Hệ thống phanh ABS và BA trên xe Toyota Land Cruiser

việc đảm bảo an toàn cho người ngồi trên xe nói riêng và người đi đường nói chung phải được đặt lên hàng đầu. Để đáp ứng nhu cầu cấp thiết này thì các nhà khoa học hàng đầu của ngành công nghiệp ô tô đã không ngừng nghiên cứu,cải thiện hệ thống an toàn trên xe ô tô, đặc biệt là hệ thống phanh, điển hình là hệ thống phanh ABS (Antibraking system) với nhiều tính năng ưu việt: chống bó cứng bánh xe khi phanh, ổn định hướng, … Đó là lý do tại sao em quyết định chọn đề tài: “TÁC ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH (ABS) VÀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ PHANH GẤP (BA) ĐẾN HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TOYOTA LAND CRUISER. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM INVENTOR PRO 2015 MÔ PHỎNG CẤU TẠO CỦA CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH TRONG HỆ THỐNG PHANH”

Trang 1

i

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT iii

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TOYOTA LAND CRUISER 3

1.1 GIỚI THIỆU VỀ XE TOYOTA CLAND CRUISER 3

1.1.1 Giới thiệu khái quát 3

1.1.2 Các thông số kỹ thuật 4

1.1.3 Một số hệ thống chính 5

1.2 HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TOYOTA LAND CRUISER 10

1.2.3 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc 10

1.2.4 Kết cấu các chi tiết chính 12

1.2.5 Hệ thống Anti-Block Brake system (ABS) trên xe Land Cruiser 19

1.2.4 Hệ thống hỗ trợ phanh gấp BAS 37

1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ VỀ CHUẨN ĐOÁN, HƯ HỎNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG ABS 41

1.3.1 Những vấn đề về chuẩn đoán 41

1.3.2 Những vấn đề về hư hỏng và biện pháp sửa chữa 49

CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG CẤU TẠO MỘT SỐ BÔ PHẬN CHÍNH TRONG HỆ THỐNG PHANH BẰNG PHẦN MỀM INVENTOR PRO 2015 51

2.1 GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM INVENTOR PRO 2015 51

2.2 HÌNH THÀNH MÔ HÌNH 3D CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG PHANH 51

2.2.1 Trợ lực chân không 52

2.2.2 Xilanh chính (kép) 58

2.2.3 Cơ cấu phanh bánh xe 61

Trang 2

ii

2.3 GHÉP CÁC CHI TIẾT THÀNH CỤM CHI TIẾT HOÀN CHỈNH 68

2.3.1 Thiết kế cơ cấu phanh ở bánh xe 68

2.3.2 Thiết kế xilanh chính 70

2.3.3 Thiết kế bầu trợ lực phanh 71

2.4 MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH THÁO LẮP VÀ XUẤT PHIM 72

2.4.1 Thiết lập quy trình tháo lặp cơ cấu phanh tại bánh xe 73

2.4.2 Thiết kế quy trình tháo lắp xilanh chính 76

2.4.3 Thiết kế quy trình tháo lắp bầu trợ lực phanh 76

2.4.4 Xuất phim trình chiếu quá trình tháo lắp 77

KẾT LUẬN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

Trang 3

iii

DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

1 ABS (Anti-Block Braking System): hệ thống chống bó cứng phanh

2 BAS (Brake Assist System): Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp

Trang 4

iv

Trang 5

1

LỜI NÓI ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Theo lộ trình phát triển ngành công nghiệp ô tô của Việt Nam thì thuế nhập khẩu

xe năm 2015 là 35%, năm 2016 là 20%, năm 2017 là 10%, năm 2018 là 0%, công them việc ưu đãi cho sản xuất trong nước do Bô Công thương đề xuất thành hiện thực, được giảm thuế tiêu thụ đặc biệt từ 30-50%, giảm tỉ lệ phí trước bạ 50% thì các mẫu xe nhập khẩu có dung tích xilanh dưới 2.0 lít cũng được hưởng các ưu đãi này Như vậy, tương lai không xa xe ô tô du lịch sẽ tràn ngập trên các con đường của Việt Nam

Tổ chức y tế thế giới (WHO) đánh giá tình trạng tai nạn giao thông tại Việt Nam nằm ở mức trung bình khoảng 11 500 người chết mỗi năm, nhưng rất nghiêm trọng

Do đó, việc đảm bảo an toàn cho người ngồi trên xe nói riêng và người đi đường nói chung phải được đặt lên hàng đầu Để đáp ứng nhu cầu cấp thiết này thì các nhà khoa học hàng đầu của ngành công nghiệp ô tô đã không ngừng nghiên cứu,cải thiện hệ thống an toàn trên xe ô tô, đặc biệt là hệ thống phanh, điển hình là hệ thống phanh ABS (Anti-braking system) với nhiều tính năng ưu việt: chống bó cứng bánh xe khi phanh, ổn định hướng, …

Đó là lý do tại sao em quyết định chọn đề tài: “TÁC ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH (ABS) VÀ HỆ THỐNG HỖ TRỢ PHANH GẤP (BA) ĐẾN HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TOYOTA LAND CRUISER ỨNG DỤNG PHẦN MỀM INVENTOR PRO 2015 MÔ PHỎNG CẤU TẠO CỦA CÁC CỤM CHI TIẾT CHÍNH TRONG HỆ THỐNG PHANH”

2 Mục đích nghiên cứu đề tài

- Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS và BAS

- Biết được tác dụng của hệ thống ABS và BAS đến quá trình phanh của xe

- Hiểu thêm về cấu tạo và hình dạng của một số chi tiết, cụm chi tiết trong hệ thống phanh

