Nghiên cứu thi công cải tạo mô hình hệ thống điều khiển phanh chống hãm cứng ABS đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH viii Chương TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài: 1.3 Nhiệm vụ đề tài: 1.4 Đối tượng nghiên cứu: 1.5 Phạm vi nghiên cứu: 1.6 Phương pháp nghiên cứu: 1.7 Các nghiên cứu nước nước Chương CƠ SỞ LÍ THUYẾT CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH ABS 2.1 Lý thuyết hệ thống ABS 2.1.1 ABS gì? 2.1.2 Lịch sử phát triển hệ thống phanh ABS 2.1.3 Mục tiêu ABS 2.2 Nghiên cứu hệ thống ABS 2.2.1 Mối quan hệ lực phanh độ trượt 2.2.2 Mối quan hệ lực phanh hệ số trượt iii 2.2.3 2.3 Hiệu ABS 10 Cấu tạo nguyên lí hoạt động hệ thống phanh ABS 11 2.3.1 Cấu tạo hệ thống ABS 11 2.3.2 Nguyên tắc điều khiển cấu ABS sau: 13 2.3.3 Các phận hệ thống 13 Chương 26 THIẾT KẾ MƠ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS 26 3.1 Lựa chọn phương án thiết kế: 26 3.2 Thiết kế mơ hình 27 3.2.1 Khung mơ hình 27 3.2.2 Bố trí cụm chi tiết bảng 28 3.3 Các phận chính: 29 3.3.1 Hệ thống phanh thủy lực: 29 3.3.2 Hệ thống điều khiển ABS: 33 3.3.3 Hệ thống điều khiển mơ hoạt động mơ hình: 36 Chương 41 THI CÔNG VÀ THỰC NGHIỆM 41 4.1 Thi công 41 4.1.1 Khung mơ hình 41 4.1.2 Bảng đặt cụm chi tiết 41 4.1.3 Thiết kế, thi công lại đường dây điện 42 4.2 Thực nghiệm 45 4.2.1 Hoạt động mơ hình 45 4.2.2 Thực nghiệm 48 iv 4.2.3 Các tập vận dụng mơ hình 53 Chương 57 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 57 5.1 Kết luận 57 5.2 Khuyến nghị 57 Tài liệu tham khảo 58 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Fp Lực phanh Z Tải trọng tác dụng lên bánh xe Φ Hệ số bám Va Vận tốc bánh xe Ωb Tốc độ góc bánh xe Rb Bán kính lăn bánh xe Smin Quãng đường phanh nhỏ v1 Vận tốc ô tô ứng với thời điểm bắt đầu phanh v2 Vận tốc ô tô cuối trình phanh δ Hệ số tính đến ảnh hưởng trọng khối quay ô tô G Gia tốc trọng trường (g=9.81m/s2) Ymax Lực ngang cực đại tác dụng lên bánh xe Gb Trọng lượng tác dụng lên bánh xe Iz Mô men quán tính quanh trục Z thẳng góc với mặt phẳng XOY qua trọng tâm A ô tô B: Chiều rộng sở ô tô ECU (electronic control unit) Cụm điều khiển điện tử ABS (Anti-lock Braking System) Hệ thống phanh chống hãm cứng HCU (hycdraulic ontrol unit) Cụm điều khiển thủy lực BATT (Battery) Chân dương ắc quy STP (Stop) Tín hiệu cơng tắc đèn phanh PKB (Parking Brake) Tín hiệu phanh tay đèn báo mức dầu thắng W (Warning) Chân đèn báo ABS IG (Ignition) Chân dương sau công tắc IG MR (Motor Relay) Chân điều khiển rơ le mô tơ MT (Motor Test) Chân kiểm tra mô tơ vi AST (Actuator Solenoid Test) Chân kiểm tra chấp hành SFR (Solenoid Front Right) Cuộn dây solenoid trước phải SFL (Solenoid Front Left) Cuộn dây solenoid trước trái SRR (Solenoid Rear Right) Cuộn dây solenoid sau phải SRL (Solenoid Rear Left) Cuộn dây solenoid sau trái SR (Solenoid Relay) Chân điều khiển Rơ le (cuộn dây chấp hành) R (Relay) Chân âm điều khiển rơ le FR+ (Front Right) Chân dương cảm biến tốc độ trước phải FR- (Front Right) Chân âm cảm biến tốc độ trước phải FL+ (Front Left) Chân dương cảm biến tốc độ trước trái FL- (Front Left) Chân âm