nghiên cứu thiết kế vàchế tạo các phần tử của hệ thống phanh ABS

Mộttrong các biện pháp kết cấu làm tăng tính hiệu quả và an toàn khi phanh xe là trang bị hệ thống phanh có tính năng chống bó cứng bánh xe khi phanh hệ thống phanh ABS.Hầu hết các xe tả

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Giáo viên hướng dẫn

Bùi Đức Hạnh

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Giáo viên phản biện

MỤC LỤC MỤC LỤC I CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG BẢNG THUYẾT MINH VII DANH MỤC BẢNG VIII DANH MỤC HÌNH VẼ IX

LỜI NÓI ĐẦU 1

MỞ ĐẦU 2

1 Tính cấp thiết của đề tài 2

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Nội dung nghiên cứu 2

5 Giới hạn của đề tài 3

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ABS 4

1.1 Đặt vấn đề 4

1.2 Quá trình phát triển của hệ thống phanh ABS 5

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 7

1.4 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống phanh 7

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHANH ABS 9

2.1 Sự lăn - bám - trượt của bánh xe với mặt đường khi phanh 9

2.1.1 Độ trượt dọc của bánh xe khi phanh 9

2.1.2 Quan hệ vật lý của lực bám dọc, lực bám ngang với độ trượt của bánh xe10 2.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình phanh 13

2.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh 13

2.2.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định hướng 14

2.3 Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh 16

2.3.1 Chu trình điều khiển ABS 16

2.3.2 Quá trình điều khiển trong hệ thống ABS 18

CHƯƠNG 3 : CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CỤM CHI TIẾT CỦA CƠ CẤU ABS TRÊN XE TOYOTA HIACE 20

3.1 Giới thiệu chung 20

3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm viêc của các cụm chi tiết và cả hệ thống ABS 24

3.2.1 Cảm biến tốc độ bánh xe 24

3.2.1.1 Cấu tạo: 25

3.2.1.2 Nguyên lý làm việc 25

3.2.2 Cảm biến giảm tốc 26

3.2.3 Cảm biến gia tốc ngang 27

3.2.4 Hộp điều khiển điện tử (ECU) 28

3.2.4.1 Chức năng của hộp điều khiển điện tử (ECU) 28

3.2.4.2 Cấu tạo 28

3.2.5 Bộ chấp hành thuỷ lực 32

3.2.5.1 Cấu tạo 32

3.2.5.2 Nguyên lý hoạt động 33

3.3.Các chức năng kiểm tra, chẩn đoán và an toàn 37

3.3.1 Điều khiển các rơle 37

3.3.1.1 Rơle van điện 37

3.3.1.2 Rơle motor bơm 37

3.3.2 Chức năng kiểm tra ban đầu và kiểm tra các cảm biến 37

3.3.3 Chức năng chẩn đoán 38

3.3.4 Chức năng an toàn 38

CHƯƠNG 4:HƯ HỎNG VÀ CÁCH KHẮC PHỤC CỦA HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG BÁNH XE ABS 39

4.1 Hư hỏng và cách khắc phục 39

4.1.1 Khi sửa chữa ABS tổng quát cần lưu ý các vấn đề sau: 39

4.1.2 Hư hỏng ban đầu 39

4.1.3 Hư hỏng, nguyên nhân và mã chẩn đoán 41

4.2 Chẩn đoán 42

4.3 Tháo, lắp và kiểm tra bộ chấp hành thuỷ lực 47

4.3.1 Tháo/lắp bộ thủy lực trên xe 47

4.3.2 Kiểm tra bộ chấp hành thuỷ lực 49

4.4 Tháo/lắp cảm biến tốc độ bánh xe 51

4.4.1 Quy trình tháo, lắp cảm biến tốc độ bánh xe 51

4.4.2 Kiểm tra tốc độ bánh xe 53

4.5 Quy trình chẩn đoán hệ thống ABS bằng máy chẩn đoán 58

4.5.1 Thiết bị chẩn đoán hệ thống điện, điện tử G-Scan 58

4.5.1.1 Giới thiệu thiết bị G-Scan 58

4.5.1.2 Công dụng, chức năng thiết bị G-Scan 59

4.5.1.3 Các linh kiện của máy G-Scan 60

4.5.2 Kết nối, trình tự và xóa mã chẩn đoán của máy G-Scan với hệ thống ABS. 62

CHƯƠNG 5:MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG BÁNH XE (ABS) 66

