I.THEÁ NAØO LAØ ABS?Chöùc naêng cuûa heä thoáng phanh thoâng thöôøng laø ñeå giaûm toác ñoä hay döøng xe baèng caùch söû duïng 2 löïc caûn. Loaïi thöù nhaát laø löïc caûn giöõa maù phanh vaø ñóa phanh (hay giöõa maù phanh vaø troáng phanh) vaø loaïi thöù 2 laø giöõa loáp vaø maët ñöôøng. Phanh coù theå ñöôïc ñieàu khieån oån ñònh neáu moái lieân heä sau giöõa löïc caûn trong heä thoáng phanh vaø löïc caûn giöõa loáp vaø maët ñöôøng xaûy ra.• Löïc caûn heä thoáng phanh < löïc caûn giöõa loáp vaø maët ñöôøng Tuy nhieân, neáu moái lieân heä treân bò ñaûo ngöôïc laïi, baùnh xe seõ bò boù cöùng vaø xe baét ñaàu bò tröôït.• Löïc caûn heä thoáng phanh > löïc caûn giöõa loáp vaø maët ñöôøngKeát quaû laø, neáu caùc baùnh tröôùc bò boù cöùng, noù seõ laøm cho xe khoâng theå laùi ñöôïc. Neáu caùc baùnh xe sau bò boù cöùng, do söï khaùc nhau giöõa heä soá ma saùt giöõa baùnh beân phaûi vaø baùnh beân traùi vôùi maët ñöôøng neân seõ laøm cho ñuoâi xe bò laïng.ABS ñieàu khieån aùp suaát daàu taùc duïng leân caùc xy lanh baùnh xe ñeå ngaên khoâng cho noù bò boù cöùng khi phanh treân ñöôøng trôn hay khi phanh gaáp. Noù cuõng ñaûm baûo tính oån ñònh daãn höôùng trong quaù trình phanh, neân xe vaãn coù theå laùi ñöôïc.
Trang 1
Bài 1
GIỚI THIỆU VỀ ABS
I THẾ NÀO LÀ ABS?
Chức năng của hệ thống phanh thông thường là để giảm tốc độ hay dừng xe bằng cách sử dụng 2 lực cản Loại thứ nhất là lực cản giữa má phanh và đĩa phanh (hay giữa má phanh và trống phanh) và loại thứ 2 là giữa lốp và mặt đường Phanh có thể được điều khiển ổn định nếu mối liên hệ sau giữa lực cản trong hệ thống phanh và lực cản giữa lốp và mặt đường xảy ra
• Lực cản hệ thống phanh < lực cản giữa lốp và mặt đường
Tuy nhiên, nếu mối liên hệ trên bị đảo ngược lại, bánh xe sẽ bị bó cứng và xe bắt đầu bị trượt
• Lực cản hệ thống phanh > lực cản giữa lốp và mặt đường
Kết quả là, nếu các bánh trước bị bó cứng, nó sẽ làm cho xe không thể lái được Nếu các bánh xe sau bị bó cứng, do sự khác nhau giữa hệ số ma sát giữa bánh bên phải và bánh bên trái với mặt đường nên sẽ làm cho đuôi xe bị lạng
ABS điều khiển áp suất dầu tác dụng lên các xy lanh bánh xe để ngăn không cho nó bị bó cứng khi phanh trên đường trơn hay khi phanh gấp Nó cũng đảm bảo tính ổn định dẫn hướng trong quá trình phanh, nên xe vẫn có thể lái được
Trang 2
THAM KHẢO
Ở hệ thống phanh thông thường không có ABS, nếu đạp phanh trên đường tuyết, rất dễ mất tính ổn định dẫn hướng và người lái xe phải đạp liên tục (nhồi phanh) để dừng xe Với xe có ABS, ABS tự động thực hiện chức năng này vì vậy phanh được điều khiển chính xác và hiệu quả hơn
II NGUYÊN LÝ
