng tiếp nhận lực dọc, lực bên lớn (cả x và y đạt giá trị cao), cần thiết hạn chế giá trị độ trượt dọc của bánh xe trong vùng x = 10 ÷ 30 % và hệ thống ABS sẽ điều chỉnh để độ trượt nằm trong vùng tối ưu đó.
• Khi xem xét bánh xe đàn hồi có mặt của góc lệch bên α, giá trị x , y sẽ giảm khi góc lệch tăng lên, khả năng ổn định của ô tô sẽ kém hơn. 9 Giá trị độ trượt tối ưu 0 = 10 ÷ 30 % là vùng tối ưu mà hệ thống phanh có thiết bị ABS cần đạt được. Vùng tối ưu này được ứng dụng thực tế trên ô tô thông qua các thực nghiệm đối với từng loại ô tô và cấu trúc ABS bố trí trên xe.3 Sự quay thân xe Sự quay thân xe khi phanh gây nên lệch hướng chuyển động của ô tô và làm khó khăn cho việc kiểm soát quỹ đạo chuyển động của ô tô bằng vành lái. Tuy nhiên sự quay thân xe xuất hiện trên cầu trước và trên cầu sau sẽ ảnh hưởng khác nhau đến quá trình phanh.
Sự quay thân xảy ra trên cầu trước. Mô tả hiện tượng này trên ô tô có cầu trước điều khiển độc lập Mô men gây quay thân xe Mz được xác định theo biểu thức : Mz = ( Pp1 + Pp2 )B Trong đó : Pp1 và Pp2 : Lực phanh sinh ra trên các bánh xe trái và phải B : Chiều rộng của hai vết lốp Như vậy sự quay thân xe còn chịu ảnh hưởng của trọng lượng toàn bộ ô tô và chiều rộng của ô tô B. Sự quay thân xe xảy ra trên cầu trước, người lái còn có khả năng kịp thời điều chỉnh vành lái, lấy lại quỹ đạo chuyển động của ô tô.3 : Sự quay thân xe do sai lệch hệ số bám giữa hai bánh xe trên cùng một cầu Sự quay thân xe xảy ra trên cầu sau ảnh hưởng nhiều tới khả năng giữ quỹ đạo chuyển động của ô tô, chỉ có các lái xe có kinh nghiệm mới có khả năng hiệu 10 chỉnh vành lái. Hạn chế khả năng quay thân xe do cầu sau sẽ đảm bảo hiệu quả ổn định hướng chuyển động khi phanh, mặc dù phải chấp nhận yếu tố giảm khả năng tận dụng trọng lượng bám.
Do vậy trên các bánh xe cầu sau có bổ sung bộ điều chỉnh cân bằng áp suất dầu phanh tới các bánh xe của cầu sau.