5.1 Mục đích yêu cầu đối với mô hình 66

5.1.1 Mục đích 66

5.1.2 Yêu cầu 66

5.2 Mô hình thực tế phanh ABS trong xưởng thực tập khoa cơ khí động lực .66

5.2.1 Các bộ phận chính trên mô hình 67

5.5.2 Các thông số cơ bản của mô hình 68

5.3 Kết cấu các chi tiết của hệ thống ABS trên mô hình 68

5.4.2 Cho mô hình hoạt động 75 5.4.3 Cách kiểm tra thông mạch giữa các chân ABS ECU, cơ cấu chấp hành, các cảm biến 76 5.4.3.1 Đo thông mạch các cảm biến 76 5.4.3.2 Đo thông mạch giữa bộ chấp hành với ABS ECU trên bảng táp lô 77

KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO

CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG BẢNG THUYẾT MINH

1 ABS (Anti lock Brake System): Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh.

2 ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển trung tâm.

3 TRC (Traction Control): Hệ thống kiểm soát lực kéo

4 BAS (Brake Assist System): Hệ thống hỗ trợ lực khẩn cấp.

5 BBW (Brake – By – Wire): Hệ thống phanh điện

6 4WD (4 Wheel Drive): 4 bánh xe dẫn động

7 EHB (Electric Hydraulic Brake): Phanh thủy lực - điện

8 EMB (Electric Mechanical Brake): Phanh cơ khí - điện

9 EBD (Electronic Brake-Force Distribution): Hệ thống phân phối lực phanh

10 ESP (Electronic Stability Programme): Chương trình ổn định điện tử

11 HCU (Hydraulic Control Unit): Bộ điều khiển thủy lực

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ so sánh giữa xe có trang bị ABS và không có ABS 6

Hình 1.2 Quá trình phát triển của các hệ thống phanh trên ô tô 7

Hình 2.1: Quan hệ lực bám dọc và ngang với độ trượt dọc của bánh xe 10

Hình 2.2: Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt với các loại đường 11

Hình 2.3: Mối quan hệ giữa x và  với các loại lốp 12

Hình 2.4: Mối quan hệ giữa x, y với  ứng với góc lệch bên  13

Hình 2.5: Góc lệch của ô tô khi phanh 15

Hình 2.6: Sơ đồ điều khiển của hệ thống ABS 17

Hình 2.7: Sự thay đổi mô men phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của bánh xe khi phanh có ABS 18

