Chương 1: Tổng quan về đề tài. Chương 2: Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking System). Chương 3: Hệ thống phanh khẩn cấp tự động AEB (Autonomous Emergency Braking System). Chương 4: Bảo dưỡng phanh ABS và AEB trên Honda CR-V 2019.
Chương 5: Kết luận. 3 Chương 2 HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH ABS (ANTI-LOCK BRAKING SYSTEM) 2. Sơ lược về hệ thống ABS 2. Giới thiệu chung Kể từ sự phát triển của phương tiện động cơ đầu tiên vào năm 1769 và sự xuất hiện của tai nạn lái xe đầu tiên vào năm 1770, các kỹ sư đã quyết tâm giảm thiểu các tai nạn lái xe và cải thiện an toàn của các phương tiện.
Rõ ràng rằng thiết kế hiệu quả của hệ thống phanh là để giảm tai nạn. Các chuyên gia về phương tiện đã phát triển lĩnh vực này thông qua việc phát minh ra hệ thống phanh chống bó cứng cơ học đầu tiên (ABS) được thiết kế và sản xuất trong ngành hàng không vào năm 1930. ABS được công nhận là một đóng góp quan trọng cho an toàn giao thông vì nó được thiết kế để giữ cho xe có thể lái được và ổn định trong những thời điểm phanh mạnh bằng cách ngăn bánh xe bị khóa. Mọi người đều biết rằng bánh xe sẽ trượt và bị khóa trong quá trình phanh mạnh hoặc khi phanh trên bề mặt đường trơn trượt.
Điều này thường gây ra quãng đường phanh dài và ảnh hưởng đến sự ổn định khi lái. Mục tiêu của ABS là điều chỉnh độ trượt bánh xe sao cho đạt được lực ma sát tối đa và sự ổn định lái (còn được gọi là ổn định dọc) được duy trì. Mục đích là để làm cho xe dừng lại trong khoảng cách ngắn nhất có thể trong khi vẫn kiểm soát được khả năng điều hướng của xe. Các công nghệ của ABS cũng được áp dụng trong hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS) và hệ thống kiểm soát ổn định động cơ của phương tiện (VSA).
Các tiêu chí đánh giá hiệu quả quá trình phanh a. Thời gian phanh Một hệ thống phanh được đánh giá theo tiêu chí liên quan tới thời gian phanh và quãng đường phanh. Các chỉ số này càng thấp nghĩa là phanh đảm bảo. Thời gian để tính chỉ số thời gian phanh được xác định : 4 v1 j t p.g g Trong đó: v1: vận tốc trước khi phanh.
v2: vận tốc ngay khi phanh xong. δj: hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay. Gia tốc chậm dần khi phanh Gia tốc giảm tốc của xe cũng là yếu tố để đánh giá được chất lượng của một hệ thống phanh. Độ lớn của gia tốc giảm tốc sẽ quyết định mức độ giảm tốc của xe khi phanh.
Biểu thức biểu thị chỉ số này được tính : .g j p max = j Trong đó: 𝛿𝑗 : Hệ số tính đến ảnh hưởng của các trọng khối quay của ô tô. jpmax: Gia tốc giảm tốc cực đại. Quãng đường phanh Chỉ số quãng đường phanh là thông số tiêu biểu có ý nghĩa gần như là quan trọng nhất. Quãng đường phanh sẽ cho biết được vị trí tương đối mà xe sẽ dừng khi phanh, qua đó tài xế sẽ có cách để xử trí để tránh va chạm.
So với những thông số ở trên như gia tốc giảm tốc hay thời gian phanh, quãng đường phanh mang tính trực quan, dễ dàng để cho người lái có thể biết được mình cần phải làm gì. Chỉ số quãng đường phanh ngắn nhất được tính theo biểu thức: j S p. min = v12 2 g 5 Trong đó: v1: Vận tốc của xe lúc chưa phanh( Bắt đầu phanh). δj: Hệ số tính đến ảnh hưởng của các khối lượng quay.
Lực phanh và lực phanh riêng Hai thông số này cũng là chỉ tiêu để đánh giá chất lượng phanh. Hai chỉ số này được tính theo biểu thức: Mp Fp = rb Fb Fpr = G Trong đó: Fb: lực phanh ô tô. Mb: momen phanh. rb: bán kính tính toán bánh xe.
