Chương 3 HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG (ANTILOCK BRAKING SYSTEM - ABS)

Chương HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG (ANTILOCK BRAKING SYSTEM - ABS) Giới thiệu hệ thống phanh Để giảm tốc độ xe chạy dừng xe, cần thiết phải tạo lực làm cho bánh xe quay chậm lại Khi người lái đạp bàn đạp phanh, cấu phanh tạo lực (phản lực mặt đường) làm cho bánh xe dừng lại khắc phục lực (quán tính) muốn giữ cho xe tiếp tục chạy, làm cho xe dừng lại Nói khác đi, lượng (động năng) bánh xe quay chuyển thành nhiệt ma sát (nhiệt năng) cách tác động lên phanh làm cho bánh xe ngừng quay Hệ thống phanh sử dụng xe chạy hệ thống phanh chân Có loại phanh kiểu tang trống phanh đĩa, thường điều khiển áp suất thuỷ lực Hệ thống phanh đỗ xe sử dụng đỗ xe Hệ thống phanh đỗ xe tác động vào phanh bánh sau qua dây kéo để xe không dịch chuyển Một hệ thống phanh thông thường gồm có phận hình vẽ Hình 1: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh - Xi lanh phanh Xi lanh cấu chuyển đổi lực tác động bàn đạp phanh thành áp suất thuỷ lực Hiện nay, xi lanh kiểu hai buồng có hai piston tạo áp suất thuỷ lực đường ống phanh hai hệ thống Sau áp suất thuỷ lực tác động lên phanh đĩa xi lanh phanh phanh kiểu tang trống Bình chứa dùng để loại trừ thay đổi lượng dầu phanh nhiệt độ dầu thay đổi Hình 2: Xi lanh Bình chứa có vách ngăn bên để chia bình thành phần phía trước phía sau thể hình bên trái Thiết kế bình chứa có hai phần để đảm bảo mạch có cố rò rỉ dầu, mạch để dừng xe Cảm biến mức dầu phát mức dầu bình chứa thấp mức tối thiểu sau báo cho người lái đèn cảnh báo hệ thống phanh Khi ta đạp lên bàn đạp phanh, xi lanh biến đổi lực đạp thành áp suất thuỷ lực Vận hành bàn đạp dựa vào nguyên lý đòn bẩy, biến đổi lực nhỏ bàn đạp thành lực lớn tác động vào xi lanh Theo định luật Pascal, lực thuỷ lực phát sinh xi lanh truyền qua đường ống dẫn dầu phanh đến xi lanh phanh riêng biệt Nó tác động lên má phanh để tạo lực phanh Áp suất bên tác động lên dầu chứa không gian kín truyền đồng phía Áp dụng nguyên lý vào mạch thuỷ lực hệ thống phanh áp suất tạo xi lanh truyền đến tất xi lanh phanh Khi đạp bàn đạp phanh, lực đạp truyền qua cần đẩy vào xi lanh để đẩy piston xi lanh Lực áp suất thuỷ lực bên xi lanh truyền qua đường ống dầu phanh đến xi lanh phanh Hoạt động bình thường (1) Khi không tác động vào phanh Các cúppen piston số số đặt cửa vào cửa bù tạo đường xi lanh bình chứa Piston số lò xo hồi số đẩy sang bên phải, bu lông chặn không cho xa Hình 3: Xi lanh chưa hoạt động (2) Khi đạp bàn đạp phanh Piston số dịch chuyển sang bên trái cúppen piston bịt kín cửa bù để chặn đường xi lanh bình chứa Khi piston bị đẩy thêm, làm tăng áp suất thuỷ lực bên xi lanh áp suất tác động vào xi lanh phanh phía sau Vì áp suất đẩy piston số 2, nên piston số hoạt động giống hệt piston số tác động vào xi lanh phanh bánh trước Hình 4: Xi lanh đạp phanh (3) Khi nhả bàn đạp