Hình 3.1: Xe toyota HIACE đời 2006 20

Hình 3.2: Vị trí các chi tiết 21

Hình 3.3: Sơ đồ khối các cụm chức năng của cơ cấu ABS 22

Hình 3.4: Sơ đồ điều khiển cơ cấu phanh thường 23

Hình 3.5: Sơ đồ điều khiển của cơ cấu ABS 23

Hình 3.6: Vị trí lắp cảm biến 24

Hình 3.7: Cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ 25

Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của cảm biến 26

Hình 3.9: Vị trí và cấu biến giảm tốc tạo cảm 26

Hình 3.10: Các chế độ hoạt động của cảm biến giảm tốc 27

Hình 3.11: Cảm biến gia tốc ngang 27

Hình 3.12 :Các chức năng điều khiển của ECU 28

Hình 3.13: Sơ đồ mạch điện ABS của xe TOYOTA HIACE 30

Hình 3.14: Điều khiển chống hãm cứng bánh xe khi phanh 31

Hình 3.15: Bộ chấp hành thuỷ lực 32

Hình 3.16: Sơ đồ bộ chấp hành thủy lực 33

Hình 3.17 Kết cấu van 3 vị trí 34

Hình 3.18: Chế độ phanh thường (ABS không hoạt động) 34

Hình 3.19: Chế độ giảm áp 35

Hình 3.20: Chế độ giữ áp 36

Hình 3.21: Chế độ tăng áp 36

Hình 3.22: Sơ đồ điều khiển các rơ le van điện và mô tơ bơm 37

Hình 4.5: Mã hư hỏng hệ thống 43

Hình 4.6: Nối chân E1 va TC giắc DLC3 44

Hình 4.7: Xóa mã lỗi bằng đạp phanh 44

Hình 4.8: Mã nháy hệ thống bình thường 45

Hình 4.9: Đèn ABS tắt 45

Hình 4.10: Tháo giắc nối ABS ra 47

Hình 4.11: Tháo bu lông trên dưới bộ chấp hành 47

Hình 4.12: Tháo bu lông bộ thủy lực 47

Hình 4.13: Tháo vít giữ ECU ABS 48

Hình 4.14: Lắp các giắc nối 48

Hình 4.15: Tháo bộ chấp hành và rowle ABS 49

Hình 4.16: Nối thiết bị kiểm tra bộ chấp hành 49

Hình 4.17: Thiêt bị kiểm tra bộ chấp hành của Toyota 49

Hình 4.18: Đạp phanh kiểm tra bộ chấp hành 50

Hình 4.19: Nhả chân phanh kiểm tra độ rung 50

Hình 4.20: Xoay công tắc ở vị trí “Front RH 51

Hình 4.21: Tháo cảm biến ra 52

Hình 4.22: Tháo vòng giữ dây 52

Hình 4.23: Tách giắc nối cảm biến 52

Hinh 4.24: Tách kẹp giữ ra 52

Hình 4.25: Tháo bu lông lấy cảm biến ra 53

Hình 4.26: Đo điện trở cảm biến 53

Hình 4.27: Kiểm tra vành răng rô to 54

Hình 4.28: Kiểm tra đèn ABS tắt 54

Hình 4.29: Nối chân E1 va TC giắc DLC3 54

Hình 4.30: Mã hệ thống bình thường 55

Hình 4.31: Mã lỗi hệ thống 55

Hình 4.32: Mã lỗi hệ thống 55

Hình 4.33: Mã hư hỏng hệ thống 56

Hình 4.34: Thiết bị chẩn đoán hệ thống điện, điện tử G-Scan 58

Hình 4.35 Giắc DLC3 62

Hình 4.36 Nối máy chẩn đoán với chân DLC3 62

Hình 4.37 Bật khóa điện On 63

Hình 4.38 Bật máy chẩn đoán 63

Hình 4.39 Chọn hãng xe cần chẩn đoán 63

Hình 4.40 Chọn đời xe cần chẩn đoán 63

Hình 4.41 Chọn chẩn đoán ABS 64

Hình 4.42 Chức năng phân tích dữ liệu 64

Hình 4.43 Chức năng kiểm tra mã lỗi 64

Hình 4.44 Chức năng xóa mã lỗi 64

Hình 4.45 Bật, tắt khóa điện 65

Hình 5.1: Mô hình hệ thống phanh ABS 67

Hình 5.2: Cơ cấu chấp hành xe Lexus RX 300 69

Hình 5.3: Sơ đồ cơ cấu phanh có ABS (Cho xe LEXUS RX300 69

Hình 5.4: Bảng táp lô trên mô hình 70

Hình 5.5: kết cấu bộ phận truyền lực và thủy lực 71

Hình 5.6: Chân giắc kiểm tra thông mạch 72

Hình 5.7a: Sơ đồ mạch điện xe Lexus RX 300 73

Hình 5.7b: Sơ đồ mạch điện xe Lexus RX 300 74

Hình 5.8: Đèn báo và công tắc nguồn 220V 75

Hình 5.9: Bàn đạp phanh 76

Hình 5.10: Rơ le 4 chân và 5 chân 77

Hình 5.11: Giắc cái trên ABS ECU 77

LỜI NÓI ĐẦU

Với sự phát triển của ngành ô tô của Việt Nam như hiện nay, cùng với chiến lượcphát triển của nhà nước, chính sách nội địa hoá phụ tùng ôtô trong việc sản xuất và lắpráp đã tạo điều kiện cho các nhà thiết kế nghiên cứu, chế tạo các cụm, các hệ thốngtrên ôtô trong nước, trong đó có hệ thống phanh ABS Vấn đề nghiên cứu thiết kế vàchế tạo các phần tử của hệ thống phanh ABS là phù hợp với xu hướng phát triển củathế giới và chủ trương nội địa hoá sản phẩm ôtô của Việt Nam