cảm biến tốc độ trước trái RR+ (Rear Right) Chân dương cảm biến tốc độ sau phải RR- (Rear Right) Chân âm cảm biến tốc độ sau phải RL+ (Rear Left) Chân dương cảm biến tốc độ sau trái RL- (Rear Left) Chân âm cảm biến tốc độ sau trái GND (Ground) Mass hộp ECU ABS TC Chân chẩn đoán TS Chân Chẩn đoán SFR (Solenoid Front Right) Chân tín hiệu đến cuộn dây solenoid trước phải SFL (Solenoid Front Left) Chân tín hiệu đến cuộn dây solenoid trước trái SRR (Solenoid Rear Right) Chân tín hiệu đến cuộn dây solenoid sau phải SRL (Solenoid Rear Left) Chân tín hiệu đến cuộn dây solenoid sau trái) vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hệ thống mơ trạng thái hoạt động thực tế ABS trình chạy phanh dùng đào tạo thực hành thử nghiệm ABS Hình 1.2: Mơ hình đào tạo hệ thống phanh ABS - EBD - BAS - TCS - VSC Hình 1.3: Hệ thống kiểm sốt phanh ABS Hình 2.1 Sự thay đổi hệ số bám dọc φX hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối λ bánh xe Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ lực phanh hệ số trượt Hình 2.3 Xe hoạt động có khơng có ABS 11 Hình 2.4 Sơ đồ điều khiển cấu phanh thường 12 Hình 2.5 Sơ đồ khối cụm chức cấu ABS 13 Hình 2.6 Sơ đồ điều khiển cấu ABS 13 Hình 2.7 Cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ 14 Hình 2.8 Tín hiệu điện áp cảm biến tốc độ bánh xe 14 Hình 2.9 Nguyên lý điều khiển tốc độ ABS 16 Hình 2.10 Sơ đồ mạch điều khiển rơ le 18 Hình 2.11: Đồ thị trình kiểm tra ban đầu 18 Hình 2.13 Bộ chấp hành thuỷ lực 20 Hình 2.14: Cấu tạo van điện vị trí 21 Hình 2.15: Chế độ phanh bình thường van vị trí 22 Hình 2.16: Chế độ giảm áp van vị trí ABS hoạt động 24 Hình 2.17: Chế độ giữ áp van vị trí ABS hoạt động 24 Hình 2.18: Chế độ tăng áp van vị trí ABS hoạt động 25 Hình 3.1: Mơ hình ABS xưởng 26 Hình 3.2: Mơ hình ABS kiểu truyền thống 26 Hình 3.3: Mẫu ý tưởng thiết kế 27 Hình 3.4: Kích thước khung mơ hình vẽ thiết kế 27 Hình 3.5: Các cụm chi tiết bảng 28 Hình 3.6: Sơ đồ tổng quan hệ thống phanh thủy lực 29 Hình 3.7: Xi lanh chính, bầu trợ lực, bình dầu, bàn đạp 29 Hình 3.8: Xilanh bình dầu 30 viii Hình 3.9: Cấu tạo bầu trợ lực phanh 30 Hình 3.10: Cấu tạo phanh tang trống 31 Hình 3.11: P van kép 32 Hình 3.12: đồng hồ đo áp suất 33 Hình 3.13: sơ đồ điều khiển ECU ABS 33 Hình 3.14: Hộp ECU ABS 33 Hình 3.15: Cảm biến tốc độ vòng cảm biến 34 Hình 3.16: Cách bố trí cảm biến, vịng cảm biến 35 Hình 3.17: Bộ chấp hành ABS 35 Hình 3.18: Sơ đồ khối hệ thống mơ hoạt động 36 Hình 3.19: Motor vịng cảm biến 37 Hình 3.20: Mạch cầu H IR 2184 37 Hình 3.21: Sơ đồ mắc dây 38 Hình 3.22: Mạch arduino Uno 40 Hình 4.1 Khung mơ hình 41 Hình 4.2: Mặt bố trí cụm chi tiết 42 Hình 4.3 Sơ đồ mạch điện 42 Hình 4.4: Bố trí hệ thống đèn báo 43 Hình 4.5: Bố trí motor cảm biến 43 Hình 4.6 Bảng pan giắc đo 44 Hình 4.7: Bố trí ống dầu 44 Hình 4.8: Tổng quan mơ hình 45 Hình 4.9 ABS hoạt động bình thường 46 Hình 4.10 ABS báo lỗi 46 Hình 4.11: Tổng phanh 49 Hình 4.12: Hai bánh trước 49 Hình 4.13: Bánh trước trái 49 Hình 4.14: Bánh sau phải 49 ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Mô tả hoạt động van điện vị trí 21 Bảng 2: Các cụm chi tiết bố trí 28 Bảng 3: Thông số arduino 40 Bảng 4: Mã lỗi hư hỏng hệ thống ABS 46 x Chương TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài Ngày Việt Nam, ngành ô tô đà phát triển ngày khẳng định vị trí phát triền cơng nghiệp Việt Nam Vì mà ngày có nhiều trường đại học, cao đẳng trung học đưa ngành công nghệ ô tô vào giảng dạy Ngành công nghệ ôtô ngành ứng dụng nhiều hệ thống đại nhằm đáp ứng nhu cầu đòi hỏi an toàn, tiện nghi khả phát huy tối đa công suất động cơ, tốc độ xe người sử dụng Nên nhà chế tạo không ngừng cải tiến hoàn thiện phận xe Đối với xe có tốc độ cao, điều khiển tình bất ngờ có chướng ngại vật xuất phía trước, buộc người tài xế phải đạp phanh gấp, phanh xe đường trơn trượt, phanh thường bị trượt lết bánh xe, làm xe bị ổn định lái hiệu phanh dễ dẫn đến tai nạn Vì vậy, nhà sản xuất chế tạo ôtô sử dụng hệ thống phanh ABS (Anti-lock Braking System) để trang bị cho xe đời mới, với mục đích để khắc phục tình trạng đó, nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối cho tài xế củng hành khách xe Hệ thống sử dụng rộng rãi hầu hết loại xe hãng tiếng Nó có tầm quan trọng lớn việc phanh xe ABS trở thành tiêu chuẩn xe xuất xưởng Trong đào tạo hệ thống phanh ABS, có nhiều tài liệu mơ hình phục vụ giảng dạy Tuy nhiên, thiết bị cồng kềnh, khơng trực quan thích hợp giảng dạy thực tập xưởng Vì vậy, nhóm thực đồ án lựa chọn đề tài “Nghiên cứu thi cơng cải tạo mơ hình hệ thống điều khiển phanh chống hãm cứng ABS” nhằm nghiên cứu, thiết kế chế tạo mơ hình điều khiển hệ thống phanh ABS với kích thước gọn nhẹ hơn, thuận tiện việc giảng dạy lớp xưởng thực tập 1.2 Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu thi cơng cải tạo mơ hình hệ thống điều khiển phanh chống hãm cứng ABS 1.3 Nhiệm vụ đề tài: - Nghiên cứu tổng quan hệ thống phanh chống hãm cứng ô tô - Thiết kế, cải tạo mô hình hệ thống điều khiển phanh ABS - Thi cơng thực nghiệm mơ hình - Kết luận 1.4 Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu kết cấu, cấu tạo điều khiển phanh ABS Nghiên cứa nghuyên lý hoạt động, hư hỏng cách sữa chữa hệ thống ABS 1.5 Phạm vi nghiên cứu: Do giới hạn thời gian kinh phí nên phạm vi nghiên cứu đề tài giới hạn hệ thống phanh thủy lực có trang bị hệ thống phanh ABS kiểu van điện vị trí Toyota 1.6 Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu phương pháp tham khảo tài liệu kết hợp với phương pháp thực nghiệm phù hợp với nhiệm vụ đề tài 1.7 Các nghiên cứu nước nước Trong nước: - Giắc đo cơng tắc tạo pan Hình 4.6 Bảng pan giắc đo Hình 4.7: Bố trí ống dầu 44 Hình 4.8: Tổng quan mơ hình 4.2 Thực nghiệm Hoạt động mơ hình 4.2.1 Cấp nguồn ắc quy 12v cho toàn hệ thống Cấp nguồn ắc quy cho mơ hình Lưu ý phải cấp âm dương cho mạch, đỏ vào dương đen vào âm ắc quy  Chế độ tự kiểm tra chẩn đoán ABS: Bật công tắc nguốn IG/SW, đèn báo IG/SW sáng báo hiệu nguồn 12V cấp cho mơ hình Đèn báo ABS sáng có tiếng kêu phát từ rơ le van điện chấp hành đèn led sáng sau tắc Đèn báo phanh sáng giây sau tắc Đó hệ thống bắt đầu q trình tự kiểm tra chẩn đốn ban đầu Nếu hệ thống trạng thái bình thường đèn ABS tắt vòng giây, báo