MỤC LỤC
MỤC LỤC......................................................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU.............................................................................................................. 8
Chương I. MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI............................................................9
1.1. Đặt vấn đề............................................................................................................. 9
1.2. Mục đích của đề tài................................................................................................ 9
1.3. Ý nghĩa của đề tài.................................................................................................10
Chương II. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ.......................................12
2.1. Chức năng, yêu cầu nhiệm vụ và phân loại hệ thống phanh ô tô...........................12
2.1.1. Chức năng...........................................................................................................12
2.1.2. Yêu cầu..................................................................................................................13
2.1.3. Phân loại............................................................................................................... 14
2.2. Các bộ phận cơ bản hệ thống phanh trên ô tô..........................................................15
2.2.1. Bộ phận điều khiển phanh......................................................................................15
2.2.2. Bộ phận cung cấp năng lượng phanh.................................................................... 15
2.2.3. Bộ phận dẫn động phanh.......................................................................................15
a. Dẫn động thủy lực........................................................................................................15
b. Dẫn động khí nén.........................................................................................................15
2.2.4. Cơ cấu phanh...................................................................................................... 22
a. Cơ cấu phanh tang trống.......................................................................................... 22
b. Cơ cấu phanh đĩa..................................................................................................... 25
c. Một số sơ đồ kết cấu cơ cấu phanh thường gặp..................................................... 27
2.2.4.Bộ trợ lực phanh................................................................................................... 27
2.3. Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số hệ thống phanh điển hình........27
2.3.1. Hệ thống phanh cơ khí...................................................................................... ...27
2.3.3. Hệ thông phanh thủy lực....................................................................................... 29
2.2.3. Hệ thống phanh khí nén.................................................................................... ....32
Chương III. CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG PHANH CHỐNG TRƯỢT LÊ (ABS)............33
3.1. Động lực học quá trình phanh ô tô.............................................................................33
3.1.1. Trọng lực............................................................................................................... 33
3.1.2. Lực cản lên dốc.....................................................................................................34
3.1.3. Phản lực vuông góc tác dụng từ mặt đường Z................................................... 35
3.1.4. Lực cản lăn Fl.................................................................................................... 36
3.1.5. Lực cản không khí Fw........................................................................................ 36
3.1.6. Lực quán tính Fj................................................................................................. 36
3.1.7. Lực kéo ro móoc Fm .......................................................................................... 37
3.1.8.Lực phanh Fp ...................................................................................................... 37
3.2. Phương trình cân bằng lực phanh ........................................................................ 38
3.3. Các chỉ tiêu đánh giá tính năng phanh..................................................................39
3.3.1.Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh............................................................... 39
3.3.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định khi phanh. ...................................................42
3.1.3. Các biện pháp nâng cao tính năng phanh .......................................................43
3.4. Cơ sở lý thuyết của hệ thống phanh chống trượt lê ABS ...................................43
3.4.1. Đặc tính của ma sát......................................................................................... 43
3.4.2. Hệ số trượt và hệ số bám.................................................................................. 44
3.4.3. Giải pháp kỹ thuật.............................................................................................. 47
Chương IV. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH CHỐNG TRƯỢT LÊ (ABS) TRÊN Ô TÔ.......... 48
4.1. Giới thiệu sơ lược về hệ thống phanh ABS............................................................. 48
4.2. Các bộ phận cơ bản của hệ thống phanh ABS.................................................... 49
4.2.1. Cụm điều khiển điện tử..................................................................................... 50
4.2.2. Hệ thống cảm biến ........................................................................................... 52
a . Cảm biến tốc độ trên xe......................................................................................... 52
b. Cảm biến gia tốc..................................................................................................... 55
c. Cảm biến trọng lực G............................................................................................. 57
4.2.3. Bộ điều khiển thủy lực HCU............................................................................ 59
a. Van điện 3 vị trí...................................................................................................... 60
b. Bơm điện ABS.......................................................................................................... 63
4.3. Nguyên tắc bố trí chung các hệ thống chống trượt lê (ABS)................................. 64
4.4. Nguyên lý chung của hệ thống phanh chống trượt lê (ABS)................................. 66
4.5. Các trạng thái làm việc hệ thống chống trượt lê (ABS)....................................... 67
4.5.1. Trạng thái phanh bình thường........................................................................ 68
4.5.2. Trạng thái giảm áp lực phanh......................................................................... 68
4.5.3. Trạng thái giữ áp lực phanh............................................................................ 69
4.5.4. Trạng thái tăng áp lực phanh......................................................................... 70
4.6. Ưu nhược điểm của hệ thống phanh ABS......................................................... 71
Chương V. HỆ THỐNG PHANH ABS KẾT HỢP VỚI CÁC HỆ THỐNG KHÁC .........73
5.1. Giới thiệu chung.................................................................................................. 73
5.2. Hệ thống ABS kết hợp với EBD và BAS............................................................. 73
5.2.1. Hoạt động của ABS với EBD........................................................................... 75
5.2.2. Hoạt động của hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp............................................... 77
KẾT LUẬN................................................................................................................... 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................. 80
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay cùng với sự phát triển của xã hội thì phương tiện giao thông cũng phát triển không ngừng trong đó ô tô là một phương tiện phổ biến. Do nhu cầu cấp thiết của người tiêu dùng, ngành công nghiệp ô tô đã cho ra đời rất nhiều loại ô tô với các tính năng và công dụng khác nhau. Cũng từ những đòi hỏi của người tiêu dùng về vận tốc của ô tô phải lớn và độ an toàn phải cao. Nhà sản xuất phải nghiên cứu về hệ thống phanh nhiều hơn nhằm đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng vì vậy hệ thống phanh chống trượt lê được ra đời là một trong những giải pháp cho vấn đề an toàn.
