1-1 سیستم ترمزABS
1-1-1 دلایل استفاده ازسیستم ترمزABS
دلیل ابداع سیستم ترمزقفل نشو اساسأ بسیارساده است. درهنگام ترمزگرفتن، اگریک یا چند چرخ خودروقفل شود(شروع به لغزیدن کند)آن گاه پیامدهای به شرح زیرخواهدداشت:
• فاصلۀ ترمزگیری افزایش می یابد؛
• کنترل فرمان ازدست می رود؛
• لاستیک به صورت غیرعادی ساییده می شود(لاستیک سابی).
پیامد بدیهی این سیستم افزایش احتمال تصادف است. حداکثرشتاب منفی هنگامی به خودروداده می شود که تبدیل انرژی درسیستم ترمزبه حداکثرمیزان برسد. دراین سیستم انرژی جنبشی به گرما دردیسکها وکاسه های ترمزتبدیل می شود. وقتی چرخی روی سطح جاده بلغزد، حتی اگرسطح جاده خشک باشد، بازده تبدیل انرژی کاهش می یابد. رانندۀخوب برای جلوگیری ازقفل شدن ترمز، پدال ترمزرامی گیرد و رهامی کند و دوباره می گیرد، اما استفاده ازسیستم کنترل الکترونیکی می توان به نتایج بهتری دست یافت.
به تازگی شاهد نصب سیستم ترمزقفل نشوروی خودروهای ارزان قیمت ترنیزهستیم واین نوید
خوبی است. امابایدبه خاطربسپاریم که این سیستم را ازآن روابداع نکرده اند که بتوان درهنگام
رانندگی عادی سریعترراند و خط ترمزکوتاهترداشت. این سیستم راباید به منزلۀ سیستمی درنظر
مجسم کرد که فقط درشرایط اظطراری به کارمی آید. درشکل1-1مشاهده می شودکه حتی در
صورت ترمزگیری بسیارشدید بازهم می توان به چرخها فرمان داد.
1-1-2 نیازهایی که سیستم ترمزقفل نشوباید برآورده کند
غالباً یکی ازراههای خوب بررسی هرسیستم پیچیده
مطرح کردن این پرسش است که « این سیستم باید
قادربه انجام چه کارهایی باشد؟» به عبارت دیگر
این سیستم کدام نیازها راباید برآورده کند. نیازهایی
که سیستم ترمزقفل نشوباید برآورده کند تحت هفت
عنوان اصلی زیرقابل بررسی است:
شکل1-1حتی درصورت ترمزگیری بسیار شدید هم
می توان توانایی فرمان دهی به چرخها را حفظ کرد.
سیستم ایمنی درصورت عمل نکردن ترمز قفل نشو
اگرسیستم ترمزقفل نشوعمل نکند، ترمزهای معمولی باید با تمام قدرت عمل کنند. به علاوه باید به راننده هشدارداده شود. معمولاً این هشداربصورت روشن شدن یک چراغ ساده داده می شود.
قابلیت مانورباید حفظ شود
وقتی ترمزقفل نشو عمل می کند باید قابلیت فرمان دهی به چرخها حفظ شود. این مسأله مهم است
زیرا غالباً بهترین راه جلوگیری ازتصادف تغییرمسیرخودرو درحین ترمزگیری شدید است .
پاسخ فوری
این سیستم باید، حتی در فاصلۀ کوتاه، واکنش نشان دهد تا ازاصطکاک سطح جاده به بهترین نحو
استفاده شود. این سیستم باید به صورت مقتضی وارد عمل شود، خواه راننده نیک ترمزبگیرد و
خواه پدال ترمز را به شدت فشار دهد.
تأثیرعملیاتی
رانندگی ومانوردهی معمولی نباید واکنشی روی پدال ایجاد کند. پایداری وفرمان گیری چرخها باید دروضعیتهای مختلف جاده حفظ شود. این سیستم باید خود را با پسماند ترمزگیری، درهنگام
ترمزگرفتن، وفق دهد، رها شود ودوباره به کار بیفتد. حتی اگر چرخهای یک طرف خودرو
روی آسفالت خشک و چرخهای طرف دیگر روی یخ باشند چرخش حول محورعمودی خودرو
باید حداقل بماند وفقط به صورت تدریجی افزایش یابد تا راننده بتواند آن را جبران کند.