phanh Các piston bị đẩy trở vị trí ban đầu chúng áp suất thuỷ lực lực lò xo phản hồi Tuy nhiên dầu phanh từ xi lanh phanh không chảy ngay, áp suất thuỷ lực bên xi lanh tạm thời giảm xuống (độ chân không phát triển) Do đó, dầu phanh bên bình chứa chảy vào xi lanh qua cửa vào, nhiều lỗ đỉnh piston quanh chu vi cúppen piston Sau piston trở vị trí ban đầu nó, dầu phanh chảy từ xi lanh phanh xi lanh chảy vào bình chứa qua cửa bù Cửa bù khử thay đổi thể tích dầu phanh xảy bên xi lanh nhiệt độ thay đổi Điều tránh cho áp suất thuỷ lực tăng lên không sử dụng phanh Hình 5: Xi lanh nhả bàn đạp phanh - Đường ống dẫn dầu phanh Nếu đường ống dẫn dầu phanh bị nứt dầu phanh rò rỉ ngoài, phanh không làm việc Vì lý này, hệ thống thuỷ lực phanh chia thành hai hệ thống đường dẫn dầu phanh Áp suất thuỷ lực truyền đến hai hệ thống từ xi lanh truyền đến cành phanh đĩa xi lanh phanh Sự bố trí đường ống dẫn dầu phanh xe FR khác xe FF Ở xe FR đường ống dầu phanh chia thành hệ thống bánh trước hệ thống bánh sau, xe FF sử dụng đường ống chéo Hình 6: Bố trí đường dẫn dầu phanh Vì xe FF, tải trọng tác động vào bánh trước lớn nên lực phanh tác động vào bánh trước lớn bánh sau Vì vậy, sử dụng đường ống dầu phanh xe FR cho xe FF lực phanh yếu hệ thống phanh bánh trước bị hỏng, người ta dùng hệ thống đường ống chéo cho bánh trước bên phải bánh sau bên trái hệ thống cho bánh trước bên trái bánh sau bên phải để hệ thống bị hỏng, hệ thống trì lực phanh định - Bộ trợ lực phanh Bộ trợ lực phanh cấu sử dụng độ chênh lệch chân không động áp suất khí để tạo lực mạnh (tăng lực) tỷ lệ thuận với lực ấn bàn đạp để điều khiển phanh Bộ trợ lực phanh sử dụng chân không tạo đường ống nạp (bơm chân không trường hợp động điêzel) Hình 7: Bộ trợ lực phanh - Phanh đĩa Phanh đĩa đẩy piston áp suất thuỷ lực truyền qua đường dẫn dầu phanh từ xilanh làm cho má phanh đĩa kẹp hai bên rotor phanh đĩa hãm lốp dừng quay Do đó, rotor phanh đĩa má phanh đĩa cọ vào nhau, phát sinh nhiệt ma sát Tuy nhiên, rotor phanh đĩa thân phanh để hở, nên nhiệt ma sát sinh dễ bị tiêu tán Hình 8: Phanh đĩa - Phanh trống Phanh trống làm lốp ngừng quay áp suất thuỷ lực truyền từ xilanh đến xilanh phanh để ép guốc phanh vào trống phanh, trống quay với lốp Khi áp suất đến xilanh phanh bánh xe không xuất hiện, lực lò xo phản hồi đẩy guốc rời khỏi mặt trống trở vị trí ban đầu Khi áp suất đến xilanh phanh bánh xe không xuất hiện, lực lò xo phản hồi đẩy guốc rời khỏi mặt trống trở vị trí ban đầu Hình 8: Phanh trống Khi áp suất thuỷ lực tác động vào xilanh bánh xe, guốc phanh hai bên trống bị ép vào mặt trống lực tương ứng với áp suất thuỷ lực piston tác động Như thể hình bên trái, lực nén khác phát sinh guốc bên phải bên trái Lực ma sát làm cho guốc bên trái miết vào trống theo chiều quay, ngược lại guốc bên phải phải chịu lực đẩy trống quay làm giảm lực nén.Tác động làm tăng lực ma sát miết vào trống gọi chức tự cấp lượng, guốc nhận