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, điện tử và tin học đã giúp nghành công nghiệp ô tô thiết kế chế tạo thành công các hệ thống phanh chống trượt lê với độ chính xác cao, an toàn, hiệu quả, nhỏ gọn…vì vậy mà tính ổn định của ô tô và hiệu quả của ô tô cao hơn nhiều so với hệ thống phanh thường.
Ở nước ta nghành ô tô đang đà phát triển mạnh nên trên các xe ô tô thì việc trang bị hệ thống phanh chống trượt lê sẽ dần trở thành một tiêu chuẩn bắt buộc trên các xe ô tô.
Với mục đính củng cố và mở rộng kiến thức chuyên môn, đồng thời làm quen với công tác nghiên cứu khoa học góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng phanh trên ô tô. Tôi đã đựơc giao thực hiện đồ án tốt nghiệp với đề tài:
“Tìm hiểu hệ thống phanh chống trượt lê (ABS) trên ô tô”
Với sự hướng dẫn của thầy giáo Phạm Minh Tâm
Sau một thời gian thực hiện, với sự cố gắng của bản thân cùng với sự giúp đỡ chỉ dẫn của thầy : Ths…………… và các thầy khác trong khoa, đến nay đề tài của tôi đã được hoàn thành. Mặc dù đã hết sức cố gắng nhưng do kiến thức và thời gian còn hạn chế nên khó tránh khỏi những thiếu sót, rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy và các bạn để đồ án của tôi được hoàn thiện hơn.
Qua đây em xin chân thành cảm ơn thầy: Ths…………… người đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này cùng toàn thể các thầy trong khoa Cơ khí Động lực đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện.
Vinh ngày … tháng … năm 20…
Sinh viên thực hiện
……………….
CHƯƠNG I
MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Đặt vấn đề:
Trong kết cấu của chương trình đào tạo đại học liên thông sau mỗi khóa học mỗi sinh viên có thể tham gia thi tốt nghiệp hoăc làm đồ án tốt nghiệp. Việc làm đồ án tốt nghiệp nó có một ý nghĩa quan trọng giúp sinh viên một lần nữa hệ thống hóa lại kiến thức mình đã được học trong thời gian qua. Cũng qua đó giúp ta có điều kiện đi sâu vào nghiên cứu một vấn đề cụ thể nào đó mà mình quan tâm. Được sự giúp đỡ và tạo điều kiện của các thầy cô giáo trong khoa đã cho phép em được tham gia làm đồ án tốt ghiệp.
Để làm một đồ án tốt nghiệp không phải là đơn giản từ việc nhận đề tài đến việc thu thập tài liệu và tiến hành làm là một quá trình dài bắt buộc người làm phải cố gắng và nổ lực. Em được giao đề tài “Tìm hiểu hệ thống phanh chống trượt lê (ABS) trên ô tô”. Đây là một đề tài hay và phù hợp với mong muốn cũng như khả năng của bản thân. Như ta đã biết ngành công nghiệp sản xuất ô tô là ngành công nghiệp nặng có quy mô lớn và chiếm một tỷ lệ không nhỏ trong nền kinh tế quốc dân của khá nhiều nước.
1.2. Mục đích của đề tài.
Với mỗi đề tài tốt nghiệp nói chung, đề tài “Tìm hiểu hệ thống phanh chống trượt lê (ABS) trên ô tô” nói riêng thì người thực hiện phải đề ra và thực hiện các mục đích sau:
a) Về mặt kiến thức:
- Một lần nữa hệ thống lại tổng thể hệ thống phanh. Nắm được các nội dung chính của một hệ thống phanh nói chung là nhiệm vụ, yêu cầu, đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động.... Từ đó nhận thấy sự khác biệt và đặc trưng của từng hệ thống và thấy rõ các ưu điểm và vấn đề cần giải quyết từ đó tạo tiền đề để nghiên cứu về hệ thống phanh ABS.
- Nắm được cơ sở lý thuyết của quá trình phanh là việc tạo một lực cản lên bộ phận chuyển động của xe mà cụ thể đây là bánh xe. Sẽ có nhiều loại lực cản có thể tạo ra và nhiều cách thức tạo ra các lực đó từ đó cho ta nhiều lựa chọn về phương án phanh khác nhau. Việc nghiên cứu động lực học quá trình phanh giúp người học có thể nắm bản chất của quá trình phanh cách thức tạo ra và khoảng giá trị lực phanh.
b) Vê kỹ năng và phương pháp học tập.
- Với việc thực hiện đồ án này em có thể rèn luyện một số kỹ năng qua trọng học tập như: kỹ năng thu thập tìm hiểu phân tích và lựa chọn tài liệu, kỹ năng tổng hợp và sắp xếp khối kiến thức trong một nội dung, chủ đề lớn, kỹ năng trình bày bố cục hợp lý ....
- Hoàn thiện kỹ năng làm việc trên máy tính, tìm hiểu các nguồn thông tin trên mạng Internet....
1.3. Ý nghĩa của đề tài.
Việc thực hiện đề tài này có một ý nghĩa quan trọng cho người thực hiện về mặt kiến thức cũng như rèn luyện các kỹ năng và phương pháp học tập
- Qua việc thực hiện đề tài này đã giúp em một lần nữa hệ thống lại kiến thức về quá trình phanh ô tô, có cái nhìn sâu sắc hơn, kỹ hơn về nó. Giúp em hiểu được thế nào là hệ thống phanh ABS, nó có cấu tạo và nguyên lý làm việc như thế nào. Và từ những ưu điểm đó nó được sử dụng phổ biến ngày nay.
