Tìm hiểu quy trình bảo dưỡng sửa chữa hệ thống phanh xe ôtô INNOVA có trang bị hệ thống ABS

Tiêu chí phân loại Các loại phanhMục đích sử dụng Hệ thống phanh chính phanh chân Hệ thống phanh phụ phanh tay Hệ thống phanh hãm Hệ thống phanh tự độngMôi chất và cách năng lượng cho

1 MỞ ĐẦU1.1.Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài

Hiện nay ôtô máy kéo và các xe chuyên dụng được sử dụng trong hầuhết các ngành kinh tế quốc dân, để tăng năng suất lao động, xu hướng chungcủa thế giới là vận tốc chuyển động trung bình của xe Khi tăng vận tốc làmviệc kéo theo hàng loạt vấn đề kỹ thuật cần giải quyết trong đó hệ thốngphanh là một trong các hệ thống quan trọng nhất để bảo đảm an toàn chuyểnđộng cho người và cho máy

Hệ thống phanh trên ôtô máy kéo đã được nhiều nhà khoa học, cáchãng sản xuất quan tâm và đầu tư nhiều công sức và tài chính đề hoàn thiện

cả về kết cấu cũng như nguyên lý làm việc

Hiện nay hầu hết ôtô máy kéo hiện đại đã trang bị hệ thống phanh dẫnđộng thủy lực hoặc dẫn động khí nén thay thế cho hệ thống phanh dẫn độngbằng cơ học Các hệ thống phanh dầu hay phanh khí nén đã tạo ra các lựcphanh khá lớn mặc dù lực tác động của người lái lên bàn đạp phanh khônglớn Tuy nhiên khi phanh khẩn cấp lực phanh hay mômen phanh trên các bánh

xe có thể vượt quá lực bám của bánh xe với mặt đường, trong các trường hợpnày, bánh xe sẽ bị trượt lê Hiện tượng trượt lê của bánh xe khi phanh khôngchỉ làm tăng quãng đường phanh, mà nếu diễn ra ở bánh hướng dẫn sẽ làmmất khả năng điều khiển, tính năng chuyển động ổn định về hướng của xe khiphanh bị giảm và có thể dẫn đến xoay thân xe và lật đổ xe Để khắc phục hiệntượng bó cứng bánh xe khi phanh cũng như hiện tượng trượt quay của bánh

xe khi khởi hành và tăng tốc, trên hầu hết ôtô chế tạo những năm gần đây đềutrang bị bộ phận trống bó cứng bánh xe khi phanh hay còn tắt là ABS làmviệc thích hợp với bộ phận trống trượt quay bánh xe chủ động khi khởi hành

và tăng tốc gọi tắt là ASR Đây là hệ thống mới do đó đặc tính động lực học ô

tô trong quá trình phanh còn chưa được nghiên cứu đầy đủ cũng như đánh giáảnh hưởng của các thống số sử dụng đến chất lượng quá trình phanh của các

hệ thống phanh này

SVTH : Bùi Văn Nghĩa ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC1

Được sự phân công của khoa Cơ Điện, Bộ môn Động lực và sự giúp đỡcủa thầy Hàn Trung Dũng – Khoa Cơ điện – Trường đại học Nông nghiệp Hà

Nội, tôi đã lựa chọn đề tài: “Tìm hiểu quy trình bảo dưỡng sửa chữa hệ thống phanh trên xe ôtô INNOVA có trang bị hệ thống ABS”

1.2 Mục tiêu, phương pháp và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Tìm hiểu quá trình phanh ôtô trên đường thẳng với hệ số bám nhưnhau giữa các bánh khi có sự tác động của hệ thống ABS

- Phân tích đánh giá so sánh một số chỉ tiêu quan trọng của quá trìnhphanh với sự tác động của hệ thống ABS

- Đưa ra một số khuyến cáo để sử dụng hệ thống phanh hiệu quả, gópphần nâng cao an toàn giao thông

1.2.2 Phương pháp nghiên cứu

- Áp dụng các phương pháp lý thuyết về cơ học, toán học để xây dựng

mô hình nghiên cứu động lực học của xe khi phanh

- Sử dụng phương pháp mô phỏng số và phần mềm Matlab -Simulink để

mô phỏng tính chất động lực học của xe khi phanh

- Nghiên cứu thực nghiệm tiến hành đo một số thông số thực nghiệm đểđưa vào phần mềm xử lý dữ liệu để đánh giá phân tích kết quả

1.2.3 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

- Tìm hiểu quy trình bảo dưỡng sửa chữa hệ thống phanh co ABS trên

1.3 Đối tượng nghiên cứu của đề tài

Đề tài chọn đối tượng nghiên cứu là xe ôtô INNOVA của hãngTOYOTA sản xuất Các thông số cơ bản của xe được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật của xe INNOVA

7 Kích thước cơ bản dài x rộng x cao(mm) 4555x 1770 x1745

8 Khoảng cách tâm vệt hai bánh xe trước/sau,

Phanh - Lốp

2 TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH PHANH XE Ô TÔ

2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu hệ thống phanh trên ô tô

2.1.1 Nhiêm vụ quá trình phanh

Quá trình phanh ô tô là quá trình tạo ra lực cản chuyển động, làm giảmvận tốc đến giá trị mong muốn hoặc đến khi ô tô dừng hẳn Hoặc giúp ô tô cóthể đúng yên trên dốc Nói chung trên ô tô máy kéo cũng như nhiều thiết bị

SVTH : Bùi Văn Nghĩa ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC3

máy móc khác khác người ta thường sử dụng lực ma sát sinh ra ở cơ cấuphanh Trên ô tô lực ma sát sẽ tạo ra mô men cản chuyển động quay các bánh xe.

