Đồ án Nghiên cứu vấn đề tăng hiệu quả phanh bằng các giải pháp kết cấu và điều khiển ( Hệ thống phanh ABS / ASC + T )

mở đầu Sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô của Việt Nam mới bắt đầu, với chiến lược phát triển của nhà nước, chính sách nội địa hoá phụ tùng ôtô trong việc sản xuất và lắp ráp ôtô tạo điều kiện cho các nhà thiết kế nghiên cứu, chế tạo các cụm, các hệ thống trên ôtô trong nước trong đó có hệ thống phanh. Vấn đề nghiên cứu nâng cao hiệu quả phanh thông qua kết cấu và điều khiển là vô cùng quan trọng. Do đường xá ngày càng được cải thiện tốt hơn cho nên tốc độ chuyển động của xe cũng ngày càng được nâng cao. Tuy nhiên, mật độ phương tiện cơ giới trên đường ngày càng cao cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề quan tâm hàng đầu. Chính vì vậy, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu vấn đề tăng hiệu quả phanh bằng các giải pháp kết cấu và điều khiển ( Hệ thống phanh ABS / ASC + T )” Với tình hình hiện nay ngành công nghiệp ôtô của ta chủ yếu là lắp giáp nên để có thể độc lập chế tạo trong tương lai rất cần những nghiên cứu ứng dụng trong thực tiễn. Nghiên cứu vấn đề tăng hiệu quả phanh bằng các giải pháp kết cấu và điều khiển là một vấn đề rất phức tạp và nó rất phù hợp với tình hình thực tế của ngành công nghiệp ôtô còn non trẻ của nước ta. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu các mối quan hệ giữa ôtô với môi trường hoạt động. Trong đó, vấn đề quan trọng hàng đầu là mối quan hệ giữa lốp và mặt đường để từ đó đưa ra các kết cấu, cách điều khiển của các hệ thống điều khiển lực phanh, lực kéo có liên quan đến hiệu quả phanh và tính ổn định động học của ôtô khi phanh cũng như khi chuyển động nói chung. Đề tài cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc nghiên cứu về tính hiệu quả của phanh khi cần giảm tốc độ cũng như hiệu quả phanh trong quá trình điều khiển động học của ôtô. Sử dụng phần mềm lập trình Dephi và lập trình ghép nối máy tính trong Windows cùng với mô hình hệ thống phanh kết hợp với hệ thống điều khiển lực kéo (TRC) đơn giản để mô phỏng quá trình hoạt động của hệ thống TRC trên thực tế. Chương 1 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu Với các chính sách ưu tiên phát triển ngành công nghiệp ôtô của nước ta, bước đầu nội địa hóa các chi tiết, các cụm chi tiết và các hệ thống trên ôtô. Để có thể nội địa hoá một phần hay hoàn toàn ôtô trong tương lai cần phải có những chuẩn bị một cách kỹ lưỡng. Trên thực tế hiện nay, một số chi tiết trên ôtô đã được nội địa hoá nhưng phần lớn các chi tiết này không quan trọng và chủ yếu là làm theo mẫu đặt hàng. Để có thể nội địa hoá các chi tiết, cụm chi tiết hay cả một hệ thống đòi hỏi phải có những nghiên cứu cả về lý thuyết cũng như ứng dụng thực tế. Trên thực tế đã có rất nhiều những tai nạn đáng tiếc xảy ra do hiệu quả phanh kém, thậm chí có những trường hợp ôtô mất ổn định động học trong quá trình tăng tốc hay quay vòng cũng dẫn đến các tình huống nguy hiểm cho ôtô. Ôtô chuyển động trên đường với quỹ đạo rất phức tạp, nếu ôtô chuyển động với tốc độ cao, gặp chướng ngại vật cần phanh gấp nếu xảy ra hiện tượng bó cứng bánh xe có thể làm