chức gọi guốc dẫn, guốc không nhận chức gọi guốc kéo Hình 9: Guốc dẫn guốc kéo Hệ thống phanh chống hãm cứng (ABS) Để tránh cho lốp không bị bó cứng làm khả quay vô lăng phanh khẩn cấp, nên lặp lại động tác đạp nhả bàn đạp phanh nhiều lần Tuy nhiên, thời gian để thực việc phanh khẩn cấp Hệ thống ABS dùng máy tính để xác định tình trạng quay bánh xe phanh tự động đạp nhả phanh Sự khác tỷ lệ tốc độ xe tốc độ bánh xe gọi “hệ số trượt” Khi chênh lệch tốc độ xe tốc độ bánh xe trở nên lớn, quay trượt xảy lốp mặt đường Điều tạo nên ma sát cuối tác động lực phanh làm chậm tốc độ xe Mối quan hệ lực phanh hệ số trượt hiểu rõ qua đồ thị bên trái Lực phanh không tỷ lệ với hệ số trượt, đạt cực đại hệ số trượt nằm khoảng 10 - 30% Vượt 30%, lực phanh giảm dần Do đó, để trì mức tối đa lực phanh, cần phải trì hệ số trượt giới hạn 10 - 30% thời điểm Ngoài ra, cần phải giữ lực quay vòng mức cao để trì ổn định hướng Để thực điều này, người ta thiết kế hệ thống ABS để tăng hiệu suất phanh tối đa cách sử dụng hệ số trượt 10 - 30% điều kiện mặt đường, đồng thời giữ lực quay vòng cao tốt để trì ổn định hướng Hình 10: Lực phanh hệ số trượt Dựa vào tín hiệu cảm biến tốc độ, ECU ABS cảm nhận tốc độ quay bánh xe tốc độ xe Hình 12: Sơ đồ bố trí ABS Trong phanh, tốc độ quay bánh xe giảm xuống, mức giảm tốc thay đổi tuỳ theo tốc độ xe phanh tình trạng mặt đường, mặt đường nhựa khô, ướt có băng Nói khác đi, ECU đánh giá mức trượt bánh xe mặt đường từ thay đổi tốc độ quay bánh xe phanh điều khiển van điện từ chấp hành phanh theo chế độ: giảm áp suất, giữ áp suất tăng áp suất để điều khiển tối ưu tốc độ bánh xe Hình 13: Sơ đồ điều khiển ABS ECU liên tục nhận tín hiệu tốc độ bánh xe từ cảm biến tốc độ, ước tính tốc độ xe cách tính toán tốc độ giảm tốc bánh xe Khi đạp bàn đạp phanh, áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe bắt đầu tăng lên, tốc độ bánh xe bắt đầu giảm xuống Nếu bánh xe dường bị bó cứng, ECU giảm áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe Khoảng A ECU ABS đặt van điện từ vào chế độ giảm áp suất theo mức giảm tốc bánh xe, giảm áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe Sau áp suất hạ xuống, ECU chuyển van điện từ sang chế độ “giữ” để theo dõi thay đổi tốc độ bánh xe Nếu ECU cho cần tiếp tục giảm áp suất thuỷ lực, lại giảm áp suất Khoảng B Khi áp suất thuỷ lực bên xilanh bánh xe giảm (khoảng A), áp suất thuỷ lực tác động vào bánh xe giảm xuống Điều làm cho bánh xe bị khoá chặt tăng tốc độ Tuy nhiên, áp suất thuỷ lực giảm xuống, lực phanh tác động vào bánh xe trở nên thấp Để tránh điều này, ECU đặt van điện từ vào chế độ “tăng áp suất” chế độ “giữ” để bánh xe bị khoá hồi phục tốc độ Khoảng C 10 Khi áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe ECU tăng lên (khoảng B), bánh xe lại có xu hướng bị khoá Do đó, ECU lại chuyển van điện từ chế độ “giảm áp suất” để giảm áp suất bên xilanh bánh xe Khoảng D Vì áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe lại giảm (khoảng C), ECU lại bắt đầu tăng áp suất khoảng B Hình 14: Chu trình điều khiển ABS ECU ABS điều khiển van điện từ môtơ bơm theo trình tự để kiểm tra hệ thống điện ABS Chức hoạt động bật khoá điện sang vị trí ON xe chạy tốc độ lớn km/h, với đèn phanh tắt OFF Nó hoạt động lần sau khoá điện bật ON 11 Hình 15: Chức kiểm tra ban đầu Bộ chấp hành phanh Bộ chấp hành phanh gồm có van điện từ giữ áp suất, van điện từ giảm áp suất, bơm, môtơ bình chứa Khi chấp hành nhận tín hiệu từ ECU ABS, van điện từ đóng ngắt áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe tăng lên, giảm xuống giữ để tối ưu hoá mức trượt cho bánh xe Ngoài ra, mạch thuỷ lực thay đổi để đáp ứng yêu cầu loại điều khiển Mạch thuỷ lực ABS xe FF chia thành hệ thống bánh trước bên phải bánh sau bên trái hệ thống bánh trước bên trái bánh sau bên phải thể sơ đồ Sau trình bày hoạt động hệ thống hệ thống này, hệ thống khác hoạt động Mạch thuỷ lực ABS xe FF chia thành hệ thống bánh trước bên phải bánh sau bên trái hệ thống bánh trước bên trái bánh sau bên phải thể sơ đồ Sau trình bày hoạt động hệ thống hệ thống này, hệ thống khác hoạt động 12 Phanh bình thường (khi hệ thống không hoạt động) Trong phanh bình thường, tín hiệu điều khiển từ ECU ABS không đưa vào Vì van điện từ giữ giảm ngắt, cửa (a) bên van điện từ giữ áp suất mở, cửa (b) phía van điện từ giảm áp suất đóng Khi đạp bàn đạp phanh, dầu từ xilanh chảy qua cửa (a) phía van điện từ giữ truyền trực tiếp tới xilanh bánh xe Lúc hoạt động van chiều (2) ngăn cản dầu phanh truyền đến phía bơm Hình 16: ABS phanh bình thường 13 Chế độ giảm áp suất Tín hiệu điều khiển từ ECU ABS đóng mạch van điện từ giữ giảm áp suất cách đóng cửa (a) phía van điện từ giữ áp suất, mở cửa (b) phía van điện từ giảm áp suất Việc làm cho dầu phanh chảy qua cửa (b) đến bình chứa để giảm áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe Lúc đó, cửa (e) đóng lại dầu chảy xuống bình chứa Bơm tiếp tục chạy ABS hoạt động, dầu phanh chảy vào bình chứa bơm hút trở xilanh Hình 17: ABS giảm áp suất 14 Chế độ giữ Tín hiệu điều khiển từ ECU ABS đóng mạch van điện tử giữ áp suất ngắt van điện từ giảm áp suất cách đóng kín cửa (a) cửa (b) Điều ngắt áp suất thuỷ lực hai phía xilanh bình chứa để giữ áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe không đổi Hình 18: ABS giữ áp suất 15 Chế độ tăng áp suất Tín hiệu điều khiển từ ECU ABS ngắt van điện từ giữ giảm áp suất cách mở cửa (a) phía van điện từ giữ áp suất đóng cửa (b) phía van điện từ giảm áp giống phanh bình thường Điều làm cho áp suất thuỷ lực từ xilanh tác động vào xilanh bánh xe, làm cho áp suất thuỷ lực xilanh bánh xe tăng lên Hình 19: ABS tăng áp suất 16 [...]