Trang 6

2

- Tìm hiểu về một số vấn đề còn mắc phải trong hệ thống phanh ô tô và hướng đến quá trình sửa chữa

3 Phương pháp nghiên cứu

- Sử dụng thông tin từ những giáo trình của các nhà nghiên cứu đầu ngành

- Sử dụng thông tin từ những đề tài khoa học có liên quan trước đó

- Truy cập thông tin từ trang mạng của nhà sản xuất ô tô

- Sử dụng phần mềm thiết kế và mô phỏng Inventor Pro 2015 của Autodesk

4 Kết cấu của luận văn tốt nghiệp gồm 2 chương

- Chương 1: Hệ thống phanh trên xe Toyota Land Cruiser

- Chương 2: Mô phỏng cấu tạo của một số bộ phận chính trên hệ thống phanh bằng phần mềm Inventpr Pro 2015

Trong quá trình thực hiện đề tài do kiến thức của em còn hạn chế, thời gian thực hiện có hạn nên trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những sai sót nhất định

Em rất hi vọng sẽ nhận được những ý kiến góp ý của các thấy cô cùng các bạn để để tài của em được hoàn thiện hơn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy Thái Văn Nông cùng với các thầy

bộ môn đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này!

Tp HCM, ngày ….tháng….năm 201…

Sinh viên thực hiện

TRỊNH VĂN KIÊN

Trang 7

3

CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TOYOTA LAND CRUISER

1.1 GIỚI THIỆU VỀ XE TOYOTA CLAND CRUISER

1.1.1 Giới thiệu khái quát

Năm 1950 cuộc chiến Triều Tiên làm gia tăng nhu cầu để có thể sở hữu được một loại xe chạy cơ động cao trên đại hình hiểm trở và Toyota đã được yêu cầu để sáng tạo thiết kế ra một sản phẩm như thế

Năm 1954: cái tên “Land Cruiser” đã chính thức xuất hiện bởi giám đốc kỹ thuật của Toyota là Hanji Umehara

Xuất hiện tại thị trường Việt Nam vào năm 2000, Toyota Land Cruiser thực sự nổi danh với thông điệp “Xe hàng đầu cho những người đứng đầu”, tạo ấn tượng sâu sắc trong tâm thức người sành xe Với sức mạnh và độ tin cậy tuyệt đối Toyota Land Cruiser phiên bản mới tiếp tục khẳng định đẳng cấp thuyết phục

Khỏe khoắn và năng động, mạnh mẽ và cá tính song vẫn toát lên phong thái sang trọng đặc trưng Với động cơ V8, VVT-i kép, 32 van, dung tích công tác 4,6 lít,

Trang 8

1.1.2 Các thông số kỹ thuật

cấp

Trang 9

5

15 Hệ thống Treo

Trước Độc lập, tay đòn Sau Phụ thuộc, 4 kết

22 Hệ thống lựa chọn vận tốc vượt địa hình Có

1.1.3 Một số hệ thống chính

1.1.3.1 Hệ thống truyền lực

- Hộp số

Được trang bị hộp số tự động 6 cấp tiên tiến với chế độ sang số tuần tự giúp chuyển số linh hoạt Công nghệ điều khiển chuyển động bằng điện tử ECT tích hợp với 2 chế độ tùy chọn PWR– thể thao mạnh mẽ và chế độ 2nd– êm ái mượt mà Số tự động là loại hộp số có thể tự động thay đổi tỷ số truyền động bằng cách sử dụng áp suất dầu tác động tới từng li hợp hay đai bên trong Vì thế, khác biệt dễ thấy nhất là xe lắp số tự động không có chân côn

Trái tim của số tự động là bộ bánh răng hành tinh Cấu tạo của bộ bánh răng này bao gồm bánh răng định tinh (còn gọi là bánh răng trung tâm hay bánh răng mặt trời) nằm ở giữa Các bánh răng hành tinh nhỏ ăn khớp và xoay quanh bánh răng mặt trời, được lắp với một giá đỡ Cuối cùng là vòng răng ngoài bao quanh và ăn khớp với các bánh răng hành tinh nhỏ

Trang 10

6

Hình 1.1: Hộp số

Trong hộp số tự động, vòng răng thường được chế tạo thêm rãnh răng ở mặt ngoài để ăn khớp với các đĩa ma sát của ly hợp, như vậy các đĩa ma sát sẽ chuyển động cùng với vòng răng Cả ba thành phần này đều có thể đóng vai trò của bánh răng truyền mô-men xoắn, bánh răng nhận mô-men xoắn hoặc có thể cố định Bằng cách đổi vai như vậy, tỷ lệ truyền động sẽ thay đổi Máy tính điện tử sẽ tính toán mức chịu tải của động cơ cũng như tốc độ để qua đó điều khiển các li hợp hay đai giữ thông qua áp suất dầu nhằm cố định hay cho phép các thành phần này chuyển động

1.1.3.2 Hệ thống treo

Hình 1.2: Hệ thống treo

Trang 11

7

- Hệ thống treo phía trước:

Là hệ thống treo độc lập-tay đòn

Là hệ thồng treo độc lập kiểu hình thang với chạc kép

Hình 1.3: Hệ thống treo phía trước

Trang 12

8

- Hệ thống treo phía sau:

Là hệ thống treo phụ thuộc-4 kết

Là hệ thống treo phụ thuộc kiểu 4 thanh liên kết Với kiểu này thì giúp xe chạy

êm nhất trong các kiểu hệ thống treo phụ thuộc khác

Hình 1.4: Hệ thống treo phía sau

Trang 13

9

1.1.3.3 Hệ thống lái

Là hệ thống lái có cơ cấu lái kiểu trục vít-thanh răng

Có hệ thống trợ lực lái thủy lực

Hình 1.5: Hệ thống lái

Trang 14

10

1.2 HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TOYOTA LAND CRUISER

Hệ thống phanh trên Toyota Land Cruiser gồm có phanh chính (phanh bánh xe hay còn gọi là phanh chân) và phanh phụ (phanh truyền lực hay còn gọi là phanh tay) Phanh chính và phanh phụ có thể có chung cơ cấu phanh (đặt ở bánh xe) nhưng truyền động phanh hoàn toàn riêng rẽ Truyền động phanh của phanh phụ là loại cơ Phanh chính dùng truyền động loại thủy lực – hay còn gọi là phanh dầu

1.2.3 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

- Phanh chân

+ Sơ đồ cấu tạo

Hình 1.6: Sơ đồ phanh tổng quát (4 cảm biến 4 kênh)

12

10 11

12

Trang 15

11

8-Công tắc báo phanh; 9-Bàn đạp phanh; 10-Bộ chấp hành thủy lực; 11-Bảng đồng hồ; 12-ECU-ABS

+ Nguyên lý hoạt động cơ bản:

Khi tác dụng lực lên bàn đạp phanh 9 (nhờ có trợ lực 7 nên lực đạp sẽ nhẹ nhàng hơn) thì cần đẩy sẽ đẩy piston trong xilanh phanh chính 6 di chuyển tạo lực ép dầu phanh từ xilanh chính theo đường ống dầu đến cụm van điều khiển trong bộ chấp hành thủy lực 10 Tùy theo chế độ phanh mà cụm van sẽ điều tiết lượng dầu phù hợp đến các xilanh bánh xe 11 để tạo ra lực ép từ má phanh lên đĩa phanh làm cho xe giảm tốc hoặc ngừng di chuyển

- Phanh tay

+ Sơ đồ cấu tạo

Hình1.7: Kết cấu của phanh tay

Trong đó:

1-Cần phanh tay; 2-Cáp phanh tay; 3-Phanh sau

Trang 16

12

+ Nguyên lý hoạt động

Khi kéo cần phanh tay (1) thì dây cáp (2) sẽ truyền lực của cần phanh tay đến ép má phanh đĩa vào rotor để giữ xe đứng yên tại chỗ

1.2.4 Kết cấu các chi tiết chính

- Bầu trợ lực phanh (trợ lực chân không)

+ Cấu tạo:

Hình 1.8: Trợ lực phanh

Trong đó:

1-Cần đẩy; 2-Phần tử lọc khí; 3-Van chân không; 4-Van không khí; 5-Piston;

6-Màng cao su; 7-Vỏ bầu trợ lực; 8-Lỗ thông với đường ống nạp; 9-Lò xo chính

+ Nguyên lý hoạt động:

1 2

3 4 5 6

7

Trang 17

13

Bầu trợ lực chân không có hai khoang A và B được phân cách bởi màng 6 Van chân không 3 làm nhiệm vụ: Nối thông hai khoang A và B khi nhả phanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh Van không khí 4 làm nhiệm vụ: cắt đường thông của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và mở đường thông của khoang A khi đạp phanh Khoang B của bầu trợ lực luôn luôn được nối với đường nạp động cơ qua van một chiều Vì thế thường xuyên có áp suất chân không

Khi nhả phanh: Van chân không 3 mở, do đó khoang A sẽ thông với khoang B qua van này và có cùng áp suất chân không

Khi phanh: người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần 6 dịch chuyển sang phải làm van chân không 3 đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí 3 mở ra cho không khí qua phần tử lọc 2 đi vào khoang A Ðộ chênh lệch áp suất giữa hai khoang A và B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên piston (màng) của bầu trợ lực và qua đó tạo nên một lực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các piston trong xylanh chính, ép dầu theo các ống dẫn đi đến các xylanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh Khi lực tác dụng lên piston tăng thì biến dạng của vòng cao su cũng tăng theo làm cho piston hơi dịch về phía trước so với cần 1, làm cho van không khí

3 đóng lại, giữ cho độ chênh áp không đổi, tức là lực trợ lực không đổi Muốn tăng lực phanh, người lái phải tiếp tục đạp mạnh hơn, cần 1 lại dịch chuyển sang phải làm van không khí 4 mở ra cho không khí đi thêm vào khoang A Ðộ chênh áp tăng lên, vòng cao su biến dạng nhiều hơn làm piston hơi dịch về phía trước so với cần 1, làm cho van không khí 3 đóng lại đảm bảo cho độ chênh áp hay lực trợ lực không đổi và

tỷ lệ với lực đạp Khi lực phanh đạt cực đại thì van không khí mở ra hoàn toàn và độ chênh áp hay lực trợ lực cũng đạt giá trị cực đại

- Xilanh tổng phanh (xilanh kép)

Là loại xilanh 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

Trang 18

Ở trạng thái tĩnh (không có lực tác dụng lên bàn đạp phanh) thì các piston 5,8 trong xilanh chính sẽ ở vị trí ban đầu được giữ bởi lực của các lò xo 7,10 và phần nào

Trang 19

15

của bulong chặn 9 Lúc này dầu phanh sẽ được cung cấp vào trong toàn bộ xilanh chính từ bình chứa dầu phanh 1 thông qua các cửa cung cấp dầu 2 và cửa bù dầu 3 Ở trạng thái hoạt động (lực tác dụng lên bàn đạp phanh tăng dần) thì các piston 5,8 di chuyển vào trong xilanh chính, vượt qua các cửa cung cấp dầu 2,3 lúc này thì thể tích các khoang chứa lò xo 7,10 giảm nhanh Đồng thời dầu tiếp tục được cung cấp vào các khoang này thông qua các lỗ trên cupen nên sẽ tạo ra một áp lực lớn, đồng thời lượng dầu trong các khoang này sẽ có áp suất cao được đẩy vào đường ống dẫn dầu tới các xilanh phanh tại các bánh xe thông qua các lỗ dầu 11,13