Xét theo góc độ biến đổi năng lượng, quá trình phanh là quá trình biếnđổi động năng chuyển động của ô tô thành nhiệt năng sinh ra tại các bề mặt

ma sát như giữa má phanh với các đĩa ma sát, với trống phanh hay tại bề mặt

ma tiếp xúc giữa lốp xe với mặt đường, giữa các phần tử vật liệu chế tạo bánh

xe Chính vì vậy, để hệ thống phanh hoạt động hiệu quả nó phải thoả mãn mộtloạt các yêu cầu riêng

2.1.2 Các yêu cầu đối với hệ thống phanh

- Khả năng tích nhiệt của hệ thống phanh Đấy là khả năng hệ thống

phanh có thể biến đổi động năng chuyển động của ô tô thành nhiệt năng vàthải vào môi trường xung quanh Như vậy, để hệ thống phanh hiệu quả thì quátrình nhiệt phải đảm bảo nhiệt tực là nhiệt độ bề mặt ma sát luôn trong điềukiện tốt, muốn vậy thì quá trình tản nhiệt phải thuận lợi Các chi tiết ma sátphải có khả năng dẫn nhiệt cao, vật liệu chế tạo má phanh phải có cơ lý tính

ổn định ở nhiệt độ cao

- Yêu cầu về thời gian chậm tác dụng: Một thực tế là khi phanh thì bao

giờ cũng có quá trình trễ một khoảng thời gian khi người lái bắt đầu tác dụngvào cơ cấu điều khiển đến khi bắt đầu xuất hiện lực phanh Sự trễ thời giantác động xẩy ra với mọi hệ thống dẫn động cơ học, thuỷ lực, khí nén, điện.Tuy nhiên, với mỗi nguyên lý thì thời gian trễ là khác nhau Nguyên nhân trễ

do khe hở giữa các mối ghép cơ khí, sự thiếu dầu trong dường ống và nguyênnhân cơ bản do biến dạng dàn hồi và quá trình quán tính Thời gian trễ tácdụng lớn sẽ làm giảm an toàn quá trình phanh Vì vậy, trong thiết kế chế tạo

- Yêu cầu về lực bám trong quá trình phanh Đây là yêu cầu tận dụng

khẳ năng bám của ô tô với mặt đường lực phanh lớn nhất khi có trị số dạt lựcbám Pp= P Nếu lực phanh lớn hơn lực bám thi xe sẽ bị trượt lê

- Yêu cầu về ổn định của ô tô khi phanh và khả năng điều khiển của ô

tô Để đảm được yêu cầu này lực phanh phải đều giữa hai bánh xe chủ động

và các bánh xe không được bó cứng Yêu cầu này rất quan trọng vì khi thamgia giao thông xe thường vận hành với vận tốc lớn, khi cần phanh gấp nếu xẩy

ra mất điều khiển sẽ gây mất an toàn giao thông gây nguy hiềm tính mạng,các công trình ven đường và phương tiện khác cùng tham gia giao thông

- Yêu cầu về nhả phanh Yêu cầu này đòi hỏi quá trình phanh ô tô phải

kết thúc ngay khi người lái rời chân khỏi bàn đạp phanh Nếu quá trình nàykhông đáp ứng tốt thì các chi tiết truyền động cũng như hệ thống phanh phảichịu tải trọng rất lớn và có thể dẫn đến các hư hỏng

2.1.3 Phân loại phanh

Người ta phân loại các hệ thống phanh như sau:

a Theo công dụng của hệ thống phanh:

- Phanh dừng: dung để giảm tốc độ chuyển động và dừng xe khi cầnthiết (còn gọi là phanh bánh vì nó được bố trí ở các bánh xe)

- Phanh tại chỗ: dung để giữ cho xe, máy đứng yên trên đường, kể cảtrên dốc, thường bố trí ở hệ thống truyền lực

- Phanh phụ trợ: để giữ ổn định tốc độ hoặc để điều chỉnh tốc độ ( phanhđộng cơ)

- Phanh an toàn: sử dụng để dừng xe, máy khi hệ thống phanh bị hỏng,mất khả năng phanh

b Theo cấu tạo bộ phận tạo ma sát:

- Phanh dải

- Phanh guốc

- Phanh đĩa

Bảng phân loại hệ thống phanh:

SVTH : Bùi Văn Nghĩa ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC5

Tiêu chí phân loại Các loại phanh

Mục đích sử dụng Hệ thống phanh chính (phanh chân)

Hệ thống phanh phụ (phanh tay)

