hệ thống phanh trên toyota altis

Van điện 3 vị trí chuyển động lên phía trên để đóng cửa “A” và mở cửa “B” cho chất lỏng từ xi lanh bánh xe đi vào bộ tích năng 1 thoát về vùng áp suất thấp của hệ thống, do vậy áp suất t

Sơ đồ và nguyên lý làm việc.

5.1.1 Sơ dồ cấu tạo.

Dưới đây là sơ đồ hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Corolla Altis [6]

Hình 5-1 Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Corolla Altis

1,2 - Cảm biến tốc độ bánh xe trước; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe sau; 4- ECU và Rơle;

5-Xy lanh chính

5.1.2 Nguyên lý làm việc.

Trên hình 5-2 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh ABS (tài liệu tham khảo [6]) Chu trình điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh khi ABS làm việc có 3 giai đoạn chính: tăng áp suất, duy trì áp suất; giảm áp suất

Hình 5-2 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh ABS

1, 3, 8, 10- Van điện từ 3 vị trí; 2- Xy lanh bánh xe trước bên trái; 4- Xy lanh bánh xe sau

bên phải; 5- Bầu tích năng; 6- Mô tơ bơm; 7- Xy lanh bánh xe sau bên trái;

9- Xylanh bánh xe trước bên phải; 11- Van phân phối; 12- Xy lanh chính

 Giại đoạn tăng áp suất, (phanh bình thường):

- Trong giai đoạn này hệ thống phanh làm việc như một hệ thống phanh bình thường không có ABS

- Giai đoạn này còn gọi là giai đọan tạo áp suất Người lái hoàn toàn điều khiển áp suất cung cấp cho các xi lanh bánh xe và các thiết bị liên quan khác

- Sơ đồ làm việc của hệ thống như trên hình 5-3: Người lái tác dụng lên bàn đạp phanh ép dầu từ xi lanh chính đi qua cửa “A” (đang mở) rồi qua cửa “C” đến xy lanh bánh xe (cửa “B” đóng), ép má phanh vào đĩa phanh để thực hiện quá trình phanh Van một chiều (7) (thường đóng) ngăn không cho dầu đi đến bơm Áp suất trong dẫn động tỷ

lệ với lực đạp Khi người lái nhả phanh, dầu đi từ xy lanh bánh xe qua cửa “C” rồi qua cửa “A“ và van một chiều (6) hồi về xy lanh chính

Hình 5-3 Giai đọan tăng áp suất 1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị;

5-Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp

 Giai đoạn giảm áp suất:

Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn solenoid của van điện, làm sinh ra một lực từ mạnh Van điện 3 vị trí chuyển động lên phía trên để đóng cửa “A” và mở cửa “B” cho chất lỏng từ xi lanh bánh xe đi vào bộ tích năng (1) thoát về vùng áp suất thấp của hệ thống, do vậy áp suất trong dẫn động phanh được giảm xuống (hình 5-4), tránh cho các bánh xe khỏi bị hãm cứng

Cùng lúc đó, môtơ bơm hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh được hồi trả về

xy lanh phanh chính từ bình chứa Mặt khác van một chiều 6 và cửa “A” đóng ngăn không cho dầu phanh từ xy lanh chính vào van điện 3 vị trí Kết quả là áp suất dầu bên trong xy lanh bánh xe giảm, ngăn không cho bánh xe bị bó cứng

Hình 5-4 Giai đoạn giảm áp suất 1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị;

5-Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp

 Giai đọan giữ áp suất:

Sơ đồ làm việc của giai đọan này như trên hình 5-5 : Khi áp suất bên trong xy lanh bánh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ gửi tín hiệu báo rằng tốc độ bánh xe đạt đến giá trị mong muốn, ECU cấp dòng điện 2A đến cuộn dây của van điện để giữ áp suất trong

xy lanh bánh xe không đổi

Khi dòng điện cung cấp cho cuộn Solenoid giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp) xuống 2A (ở chế độ giữ) thì lực từ phát ra trong cuộn Solenoid cũng giảm xuống, lúc này dưới tác dụng của lực lò xo viên bi bị ép chặt trên đế van làm cho cửa “A” và cửa “B” đóng lại Các van một chiều (6) và (7) chịu tác dụng của áp suất do lực đạp phanh cũng đóng

lại Nhờ đó mà áp suất trong dẫn động phanh được giữ không đổi mặc dù người lái vẫn tiếp tục đạp phanh