- Rèn luyện các kỹ năng và phương pháp học tập tốt hơn.
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
2.1. Chức năng, yêu cầu và phân loại hệ thống phanh ô tô
2.1.1. Chức năng
Hệ thống phanh ô tô có những chức năng sau:
- Giảm vận tốc ô tô đến trị số xác định hoặc giảm vận tốc đến khi dừng hẳn.
- Duy trì vận tốc xe ở một trị số xác định trong trường hợp xe chuyển động xuống dốc.
- Đảm bảo ô tô không chuyển động khi đang đứng yên trên đường dốc hoặc khi không có người lái.
- Đối với xe bánh xích ngoài những nhiệm vụ trên nó còn có nhiệm vụ phối hợp với ly hợp khi chuyển hướng khi xoay vòng.
* Phanh khẩn cấp: là quá trình phanh khi mà lái xe phát hiện những tình huống khẩn cấp phải phanh để dừng xe trong thời gian ngắn nhất có thể. Khi phanh khẩn cấp động năng của xe bị triệt tiêu chủ yếu do lực phanh gây ra (khoảng 90 %) còn lại do lực cản tự nhiên gây ra như lực cản không khí và cản mặt đường, lực ma sát .
* Phanh tại chỗ: được ngăn ngừa chuyển động của xe khi xe đứng tai chỗ. Trong trường hợp phanh này có thể không có người lái tác động mà người ta dùng một hệ thống phanh cố định không phụ thuộc vào sự duy trì của người lái đó là phanh tay.
2.1.2. Yêu cầu đối với hệ thống phanh.
Để một hệ thống phanh có thể thực hiện tốt những nhiệm vụ của nó và đảm bảo sự vận hành linh hoạt thì hệ thống phanh phải thõa mãn một số yêu cầu như sau.
- Đảm bảo được tính năng phanh cao
- Lực cần thiết tác dụng lên cơ cấu điều khiển phanh không được quá lớn để việc điều khiển được nhẹ nhàng linh hoạt. Đảm bảo tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên cơ cấu điều khiển và lực phanh tác dụng lên bánh xe.
2.1.2. Phân loại.
Có nhiều loại phanh hiện nay được sử dụng trên ô tô. Với mỗi tiêu chí khác nhau sẽ có một số loại phanh khác nhau:
- Theo mục đích sử dụng:
+ Hệ thống phanh chính (phanh chân)
+ Hệ thống phanh phụ (phanh tay)
- Theo cách thức truyền động và môi chất sử dụng
+ Hệ thống phanh cơ khí
+ Hệ thống phanh thủy lực
2.1. Các bộ phận cơ bản của hệ thống phanh ô tô.
Hệ thống phanh được cấu thành từ các bộ phận chính như sau:
- Bộ phận điều khiển phanh
- Bộ phận cung cấp năng lượng phanh
- Bộ phận dẩn động phanh
2. 2.1. Bộ phận điều khiển phanh.
Bộ phận điều khiển phanh là một bộ phận của hệ thống phanh mà bắt đầu hoạt động và kiểm soát hiệu quả của hệ thống phanh. Tín hiệu điều khiển có thể được chuyển tải trong các thiết bị kiểm soát bởi, cơ khí, khí nén, thủy lực hoặc phương tiện điện tử, bao gồm cả việc sử dụng năng lượng cơ bắp phụ trợ hay không.
Các thiết bị kiểm soát có thể được vận hành từ một trong các dạng năng lượng sau:
- Hành động trực tiếp của một cá nhân hoặc bằng tay hoặc chân.
- Hành động gián tiếp của trình điều khiển hoặc không có bất kỳ hành động (chỉ trong trường hợp xe kéo)
2.2.3. Bộ phận dẫn động phanh.
Dẫn động phanh có 2 phương án là dẫn động thủy lực và dẫn động bằng khí nén.
a) Dẫn động thủy lực:
Cấu tạo và hoạt động của cơ cấu này là : Một xy lanh chính nhận dầu từ bình chứa dầu phanh. Tiếp nhận lực điều khiển của người lái khi đạp phanh và trợ lực nếu có dẫn động pit tông chuyển động trong xy lanh chính. Tạo áp suất lớn cho dầu và đẩy nó vào hệ thống đường ống và phân phối đến các xy lanh con đạt tại các bánh xe. Tại các xy lanh con này tiếp nhận lực do áp suất dầu gây ra và dẫn động cơ cấu phanh hoạt động thực hiện quá trình phanh.
Nguyên lý hoạt động như sau:
Khi pit tông nhận tác động từ cần đạp của hệ thống phanh nó sẽ chuyển động về phía trước, phớt cao su số 4 bắt cố định với pit tông cũng sẽ chuyển động về phía trước sẽ bịt lại lỗ bù 8, ép lò xo hồi vị số 9 tạo áp suất dầu trong buồng B. Khi áp suất dầu trong buồng B tăng lên đến một giá trị giới hạn thắng sức căng lò xo của van 1 chiều số 5 làm mở van này cho dầu đi vào hệ thống đường ống dẫn chảy đến các xy lanh con tại các bánh xe.
Để làm việc đạt hiệu quả cao, hệ thống phải kín không có không khí lọt vào.