Khi xe chuyển động ở tốc độ không đổi, tốc độ của xe và bánh xe là như nhau (nói cách khác, các bánh xe không trượt) Tuy nhiên, khi người lái đạp phanh để giảm tốc độ
xe, tốc độ của các bánh xe sẽ giảm từ từ và không thể bằng tốc độ của thân xe lúc này đang chuyển động nhờ quán tính của nó (tức là, có thể xảy ra trượt nhẹ giữa các lốp xe với mặt đường) Sự khác nhau giữa tốc độ thân xe và tốc độ bánh xe được biểu diễn bằng một hệ số gọi là “hệ số trượt”
Hệ số trượt có thể tính theo công thức sau:
Hệ số trượt = Tốc độ xe – Tốc độ bánh xe / Tốc độ xe x 100%
Trang 3
THAM KHẢO
Hệ số trượt 0% có nghĩa là trạng thái bánh xe quay trơn không có sức cản Hệ số trượt 100% là trạng thái bánh xe bị bó cứng hoàn toàn và lốp xe trượt trên mặt đường Khi sự khác nhau giữa tốc độ bánh xe và tốc độ xe trở nên quá lớn, sự trượt sẽ xảy ra giữa lốp và mặt đường
Nó cũng sinh ra ma sát và kết quả là có thể tác dụng như một lực phanh và giảm tốc độ của xe Bằng đồ thị bên phải, có thể dễ dàng hiểu được mối liên hệ giữa lực phanh và hệ số trượt Lực phanh không nhất thiết phải tỷ lệ thuận với hệ số trượt và nó đạt cực đại khi hệ số trượt trong khoảng 10-30% Khi hệ số trượt vượt quá 30%, lực phanh giảm từ từ Vì vậy, để đảm bảo lực phanh lớn nhất, phải luôn giữ hệ số trượt trong khoảng 10-30%
Thêm vào đó, cũng cần phải phải giữ lực quay vòng ở mức cao để đảm bảo tính ổn định dẫn hướng Nhằm thực hiện mục đích này, ABS được thiết kế để tạo ra tính năng phanh tối ưu bằng cách lợi dụng hệ số trượt 10-30% mà không phụ thuộc vào điều kiện đường xá, trong khi cũng giữ lực quay vòng ở mức cao nhất có thể để đảm bảo tính ổn định dẫn hướng
CHÚ Ý
1 Trên mặt đường trơn có hệ số ma sát µ thấp, do quản đường phanh sẽ tăng nếu
so sánh với mặt đường có hệ số ma sát µ cao ngay cả khi ABS hoạt động, phải giảm tốc độ xe khi chạy trên những loại đường này
2 Trên đường xóc, đường rải đá hay đường tuyết, hoạt động của ABS có thể làm cho quãng đường phanh dài hơn so với xe không có ABS
Thêm vào đó, tiếng ồn và sự rung động sinh ra khi ABS hoạt động báo cho người lái biết nó đang hoạt động
III NGUYÊN LÝ CƠ BẢN
• Cảm biến tốc độ bánh xe phát hiện tốc độ góc của bánh xe và gửi tín hiệu đến ABS ECU
• ABS ECU theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách tính tốc độ xe và sự thay đổi tốc độ bánh xe từ tốc độ góc của bánh xe
• Khi phanh gấp, ABS ECU điều khiển các bộ chấp hành để cung cấp áp suất tối ưu cho mỗi xy lanh phanh bánh xe
• Cụm điều khiển thủy lực hệ thống phanh hoạt động theo mệnh lệnh từ ECU, tăng, giảm hay giữ nguyên áp suất dầu khi cần, để đảm bảo hệ số trượt tốt nhất (10-30%), tránh bó cứng bánh xe
Trang 4
LỊCH SỬ CỦA ABS