Hệ thống phanh hãm

Hệ thống phanh tự độngMôi chất và cách

năng lượng cho hệ

thống phanh

Hệ thống phanh không có trợ lực

Hệ thống phanh có trợ lực

Hệ thống phanh quán tínhMức độ hoàn thiện Hệ thống phanh cơ bản

Hệ thống có điều hòa lực phanh

- Hệ thống phanh cơ khí – dung để dừng ô tô trên những đoạn đèo dốc,haygiữ cho ô tô cố định ở một vị trí nào đó trên đoạn đường thẳng mà không cần

sự tác động của người điều khiển hoặc dùng để giảm tốc độ hay dừng hẳn khiphanh chân bất ngờ bị mất tác động trong lúc ô tô đang di chuyển và phanhtay có thể kết hợp cùng với phanh chân cùng tác động để phanh ô tô khẩn cấpnhằm rút ngắn quảng đường phanh và thời gian phanh

- Hệ thống phanh thủy lực – Hệ thống phanh sử dụng chất lỏng (thường là

- Hệ thống phanh khí nén – Hệ thống sử dụng không khí tạo ra mô menphanh.

- Hệ thống phanh hãm – là hệ thống có chức năng giảm hoặc duy trì tốc độ

xe ở một trị số nhất định mà không cần dừng xe lai.Hệ thống phanh được sủdụng trong trường hợp xe chạy xuống dốc trong thời gian dài thay vì phải sửdụng hệ thống phanh chính nằm đảm bảo tình trạng kỹ thuật tốt cho hệ thốngphanh chính.Hệ thống phanh hãm thường sử dụng là phanh đĩa hoặc phanhthủy lực

- Hệ thống phanh tang trống và hệ thống phanh đĩa – Hệ thống phanh tangtrống là hệ thống được trang bị cơ cấu phanh kiểu tang trống

- Hệ thống phanh có trợ lực và hệ thống phanh không có trợ lực – Hệ thốngphanh không có trợ lực:toàn bộ năng lượng cần thiết để tạo ra lực phanh là dongười lái xe phát ra Hệ thống phanh có trợ lực:chỉ một phần năng lượng cầnthiết để tạo ra phanh là xuất phát từ người lái,phần còn lại do bộ trợ lực tạora,đa phần ô tô hiện nay đều được trang bị hệ thống phanh có trợ lực

- Hệ thống phanh có điều hòa lực phanh – phanh có bộ điều hòa lực phanh

là hệ thống phanh mà áp suất trong dẫn động có bộ điều chỉnh nhằm tận dụngtrọng lượng bám khi tải trên các bánh trước và các bánh sau thay đổi,điềuchỉnh đó nhờ bộ điều hòa lực phanh

- Hệ thống phanh chống trượt lê – Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh

xe là hệ thống phanh có nhiệm vụ ngăn cản sự trượt lết của bánh xe giữ chocác bánh xe không bị hãm cứng trong quá trình phanh Ngày nay hệ thốngABS được sử dụng,trang bị hầu hết trên các ô tô hiện đại đời mới các ô tô cótính năng cao và một số ô tô 12 chỗ,hệ thống phanh ABS tuy giá thành caonhưng hiệu quả nên khá thông dụng

2.1.4 Các bộ phận chính của hệ thống phanh ô tô

Hệ thống phanh ô tô được cấu tạo từ những bộ phận sau:

- Bộ phận điều khiển phanh

SVTH : Bùi Văn Nghĩa ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC7

- Bộ phận cung cấp năng lượng phanh

- Dẫn động phanh

- Cơ cấu phanh

Ngoài ra trên một số ô tô kéo rơ móc, hệ thống phanh còn được trang bị bộphận phụ trợ điều khiển phanh trên rơ móc

a Bộ phận điều khiển phanh:

Bàn đạp phanh và phanh tay

b Bộ phận cung cấp năng lượng phanh

Bộ phận cung cấp năng lượng phanh được bố trí trước dẫn động phanh.Nguồn năng lượng cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình phanh Trongtrường hợp hệ thống phanh khí nén thì nguồn cung cấp năng lượng là nguồncung cấp cho máy nén không khí, trong trường hợp hệ thống phanh không cótrợ lực thì nguồn cung cấp năng lượng chính là lái xe

c Bộ phận Dẫn động phanh:

Dẫn động phanh bằng cơ cấu cơ học : hệ thống phanh là hệ thống kéo vàđòn dung để truyền lực từ tay kéo phanh hoặc bàn đạp phanh trên buồng lái

cơ cấu phanh

Dẫn động phanh bằng thủy lực: Hệ thống Gồm có xi lanh bớm chính, xilanh bánh xe va hệ thống các ống nối liên hệ chúng với nhau

Hệ thống dẫn động phanh bằng thủy lực được nạp đầy chất lỏng đặc biệt vàđảm bảo kín tuyệt đối để không khí không lọt vào được

Trong hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén lực điều khiển phanh đượctruyền bởi không khí nén (0,6 – 0,8 Mpa).Để tạo lực phanh hổ trợ người tadùng các bộ phận tăng lực loại chân không,loại thủy lực,loại khí nén và loạichân không thủy lực

Dẫn động bằng khí nén:

Trong hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén lực điều khiển phanh đượctruyền bởi không khí nén (0,6 – 0,8 Mpa).Để tạo lực phanh hổ trợ người ta

dùng các bộ phận tăng lực loại chân không,loại thủy lực,loại khí nén và loạichân không thủy lực.