Sự truyền lực phanh từ bánh xe tới mặt đường Khi ô tô phanh tạo ra momen phanh Mp ngược chiều chuyển động quay của bánh xe. Khi đó tại sự tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường sinh ra một phản lực tiếp tuyến chống lại sự chuyển động của xe gọi là lực phanh Fp. Lực phanh Fp ngược chiều chuyển động của của xe và có điểm đặt tại điểm tiếp xúc giữa mặt đường và bánh xe.1: Sơ đồ lực và momen tác dụng lên bánh xe.1) 𝑟𝑏 Trong đó: Fp – Lực phanh tại vùng tiếp xúc giữa mặt đường và bánh xe (N). Ff – Lực cản lăn (N).
Fx – Trọng lực của khung xe tác động lên tâm bánh xe (N). Mj – Momen quán tính của bánh xe (Nm). Mf – Moomen cản lăn (Nm). Mp – Momen phanh của bánh xe đang phanh (Nm).
Gb – Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe (N). Zb – Phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lênh bánh xe (N). ωb – Vận tốc gốc bánh xe (rad/s). rb – Bán kính tính toán của bánh xe (m).
Hệ số bám và lực bám - Hệ số bám dọc 𝜑𝑥 và lực bám dọc 𝐹𝜑𝑥 Xét theo khả năng bám dọc (Chỉ có phản lực dọc: lực kéo hoặc lực phanh ) thì hệ số bám được gọi là hệ số bám dọc 𝜑𝑥 và được gọi là tỷ số giữa lực kéo tiếp tuyến cực đại (hoặc lực phanh cực đại Fpmax) sinh ra tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe bị phanh với mặt đường trên tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe Gb. Đối với bánh xe đang phanh: 7 F𝑝𝑚𝑎𝑥 𝜑𝑥 = Gb Fpmax - Lực phanh cực đại tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường (N). Cần chú ý rằng, lực phanh Fpmax được xác định bằng biểu thức: 𝑀𝑝𝑚𝑎𝑥 𝐹pmax = 𝑟𝑏 Tức là lực phanh được tạo ra là do khả năng của động cơ hoặc cơ cấu phanh, nhưng lực này có được tận dụng triệt để không còn phải dựa vào khả năng bám của bánh xe lên mặt đường. Từ định nghĩa hệ số bám dọc, lực phanh cực đại sinh ra được tính theo biểu thức: 𝐹𝑝𝑚𝑎𝑥 = 𝜑𝑥.
𝐺𝑏 Nếu 𝑍𝑏 đóng vai trò là phản lực theo phương thẳng đứng mà mặt đường tác dụng lên bánh xe thì: 𝑍𝑏 = 𝐺𝑏 Lúc đó lực bám dọc 𝐹𝜑𝑥 được tính theo biểu thức: 𝐹𝜑𝑥 = 𝜑𝑥. 𝑍𝑏 Khi phanh, để đảm bảo bánh xe không bị trượt lết, lực phanh cực đại sinh ra phải đảm bảo điều kiện như sau: 𝐹𝑝𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝐹𝜑𝑥 - Hệ số bám ngang 𝜑𝑦 và lực bám ngang 𝐹𝜑𝑦 Xét khả năng bám theo chiều ngang (khi bánh xe chỉ có phản lực ngang Yb) thì lúc đó có được hệ số bám ngang 𝜑𝑦 và gọi là tỉ số giữa phản lực ngang cực đại với tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe 𝐺𝑏.2: Lực ngang và phản lực ngang cực đại trên bánh xe. Yb – Phản lực cực đại theo phương ngang của mặt đường lên bánh xe (N). Fy – Lực ngang tại bánh xe (N).
Khả năng bám ngang được biểu thị qua hệ số bám ngang 𝐹𝜑𝑦 : 𝐹𝜑𝑦 = 𝜑𝑦 .𝑍b Khi phanh, để đảm bảo rằng xe không bị trượt ngang thì hệ số phản lực ngang cực đại phải đảm bảo điều kiện sau: 𝑌𝑏𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝐹𝜑𝑦 - Hệ số bám và lực bám tổng quát Kết hợp các lực trên, khi dưới bánh xe đồng thời cả 2 phản lực dọc (Xb) và ngang (Yb), khả năng bám được tính theo quy tắc vecto tổng hợp lực 𝑄 = √𝑋𝑏2 + 𝑌𝑏2 là hợp lực của Xb (Xb = Fp + Ff khi phanh) và Yb. Khi đó, hệ số bám của bám ngang và bám dọc sẽ được tổng hợp thành hệ số bám tổng quát 𝜑𝑡𝑞 và tính theo biểu thức : 𝑄𝑚𝑎𝑥 (√𝑋𝑏2 +𝑌𝑏2 )𝑚𝑎𝑥 𝜑𝑡q = = 𝐺𝑏 𝐺𝑏 Qmax – Lực Q cực đại (N). Xb – Phản lực tiếp tuyến (N). Xb = Fp + Ff khi phanh và Xb = Fk - Ff khi kéo.
