HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ
Công dụng, phân loại và yêu cầu
Hệ thống phanh đóng vai trò quan trọng trong việc giảm tốc độ xe, giúp xe dừng lại an toàn, đặc biệt là trên đường dốc Đối với ô tô, hệ thống phanh không chỉ đảm bảo an toàn ở tốc độ cao mà còn là yếu tố thiết yếu để duy trì sự kiểm soát và ổn định khi lái xe.
Hệ thống phanh bao gồm cơ cấu phanh để giảm tốc độ bánh xe hoặc hãm một trục trong hệ thống truyền lực, cùng với truyền động phanh để điều khiển cơ cấu phanh Bên cạnh đó, các cơ cấu trợ lực và hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) được tích hợp nhằm nâng cao hiệu quả phanh và đảm bảo an toàn khi lái xe.
Theo cách bố trí cơ cấu phanh ở các bánh xe hoặc ở trục của hệ thống truyền lực:
Theo cơ cấu phanh đặt ở bánh xe:
- Phanh tang trống - thường dùng trên ô tô khách, ô tô tải trung bình và lớn
- Phanh đĩa - thường dùng trên ô tô du lịch nhỏ
- Phanh dải - dùng trong hệ thống phanh truyền lực
Theo hệ thống truyền động:
- Truyền động thủy lực - dùng trên ô tô du lịch, ô tô tải nhỏ
- Truyền động khí nén - thường dùng trên ô tô khách, ô tô tải lớn
- Truyền động hỗn hợp dùng cả thủy lực và khí nén
- Truyền động cơ khí - dùng ở cơ cấu phanh tay
Một số kiểu phân loại khác:
- Có trang bị hệ thống chống bó cứng phanh ABS
2.1.3 Yêu cầu Để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả hệ thống phanh phải đảm bảo các yêu cầu sau: Quãng đường phanh ngắn nhất khi phanh đột ngột trong trường hợp khẩn cấp Muốn quãng đường phanh ngắn nhất thì phải đảm bảo gia tốc chậm dần lớn nhất
Để đảm bảo sự ổn định của ô tô khi phanh, việc phanh êm dịu là rất quan trọng Quá trình điều khiển nên diễn ra nhẹ nhàng, với lực tác dụng lên bàn đạp phanh không quá mạnh Độ nhạy cao khi phanh giúp truyền động đạt độ chính xác tối ưu.
Hệ thống phanh có tuổi thọ và độ bền cao, đảm bảo hoạt động ổn định trong thời gian dài Cơ cấu phanh tay cần duy trì khả năng giữ xe đứng vững trên dốc trong thời gian dài.
Các kiểu dẫn động hệ thống phanh trên ô tô
Hệ thống phanh trên ô tô bao gồm phanh chính (phanh chân) và phanh phụ (phanh tay), đảm bảo an toàn khi xe di chuyển và dừng lại Cả hai loại phanh này có thể sử dụng chung guốc phanh và trống phanh hoặc đĩa phanh, nhưng hoạt động độc lập Cơ cấu điều khiển của phanh tay không liên quan đến phanh chính Hệ thống phanh chính sử dụng các kiểu dẫn động như phanh thủy lực, phanh khí hoặc hỗn hợp thủy khí, trong khi phanh phụ hoạt động dựa trên cơ khí.
2.2.1 Phanh thủy lực (phanh dầu) Ở hệ thống phanh thủy lực, lực tác dụng từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh thông qua dầu thủy lực ở các đường ống Khi tác dụng lực lên bàn đạp phanh thì áp suất dầu truyền lực đến các xy-lanh bánh xe làm việc như nhau Lực trên các má phanh phụ thuộc vào đường kính piston các xy-lanh bánh xe làm việc Để có momen phanh ở các bánh xe khác nhau thì cần làm đường kính piston ở các xy-lanh bánh xe khác nhau Đặc điểm quan trọng của hệ thống phanh dầu là các bánh xe được phanh cùng một lúc vì áp suất trong đường ống chỉ bắt đầu tăng khi tất cả má phanh ép vào trống phanh không phụ thuộc vào xy-lanh làm việc và khe hở giữa trống phanh và má phanh
Ưu điểm hệ thống phanh dẫn động thủy lực
- Phanh đồng thời các bánh xe
- Độ nhạy cao, thiết kế đơn giản
- Có khả năng dùng trên nhiều loại ô tô khác nhau, chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh
Nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động thủy lực
- Lực phanh không lớn vì vậy chỉ được dùng trên ô tô du lịch và ô tô tải nhỏ
- Nếu bị rò rỉ dầu thì hiệu quả phanh thấp gần như không thể làm việc được
Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén sử dụng năng lượng từ khí nén để thực hiện phanh, giúp người lái không phải tốn nhiều sức lực Chỉ cần một lực nhỏ để thắng lực lò xo ở van phân phối, người lái có thể điều khiển việc cung cấp hoặc thoát khí ở bộ phận làm việc Nhờ đó, hệ thống phanh khí hoạt động một cách nhẹ nhàng và hiệu quả.
Ưu điểm của hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
- Lực tác dụng lên bàn đạp phanh nhỏ nhưng sinh ra lực phanh lớn
- Có khả năng cơ khí hóa quá trình điều khiển ô tô và có thể sử dụng khí nén cho các bộ phận làm việc như hệ thống treo khí…
Nhược điểm của hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén
- Kết cấu phức tạp, giá thành cao, được dùng trên xe tải lớn, xe kéo rơ-móoc
- Độ nhạy thấp, thời gian hệ thống làm việc từ khí đạp phanh khá lớn
Phanh thủy khí là loại phanh thường được sử dụng trên ô tô tải trọng trung bình và lớn, kết hợp ưu điểm của hệ thống phanh khí và phanh thủy lực Nó cho phép lực tác dụng lên bàn đạp phanh nhỏ, đồng thời mang lại độ nhạy cao và hiệu quả vượt trội, với khả năng sử dụng nhiều loại phanh khác nhau Tuy nhiên, phanh thủy khí chưa phổ biến do nhược điểm của hệ thống truyền động thủy lực, như hiệu suất giảm ở nhiệt độ thấp và quy trình bảo trì phức tạp, bao gồm việc kiểm tra mức dầu và thoát khí trong hệ thống.
2.2.4 Phanh tay (phanh cơ khí)
Hệ thống phanh tay, hay phanh đỗ xe, là cơ chế cơ khí giúp giữ cho xe đứng yên khi đỗ ở những địa hình dốc Trong những điều kiện có độ ma sát thấp giữa lốp xe và mặt đường, phanh đỗ xe đảm bảo bánh xe không bị quay, giữ an toàn cho phương tiện.
Cơ cấu phanh tay cần có khóa cài kiểu bánh cóc để giữ vị trí phanh Phanh tay sử dụng guốc phanh và trống hoặc đĩa phanh riêng biệt với phanh hành trình Hơn nữa, cơ cấu điều khiển của phanh tay phải độc lập với hoạt động của phanh chính.
Cơ sở đánh giá chất lượng của một hệ thống phanh trên ô tô
Các tiêu chí đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh bao gồm gia tốc chậm dần khi phanh, thời gian phanh, quãng đường phanh, lực phanh và lực phanh riêng Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu suất của phương tiện khi dừng lại.
2.3.1 Gia tốc chậm dần khi phanh (j p )
Gia tốc chậm dần khi phanh là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá hiệu quả phanh của ô tô Để xác định gia tốc này, cần thiết lập phương trình cân bằng lực phanh trong trường hợp tổng quát.
F p: Lực phanh sinh ra ở các bánh xe
F ms: Lực cản ma sát trong hệ thống truyền động
F j: Lực quán tính sinh ra khi phanh ô tô
Trong quá trình phanh ô tô, lực phanh Fp chiếm khoảng 98% tổng lực cản, trong khi các lực cản khác như Ff, Fw, và Fms có giá trị rất nhỏ và có thể bị bỏ qua.
Trong phương trình (2.1), chúng ta xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phanh ô tô mà không kéo rơ-moóc, nhằm phân tích và nâng cao chất lượng của quá trình này.