Hệ thống phanh chống bó cứng của Toyota được sử dụng lần đầu tiên vào năm
1971 cho các loại xe tại Nhật Bản Đây là hệ thống bánh xe sau (ABS hai bánh) nhằm mục đích giảm hiện tượng mất tính ổn định dẫn hướng trong quá trình phanh trên bề mặt trơn Hệ thống này đã được cải tiến thành ABS bốn bánh vào năm 1983 Ngày nay ABS trở thành tiêu chuẩn hay tùy chọn cho hầu hết các xe du lịch và xe tải nhẹ
IV CÁC KIỂU ABS CỦA TOYOTA
Các kiểu ABS dưới đây được sử dụng cho các xe Toyota xuất khẩu
Kiểu chỉ điều khiển các bánh sau, kiểu điều khiển tất cả các bánh, Nguồn là bơm trợ lực lái - Van điện hai vị trí, Nguồn là một mô tơ riêng -Van điện hai vị trí hay van điện ba vị trí
Trong trường hợp ABS 4 bánh, những xe có mạch phanh chéo (dùng phổ biến cho
xe Toyota FF- động cơ đặt trước, bánh trước chủ động) thường mạch dầu có 4 kênh, những
xe có mạch phanh thông thường (dùng phổ biến cho các xe Toyota FR- động cơ đặt trước, bánh sau chủ động) thường mạch dầu có 3 kênh Tuy nhiên, nó thay đổi ở một vài model
ABS ECU điều khiển bánh xe riêng rẽ:
1 Ch (2 kênh): chỉ điều khiển các bánh sau
3 Ch (3 kênh): điều khiển độc lập các bánh trước, điều khiển đồng thời các bánh sau
4 Ch (4 kênh): điều khiển 3 kênh hay điều khiển độc lập tất cả các bánh
Trang 5
Sơ đồ hệ thống ABS tương ứng được in ở trang và hình vẽ có số như ở cột PHỤ LỤC
Những xe FR mạch dầu 3 kênh mà sử dụng van điện 3 vị trí, việc lắp đặt TRC làm số lượng van điện 3 vị trí tăng lên 4 van Và 4 kênh được sử dụng cho mạch dầu Tuy nhiên, ABS ECU chỉ điều khiển 3 kênh
NGUỒ
N
VAN ĐIỆN (SỐ LƯỢNG)
CÁC VAN KHÁC (SỐ LƯỢNG)
MẠCH DẦU*1 ECU
ABS*2 BÁNH CHỦ
ĐỘNG
PHỤ LỤC *3
Mô tơ Van điện 2 vị trí(4) với van điều
khiển lưu lượng (4) 4ch. 3ch. FF Trang 39Hình 1Van điện 2 vị trí (6) với van tăng
áp (2) 4ch. 3ch. FF Trang 39Hình 2Van điện 2 vị trí (6) 3ch 3ch FR hoặc 4WD
dựa trên FR Trang 40Hình 3Van điện 2 vị trí (8) 4ch
3ch FF hoặc 4WD
dựa trên FF Trang 40Hình 44ch FF hoặc 4WD
dựa trên FFMô tơ Van điện 3 vị trí (3) với van nối
tắt (1)
3ch 3ch FR Trang 40
Hình 5Van điện 3 vị trí (3) 3ch 3ch FR,MR hoặc
4WD dựa trên FR
Trang 41 Hình 6
Van điện 3 vị trí (3) với van cơ (1) 4ch 4ch FF Trang 41
Hình 7Van điện 3 vị trí (4) 4ch
3ch FF,4WD dựa
trên FF hoặc
FR (W/TRC)*4 Trang 41
Hình 84ch FR
P/S Van điện 2 vị trí (1) với các van
điều khiển thay đổi
1ch 1ch FR hoặc 4WD
dựa trên FR
Trang 42Hình 9Van điện 2 vị trí (3 chính, 2 phụ)
với các van điều khiển thay đổi 3ch. 3ch. FR Trang 42Hình 10
Trang 6
Bài 2
CÁC BỘ PHẬN CỦA ABS
SƠ ĐỒ VỀ CÁC BỘ PHẬN (cho xe Celica 10/1989)
I CẢM BIẾN TỐC ĐỘ BÁNH XE
CẤU TẠO
Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnh cửu, cuộn dây và lõi từ Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rôto cảm biến cũng như số lượng răng của rôto cảm biến thay đổi theo kiểu xe Hình vẽ dưới chỉ ra vị trí của cảm biến và rôto cảm biến
Trang 7
HOẠT ĐỘNG
Vành ngoài của các rôto có các răng, nên khi rôto quay, sinh ra một điện áp xoay chiều có tần số tỷ lệ với tốc độ quay của rôto Điện áp AC này báo cho ABS ECU biết tốc độ của bánh xe
LƯU Ý
ABS sẽ hoạt động không tốt nếu khe hở A nằm ngoài giá trị tiêu chuẩn
II.CẢM BIẾN GIẢM TỐC (CHỈ Ở MỘT VÀI KIỂU XE)
Việc sử dụng cảm biến giảm tốc cho phép ABS ECU đo trực tiếp sự giảm tốc của
xe trong quá trình phanh Vì vậy cho phép nó biết rõ hơn trạng thái của mặt đường Kết quả là, mức độ chính xác khi phanh được cải thiện để tránh cho các bánh xe không bị bó cứng
Cảm biến giảm tốc còn được gọi là “cảm biến G”
THAM KHẢO
ABS ECU sử dụng cảm biến giảm tốc để phát hiện chính xác sự giảm tốc của xe và xác định hệ số ma sát µ của mặt đường Ví dụ, trong trường hợp xe 4WD, nếu một trong các bánh xe bị hãm cứng trên mặt đường có hệ số ma sát µ cực thấp, bánh bị hãm cứng cũng làm các bánh khác bị hãm cứng theo
Trang 8
Hiện tượng này xảy ra bởi vì tất cả các bánh xe được nối với hệ thống truyền lực, nên tốc độ các bánh xe ảnh hưởng lẫn nhau Vì vậy cảm biến giảm tốc được sử dụng ở nhiều kiểu xe 4WD do tốc độ bánh xe không thay đổi đồng thời với sự giảm tốc độ của xe dưới các điều kiện trên
1 CẤU TẠO
Cảm biến giảm tốc bao gồm 2 cặp đèn LED (diod phát quang) và photo transistor (transistor quang), một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín hiệu Cảm biến giảm tốc nhận biết mức độ giảm tốc độ của 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
2 HOẠT ĐỘNG
Khi mức độ giảm tốc độ của xe thay đổi, đĩa xẻ rãnh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức giảm tốc độ Các rãnh trên đĩa cắt ánh sáng từ đèn LED đến photo transistor và làm photo transistor đóng, mở Người ta sử dụng 2 cặp đèn LED và photo transistor Tổ hợp tạo bởi các photo transistor này tắt và bật, chia mức độ giảm tốc thành 4 mức và gửi về ABS ECU dưới dạng tín hiệu
Trang 9
THAM KHẢO
Ở một vài kiểu xe, gia tốc ngang cũng được đo để xác định xe có phải xe đang quay vòng hay không Trong quá trình quay vòng, các bánh xe phía trong có xu hướng nhấc lên khỏi mặt đất do lực ly tâm Ngược lại, các bánh phía ngoài bị tỳ mạnh xuống mặt đường Nói cách khác, các bánh phía trong có xu hướng bị bó cứng dễ dàng hơn khi các bánh phía ngoài khó bị bó cứng hơn
Vì vậy sau khi xác định xem có phải xe đang quay vòng hay không, áp suất dầu đến bánh sau phía ngoài được tăng lên cao hơn bánh phía trong để giảm quãng đường phanh