mất khả năng điều khiển. Khi ô tô khởi hành hay tăng tốc tốc độ đột ngột trên đường có hệ số bám thấp thì rất có thể các bánh xe chủ động bị trượt quay tại chỗ dẫn đến làm mất mát mô men chủ động và có thể làm trượt xe. Mô men cực đại có thể truyền đến các bánh xe được quyết định bởi hệ số bám giữa lốp xe và mặt đường. Nếu cố truyền mômen đến các bánh xe vượt quá mức này, nó sẽ làm bánh xe dễ bị trượt quay. Việc đảm bảo mômen phù hợp với hệ số ma sát trong các trường hợp này đôi khi không dễ dàng với cả người lái. ở phần lớn các trường hợp, khi khởi hành xe đột ngột, người lái đạp chân ga quá mạnh và làm bánh xe bị trượt quay, mất mát lực kéo và mô men. Hệ thống điều khiển lực kéo (TRC) giảm mômen xoắn của động cơ khi bánh xe bắt đầu trượt quay không phụ thuộc vào ý định của người lái, cùng lúc đó nó điều khiển hệ thống phanh vì vậy giảm mô men truyền đến mặt đường tới một giá trị phù hợp. Vì vậy có thể khởi hành và tăng tốc một cách nhanh chóng và ổn định. ổn định động học khi xe quay vòng cũng là một vấn đề rất quan trọng được đặt ra. Khi ô tô quay vòng có thể xảy ra trường hợp quay vòng thiếu hay quay vòng thừa, nếu điều này xảy ra có thể dẫn đến những tai nạn đáng tiếc. Một trong các biện pháp giảm thiểu khả năng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa có liên quan đến hệ thống phanh. Hiện nay, các nghiên cứu lý luận về hiệu quả phanh, tính ổn định động học của quá trình phanh cũng như động học của quá trình chuyển động nói chung đã được rất nhiều các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đề cập tới và có thống nhất chung về các công trình lý luận này. Các vấn đề về giải pháp kết cấu và điều khiển có nhiều phương pháp khác nhau nhưng đều có sự thống nhất trong lý luận. Các vấn đề về kết cấu cũng như điều khiển đã được các hãng xe ôtô nổi tiếng trên thế giới đưa vào áp dụng từ những năm 1970 và phát triển đến ngày nay đã có những bước phát triển vượt bậc và rất có hiệu quả. Tuy nhiên, ở Việt Nam mặc dù đã có những nghiên cứu từ khá sớm nhưng do nền công nghiệp ôtô chưa phát triển nên các vần đề nghiên cứu về vấn đề này mới chỉ dừng ở những nghiên cứu về lý luận mà chưa hề có nghiên cứu ứng dụng trong thực tế. Chúng ta có nhiều phần mềm khác nhau để có thể xây dựng chương trình điều khiển mô hình hoạt động của hệ thống nói chung và TRC nói riêng, tuy nhiên ngôn ngữ Delphi và lập trình kết nối trong Windows có những lợi thế nhất định. Các công việc cụ thể khi xây dựng mô hình điều khiển như sau: - Xây dựng mô hình đơn giản về hệ thống TRC. - Các giả thiết khi xây dựng mô hình. - Tín hiệu đầu vào: trên thực tế, hệ thống TRC có nhiều các thông số đầu vào và tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể mà hệ thống phản ứng với một hay nhiều thông số đầu vào. Tuy nhiên, công việc tiến hành trên mô hình đầy đủ các thông số đầu vào đòi hỏi một quá trình nghiên cứu lâu dài và tất nhiên liên quan cả đến vấn đề kinh tế. - Xác định thông số điều khiển: thông số điều khiển cuối cùng chính là tốc độ của bánh xe (số vòng quay). Hiện nay trên thế giới có các thức mô phỏng hệ thống hoàn toàn trên máy tính với các phần mềm chuyên dụng. Phương pháp này cho phép thiết