(Fm= 0), ô tô phanh trên đường nằm ngang (Fi= 0) Như vậy phương trình cân bằng lực phanh trong trường hợp này được viết như sau:
Ta có jmax j G pmax pmax
Từ biểu thức (2.3) ta có thể xác định được gia tốc chậm dần cực đại khi phanh như sau:
Để cải thiện hiệu quả phanh và giảm gia tốc chậm dần khi phanh, cần giảm hệ số Fj Trong tình huống phanh khẩn cấp, người lái nên cắt ly hợp để tách động cơ khỏi hệ thống truyền lực, giúp giảm Fj và tăng jpmax, từ đó nâng cao hiệu quả phanh.
Gia tốc chậm dần của ô tô khi phanh tỷ lệ thuận với hệ số bám (φ) giữa lốp xe và mặt đường Đối với đường nhựa tốt, hệ số bám tối đa φmax đạt từ 0.7 đến 0.8 Nếu coi δj ≈ 1, gia tốc chậm dần cực đại trong trường hợp phanh khẩn cấp có thể đạt khoảng 7 đến 8 m/s², với gia tốc trọng trường g = 10 m/s².
Trong quá trình vận hành ô tô, việc phanh thường xảy ra với gia tốc chậm dần nhỏ hơn nhiều so với mức gia tốc tối đa mà hệ thống phanh có khả năng đạt được.
Thời gian phanh cũng là một chỉ tiêu dùng để đánh giá hiệu quả của quá trình phanh Thời gian phanh càng nhỏ thì hiệu quả phanh càng lớn:
Trong trường hợp tổng quát ta có:
Trong trường hợp phanh khẩn cấp, vận tốc ở cuối quá trình phanh v2= 0 Ta có:
Thời gian phanh tối thiểu phụ thuộc vào vận tốc ban đầu (V1), hệ số (δj), hệ số bám (φ) và gia tốc trọng trường (g) Để giảm thời gian phanh, người lái nên cắt ly hợp khi phanh Các công thức (2.6) và (2.8) cung cấp thời gian phanh lý thuyết, giả định điều kiện lý tưởng với áp suất phanh tối đa ngay khi bắt đầu phanh và không tính thời gian phản ứng của lái xe Trong thực tế, thời gian phanh bao gồm nhiều yếu tố khác nhau.
Thời gian phản xạ của người lái (t1) là khoảng thời gian từ khi lái xe quyết định phanh đến khi tác động lên bàn đạp phanh Thời gian này phụ thuộc vào khả năng phản xạ của người lái, thường dao động trong khoảng 0.3 đến 0.8 giây.
Thời gian chậm tác dụng của hệ thống phanh (t2) là khoảng thời gian từ khi người lái nhấn bàn đạp phanh cho đến khi má phanh tiếp xúc với trống phanh Thời gian này phụ thuộc vào kiểu dẫn động phanh, cụ thể t2 là 0,03 giây đối với dẫn động phanh thủy lực và 0,3 giây đối với dẫn động phanh bằng khí nén.
Thời gian phát triển lực phanh (t3) là khoảng thời gian bắt đầu từ khi lực phanh tác động vào bánh xe cho đến khi lực phanh đạt một giá trị nhất định Trong nhiều tài liệu giáo khoa, thời điểm kết thúc giai đoạn này được xác định là khi lực phanh đạt giá trị cực đại.
Thời gian phanh chính (t4) được xác định theo công thức (2.8), trong khoảng thời gian này, lực phanh (Fp) hoặc gia tốc chậm dần (jp) được duy trì ở mức tối đa.
Thời gian nhả phanh (t5) là khoảng thời gian từ khi người điều khiển ngừng tác dụng lên bàn đạp phanh cho đến khi lực phanh hoàn toàn biến mất (Fp = 0) Khi ô tô đã dừng hẳn, t5 không ảnh hưởng đến quãng đường phanh tối thiểu Do đó, thời gian phanh thực tế từ lúc người điều khiển quyết định phanh cho đến khi xe dừng lại được tính toán như sau:
Quãng đường phanh (Sp) là khoảng cách mà ô tô di chuyển từ khi bắt đầu phanh cho đến khi dừng hẳn Đây là chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá hiệu quả của hệ thống phanh ô tô Người điều khiển xe thường rất quan tâm đến quãng đường phanh, vì nó giúp họ nhận thức rõ hơn và xử lý tốt các tình huống khi phanh trên đường.
Trong trường hợp phanh khẩn cấp: ax
Nhân cả hai vế phường trình trên với dSp ta có:
Khi phanh đến lúc ô tô dừng hẳn (V2= 0) ta có: min
Quãng đường phanh nhỏ nhất của ô tô phụ thuộc vào vận tốc lúc bắt đầu phanh, hệ số bám (φ) và hệ số quán tính quay (δj) Để giảm quãng đường phanh, có thể cắt ly hợp khi phanh để giảm hệ số (δj) Đồ thị (H.2.1) minh họa mối quan hệ giữa quãng đường phanh, vận tốc ban đầu (v1) và hệ số bám (φ) Cụ thể, vận tốc ban đầu cao hơn sẽ dẫn đến quãng đường phanh dài hơn, trong khi hệ số bám cao hơn sẽ giúp giảm quãng đường phanh.
Hình 2.1 Đồ thị chỉ sự phụ thuộc quãng đường phanh nhỏ nhất vào (v1) và (φ)
2.3.4 Lực phanh và lực phanh riêng ( ƞ p )
Tính ổn định hướng ô tô khi phanh
Cuối quá trình phanh, trục dọc của ô tô có thể lệch một góc β so với hướng chuyển động ban đầu (trục X) Sự lệch này xảy ra do tổng lực phanh ở các bánh xe bên phải không đồng nhất với tổng lực phanh ở các bánh xe bên trái, dẫn đến việc tạo ra momen quay vòng M q quanh trục thẳng đứng Z đi qua trọng tâm của ô tô.
Góc lệch β quá lớn có thể gây ảnh hưởng đến an toàn khi di chuyển trên đường Do đó, tính ổn định hướng của ô tô khi phanh được định nghĩa là khả năng duy trì quỹ đạo chuyển động theo ý muốn của người điều khiển trong quá trình phanh.
Hình 2.2 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh mà ô tô bị quay góc β
Khi ô tô di chuyển theo trục X và thực hiện phanh, trục dọc của xe sẽ lệch một góc β so với hướng di chuyển ban đầu Trong quá trình phanh, các bánh xe bên phải chịu lực phanh Fp.ph1 ở trục trước và Fp.ph2 ở trục sau, trong khi các bánh xe bên trái chịu lực phanh Fp.tr1 ở trục trước và Fp.tr2 ở trục sau.
Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên phải là:
Tổng các lực phanh ở các bánh xe bên trái là:
Khi tổng lực phanh bên phải F p.ph lớn hơn tổng lực phanh bên trái F p.tr, ô tô sẽ quay quanh trọng tâm theo chiều mũi tên trong hình vẽ.
Momen quay vòng M q được xác định theo biểu thức:
Khi bánh xe tiếp xúc với mặt đường, sự ma sát tạo ra momen quay vòng Mq, dẫn đến phản lực R y1 tác động lên các bánh xe ở trục trước theo phương ngang, trong khi các bánh xe ở trục sau nhận phản lực R y2.
Phương trình chuyển động của ô tô đối với trọng tâm của xe được viết như sau:
Khi ô tô bị xoay một góc β, momen quay vòng M q trở nên lớn hơn nhiều so với momen của các lực R y1 và R y2 Để đơn giản hóa tính toán, có thể bỏ qua các lực này, và phương trình (2.19) được viết lại như sau:
Trong đó: I z -momen quán tính của ô tô quanh trục Z đi qua trọng tâm của xe
Lấy tích phân hai lần của phương trình (2.21) ta được:
Để xác định góc lệch β do momen M q gây ra, ta cần tìm giá trị của hằng số C Sử dụng điều kiện ban đầu khi t = 0, với β = 0, ta thay vào phương trình (2.2) và nhận được C = 0 Do đó, biểu thức cuối cùng để tính góc lệch β là kết quả của quá trình này.
Góc lệch β tỷ lệ thuận với momen quay vòng M q và bình phương của thời gian phanh t, trong khi đó, nó tỷ lệ nghịch với momen quán tính I z của ô tô quanh trục.