Một cảm biến kiểu photo transistor giống như cảm biến giảm tốc độ đã đề cập ở trang trước nhưng gắn theo trục ngang Ngoài ra, cảm biến kiểu bán dẫn cũng được sử dụng để đo sự giảm tốc do nó có thể đo được cả gia tốc dọc và gia tốc ngang
Trang 10
Bài 3
BỘ CHẤP HÀNH ABS
Bộ chấp hành ABS cấp hay ngắt
áp suất dầu từ xy lanh phanh chính đến
mỗi xy lanh phanh đĩa theo tín hiệu từ
ECU để điều khiển tốc độ bánh xe Có
nhiều kiểu bộ chấp hành ABS (xem trang
4) Ở đây chúng ta sẽ mô tả 4 van điện 3
vị trí trong bộ chấp hành ABS
I SƠ ĐỒ HỆ THỐNG ABS (Cho xe Celica ST182 10/1989)
Hai van để điều khiển bánh trước bên phải và bánh trước bên trái một cách độc lập trong khi 2 van còn lại điều khiển đồng thời bánh sau bên phải và bênh trái Vì vậy hệ thống này gọi là hệ thống 3 kênh
Trang 11
II CẤU TẠO
Có thể chia bộ chấp hành theo chức năng thành 2 cụm sau
Van điện 3 vị trí (cụm điều khiển)
Chức năng:
Trong quá trình hoạt động của hệ
thống ABS, ABS ECU lựa chọn một trong
3 chế độ (tăng áp, giảm áp và giữ) tùy
theo tín hiệu từ ABS ECU
Bình chứa và bơm (cụm giảm áp)
Chức năng:
Khi áp suất giảm, dầu phanh hồi về
từ các xy lanh bánh xe và nó được đưa
đến xy lanh chính nhờ bơm và vào bình
dầu bộ chấp hành Đây là bơm kiểu
piston được dẫn động bằng môtơ
III HOẠT ĐỘNG
Hoạt động của hệ thống được giải thích ở dưới lấy ví dụ một bánh trước
1) KHI PHANH BÌNH THƯỜNG (ABS KHÔNG HOẠT ĐỘNG)
ABS không hoạt động trong quá trình phanh bình thường và ABS ECU không gửi dòng điện đến cuộn dây của van Do đó, van 3 vị trí bị ấn xuống bởi lò xo hồi vị và cửa “A” vẫn mở trong khi cửa “B” vẫn đóng
Khi đạp phanh, áp suất dầu trong xy lanh phanh chính tăng, dầu phanh chảy từ cửa
“A” đến cửa “C” trong van điện 3 vị trí rồi tới xy lanh bánh xe Dầu phanh không vào được bơm bởi van 1 chiều số 1 gắn trong mạch bơm
Khi nhả chân phanh, dầu phanh hồi từ xy lanh bánh xe về xy lanh chính qua cửa “C” đến cửa “A” và van 1 chiều số 3 trong van điện 3 vị trí
Van điện 3 vị trí Cửa “A” mở
Cửa “B” đóng
Trang 12
2) KHI PHANH GẤP (ABS HOẠT ĐỘNG)
Nếu có bất kỳ bánh xe nào gần bị bó cứng khi phanh gấp, bộ chấp hành ABS điều khiển áp suất dầu phanh tác dụng lên xy lanh bánh xe đó theo tín hiệu ECU Vì vậy bánh
xe không bị bó cứng
Chế độ “Giảm áp”
Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện (5A) đến cuộn dây của van điện, làm sinh ra 1 lực từ mạnh Van 3 vị trí chuyển động lên phía trên, cửa “A” đóng trong khi cửa “B” mở
Kết quả là, dầu phanh từ xy lanh bánh xe qua cửa “C” tới cửa “B” trong van điện 3