lập mô hình và hoạt động của nó trên máy tính một cách nhanh chóng. Tuy nhiên, ở nước ta hiện nay công nghệ phần mềm ứng dụng chuyên dùng cho thiết kế chưa phát triển vì thế chi phí để mua phần mềm rất tốn kém, các phần mềm có trên thị trường chỉ là các bản Demo nên có độ tin cậy không cao. Phương pháp mô phỏng trên mô hình thực thông qua lập trình trên máy tính mặc dù có nhiều tốn kém và cũng cần đến nhiều giả thiết. Song phương pháp này cho ta kết quả trực quan, có thể thấy rõ hiệu quả của chương trình điều khiển thông qua giao diện của máy tính. Nội dung của luận văn được trình bày trong 4 phần: Mở đầu Chương 1- Tổng quan. Chương 2- Cơ sở lý luận về hiệu quả phanh và các tác động điều khiển. Chương 3- Các giải pháp kết cấu và điều khiển. Chương 4- Xây dựng mô hình và chương chình điều khiển hệ thống TRC. Kết luận. Chương 2 cơ sở lý luận về hiệu quả phanh và các tác động điều khiển 2-1. Quan hệ giữa lốp và mặt đường Lực phanh sinh ra ở mỗi bánh của ôtô trong suốt quá trình phanh là một hàm của phản lực từ mặt đường tác dụng vuông góc lên bánh xe và hệ số bám giữa lốp và mặt đường. Quan hệ giữa trọng lượng đặt lên bánh xe và lực phanh được biểu diễn bởi công thức (2-1): (2-1) ở đây: Fx - lực phanh. m - hệ số bám giữa lốp và mặt đường Wwh – tải trọng tĩnh và động đặt lên bánh xe. 20 0.2 0.4 0.6 0.8 40 60 80 100 mx l% Đường bê tông khô Đường ướt - lốp có vấu bám Đường tuyết mềm Đường đóng băng Hình 2-1. Quan hệ giữa hệ số bám dọc với độ trượt trên các mặt đường khác nhau Hệ số bám giữa lốp và đường không phải là một hằng số mà là một hàm của các nhân tố, nó phụ thuộc vào loại bề mặt đường cũng như mức độ trượt dọc giữa lốp và mặt đường. Các đường cong quan hệ giữa hệ số bám dọc với độ trượt bánh xe trên các bề mặt đường khác nhau trình bày trên hình 2-1. Lực phanh sinh ra phụ thuộc vào mức độ trượt bánh xe. Nếu bánh xe trượt hoàn toàn, không có lực phanh. Mối quan hệ này là nguyên tắc cơ bản để hiểu quá trình phanh và không dễ quan sát khi độ trượt gần 100% ( bánh xe gần trượt lết hoàn toàn) khó nhận thấy khi không có thiết bị chuyên dùng. Lực phanh cao nhất có được khi mức độ trượt nhỏ. Khi cung cấp lực phanh quá lớn sẽ gây ra trượt 100 % và như thế sẽ không sinh ra lực phanh cực đại, vì vậy cần điều khiển áp suất phanh cung cấp bằng kỹ năng của người lái hoặc thông qua bộ điều khiển chống hãm cứng để quãng đường phanh ngắn nhất trên hầu hết các bề mặt. Lực phanh sinh ra biến đổi nhiều theo bề mặt đường. Quãng đường phanh và gia tốc phanh rất dễ nhận ra khi phanh trên đường asphalt khô so sánh với phanh trên đường đóng băng. Khi vượt qua điểm có hệ số bám lớn nhất đường cong m(l) (l - độ trượt) sẽ đi xuống. Điều này nói lên rằng, khi lực phanh bằng với lực bám cực đại thì tăng thêm lực phanh cũng không có kết quả và giải thích được vì sao một người lái có kinh nghiệm có thể đạt được quãng đường phanh ngắn hơn đáng kể hơn một người lái xe thiếu kinh nghiệm. Một đặc điểm khác quan trọng của lốp ôtô trong khi phanh sinh ra lực bên chống lại sự trượt bên. phản Lực bên là lực giữ cho lốp xe khỏi trượt theo phương vuông góc với phương chuyển động của xe. Công thức lực bên được viết như sau: (2-2) ở đây : Fy - lực bên. my- hệ số bám ngang giữa lốp và mặt đường. Hệ số bám ngang giảm nhanh khi một bánh xe bắt đầu trượt dọc. Khi bánh sau trượt quá lớn dẫn đến mất lực bên sẽ góp phần làm không ổn định phần đuôi xe dẫn đến sự trượt ngang khi có lực bên nhỏ tác động vào xe. Bánh xe trượt quá lớn dẫn đến mất lực bên tác động lên các bánh trước của xe làm tăng khả năng mất lái; hiện tượng mất lái này thường xảy ra khi phanh gấp trên đường có hệ số bám thấp như đường đóng băng, tác dụng lực phanh quá lớn làm cho lốp ở trạng thái trượt 100%. 2-2. Động lực học của ô tô trong quá trình phanh. Hình 2-2. Lực tác dụng lên ô tô khi phanh Trong trường hợp chung khi ôtô đang chạy trên dốc và tiến hành quá trình phanh ta có các lực tác dụng lên ôtô như sau: Phương trình biểu diễn quá trình phanh được thiết lập từ định như sau: (2-3) ở đây: M- khối lượng của xe ax- gia tốc theo phương chuyển động W- trọng lượng của xe g- gia tốc trọng trường Dx= - ax- gia tốc phanh Fxf- lực phanh ở cầu trước Fxr- lực phanh ở cầu sau DA- lực cản không khí (đưa về một điểm) q- góc nghiêng của đường fr- hệ số cản lăn = (Rxf + Rxr)/Wcosq Nếu lực phanh được giữ không đổi và bỏ qua ảnh hưởng lực cản không khí và cản lăn, thời gian phanh tính theo công thức (2-4), và quãng đường phanh khi vận tốc thay đổi từ V0 đến Vf, phương trình (2-5). (2-4) ở đây: Fxt – tổng lực phanh t – thời gian phanh V0 – vận tốc bắt đầu phanh Vf – vận tốc kết thúc quá trình phanh (2-5) x- quãng đường phanh Những công thức gần đúng trên chỉ ra rằng thời gian phanh tỉ lệ với vận tốc của xe và quãng đường phanh tỉ lệ với bình phương vận tốc. Trong quá trình phanh, tải trọng động thay đổi, nó xuất hiện như là một hàm của chiều cao trọng tâm, trọng lượng của xe, chiều dài cơ sở và gia tốc phanh. Công thức (2-6) biểu diễn sự thay đổi của tải trọng động. (2-6) ở đây: Wd – tải trọng động h – chiều cao trọng tâm L – chiều dài cơ sở g – gia tốc trọng trường Dx – gia tốc phanh hA – chiều cao lực cản không khí Đối với các cầu của xe, tải trọng ở các bánh trước tăng, tải trọng ở các bánh sau giảm trong quá trình phanh, thể hiện ở công thức (2-7) và (2-8),lần lượt: (2-7) ở đây: Fxmf – lực phanh cực đại ở hai bánh trước mp – hệ số bám cực đại Wfs – trọng lượng tĩnh ở hai bánh trước (2-8) ở đây: Fxmr – lực phanh cực đại ở hai bánh sau Wrs – trọng lượng tĩnh ở hai bánh sau Đơn giản công thức (2-3) cho trường hợp q = 00 và lực cản không khí không đáng kể, ta có: Giải Dx và thay thế công thức (2-7) và (2-8) bằng (2-9) và (2-10) (2-9) (2-10) Mối quan hệ này chỉ ra rằng lực phanh cực đại ở các bánh trước phụ thuộc vào lực phanh ở các bánh sau do gia tốc phanh và tải trọng dồn về phía trước và tương tự lực phanh ở các bánh xe sau phụ thuộc vào lực phanh ở các bánh xe trước. 2-3. Cơ sở lý luận của quá trình phanh. Khi phanh thì ô tô không dừng ngay tại vị trí bắt đầu phanh mà sẽ dừng cách vị trí bắt đầu phanh một khoảng cách nào đấy. Không những thế ôtô còn có thể lệch khỏi hướng chuyển động trước lúc bắt đầu phanh. Vì vậy để đánh giá quá trình phanh cần phải nghiên cứu cả hiệu quả phanh và tính ổn định hướng của ôtô khi phanh. 