Trong tình hình hiện nay, ngành ôtô của nước ta chủ yếu là lắp ráp nên để có thểđộc lập chế tạo các chi tiết của ôtô rất cần những nghiên cứu ứng dụng vào thực tế.Nghiên cứu các vấn đề về lý thuyết và điều khiển hệ thống phanh ôtô hiện đại nhằmứng dụng thiết kế và chế tạo các hộp đen ECU điều khiển hệ thống phanh là một vấn

đề rất phức tạp nhưng đó là công việc cần phải bắt tay vào làm để trong tương laikhông xa chúng ta có thể tự nghiên cứu và sản xuất ra những sản phẩm ôtô riêng củaViệt Nam

Đề tài cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc chẩn đoán và đưa ra phương án bảo dưỡngsửa chữa cụ thể để nâng cao tính hiệu quả của phanh khi cần giảm tốc độ cũng nhưhiệu quả phanh trong quá trình điều khiển động học của ôtô thông qua việc sử dụngphần mềm lập trình

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy, Bùi Đức Hạnh người trực tiếp hướng dẫncùng các thầy trong bộ môn ôtô, Khoa Cơ Khí Động Lực - Trường ĐHSPKT HưngYên đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

Hưng yên, ngày….tháng… năm 2013

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hiện nay phương tiện giao thông xe máy được sử dụng phổ biến ở nước ta Mộttrong các biện pháp kết cấu làm tăng tính hiệu quả và an toàn khi phanh xe là trang bị

hệ thống phanh có tính năng chống bó cứng bánh xe khi phanh (hệ thống phanh ABS).Hầu hết các xe tải cỡ nhỏ được sản xuất, lắp ráp trong nước sử dụng hệ thống phanhthủy lực không có ABS, trong khi hệ thống ABS đã là một tiêu chuẩn an toàn bắt buộc

ở nhiều nước trên thế giới

Từ thực tế cho thấy hiện nay trong xưởng của khoa cơ khí động lực trường ĐạiHọc Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên vẫn chưa có mô hình nào hoàn thiện về hệ thốngphanh ABS để phục vụ công tác giảng dạy,thực hành và có thể tiến hành thực nghiệm

về hoạt động của cơ cấu phanh ABS giành cho sinh viên

Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, học viên chọn đề tài “ Khai thác kết cấu, tính năng kỹ thuật và quy trình chẩn đoán sửa chữa hệ thống ABS của xe TOYOTA HIACE ”

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu chế độ điều khiển của hệ thống phanh ABS xe TOYOTA HIACE

- Nghiên cứu kết cấu và chế độ làm việc của cơ cấu chấp hành của hệ thốngphanh ABS xe TOYOTA HIACE

- Nghiên cứu phân tích những hư hỏng của hệ thống phanh ABS xe TOYOTAHIACE

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng ngiên cứu: Nghiên cứu hệ thống phanh ABS của xe TOYOTA HIACEPhạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu khả năng ứng dụng và quy trình sửa chữa của

hệ thống phanh ABS xe TOYOTA HIACE

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết tìm hiểu và phân tích đặc điểm cấu tạo và đặc tính điều

5 Giới hạn của đề tài

- Do giới hạn về thời gian và kinh phí, nên đề tài của chúng em chỉ khôi phục vàphục hồi những hư hỏng của mô hình hệ thống phanh ABS trong xưởng thực hành củakhoa cơ khí động lực trường ĐHSPKT Hưng Yên

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ABS

1.1 Đặt vấn đề

Hệ thống phanh là hệ thống an toàn chủ động của ô tô, dùng để giảm tốc độ haydừng và đỗ ôtô trong những trường hợp cần thiết Nó là một trong những cụm tổngthành chính và đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển ô tô trên đường