Hệ thống khí nén gồm các cụm chính sau: máy khi nén, bộ phận điều chỉnh

áp suất không khí, khóa điều khiển và buồng phanh Để tạo lực phanh hỗ trợ ,người ta dung các bộ phận tăng lực loại chân không, loại thủy lực , loại khínén và loại chân không thủy lực

d Cơ cấu phanh: Là bộ phận có chức năng trực tiếp tạo ra lực phanh

Nguyên lý hoạt động chung của cơ cấu phanh là tạo ra ngoại lực có tác

dụng cản chuyển động của ô tô trong quá trình phanh trên cơ bản các nguyên

lý ma sát, thủy lực

Căn cứ vào nguyên lý tạo mô men phanh có thể phân biệt:

- Cơ cấu phanh ma sát

- Cơ cấu phanh thủy lực

Căn cứ vào cách lien kết tạo ma sát:

- Cơ cấu phanh tang trống

- Cơ cấu phanh đĩa

2.2 Sự biến đổi hệ số bám giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh.

2.2.1 Vai trò hệ số bám trong quá trình phanh ô tô [4,10]

Như phần trên đã trình bầy, trong quá trình ô tô để có hiệu quả cần phảitạo ra một lực phanh (lực cản) lớn nhất giữa bánh xe với mặt đường

Ta biết rằng, khi bánh xe lăn

không trượt trên mặt đường thì lực

40 60 80

S(m)

φ=0.3 φ=0.5

φ=0.7 100

9

Ppmax =Z.

Công thức trên cho thấy vai trò hệ số bám  trong quá trình phanh ô tô Hệ số

 càng lớn hiệu quả phanh càng cao, điều này được thể hiện rõ trên hình 2.1

Bản chất vật lý của hiện tượng bám giữa bánh xe với mặt đường rấtphức tạp, luôn biến đổi và phụ thuộc vào đặc tính chuyển động của xe Vì lốp

xe được làm bằng cao su có tính đàn hồi cao nên dưới tác dụng của tải trọngtheo phương thẳng đứng tại vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường cácphần tử cao su bị biến dạng Điều này dẫn đến bán kính làm việc của bánh xetrong quá trình lăn không đồng nhất, ở vùng tiếp xúc bán kính bánh xe nhỏhơn so với bán kính thật khi bánh xe không chịu tải trọng Do đó, vận tốc dàitại các điểm trên vòng tròn ngoài của bánh xe khác nhau, chúng tỷ lệ thuậnvới bán kính động học tại khu vực tiếp xúc, tại vùng tiếp xúc vận tốc dài nhỏhơn tại các vị trí khác Vận tốc dài của các điểm trên mặt ngoài của lốp sẽgiảm dần khi đi vào vùng tiếp xúc và tăng dần khi ra khỏi vung tiếp xúc

Như vậy, trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường luôn có sựbiến thiên vận tốc.sự biến dạng theo phương tiếp tuyến trên mặt ngoài của lốpgây ra hiện tượng trượt đàn hồi của bánh xe trong quá trình lăn Mức độ trượt

xe tăng lên khi tải trọng theo phương tiếp tuyến hay mô men phanh tăng lên

và đến giá tri nào đó sẽ xẩy ra hiện tượng trượt lê Khi đó bánh xe sẽ bị bó cứng

Tính chất ma sát trong vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường rấtphức tạp, nó phụ thuộc vào trạng thái đôi bề mặt tiếp xúc và trạng thái lăn củabánh xe Nếu trạng thái tiếp xúc giữa mặt đường và bánh xe là khô thi ta có

ma sát khô, khi mặt đường ướt ta có ma sát uớt và trong trường hợp này hệ số

ma sát giảm đi đáng kể Khi bánh xe bị bó cứng trên mặt đường cơ chế tác

Hình2.1 Sự phụ thuộc giữa quãng đường phanh, vận tốc phanh và hê số bam φ

động qua lại giữa bánh xe và mặt đường có sự thay đổi về bản chất, lúc này

ma sát tiếp xúc hoàn toàn là ma sát trượt thuần tuý

Thực nghiệm cho thấy hệ số ma sát trượt nhỏ hơn hệ số ma sát nghỉ khánhiều và càng nhỏ hơn nhiều so với hệ số bám Điều này suất phát từ đườngcong biến dạng của vật liệu Qua đó cho phép giải thích hiện tượng thực tếsau: Với cùng một loại đường và khả năng tạo ra lực phanh như nhau tìnhtrạng lốp xe như nhau thì ở các xe trong quá trình phanh mà các bánh xekhông bị trượt lê quãng đường phanh nhỏ hơn so với các xe trong quá trìnhphanh mà các bánh xe bị trượt lê hoàn toàn Quãng đường phanh nhỏ cònđược giả thích: Khi bánh xe lăn một phần động năng tiêu hao cho biến dạnglốp và tiêu hao do sự chuyển động của dòng khí nén bên trong lốp Khi bánh

xe còn chuyển động quay thì trong các gối đỡ trong hệ thống tồn tại mô men

ma sát Còn nếu bánh xe bị trượt lê thì phần năng lượng chủ yếu làm mài mònlốp ở vùng tiếp xúc, điều này làm giảm tuổi thọ lốp

2.2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến khả năng bám giữa bánh xe với mặt đường.