Ở trạng thái hồi (lực tác dụng lên bàn đạp phanh giảm dần) thì do tác động của các lò xo hồi lại sau khi bị nén và áp suất dầu hồi về từ xilanh tại bánh xe, đẩy các piston 5,8 di chuyển dần về vị trí ban đầu Đồng thời dầu phanh cũng sẽ hồi về bình chứa dầu 1 thông qua cửa bù 3 và cửa cung cấp dầu 2 Sự hồi về này là do lúc này áp suất dầu phanh trong xilanh lớn hơn áp suất dầu trong bình chứa dầu

- Cơ cấu phanh tại các bánh xe

Cơ cấu phanh trước: cơ cấu phanh đĩa với đĩa phanh loại đĩa thông gió sử dụng loại càng calipe cố định 4 piston

+ Cấu tạo:

Hình 1.10: Cấu tạo cơ cấu phanh trước

Trang 20

16

Trong đó:

1-Càng calipe trước; 2-Đai ốc; 3-Bulong chặn dầu; 4-Bulong dẫn dầu; 5-Má phanh trước; 6-Phớt làm kín; 7-Piston; 8-Đĩa phanh trước; 9-Bulong định hướng

Khi có tín hiệu phanh thì dầu phanh với áp suất cao sẽ được nén vào trong khoang chứa piston ở càng calipe→tạo áp lực đẩy piston tiến đến đẩy má phanh ép

2 mặt của đĩa phanh đang quay→do đó tạo ra ma sát giữa má phanh và đĩa phanh làm giảm tốc độ của đĩa phanh→giảm tốc độ xe

Cơ cấu phanh sau: cơ cấu phanh đĩa với đĩa phanh loại đĩa đặc sử dụng loại càng calipe di động 1 piston

Trang 21

17

- Cảm biến tốc độ bánh xe

+ Cấu tạo:

Tín hiệu tốc độ của ô tô trong hệ thống ABS sử dụng ở 4 bánh được xác định bằng

4 cảm biến được giữ cố định và 4 vòng răng cảm biến thay đổi theo kiểu xe Mỗi bộ cảm biến được nối với modun điện tử bằng một bó dây điện

Hình 1.12: Vị trí bố trí cảm biến tốc độ bánh xe

Hình 1.13: Cấu tạo của phần tử cảm biến

Trang 22

18

Trong đó:

1-Nam châm vĩnh cửu; 2-Cuộn dây điện; 3-Cảm biến

Hình 1.14: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ bánh xe

Trong đó:

1- Rotor cảm biến; 2-Cuộn dây; 3-Nam châm vĩnh cửu; L1- là tín hiệu khi làm việc ở tốc độ cao; L2 là tín hiệu khi làm việc ở tốc độ thấp

+ Nguyên lý làm việc:

Khối cảm biến sẽ làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ Bộ cảm biến giữ cố định chứa nam châm vĩnh cửu và cuộn dây cảm ứng Khi vòng răng quay ngang qua bộ cảm biến giữ cố định nó sẽ tạo ra một tần số điện áp xoay chiều và cường độ dòng điện tỷ lệ một cách trực tiếp với tốc độ bánh xe Tần số và độ lớn của tín hiệu tỉ lệ thuận với tốc độ bánh xe Tín hiệu này được gởi đến khối điện tử, khối điện tử này sẽ xử lý nó để xác định tốc độ quay của bánh xe Các bộ cảm biến thay đổi theo kiểu

xe có thể điều chỉnh được hoặc không điều chỉnh được khe hở điều chỉnh giữa đầu bộ cảm biến và các răng của vòng cảm biến

3 2

Trang 23

19

Tần số của suất điện động trong cuộn dây xác định bởi biểu thức:

Trong đó:

p - số lượng răng trên rotor cảm biến

n - số vòng quay của rotor cảm biến trong một giây

Biên độ E của suất điện động trong cuộn dây phụ thuộc hai yếu tố:

- Khoảng cách giữa cuộn dây và đĩa quay: khoảng cách càng lớn E càng nhỏ

- Tốc độ quay: Tốc độ quay càng lớn, E càng lớn Khi tốc độ quay nhỏ, biên độ E rất bé và khó phát hiện, do vậy tồn tại một vùng tốc độ quay không thể đo được, người

ta gọi vùng này là vùng chết

Dải đo của cảm biến phụ thuộc vào số răng của đĩa Khi p lớn, tốc độ nmin đo được có giá trị bé Khi p nhỏ, tốc độ nmax đo được sẽ lớn

1.2.5 Hệ thống Anti-Block Brake system (ABS) trên xe Land Cruiser

1.2.5.1 Lịch sử và cơ sở hình thành:

Khi ô tô phanh gấp hay phanh trên các loại đường có hệ số bám φ thấp như đường trơn, đường đóng băng, tuyết thì dễ xảy ra hiện tượng sớm bị hãm cứng bánh xe, tức hiện tượng bánh xe bị trượt lết trên đường khi phanh Khi đó, quãng đường phanh sẽ dài hơn, tức hiệu quả phanh thấp đi; đồng thời dẫn đến tình trạng mất tính ổn định hướng và khả năng điều khiển của ô tô Nếu các bánh xe trước sớm bị bó cứng, xe không thể chuyển hướng theo sự điều khiển của tài xế; nếu các bánh sau bị bó cứng, sự khác nhau về hệ số bám giữa bánh trái và bánh phải với mặt đường sẽ làm cho đuôi xe bị lạng, xe bị trượt ngang Trong trường hợp xe phanh khi đang quay vòng, hiện tượng trượt ngang của các bánh xe dễ dẫn đến các hiện tượng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất tính ổn định khi xe quay vòng