2-3.1 Hiệu quả phanh và tính ổn định hướng của ôtô khi phanh Các công trình nghiên cứu trước đây đã đề cập rất nhiều tới vấn đề hiệu quả phanh và tính ổn định hướng khi phanh. Thời gian phanh hay quãng đường phanh phụ thuộc chủ yếu vào vận tốc bắt đầu phanh và hệ số bám khi phanh mB. Từ công thức (2-7) và (2-8) cho ta thấy khi phanh tải trọng động dồn về phía trước nên lực phanh cực đại ở các bánh trước có thể đạt được lớn hơn là lực phanh cực đại ở bánh sau. Mặt khác, lực phanh cực đại giới hạn bởi lực bám. Vì vậy, để có thể phanh hiệu quả cần phân phối áp suất tới các bánh trước và sau hợp lý. Nếu tác dụng lực phanh đồng đều ở các bánh xe phù hợp với lực bám ở các bánh trước có thể dẫn đến hiện tượng các bánh xe sau bị trượt lết do lực phanh quá lớn vượt quá giới hạn bám sẽ làm như vậy lực phanh tác động thêm không hiệu quả. Còn ở các bánh trước lực phanh lại không tận dụng được tối đa giới hạn bám. Vì vậy vấn đề điều khiển lực phanh ở các bánh xe là hết sức cần thiết, bởi lẽ khi xảy ra hiện tượng trượt lết các bánh xe rất dễ bị lệch hướng chuyển động. Trong thực tế, hệ số bám trên mặt đường luôn luôn thay đổi và không đồng nhất. Vì thế, lực phanh ở các bánh xe sẽ không đồng đều và điều này cũng là một nguyên nhân dẫn đến sự lệch hướng của xe khi chuyển động. Trong hai trường hợp trên, vấn đề cơ bản là điều khiển lực phanh ở các bánh xe cho phù hợp với lực bám trên mặt đường để đảm bảo lực phanh tối ưu ở các bánh xe và như vậy, hiệu quả phanh và tính ổn định hướng của ôtô được đảm bảo. Sự chuyển động an toàn của ôtô phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái chuyển động của ôtô khi phanh. Các trạng thái thường xảy ra là ôtô không thể điều khiển khi phanh. Trạng thái này gắn liền với sự bó cứng các bánh xe ở các cầu xe. ở đây ta giả thiết sự bó cứng xảy ra ở từng cầu, có hai khả năng xảy ra: - Bó cứng ở cầu sau trước. - Bó cứng ở cầu trước trước. Trên hình 2-3 và 2-4 chỉ ra hai trường hợp bó cứng cầu sau và bó cứng cầu trước. Trong trường hợp này, nếu do một ngoại lực bất kỳ nào đó, lực quán tính theo phương y và x có Py và Px. Lực Py cân bằng với các phản lực ở các cầu xe St và Ss. Nếu bó cứng cầu sau (Ss = 0) lực bên chỉ tồn tại ở bánh trước và Py.a = St.a và cặp ngẫu lực Py, St làm quay ôtô theo chiều mũi tên dẫn tới mất ổn định. Nếu bó cứng bánh xe cầu trước, St = 0 và Ss ạ 0 mô men do cặp ngẫu lực làm quay ôtô theo hướng giảm nhỏ góc a. Tức là khi bó cứng bánh xe trước, ôtô chuyển động gần giống trạng thái trước khi phanh bó cứng, như vậy ôtô chuyển động ổn định hơn. a b Fxr Fxf y Py Px x St=0 a Hình 2-3. Sơ đồ khảo sát hiện tượng bó cứng bánh xe cầu trước S a b Fxr Fxf y Py Px x Ss=0 a Hình 2-4. Sơ đồ khảo sát hiện tượng bó cứng bánh xe cầu sau S Qua phân tích trên thì khi xe chuyển động thẳng việc xảy ra bó cứng bánh xe cầu trước có lợi cho khả năng ổn định hơn. Khi ôtô chuyển động trên đường cong, phanh bó cứng các bánh trước làm cho ôtô chuyển động theo hướng mở rộng bán kính quay vòng. Người lái muốn điều chỉnh hướng chuyển động nhưng vì bánh xe không có khả năng tiếp nhận lực ngang nên việc điều chỉnh không có hiệu quả, ôtô ở trạng thái mất điều khiển. Nếu bó cứng bánh xe cầu sau, ôtô chuyển động