Chất lựơng của một hệ thống phanh trên ô tô được đánh giá thông qua tính hiệuquả phanh (thể hiện qua các chỉ tiêu như quãng đường phanh, gia tốc chậm dần, thờigian phanh và lực phanh), đồng thời đảm bảo tính ổn định chuyển động của ô tô khiphanh Đây là vấn đề luôn được quan tâm và nghiên cứu của các nhà khoa học, cácchuyên gia kỹ thuật trong ngành công nghiệp ô tô

Nền công nghiệp ô tô đang ngày càng phát triển mạnh, số lượng ô tô tăng nhanh,mật độ lưu thông trên đường ngày càng lớn Các xe ngày càng được thiết kế với côngsuất cao hơn, tốc độ chuyển động nhanh hơn thì yêu cầu đặt ra với hệ thống phanhcũng càng cao và nghiêm ngặt hơn Một ô tô có hệ thống phanh tốt, có độ tin cậy caothì mới có khả năng phát huy hết công suất, xe mới có khả năng chạy ở tốc độ cao,tăng tính kinh tế nhiên liệu, tính an toàn và hiệu quả vận chuyển của ô tô

Một vấn đề lớn và cũng là bài toán quan trọng cần phải giải quyết đối với hoạtđộng của hệ thống phanh, đó là khi ô tô phanh gấp hay phanh trên các loại đường có

hệ số bám β thấp như đườngtrơn, đường đóng băng, tuyết thì dễ xảy ra hiện tượngsớm bị hãm cứng bánh xe, tức hiện tượng xe bị trựơt lết trên đường khi phanh Khi đóquãng đường phanh sẽ kéo dài hơn, tức hiệu quả phanh thấp đi, đồng thời dẫn đến tìnhtrạng mất ổn định hướng và khả năng điều khiển của ô tô Nếu các bánh xe trước sớm

bị bó cứng làm cho xe không thể chuyển hướng theo sự điều khiển được, nếu các bánhsau bị bó cứng, do sự khác nhau về hệ số bám giữa bánh trái và bánh phải với mặtđường nên làm đuôi xe bị lạng, xe bị trượt ngang của các bánh xe dễ dẫn đến các hiệntượng quay vòng thừa làm mất tính ổn định khi xe quay vòng

Để giải quyết bài toán về vấn đề hiệu quả và tính ổn định khi phanh này, phầnlớn các ô tô hiện đại đều được trang bị Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh,gọi là cơ cấu “ Anti- lock Bracking System’’ và thường được viết và gọi tắt là hệ

thế giới Ở thị trường Việt Nam, ngoài một phần lớn các xe nhập cũ đã qua sử dụng,một số loại xe được lắp ráp trong nước cũng đã trang bị hệ thống này

Để sử dụng và khai thác có hiệu quả tất cả các tính năng ưu việt của hệ thốngABS nói riêng và của ô tô nói chung, việc nghiên cứu và nắm vững cơ cấu này là cầnthiết

Với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy, học tập và nghiên cứu

về hệ thống này chúng em đã nhận đề tài của thầy Bùi Đức Hạnh với nhiệm vụ chính

như sau:Khôi phục một phần mô hình hệ thống phanh thuỷ lực có trang bị hệ thốngABS trên cơ sở các thiết bị của một ô tô thật, phục vụ cho công tác giảng dạy, thựchành và có thể tiến hành các thực nghiệm về hoạt động của hệ thống ABS

Kết hợp các kiến thức về cơ sở lý thuyết trong tài liệu giảng dạy với các bài tậpthực hành trên mô hình sẽ giúp cho quá trình dạy và học được sinh động và dễ hiểuhơn

1.2 Quá trình phát triển của hệ thống phanh ABS

Các hệ thống ABS thủy lực hiện nay được phát triển từ những hệ thống đầu tiêndùng trên tàu hỏa vào những năm đầu thế kỷ 19 Sau đó, các hệ thống phanh chống bócứng bánh xe được phát triển trên các máy bay để trợ giúp cho quá trình hạ cánh trênđường băng trơn trượt Những ô tô đầu tiên sử dụng ABS là vào năm 1954, trên mộtvài mẫu xe Lincoln với các thiết bị của hệ thống ABS lấy từ một máy bay của Pháp.Vào đầu những năm 60 của thế kỷ trước, các hãng xe của Mỹ đều đưa ra một số dòng