چرخهای تحت کنترل
درسیستم پایه ای ترمز قفل نشو، دست کم یک چرخ ازهر طرف خودرو باید با استفاده از مدار مجزایی کنترل شود. در حال حاضر کنترل هرچهارچرخ اتومبیلهای سواری متداول است.
گسترۀ سرعت
سیستم ترمز قفل نشو در هرسرعتی ، حتی سرعت قدم عابر، باید عمل کند. وقتی سرعت تا این
حد کم باشد حتی در صورت قفل شدن چرخها، خودرو خیلی زود متوقف می شود. از لحاظ
نظری اگر چرخهای خودرو قفل نشوند، خودرو هرگز متوقف نخواهد شد!
سایر وضعیتهای عملیاتی
این سیستم باید قادر به تشخیص سرخوردن چرخها باشد و بر طبق آن واکنش نشان دهد. به علاوه باید بتواند روی سطح نایکنواخت جاده نیزعمل کند. یکی از حوزه های عملیاتی که هنوز تکمیل
نشده است ترمزگیری در هنگام حرکت با سرعت کم روی برف است. سیستم ترمز قفل نشوعملاً
سبب افزایش فاصلۀ ترمزگیری روی برف می شود، اما همچنان می توان به چرخها فرمان داد.
به نظر می رسد این معاملۀ خوبی باشد. در حال حاضر از انواع مختلف سیستم ترمز قفل نشو
استفاده می شود، اما همۀ این سیستمها باید بتوانند نیازهای یاد شده درقبل را برآورده کنند.
1-1-3 اصطکاک بین سطح جاده و لاستیک
در هنگام بررسی سیستمهای ترمزقفل نشو، اصطکاک بین سطح جاده ولاستیک از عوامل مهم
است. وقتی خودرو درحال شتابگیری یا ترمزگیری است نیروهای اصطکاکی باید بین سطح تماس لاستیک وسطح جاده مبادله شوند. در این وضعیت باید از قوانین اصطکاک بین اجسام
صلب پیروی کرد زیرا لاستیک خودرو ماهیت فنری دارد. برای دور زدن این مسألۀ پیچیده،
که حل آن مستلزم سرو کله زدن با نظریۀ مولکولی است، برای توصیف عمل بین لاستیک و
سطح جاده از اصطکاک « لغزش » استفاده می کنیم.
وقتی نیروی ترمز بر چرخ در حال چرخش وارد می شود لغزش رخ می دهد. این لغزش را
می توان به صورت زیر تعریف کرد.
w. ∕ ( ( w.-w = λ
یا
100 % × Vv Vv-Vr) ∕ ) = λ
اگر λ برابر صفر درصد باشد نشان دهندۀ غلتش آزاد چرخ و اگر برابر100درصد باشد نشان
دهندۀ قفل شدن آن است در رابطۀ بالا:
= w. سرعت زاویه ای چرخی که آزادانه غلتش می کند
= w سرعت زاویه ای چرخ ترمز شده
Vr = سرعت خودرو = w.rd
Vv= سرعت محیطی چرخ ترمز شده = wrd
rd = شعاع غلتش دبنامیکی چرخ.
نیروی ترمزگیری یا ضریب چسبندگی نیروی ترمزگیری F )μ)، که در جهت چرخش چرخ
اندازه گیری می شود تابعی ازلغزش است. مقدارFμ به چند عامل بستگی دارد که مهمترین
آنها به شرح زیر است:
• جنس ∕ وضعیت سطح جاده
• جنس لاستیک ، فشار باد لاستیک ، عمق آج، طرح آج و ساختمان لاستیک
وزن تماس.
درشکل 1-2رابطۀ بین ضریب چسبندگی
نیروی ترمزگیری و میزان لغزش نشان
داده شده است. مطابق شکل، منحنی به
دو ناحیه تقسیم شده است: ناحیۀ پایدارو
شکل1-2 رابطۀ بین ضریب چسبندگی نیروی ترمز ناحیۀ ناپایدار. در ناحیۀ پایداربین نیروی
ترمزگیری و چسبندگی سطح جاده گیری ومیزان لغزش.