Các công trình nghiên cứa của các tác giả [ 5,11,10] đã chỉ ra rằng trị

số cụ thể của hệ số bám phụ thuộc vào rất nhân tố khác nhau và để thuận tiệnnghiên cứa người ta chia các nhân tố ra làm hai nhóm chính

Nhóm 1: Các nhân tố mà mức độ ảnh hưởng tới hệ số bám ít thay đổi

trong quá trình phanh Có thể xếp các nhân tố sau thuộc loại này: Loại đường,trạng thái mặt đường, kết cấu và tình trạng lốp, ảnh hưởng của các nhân tốnày đã được nghiên cữu kỹ bằng thực nghiêm Các kết quả nghiên cứu thườngđược công bố dưới dạng bảng hoặc đồ thị

Nhóm 2: Là nhóm bao gồm các nhân tố mà mức độ ảnh hưởng của nó

tới hệ số bám biến đổi trong quá trình phanh Các nhân tố này bao gồm: Vậntốc chuyển động của xe sự phân bố lại tải trọng tác dụng lên các bánh xetrong quá trình phanh, độ trượt của bánh xe trong quá trình phanh

SVTH : Bùi Văn Nghĩa ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC11

Hình 2.3 Sự phụ thuộc của hệ số bám φ vào độ nhám mặt đường δ

0.2 0.4 0.6 0.8

Hình 2.2 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào áp suất lốp

Trong hai đồ thị dưới đây ta sẽ thấy được sự phụ thuộc của hệ số bámvào áp suất lốp và độ nhám của mặt đường

Như đã nêu ở trên hệ số bám φ phụ thuộc chính vào loại đường và tìnhtrạng mặt đường, sự phụ thuộc này thể hiện qua hệ số bám trung bình như sau:

Bảng 2.1 Hệ số bám trên các loại đường [4]

Đường bê tông nhựa và đường bê tông đá dăm

- Mặt đường khô

- Mặt đường ướt

0.7- 0.8 0.4- 0.3 Đường đá dăm

- Mặt đường khô

- Mặt đường ướt

0.6- 0.7 0.3- 0.5 Đường đất

- Mặt đường khô

- Mặt đường ướt

0.5- 0.6 0.2- 0.4

40 60

100

80

Hình 2.5 Sự phụ thuộc của hệ số bám vào vận tốc

2.2.3 Sự biến đổi của hệ số bám dọc φtb x theo vận tốc chuyển động

SVTH : Bùi Văn Nghĩa ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC13

Từ hình 2.6 cho thấy sự phụ thuộc giữa hệ số bám dọc φx vào các giá trịvận tốc V, Tuy nhiên, để có thể thấy rõ hơn ta căn cứ vào các số liệu của giáo

sư Potlich E.G và giáo sư Ilarionop B.A khi tiến hành thực nghiệm nghiêncứu sự thay đổi của hệ số bám φx phụ thuộc vào hai nhân tố độ trượt δ, vậntốc V [14]

Bảng 2.2 Phụ thuộc của hệ số bám φ x vào tốc độ chuyển động V (trị số %

so với giá trị hệ số bám ban đầu)

-2.3.4 Sự phụ thuộc hệ số bám φtb theo độ trượt δ

Trong một số trường hợp nghiên cứu, để đơn giản quá trình tính toán tathường bỏ qua sự thay đổi hệ số bám vào độ trượt Tuy nhiên, trong thực tế độtrượt thay đổi thì hệ số bám thay đổi rất lớn Bản chất vật lý của hiện tượngrất phức tạp nó liên quan đến quá trình biến dạng của vật liệu lốp xe, biến dạng nềnđường Người ta thường xác định mối quan hệ này bằng thực nghiệm

Ngoài ra, để thuận lợi trong nghiên cứu tính chất động lực học khi phanh cầnbiểu diễn quan hệ ϕ= f(δ) bằng giải tích Quá trình trượt lê bánh xe trên mặtđường khi phanh tương tự như quá trình ma sát giữa hai vật thể, vì vậy có thểbiểu diễn quan hệ ϕ= f(δ) theo Coraghenski như sau:

ϕ=(a+b.δ ).e−cδδ

có mối quan hệ giải tích như sau: ϕ=(−0.5961+7 0001δ ).e−5 δ+0.0961

SVTH : Bùi Văn Nghĩa ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC15

Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh (ABS):

1- Ống nối đến xylanh phanh chính; 2-Bơm trả về; 3-Buồng tích áp; 4-Van điện từ (Senoide); 5-Máy tính; 6-Cảm biến tốc độ; 7-Mâm phanh; 8-Trục bánh xe; 9-Má phanh; 10-Đĩa phanh; 11-Rãnh tản nhiệt.