xe của mình có sử dụng ABS Các hệ thống đầu tiên này sử dụng các bộ tính toántương tự và bộ chấp hành chân không Vì bộ chấp hành chân không có thời gian đápứng chậm, nên kết quả là quãng đường phanh bị kéo dài trong quá trình phanh Vàonhững năm 70, tới lượt các hãng xe châu Âu là Mercedes và BMW đưa ra các hệthống ABS có điều khiển điện tử Vào năm 1985, Mercedes, BMW và Audi sử dụng

hệ thống ABS của Bosch và hãng Ford giới thiệu hệ thống Teves đầu tiên Cuối nhữngnăm 80, hệ thống phanh ABS được sử dụng trên rất nhiều dòng xe cao cấp và xe thểthao

Hiện nay, hệ thống phanh ABS trở thành tiêu chuẩn trên tất cả các ô tô con vàngày một trở nên phức tạp Các hệ thống ABS hiện nay khác nhau cả về cấu trúc phầncứng cũng như thuật toán điều khiển Các bộ phận trong hệ thống phanh ABS được cảitiến và áp dụng các công nghệ khác nhau, nhằm tăng tốc độ và hiệu quả hoạt động.Các thuật toán điều khiển cũng được nghiên cứu và áp dụng các lý thuyết điều khiển tựđộng mới, đem lại hiệu quả điều khiển cao trong khi vẫn tiết kiệm chi phí sản xuất

Hình 1.1 Sơ đồ so sánh giữa xe có trang bị ABS và không có ABS

Nhằm nâng cao tính ổn định và tính an toàn của xe trong mọi chế độ hoạt độngnhư khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, khi đi vào đường vòng với tốc độ cao, khiphanh trong những trường hợp khẩn cấp … hệ thống phanh ABS còn được thiết kế kếthợp với nhiều cơ cấu khác

Hệ thống phanh ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo Traction Control(hay TRC) làm giảm bớt công suất động cơ và phanh các bánh xe để tránh hiện tượngcác bánh xe bị trượt lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, bởi điều nàylàm tổn hao vô ích một phần công suất của động cơ và mất tính ổn định chuyển độngcủa ô tô

Hệ thống phanh ABS kết hợp với hệ thống BAS (Break Assist System) làm tăngthêm lực phanh ở các bánh xe để có quãng đường phanh là ngắn nhất trong trường hợpphanh khẩn cấp

Hệ thống phanh BBW bắt đầu được thử nghiệm từ những năm 1997, các hệthống phanh này dựa trên cơ sở điều khiển điện tử, cũng như các hệ thống: Steer-by-wire (hệ thống lái điều khiển bằng điện tử), Drive-by-wire (hệ thống truyền lực điềukhiển bằng điện tử) tạo nên các kết cấu thông minh trên ô tô con

Hệ thống BBW không thể vắng mặt các cơ cấu cơ khí, và có thể phân chia thành:

- BBW có hỗ trợ thủy lực viết tắt là EHB (Electric Hydraulic Brake)

- BBW không hỗ trợ thủy lực, EMB (Electric Mechanical Brake)

Hình 1.2 Quá trình phát triển của các hệ thống phanh trên ô tô

1.3 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Ngoài nước: Các hãng sản xuất xe đều chế tạo hệ thống phanh ABS để đảm bảotính an toàn chủ động của xe Tiêu chuẩn Châu Âu qui định từ năm 2001, các xe phảiđược trang bị hệ thống phanh ABS

Trong nước: Tại Việt Nam ô tô tăng nhanh cả số lượng, chủng loại, nhãn mác,qua tìm hiểu các hãng ô tô đang lưu hành thông dụng như: Toyota, Ford, Hyundai,Kia, Honda…, hầu hết đã trang bị hệ thống phanh ABS Nhiều doanh nghiệp sản xuất

ô tô trong nước đang đần nội địa hóa các cụm chi tiết và tiến đến sản xuất ô tô vớithương hiệu riêng

Do đó, trong thời gian qua trong nước đã có nhiều công trình nghiên cứu về hệthống phanh nói chung và hệ thống phanh ABS nói riêng Các công trình nghiên cứu