تعادل برقرار است. بنابراین می توان
ترمز گرفت، بدون آن که چرخها بلغزند.
در ناحیۀ ناپایدار، پس از عبور ازلغزش
بحرانی( Ic )، دیگر تعادل برقرار نیست
وچرخ قفل می شود، مگر نیروی ترمزگیری
شکل 1-3 تفاوت بین وضعیتهای مختلف سطح جاده کاهش یابد.
مقدارلغزش بحرانی( cΙ)، بسته به وضعیت لاستیک وسطح جاده، بین حدود80درصدو30درصد
متغیر است. درشکل 1-3 تأثیر وضعیت سطح جاده نشان داده شده است . با توجه به این نمودار
می توان دریافت که با تعیین آستانۀ لغزش ثابتی به عنوان نقطۀ مرجع برای فعال شدن سیستم
ترمز قفل نشو، نمی توان از ضریب چسبندگی موجود به بهترین نحو استفاده کرد.
لغزش جانبی چرخهای خودرو را باید در نظر گرفت . این نوع لغزش هنگامی رخ می دهد که
بین محور خودرو با مسیر مورد نظرچرخ زاویه ای تشکیل شود. حرکت جانبی خودروبه صورت رابطه بین زاویۀ لغزش و نیروی جانبی تعریف می شود. این رابطه درشکل 1- 4 نشان
داده شده است؛ منحنی شکل1-4ضریب چسبندگی نیروی جانبی( L μ )را بر حسب زاویۀ
لغزش ( α) نشان می دهد. زاویۀ لغزش بحرانی ( c α ) در حالت کلی بین12و15درجه است.
برای تنظیم ترمز باید نیروی ترمزگیری و نیروهای هدایت جانبی را در نظر گرفت. در شکل
1-5 تلفیق ضریب چسپندگی( Fμ) و ضریب چسپندگی جانبی ( Lμ) بر حسب لغزش ترمز
(λ) نشان داده شده است. نتایج به ازای زوایای لغزش 2و10درجه نشان داده شده وآزمون روی سطح خشک جاده انجام شده است. به کاهش چشمگیر چسبندگی جانبی ( Lμ ) با افزایش لغزش (λ) توجه کنید. وقتی 100 % = λ مقدار Lμ تابع زاویۀ فرمان چرخ است.این مقدار Lμ
را می توان محاسبه کرد:
Fμ = ( حداقل ) Lμ sinα
با استفاده از این فرمول می توان نشان داد که
اثر فرمان روی چرخ قفل شده اندک است .
با توجه به شکل 1-5 مشاهده می شود که
سیستم کنترل ترمز قفل نشو را باید به
زوایای لغزش بزرگتر نیز توسیع داد. شکل1-4 منحنی ضریب چشبندگی نیروی جانبی
اگر هنگامی که خودرو تحت شتاب L μ،بر حسب زاویۀ لغزش( α ).
جانبی زیادی هست ( α بزرگتر ) ترمز
به صورت کامل گرفته می شود، آن گاه
سیستم ترمز قفل نشو باید زود مداخله
کند و به تدریج، با کاهش سرعت خودرو،
لغزش بیشتری را اجازه دهد. این داده ها
در حافظۀ فقط خواندنی واحد کنترل
الکترونیکی، به صورت جدول مراجعه،
ذخیره می شود.
شکل1-5 تلفیق ضریب چسبندگی ( F μ ) وضریب
چسبندگی جانبی (Lμ ) برحسب لغزش (λ)
1-1-4 توصیف کلی سیستم
سیستم ترمز قفل نشو را، مانند سیستمهای دیگر، می توان به صورت یک واحد کنترل مرکزی
با یک رشته ورودی و خروجی در نظر گرفت وآن را با نمودار بلوکی شکل 1-6نمایش داد.
مهمترین ورودیهای این سیستم از حسگرهای سرعت چرخ تأمین می شود و خروجی اصلی آن
صورتی از کنترل فشار سیستم ترمز است .
وظیفۀ واحد کنترل مقایسۀ سیگنالهای دریافتی از هر حسگر سرعت چرخ وتعیین شتاب یا شتاب منفی هر چرخ، به تنهایی، است.