Khi đó khả năng bám của hợp lực Q khi đã có hệ số bám tổng quát là 𝐹𝜑𝑡𝑞: 𝐹𝜑𝑡𝑞 = 𝜑𝑡𝑞 .𝑍𝑏 9 Khi đó, muốn bánh xe không bị trượt theo hướng tổng hợp vecto của lực Q thì điều kiện của Q cực đại phải nhỏ hơn lực bám tổng quát : Qmax = (√𝑋𝑏2 + 𝑌𝑏2 )𝑚𝑎𝑥 ≤ 𝐹𝜑𝑡𝑞 Như vậy, nếu xét theo chiều dọc thì lực phanh cực đại Fpmax bị giới hạn bởi lực bám Fφx. Nếu muốn tận dụng hết lực phanh do cơ cấu phanh tạo ra để hãm chuyển động của ô tô, cần gia tăng lực bám. Các thông số để tăng lực bám là hệ số bám, trọng lượng và tối ưu nhất vẫn là tăng cả hai thông số. Về mặt tăng hệ số bám, lốp xe phải được thiết kế có vấu cao.
Về mặt tăng trọng lượng bám, ô tô phải được thiết kế gồm nhiều cầu chủ động, có như vậy với sử dụng tối ưu được hết trọng lượng xe thành trọng lượng bám. Sự trượt Hệ số trượt (độ trượt) Độ trượt khi phanh: 𝑣𝛿 𝑣 − 𝑣0 𝑣0 𝑟𝑏 𝛿𝑝 = − = = −1= −1 𝑣 𝑣 𝑣 𝑟𝑙 Độ trượt khi kéo: 𝑣 −𝑣 𝑉 𝑣 𝑟 𝛿𝑘 = 0 =1 − = − 𝛿 =1 − 𝑙 𝑣0 𝑣0 𝑣0 𝑟𝑏 với: • 𝛿𝑘 – độ trượt khi kéo • 𝛿𝑝 – độ trượt khi phanh • 𝑣𝛿 – vận tốc trượt (m/s) • v – vận tốc thực tế (m/s) • 𝑣0 – vận tốc lý thuyết (m/s) • 𝑟𝑏 – bán kính tính toán (m) • 𝑟𝑙 - bán kính lăn của bánh xe (m) - Bánh xe lăn có trượt quay Đây là trường hợp của bánh xe đang có lực kéo, khi đó tốc độ của tâm bánh xe (tốc độ thực tế) V nhỏ hơn tốc độ lý thuyết 𝑣0 , do vậy cực P nằm trong vòng bánh xe và rl < r. 10 Trong vùng tiếp xúc của bánh xe với mặt đường, theo quy luật phân bố vận tốc sẽ xuất hiện một vận tốc trượt 𝑣𝛿 ngược hướng với trục x. Ta có quan hệ sau: Hình 2.3: Lăn có trượt quay.
𝑟𝑙 → 𝑣𝛿 = v - 𝑣0 > 0 𝑉 −𝑉 𝑟 Mà 𝛿𝑘 = 0 =1- 𝑙 𝑉0 𝑟 Vậy 𝑣𝛿 < 0 thì 𝛿𝑘 > 0 Ở trạng thái trượt quay hoàn toàn (bánh xe chủ động quay, xe đứng yên) ta có: v = 0 → 𝜔 > 0 →𝑟𝑙 = 0 𝑣𝛿 = v - 𝑣0 = 0 -𝑣0 = - 𝑣0 𝑉 −𝑉 → 𝛿𝑘 = 0 = 1 (Trượt quay hoàn toàn) 𝑉0 Trường hợp bánh xe lăn có trượt lết: Hình 2.4: Lăn có trượt lết. 11 Ta có khi bánh xe bị trượt lết đây là trường hợp bánh xe đang được phanh. Trong trường hợp này v >v0, cực P nằm bên ngoài bánh xe và rl > r.