hiệu hệ thống sẵn sàng làm việc, đạp phanh đèn báo phanh sáng Nếu đèn ABS không tắc sau giây, báo hiệu cho biết hệ thống có hư hỏng phận đó, hệ thống ABS không làm việc phanh, tức phanh chế độ bình thường Muốn hệ thống ABS hoạt động, phải tiến hành đọc mã lỗi hư hỏng kiểm tra, sửa chữa Chỉ đèn ABS tắt sau giây kể từ lúc bật cơng tắc nguồn IG/SW hệ thống hoạt động hoàn chỉnh Chế độ đọc xóa mã lỗi: Chú ý: Khi bật cơng tắc phải chắn đèn báo ABS sáng, kiểm tra mạch đèn báo ABS - Đọc mã lỗi o Khi không nối TC với Mass  Bật công tắc sang vị trí IG  Nếu hệ thống ABS bình thường đèn báo ABS sáng lên khoảng 3s tắt  Nếu hệ thống ABS có cố (hư hỏng) đèn báo ABS sáng để cảnh báo có cố hệ thống 45  Nếu có hư hỏng xảy kiểm tra mạch nguồn, mạch đèn ABS, bóng đèn,… o Khi nối TC với E1 giắc chẩn đoán  Nối chân TC với Mass  Bật cơng tắc sang vị trí IG  Nếu hệ thống ABS bình thường đèn báo ABS nháy với chu kì 0.25s  Nếu hệ thống ABS có cố (hư hỏng) đèn báo ABS nháy báo mã lỗi Hình 4.9 ABS hoạt động bình thường Hình 4.10 ABS báo lỗi Bảng 4: Mã lỗi hư hỏng hệ thống ABS Mã lỗi Chuẩn đoán Vùng hư hỏng 11 Hở mạch relay van điện Mạch bên 12 Chập mạch relay van điện chấp hành 46 Role điều khiển Dây điện, giắc nối role van điện 13 Hở mạch mạch relay van motor bơm Mạch bên chấp hành 14 Role điều khiển Dây điện, giắc nối role van điện 21 Hở hay ngắn mạch van điện vị trí bánh xe trước phải 22 Hở hay ngắn mạch van điện vị trí bánh xe trước trái 23 24 Hở hay ngắn mạch van điện vị trí Van điện chấp hành bánh xe sau phải Dây điện, giắc nối Hở hay ngắn mạch van điện vị trí mạch điện chấp hành bánh xe sau trái 31 Cảm biến tốc độ bánh xe trước phải hỏng 32 Cảm biến tốc độ bánh xe trước trái hỏng 33 Cảm biến tốc độ bánh xe sau phải hỏng Cảm biến tốc độ bánh xe 34 Cảm biến tốc độ bánh xe sau trái hỏng Vòng cảm biến tốc độ 35 Hở mạch cảm biến tốc độ bánh xe sau phải bánh xe hay trước trái Dây dẫn giắc nối Hở mạch cảm biến tốc độ bánh xe trước cảm biến tốc độ bánh xe 36 phải hay sau trái 37 Hỏng roto cảm biến tốc độ Vòng cảm biến tốc độ bánh xe 41 51 Điện áp ác qui khơng bình thường (nhỏ Ac qui 9,5V hay lớn 16,2V) Bộ tiết chế Motor bơm chấp hành bị kẹt hay hở Motor bơm, ac qui role mạch motor bơm chấp hành Dây điện, giắc nối bu 47 lông tiếp mass hay hở mạch motor bơm chấp hành Luôn sáng - ABS ECU hỏng ECU Xóa mã lỗi Để xóa mã lỗi ta cịn tháo cực ắc quy để xóa hồn tồn tất mã lỗi ECU 4.2.2 Thực nghiệm Khi đạp phanh, quan sát mơ hình thấy đèn phanh sáng, guốc phanh bung ra, bám vào thành trống phanh, thể di chuyển chậm dần xe Motor dừng quay, bơm hoạt động, đèn bơm (màu xanh) sáng, phát tiếng kêu nhỏ có áp lực đẩy bàn đạp phanh đèn ABS nháy sáng Chứng tỏ ABS hoạt động bình thường - ABS hoạt động Khi áp suất dầu bánh xe sau: 48 - Hình 4.11: Tổng phanh Hình 4.12: bánh trước Hình 4.13: Bánh sau trái Hình 4.14: Bánh sau phải Vận dụng mơ hình: Kiểm tra hoạt động hệ thống  Yêu cầu:  - Nhận biết tình mà hệ thống ABS khơng hoạt động - Xác định trạng thái hệ thống phanh ABS không hoạt động  Thực hiện: Đạp phanh bánh xe chưa quay ( ứng với trường hợp xe đỗ) hay chạy tốc độ thấp (