- Khi tác động một lực vào pit tông 2. Cụm pit tông (2), Phớt cao su (5) cùng tiến về phía trước đóng lại lỗ bù (18) làm tăng áp suất trong buồng (16), đẩy dầu trong buồng (16) qua van liên hợp (15) theo đường ống (11) đến các xy lanh con nơi bánh xe, đồng thời tạo nên một áp lực tác động vào mặt của pit tông (7) làm cho cụm phớt cao su (8) và pit tông (7) di chuyển, làm cho phớt cao su (8) đóng lại lỗ bù (21) tăng áp suất trong buồng (13) mở van liên hợp (10) đưa dầu đến các xy lanh con nơi bánh xe.
- Khi thôi tác động các cụm pit tông, phớt cao su được trở về vị trí ban đầu nhờ các lò xo (9 – 19) lúc này trong buồng (16) (13) tạo nên độ chân không. Cho nên dầu từ buồng (3) (14) chảy qua các lỗ (20 - 23) vào buồng (13 – 16) để điền đầy vào khoảng chân không ấy, đồng thời dầu từ các xy lanh con cũng trở về các buồng dầu cho nên lượng dầu này được chảy qua các lỗ dầu hồi (18 – 21) trở về bình chứa. Kết thúc quá trình phanh.
b) Dẫn động phanh khí nén.
Ở loại dẫn động này khi người lái xe đạp phanh làm cho khí nén được tích tại bình chứa khí có áp suất cao vào tổng phanh khí nén. Tại đây khí nén được đẩy lên 1 áp suất cao và phân phối tới các bầu phanh ở các bánh xe. Dưới tác dụng của khí nén có áp suất cao hút các màng của bầu phanh chuyển động làm dẫn động cơ cấu phanh, quá trình phanh được thực hiện. Khi người lái thôi không tác động vào bàn đạp phanh thì khí nén mất áp suất các màng ở bầu phanh chuyển động về vị trí ban đầu dưới tác dụng của các lỗ hồi vị.
2. 2.4. Cơ cấu phanh.
Cơ cấu phanh là bộ phận có chức năng trực tiếp tạo ra lực phanh. Nguyên lý hoạt động chung của cơ cấu phanh là tạo ra một ngoại lực có tác dụng làm cản chuyển động của ô tô trong quá trình phanh trên cơ sở các nguyên lý ma sát, thủy lực, điện từ và khí động. Cho đến nay đa số kiểu cơ cấu phanh sử dụng cơ cấu kiểu ma sát trong đó mômen phanh được tạo ra nhờ ma sát giữa má phanh và bộ phận chuyển động quay gắn cố định trên bánh xe.
a) Cơ cấu phanh tang trống .
• Nguyên lý chung:
Cơ cấu phanh tang trống là môt loại cơ cấu phanh kiểu ma sát. Trong đó bộ phận chuyển động quay trong cặp ma sát có hình dáng của một tang trống.
Cơ cấu phanh này gồm có đĩa được gắn lên mặt bích của dầm cầu. Các guốc phanh được đặt trên các cam lệch tâm 3 và một đầu được xoay trên chốt lệch tâm 2. Dưới tác dụng của lò xo 7 các má phanh 1 được lắp bằng các đinh tán vào guốc phanh 5 và chúng được ép chặt vào các cam lệch tâm 3 và ép các chốt tựa làm các pit tông ở trong xy lanh con 7 sát lại gần nhau để các pit tông luôn luôn áp sát vào các guốc phanh, tấm kẹp 4 là để giữ cho các guốc phanh 5 luôn luôn có một hướng.
• Các chi tiết chủ yếu trong cơ cấu phanh:
Guốc phanh trong hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực
Guốc phanh (4) được chế tạo bằng phương pháp hàn, dập hoặc đúc, guốc phanh thường chế tạo bằng gang, ít khi chế tạo bằng hợp kim nhôm. Trên bề mặt guốc phanh có đặt má phanh.
Nếu guốc phanh nhận lực trực tiếp từ cam quay (đối với truyền động phanh bằng cơ khí hoặc bằng khí) thì một đầu của guốc phanh có con lăn (7) liên kết với guốc phanh bằng chốt (6). Để bề mặt tựa ít bị mòn, người ta có thể đặt tấm thép đặc biệt đầu cuối guốc phanh.
b) Cơ cấu phanh đĩa
Cơ cấu phanh đĩa là cơ cấu phanh kiểu ma sát, trong đó lực ma sát được hình thành giữa má phanh và bề mặt của 1 hoặc nhiều đĩa gắn cố định vào bộ phận chuyển động quay của ô tô ( Bánh xe )
Cơ cấu phanh đĩa ngày nay được sử dụng khá phổ biến đặc biệt là trên các loại xe du lịch vì nó có một số ưu điểm sau:
- Thoát nhiệt tốt hơn do đĩa thông thường tiếp xúc với không khí và ở dạng đĩa thì bản thân nó thoát nhiệt cũng tốt hơn.
- Áp lực trên đĩa đều hơn do má phanh có khả năng tự làm sạch.
- Ít phụ thuộc hơn vào hệ số ma sát.
- Kết cấu đơn giản dễ sữa chữa và thay thế.
2.2.5. Bộ trợ lực phanh bằng khí nén
Kết cấu của bộ trợ lực như Hình 2.12, bộ trợ lực này gồm ba phần chính:
- Xy lanh chính (3): Nguyên lý làm việc như xy lanh chính loại một dòng.
- Xy lanh lực: Gồm các chi tiết như Vỏ xy lanh lực (8), trục tròn (5) được nối với van đẩy (nằm trong xylanh chính 3) để tác động lên pit tông (7) của xy lanh chính (3).
- Van điều khiển (2) mở ngõ cho khí nén tác động lên pit tông (7) của xy lanh lực (8).