theo hướng thu nhỏ bán kính quay vòng, tuy nhiên vẫn có khả năng điều khiển hướng chuyển động của bánh xe cầu trước, để giảm góc quay thân xe phải đánh ngược vành tay lái. Tuy nhiên, việc điều khiển như vậy đòi hỏi người lái phải có kinh nghiệm như nhả bớt chân phanh và đánh lái ngược lại. Nếu người lái không có kinh nghiệm lại đạp thêm phanh và quay thêm vành lái lúc đó ôtô chuyển động nguy hiểm hơn là do mất tính ổn định. Sự bó cứng đồng thời các bánh xe hai cầu, không gây nên các lực bên phụ, ôtô vẫn có thể chuyển động thẳng. Song nếu xuất hiện các phản lực bên hay khi phanh trên đường vòng sẽ dẫn tới quay vòng ôtô. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Từ cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu ở các công trình nghiên cứu trước đây có thể dùng 4 chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh như sau: Quãng đường phanh x. Gia tốc chậm dần khi phanh Dx. Thời gian phanh t. Lực phanh hoặc lực phanh riêng Fxo. Việc dùng chỉ tiêu nào để đánh giá hiệu quả phanh là tuỳ thuộc vào tình hình trang thiết bị đo lường của từng nước và sự phát triển nền công nghiệp của nước đó. Sau đây sẽ trình bày chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của một số nước. Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định hướng của ô tô khi phanh Để đánh giá tính ổn định dẫn hướng của ôtô khi phanh người ta dùng một số chỉ tiêu sau: - Góc lệch b của ôtô khi phanh, về mặt lý thuyết góc này xác định được. - Hành lang cho phép mà ôtô không được vượt ra ngoài ở cuối quá trình phanh. - Hệ số không đồng đều lực phanh. Bảng 2-1. Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh của một số nước. [1] Nước Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh Quãng đường phanh Gia tốc chậm dần Lực phanh Cực đại Trung bình áo + Bỉ + + Hungary + Đan Mạch + Italia + Nga + + Mỹ + + + Pháp + + Đức + + Thụy Sĩ + Thụy điển + Nhật + + 2-3.2 ổn định động học của ô tô trong quá trình chuyển động Khi xe quay vòng, dưới tác dụng của lực ly tâm thân xe bị nghiêng quanh trục nào đó gần sát trục dọc của xe một góc nào đó. Mô men quay do lực ly tâm đặt cách trục nghiêng thân xe là h. Khi đó mô men quay do lực ly tâm sẽ là: (2-11) Mô men này làm thay đổi các phản lực đặt lên bánh xe. Giả sử xe quay vòng, ở cầu trước tải trọng thay đổi một lượng DZt, bánh xe phía trong giảm đi DZt, bánh xe phía ngoài tăng lên một lượng DZt. Tương tự, ở cầu sau bánh phía trong giảm một lượng DZs, và bánh xe phía ngoài tăng một lượng DZs. Giả thiết với vận tốc quay vòng không đổi tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe cầu trước và cầu sau là: ; Khi đó tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe: ; (2-12) ; (2-13) T Mv2/R S1 S2 S4 S3 DZs DZs DZt DZt ts tt z y x h hg bt b a L Hình 2-5. Sự thay đổi phản lực thẳng đứng khi quay vòng Từ hình 2-5 và các công thức (2-12), (2-13) ta thấy rằng khi ôtô chuyển động trên đường vòng, các bánh xe phía trong dễ bị trượt hơn các bánh xe phía bên ngoài vì lực kéo hay lực phanh cực đại phụ thuộc vào phản lực từ mặt đường lên bánh xe. Sự chuyển động của ôtô trên đường đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạo rất phức tạp, người