đã có ý nghĩa góp phần làm rõ cơ sở lý thuyết về quá trình phanh ô tô, cũng như giảiquyết các vấn đề về vấn đề điều khiển quá trình phanh nhằm nâng cao chất lượng vàhiệu quả phanh

1.4 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống phanh

Hệ thống phanh trên ô tô làm nhiệm vụ giảm tốc độ chuyển động của xe hoặcdừng xe một cách chủ động Trên ô tô ngoài hệ thống phanh chính bố trí ở các bánh xecòn có các hệ thống khác như hệ thống phanh phụ, hệ thống phanh dừng, phanh chậm

dần và phanh an toàn (khi có sự cố hỏng hệ thống cấp khí nén ở hệ thống phanh khínén).

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng làm việc của hệ thống phanh là chỉ tiêu hiệu quả

và chỉ tiêu ổn định hướng chuyển động của ô tô khi phanh Chỉ tiêu hiệu quả yêu cầuquãng đường phanh xe, giảm tốc phanh, thời gian phanh không quá giới hạn qui địnhnhằm làm cho xe giảm tốc nhanh, dừng xe với quãng đường ngắn nhất Chỉ tiêu ổnđịnh hướng yêu cầu góc lệch hướng chuyển động của ô tô trong quá trình phanh cũngnhư hành lang chiếm chỗ của ô tô trong quá trình phanh không được vượt quá giới hạnqui định

Để tăng lực phanh, trên các xe dùng hệ thống phanh thủy lực, có thể sử dụng cơcấu phanh với bố trí xy lanh phanh bánh xe kiểu đối xứng qua tâm, cơ cấu phanh guốckiểu tùy động, hoặc sử dụng cơ cấu phanh đĩa Để tăng lực của dẫn động phanh, trên

xe bố trí thêm bộ cường hóa (thông thường với các xe tải nhẹ là bộ cường hóa kiểuchân không) Tuy nhiên, lực phanh có thể phát huy tối đa lại phụ thuộc vào khả năngbám (bám dọc) giữa bánh xe với mặt đường Kích thước và kết cấu cơ cấu phanh bánh

xe cũng như bộ phận cường hóa dẫn động phanh được tính toán trên cơ sở giới hạnkhả năng bám dọc của các bánh xe với mặt đường

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HỆ THỐNG PHANH ABS 2.1 Sự lăn - bám - trượt của bánh xe với mặt đường khi phanh

Trong quá trình chuyển động bánh xe lăn, bám, trượt trên mặt đường và tiếpnhận các phản lực từ mặt đường Lực bám phụ thuộc vào sự lăn - bám - trượt của bánh

xe với mặt đường khi phanh

Lực bám của bánh xe với mặt đường được đặc trưng bởi hệ số bám  và hệ sốbám  gồm 2 thành phần: hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y Trên thực tế, hệ sốbám của bánh xe ô tô với mặt đường phụ thuộc vào loại đường và tình trạng mặtđường; kết cấu, vật liệu, độ cứng, áp suất lốp xe; tải trọng lên bánh xe, vận tốc chuyểnđộng của xe; điều kiện, nhiệt độ môi trường hoạt động của ô tô

2.1.1 Độ trượt dọc của bánh xe khi phanh

Độ trượt của bánh xe được gắn liền với khái niệm: khi ô tô thay đổi vận tốc( phanh, khởi hành, tăng tốc) tải trọng, phản lực từ mặt đường, mô men tác dụng lênbánh xe thay đổi làm cho lốp xe bị biến dạng theo chu vi lốp Các lớp ở vùng tiếp xúc

bị biến dạng, gây nên dịch chuyển tương đối với nền đường Để đánh giá mức độ trượt

sử dụng khái niệm độ trượt tương đối 

Đánh giá sự trượt dọc của bánh xe nhờ độ trượt  và được định nghĩa trongtrường hợp bánh xe bị phanh :

Trên các ô tô ngày nay sử dụng cả hai thông số gia tốc phanh và độ trượt củabánh xe làm thông số ngưỡng điều chỉnh thay đổi áp suất phanh của bánh xe, đồngthời sử dụng chế độ điều chỉnh mức thấp với mục đích đảm bảo khả năng quản lý độtrượt ở vùng ổn định