2.3. Đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số hệ thống phanh điển hình
2.3.1. Hệ thống phanh cơ khí
Dùng để dừng ô tô trên những đoạn đường đèo dốc, hay giữ cho ô tô cố định ở một vị trí nào đó trên đoạn đường thẳng mà không cần sự tác động của người điều khiển hoặc dùng để giảm tốc độ hay dừng hẳn khi phanh chân bất ngờ bị mất tác động trong lúc ôtô đang di chuyển và phanh tay có thể kết hợp cùng với phanh chân cùng tác động để phanh ôtô khẩn cấp nhằm rút ngắn đi quãng đường phanh và thời gian phanh.
Cơ cấu phanh được sử dụng trong trong hệ thống phanh tay thường là kiểu tang trống hay kiểu đĩa.
Kết cấu và nguyên lý hoạt động của phanh tay dẫn động phanh cơ khí.
2.3.2. Hệ thống phanh thủy lực
Sơ đồ hệ thống phanh thủy lực H.2.15. của ô tô gồm có hai phần chính: Truyền động phanh và cơ cấu phanh. Truyền động phanh bố trí trên khung xe gồm có: Bàn đạp (1), xy lanh chính (2) để tạo ra áp suất cao, các ống dẫn thủy lực (3) đến các cơ cấu phanh. Cơ cấu phanh đặt ở bánh xe gồm có: xy lanh con (4), má phanh (5), lò xo kéo (6), trống phanh (7).
2.3.3. Hệ thống phanh khí nén
Hệ thống phanh khí nén sử dụng năng lượng của khí nén để tiến hành phanh, người điều khiển không cần mất nhiều lực để điều khiển phanh mà chỉ cần thắng lò xo ở tổng van khí nén để điều khiển cung cấp khí nén hoặc làm thoát khí nén ở các bộ phận làm việc. Nhờ thế mà phanh khi điều khiển nhẹ nhàng hơn.
CHƯƠNG III
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG PHANH CHỐNG TRƯỢT LÊ (ABS)
3.1. Động lực học quá trình phanh ô tô.
Lực và mômen tác dụng lên ô tô khi phanh như hình 3.1.
3.1.1. Trọng lực G
Trọng lực G của xe là lực hút vông góc của trái đất tác dụng lên toàn bộ khối lượng xe.
Véc tơ lực G có các yếu tố:
+ Điểm đặt tại trọng tâm xe
+ Phương thẳng đứng vuông góc trái đất
+ Chiều đi xuống
+ Độ lớn
G = m.g
3.1.2. Lực cản lên dốc
Khi Ô tô máy kéo chuyển động lên dốc trọng lượng G có thể phân tích thành hai thành phần:
- Lực Gcosa thẳng góc với mặt đường, tác dụng lên mặt đường và gây nên các phản lực thẳng góc của đường lên bánh xe Z1 và Z2.
- Lực Gsina song song với mặt đường và cản lại sự chuyển động của ôtô máy kéo khi lên dốc nên được gọi là lực cản lên dốc, ký hiệu là Pi.
Pi = Gsina
3.1.4. Lực cản lăn (Ff)
Lực xuất hiện do ma sát giữa bánh xe với mặt đường và do biến dạng của bánh xe với mặt đường có phương song song với mặt đường.
Ff1 =f1.Z1
Ff2 =f2.Z2
Trong đó :
f1, f2 : lực cản lăn ở các bánh xe trước và bánh sau nếu coi f1 = f2
Ff=F.G
=f.G.cosa
3.1.5. Lực cản của không khí (Fw)
Khi ô tô chuyển động làm thay đổi áp suất không khí trên bề mặt của nó làm xuất hiện dòng xoáy khi ở phần sau của ô tô và gây ra ma sát giữa không khí với bề mặt của chúng và sinh ra lực cản của không khí, có chiều ngược hoặc cùng chiều chuyển động của xe tùy thuộc vào vận tốc của gió và của xe có phương song song với mặt đường có điểm đặt tại tâm diện tích tiếp xúc.
Fw=0,5Pw.Cw.A(V+V0)2
3.1.7. Lực kéo moóc (Fm)
Khi ô tô có kéo moóc thì lực cản ở moóc kéo được sinh ra gọi là lực kéo moóc có chiều ngược chiều chuyển động của xe có phương song song với mặt đường và được đặt tại tâm của moóc kéo.
Fm = nQ
3.2. Phương trình cân bằng lực phanh
Phương trình cân bằng lực tác dụng lên ôtô trong quá trình phanh trong trường hợp tổng quát có thể biểu diễn như sau:
Ff1 + Ff2 ± Fg + Fw + Fm + Fms + Fp1 + Fp2 - Fj = 0
hoặc
Fy + Fw + Fm + Fms + Fp - Fj = 0
Để thuận tiện khi phân tích các yếu tố ảnh hưởng và các biện pháp nâng cao tính năng phanh, chúng ta xét trường hợp phanh như sau:
- Ô tô chạy trên đường bằng (a =0), không kéo moóc (Fm = 0).
- Bỏ qua ảnh hưởng của lực cản của đường (Fy), lực cản của không khí (Fw) và lực ma sát (Fms). Trong trường hợp phanh khẩn cấp, để đảm bảo hiệu quả phanh cao, hệ thống phanh phải tạo ra được lực phanh lớn nhất có thể. Trong trường hợp đó, các lực cản tự nhiên (Fy, Fw, Fms) thường rất nhỏ so với lực phanh (Fp).
3.3. Các chỉ tiêu đánh giá tính năng phanh
Tính năng phanh hay chất lượng quá trình phanh được định lượng thông qua 2 nhóm chỉ tiêu: Hiệu quả phanh và tính ổn định khi phanh.