با استفاده از این داده ها و جدولهای مراجعۀ برنامه ریزی شده در حافظه ، فشار ترمز یک یا چند چرخ تنظیم می شود.
فشار ترمز رامی توان کاهش داد، ثابت نگه داشت
یا به آن اجازۀ افزایش یافتن داد. البته همه این تغییرات
به فشار وارد بر پدال ترمز بستگی دارد.
ترمز قفل نشو به صورت سیستم حلقه – بستۀ نمایش
داده شده درشکل 1-6عمل می کند. این سیستم چند
متغیر را، به شرح زیر ، حس می کند، به کار
می برد یا کنترل می کند.
شکل 1-6 ترمز قفل نشو به صورت یک
سیستم حلقه- بسته عمل می کند.
فشار پدال
فشار پدال را راننده تعیین می کند.
فشار ترمز
در شرایط عادی ترمز گیری ، فشار ترمز با فشار پدال متناسب است، اما تحت کنترل سیستم ترمز قفل نشو می توان این فشار را کاهش داد، یا به آن اجازۀ افزایش یافتن داد.
متغیر تحت کنترل
متغیر تحت کنترل نتیجۀ عملی تغییرات فشار ترمز یا، به بیان دیگر سرعت چرخ، است که بر اساس آن می توان شتاب گیری ، شتاب منفی و لغزش را تعیین کرد.
وضعیت جاده / خودرو
این سیستم تغییراتی از قبیل تغییر بار خودرو، وضعیت جاده، وضعیت لاستیک و وضعیت ترمز را حس می کند.
واحد کنترل الکترونیکی ، با استفاده از حسگرهای سرعت چرخ، عاملهای زیر را محاسبه می کند.
سرعت مرجع خودرو
سرعت مرجع خودرو با ترکیب سرعت دو چرخی که در دو سر یک قطر قرار دارند تعیین می شود. پس از شروع ترمزگیری ، واحد کنترل الکترونیکی این مقدار را، به منزلۀ مرجع، به کار
می برد.
شتاب یا شتاب منفی چرخ
شتاب یا شتاب منفی چرخ معیاری زنده و همواره در حال تغییر است.
لغزش ترمز
اگر چه نمی توان لغزش ترمز را مستقیماً اندازه گیری کرد، با استفاده از سرعت مرجع خودرو می توان مقداری برای آن محاسبه کرد. با استفاده از این مقدار می توان تعیین کرد که سیستم
ترمز قفل نشو چه وقت باید کنترل فشار ترمز را به عهده بگیرد.
شتاب منفی خودرو
واحد کنترل الکترونیکی ، در حین کنترل فشار ترمز، سرعت مرجع خودرو را به منزلۀ نقطۀ
شروع می گیرد وآن را به صورت خطی کاهش می دهد. آهنگ کاهش با ارزیابی همۀ
سیگنالهای دریافتی از حسگرهای سرعت چرخ تعیین می شود.
نحوۀ برخورد با چرخهای محرک و غیر محرک خودرو یکسان نیست ، زیرا این چرخها در هنگام ترمز گیری رفتار متفاوتی از خود نشان می دهند. تلفیق منطقی شتاب ∕ شتاب منفی چرخ
و لغزش به منزلۀ متغیر تحت کنترل به کار می رود. راهبرد عملی سیستم ترمز قفل نشو، بسته
به شرایط بهره برداری ، تغییر می کند.
1-1-5 راهبرد کنترل سیستم ترمز قفل نشو
آغاز کنترل فشار ترمز
اغاز درگیری سیستم ترمز قفل نشو را « هموار سازی چرخۀ کنترل اول می نامند ». این مرحلۀ هموارسازی ضروری است زیرا سیستم ترمز قفل نشو نباید در برابر اختلالات جزﺌی ، مانند
نایکنواختی سطح جاده که سبب ایجاد تغییر در سیگنالهای ارسالی حسگر چرخ می شود، واکنش
، نشان دهد. آستانۀ درگیری سیستم اهمیت بسزایی دارد، زیرا اگر سیستم خیلی زود درگیر شود
کارراننده رامختل می کند وسبب فرسایش بیهودۀ قطعات می شود؛ اگر این سیستم خیلی دیر وارد
عمل شود در چرخۀ کنترل اول پایداری وکنترل زمان کاهش یابد
تنظیم برای جادۀ یکنواخت
در شرایط ایده آل ، وقتی سطح جاده یکنواخت باشد، چسبندگی تقریباً ثابت است. سیستم ترمز قفل نشو در این شرایط از وضعیت دیگر عمل می کند. درچنین شرایطی فرکانس تنظیم نسبتاً پایین است وفشار ترمز تغییرات اندکی پیدا می کند.