2.3 Hệ thống điều khiển phanh bằng điện tử (ABS)

2.3.1 Nhiệm vụ và ý nghĩa của ABS

Hệ thống phanh dẫn động bằng khí nén và thủy lực hiện nay đã đáp ứng cácyêu cầu của hệ thống phanh trong trường hợp phanh bình thường, tuy nhiênkhi các lái xe cần dừng ôtô khẩn cấp, các bánh xe có thể bị bó cứng vì lựcphanh quá lớn do đạp phanh đột ngột Khi đó quãng đường phanh cũng nhưthời gian phanh đều tăng lên, ôtô bị trượt lết trên đường, khả năng điều khiển

về lái có thể bị mất hoặc hiệu quả thấp dẫn đến các tai nạn không lường trướcđược Hệ thống ABS được phát minh và ứng dụng đầu tiên trên các bánh xecủa các phương tiện bay vào những năm 1970, về sau vào những năm 1980 hệ

thống này đã ứng dụng cả trên các phương tiện tự hành Nguyên tắc hoạt độngcủa nó được thể hiện trên hình 2.7

Khi một bánh xe nào đó bị phanh cứng, áp lực trong xylanh phanh bánh

xe đó phải được giảm đi Việc giảm lực phanh ở các hệ thống phanh thôngthường được tiến hành nhờ giảm áp suất trong các xylanh phanh bánh xe hayđóng bớt đường dẫn khí nén đến các buồng phanh bánh tức thời nhờ điềukhiển tổng van Để thực hiện việc đó người lái xe có thể tiến hành "nhồi" bànđạp phanh trong khi phanh, tuy nhiên việc "nhồi" bàn đạp phanh như vậy chỉthực hiện được đối với những lái xe kinh nghiệm và cũng chỉ thực hiện được1÷2 lần/giây Khi đó lực phanh có thể giảm nhưng lại giảm ở tất cả các bánh

xe được phanh, cả ở bánh bị bó cứng cũng như bánh chưa bị bó cứng Vì vậychất lượng phanh không tốt và đặc biệt là người lái vẫn không kiểm soát đượctình trạng bó cứng bánh xe khi phanh Chỉ có điều khiển điện tử quá trình phanh,hiện tượng bó cứng bánh xe khi phanh, cũng như điều khiển lực phanh tối ưu mới

có thể thực hiện được

Theo sơ đồ trên hình 2.5 ta thấy, khi có hiện tượng bó cứng bánh xe khiphanh, các cảm biến (sensor) tốc độ 6 sẽ báo tín hiệu dạng xung điện từ vềthiết bị điều khiển trung tâm (ECU), Máy tính sẽ xử lý số liệu và đưa ra cáctín hiệu đến các thiết bị chấp hành Trong các bộ chấp hành một van điện từđược kích hoạt sẽ mở thông xylanh phanh bánh xe đến bộ tích áp để làm giảm

áp suất phanh trong xylanh phanh, dẫn đến giảm lực phanh, đồng thời mộtmôtơ cũng được kích hoạt để vận hành bơm dầu hút và đẩy dầu trở về đườngđẩy của hệ thống phanh

SVTH : Bùi Văn Nghĩa ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC17

Nhờ tác động rất nhanh của máy tính, tần số đóng mở van điện

từ có thể đạt được từ 15÷30 lần /giây, do đó áp lực phanh trong xylanh phanh hay lực phanh trên các bánh xe được phanh luôn có giá trị tối ưu, gần với giá trị lực phanh làm bó cứng bánh xe Việc điều khiển diễn ra hoàn toàn tự động, không phụ thuộc vào ý định của người lái Hệ thống có thể điều khiển từng bánh xe riêng biệt bằng kênh điều khiển 4x4 hoặc điều khiển từng cặp hai bánh xe chéo nhau hoặc cùng trên một cầu 4x2, 2x4… tùy theo các phương

án lựa chọn Để tản nhiệt nhanh cho đĩa phanh, trên vành phía ngoài của đĩa phanh người ta tiện các rãnh làm tăng diện tích tiếp xúc với không khí, hai mặt bên của đĩa được gia công và mài phẳng để tiếp xúc với hai má phanh, các má phanh thường làm bằng vật liệu bán kim loại (hợp chất gốm-kim loại) để tăng hệ số ma sát và khi mòn thì chỉ thay má phanh, mà không cần thay đĩa phanh.

Phía bên trong giá bắt má phanh có lắp xylanh phanh bánh xe, xylanh này bị che khuất trên hình vẽ, xylanh được nối với ống dầu tới van điện từ của bộ phận chống bó cứng bánh xe ABS Tùy theo từng hãng sản xuất và từng đời xe mà máy tính có những chức năng riêng, cũng như phướng án lắp ABS khác nhau, tuy nhiên nguyên tắc hoạt động của chúng là giống nhau.