Khi kiểm tra hoặc sửa chữa hệ thống phanh, lực phanh ở các bánh xe trên cùng một trục phải đồng đều để đảm bảo sự ổn định khi phanh Độ chênh lệch tối đa cho phép giữa các lực phanh không được vượt quá 15% so với giá trị lực phanh cực đại của trục đó.
Giả sử bánh xe bên phải có lực phanh lớn nhất F p.phmax do điều kiện bám giữa bánh xe và mặt đường, thì lực phanh tối thiểu cho phép của bánh xe bên trái sẽ được xác định dựa trên điều kiện này.
Lúc đó momen quay vòng cực đại M q được tính như sau: max ( max min ) q 2 p ph p ph
Thay M qmax từ công thức (2.25) vào công thức (2.23) ta có công thức tính góc lệch cực đại cho phép β max như sau:
I Ở đây: F p.phmax là lực phanh cực đại ở phía bên phải theo điều kiện bám
Thay F p.phmax ở công thức (2.27) vào công thức (2.26) ta có công thức tính góc lệch lớn nhất cho phép như sau:
Khi tổng lực phanh ở các bánh xe bên trái lớn hơn tổng lực phanh ở bánh xe bên phải, ô tô sẽ bị lệch sang trái với momen quay vòng ngược lại Quá trình tính toán góc lệch β trong trường hợp này tương tự như trường hợp trước Theo quy định, góc lệch lớn nhất cho phép β max không được vượt quá 8 độ trong quá trình phanh.
HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN Ô TÔ
Giới thiệu chung
Hệ thống ABS (Anti-Lock Braking System) điều chỉnh áp suất dầu đến từng xy-lanh bánh xe khi phát hiện bánh xe bị bó cứng, giúp ngăn chặn hiện tượng trượt lết trên mặt đường Nhờ đó, người lái có thể kiểm soát xe tốt hơn trong quá trình phanh.
3.1.2 Cơ sở phát triển hệ thống phanh ABS Để ô tô có thể chuyển động được thì vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường phải có một hệ số bám nhất định Sự bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bằng hệ thống hệ số bám
Bảng 3.1: Hệ số bám của một số loại đường
Loại đường và tình trạng mặt đường Hệ số bám 1/ Đường nhựa, bê tông
Khi ô tô phanh trên các loại đường có hệ số bám φ thấp như đường trơn hoặc đường tuyết, hiện tượng bó cứng bánh xe có thể xảy ra, khiến bánh xe trượt trên mặt đường Điều này làm tăng quãng đường phanh và giảm hiệu quả phanh, dẫn đến mất ổn định hướng và khả năng điều khiển của xe Nếu bánh xe trước bị bó cứng, xe sẽ không thể chuyển hướng theo ý muốn của tài xế Ngược lại, nếu bánh sau bị bó cứng, sự khác biệt về hệ số bám giữa bánh trái và bánh phải sẽ gây ra hiện tượng trượt ngang, làm xe bị lạng Trong trường hợp xe đang quay vòng, hiện tượng trượt ngang của bánh xe có thể dẫn đến việc quay vòng không chính xác.
Quay vòng thừa có thể làm mất tính ổn định của xe, dẫn đến nguy cơ tai nạn cao Nhiều vụ tai nạn nghiêm trọng xảy ra khi phanh khẩn cấp ở tốc độ cao, khiến bánh xe bị bó cứng và trượt, dẫn đến mất lái.
Hệ số bám thấp khiến xe dễ bị trượt và khó khăn trong việc di chuyển về phía trước Hệ số bám giữa bánh xe và mặt đường bao gồm hai thành phần: hệ số bám dọc, liên quan đến chuyển động của ô tô trong mặt phẳng dọc, và hệ số bám ngang, liên quan đến chuyển động quay vòng trong mặt phẳng ngang.
Theo đồ thị dưới đây, hệ số trượt tối ưu nằm trong khoảng 10-30% Trong khoảng này, lực bám dọc và bám ngang đạt mức cao nhất, giúp xe duy trì sự ổn định và tránh hiện tượng xoay vòng, từ đó hỗ trợ người lái điều khiển an toàn hơn.
Hình 3.1 Ảnh hưởng của hệ số bám trượt đến ô tô khi phanh
3.1.3 Khác biệt giữa hệ thống phanh có ABS và không có ABS Ở hệ thống phanh thường thì chức năng của nó để giảm tốc độ hay dừng xe bằng cách sử dụng 2 loại lực cản Loại thứ nhất là lực cản giữa má phanh và đĩa phanh và loại thứ hai là giữa lốp và mặt đường
Khi lực cản của hệ thống phanh nhỏ hơn lực cản giữa lốp xe và mặt đường, xe sẽ duy trì ổn định Tuy nhiên, khi bánh xe bị bó cứng và bắt đầu trượt, mối quan hệ này sẽ đảo ngược, dẫn đến mất ổn định trong việc điều khiển xe.
Lực cản hệ thống phanh > Lực cản giữa lốp và mặt đường
Trong quá trình phanh, bánh xe có thể bị bó cứng, gây mất ổn định hướng và giảm hiệu quả phanh cũng như tính an toàn Hệ thống ABS được phát triển để khắc phục tình trạng này.
Hệ thống ABS điều chỉnh áp suất dầu tác động lên các xy-lanh bánh xe, ngăn ngừa hiện tượng bó cứng khi phanh trên bề mặt trơn trượt hoặc khi phanh gấp Nhờ đó, hệ thống này không chỉ giúp tăng cường an toàn mà còn đảm bảo tính ổn định trong quá trình phanh, cho phép xe vẫn có thể điều khiển dễ dàng.
Bảng 3.2: So sánh hệ thống phanh không có ABS và hệ thống phanh có ABS
Tốc độ bắt đầu phanh V, m/s
Quãng đường phanh Sp, m Lợi về hiệu quả phanh
Có ABS Không có ABS Đường bê tông khô Đường bê tông ướt
19.1 21.1 Đường bê tông khô Đường bê tông ướt
Hình 3.2 Khác biệt giữa hệ thống phanh có ABS và không có ABS
Phanh ABS lần đầu tiên được giới thiệu vào thập niên 1960 trên các máy bay thương mại Công nghệ này giúp cải thiện khả năng kiểm soát và an toàn khi hạ cánh, đặc biệt là trên các đường băng trơn trượt Khi một máy bay nặng 50 tấn hạ cánh trên bề mặt băng giá, phanh ABS giúp ngăn chặn hiện tượng trượt và đảm bảo máy bay dừng lại an toàn.
210 km/h, nếu người phi công không thể phanh bằng cách nhịp liên tục trên bàn đạp phanh
Vào thập niên 60, máy bay trị giá 20 triệu đô la gặp vấn đề trượt khỏi đường băng, dẫn đến việc ứng dụng phanh ABS để khắc phục Tuy nhiên, công nghệ lúc bấy giờ khiến các chi tiết phanh ABS trở nên lớn và đắt tiền, với hệ thống Hidrô hoạt động không tin cậy và chậm chạp Việc sử dụng máy tính cồng kềnh trong điều khiển ABS không khả thi cho ô tô, mặc dù có thể lắp đặt trên máy bay Tuy nhiên, sự ra đời của vi mạch và chip điện tử đã dẫn đến việc phát triển các máy tính nhỏ hơn và mạnh mẽ hơn, mở rộng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực.
Trong nhiều thập kỷ qua, bộ vi xử lý đã trở thành một phần quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô, giúp đạt được độ chính xác cao trong các hoạt động Hiện nay, nhiều hệ thống điện tử trên ô tô, như hộp số tự động và hệ thống treo, đều được trang bị công nghệ này.
Hệ thống phanh ABS là một công nghệ tiên tiến được điều khiển bằng điện tử, với bộ điều khiển ABS ECU theo dõi tốc độ bánh xe thông qua cảm biến Khi phát hiện hiện tượng trượt khi phanh, các cảm biến sẽ gửi tín hiệu đến ECU Ngay lập tức, ECU điều chỉnh áp suất dầu phanh đến các bánh xe bị trượt thông qua các van điện từ trong bộ chia dầu HCU, giúp giảm áp suất dầu và loại bỏ tình trạng trượt bánh xe.