Hiệu quả phanh đánh giá mức độ giảm tốc độ của ô tô khi người lái tác động lên cơ cấu điều khiển phanh trong trường hợp phanh khẩn cấp.
Tính ổn định khi phanh đánh giá khả năng duy trì quỹ đạo của ô tô theo ý muốn của người lái trong quá trình phanh.
3.4. Cơ sở lý thuyết của hệ thống phanh chống trượt lê
3.4.1. Đặc tính của ma sát
Ma sát là sự cản trở chuyển động của hai vật tiếp xúc với nhau. Nó thay đổi tuỳ thuộc vào lực tác dụng lên mặt trượt, độ phẳng của các bề mặt tiếp xúc và vật liệu các bề mặt tiếp xúc.
Hệ thống phanh trên ô tô được chế tạo dựa trên 2 lực ma sát: đó là ma sát giữa bố phanh và đĩa phanh (hay trống phanh) và lực ma sát giữa bánh xe với mặt đường.
3.4.2. Hệ số trượt và hệ số bám
Trong tính toán động lực học của quá trình phanh ô tô thường sử dụng giá trị hệ số bám cho trong các bảng. Hệ số bám này được xác định bằng thực nghiệm bánh xe đang chuyển động bị hãm cứng hoàn toàn, nghĩa là khi bánh xe bị trượt lê 100%.
Hệ thống phanh ABS dựa vào nguyên lý điều chỉnh sau:
- Gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh
- Giá trị độ trượt cho trước
2.4.3. Giải pháp kỹ thuật
Để khắc phục hiện tượng trượt lết bánh xe khi phanh nhằm làm tăng tính hiệu quả và ổn định của quá trình phanh, trên ôtô hiện đại thường lắp hệ thống chống hãm cứng bánh xe gọi tắt là ABS (Anti-lock Brake System). Mục đích của hệ thống này là chống hãm cứng bánh xe trong quá trình phanh, mặt khác còn luôn tạo việc duy trì độ trượt của các bánh xe nằm trong giới hạn tối ưu để tận dụng được khả năng bám cao nhất.
CHƯƠNG IV
ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH CHỐNG TRƯỢT LÊ (ABS) TRÊN ÔTÔ
4.1 Giới thiệu sơ lược về hệ thống phanh chống trượt lê (ABS)
Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe được viết tắt là hệ thống ABS đã được sử dụng vào những năm cuối thập niên 60, mới đầu chúng chỉ được trang bị trên những xe hiện đại, đến giữa thập niên 80 mới trở thành phổ biến và cho đến ngày nay nó trở thành một trang bị tiêu chuẩn.
4.2. Các bộ phận cơ bản của hệ thống phanh ABS
Hệ thống ABS ngày nay bố trí trên xe rất đa dạng, mỗi hãng xe đều có cách thiết kế riêng. Chính vì vậy mà mỗi loại xe có cách bố trí và cấu tạo hệ thống ABS cũng rất khác nhau. Các cụm chính của hệ thống phanh ABS gồm có: Bàn đạp phanh, bộ cường hoá lực phanh, xi-lanh chính, cơ cấu phanh ở bánh xe… Đó là các cụm giống như hệ thống phanh chung. Ngoài ra còn có thêm
· Cụm điều khiển điện tử (ECU: Electronic Control Unit): Được xem như một bộ não của hệ thống ABS. Tiếp nhận thông tin từ hệ thống các cảm biến tức là xác định được tốc độ của bánh xe hoặc gia tốc chậm dần khi phanh … do các cảm biến gửi đến từ đó xử lý thông tin và gởi tín hiệu đến bộ điều khiển thuỷ lực (HCU).
· Cụm điều khiển thuỷ lực (HCU: Hydraulic Control Unit ) nhận tín hiệu từ ECU gửi đến, HCU đóng mở mạch dầu để tăng, giảm hay giữ áp lực phanh đến các bánh xe cho phù hợp nhằm thực hiện chức năng chống hãm cứng.
4.2.1. Cụm điều khiển điện tử
Cụm điều khiển được xem như “bộ não“ của hệ thống phanh ABS tự động điều chỉnh với độ chính xác cao. Nhiệm vụ của ECU nhận biết tình trạng làm việc của của xe từ các cảm biến cung cấp căn cứ vào đó mà tính toán khả năng hãm cứng của bánh xe khi phanh. Từ các thông số tính toán được, ECU so sánh với các thông số có sẵn do nhà chế tạo tính toán và nạp trước vào ECU. Sau cùng ECU quyết định tính năng làm việc của cả hệ thống.
4.2.2. Hệ thống cảm biến
a) Cảm biến tốc độ xe
Như ta đã biết trên ô tô hiện đại ngày nay một số xe có hê thống phanh ABS được trang bị nhiều cảm biến với chức năng khác nhau nhằm tăng thêm chất lượng của quá trình phanh nhưng cảm biến tốc độ bánh xe là không thể thiếu trong hệ thống phanh ABS.
Cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ nhận biết sự thay đổi của tốc độ bánh xe và gửi tín hiệu về ECU, từ đó ECU nhận biết, xử lý thông tin và điều khiển các bộ phận chống hãm cứng bánh xe.
• Nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ :
Nam châm vĩnh cửu (2) tạo ra từ trường khép kín qua các cuộn dây, khi các bánh xe quay thì vòng răng cũng quay cùng tốc độ. Các răng trên vòng răng cắt các từ trường của châm làm thay đổi từ trường qua các cuộn dây. Do đó từ thông qua các cuộn dây cũng thay đổi làm xuất hiện dòng điện tự cảm trong cuộn dây. Vì vậy ở hai đầu cuộn dây xuất hiện một điện áp xoay chiều. Điện áp này thay đổi theo tốc độ quay của bánh xe cả về độ lớn và tần số dao động.
b) Cảm biến gia tốc
Cảm biến gia tốc được trang bị trên một số xe và không nhất thiết phải có.