2.3.2 Các bộ phận chính trong hệ thống ABS

Hầu hết các hệ thống ABS đang dùng hiện nay trên ôtô phần lớn được

chế tạo bởi ba nhà chế tạo là: Bosch, ITT Teves và Kelsey-Hayes Hệ thống

ABS do các hãng khác nhau có khác nhau về cấu tạo cụ thể cũng như về sốlượng các kênh điều khiển, tuy nhiên về nguyên tắc một hệ thống ABS đềugồm các bộ phận chính sau:

Xylanh chính và bộ trợ lực thủy lực; Môdun điều khiển điện tử; Bộ cảm

biến tốc độ bánh xe; Van solenoid (van điện từ); Bơm và bộ tích áp cùng hệthống ống dẫn Xylanh phanh chính và bộ trợ lực thủy lực có cấu tạo tương tựnhư các hệ thống phanh với dẫn động bằng thủy lực thông thường

Bộ cảm biến tốc độ bánh xe là bộ phận cảm ứng điện từ được lắp trong các

bánh xe, chúng liên kết với môdun điều khiển trung tâm bằng dây dẫn, vàtrong quá trình xe chạy luôn gửi tín hiệu điện áp đến ECU

Khối điều khiển điện tử là máy tính nhỏ (microcomputer) nó chứa hai bộ vi xử

lý đồng nhất với những chương trình lập sẵn Mỗi bộ vi xử lý sẽ thực hiện cácchức năng đa dạng, nó kiểm tra liên tục sự hoạt động của hệ thống, xử lý dữliệu nhập vào, so sánh với các dự liệu trong bộ vi xử lý khác để đưa ra các tínhiệu đến các bộ phận chấp hành một cách chính xác và tức thời

Van Solenoid là một van điện từ gồm một cuộn dây, được kích hoạt

nhờ máy tính điều khiển trung tâm, khi van hoạt động làm một con trượt dịchchuyển, con trượt có ba vị trí: Cung cấp dầu đến xylanh phanh bánh xe, giữnguyên áp suất trong xylanh phanh bánh và giảm áp suất trong xylanh bằngcách nối thông xylanh phanh bánh xe với bộ tích áp

SVTH : Bùi Văn Nghĩa ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC19

Bơm trả về dùng để bơm dầu từ buồng tích áp trở ngược lại đường đẩy

cho hệ thống, để tiếp tục cung cấp dầu vào xylanh phanh bánh, bơm đượckích hoạt khi nhận được tín hiệu từ bộ điều khiển trung tâm Bộ tích áp là mộtbuồng kín trong đó có màng và lò xo, khi van điện từ nối thông xylanh phanhbánh xe với bộ tích áp, dầu từ xylanh phanh truyền đến bộ tích áp để giảm ápsuất trong xylanh phanh bánh, sau đó dầu từ bộ tích áp lại được bơm, bơm trở

về đường đẩy của hệ thống phanh

2.3.3 Nguyên tắc làm việc của ABS

Ở trạng thái không phanh, người lái không tác động vào bàn đạp phanh,van điện từ chưa được kích hoạt, con trượt do van điện từ dưới tác dụng của

lò xo đẩy xuống vị trí thấp nhất, tương ứng với vị trí rãnh ngang trên con trượttrùng với đường dầu nạp vào xylanh phanh bánh xe (hình 2.8a) Khi đó, nếuphải phanh xe, người lái đạp lên bàn đạp phanh, đầu tiên hệ thống làm việcnhư một hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực bình thường, dầu có áp suất

do xylanh chính tạo ra, theo hệ thống ống dẫn đến van điện từ, rồi theo rãnhphân phối của van lúc này đang trùng với rãnh dầu dẫn đến xylanh phanhbánh xe, làm bộ phận phanh bánh xe hoạt động, thực hiện phanh bánh xe lại.Khi tốc độ góc của bánh xe được phanh giảm đến một giá trị nhất định, lựcphanh tăng đến lực phanh tối ưu, ngay sau đó máy tính kích hoạt van điện từhút con trượt lên vị trí như hình 2.8 Con trượt ngăn xylanh phanh bánh xekhỏi hệ thống đường dầu chung, giữ nguyên áp suất trong xylanh phanh bánh

xe, lực phanh cố định Vận tốc góc của xe vẫn tiếp tục giảm nhanh

Khi tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe gửi thông tin về tốc độ góccủa bánh xe được phanh gần bó cứng, máy tính kích hoạt van điện từ làm nốithông xylanh phanh bánh xe với buồng tích áp, áp suất trong xylanh phanhbánh xe giảm xuống cùng với sự giảm áp suất của dầu phanh trong xylanhphanh bánh, lực phanh và tốc độ góc của bánh xe lại tăng lên (hình 2.8c) Khitốc độ góc của bánh xe tăng tới giá trị đã lập trình trong bộ xử lý trung tâm,máy tính lại kích hoạt van điện từ nối thông đường cấp dầu đến xylanh phanhbánh xe, dầu từ đường đẩy của tổng phanh lại được dẫn đến xylanh phanhbánh xe làm tăng áp suất trong xylanh phanh bánh, lực phanh lại tăng lên vàvận tốc bánh xe lại giảm đi (hình 2.8d)