Trang 24

20

Để giải quyết vấn đề nêu trên, phần lớn các ô tô hiện nay đều được trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh, gọi là hệ thống “Anti -lock Braking System” - ABS Hệ thống này chống hiện tượng bị hãm cứng của bánh xe khi phanh trên đường trơn hay phanh gấp Hệ thống ABS sẽ điều khiển thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các cơ cấu phanh ở các bánh xe để ngăn không cho chúng bị hãm cứng, đảm bảo tính hiệu quả và tính ổn định của ô tô trong quá trình phanh

Ngày nay, hệ thống ABS đã giữ một vai trò quan trọng không thể thiếu trong các hệ thống phanh hiện đại và nó đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối với phần lớn các nước trên thế giới

- Chức năng của hệ thống

ABS thực ra là công nghệ điện tử thay thế cho phương pháp phanh hiệu quả nhất (đặc biệt trên mặt đường trơn trượt) là đạp, nhả pêđan liên tục, cảm nhận dấu hiệu rê bánh để xử lý Do việc thực hiện kỹ thuật này không đơn giản mà các chuyên gia ô tô ở hãng Bosch(Đức) đã nghiên cứu, chế tạo cơ cấu ABS bao gồm các cảm biến lắp trên bánh xe (ghi nhận tình trạng hoạt động), bộ xử lý điện tử CPU và thiết bị điều áp (đảm nhiệm thay đổi áp suất trong piston phanh)

Trong trường hợp phanh gấp, nếu ECU nhận thấy một hay nhiều bánh có tốc độ quay chậm hơn mức quy định nào đó so với các bánh còn lại, thông qua bơm và van thủy lực, ABS tự động giảm áp suất tác động lên đĩa (quá trình nhả), giúp bánh xe không bị hãm cứng (hay còn gọi là "bó")

Tương tự, nếu một trong các bánh quay quá nhanh, máy tính cũng tự động tác động lực trở lại, đảm bảo quá trình hãm Để thực hiện được điều này, hệ thống sẽ thực hiện động tác ép, nhả má phanh trên phanh đĩa khoảng 15 lần mỗi giây, thay vì tác động một lần cực mạnh khiến bánh có thể bị "chết" như trên các xe không có ABS Các bộ điều chỉnh lực phanh, bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suất trong dẫn động phanh các bánh xe trước và sau, có thể đảm bảo:

Trang 25

21

+ Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng triệt để trọng lượng bám và tránh quay xe khi phanh)

+ Hoặc hãm cứng các bánh xe trước (để đảm bảo điều kiện ổn định)

Hình 1.15 : Quá trình phanh có và không có ABS trên đoạn đường cong

Tuy nhiên quá trình phanh như vậy vẫn chưa phải là có hiệu quả cao và an toàn nhất vì:

Khi phanh ngặt, các bánh xe vẫn có thể bị hãm cứng và trượt dọc Các bánh xe trượt lết trên đường sẽ gây mòn lốp và giảm hệ số bám

Các bánh xe bị trượt dọc hoàn toàn, còn mất khả năng tiếp tục nhận lực ngang và không thể thực hiên quay vòng khi phanh trên đoạn đường cong hoặc đổi hướng để tránh chướng ngại vật (hình 1.15), đặc biệt là trên các mặt đường có hệ số bám thấp Do đó dễ gây ra những tai nạn khi phanh

Vì vậy mục tiêu của hệ thống phanh ABS là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trượt thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị λ0, khi đó hiệu quả phanh cao nhất (lực phanh đạt giá trị cực đại do giá trị φmax) đồng thời tính ổn định và tính dẫn hướng của xe là tốt nhất (φy đạt giá trị cao), thỏa mãn các yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh là rút ngắn quảng đường phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng điều khiển lái của xe trong khi phanh

Trang 26

22

Quãng đường phanh: Trong tính toán động lực học quá trình phanh, quảng đường phanh x được xác định theo phương trình sau:

2 2

.

f o p

V V m x F

   

Trong đó:

+ x: Quãng đường phanh, [m];

+ m: Khối lượng của xe, [kg];

+ Vo: Vận tốc ban đầu khi bắt đầu phanh, [m/s];

+ Vf: Vận tốc cuối cùng, [m/s]

Ta thấy quãng đường phanh đến khi xe dừng hẳn (Vf= 0) phụ thuộc vào vận tốc ban đầu (Vo), khối lượng m của xe và lực phanh Fp Khi lực phanh đạt cực đại thì quảng đường phanh là ngắn nhất (xem các nhân tố khác giữ nguyên giá trị) Theo hình 1.2, nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở vùng lân cận λo thì sẽ đạt được lực phanh cực đại, khi đó quảng đường phanh là ngắn nhất Tính ổn định chuyển động và tính ổn định hướng: Duy trì khả năng bám ngang trong vùng có giá trị đủ lớn nhờ vậy làm tăng tính ổn định chuyển động và ổn định quay vòng khi phanh “xét theo quan điểm về độ trượt” Tuy nhiên do sự khác biệt thường xuyên của tải trọng và hệ số bám trên các bánh xe và các bánh xe được điều khiển một cách độc lập với cùng một ngưỡng gia tốc nên lực phanh trên các bánh xe sẽ khác nhau