lái luôn phải điều khiển góc quay vành tay lái. Khi chuyển động với tốc độ cao, mối quan hệ giữa quỹ đạo chuyển động với góc quay vành tay lái càng phải chặt chẽ. Trong nhiều trường hợp chỉ cần một sự sai lầm nhỏ trong điều khiển sẽ dẫn tới mất quỹ đạo chuyển động và có thể dẫn đến tai nạn giao thông. Khi ô tô chuyển động trên đường vòng với tốc độ cao, gặp chướng ngại vật cần phải phanh xe đột ngột dẫn tới bánh xe bị trượt lết, gia tốc hướng tâm tăng đột ngột sẽ làm các bánh xe bị trượt bên làm cho xe mất ổn định và có thể bị lật. Khi ô tô quay vòng có thể xảy ra hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa, nếu xe quay vòng thừa các phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh phía bên trong giảm làm cho phản lực bên bị giảm không cân bằng được với lực ly tâm dẫn đến các bánh xe sau bị trượt bên rất lớn làm cho phần đuôi xe bị văng ra phía ngoài, ôtô mất tính ổn định hướng. Mô men truyền tới các bánh sau phải giảm đến khi các phản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe phía trong tăng trở lại có nghĩa là các phản lực bên của xe cân bằng với lự ly tâm và chúng giữ cho các bánh xe không bị trượt. Điều này được thực hiện bằng cách điều chỉnh mô men động cơ và phanh bánh sau và bánh trước phía ngoài để nhanh chóng giảm mô men truyền tới bánh xe. Các lực phanh tác dụng lên các bánh xe sau và trước phía ngoài sẽ tạo nên mô men ngược chiều với mô men quay vòng để giảm thiểu khả năng quay vòng thừa. Khi xe quay vòng thiếu, các phản lực bên tác dụng lên bánh sau lớn có xu hướng làm cho phần đuôi xe lệch về phía trong. Vì các bánh xe phía trước có góc quay nên không thể tăng phản lực bên. Để khắc phục hiện tượng này cần phải giảm mô men động cơ, nếu cần thiết có thể phanh bánh xe sau phía bên trong, lực phanh này sẽ tạo nên một mô men cùng chiều với mô men quay vòng làm tăng mô men quay vòng. Vì vậy, hiện tượng quay vòng thiếu được khắc phục. 2-4. Các tác động điều khiển 2-4.1 Trợ lực và xylanh chính Hình 2-6 là sơ đồ của bàn đạp phanh, trợ lực chân không và xylanh chính. Trên thực tế, trên xe khách và xe tải nhẹ tỷ số truyền lực cơ khí của bàn đạp phanh thường từ 3- 4 và tỷ số truyền thông qua trợ lực chân không là 5 - 9 đạt được khi phanh và trước khi sự chuyển động quán tính xảy ra.Vì vậy, lực tác động do người điều khiển sẽ tăng từ 12 tới 36 lần ở xylanh chính để đạt được áp suất cần thiết cho phanh. áp suất cuối cùng ở xylanh chính như sau: (2-14) ở đây: h- hiệu suất cơ khí PMC - áp suất ở xylanh chính Fop - Lực tác động ở bàn đạp phanh Gmech- Tỷ số truyền cơ khí Gboost- Tỷ số truyền trợ lực Fs - Lực hồi vị của lò xo Hình 2-6. Sơ đồ bàn đạp phanh, trợ lực chân không và xylanh chính. Fs FMC Apiston- Tiết diện làm việc của xylanh chính Xylanh chính chia làm hai buồng sơ cấp và thứ cấp để tăng tính an toàn tránh hệ thống tổng phanh bị mất áp suất trong trường hợp hỏng một buồng của hệ thống. 