Hình 5-5 Giai đoạn giữ áp suất 1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị;

5-Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp

Khi cần tăng áp suất trong xy lanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt dòng điện cấp cho van điện Vì vậy cửa “A” của van điện 3 vị trí mở, và cửa “B” đóng Nó cho phép dầu trong xy lanh phanh chính chảy qua cửa “C” trong van điện 3 vị trí đến xy lanh bánh xe Mức độ tăng áp suất dầu được điều khiển nhờ lặp lại các chế độ “tăng áp” và

“giữ áp”

Hình 5-6 Giai đoạn tăng áp suất tiếp theo 1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị;

5-Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp

Trong quá trình ABS làm việc, thông qua công tắc cảm biến hành trình của bàn đạp phanh, bộ điều khiển điện tử cũng đồng thời truyền tín hiệu kích hoạt cụm bơm môtơ (10) làm việc để bù lại lượng dầu xả về bình chứa, để giữ hành trình bàn đạp không bị tăng lên

Chu trình cứ thế lặp đi lặp lại giữ cho bánh xe được phanh ở giới hạn trượt cục bộ tối ưu mà không bị hãm cứng hoàn toàn

5.2 Kết cấu và các bộ phận chính.

5.2.1 Cơ cấu phanh.

Hệ thống phanh xe Toyota Corolla Altis gồm:

- Hệ thống phanh chính (phanh chân): Phanh trước và phanh sau là phanh đĩa điều khiển bằng thuỷ lực trợ lực chân không, có sử dụng hệ thống chống hãm cứng ABS

- Phanh dừng (phanh tay): phanh cơ khí tác dụng lên bánh sau

- Dầu phanh: DOT 3 hoặc DOT 4.

- Đĩa phanh: thường được chế tạo bằng gang Đĩa đặc có chiều dày 8 ÷ 13 mm Đĩa

xẻ rãnh thông gió dày 16 ÷ 25 mm Đĩa ghép có thể có lớp lõi bằng nhôm hay đồng còn lớp mặt ma sát - bằng gang xám

- Má kẹp: được đúc bằng gang rèn

- Các xi lanh thủy lực: được đúc bằng hợp kim nhôm Để tăng tính chống mòn và giảm ma sát, bề mặt làm việc của xi lanh được mạ một lớp crôm Khi xi lanh được chế tạo bằng hợp kim nhôm, cần thiết phải giảm nhiệt độ đốt nóng dầu phanh Một trong các biện pháp để giảm nhiệt độ của dầu phanh là giảm diện tích tiếp xúc giữa piston với guốc phanh hoặc sử dụng các piston bằng vật liệu phi kim

- Các thân má phanh: chỗ mà piston ép lên được chế tạo bằng thép lá

- Tấm ma sát: của má phanh loại đĩa quay hở thường có diện tích bề mặt khoảng 12

÷ 16% diện tích bề mặt đĩa, nên điều kiện làm mát đĩa rất thuận lợi

- Hình 5-7 dưới đây là sơ đồ kết cấu phanh dĩa sử dụng trên xe

Hình 5-7 Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động sử dụng trên xe

1- Má kẹp và xy lanh; 2- Chốt dẫn hướng; 3- Đĩa phanh; 4- Piston; 5- Vòng làm kín; 6-Vòng chắn bụi; 7,8- Guốc và má phanh; 9- Lò xo để giảm rung guốc phanh trên má kẹp

Dưới đây là một số ưu, nhược điểm của cơ cấu phanh đĩa:

Qua phân tích nguyên lý làm việc và đặc điểm kết cấu, ta thấy phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh trống - guốc như sau:

- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,05 ÷ 0,15 mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động

- Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều

- Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở

- Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng nên cho phép tăng giá trị của chúng

để đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng của kết cấu

Vì thế phanh đĩa có kích thước nhỏ gọn và dễ bố trí trong bánh xe

- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn

- Điều kiện làm mát tốt hơn

Tuy vậy, phanh đĩa còn một số nhược điểm hạn chế sự sử dụng của nó là:

- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín

- Các đĩa phanh loại hở dễ bị oxy hóa, bị bẩn làm các má phanh mòn nhanh

- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt, xước

- Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động, nên khi động cơ không làm việc, hiệu quả dẫn động phanh thấp và khó sử dụng chúng để kết hợp làm phanh dừng

5.2.2 Xy lanh chính.

Là loại xy lanh kép được thiết kế sao cho nếu một mạch dầu bị hỏng thì mạch dầu khác vẫn tiếp tục làm việc nhằm cung cấp một lượng dầu tối thiểu để phanh xe Đây là một trong những thiết bị an toàn nhất của xe

- Ở vị trí chưa làm việc, các piston bị đẩy về vị trí ban đầu bởi các lò xo hồi vị, các khoang phía trước piston được nối thông với bình chứa qua lỗ cung cấp dầu (6)

- Khi phanh piston bị đẩy sang trái ép dầu phía trước piston đi đến xy lanh bánh xe.

- Khi nhả phanh đột ngột dầu phía sau piston chui qua lỗ bù, bù vào khoảng không

gian phía trước đầu piston

- Hình 5-8 dưới là hình giới thiệu kết cấu xy lanh chính được sử dụng trên hệ thống phanh chính của xe Toyota Corolla Altis 2.0

Hình 5-8 Kết cấu xy lanh chính 1,5- Piston; 2,3,4- Nút cao su làm kín; 6- Lỗ cung cấp dầu; 7- Lỗ bù dầu; 8,9- Lò xo hồi

vị

5.2.3 Các cảm biến.

Là 4 cảm biến riêng biệt cho từng bánh xe, nhận và truyền tín hiệu tốc độ của bánh xe về cho khối điều khển điện tử ECU

Cảm biến tốc độ bánh xe thực chất là một máy phát điện cỡ nhỏ Cấu tạo của nó gồm:

- Rô to: Có dạng vòng răng, được dẫn động quay từ trục bánh xe hay trục truyền lực nào đó

- Stato: Là một cuộn dây quấn trên thanh nam châm vĩnh cửu

Hình 5-9 Cảm biến tốc độ bánh xe trước 1- Nam châm vĩnh cửu; 2- Cuộn dây điện; 3- Rôto cảm biến; 4- Rôto cảm biến;

5 - Cảm biến tốc độ

Hình 5-10 Cảm biến tốc độ bánh xe sau 1- Nam châm vĩnh cửu; 2- Cuộn dây điện; 3- Cảm biến tốc độ; 4- Cảm biến tốc

độ; 5- Rôto cảm biến

Bộ cảm biến làm việc như sau (hình 5-11):

- Khi mỗi răng của vòng răng đi ngang qua nam châm thì từ thông qua cuộn dây sẽ tăng lên và ngược lại, khi răng đã đi qua thì từ thông sẽ giảm đi Sự thay đổi từ thông này

sẽ tạo ra một suất điện động thay đổi trong cuộn dây và truyền tín hiệu này đến bộ điều khiển điện tử

- Bộ điều khiển điện tử sử dụng tín hiệu là tần số của điện áp này như một đại lượng

đo tốc độ bánh xe Bộ điều khiển điện tử kiểm tra tần số truyền về của tất cả các cảm biến

và kích hoạt hệ thống điều khiển chống hãm cứng nếu một hoặc một số cảm biến cho biết bánh xe có khả năng bị hãm cứng

- Tần số và độ lớn của tín hiệu tỷ lệ thuận với tốc độ bánh xe Khi tốc độ của bánh

xe tăng lên thì tần số và độ lớn của tín hiệu cũng thay đổi theo và ngược lại

Hình 5-11 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ bánh xe

1- Rôto cảm biến; 2- Cuộn dậy; 3- Nam châm vĩnh cửu

5.2.4 Khối điều khiển điện tử ECU

ECU là não bộ, trung tâm điều khiển của hệ thống, gồm hai bộ vi xử lý và các mạch khác cần thiết cho hoạt động của nó