Sự khác biệt lực phanh trên các bánh xe trái phải sẽ tạo ra mô men quay vòng cưỡng bức quanh trục thẳng đứng (trục thẳng đứng đi qua trọng tâm xe nếu tổng lực phanh của các bánh xe bên trái khác tổng lực phanh của các bánh xe bên phải) Mô men quay vòng cưỡng bức sẽ làm lệch hướng chuyển động của xe khi phanh, làm giảm ổn định chuyển động

Đối với xe du lịch mô men quán tính của khối lượng nhỏ, vận tốc đâm xe lớn có thể gây nguy hiểm khi phanh Ngoài ra trạng thái trượt của các bánh xe ở các cầu khác nhau cũng làm thay đổi đặc tính quay vòng của xe khi phanh Nếu độ trượt của

Trang 27

23

bánh xe cầu trước lớn hơn cầu sau dẫn đến góc lệch hướng trước lớn hơn góc lệch hướng sau thì xe có xu hướng quay vòng thiếu Nếu độ trượt của bánh xe sau lớn hơn bánh xe trước thì xe có xu hướng quay vòng thừa

Hình 1.16: Sơ đồ biểu diễn hệ số trượt trên các loại đường + Tỉ số trượt: Tỉ số khác biệt giữa tốc độ xe và tốc độ bánh xe

+ Tỉ số trượt 0% : Trạng thái bánh xe quay tự do không có lực cản

+ Tỉ số trượt 100%: Trạng thái trong đó bánh xe bị bó cứng hoàn toàn và trượt trên mặt đường

+ Tỉ số trượt = (tốc độ xe – tốc độ bánh xe).100%/tốc độ xe

+ Hay λ=(1-v/vo) 100%

Mối quan hệ giữa lực phanh và tỉ số trượt được biểu diễn bởi đồ thị Bằng đồ thị ta thể dễ dàng hiểu được mối liên hệ giữa lực phanh và hệ số trượt Lực phanh không nhất thiết cân đối với tỷ số trượt Vì vậy để đảm bảo lực phanh lớn nhất thì tỷ số trượt nằm trong vùng dung sai trượt ABS

Từ những kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng đối với ABS thì hiệu quả phanh và ổn định phanh phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn sơ đồ phân phối các mạch điều khiển và mức độ độc lập hay phụ thuộc của việc điều khiển lực

Trang 28

24

phanh tại các bánh xe Sự thỏa mãn đồng thời hai chỉ tiêu hiệu quả phanh và ổn định khi phanh là khá phức tạp và là vấn đề đã và đang nghiên cứu của các nhà chuyên môn

Các hệ thống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng nguyên lý điều chỉnh sau đây:

+ Theo gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh

+ Theo giá trị độ trượt cho trước

+ Theo giá trị của tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó

Ở các loại đường nhựa khô, hệ số bám dọc vẫn tương đối cao Tuy nhiên hệ số bám ngang φy nhỏ, do đó không đảm bảo được lực bám ngang, làm cho xe mất tính ổn định hướng khi phanh Vì vậy trang bị ABS trên xe sẽ vẫn rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả phanh tốt nhất

1.2.5.2 Kiến thức cơ bản về ABS

- Độ trượt dọc của bánh xe khi phanh:

Lực dọc (lực phanh hay lực kéo) trên bề mặt đường của các bánh xe liên quan trực tiếp bởi trọng lượng (tải trọng thẳng đứng) và hệ số bán của bánh xe với nền đường Hệ số bám phụ thuộc vào nhiều yếu tố: chất lượng bế mặt, loại lốp xe, nhưng trước hết phụ thuộc rất lớn vào độ trượt của bánh xe Nếu hệ số bám lớn sẽ cho phép bánh xe tiếp nhẫn lực dọc lớn và ngược lại

Độ trượt của bánh xe được gắn liền với khái niệm: nếu bánh xe lăn tự do không chịu tải trọng thằng đứng, độ trượt bắng không, khi bánh xe bị phanh bó cứng trên nền đường có độ trượt sẽ bằng 100% Để đạt được hệ số bám cao khi phanh cần thiết khảo sát mối quan hệ của hệ số bám j với độ trượt lx của bánh xe Quan hệ vật lý này được thể hiện trên hình dưới đây:

Trang 29

25

Hình 1.17: Tải trọng tác dụng lên bánh xe bị phanh

Quy luật như vậy cũng gần giống giữa bánh xe bị phanh và bánh xe chủ động Ở đây chúng ta chỉ nói đến bánh xe bị phanh

Sự trượt dọc của bánh xe gắn liền với sự biến dạng theo chu vi lốp Các lớp ở vùng tiếp xúc bị biếm dạng, gâu nên dịch chuyển tương đối với nền và được xác định bằng độ trượt Lamda

Đánh giá sự trượt dọc của bánh xe nhờ độ trượt Lamda theo phương x và được định nghĩa trong trường hợp bánh xe bị phanh:

+ v là vận tốc dịch chuyển dọc của bánh xe tại vết tiếp xúc

+ w.r d là vận tốc dịch chuyển dọc của bánh xe do sự quay của bánh xe gây

nên tại vết tiếp xúc

Có thể thấy rằng ngay cả khi bánh xe chịu lực dọc nhỏ thì sự trượt của bánh

xe với nền đường cũng xảy ra Nếu càng tăng lực dọc (ở đây là lực phanh) sự trượt

Trang 30

mô tả như trên hình:

Hình 1.18: Hệ số bám dọc và vùng tối ưu với độ trượt khi phanh

Quá trình diễn biến hệ số bám dọc φx với độ trượt λx xảy ra ở dạng đường cong lồi Trong trạng thái phanh nhẹ nhằm giảm tốc độ ô tô, giá trị độ trượt thấp Nếu càng tăng lực phanh, độ trượt cũng sẽ tăng lên, hệ số bám tăng tới một giá trị giới hạn ( điểm B trong hình dưới) và bắt đầu suy giảm Sự suy giảm hệ số bám sẽ không cho phép tăng khả năng tiếp nhận lực dọc và bánh dẫn tới bị bó cứng Như vậy đồ thị quan hệ trên chia ra làm hai vùng: vùng ổn định và vùng mất ổn định

Hình 1.19: Hệ số bám dọc và vùng tối ưu với độ trượt khi phanh

Trang 31

27

- Quan hệ vật lý của bám dọc, bám ngang với độ trượt ở bánh xe:

Trong thực tiễn, bánh xe đồng thời thực hiện khả năng truyền lực dọc và lực bên, đồ thị quan hệ của lực dọc, lực bên với hệ số bám như hình dưới đây:

Hình 1.20: Lực dọc, lực bên và vùng tối ưu của độ trượt

Khi bánh xe biến dạng chịu lực bên còn kèm theo sự xuất hiện góc lệch bên a ở bánh xe

+ Quy luật biến đổi của jy với độ trượt Lamda:

Hệ số jy sẽ đạt giá trị cực đại khi λx = 0, sau đó sẽ giảm dần và đạt đến giá trị thấp nhất tương ứng với trạng thái bị bó cứng bánh xe hoàn toàn Điều này có nghĩa là khi bánh xe dẫn hướng bị bó cứng, khả năng điều khiển hướng ô tô bằng vành lái sẽ không còn hiệu quả

Trạng thái tối ưu cho phép để đạt được khả năng tiếp nhận lực dọc và lực bên lớn (cả

jx và jy đều có giá trị cao), cần thiết phải hạn chế giá trị độ trượt dọc của bánh xe trong vùng l o  (10  30)% và hệ thống ABS sẽ thực hiện nhiệm vụ đó

- Sự quay thân xe:

Trang 32

28

+ Sự quay thân xe xảy ra trên cầu trước:

Moment gây quay thân xe Mz được xác định theo biểu thức:

1.2.5.3 Nguyên lý chung của mạch điều khiển phanh ABS

Trang 33

ABS lựa chọn chế độ, đưa ra tín hiệu điều khiển van điều chỉnh áp suất (giữ hay cắt

đường dầu từ xilanh chính tới xilanh bánh xe), lực phanh ở cơ cấu phanh không tăng

được nữa, bánh xe có xu hướng lăn với tốc độ cao lên, tín hiệu từ cảm biến lại đưa về ECU-ABS ECU-ABS cung cấp lệnh điều khiển cụm van thủy lực điện từ, giảm áp lực phanh, sao cho bánh xe không bó cứng

Nếu vận tốc góc của bánh xe lại tăng cao, cảm biến tiếp nhận thông tin này đưa về bộ điều khiển điện tử và lại tăng tiếp áp lực điều khiển, nhờ đó bánh xe lại bị phanh và giảm tốc độ quay tới khi gần bó cứng Quá trình xảy ra được lặp lại theo chu kỳ

Trang 34

so với người lái xe có kinh nghiệm

Trong kết cấu thực tế hệ thống được tổ hợp là nhiều mạch (kênh) điều khiển khác nhau cho từng bánh xe hay một số bánh xe Để giữ cho các bánh xe làm việc ở vùng có hệ số trượt l0 với lực phanh tối ưu và không xảy ra sự khóa cứng các bánh xe cần phải điều chỉnh áp suất dầu dẫn đến cơ cấu phanh

1.2.5.4 Phương án bố trí hệ thống điều khiển của ABS trên xe Land

Cruiser

Trên xe Toyota Land Cruiser thì hệ thống điều khiển ABS sử dụng 8 van 2 vị trí cho 4 cụm cơ cấu phanh tại 4 bánh xe Tức là mỗi cụm cơ cấu phanh sẽ được điều khiển bời 2 van điện 2 vi trí

Ta có, sơ đồ biểu diễn cấu trúc 1 van 2 vị trí đển hình ở 2 trạng thái làm việc như sau:

+ Trạng thái cấp dầu: tín hiệu 0A (off)

+ Trạng thài ngắt dầu: tín hiệu 3A (on)

Trang 35

31 Hình 1.23: Sơ đồ hệ thống phanh ABS van điện 2 vị trí trên xe Land Cruiser

Trang 36

32

Sử dụng tổ hợp 2 van 2 vị trí cho mạch điều khiển đảm nhận chức năng tương tự như loại dùng van 3 vị trí nhưng tổ hợp 2 van 2 vị trí lại có nhiều ưu điểm nổi bật:

+ Một van 2 vị trí thực hiện chức năng đóng và mở đường dầu Tổ hợp 2 van

2 vị trí thực hiện dễ dàng các chức năng tăng áp, giữ áp và giảm áp của mạch điều chỉnh áp suất

+ Mỗi van chỉ bao gồm 2 vị trí đối ngược nhau (ON, OFF), tương ứng với các trạng thái cấp và ngắt đường dầu qua một van khi con trượt di chuyển trong vỏ Mạch logic điều khiển này phù hợp với hệ cấp tín hiệu ở hai mức, nâng cao độ tin cậy của hệ thống, rút ngắn khoảng thời gian chậm tác dụng và nâng cao tần số điều khiển

+ Hệ thống ABS có nhiều khả năng tổ hợp với các tính năng khác (BAS, TRC,…), bằng cách gia tăng thêm số lượng môđun điều chỉnh

+ Cấu trúc cụ thể van 2 vị trí dùng trên ABS của các nhà chế tạo có thể khác nhau, song đều dựa trên các loại van con trượt thủy lực 2 vị trí, điều khiển điện từ (theo nguyên tắc điều khiển dòng) Các nhà sản xuất chế tạo theo tiêu chuẩn, nhằm giảm thiểu sự phức tạp trong công nghệ

+ Các van thủy lực điện từ ngày nay trên ôtô con đều bố trí trong một khối (block) thủy lực Khối này đặt gọn bên cạnh (hay đặt tách rời) với ECU-ABS Như vậy cả hai van được làm việc trên cơ sở tín hiệu điện của ECU-ABS, ở mỗi van có hai vị trí tương ứng với trạng thái tín hiệu cấp: ON, OFF Tổ hợp các trạng thái mạch điều khiển thực hiện chức năng tăng áp, giữ áp, giảm áp (tương tự như môđun điều khiển của loại van 3 vị trí)

1.2.5.5 Các chế độ làm việc của hệ thống phanh ABS

- Chế độ phanh trước giới hạn điều chỉnh (chế độ tăng áp dầu):

Trang 37

Hai van 2 vị trí bố trí với các nhiệm vụ khác nhau: van A đảm nhận việc cấp dầu và ngắt đường dầu cho xilanh bánh xe Van B đảm nhận việc ngắt và thông mạch dầu về bơm Tổ hợp 2 van 2 vị trí tạo nên các trạng thái tăng-giữ-giảm áp suất dầu phanh của xilanh bánh xe

A

B

4 5

0A

12V

3AECU

1 2

Trang 38

34

Nguồn năng lượng sử dụng khi phanh (cấp dầu có áp suất) được thực hiện từ lực bàn đạp và bộ trợ lực phanh Khi cần bổ sung dầu có áp suất cho mạch điều khiển ABS năng lượng có thể được cấp từ bơm (6) Bơm dầu làm việc nhờ môtơ điện 1 chiều với điện áp 12V Motor điện được làm việc bởi sự kiểm soát của ECU-ABS Khi phanh xe, áp suất dầu được cung cấp bởi xilanh chính tăng đem đi qua van dầu (A) đến từ xilanh bánh xe và một phần được cấp cho bầu tích năng qua một van tiết lưu

Khi phanh bình thường, tín hiệu điều khiển không được đưa đến ECU-ABS Do đó, ECU-ABS không cấp điện cho van A, van A mở còn van B đóng Dầu từ xilanh chính qua van A truyền trực tiếp tới xilanh bánh xe, van B ngắt đường dầu về bơm, thực hiện đưa dầu tăng áp đến bánh xe, tạo sự phanh trước giới hạn điều chỉnh ở cơ cấu phanh Bánh xe đang lăn trơn trên đường được phanh bởi cơ cấu phanh và xuất hiện sự trượt lết bánh xe trên nền đường với độ trượt tăng dần theo sự gia tăng của áp suất dầu trong xilanh bánh xe Độ trượt bánh xe trên nền đường tăng dần tới giới hạn cần thiết phải điều chỉnh, ECU-ABS xuất tín hiệu điện, van A chuyển sang chế độ đóng, ngắt dầu cắp tới xilanh, kết thúc chế độ tăng áp, chuyển sang chế độ giữ áp

- Chế độ giữ áp dầu:

Nếu bánh xe bị phanh tới giới hạn độ trượt cần điều chỉnh (gia tốc phanh hoặc độ trượt giới hạn), thông tin từ cảm biến về tốc độ bánh xe gửi về ECU-ABS ECU-ABS thực hiện duy trì áp suất dầu bằng cách: chuyển tín hiệu đến van A và ngắt mạch cấp dầu Trong lúc đó van B vẫn đóng kín đường thoát dầu Đồng thời, bơm dầu cũng ngừng hoạt động không cung cấp dầu bổ sung cho mạch dầu chính Áp suất dầu trong xilanh bánh xe không thay đổi tạo nên chế độ giữ áp suất dầu Moment

phanh không tăng được, duy trì độ trượt của bánh xe

Trang 39

Trong thực tế, quan hệ lăn của bánh xe trên đường liên tục biến đổi, độ trượt bánh xe cũng thay đổi và dẫn tới các trạng thái:

Nếu độ trượt giảm nhỏ hơn độ trượt giới hạn, mạch điều khiển cần chuyển về chế độ tăng áp suất dầu trong xilanh chính

ECU A

B

1 2

4 5

3A

Trang 40

36

Nếu độ trượt tăng cao hơn độ trượt giới hạn, mạch điều khiển cần chuyển về chế độ giảm áp suất dầu trong xilanh chính

Các cảm biến tốc độ quay của bánh xe tiếp nhận các tín hiệu này, chuyển về bộ

vi xử lý (ECU-ABS) và ECU đưa ra các tín hiệu điều khiển các van điện từ thích hợp

Nếu độ trượt (hoặc gia tốc) bánh xe đột ngột gia tăng vượt quá giới hạn cho phép, mạch điều chỉnh thực hiện giảm áp suất dầu Sau khi nhận được tín hiệu từ các cảm biến thì ECU-ABS chuyển tín hiệu đến van A và ngắt mạch cấp dầu, chuyển tín hiệu đến van B mở đường thoát dầu sang bình dự trữ (7) Áp suất dầu trong xilanh bánh xe và mômen phanh giảm, giảm độ trượt của bánh xe với nền

- Chế độ giảm áp dầu:

Hình 1.26: Sơ đồ hoạt động của hệ thống phanh ABS ở chế độ giảm áp

ECU A

B

1 2

4 5

3A

12V

0A

Định dạng
Số trang	84
Dung lượng	6,16 MB