- Các vấn đề về hệ thống phanh ABS. - Sự kết hợp giữa ABS và các hệ thống khác. - Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống EBD và BAS . - Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (TRC. - Hệ thống ổn định xe bằng điện tử. - Cấu tạo của hệ thống ABS. - Quá trình điều khiển ABS. - Nhiệm vụ của hệ thống ABS CHƯƠNG 3. - Sơ đồ hệ thống phanh có ABS cụ thể trên xe thí nghiệm. - THIẾT KẾ, CHẾ TẠO BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ CHO HỆ THỐNG PHANH . - Khối điều khiển rơle. - Tinh chỉnh mạch điều khiển để hệ thống làm việc. - Sơ đồ hệ thống ABS và TRC. - Sơ đồ vị trí hệ thống ESP trên xe Mercedes………………...Hình 1.5. - Sơ đồ bố trí các cơ cấu trong hệ thống phanh ABS. - Bơm dầu trong hệ thống phanh ABS……………….………Hình 2.12. - Phạm vi điều khiển của hệ thống ABS……………………..Hình 2.14. - Quá trình điều khiển của ABS. - Sự thay đổi tốc độ góc ωb của bánh xe, tốc độ dài v của ô tô và độ trượt λ theo thời gian t khi phanh có hệ thống chống hãm cứng bánh xe. - Sơ đồ nguyên lí hệ thống phanh trên xe thử nghiệm. - Sơ đồ nguyên lí khối khuyếch đại công suất cấp cho cơ cấu chấp hành hệ thống phanh ABS. - Luận văn thạc sĩ LỜI NÓI ĐẦU Việc nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển điện tử cho hệ thống phanh ABS có ý nghĩa quan trọng, nhằm tiếp cận với công nghệ cao trên xe. - Làm nền tảng cho các nghiên cứu, chế tạo thử nghiệm các hệ thống điều khiển tự động khác trên xe. - Với mức làm việc ổn định cao, các hệ thống này có thể sản xuất hàng loạt và lắp đặt trên các xe ô tô trong nước sản xuất. - Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ điều khiển điện tử cho hệ thống phanh ABS. - Các vấn đề về hệ thống phanh ABS Hệ thống phanh trên ô tô là một trong những hệ thống đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô, có công dụng. - 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 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 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 -9- Luận văn thạc sĩ 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - Sự kết hợp giữa ABS và các hệ thống khác 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. - ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (Traction Control (TRC) hay Acceleration Slip Regulator (ASR). - -11- Luận văn thạc sĩ - ABS kết hợp với hệ thống điều khiển ổn định ô tô (Electronic Stability Program – ESP). - Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống EBD và BAS Để phát huy tối đa hiệu quả phanh, lực phanh lý tưởng được phân phối ở các bánh xe tỉ lệ với sự phân bố tải trọng tác dụng lên chúng. - 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… Trên các hệ thống ABS đơn giản vẫn tồn tại van điều hòa lực phanh bằng cơ khí. - Vì vậy hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD) được hình thành và được ứng dụng trên xe để khắc phục những tồn tại của hệ thống phân phối lực phanh truyền thống bằng cơ khí. - Để tăng tối đa hiệu quả phanh trong những tình huống này, hệ thống hỗ trợ lực -12- Luận văn thạc sĩ phanh khẩn cấp đã được tích hợp vào hệ thống phanh. - Bằng cách nhận biết tốc độ và lực tác dụng lên bàn đạp phanh của người lái xe, một hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp (BAS) sẽ tự động cung cấp thêm một lực phanh lớn hơn nhiều so với lực phanh do người lái tạo ra để dừng xe khẩn cấp. - Đồ thị so sánh lực phanh khi có và không có trợ lực phanh khẩn cấp Hệ thống ABS kết hợp với các hệ thống EBD và BAS thực hiện đồng thời các chức năng sau. - Hệ thống ABS làm nhiệm vụ chống hiện tượng hãm cứng bánh xe khi phanh. - 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. - Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (TRC) Ở đường có hệ số bám ϕ thấp, các bánh xe chủ động sẽ dễ bị trượt quay nếu xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột (do lực kéo chủ động Pk vượt quá giới hạn khả năng bám Pϕ giữa bánh xe và mặt đường), làm mất mát công suất và -13- Luận văn thạc sĩ xe bị mất ổn định. - Để khắc phục hiện tượng này, phần lớn các xe ngày nay được trang bị hệ thống kiểm soát lực kéo (Traction Control System – TRC). - Hệ thống này được thiết kế dựa trên cơ sở một hệ thống ABS. - Khi có hiện tượng trượt quay của bánh xe, hệ thống TRC sẽ có đồng thời hai tác động. - Hệ thống TRC kết hợp với hệ thống ABS điều khiển hệ thống phanh tác động lên các bánh xe chủ động. - Sơ đồ một hệ thống TRC như hình vẽ 1.2 sau đây: Hình 1.2. - Sơ đồ hệ thống ABS và TRC -14- Luận văn thạc sĩ Hệ thống TRC điều khiển công suất động cơ theo nguyên lí điều khiển bướm ga phụ. - Hệ thống điều khiển là TRC ECU và ABS ECU sẽ đánh giá trạng thái chuyển động của xe dựa trên tín hiệu từ các cảm biến tốc độ bánh xe, dựa vào tín