ECU nhận biết được tốc độ quay của bánh xe, cũng như tốc độ chuyển động tịnh tiến của xe nhờ tín hiệu truyền về từ các cảm biến tốc độ bánh xe Trong khi phanh sự giảm tốc độ xe tùy theo lực đạp phanh, tốc độ xe lúc phanh, và điều kiện mặt đường ECU giám sát điều kiện trượt giữa bánh xe và mặt đường nhờ bộ kiểm tra sự thay đổi tốc

độ bánh xe trong khi phanh Nó xử lý và phát tín hiệu điều khiển cho khối thuỷ lực cung cấp những giá trị áp suất tốt nhất trong xi lanh bánh xe để điều chỉnh tốc độ bánh xe, duy trì lực phanh lớn nhất từ 10 ÷ 30% tỷ lệ trượt

Ngoài ra ECU còn thực hiện chức năng tự kiểm tra và cho ngừng chức năng ABS nếu phát hiện hệ thống có trục trặc (như: Thiếu dầu, không đủ áp suất trợ lực hoặc mất tín hiệu từ các cảm biến tốc độ, …) lúc đó hệ thống điều khiển điện tử ngưng hoạt động nó cho phép hệ thống phanh tiếp tục làm việc như một hệ thống phanh bình thường, không

có ABS Những trục trặc trong hệ thống sẽ được cảnh báo bằng đèn ABS trên bảng điều khiển Việc xác định chính xác vị trí và tình trạng hư hỏng sẽ được tiến hành thông qua

mã chẩn đoán theo tần suất và thời gian thể hiện ở đèn cảnh báo Các tín hiệu vào đến bộ

vi xử lý được xử lý một cách độc lập Chỉ khi nào kết quả có tính đồng nhất thì ECU mới điều khiển khối thủy lực - điện tử Nếu các tín hiệu vào không đồng nhất – chẳn hạn khi

hệ thống khóa cứng bánh xe bị lỗi thì các cầu chì và phanh đảm bảo hoạt động theo phanh bình thường Đồng thời, đèn cảnh báo trên táp-lô sẽ sáng lên để báo cho người lái biết

Các tín hiệu truyền về từ các cảm biến tốc độ đến ECU được chuyển đổi thành tín hiệu sóng vuông bằng bộ khuyếch đại trên đường vào

Tần số của các tín hiệu này cung cấp phù hợp với giá trị tốc độ, sự gia tốc hoặc sự giảm tốc của mỗi bánh xe đến ECU Khi người lái xe tác dụng lên bàn đạp phanh, các bánh xe có thể giảm tốc đến giá trị khác nhau: Bằng việc so sánh tốc độ mỗi bánh xe với tốc độ tham khảo (reference speed) hệ thống có thể luôn luôn kiểm tra độ trượt của mỗi bánh xe

Nếu lực phanh là nguyên nhân làm một bánh xe trượt đối với bánh xe khác, ECU điều khiển van điện từ của khối thủy lực – điện tử làm giảm lực phanh trên bánh trượt

Hệ thống ABS can thiệp bằng việc tính toán ngưỡng giảm tốc, gia tốc và trượt của các bánh xe Ngay khi mối liên hệ ngưỡng gia tốc/giảm tốc và trượt vượt quá giới hạn, ECU

điều khiển các van điện từ của khối thủy lực – điện tử bằng cách điều chỉnh áp suất phanh theo 3 giai đoạn là gia tăng, duy trì và giảm áp suất ECU điều khiển các giai đoạn khác nhau ứng với cung cấp xung cường độ điện thế khác nhau đến các van điện từ

Trong điều kiện giảm lực phanh và phân chia mômen không đúng (trượt-aquaplaning), ECU nhận biết nhờ các cảm biến số vòng quay trên mỗi bánh xe với điều kiện bất thường, như sự truyền động và bánh xe chủ động có khuynh hướng quay ở tốc