چرخش خودرو حول محور عمودی
وقتی راننده روی سطح جاده ترمز می گیرد و چسبندگی سطح جاده زیر چرخهای سمت چپ وراست متفاوت است ، خودرو حول محور عمودی خود می چرخد. اگر راننده فرصت کافی در اختیار داشته باشد می تواند با استفاده از فرمان خودرو را کنترل کند. هرگاه وقتی چرخ جلو به سبب چسبندگی کم ناپایدار می شود، بتوان فشار وارد بر چرخ دیگر جلو را کاهش داد، خودرو به صورت خودکار کنترل می شود. این عمل سبب کاهش چرخش خودرو حول محور عمودی می شود که در هنگام دور زدن یا پیچیدن اهمیت خاصی دارد.
ارتعاش اکسل
درجاده های ناهموار سرعت چرخ مکررا ًو به صورت تصادفی رخ می دهد. به سبب این
ناپایداری ، وقتی سیستم ترمز قفل نشو عمل می کند ، فشار ترمز بیشتر تمایل به کاهش دارد
تا افزایش. در بعضی شرایط ممکن است این پدیده سبب نکرفتن ترمز شود. بنابراین برای غلبه بر این مشکل به وفق پذیری نیاز است. فشار ترمز در حین شتابگیری مجدد وشدید چرخ پس از یک لحظه ناپایداری ، آسانتر افزایش می یابد. در خودروهای مجهز به سیستمهای مجهز ونرم تعلیق، ممکن است اکسل در معرض ارتعاش قرار گیرد. در نتیجۀ این ارتعاش حسگرهای سرعت چرخ سیگنالهایی می فرستند. شتابی که در این وضعیت به دست می آید می تواند برابر شتاب مربوط به وضعیت ناپایداری واقعی ترمز باشد. تأخیر اندکی در واکنش سیستم ترمز قفل نشو، به سبب تأخیرهای ناشی از هموارسازی سیگنال، زمان لازم برای حرکت شیرهای کنترل و پس افت زمانی در لوله های روغن ترمز، به کاهش اثر ارتعاش اکسل کمک می کند. واحد کنترل الکترونیکی می تواند فرکانس منظم ارتعاشات را تشخیص دهد. وقتی واحد کنترل الکترونیکی ارتعاش اکسل را تشخیص می دهد فشار ترمز جانبی را اعمال می کند.
خلاصۀ راهبرد کنترل
کارهایی که از سیستم ترمز قفل نشو انتظار می رود می توان به شرح زیر خلاصه کرد:
1. کاهش سریع فشار ترمز در هنگام ناپایداری سرعت چرخ، به طوری که چرخ به سرعت شتاب دوباره بگیرد، بدون آن که فشار بیش از حد کاهش یابد و به ترمز نگرفتن منتهی شود.
2. افزایش سریع فشار ترمز در حین شتاب گرفتن مجدد و پس از آن، تا مقداری درست زیر فشار ناپایداری.
3. افزایش ناپیوستۀ فشار ترمز در صورت افزایش چسبندگی.
4. حساسیت متناسب با شرایط حاکم.
5. سیستم ترمز قفل نشو نباید درحین ارتعاش اکسل شروع به کار کند.
برای به کارگیری این پنج ویژگی باید حد وسط را گرفت. با برنامه ریزی بهینه وانجام آزمون روی پیش نمونه می توان تراز این مصالحه را پایین آورد، اما بعضی معایب را نیز باید پذیرفت. بهترین مثال ترمز گرفتن با زمین نایکنواخت با برف زیاد است. شتاب منفی چندان تأثیری ندارد، مگر چرخها قفل شوند. در این مثال اولویت با پایداری است نه کاهش فاصلۀ ترمزگیری، زیرا در این قبیل موارد کنترل جهت حرکت خودرو مطلوبتر است.