Cảm biến gia tốc kiểu cảm biến quang bao gồm các phần sau:
- Vỏ hộp cảm biến
- Phần động của cảm biến: là một phần đĩa tròn có xẽ rãnh và xoay quanh một trục
c) Cảm biến trọng lực ( G )
Cảm biến trọng lực G được sử dụng trong hệ thống ABS của một số xe. Dùng nhận biết sự phân bố trọng lực lên các bánh xe bên trái hay bên phải khi quay vòng. Đặc biệt là lúc vừa phanh vừa quay vòng, nhờ cảm biến này giúp ôtô ổn định quay vòng khi phanh.
4.2.3. Bộ điều khiển thủy lực HCU
Bộ điều khiển thuỷ lực(HCU) thực hiện nhiệm vụ chống trượt lê.
Khi nhận được tín hiệu điều khiển từ ECU gửi đến. HCU làm thay đổi áp lực phanh đến các xy lanh bánh xe bằng cách đóng mở các van điện và hoạt động của bơm ABS.
a) Van điện 3 vị trí
• Cấu tạo
Trong hệ thống phanh chống hãm cứng thông thường được trang bị hai loại van điện:
- Van điện hai vị trí (2- positsion solenoid valve) điều khiển áp lực phanh từ xy lanh chính đến xy lanh bánh xe chỉ tăng hoặc giảm mà thôi.
- Van điện ba vị trí (3-position solenoid valve) điều khiển áp lực phanh từ xy lanh chính đến xy lanh bánh xe ngoài tăng và giảm còn có thêm trường hợp áp lực phanh trong các xy lanh con không đổi.
• Nguyên lý hoạt động của van điện ba vị trí
Các Vị Trí Van Điện
* Vị Trí 1
ECU không cung cấp dòng cho cuộn dây nên lò xo mở
* Vị Trí 2
ECU cung cấp dòng cho cuộn dây nên tạo ra lực từ ép lò xo lại làm đóng van dầu tới ( cổng A ) và mở van dầu về (cổng B).
b) Bơm điện ABS
Bơm điện được trang bị trên hệ thống phanh ABS bằng cách đẩy dầu từ xilanh bánh xe hồi về xilanh chính khi giảm áp lực phanh mặc khác làm tăng áp lực dầu ở xilanh chính, thuận lợi cho việc tăng áp lực phanh của hệ thống nhất là khi người tài xế đạp mạnh pedal.
4.3 Nguyên tắc bố trí chung các hệ thống chống trượt lê ABS
Hệ thống chống hãm cứng của mỗi loại xe tuy khác nhau nhưng cách bố trí thông thường theo hai nguyên tắc sau:
- Van điều chỉnh bố trí thành một khối ,sử dụng ba cảm biến tốc độ bánh xe.
- Van điều chỉnh bố trí .thành một khối, sử dụng bốn cảm biến tốc độ bánh xe ngoài ra còn bố trí cảm biến gia tốc chậm dần (cảm biến trọng lực G) chính vì vậy loại này tính ổn định khi phanh cao hơn.
4.4. Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh chống trượt lê (ABS)
Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ giảm dần, khi bánh xe đạt tới giá trị gần bó cứng tín hiệu của các cảm biến gửi về bộ điều khiển trung tâm (ECU). ECU tiếp nhận và lựa chọn chế độ đưa ra tín hiệu điều khiển van điều chỉnh áp suất các đường dầu từ xy lanh chính đến xy lanh bánh xe do vậy lực phanh ở cơ cấu phanh không tăng được nửa, bánh xe lại có xu hướng lăn với tốc độ cao lên, tín hiệu từ cảm biến lại đưa về bộ điều khiển trung tâm, bộ điều khiển điều khiển van điều chỉnh mở đường dầu tăng thêm áp suất dẫn ra xy lanh bánh xe thực hiện tăng lực phanh gây ra do cơ cấu phanh.
4.6. Ưu nhược điểm của hệ thống phanh ABS
Tốc độ bánh xe và tốc độ xe gần như nhau, khi tốc độ bánh xe trở về không cũng là lúc xe dừng lại coi như bánh xe không bị bó cứng và trượt trên mặt đường nửa. Khi phanh đột ngột, áp lực phanh cực đại nếu bánh xe nào giảm tốc độ quá nhanh thì áp lực dầu sẽ được giảm xuống để bánh xe không bị hãm cứng , sau đó thì bánh xe tăng tốc trở lại do lực phanh giảm. ABS lại tác động làm tăng và giữ áp lực dầu sao cho tốc độ bánh xe và tốc độ xe tương ứng với nhau cho đến lúc dừng hẳn.
CHƯƠNG V
HỆ THỐNG PHANH ABS KẾT HỢP VỚI CÁC HỆ THỐNG KHÁC
5.1. Giới thiệu chung
Trong những năm gần đây, với sự phát triển nhanh của kỹ thuật số, các hệ thống điều khiển trên ô tô ngày càng được cải tiến và hoàn thiện hơn, góp phần 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, có thể nói hệ thống phanh là một trong những mục tiêu được đầu tư và phát triển nhiều nhất và cũng đã đem lại những hiệu quả lớn nhất.