độ khác nhau

ECU được trang bị mạch an toàn hệ thống kiểm soát có hiệu lực khi khởi động và vận hành

Mạch an toàn hoạt động theo nguyên tắc tự kiểm tra

1 Khi bật khóa, hệ thống kiểm tra ECU, van điều khiển điện từ và sự kết nối của các cảm biến: Nếu kết quả OK, đèn cảnh báo ABS sáng lên trên bảng tap-lô và tắt đi sau 4 giây

2 Sau khi khởi động động cơ, hệ thống chạy van điện từ và bơm hồi để kiểm tra ngay sau khi đạt tốc độ ứng với 6 km/h;

3 Khi đạt vận tốc 24km/h thì hệ thống kiểm tra tín hiệu tốc độ của 4 bánh xe

4 Khi di chuyển, hệ thống thường xuyên kiểm tra vận tốc chu vi (peripheral speed) của các bánh xe so với tốc độ tham khảo (reference speed), các điều kiện bộ nhớ

và điều khiển hoạt động của hai rơle

5 Khi di chuyển, hệ thống thường xuyên kiểm tra điện áp bình ắc quy

5.2.5 Khối điều khiển điện tử.

Khối điều khiển điện tử là một cụm độc lập không thể sửa chữa, bao gồm 2 bộ vi xử

lý và các mạch khác cần thiết cho hoạt động của nó Hình 5-12 dưới đây là hình ảnh giới thiệu khối điều khiển điện tử của ABS

Hình 5-12 Khối điều khiển điện tử của ABS

Nó có nhiệm vụ:

- Theo dõi tốc độ quay của mỗi bánh xe khi phanh thông qua tín hiệu thu nhận được

từ các cảm biến tốc độ Nếu thấy bánh xe nào đó có xu hướng bị hãm cứng, thì nó sẽ kích hoạt ABS làm việc và cung cấp một điện áp 12V cho các van điện tử tương ứng lắp đặt trong khối thủy lực Nhờ đó khối điều khiển điện tử có thể hiệu chỉnh được áp suất trong dẫn động, để tránh cho các bánh xe khỏi bị hãm cứng

- Theo dõi sự làm việc của bản thân nó (Self – Test) Nếu có sự cố xảy ra thì nó sẽ

tự động đưa hệ thống chuyển sang chế độ phanh bình thường như khi không có ABS

Hệ thống đảm bảo an toàn và tự kiểm tra làm việc nhờ 2 bộ vi xử lý lắp đặt trong nó theo nguyên lý:

- Khi 2 bộ vi xử lý nhận được cùng một thông tin như nhau, thì sau khi xuwrlys chúng phải tạo ra các tín hiệu bên trong và bên ngoài giống nhau

- Các bộ vi xử lý liên tục so sánh các tín hiệu này Nếu phát hiện thấy có sự sai lệch

 khối điều khiển điện tử sẽ cho ngừng hoạt động của ABS để đảm bảo cho hệ thống phanh làm việc như một hệ thống phanh làm việc chuẩn

Trên hình 5-13 là lược đồ đơn giản minh họa cấu tạo và hoạt động bên trong của khối điều khiển điện tử

Hình 5-13 Lược đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của khối điều khiển điện tử 1- Tín hiệu vào từ cảm biến tốc độ; 2,3- Các bộ vi xử lý; 4- Khối logic; 5- Tín hiệu

ra bên trong; 6- Tín hiệu ra bên ngoài; 7,8- Các bộ so sánh; 9- Transitor điều khiển;

10-Mạch hồi tiếp; 11- Van điện tử; 12- Cảm biến tốc độ

- Tín hiệu vào (1) từ các bộ cảm biến tốc độ bánh xe được đồng thời truyền đến các

bộ vi xử lý (2) và (3)

- Các bộ vi xử lý, xử lý các thông tin vào trong khối logic (4) và phát ra các tín hiệu bên trong (5) (như tốc độ bánh xe) và tín hiệu bên ngoài (6)  điều khiển các van điện tử