vị trí và chảy về bình dầu Cùng lúc đó, mô tơ hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh được hồi trả về xy lanh phanh chính từ bình chứa Mặt khác cửa “A” đóng ngăn không cho dầu phanh từ xy lanh chính vào van điện 3 vị trí và van 1 chiều số 1 và số 3 Kết quả là, áp suất dầu bên trong xy lanh bánh xe giảm, ngăn không cho bánh xe bị bó cứng Mức độ giảm áp suất dầu được điều chỉnh bằng cách lặp lại các chế độ “Giảm áp” và “Giữ”
Van điện 3 vị trí Cửa “A” đóng
Trang 13
Cửa “B” mở
Chế độ “Giữ”
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 cấp cho cuộn dây của van bị giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp) xuống còn 2A (ở chế độ giữ), lực điện từ sinh ra trong cuộn dây cũng giảm Van điện 3 vị trí dịch chuyển xuống vị trí giữa nhờ lực của lò xo hồi vị làm đóng cửa “B”
Van điện 3 vị trí Cửa “A” đóng
Cửa “B” đóng
Trang 14
Chế độ “Tăng áp”
Khi cần tăng áp suất trong xy lanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt dòng điện cấp cho cuộn dây 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”
Van điện 3 vị trí Cửa “A” mở
Cửa “B” đóng
Trang 15
THAM KHẢO
Mặc dù nhiều kiểu van điện 3 vị trí như đã nói được sử dụng rộng rãi trước kia, ngày nay kiểu van điện 2 vị trí được sử dụng phổ biến nhất Hình dưới là sơ đồ bộ chá6p hành ABS của 8 van điện 2 vị trí (bao gồm 4 van giữ áp suất và 4 van giảm áp) Hoạt động
cơ bản của bộ chấp hành ABS này giống như kiểu van điện 3 vị trí nhưng chỉ khác nhau về kiểu van điện được sử dụng
TRẠNG THÁI CỦA MỖI CỬA VAN VÀ MÔ TƠ BƠM
KHI PHANH BÌNH THƯỜNG (ABS
không hoạt động)
Cửa A mở Cửa D đóng Dừng (OFF)
Cửa A đóng Cửa D đóng ON
CHẾ ĐỘ TĂNG ÁP
Trang 16
THAM KHẢO
KIỂU DÙNG ÁP SUẤT TRỢ LỰC LÁI ( xe tải, 4 Runner)
Trong kiểu ABS này, áp suất dầu từ hệ thống lái được sử dụng để điều khiển áp suất phanh, áp suất phanh chỉ được điều khiển cho các bánh sau Đó là hai đặc điểm chính của hệ thống này
Nó chỉ có 1 cảm biến tốc độ được gắn ở vỏ của bánh răng vành chậu trên đỉnh vi sai Vì vậy một cảm biến “G” cũng được sử dụng để giúp cho ECU có thể đánh giá được mức độ giảm tốc một cách chính xác hơn khi hai bánh sau bị bó cứng
Trang 18
Bài 4
ABS ECU (CHO XE CELICA 10/1989)
Trên cơ sở tín hiệu từ các cảm biến tốc độ của bánh xe ABS ECU biết được tốc độ góc của các bánh xe cũng như tốc độ xe Trong khi phanh mặc dù tốc độ góc của bánh xe giảm, mức độ giảm tốc sẽ thay đổi phù thuộc vào cả tốc độ xe khi phanh và tình trạng mặt đường, như nhựa asphalt khô, mặt đường ướt hoặc đóng băng…
Nói cách khác, ECU đánh giá được mức độ trượt giữa các bánh xe và mặt đường do sự thay đổi tốc độ góc của bánh xe khi phanh và điều khiển bộ chấp hành ABS để cung cấp áp suất dầu tối ưu đến các xy lanh bánh xe nhằm điều khiển tốt nhất tốc độ các 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
I SƠ ĐỒ MẠCH ĐIỆN ABS