... FF được chia thành hệ thống của bánh trước bên phải và bánh sau bên trái và hệ thống của bánh trước bên trái và bánh sau bên phải như thể hiện ở sơ đồ Sau đây chỉ trình bày hoạt động của một hệ thống trong các hệ thống này, vì các hệ thống khác cũng hoạt động như vậy Mạch thuỷ lực trong ABS của các xe FF được chia thành hệ thống của bánh trước bên phải và bánh sau bên trái và hệ thống của bánh trước... bày hoạt động của một hệ thống trong các hệ thống này, vì các hệ thống khác cũng hoạt động như vậy 12 Phanh bình thường (khi hệ thống không hoạt động) Trong khi phanh bình thường, tín hiệu điều khiển từ ECU ABS không được đưa vào Vì vậy các van điện từ giữ và giảm ngắt, cửa (a) ở bên van điện từ giữ áp suất mở, còn cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp suất đóng Khi đạp bàn đạp phanh, dầu từ xilanh chính... khiển các van điện từ và các môtơ bơm theo trình tự để kiểm tra hệ thống điện của ABS Chức năng này hoạt động mỗi khi bật khoá điện sang vị trí ON và xe đang chạy ở tốc độ lớn hơn 6 km/h, với đèn phanh tắt OFF Nó chỉ hoạt động một lần sau mỗi khi khoá điện bật ON 11 Hình 15: Chức năng kiểm tra ban đầu Bộ chấp hành của phanh Bộ chấp hành của phanh gồm có van điện từ giữ áp suất, van điện từ giảm áp suất,... bánh xe Lúc này hoạt động của van một chiều (2) ngăn cản dầu phanh truyền đến phía bơm Hình 16: ABS phanh bình thường 13 Chế độ giảm áp suất Tín hiệu điều khiển từ ECU ABS đóng mạch các van điện từ giữ và giảm áp suất bằng cách đóng cửa (a) ở phía van điện từ giữ áp suất, và mở cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp suất Việc này làm cho dầu phanh chảy qua cửa (b) đến bình chứa để giảm áp suất thuỷ lực... dầu phanh chảy qua cửa (b) đến bình chứa để giảm áp suất thuỷ lực trong xilanh ở bánh xe Lúc đó, cửa (e) đóng lại do dầu chảy xuống bình chứa Bơm tiếp tục chạy trong khi ABS đang hoạt động, vì vậy dầu phanh chảy vào bình chứa được bơm hút trở về xilanh chính Hình 17: ABS giảm áp suất 14 Chế độ giữ Tín hiệu điều khiển từ ECU ABS đóng mạch van điện tử giữ áp suất và ngắt van điện từ giảm áp suất bằng... tăng áp suất Tín hiệu điều khiển từ ECU ABS ngắt các van điện từ giữ và giảm áp suất bằng cách mở cửa (a) ở phía van điện từ giữ áp suất và đóng cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp giống như trong khi phanh bình thường Điều này làm cho áp suất thuỷ lực từ xilanh chính tác động vào xilanh ở bánh xe, làm cho áp suất thuỷ lực của xilanh ở bánh xe tăng lên Hình 19: ABS tăng áp suất 16 ... đầu tăng áp suất khoảng B Hình 14: Chu trình điều khiển ABS ECU ABS điều khiển van điện từ môtơ bơm theo trình tự để kiểm tra hệ thống điện ABS Chức hoạt động bật khoá điện sang vị trí ON xe chạy... xuống bình chứa Bơm tiếp tục chạy ABS hoạt động, dầu phanh chảy vào bình chứa bơm hút trở xilanh Hình 17: ABS giảm áp suất 14 Chế độ giữ Tín hiệu điều khiển từ ECU ABS đóng mạch van điện tử giữ áp... cứng (ABS) Để tránh cho lốp không bị bó cứng làm khả quay vô lăng phanh khẩn cấp, nên lặp lại động tác đạp nhả bàn đạp phanh nhiều lần Tuy nhiên, thời gian để thực việc phanh khẩn cấp Hệ thống ABS