Hiện nay, sự tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử và phần mềm lập trình mạnh mẽ đã mở ra cơ hội nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp điều khiển mới trong hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) Các phương pháp như điều khiển mờ, điều khiển thông minh và tối ưu hóa quy trình điều khiển ABS đang được phát triển để nâng cao hiệu quả và độ an toàn trong việc điều khiển xe.
Hệ thống dẫn động thủy lực trên hệ thống ABS
Hình 3.4 Sơ đồ bố trí hệ thống dẫn động thủy lực
3.2.1.1 Bầu trợ lực phanh (trợ lực chân không)
Bầu trợ lực phanh đóng vai trò quan trọng trong việc khuếch đại lực khi người lái đạp chân phanh, đồng thời giảm thiểu lực cơ học cần thiết để vận hành hệ thống phanh Trong hầu hết các hệ thống phanh ô tô, bầu trợ lực thường được kết hợp với xy-lanh chính để đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu.
Trợ lực phanh hoạt động dựa vào sự chênh lệch giữa diện tích tác dụng của chân không và áp suất khí quyển; diện tích lớn hơn sẽ tạo ra lực phanh mạnh hơn Thông thường, hệ thống này có khả năng khuếch đại lực phanh từ 2 đến 4 lần, giúp cải thiện hiệu suất phanh của xe.
Hình 3.5 Cấu tạo của bầu trợ lực chân không
1,2 Van một chiều: 3 Vỏ bầu trợ lực: 4 Cổng chân không nối với cổ góp nạp:
5 Màng cao su: 6 Đĩa kim loại
Nguyên lý hoạt động của bầu trợ lực chân không
Khi không đạp phanh, đường chân không của bầu trợ lực nối với cổ góp nạp của động cơ xăng hoặc bơm chân không của động cơ diesel, tạo ra lực chân không khi động cơ nổ máy Lực này hút màng cao su và đĩa kim loại về phía trước, khiến bàn đạp phanh nhẹ hơn khi động cơ hoạt động Trong trạng thái bình thường, khi không đạp phanh, van đóng và van mở, áp suất trong buồng (a) và (b) cân bằng với áp lực chân không ở cổ góp nạp.
Khi đạp phanh, van (1) mở ra buồng (a) để tạo ra áp suất bằng với áp suất khí quyển bên ngoài, trong khi van (2) đóng lại, tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa buồng (a) và (b).
Áp suất buồng (b) là áp suất chân không, trong khi áp suất buồng (a) là áp suất khí quyển Lực chân không sẽ kéo màng (5),(6) về phía trước, tức là về phía ống chân không, dẫn đến cảm giác phanh nhẹ hơn.
Khi nhả phanh Dưới tác dụng của lò xo hồi vị sẽ làm cho màng (5), (6) trở về vị trí ban đầu, van (1) đóng, van (2) mở
Xy-lanh phanh chính trong hệ thống phanh chuyển đổi lực từ bàn đạp phanh thành áp suất thủy lực, sau đó áp suất này được truyền đến các xy-lanh con tại các bánh xe.
Hình 3.6 Cấu tạo xy-lanh phanh chính
Cuppen của piston số 1 và số 2 kết nối giữa cửa vào và cửa bù, giúp xy-lanh và bình dầu thông nhau Bulông hãm trong xy-lanh phanh chính có chức năng ngăn chặn lò xo số 2, không cho piston số 2 di chuyển sang bên phải.
Hình 3.7 Xy-lanh phanh chính khi không đạp phanh
Khi đạp phanh, piston số 1 di chuyển sang trái, bịt kín cửa bù và ngăn không cho dầu từ bình vào cửa bù Sự chuyển động này làm tăng áp suất dầu trong xy-lanh, tác động lên các xy-lanh bánh sau Đồng thời, áp suất này cũng đẩy piston số 2 sang trái, tạo áp suất dầu tác động lên xy-lanh bánh trước.
Hình 3.8 Xy-lanh phanh chính khi đạp phanh
Khi nhả bàn đạp phanh, áp suất dầu từ các xy-lanh bánh xe tác động ngược lại, trong khi lò xo hồi vị số 2 đẩy các piston sang bên phải Tuy nhiên, dầu trong các xy-lanh bánh xe không trở về xy-lanh chính ngay lập tức, dẫn đến việc dầu từ bình sẽ điền vào xy-lanh phanh chính qua các lỗ.
Khi các piston trở lại trạng thái ban đầu, áp lực dầu trong xy-lanh sẽ đẩy dầu hồi về bình chứa qua các cửa bù, dẫn đến việc áp suất dầu trong xy-lanh phanh chính giảm xuống.
Hình 3.9 Xy-lanh phanh chính khi nhả phanh
3.2.1.3 Các kiểu bố trí đường dầu
Mạch phanh đơn là hệ thống mà tất cả phanh bánh xe được kết nối với xy-lanh phanh chính thông qua một mạch phanh duy nhất Tuy nhiên, nếu mạch phanh gặp sự cố như rò rỉ, xe sẽ không thể dừng lại, dẫn đến nguy cơ mất an toàn Do đó, loại mạch phanh này hiện nay không còn được sử dụng trong các tiêu chuẩn an toàn.
Mạch dầu phanh đôi, chia chéo giữa trục trước và trục sau (X) là thiết kế phổ biến trên hầu hết các xe hai bánh trước chủ động, đặc biệt là những xe có tải trọng thay đổi Thiết kế này giúp đảm bảo tỷ lệ lực phanh lên trục trước đạt yêu cầu tối thiểu theo quy định pháp lý, ngay cả khi một mạch phanh gặp hư hỏng Do đó, hầu hết các xe hai bánh trước chủ động hiện nay đều được trang bị mạch phanh chia chéo để tăng cường độ an toàn và hiệu suất phanh.
Mạch dầu phanh đôi, chia Trục trước/Trục sau (H) là hệ thống phanh phổ biến trên các loại xe hai bánh sau chủ động và bốn bánh chủ động Hệ thống này đảm bảo rằng nếu một mạch phanh bị mất tác dụng, xe vẫn có thể dừng lại an toàn nhờ vào mạch phanh còn lại.
Hình 3.10 Các kiểu bố trí đường dầu
3.2.1.4 Cơ cấu phanh tang trống
Hình 3.11 Cơ cấu phanh tang trống trên ô tô
Phanh tang trống hoạt động bằng cách sử dụng áp suất thủy lực từ xy-lanh phanh chính để truyền đến xy-lanh bánh xe, từ đó ép má phanh vào trống phanh Trống phanh được lắp đặt quay cùng với bánh xe, giúp ngừng quay hiệu quả.
Khi không tác dụng lực phanh, lò xo phản hồi có chức năng kéo má phanh không ép vào trống phanh
Phân loại phanh tang trống
Tùy thuộc mục đích sử dụng và đặc điểm của xe thì có 4 loại phanh tang trống
Hình 3.12 Phân loại phanh tang trống
Ưu nhược điểm phanh tang trống Ưu điểm: Giá thành rẻ, không sợ bị sốc khi phanh
Nhược điểm: Khả năng tản nhiệt kém làm giảm hiệu quả khi phanh
Hình 3.13 Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa
Khi đạp phanh, áp suất dầu từ xy-lanh phanh chính tác động lên piston của phanh đĩa, khiến các má phanh ép vào hai bến của rotor phanh đĩa Rotor này được lắp đặt quay cùng với bánh xe, giúp bánh xe dừng lại hiệu quả Cơ cấu phanh đĩa có khả năng tản nhiệt cao nhờ thiết kế hở giữa rotor và thân phanh, và có thể được trang bị thêm các lỗ trên rotor để cải thiện khả năng thoát nhiệt.
Hình 3.14 Phân loại cơ cấu phanh đĩa
Loại càng phanh cố định: Loại này có một piston để đẩy vào cả hai bên của rotor đĩa phanh
Hệ thống điều khiển ABS
Hình 3.16 Sơ đồ hệ thống phanh ABS
3.3.1.1 Đèn báo ABS trên táp lô
Khi ECU phát hiện vấn đề trong hệ thống phanh, đèn này sẽ bật sáng đế báo cho người lái
Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm nam châm vĩnh cửu, cuộn dây và lõi từ, được lắp đặt tại vị trí cụ thể trên xe Số lượng răng của rotor cảm biến thay đổi tùy thuộc vào từng kiểu xe, ảnh hưởng đến độ chính xác trong việc đo tốc độ bánh xe.