5.2. Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống EBD và BAS
Ta biết rằng lực phanh lý tưởng được phân phối ở các bánh xe tỉ lệ với sự phân bố tải trọng tác dụng lên chúng. Phần lớn các xe có động cơ đặt ở phía trước, tải trọng tác dụng lên các bánh xe trước là lớn hơn. Đồng thời khi phanh, do lực quán tính nên tải trọng cũng được phân bố lại, càng tăng ở các bánh xe trước và giảm đi ở các bánh xe sau. Vì vậy lực phanh ở các bánh xe sau cần được phân phối nhỏ hơn so với bánh trước để chống hiện tượng sớm bị bó cứng bánh xe. Khi xe có tải thì tải trọng ở các bánh sau tăng lên, vì vậy cũng cần phải tăng lực phanh ở các bánh sau lớn hơn so với trường hợp xe không có tải.Việc phân phối lực phanh này trước đây được thực hiện hoàn toàn bởi các van cơ khí như van điều hoà lực phanh, van bù tải, van giảm tốc…
Hệ thống EBD sẽ phân phối lực phanh đến các bánh xe phù hợp với sự phân bố tải trọng và các chế độ lái xe.
Hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp giúp tạo ra một lực phanh lớn để dừng gấp xe trong trường hợp phanh khẩn cấp.
5. 2.1. Hoạt động của ABS với EBD
Dựa trên các tín hiệu nhận được từ 4 cảm biến tốc độ bánh xe. Hộp ECU tính toán tốc độ và sự giảm tốc ở từng bánh xe. Trường hợp bánh xe bị hãm cứng và trượt, hộp ECU sẽ điều khiển các van giảm áp và giữ áp điều chỉnh áp suất dầu cung cấp cho các bánh xe theo 3 chế độ giảm áp, giữ áp và tăng áp giống như trong hệ thống ABS bình thường
5.2.2. Hoạt động của hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp
Một áp suất dầu được tạo bởi bơm dầu trong bộ chấp hành, hút dầu từ xy lanh chính và cấp thẳng đến các xy lanh con bánh xe. áp suất này lớn hơn nhiều so với áp suất được tạo bởi xy lanh chính do người lái tác dụng, kết quả là một lực phanh lớn được cung cấp.
KẾT LUẬN
Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu về đề tài “Tìm hiểu hệ thống phanh chống trượt lê (ABS) của ô tô” có thể rút ra một số kết luận sau:
Ngày nay hệ thống phanh được trang bị trên ô tô rất là phong phú và đa dạng tùy theo chủng loại ô tô khác nhau mà các hệ thống phanh được trang bị cũng khác nhau. Nhưng cho dù là loại phanh nào thì cũng đòi hỏi phải đáp ứng được những yêu cầu về chất lượng của quá trình phanh bao gồm: Thời gian phanh phải nhỏ, Quãng đường phanh phải ngắn, Gia tốc chậm dần khi phanh phải lớn và tính ổn định, tính dẫn hướng của ô tô phải được bảo đảm trong quá trình phanh. Hơn nữa do vận tốc chuyển động ngày càng cao cho nên việc đi sâu nghiên cứu để hoàn thiện tính năng phanh nhằm đảm bảo hiệu quả và tính an toàn chuyển động của ô tô ngày càng cấp thiết. hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe ABS ra đời là một trong những giải pháp cho vấn đền nêu trên.
Nguyên lý điều chỉnh của ABS là dựa vào mối quan hệ độ trượt và hệ số bám của bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh. Thực chất là ABS điều chỉnh áp dẫn động phanh đén các bánh xe để đảm bảo các bánh xe không bị bó cứng, đồng thời duy trì độ trượt trong phạm vi đảm bảo có hệ số bám đủ lớn khi phanh ô tô trong một tình huống và thực tế đã cho thấy với hệ thống phanh được trang bị hệ thống ABS có hiệu quả phanh cao hơn, tính ổn định và tính dẫn hướng đảm bảo tốt hơn.
Hệ thống phanh chống trượt lê (ABS) là một hệ thống hiện đại được sử dụng trên ô tô trên cơ sở phối hợp sự điều khiển của số hoá, thuỷ lực và cơ khí. Để thực hiện một chức năng chống bó cứng bánh xe dẫn tới trượt lết khi phanh. Với việc sử dụng công nghệ số hoá thì chức năng này được sử dụng một cách linh hoạt với tần suất hoạt động cao.
Trong các nghành công nghiệp ôtô ở mỗi nước điều có các chỉ tiêu chất lượng riêng. Điều đó phụ thuộc vào điều kiện kinh tế và điều kiện sử dụng.Vì vậy ở nước ta cục đăng kiểm ô tô phải có đề ra các chỉ tiêu chất lượng riêng phù hợp với điều kiện hiện nay của đất nước mình.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng - LÝ THUYẾT ÔTÔ –MÁY KÉO. NXB Khoa học và kỹ thuật -2000
2. TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN ĐÀO TẠO - Công ty ôtô TOYOTA
3. Nguyễn Oanh - KỸ THUẬT SỬA CHỮA ÔTÔ VÀ ĐỘNG CƠ NỔ HIỆN ĐẠI - TẬP 4-KHUNG GẦM BỆ ÔTÔ. NXB Đồng nai-2002
4. Nguyễn Khắc Trai - CẤU TẠO GẦM XE CON. NXB Giao thông vận tải -1996
5. Nguyễn Thành Trí – Châu Ngọc Thạch - HỆ THỐNG THẮNG TRÊN Ô-TÔ. NXB Trẻ-2002
6. Nguyễn Cung Thông - KỸ THUẬT SỬA CHỮA VÀ BẢO TRÌ XE HƠI. NXB ĐÀ NẴNG
"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"