Quá trình cứ lặp lại liên tục nhiều lần trong một giây, cho đến khi hiệntượng bó cứng bánh xe không còn nữa Trong suốt thời gian phanh, người lái

xe không cần điều khiển gì khi đạp phanh, mà hiệu quả phanh vẫn đạt tốtnhất Trong quá trình phanh, môtơ được kích hoạt từ bộ điều khiển trung tâm,

nó hoạt động và thông qua bánh lệch tâm truyền động cho bơm trả về hút dầuthoát ra từ xylanh phanh bánh và bộ tích áp để hồi lại cho mạch dầu cung cấp

từ xylanh phanh chính, vì vậy áp lực của dầu do người lái đạp lên bàn đạpphanh luôn được duy trì cố định

SVTH : Bùi Văn Nghĩa ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC21

Khi dừng tác động lên bàn đạp phanh, công tắc phanh gửi tín hiệu đến bộ điềukhiển trung tâm, cuộn dây của van điện từ không được kích hoạt, con trượtdịch chuyển về vị trí ban đầu, dầu trong xylanh phanh bánh hồi về xylanhphanh chính, quá trình phanh kết thúc

Mỗi khi xe làm việc tức là bộ đánh lửa làm việc hoặc khóa điện đặt ở vị trí

ON, khi đó bộ vi xử lý luôn gửi các tín hiệu điện áp đến các bộ phận trong hệ

thống như solenoid, bơm dầu phản hồi v.v Khi không phanh, các tín hiệu

điện áp này nhỏ để không làm cho các cơ cấu đó hoạt động, bất cứ có sự bấtthường nào trong hệ thống, bộ vi xử lý sẽ so sánh với dữ liệu của chúng trong

bộ nhớ chỉ đọc, và máy tính sẽ vô hiệu hoá chế độ chống bó cứng bánh xe,chuyển hệ thống phanh với điều khiển ABS sang chế độ làm việc bình thườngnhư hệ thống phanh không có ABS và đèn báo lỗi được bật sáng

Các tiêu chuẩn chất lượng điều chỉnh

Các hệ thống ABS cần thực hiện các tiêu chuẩn chất lượng như sau:

 Giữ ổn định chuyển động nhờ chuẩn bị đủ lực dẫn bên ở các bánh sau

 Giữ khả năng lái nhờ chuẩn bị đủ lực dẫn bên ở các bánh trước

 Giảm đoạn đường phanh nhờ tận dụng tối ưu lực bám giữa bánh xe vàmặt đường

 Thích ứng nhanh áp suất phanh với các giá trị độ bám khác nhau

SVTH : Bùi Văn Nghĩa ĐHKT-Cơ Khí k2 ĐH HỒNG ĐỨC

Hình 2.8 Các trạng thái điều chỉnh áp suất dầu phanh:

c) Thời điểm ABS mở thông xylanh phanh bánh xe với bộ tích áp; d) ABS lại nối

thông rãnh đẩy tới xylanh phanh bánh xe

23

 Đảm bảo biên độ điều chỉnh nhỏ của mô men phanh để tránh dao động

hệ thống di động

2.4 Cấu tạo hệ thống chống bó cứng bánh xe(ABS) trên xe INNOVA.

Cấu tạo cơ bản hệ thống phanh ABS trên xe INNOVA đời 2006 vềnguyên lý chung không có gi khác về căn bản so với các dòng xe khác Haibánh trước được trạng bị phanh đĩa, hai bánh sau phanh trống, điều khiểnABS bốn kênh độc lập 4x4 Các cảm biến tốc độ quay theo nguyên lý cảmứng điện từ không tiếp xúc được lắp cả bốn bánh Trong đường dầu thuỷ lực

có các van chuyển mạnh đóng mở điều khiển điện sau Van chuyển mạnh trợlực phanh đuợc điều khiện điện từ Van giữ có nhiệm vụ tăng và duy trì ápsuất phanh Khi bắt đầu phanh van ở trạng thái mở mở dầu đi đến xylanhphanh ép các đĩa các ma sát Khi van đóng lại áp lực dầu sẽ được duy trì Vangiảm áp van có hai cửa ra một của nối với đường dầu áp suất cao của xylanh

ép, một đường về thùng Như vậy, khác với một số hệ thống dùng van chuyểnmạnh 3 trạng thái ba đầu mối có nhiệm vụ vừa tăng áp, duy trì áp xuất, giảm

áp, hệ thống ABS trên xe INNOVA sử dụng van chuyển mạch hai vị trí đượcđiều khiển đóng mở độc lập và không có bầu tích áp Ngoài tra, trong đườngdầu chính có cảm biến áp suất luôn giám sát áp lực dầu và gửi thông tin vềECU để điều khiển bơm

2.5 Cân bằng năng lượng trong quá trình phanh.

Trong quá trình phanh mô men ma sát của cơ cấu phanh sinh ra nhằmcản trở chuyển động quay quán tính của bánh xe Trên quan điểm năng lượngthì đó là qúa trình biến động năng của ô tô thành nhiệt năng của cơ cấu phanh.Phần nhiệt năng này sẽ phân tán vào môi trường xung quanh Nếu nhiệt độtrên bề mặt và trong lòng các cặp ma sát vượt qua giá trị chó phép thì tính chất qua trình ma sát sẽ thay đổi điều này làm thay đổi chất lương hệ thốngphanh Chính vì vậy việc nghiên cứu chế độ làm việc, sự cân bằng năng lượng