Hình 3.18 Cảm biến tốc độ
1 Dây cáp cảm biến; 2 Đuôi lõi từ; 3 Bệ lõi từ; 4 Cuộn dây,
5 Trục cảm biến làm bang thép từ, 6 Bánh rang cảm biến
A Rotor cảm biến; B Cảm biến tốc độ
Hoạt động của cảm biến
Vành ngoài của rotor được trang bị các răng, khi rotor quay sẽ tạo ra điện áp xoay chiều với tần số tương ứng với tốc độ quay Điện áp AC này cung cấp thông tin về tốc độ bánh xe cho ECU của hệ thống ABS.
Hình 3.19 Đồ thị điện áp
3.3.1.3 Cảm biến giảm tốc (chỉ có ở vài xe)
Việc áp dụng cảm biến giảm tốc giúp hệ thống ABS đo lường chính xác sự giảm sốc của bánh xe khi phanh, từ đó nhận diện rõ hơn tình trạng mặt đường Kết quả là khả năng phanh được cải thiện, ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe.
Cảm biến giảm tốc còn được gọi là cảm biến “G”
Cảm biến giảm tốc đặt dọc
Cảm biến giảm tốc bao gồm hai cặp đèn LED và phototransistor, một đĩa xẻ rảnh và một mạch biến đổi tín hiệu
Cảm biến giảm tốc nhận biết mức độ giảm tốc độ bánh xe và gửi các tín hiệu về ABS ECU
ECU dùng những tín hiệu này để xác định chính xác tình trạng mặt đường và thực hiện các biện pháp điều khiển thích hợp
Hình 3.20 Cấu tạo cảm biến giảm tốc
Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rảnh sẽ lắc theo chiều dọc tương ứng, tạo ra ánh sáng từ các đèn LED chiếu vào phototransistor Sử dụng hai cặp đèn LED và phototransistor, tổ hợp này sẽ bật và tắt, phân chia mức độ giảm tốc thành bốn mức khác nhau và gửi tín hiệu về ECU của hệ thống ABS.
Bảng 3.3: Trạng thái hoạt động của các transistor trong các trường hợp phanh
Tốc độ giảm tốc Rất thấp Thấp Trung bình Cao
Transistor quang 1 ON OFF OFF ON
Transistor quang 2 ON ON OFF OFF
Cảm biến gia tốc ngang
Cảm biến gia tốc ngang, được trang bị trên một số loại xe, nâng cao khả năng ứng phó của xe khi phanh trong lúc quay vòng, giúp làm chậm quá trình tăng mô men xoay Khi xe quay vòng, bánh xe phía trong có xu hướng nhấc khỏi mặt đất do lực ly tâm, trong khi bánh xe bên ngoài, đặc biệt là bánh trước bên ngoài, bị tì mạnh xuống mặt đường Điều này dẫn đến việc bánh xe phía trong dễ bị bó cứng hơn Nhiệm vụ của cảm biến gia tốc ngang là xác định gia tốc ngang của xe khi quay và gửi tín hiệu về ECU.
Hình 3.21 Cấu tạo cảm biến gia tốc ngang
Cảm biến phototransistor hoặc cảm biến bán dẫn được lắp đặt trên trục ngang của xe để đo gia tốc và giảm tốc Cảm biến bán dẫn có khả năng đo cả gia tốc ngang và dọc, giúp theo dõi hiệu suất của xe Bộ chấp hành điều khiển áp suất dầu từ xy-lanh chính đến các xy-lanh phanh, dựa trên tín hiệu từ ECU, nhằm điều chỉnh tốc độ bánh xe một cách hiệu quả.
3.3.1.4 Bộ chấp hành ABS (Brake actuator)
Bộ chấp hành ABS có nhiều kiểu loại khác nhau nhưng loại phổ biến trên ô tô hiện nay là 4 van điện 3 vị trí
Bộ chấp hành thủy lực đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp áp suất dầu tối ưu cho các xy-lanh phanh bánh xe, điều này được điều khiển bởi ECU ABS Nhờ vào chức năng này, bộ chấp hành giúp ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh, đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình phanh.
Hình 3.22 Bộ chấp hành thủy lực
Bộ chấp hành thủy lực được cấu tạo từ các bộ phận chính như van điện từ, motor điện dẫn động bơm dầu, bơm dầu và bình tích áp.
Van điện từ là thiết bị quan trọng trong bộ chấp hành, bao gồm hai loại chính: van 2 vị trí và van 3 vị trí Cấu tạo của van điện từ bao gồm cuộn dây điện, lõi van, các cửa van và van một chiều Chức năng của van điện từ là điều khiển việc đóng mở các cửa van theo sự chỉ đạo của ECU, từ đó giúp điều chỉnh áp suất dầu đến các xy-lanh bánh xe.
Motor điện kết hợp với bơm dầu kiểu piston, có nhiệm vụ bơm dầu từ bình tích áp trở lại xy-lanh chính trong các chế độ giảm.
Bơm được thiết kế với hai buồng làm việc độc lập, sử dụng hai piston trái và phải, được điều khiển bởi cam lệch tâm Hệ thống van một chiều đảm bảo dòng dầu chỉ chảy từ bơm về xy-lanh chính, giúp duy trì áp suất hiệu quả.
Bình tích áp: Chứa dầu hồi về từ xy-lanh phanh bánh xe, nhất thời làm giảm áp suất dầu ở xy-lanh phanh bánh xe
Hình 3.23 Sơ đồ mạch điện ECU ABS
Dựa trên tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe, ECU ABS có khả năng xác định tốc độ góc của bánh xe và tốc độ xe khi phanh Mặc dù tốc độ góc giảm, mức độ giảm tốc sẽ thay đổi tùy thuộc vào tốc độ xe và tình trạng mặt đường, như nhựa asphalt khô, mặt đường ướt hoặc đóng băng.
ECU có khả năng đánh giá mức độ trượt giữa các bánh xe và mặt đường thông qua sự thay đổi tốc độ góc của bánh khi phanh Nó điều khiển bộ chấp hành ABS để cung cấp áp suất dầu tối ưu cho các xy-lanh bánh xe.
ABS ECU cũng bao gồm chức năng kiểm tra ban đầu, chức năng chẩn đoán, chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ và chức năng dự phòng
Điều khiển tốc độ xe
ECU liên tục nhận tín hiệu tốc độ từ bốn cảm biến, giúp tính toán tốc độ và sự giảm tốc của từng bánh xe.
Khi đạp phanh, áp suất dầu tại mỗi xy lanh bánh xe bắt đầu tăng và tốc độ mỗi bánh xe bắt đầu giảm
Nếu có bất kì bánh xe nào sắp bị bó cứng, ECU giảm áp suất dầu trong xy-lanh bánh xe đó
Quá trình điều khiển chia làm 4 giai đoạn
ECU điều chỉnh van điện 3 để giảm áp suất dầu trong xy-lanh phanh của từng bánh xe, dựa trên mức độ giảm tốc của các bánh xe.
THI CÔNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHANH ABS
Thiết kế mô hình hệ thống điều khiển phanh ABS
Trong giảng dạy chuyên ngành cơ khí động lực, việc nghiên cứu hệ thống phanh ABS gặp nhiều khó khăn do sự phức tạp và số lượng chi tiết máy lớn Hơn nữa, việc truyền đạt kiến thức cho sinh viên cũng trở nên thách thức vì tầm quan sát hạn chế.
Việc thiết kế và chế tạo mô hình hoạt động của hệ thống phanh ABS là rất quan trọng, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về lý thuyết và tiến tới nghiên cứu chế tạo các chi tiết thay thế cho những bộ phận hỏng hóc trong hệ thống Ý tưởng này được phát triển dựa trên chu trình điều khiển kín của ABS.
Hình 4.1 Chu trình điều khiển kín của ABS
Việc tận dụng mô hình ABS đã thiết kế sẵn về cơ khí và các chi tiết hiện có để chế tạo hệ thống điều khiển mới là một giải pháp hiệu quả Hệ thống này sẽ được lắp lên mô hình nhằm phục vụ cho nghiên cứu và giảng dạy về hệ thống phanh ABS, mang lại giá trị tham khảo và bổ ích cho các chuyên gia trong lĩnh vực này.
Phương án thiết kế
Mô hình được phát triển dựa trên các chi tiết thực tế của hệ thống phanh ABS trên xe Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn hệ thống phanh ABS được trang bị trên các mẫu xe Toyota Celica và Camry từ năm 1990 đến 1995.
Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống phanh ABS sử dụng trên mô hình
Hệ thống phanh ABS thế hệ mới hiện nay đã có nhiều cải tiến về kết cấu và ưu điểm, nhưng vẫn giữ nguyên nguyên lý cấu tạo, hoạt động và chức năng tương tự như các thế hệ trước Mô hình thiết kế dựa trên các thiết bị và mô hình cơ khí có sẵn vẫn là phù hợp, mặc dù một số chi tiết đã được thay đổi.
Hệ thống phanh bao gồm cụm xy-lanh phanh chính, hai bánh xe được trang bị đầy đủ cơ cấu phanh, bao gồm phanh đĩa và phanh tang trống Nó còn có bộ chấp hành với bốn van điện ba vị trí, đồng hồ đo áp suất cho từng bánh xe, hai bánh răng mô phỏng cho bốn bánh xe, và hai cảm biến tốc độ bánh xe Hệ thống cũng được trang bị hộp ECU và mạch thay đổi tốc độ rotor cảm biến.
Thi công mô hình
- Sửa chữa cơ cấu phanh
- Lắp ráp thêm 2 motor 12 dẫn động 2 rotor cảm biến tốc độ
- Dùng 2 công tắc để on/off 2 motor 12V
- Dùng 2 mạch điện tử điều khiến tốc độ 2 motor 12V
- Vệ sinh, thay các vòng cao su (sin) làm kín dầu trong bộ chấp hành
- Sửa chữa, thay thế đường ống dẫn dầu
Hình 4.3 Mô hình phanh ABS trước khi thi công
4.3.2 Qui trình thi công mô hình
* Sau khi khảo sát và chọn phương án thi công Chúng em tháo toàn bộ các chi tiết trên mô hình cũ ra
- Vệ sinh toàn bộ các chi tiết, cụm chi tiết
- Sơn lại toàn bộ các chi tiết, cụm chi tiết
- Sơn lại mô hình, thay thế cuppen trong xy-lanh chính, thay lại bình dầu
- Đổi vị trí công tắc tạo lỗi
- Lắp thêm 2 motor 12v dẫn động 2 vòng răng cảm biến tốc độ
- Dùng linh kiện điện tử để làm mạch điều khiển tốc độ motor
- Dùng các bóng đèn led mô phỏng quá trình làm việc của bơm và sự đóng mở của các van solenoid
4.3.3 Chuẩn bị trước khi thi công
- Kiểm tra các bộ phận xem còn hoạt động được không
- Chuẩn bị dụng cụ để lắp ráp các chi tiết lên mô hình
4.3.4 Các bước lắp ráp các bộ phận lên khung
- Lắp ráp cơ cấu phanh chân sau khi sửa chữa và vệ sinh lên mô hình
- Lắp ráp xy-lanh chính, bầu trợ lực, bàn đạp phanh lên mô hình
- Lắp ráp bộ chấp hành thủy lực lên mô hình
- Lắp ráp 2 motor dẫn động 2 rotor cảm biến lên mô hình
- Lắp ráp 2 cảm biến tốc độ bánh xe lên mô hình
- Lắp ráp 4 đồng hồ đo áp suất 4 bánh xe lên mô hình
Lắp ráp hệ thống đường ống dầu từ xy-lanh chính đến bộ chấp hành, đồng thời kết nối các đường ống dầu từ bộ chấp hành đến bánh xe và các đồng hồ hiển thị áp suất.
- Nối dây điện các bóng đèn led thể hiện sự hoạt động của motor bơm và các van solenoid
- Nối lại đường dây điện hệ thống
4.3.5 Tổng quan mô hình mới
Hình 4.4 Mô hình sau khi thi công
Liệt kê các bộ phận trên mô hình
- 1 khung mô hình và 4 bánh có thể di chuyển được: sửa chữa sơn lại
- 1 xy-lanh chính và bầu trợ lực chân không: sửa chữa sơn lại
- 1 hộp điều khiển ECU: được nối lại dường dây
- 1 bộ chấp hành thủy lực: được thay thế các cao su làm kín
- 2 cảm biến tốc độ bánh xe: tình trạng cũ
- 4 đồng hồ đo áp suất dầu phanh: cũ, sơn lại
- 2 motor 12v truyền động: thêm mới
- 2 roto cảm biến: tình trạng cũ
- 1 loại cơ cấu phanh loại phanh đĩa: cũ, sơn lại
- 1 lọai cơ cấu phanh loại phanh đùm: cũ, sơn lại
- 1 hộp công tắc tạo pan: tình trạng cũ
- 1 hộp led báo tình trạng làm việc của bơm thủy lực và solenoid: mới
- 2 dây đai dẫn động: thêm mới
- 2 công tắc điều khiển on/off động cơ: thêm mới
- 2 công tắc điều khiển tốc độ động cơ: thêm mới.
Các cụm chi tiết chính của hệ thống
Hình 4.5 Chu trình xử lý của hệ thống
4.5.1 Cơ cấu điều khiển cảm biến tốc đô
Động cơ điện 12v dẫn động 2 rotor cảm biến
Hình 4.6 Motor dẫn động rotor cảm biến
Dùng 2 motor 12v dẫn động 2 rotor cảm biến tốc độ mô phỏng quá trình ô tô chuyển động và thay đổi tốc độ bánh xe, nhờ vào mạch điều chỉnh tốc độ motor
Công tắc điều khiển motor
Hình 4.7 Điều chỉnh ON/OFF và tốc độ motor
Đồng hồ đo áp suất dầu phanh
Hình 4.8 Đồng hồ hiển thị áp suất dầu phanh
Khi đạp bàn đạp phanh thì đồng hồ sẽ hiển thị cho chúng ta biết áp suất dầu phanh của từng bánh xe
Đèn led hiển thị hoạt động của ABS, motor bơm và các solenoid van điện từ
Hình 4.9 Hộp đèn led báo tình trạng làm việc của các van solenoid và bơm dầu
Rotor cảm biến được điều khiển bởi hai động cơ điện, cho phép thay đổi tốc độ tương tự như bốn bánh xe di chuyển trên đường, với tốc độ của từng bánh xe khác nhau.
Hình 4.10 Công tắc tạo lỗi
Giáo viên có thể sử dụng các công tắc tạo lỗi để tự tạo ra lỗi cho sinh viên, giúp họ tìm hiểu nguyên nhân và tự kiểm tra các lỗi thường gặp trong hệ thống thông qua chân TC và E.
4.5.3 Bô phận điều khiển hê thống
Bộ chấp hành thủy lực:
Hình 4.11 Bộ điều khiển thủy lực
Cung cấp áp suất dầu tối ưu cho các bánh xe thông qua các chế độ tăng áp, giảm áp và giữ áp, được điều khiển bởi ECU, giúp ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe.
Hộp điên tử ECU ABS:
Hình 4.12 Bộ điều khiển ECU Nhận tín hiệu từ các cảm biến xử lý thông tin và gửi tín hiệu đến bộ chấp hành hoạt động.
Quá trình điều khiển của ABS
Quá trình điều khiển của ABS được thực hiện theo một chu trình kín, bao gồm:
Tín hiệu đầu vào của hệ thống phanh được xác định bởi lực tác động lên bàn đạp phanh, thể hiện qua áp suất dầu trong xy-lanh chính và thông tin từ công tắc phanh.
Tín hiệu điều khiển bao gồm các cảm biến tốc độ bánh xe và hộp điều khiển ECU:
Cảm biến tốc độ bánh xe đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp tín hiệu điều khiển cho hệ thống ABS Tín hiệu này giúp hộp điều khiển ECU tính toán tốc độ và sự thay đổi gia tốc của từng bánh xe Dựa trên các dữ liệu này, ECU xác định thời gian giảm tốc và tăng tốc cho phép, từ đó điều khiển hoạt động của các van điện trong bộ chấp hành.
Hình 4.15 Tín hiệu điều khiển
Bộ chấp hành điều chỉnh tín hiệu tác động bằng cách thay đổi áp suất dầu cung cấp cho các xy-lanh bánh xe, thực hiện các chế độ hoạt động như tăng áp, giảm áp và giữ áp.
Hình 4.16 Tín hiệu tác động.
Hướng dẫn sử dụng mô hình
- Giúp sinh viên nhìn trực quan các bộ phận của hệ thống ABS
- Thành thạo phương pháp và quy trình kiểm tra áp suất dầu phanh
- Kiểm tra được các hư hỏng thường gặp
4.7.2 Các bước sử dụng mô hình
- Đưa mô hình ra vị trí thoáng, rộng rãi
- Dụng cụ xả gió (nếu cần)
- Kiểm tra mức dầu phanh: nằm trong khoảng vị trí max và min nếu thiếu dầu thì thêm dầu vào
Hình 4.17 Bình chứa dầu phanh
- Kiểm tra độ căng dây đai: để đảm bảo không bị trượt khi kéo rotor
Hình 4.18 Kiểm tra độ căng dây đai
- Kiểm tra áp suất dầu phanh:
Khi đạp bàn đạp phanh mà không thấy áp suất dầu tăng, nguyên nhân có thể là do đường ống dầu bị rò rỉ hoặc có khí trong hệ thống Do đó, cần tiến hành kiểm tra và xả gió đường ống để khắc phục vấn đề này.
+ Khi đạp và giữ bàn đạp phanh, đồng hồ lên:
Nếu áp suất thay đổi trên một trong bốn đồng hồ, có thể dẫn đến hỏng hóc cuppen xy-lanh chính, hoạt động không hiệu quả của các van solenoid trong bộ chấp hành, hoặc hư hỏng các vòng cao su (sin) làm kín.
* Nếu áp suất không thay đổi: hoạt động bình thường
Hình 4.19 Đồng hồ hiển thị áp suất
- Kiểm tra khe hở giữa rotor cảm biến và lõi cảm biến trong khoảng 2mm
- Cấp nguồn 12v vào hệ thống
- Bật công tắc hai motor => hai motor kéo rotor cảm biến hoạt động
- Kiểm tra các cảm biến: đo điện áp khi cảm biến khi hoạt động nằm trong khoảng 5V đến 12V
Hình 4.20 Kiểm tra cảm biến tốc độ bánh xe
4.7.2.3 Khởi động mô hình và hoạt động
Bật công tắc nguồn, đèn báo 12V sang báo hiệu nguồn đã được cung cấp vào hệ thống ABS Đèn báo ABS sang và tắt sau đó 3 giây
Nếu đèn báo ABS không tắt sau 3 giây, điều này cho thấy hệ thống ABS đã gặp sự cố và sẽ không hoạt động khi phanh, dẫn đến việc phanh chỉ hoạt động ở chế độ bình thường.
Để hệ thống ABS hoạt động hiệu quả, cần thực hiện việc đọc mã lỗi và kiểm tra, sửa chữa các hư hỏng Hệ thống sẽ chỉ hoạt động bình thường khi đèn ABS tắt sau 3 giây.
Và khi hệ thống ABS làm việc thì:
Các đèn LED lắp trên hộp LED nhấp nháy liên tục, cho thấy sự hoạt động của các van điện từ trong hệ thống điều khiển, đảm bảo các chế độ tăng áp, giữ áp và giảm áp cho các bánh xe.
+ Có tiếng kêu phát ra từ bộ chấp hành, do các van điện đóng, mở các cửa van
Nếu bạn cảm thấy có tiếng kêu và rung động ở bàn đạp phanh, điều này có thể chỉ ra rằng bàn đạp phanh đang gặp vấn đề Cảm giác bàn đạp phanh nặng và sự dội ngược trở lại có thể do hiện tượng bơm trả dầu trong các chế độ giảm và giữ áp.
Hình 4.21 Sơ đồ bố trí đường dây điện
Hệ thống ABS không hoạt động khi tốc độ xe dưới 20km/h, lúc này phanh hoạt động như phanh thủy lực thông thường Khi tốc độ vượt quá 20km/h, hệ thống ABS sẽ tự động kích hoạt để đảm bảo an toàn.
Phương pháp kiểm tra, chuẩn đoán các bô phận của hệ thống phanh ABS
- Dụng cụ chẩn đoán gồm có:
- Vôn kế và ôm kế (đồng hồ VOM)
4.8.2 Chức năng kiểm tra ban đầu:
ECU thực hiện kiểm tra ban đầu mỗi khi khởi động động cơ và khi tốc độ vượt quá 6km/h, đồng thời kiểm tra chức năng của van điện ba vị trí và motor bơm trong bộ chấp hành Tuy nhiên, nếu người lái đạp phanh, quá trình kiểm tra ban đầu sẽ bị hoãn lại và chỉ bắt đầu khi chân phanh được nhả ra.
- Kiểm tra tiếng động của bộ chấp hành
- Nổ máy và lái xe với tốc độ lớn hơn 6km/h
Để kiểm tra bộ chấp hành, hãy lắng nghe xem có tiếng động hoạt động hay không Nếu không nghe thấy tiếng động, điều này cho thấy bộ chấp hành đã được kết nối đúng cách Nếu mọi thứ vẫn ổn, tiến hành kiểm tra bộ chấp hành để đảm bảo không có sự cố nào xảy ra.
Hình 4.23 Quy trình kiểm tra lỗi trong hệ thống ABS
Kiểm tra điện áp ắc quy
+ Kiểm tra điện áp ắc quy khoảng 12V
+ Ở những xe ngày nay, do không có giắc sửa chữa nên rút giắc PIN của giắc kiểm tra khi đọc mã chẩn đoán
+ Nối chân TC và E1 của giắc kiểm tra
+ Nếu đèn ABS sáng, nhịp sáng đều đặn, trong vòng 3 giây rồi tắt, báo hiệu hệ thống đã được kiểm soát và tốt
+ Trong trường hợp có hư hỏng, sau 4 giây, đèn báo sẽ bắt đầu nháy đếm số lần nháy ta có được mã chẩn đoán
Mã báo hỏng được cấu thành từ hai số đầu thể hiện thứ tự lỗi và hai số sau chỉ mã lỗi, với mỗi lỗi được báo cáo ba lần trước khi chuyển sang lỗi khác, trong đó lỗi nặng được thông báo trước lỗi nhẹ Trong khi đó, mã báo bình thường được biểu hiện qua đèn nháy liên tục.
Hình 4.24 Tình trạng của đèn ABS
Bảng 4.1: Bảng mã sự cố của hệ thống chẩn đoán:
Mã Chẩn đoán Khu vực hư hỏng
Hở mạch trong relay van điện
Chập mạch trong relay van điện
Mạch bên trong của bộ chấp hành Replay điều khiển Dây điện và giắc nối của mạch replay van điện
Hở mạch trong relay motor bơm
Hở mạch trong relay motor bơm
Mạch bên trong bộ chấp hành Relay điều khiển
Dây điện và giắc nối của mạch relay motor bơm
Hở mạch, ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe trước phải
Hở mạch, ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe trước trái
Hở mạch, ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe sau phải
Hở mạch, ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe sau phải
Van điện bộ chấp hành Dây điện và giắc nối của mạch van điện bộ chấp hành
Cách đọc mã chẩn đoán như sau:
Số lần nháy đầu tiên tương ứng với chữ số đầu của mã chẩn đoán hai số Sau khoảng tạm ngừng 1.5 giây, đèn sẽ nháy tiếp với số lần thứ hai tương ứng với chữ số sau của mã Nếu có từ hai mã trở lên, sẽ có khoảng dừng 2.5 giây giữa các mã, và mã sẽ được phát lại từ đầu sau 4 giây tạm ngưng Các mã được phát theo thứ tự từ mã nhỏ nhất đến mã lớn nhất.
- Dùng SST, nối chân TC với E1 của giắc kiểm tra SST 09843-18020
- Xóa mã chẩn đoán chứa trong ECU bằng cách đạp phanh 8 lần hay nhiều hơn trong vòng 3s
Cảm biến tốc độ bánh xe trước phải hỏng
Cảm biến tốc độ bánh xe trước trái hỏng
Cảm biến tốc độ bánh xe sau phải hỏng
Cảm biến tốc độ bánh xe sau trái hỏng
Hở mạch cảm biến tốc độ bánh xe sau phải hay trước trái
Hở mạch cảm biến tốc độ bánh xe sau trái hay trước phải
Cảm biến tốc độ bánh xe Rotor cảm biến tốc độ bánh xe Dây điệm và giắc nối của cảm biến tốc độ bánh xe
37 Hỏng cả 2 rotor cảm biến tốc độ Rotor cảm biến tốc độ bánh xe
41 Điện áp ắc quy không bình thường( nhỏ hơn 9.5V hay lớn hơn 16.2V) Ắc quy
51 Motor bơm của bộ chấp hành bị kẹt hay hở mạch motor bơm của bộ chấp hành
Motor bơm, ắc quy và relay Dây điện giắc nối và bulong tiếp mát hay mạch motor của bộ chấp hành
4.8.3.3 Kiểm tra rằng đèn báo ABS
Hình 4.26 Dải tín hiệu khi ABS hoạt động bình thường
- Tháo SST ra khỏi cực TC và E1 của giắc kiểm tra
- Kiểm tra rằng đèn báo ABS tắt
- Dùng SST, nối chân E1 với TC và TS của giắc kiểm tra
- Kéo phanh tay và nổ máy Không được đạp phanh
- Kiểm tra rằng đèn ABS nháy khoảng 4 lần/ giây
4.8.4 Kiểm tra mức tín hiệu cảm biến:
Lái xe với tốc độ 4-6 km/h và kiểm tra đèn ABS có sáng không trong 1 giây Nếu đèn sáng nhưng không nháy khi xe chạy dưới 4 km/h, dừng xe để đọc mã chẩn đoán và sửa chữa các chi tiết hỏng Nếu đèn sáng trong khoảng tốc độ 4-6 km/h, quá trình kiểm tra đã hoàn thành Khi tốc độ xe vượt quá 6 km/h, đèn ABS sẽ nháy, chứng tỏ cảm biến tốc độ hoạt động tốt.
Kiểm tra sự thay đổi tín hiệu cảm biến ở tốc độ thấp:
+ Lái xe chạy thẳng ở tốc dộ 45-55km/h và kiểm tra xem đèn ABS có sáng sau khi tạm ngừng 1s không
Nếu đèn báo sáng liên tục mà không nháy khi tốc độ xe không nằm trong khoảng quy định, hãy dừng xe và kiểm tra mã chẩn đoán Sau đó, tiến hành sửa chữa các bộ phận hỏng hóc.
Nếu đèn ABS sáng khi tốc độ xe nằm trong khoảng quy định, việc kiểm tra đã hoàn tất Tuy nhiên, nếu tốc độ xe không nằm trong khoảng đó, đèn ABS sẽ nháy, cho thấy rotor cảm biến hoạt động tốt.
Kiểm tra sự thay đổi cảm biến ở tốc độ cao:
+ Với xe 1 cầu chủ động 2WD: o Kiểm tra tương tự như trên ở tốc độ khoảng 110-130km/h
+ Với xe 2 cầu chủ động 4WD o Kiểm tra tương tự như trên ở tốc độ khoảng 80-90km/h
Dừng xe, đèn báo sẽ bắt đầu nháy Đếm số lần nháy
Bảng 4.2: Bảng các mã chẩn đoán cảm biến tốc độ:
Mã Chẩn đoán Phạm vi có hư hỏng
Bình thường( đèn nháy bình thường)
Tất cả các cảm biến tốc độ và rotor cảm biến đều bình thường
71 Điện áp của tín hiệu cảm biến tốc độ phía trước bên phải thấp
Cảm biến tốc độ trước phải
72 Điện áp của tín hiệu cảm biến tốc độ phía trước bên trái thấp
Cảm biến tốc độ trước trái
73 Điện áp của tín hiệu cảm biến tốc độ phía sau bên phải thấp
Cảm biến tốc độ sau phải Lắp đặt cảm biến
74 Điện áp của tín hiệu cảm biến tốc độ phía sau bên trái thấp
Cảm biến tốc độ sau trái Lắp đặt cảm biến
Thay đổi không bình thường của tín hiệu cảm biến tốc độ phía trước bên phải
Rotor cảm biến trước phải
Thay đổi không bình thường của tín hiệu cảm biến tốc độ phía trước bên trái
Rotor cảm biến trước trái
Thay đổi không bình thường của tín hiệu cảm biến tốc độ phía sau bên trái
Rotor cảm biến sau trái
Thay đổi không bình thường của tín hiệu cảm biến tốc độ phía trước bên phải
Rotor cảm biến sau phải
- Sửa các chi tiết hỏng: sửa hay thay thế các chi tiết bị hỏng
- Đưa hệ thống về trạng thái bình thường:
+ Tháo SST ra khỏi cực E1, TC, TS của giắc kiểm tra
4.8.5 Kiểm tra bộ phận chấp hành
4.8.5.1 Dụng cụ chuẩn đoán gồm có
+ SST 09751-36011: cờ lê tháo đai ốc nối ống dầu phanh
+ SST 09990-00150: thiết bị kiểm tra bộ chấp hành ABS
+ SST 09990-00163: phiếu A của thiết bị kiểm tra bộ chấp hành ABS
+ SST 09990-00200: dây điện phụ thiết bị kiểm tra bộ chấp hành ABS
4.8.5.2 Các bước của quá trình kiểm tra như sau
1 Kiểm tra điện áp ắc quy: điện áp ắc quy khoảng 12V
2 Tháo vỏ bộ chấp hành
3 Tháo các giắc nối: tháo 4 giắc nối ra khỏi bộ chấp hành và relay điều khiển
4 Nối thiết bị kiểm tra bộ chấp hành vào bộ chấp hành
6 Nối dây đỏ của thiết bị kiểm tra với cực dương ắc quy và dây đen nối với cực âm Nối dây đen của bộ dây điện phụ vào cực âm ắc quy hay mass thân xe
7 Đặt phiếu A(SST) lên thiết bị kiểm tra SST 09990-00163
8 Kiểm tra hoạt động của bộ chấp hành: a) Nổ máy và cho chạy ở tốc độ không tải b) Bật công tắc lựa chọn của thiết bị kiểm tra đến vị trí” FRONT RH” c) Nhấn và giữ công tắc motor của thiết bị kiểm tra trong một vài giây d) Đạp và giữ phanh đến khi hoàn thành e) Nhấn công tắc POWER của thiết bị kiểm tra và kiểm tra rằng bàn đạp phanh không đi xuống Không được giữ công tắc POWER lâu hơn 10s f) Nhả công tắc motor và kiểm tra xem chân phanh có đi xuống không g) Nhấn và giữ công tắc motor trong vài giây và sau đó kiểm tra rằng chân phanh trả về vị trí cũ h) Nhả chân phanh i) Nhấn và giữ công tắc motor vài giây j) Đạp phanh và giữ nó khoảng 15s Khi đang giữ chân phanh, ấn công tắc motor trong vài giây Kiểm tra rằng chân phanh không bị rung
9 Kiểm tra các bánh xe khác
+ Xoay công tắc lựa chọn của thiết bị kiểm tra đến vị trí “ FRONT LH”
Lặp lại các bước từ (c) đến (j) trong mục 8 để kiểm tra hoạt động của bộ chấp hành Tiến hành kiểm tra các bánh sau bằng cách đặt công tắc lựa chọn ở vị trí “REAR RH” và “REAR LH” theo quy trình tương tự.
10 Nhấn công tắc motor: nhấn và giữ công tắc motor trong vài giây
11 Tháo thiết bị kiểm tra ra khỏi bộ chấp hành: tháo phiếu A và thiết bị kiểm tra và bộ dây điện phụ ra khỏi bộ chấp hành, relay điều khiển và dây điện
12 Nối các giắc bộ chấp hành: nối 4 giắc vào bộ chấp hành và relay điều khiển
13 Lắp các giắc nối: lắp các giắc nối lên bộ chấp hành
14 Lắp vỏ bộ chấp hành