1-1-6 چرخه های کنترل ترمز قفل نشو
درشکل 1-7 چرخۀ کنترل ترمز گیری در جادهای با چسبندگی زیاد ( گیرش خوب ) ودر شکل 1-8 چرخه های کنترل ترمزگیری در جادهای با چسبندگی کم ( لغزنده ) نشان داده شده است. هر شکل به هشت مرحله به شرح زیر تقسیم می شود.
چسبندگی زیاد
1. مرحلۀ اول، مرحلۀ ترمزگیری اولیه است که در آن ترمز قفل نشو هنوز فعال نشده است.
2. سرعت چرخ از سرعت آستانه ای محاسبه شده بر اساس سرعت مرجع خودرو بیشتر می شود و فشار ترمز ثابت می ماند.
3. شتاب منفی چرخ از مقدار آستانه ای ( α- ) پایینتر می رود وفشار ترمز کاهش می یابد.
4. در این مرحله فشار ترمز ثابت می ماند و سرعت چرخ افزایش می یابد.
5. شتاب چرخ از کران بالایی ( α+) بالاتر می رود، بنابراین افزایش فشار ترمز در این مرحله مجازاست.
6. با گذر از کران (α+) فشار ترمز دوباره ثابت نگه داشته می شود.
7. در این مرحله فشار ترمز در چند مرحله افزایش می یابد تا سرعت چرخ از سرعت آستانه ای (α+) بیشتر شود.
8. فشار ترمز دوباره کاهش می یابد و در هنگام رسیدن به( α- ) ثابت نگه داشته می شود.
فرایند بالا ادامه می یابد تا این که راننده پدال ترمز را رها کند یا سرعت خودرو از حد معینی کمتر شود وچرخها قفل شوند وخودرو توقف کند.
شکل 1-7 چرخۀ کنترل ترمز گیری در جاده ای شکل1-8 چرخه های کنترل ترمز گیری
با چسبندگی زیاد. برای سطحی با چسبندگی کم
چسبندگی کم
1. نخستین مرحله ترمزگیری است که در آن هنوز سیستم ترمز قفل نشو فعال نشده است.
2. سرعت چرخ از مقدار آستانه ای محاسبه شده بر اساس سرعت مرجع خودرو فراتر می رود وفشار ترمز ثابت نگه داشته می شود.
3. در این مرحله، پس از یک دورۀ کوتاه تثبیت، فشار ترمز کاهش می یابد. سرعت چرخ با آستانۀ لغزش محاسبه شده مقایسه می شود ومعلوم می شود که از آن کمتر است، در نتیجه فشار دوباره کاهش می یابد و پس از آن یک دورۀ تثبیت دیگرفرا می رسد. مقایسۀ دوم انجام می شود و فشار مجدداً کاهش می یابد.
4. در نتیجۀ تثبیت فشار ترمز سرعت چرخ افزایش می یابد.
5. فشار ترمز به تدریج افزایش می یابد تا چرخ دوباره بلغزد.
6. فشار ترمز کاهش می یابد،در نتیجه سرعت چرخ افزایش پیدا می کند.
7. فشار ثابت می ماند تا به مقدار لغزش محاسبه شده برسد.
8. فشار به صورت پله ای افزایش می یابد و تثبیت می شود تا دورۀ لغزش شدید به حداقل برسد.
در نتیجه حداکثر پایداری حاصل می شود.
این فرایند نیز ادامه پیدا می کند تا پدال ترمز رها شود یا خودرو توقف کند.
1-1-7 اجزای سیستم ترمز قفل نشو
ترمز قفت نشو را سازندگان مختلف می سازند، اما بین طرز کار آنها تفاوت چندانی نیست. در سیستم ترمز قفل نشو از چند جزء مختلف استفاده می شود. در بخش عمدۀ این سیستمها فقط سه جزء اصلی مهم اند: حسگرهای سرعت چرخ، واحد کنترل الکترونیکی و یک تعدیلگر هیدرولیکی . اکنون این سه جزء را به نوبت بررسی می کنیم و به نقشۀ مدار این سیستم نیز نگاهی می افکنیم.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 22 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله سیستم ترمز ضد بلوکه (ABS) وکیسۀ ایمنی