hiệu vị trí bướm ga từ hộp điều khiển động cơ (ECU. - Hệ thống ổn định xe bằng điện tử Hệ thống ổn định xe bằng điện tử (Electronic Stability Program – ESP) là một hệ thống an toàn chủ động, cải thiện tính ổn định của xe trong tất cả các tình huống chuyển động. - Hệ thống này được trang bị trên các xe hiện đại hiện nay như Mercedes, BMW … Hệ thống ESP làm việc bằng cách can thiệp vào hệ thống phanh, có thể tác động riêng rẽ trên từng bánh xe. - Hệ thống ESP bao gồm sự liên kết và tích hợp các hệ thống và chức năng sau. - Hệ thống ABS chống hãm cứng bánh xe khi phanh, vì vậy duy trì khả năng lái và tính ổn định của xe trong lúc phanh gấp. - Hệ thống ASR (Acceleration Slip Regulator) khắc phục hiện tượng trượt quay của các bánh xe chủ động khi khởi hành và tăng tốc đột ngột bằng cách phanh bớt bánh xe có hiện tượng trượt quay. - Đồng thời với sự điều khiển phanh, hệ thống ESP cũng gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ, điều khiển đóng bớt bướm ga lại hoặc làm chậm thời điểm đánh lửa để giảm bớt mô men xoắn của động cơ. - Sơ đồ vị trí hệ thống ESP trên xe Mercedes 1.Cảm biến tốc độ bánh xe. - ESP điều khiển phanh chống hiện tượng quay vòng thừa hoặc quay vòng thiếu Khi có hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa (understeering or oversteering) xảy ra, hệ thống ESP sẽ nhận biết thông qua các cảm biến góc lái và cảm biến gia tốc ngang, tự động điều khiển một lực phanh chính xác đến các bánh xe tương ứng ở cầu trước hoặc cầu sau để duy trì hướng chuyển động của xe theo sự điều khiển của người lái. - Đồng thời với sự điều khiển phanh, hệ thống ESP cũng gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ, điều khiển giảm bớt mô men xoắn của động cơ. - Tình hình nghiên cứu Việc nghiên cứu hệ thống phanh ABS trên ô tô là vấn đề được các nhà thiết kế hết sức quan tâm. - Hệ thống phanh ABS có ảnh hưởng lớn tới chất lượng vận hành, tính an toàn chuyển động của ô tô. - Ngoài ra nó còn ảnh hưởng trực tiếp đến tính ổn định hệ thống khi phanh. - Hệ thống phanh ABS đã được nhiều tác giả trong nước nghiên cứu, tuy nhiên họ đều chỉ dừng lại ở mức mô phỏng lí thuyết. - Sau đây là một số công trình nghiên cứu của các tác giả trong nước về hệ thống này: Nghiên cứu mô phỏng quỹ đạo chuyển động của ô tô với hệ thống ABS + ASR bằng Matlab – tác giả Nguyễn Tiến Vũ Linh, năm 2007. - Tổng hợp bộ điều khiển điển tử trên hệ thống phanh có ABS – tác giả Lại Năng Vũ, năm 2007. - Khảo sát quá trình chuyển động quay vòng của ô tô có bố trí hệ thống ABS + VSC – Tác giả Trần Duy Hải, năm 2008. - Các công trình nghiên cứu trước đây mới chỉ dừng lại ở mô phỏng hoặc thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống phanh trên mô hình. - Tác giả Nguyễn Tiến Vũ Linh mô phỏng được hệ thống ABS + ASR bằng phần mềm Matlab. - Quá trình mô phỏng trên máy tính chỉ mang tính chất kiểm nghiệm nguyên lí điều khiển, không có các yếu tố tác động thực tế gây nhiễu hệ thống. - Tác giả Lại Năng Vũ đã tổng hợp bộ điều khiển điện tử trên hệ thống phanh ABS, đã chế tạo thành công mộ điều khiển điện tử để điều khiển phanh ABS trên mô hình. - Điều kiện thí nghiệm hoàn toàn khác với điều kiện thực tế mà hệ thống ABS trên xe làm việc. - Tác giả Trần Duy Hải đã phát triển thêm quá trình điều khiển ổn định hệ thống, đó là việc mô phỏng được quá trình chuyển động quay vòng của ô tô có trang bị hệ thống ABS + VSC. - Kết quả mô phỏng kiểm chứng nguyên lí điều khiển của hệ thống, tuy nhiên không thể mô phỏng được hết các yếu tố bên ngoài tác động lên hệ thống. - Việc thiết kế, chế tạo thành công bộ điều khiển phanh ABS bố trí trên xe ô tô có ý nghĩa quan trọng, chứng tỏ Việt Nam từng bước tiếp cận được với trình độ khoa học tiên tiến áp dụng trên xe, đặc biệt là hệ thống điều khiển điện tử. - Công trình nghiên cứu có ý nghĩa thực tế rất lớn, có khả năng phát triển để sản xuất các hệ thống điều khiển tự động lắp đặt trên xe sản xuất trong nước, giúp giá thành sản xuất xe ô tô trong nước giảm, khả năng cạnh tranh tốt trên thị trường. - Nhiệm vụ của đề tài Hệ thống ABS trên ô tô giúp tăng tính an toàn chủ động của xe. - Hiện nay hệ thống phanh ABS kết hợp với các hệ thống khác tạo ra các hệ thống như VSC, tăng tính ổn định cho xe khi quay vòng ở tốc độ cao. - Việc nghiên cứu, thiết kế bộ điều khiển hệ thống phanh ABS kết hợp với các hệ thống điều khiển tự động khác trên xe hiện nay có ý nghĩa quan trọng, nhằm tiếp cận với công nghệ cao trên xe. - Thiết kế hệ thống điều khiển ABS độc lập, chưa kết hợp với các hệ thống điều khiển tự động khác trên xe. - Ở hệ thống phanh thường, khi độ trượt tăng đến giới hạn bị hãm cứng λ = 100% (vùng b), do thực tế sử dụng ϕx = 5
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt