đồ án hệ thống chống bó cứng phanh ABS cấu tạo, nguyên lý hoạt động của ABS loại 4 kênh

Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH A-MỞĐẦU Đặt vấn đề Hệ thống phanh sử dụng ơtơ cấu an tồn quan trọng, nhằm giảm tốc hay dừng xe trường hợp cần thiết Nó phận ơtơ, đóng vai trị định cho việc điều khiển ôtô lưu thông đường Chất lượng phanh ôtô đánh giá qua hiệu phanh (như quãng đường phanh, gia tốc chậm dần phanh, thời gian lực phanh) đồng thời bảo đảm cho ôtô chạy ổn định phanh Đây mấu chốt mà nhà nghiên cứu ôtô quan tâm tìm giải pháp Một vấn đề quan tâm phanh ôtô đường trơn hay đường có hệ số bám thấp xảy tượng trượt lết đường bánh xe sớm bị hãm cứng Do vậy, quãng đường phanh dài hiệu phanh Hơn nữa, bánh xe bị hãm cứng ơtơ ổn định gây khó khăn cho việc điều khiển Trong trường hợp quay vòng, điều dẫn đến tượng quay vòng thiếu thừa làm ổn định quay vòng Để giải toán phanh, hệ thống phanh chống hãm cứng cho ôtô đời, gọi “Anti – lock Braking System” viết tắt ABS Ngày nay, ABS giữ vai trị quan trọng khơng thể thiếu xe hiện đại, trở thành tiêu chuẩn bắt buộc phần lớn nước giới Ở thị trường Việt Nam, phần lớn xe nhập cũ qua sử dụng, số lọai xe lắp ráp nước trang bị hệ thống Tại hội thảo khoa học “Quản lý – Kỹ thuật công tác đăng kiểm phương tiện giới đường – Nha Trang 2000”, nhà quản lý, khoa học chuyên gia đầu ngành đề xuất đến vấn đề ban hành tiêu chuẩn quy định việc sử dụng ô tô có trang bị hệ thống ABS với mốc thời gian cụ thể Trước tiên ô tô khách liên tỉnh, tương lai không dùng ô tơ khơng có trang bị ABS SVTH: Lớp CDOTO Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH Với xu hội nhập, thị trường ôtô nước ta sôi động, ngày nhiều chủng loại lẫn số lượng Việc khai thác bảo trì sửa chữa quan trọng cho thị trường ôtô nay, nhằm sử dụng khai thác lắp lẫn thay có hiệu tối đa hệ thống nói chung ABS nói riêng Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, chế tạo điều khiển ABS có chức làm việc tối ưu nhằm thay điều khiển xe hư hỏng, giải toán kinh tế khan phụ tùng thị trường cung cấp cho hãng lắp ráp xe Việt nam Đối tượng nghiên cứu giới hạn đề tài Đề tài thực việc cấu tạo, nguyên lý hoạt động ABS loại kênh Không nghiên cứu chế tạo mạch tự chẩn đoán, cấu chấp hành cảm biến Phương pháp nghiên cứu Mục tiêu đề tài nghiên cứu ABS để phục vụ cho việc sửa chữa thay thế, lắp cho ô tơ có trang bị ABS Phương pháp nghiên cứu phương pháp sưu tầm tài liệu, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp thiết kế mạch, phương pháp lập trình vi điều khiển Từ nguồn tài liệu liên quan đến nghiên cứu trình phanh chống hãm cứng, chế tạo mạch điều khiển Sàn lọc, phân tích, tính tốn q trình điều khiển phanh chống hãm cứng Nội dung nghiên cứu Việc nghiên cứu sở lý thuyết trình phanh chống hãm cứng quan trọng, chế độ hoạt động ABS Bên cạnh nghiên cứu hệ thống với ABS SVTH: Lớp CDOTO Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH MỤC LỤC I - Giới thiệu chung: 1.Thế ABS 2.Lịch sử ABS 3.Các loại ABS: II - Cấu tạo nguyên lý hoạt động ABS 2.1 Cấu tạo: 10 2.1.1 Cảm biến tốc độ (Speed sensors) 11 2.1.3 Bộ chấp hành ABS (Brake actuator) 13 2.1.4 ECU ABS 15 2.1.4.1 Điều khiển tốc độ xe 15 2.1.4.2 Điều khiển rơle .17 2.1.4.3 Chức kiểm tra ban đầu .18 2.1.4.4 Chức chuẩn đoán 18 2.1.4.5 Chức kiểm tra cảm biến .18 2.1.4.6 Chức dự phòng 19 2.2 Nguyên lý hoạt động ABS 19 2.2.1 Hệ số bám (trượt) 19 2.2.2 Khi phanh bình thường (ABS khơng hoạt động) 21 2.2.3 Khi phanh gấp (ABS hoạt động) 21 III- ABS kết hợp với hệ thống khác 24 3.1 ABS kết hợp với TRC: 24 3.1.1 Bộ chấp hành phanh TRC 25 Chế độ tăng áp: .30 3.1.2 ECU ABS TRC 32 3.2 ABS kết hợp với BA (Brake assist) 34 3.2.1 Cấu tạo 34 3.2.2 Nuyên lý hoạt động 34 IV Hệ thống phanh khí kiểu tang trống có ABS .37 4.1 Cấu tạo 37 4.2 Nguyên lý hoạt động: 40 V - Hệ thống phanh khí kiểu đĩa ABS 41 5.1 Cấu tạo 41 5.2 Nguyên lý hoạt động: 42 VI- EBS (electronically controlled braking system) hệ thống phanh điện khí nén 42 6.1 Giới thiệu 43 6.2 Cấu tạo 43 6.3 Nguyên lý hoạt động: 47 C- KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 SVTH: Lớp CDOTO Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH B - NỘI DUNG I - Giới thiệu chung: 1.Thế ABS Ở hệ thống phanh thường chức để giảm tốc độ hay dừng xe cách sử dụng loại lực cản Loại thứ lực cản má phanh đĩa phanh loại thứ hai lốp mặt đường Phanh ổn định nhờ vào: Lực cản hệ thống phanh < Lực cản lốp mặt đường Tuy nhiên mối liên hệ bị đảo ngược bánh xe bó cứng bắt đầu trượt: ổn định lái Lực cản hệ thống phanh > Lực cản lốp mặt đường Còn ABS điều khiển áp suất dầu tác dụng lên xylanh bánh xe để ngăn khơng cho bị bó cứng phanh đường trơn hay phanh gấp Nó đảm bảo tính ổn định đẫn hướng trình phanh, nên xe lái Bảng so sánh hệ thống phanh khơng có ABS hệ thống phanh có ABS Loại đường Đường bê tơng khơ Đường bê tông ướt Đường bê tông khô Đường bê tơng ướt SVTH: Lớp CDOTO Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH 2.Lịch sử ABS Phanh ABS giới thiệu lần vào thập niên 1960 máy bay thương mại Khi máy bay có trọng lượng 50 đáp xuống đường băng bị đóng băng tốc độ 210 km/h, người phi công phanh cách nhịp liên tục bàn đạp phanh máy bay trị giá 20 triệu đô la trượt khỏi đường băng trở thành đống sắt vụn Để khắc phục tượng trên, người ta bắt đầu ứng dụng phanh ABS vào máy bay Với cơng nghệ thời đó, chi tiết phanh ABS lớn đắt tiền ABS sử dụng Hidrơ – khí hoạt động khơng tin cậy khơng đủ nhanh tình Điểm bất lợi máy tính thập niên 60 lớn cống kềnh Và khơng có vấn đề ta lắp máy tính điều khiển ABS có kích thước nhỏ máy giặt lên máy bay to nhà để đặt lên ơtơ điều Cũng vào thập niên này, người ta chế tạo vi mạch nhỏ hay chip điện tử Vì vậy, máy tính nhỏ hơn, mạnh đời ứng dụng nhiều lĩnh vực Trải qua nhiều thập kỷ, vi xử lý sử dụng nhiều ơtơ cho phép đạt độ xác cao Ngày nay, nhiều hệ thống ôtô trang bị hệ thống điện tử như: hộp số tự động, hệ thống treo,… Hệ thống phanh ABS điều khiển điện tử Bộ điều khiển ABS, gọi ABS ECU (Electronic Control Unit) theo dõi tốc độ bánh xe nhờ vào cảm biến bánh xe Nếu xảy tượng trượt phanh, cảm biến gửi tín hiệu thơng báo cho ECU, ECU điều khiển áp suất dầu phanh đến bánh xe bị trượt thông qua van điện từ (solenoid) bên chia dầu HCU (Hydraulic Control Unit) làm áp suất dầu giảm loại bỏ trượt bánh xe Ngày nay, với phát triển vượt bậc kỹ thuật điện tử, điều khiển tự động phần mềm tính tốn, lập trình cực mạnh cho phép nghiên cứu đưa vào ứng SVTH: Lớp CDOTO Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH dụng phương pháp điều khiển ABS điều khiển mờ, điều khiển thơng minh, tối ưu hóa q trình điều khiển ABS Các công ty BOSCH, AISIN, DENSO, BENDIX công ty đầu việc nghiên cứu, cải tiến chế tạo ABS cung cấp cho cơng ty sản xuất ơtơ tồn giới 3.Các loại ABS: a) Phân loại theo chất tạo áp suất phanh: + Phanh khí + Phanh thủy lực b) Phân loại theo cách bố trí cảm biến: Van điều khiển Cảm biến I, II mạch dẫn động phanh SVTH: Lớp CDOTO Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH c) Phân loại theo chấp hành: + Van điện vị trí có van điều khiển lưu lượng + Van điện vị trí có van điều khiển tăng áp SVTH: Lớp CDOTO Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH + Van điện vị trí có van khí + Van điện vị trí II - Cấu tạo nguyên lý hoạt động ABS SVTH: Lớp CDOTO Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH 2.1 Cấu tạo: Sơ đồ bố trí phận hệ thống xe Đèn báo kết nối Cảm biến tốc độ Cảm biến giảm tốc ECU ABS Bộ chấp hành Công tắc phanh Cảm biến tốc độ Sơ đồ điều khiển phanh hệ thống SVTH: Lớp CDOTO Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH 2.1.1 Cảm biến tốc độ (Speed sensors) a) Cấu tạo Cảm biến tốc độ bánh xe trước sau bao gồm nam châm vĩnh cữu, cuộn dây lõi từ.Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rôto cảm biến số lượng rôto cảm biến thay đổi theo kiểu xe Dây cáp cảm biến Đuôi lõi từ Bệ lõi từ Cuộn giây Đầu lõi từ Rôto gắn bán trục b) Hoạt động Vành ngồi rơto có răng, nên rơto quay, sinh điện áp xoay chiều có tần số tỷ lệ với tốc độ quay rôto Điện áp AC báo cho ABS ECU biết tốc độ bánh xe Tốc độ cao 2.1.2 Cảm biến giảm tốc (chỉ có vài xe) Việc sử dụng cảm biến giảm tốc cho phép ABS đo trực tiếp giảm sốc bánh xe q trình phanh Ví cho phép biết rỏ trạng tthái mặt đường Kết là, mức độ xác phanh cải thiện để tránh cho bánh xe khơng bị bó cứng Cảm biến giảm tốc cịn gọi cảm biến “G” a) Cảm biến giảm tốc đặt dọc SVTH: Lớp CDOTO 10 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH IV Hệ thống phanh khí kiểu tang trống có ABS 4.1 Cấu tạo Cảm biến tốc độ xe Roto gắn bánh xe Hộp ECU Van ABS Van phân phối Bầu phanh Về cấu trúc không khác nhiều so với hệ thống phanh khí xe tải, hệ thống có thêm van điều biến ABS, cảm biến tốc độ bánh xe hộp ECU để điều khiển lực phanh Hộp ECU: ECU nhận phân giải xung điện phát từ cảm biến roto quay qua cảm biến sử dụng thông tin để đưa định: bánh xe bị bó cứng van điều biến ABS hoạt động ECU kết nối cảm biến, van điều biến ABS, nguồn điện, …Trong suốt trình phanh ECU sử dụng xung điện áp từ cảm biến để theo dõi tốc độ xe Nếu ECU định xung mà nhỏ gây bó phanh chu kỳ van điều biến ABS hiệu chỉnh áp suất khơng khí cần thiết để cung cấp cho phanh tốt SVTH: Lớp CDOTO 36 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH Van điều biến ABS: Nó điều chỉnh áp suất khí q trình phanh ABS hoạt động Khi không nhận lệnh từ ECU cho dịng khí qua không gây ảnh hưởng đến áp suất phanh ECU điều khiển van điều biến hai chế độ sau: thay đổi áp suất đến bầu phanh giữ áp suất Tuy nhiên khơng tự động phanh, tăng áp suất phanh cao người lái cung cấp Đặc trưng van gồm solenoid thường có lỗ: lỗ cấp, lỗ phân phối, lỗ xả SVTH: Lớp CDOTO 37 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH + Lỗ cấp lấy khơng khí từ nguồn cấp bình trích trữ + Lỗ phân phối cho khơng khí đến bầu phanh + Lỗ xả xả khơng khí ngồi từ bầu phanh Cảm biến tốc độ: Bao gồm hai phận kích từ phận thu từ, ngồi cịn có phận khác dây dẫn kết nối thiết bị lắp ghép + Bộ kích từ (roto) gắn bánh xe có khắc rãnh thường có khoảng 100 rãnh phụ thuộc vào nhà thiết kế + Bộ phận thu từ gọi cảm biến cuộn dây nam châm tạo tín hiệu xung điện rãnh roto qua trước ECU sử dụng xung để đo tốc độ bánh xe Trên xe có cầu sau khơng có kéo romooc cảm biến gắn cầu, có romooc cảm biến gắn bánh xe Vị trí phận cảm biến gắn bánh xe SVTH: Lớp CDOTO 38 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH Vị trí cảm biến gắn cầu 4.2 Nguyên lý hoạt động: Các cảm biến thu tín hiệu xung điện gữi đến ECU để cấp cho ECU tốc độ bánh xe Khi xung gữi đến cho ECU biết bánh xe chuẩn bị bó cứng ECU gữi tín hiệu đến van điều biến để giảm giữ áp suất phanh bánh xe chuẩn bị bó cứng Sau ECU điều khiển lực phanh xong tìm kiếm lực phanh lớn có nguy gây bó cứng phanh để điều chỉnh Khi ECU hoạt động để điều biến áp suất phanh, tắt phanh phụ nguy bó phanh khơng cịn ECU tiếp tục tự kiểm tra hoạt động, phát hư hỏng xảy phần điện ngắt phần hệ thống ảnh hưởng đến ABS giữ nguyên chương trình ABS cố xảy đèn ABS báo V - Hệ thống phanh khí kiểu đĩa ABS 5.1 Cấu tạo SVTH: Lớp CDOTO 39 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH 1- ECU ABS, 2- Van điều khiển áp suất, 3- Van rơle, 4-Cảm biến góc lái, 5-Cảm biến gia tốc ngang dọc, 6-Van phân phối bàn đạp phanh, 7-Cảm biến tốc độ xe, 8Phanh kiểu lò xo, 9- Bầu phanh, 10-Đĩa phanh, V1 V2 khơng khí từ bình tích trữ tới, HBV dịng khí sử dụng thắng tay Nắp chụp ECU: Lắp ráp khung Van phân phối cầu sau: Dùng để phân phối khí nén đến xilanh bánh xe Sử dụng điện áp 12V đến 24V SVTH: Lớp CDOTO 40 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH Van điều khiển áp suất: Dùng để điều khiển áp suất đến bầu phanh: tăng, giữ, giảm áp Sử dụng điện áp từ 12V đến 24V 5.2 Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động khơng khác hệ thống phanh khí tang trống, phải tích hợp tất cảm biến hệ thống lái, cảm biến gia tốc, cảm biến tốc độ, …để điều khiển lực phanh cho phù hợp Tín hiệu vào Cảm biến tốc độ xe Cảm biến gia tốc Cảm biến góc lái Nguồn cấp 12V Với việc có thêm hệ thống mức hao mịn giảm xuống, nhiệt độ phanh giảm xuống đồng thời hiệu phân phối phanh tốt Vì tích hợp ABS ASR (anti-slip control) SVTH: Lớp CDOTO 41 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH Hệ thống giới thiệu năm 1996 chạy thử nghiệm với xe chở hàng, xe tải nhà chế tạo thành cơng hệ thống hoạt động tốt có tính an tồn cao độ xác phanh tốt Do hệ thống kết hợp ABS với hệ thống điều khiển điện nên xác an toàn Các loại xe sử dụng EBS hệ thống phanh 6.2 Cấu tạo 1-Bộ phân phối khí 2-Bộ phát tín hiệu phanh 3-Hộp điều khiển 4-Van rơle phân phối 5-Bộ điều biến đến cầu 6-Van ABS 7-Các cảm biến 8- Van điều khiển romoc 9-Van điều khiển phanh đậu xe 10-Van xả khí Chức chi tiết: + Bộ phận phân phối khí dùng để phân phối dịng khí đến phận hệ thống bao gồm: máy nén, bình tích trữ, đường ống phân phối + Bộ phát tín hiệu tạo tín hiệu điện van làm trễ khơng khí qui định từ bàn đạp phanh báo cho hộp điều khiển bắt đầu phanh SVTH: Lớp CDOTO 42 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH + Bộ điều khiển nhận tín hiệu từ cảm biến định đóng mở van cho hợp lý Có loại khác để điều khiển ví dụ: loại cảm biến van phân phối (4S/3M), cảm biến van phân phối (4S/4M), cảm biến van phân phối (6S/6M) + Van rơle phân phối để điều khiển áp suất cầu trước với van điều khiển ABS gắn phía sau + Bộ điều biến cầu dùng điều khiển áp suất cầu sau SVTH: Lớp CDOTO 43 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH + Van ABS có tác dụng giảm, giữ, tăng áp suất đến bầu phanh bánh xe + Van điều khiển romoc để điều khiển bầu phanh bánh xe romoc xe kéo romoc + Van xả khí cịn phanh khí theo van SVTH: Lớp CDOTO 44 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH + Các cảm biến tốc độ xe nhận tín hiệu từ roto gắn bánh xe để gửi tín hiệu dạng xung điện vè hộp để hộp nhận biết hộp so sánh với chuẩn để đưa chế độ thích hợp + Giắc nối từ hộp nối đến phận chấp hành van cảm biến SVTH: Lớp CDOTO 45 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH 6.3 Nguyên lý hoạt động: Về ngun lý hoạt động khơng khác với hệ thống phanh ABS khí bình thường Nhưng ổn định ABS xử lý nhanh nhờ điều khiển nhiều hệ thống xe nhiều thơng tin từ xe Tín hiệu vào Bộ phát tín hiệu phanh Các cảm biến tốc độ xe Tín hiệu Van rơle phân phối Bộ điều biến đến cầu Van ABS Van điều khiển romoc Điện áp cấp vào từ 12 đến Phanh động 14V Hộp số Hệ thống phanh phụ So sánh EBS với phanh khí thường: + Hiệu phanh tốt + Thời gian bảo dưỡng lâu + Độ xác cao + Độ an tồn cao Xe khơng có EBS SVTH: Lớp CDOTO Xe có EBS 46 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH Đường đặc tính so sánh khoảng cách phanh EBS phanh khí thường Hình bên cho thấy rõ khoảng cách xe phanh xe có EBS ngắn hệ thống phanh thường SVTH: Lớp CDOTO 47 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH C- KẾT LUẬN Qua việc tìm hiểu đề tài Hệ thống chống bó cứng phanh ABS nhóm tiếp thu nhiều kiến thức hệ thống phanh: + Cấu trúc hệ thống ABS + Các phận hệ thống + Vị trí lắp đặt phận xe + Nguyên lý hoạt động hệ thống Bên cạnh tìm hiểu giới thiệu đề tài hệ thống có liên quan đến ABS Như ABS kết hợp với TRC, ABS kết hợp với hệ thống lái, ABS có van BA, EBS Tuy nhiên việc nghiên cứu đề tài dựa nhiều tài liệu khác nên có thiếu sót nên mong bạn thầy thông cảm SVTH: Lớp CDOTO 48 Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình lý thuyết khung gầm tơ (ĐHCN tp.HCM) Toyota training (team 2) Cẩm nang sửa chửa ô tơ Giáo trình kỹ thuật sửa chửa động – Lê Xuân Tới Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật tp.HCM Và tài liệu ebook khác SVTH: Lớp CDOTO 49 ... CDOTO Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS GVHD: BÙI QUỐC KHÁNH + Van điện vị trí có van khí + Van điện vị trí II - Cấu tạo nguyên lý hoạt động ABS SVTH: Lớp CDOTO Hệ Thống Chống Bó Cứng Phanh ABS. .. hoạt động 34 IV Hệ thống phanh khí kiểu tang trống có ABS .37 4. 1 Cấu tạo 37 4. 2 Nguyên lý hoạt động: 40 V - Hệ thống phanh khí kiểu đĩa ABS ... ngắt.Kết là ,hệ thống phanh hoạt động giống ABS khơng hoạt động, do đảm bảo chức phanh bình thường 2.2 Nguyên lý hoạt động ABS 2.2.1 Hệ số bám (trượt) Để ôtô chuyển động vùng tiếp xúc bánh xe mặt