2-4.2 Điều hoà lực phanh Vì tải trọng động thay đổi như đã nói ở công thức (2-6), áp suất phanh thích hợp cho phanh gấp ở các bánh trước thường quá cao cho các bánh sau; kết quả là các bánh sau có xu hướng bị bó cứng trong khi phanh. Vấn đề này có thể giảm đáng kể thông qua việc sử dụng điều hoà lực phanh. Các bộ điều hoà phanh cho phép áp suất phanh ở phía trước và phía sau như nhau khi áp suất phanh nhỏ (tương ứng với gia tốc phanh và tải trọng động thay đổi ít) nhưng thay đổi áp suất ra cầu sau và áp suất ra cầu trước khi tải trọng động thay đổi nhiều. Các bánh sau Các bánh trước Điều hoà lực phanh Các bánh sau Hình 2-7. Sơ đồ hệ thống phanh chia dòng kiểu KK và kiểu TT Hình 2-7 biểu diễn hai sơ đồ van điều hoà phổ biến nhất trên các xe khách và các xe tải nhẹ. Đặc trưng của hệ thống phanh chia dòng kiểu TT là sử dụng trên xe cầu sau chủ động và đặc trưng của hệ thống phanh chia dòng kiểu K là được sử dụng trên xe có cầu trước chủ động. Sử dụng hệ thống phanh chia dòng kiểu K phổ biến trên xe có cầu trước chủ động. Dẫn động phanh kiểu TT khó đáp ứng được các quy định pháp lý về hệ thống phanh khi một dòng dẫn động trước bị hỏng (trên hệ thống phanh chia dòng dọc) và tải trọng thay đổi đáng kể dồn về phía trước làm tăng tải trọng cầu trước. Hệ thống chia dòng kiểu K có thể sử dụng một phanh trước bất chấp một dòng hỏng và các xe cầu trước chủ động có thể thông qua luật đòi hỏi mặc dù có sự khác nhau lớn giữa tải trọng cầu trước và cầu sau. Tuy nhiên, hệ thống chia dòng kiểu K đòi hỏi hai van điều hoà và bơm dầu phức tạp hơn hệ thống chia dòng dọc. 2-4.3 Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS) Chức năng cơ bản của hệ thống ABS là chống hãm cứng bánh xe bằng cách cảm nhận bánh xe chuẩn bị hãm cứng và hoạt động thông qua bộ điều khiển áp suất để giảm áp suất phanh ở xylanh bánh xe thích hợp để bánh xe không bị trượt tạo điều kiện thuận lợi cho sự làm việc của phanh. Từ công thức (2-5), quãng đường phanh (cho đến khi vận tốc bằng 0) là một hàm của vận tốc khi bắt đầu phanh, khối lượng của xe và lực phanh. Từ công thức này có thể thấy rằng với lực phanh cực đại thì quãng đường phanh sẽ nhỏ nhất, tất cả các hệ số khác giữ không đổi. Trên các loại đường khác nhau sẽ có các hệ số bám cực đại khác nhau. Bằng cách giữ cho tất cả các bánh xe của ô tô hoạt động xung quanh vùng mà hệ số bám lớn nhất, hệ thống chống hãm cứng cho phép lực phanh đạt đến giá trị cao nhất có thể mà gây ra trượt rất nhỏ và vì thế quãng đường phanh ngắn nhất. Đây là một mục đích của hệ thống chống hãm cứng, tuy nhiên mục tiêu này được giảm đi bởi cần cho tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe. Mặc dù giảm tốc độ và dừng xe là mục đích cơ bản của hệ thống phanh, lực bám cực đại có thể không đạt được trong mọi trường hợp. Nếu xe phanh ở trên đường có bề mặt không tốt (đường đóng băng) như vậy lực phanh ở hai bên trái và phải của xe sẽ khác nhau đáng kể, lực phanh hay lực kéo cực đại cung cấp cho tất cả các bên sẽ tạo ra một mô men quay dẫn tới kéo xe lệch sang một bên làm cho xe mất ổn định. Cần phải điều khiển áp suất ở các bánh sau để cải thiện tính ổn định; tương tự ở cầu trước cũng cần hạn chế sự khác nhau của áp suất giữa các xylanh bánh xe hai bên để không gây ra mô men thay đổi quá mức trên tay lái dẫn đến người lái phải mất sức điều chỉnh vô lăng quá lớn để chống lại mô men quay đó. Nếu hệ thống chống hãm cứng có thể giữ cho lực phanh ở các bán