2.1.2 Quan hệ vật lý của lực bám dọc, lực bám ngang với độ trượt của bánh xe

Hình 2.1 trình bày quan hệ giữa lực bám dọc và lực bám ngang của bánh xe với

mặt đường phụ thuộc vào độ trượt dọc của bánh xe khi phanh

0 0,2 0,4 0,6 0,8

Hình 2.1 Quan hệ lực bám dọc và ngang với độ trượt dọc của bánh xe

Từ đồ thị có thể thấy khi độ trượt dọc của bánh xe bằng 1 (đối với trường hợpphanh là khi bánh xe bị hãm cứng) hệ số bám ngang giảm xuống giá trị thấp nhất (~ 0)

đó là thời điểm xảy ra sự mất ổn định hướng của xe

Trong vùng làm việc có độ trượt dọc từ 0,17 đến 0,3, trị số lực bám dọc của bánh

xe với đường có giá trị lớn nhất (hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại xmax ở độ trượt tối

ưu 0), đồng thời với vùng làm việc này, lực bám ngang của bánh xe với mặt đườngcũng lớn Vì vậy, để có thể phát huy lực phanh lớn (hiệu quả phanh cao) và tính ổnđịnh hướng của xe khi phanh tốt nhất phải duy trì trị số lực phanh ở các bánh xe saocho độ trượt dọc nằm trong vùng độ trượt tối ưu nói trên

Các hệ số bám dọc x và hệ số bám ngang y đều thay đổi theo độ trượt  Banđầu khi tăng độ trượt  thì hệ số bám dọc trục x tăng lên nhanh chóng và đạt giá trịcực đại trong khoảng độ trượt = 10 đến 30 % Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì x

giảm, khi độ trượt  lên đến 100% (lốp xe bị trượt lết hoàn toàn khi phanh) thì hệ sốbám dọc x giảm khoảng 20% đến 30% so với hệ số bám cực đại Khi đường ướt còn

có thể giảm nhiều hơn nữa, đến đến 60 % Đối với hệ số bám ngang y sẽ giảm nhanhkhi độ trượt tăng, ở trạng thái trượt lết hoàn toàn thì y giảm xuống gần bằng không

giúp cho lực bám dọc và lực bám ngang của bánh xe duy trì ở mức cao nhằm làm tăngtính ổn định của ô tô khi phanh.

Bê tông khô

Nhựa asphalt ướt

Bê tông khô

Độ trượt tối ưu

số bám cực đại trong hai trường hợp trên là khác nhau Vì vậy phạm vi điều khiểnABS của chúng, trường hợp lốp bố tròn chạy trên đường bê tông khô sẽ có quá trìnhđiều khiển ABS xảy ra sớm hơn Tương tự là phạm vi điều khiển của hệ thống ABSđối với loại lốp bố tròn chạy trên đường tuyết và đường đóng băng (đường cong 3 và4)

80 %

1,2

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2

1

2

3 4 Vùng abs điều khiển

Độ trượt λ

100%

Hình 2.3 Mối quan hệ giữa x và  với các loại lốp 1: Lốp bố tròn chạy trên đường bê tông khô.

2: Lốp bố chéo chạy trên đường nhựa ướt.

3: Lốp bố tròn chạy trên đường tuyết.

4: Lốp bố tròn chạy trên đường đóng băng.

Khi phanh trên đường vòng, xe chịu sự tác động của lực ngang nên các bánh xe

sẽ có một góc trượt  Đồ thị (hình 2.4) thể hiện mối quan hệ giữa hệ số bám dọc x

và hệ số bám ngang y với độ trượt  ứng với góc trượt  2o và  10o Ta nhậnthấy rằng khi góc trượt lớn ( ví dụ  10o) thì tính ổn định của xe giảm đi rất nhiều.Trong trường hợp này hệ thống ABS sẽ ưu tiên điều khiển ổn định của xe hơn là quãngđường phanh Vì vậy ABS sẽ can thiệp sớm khi hệ số bám dọc x còn giá trị rất nhỏ (

Vùng ABS điều khiển

Độ trượt λ

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Hình 2.4 Mối quan hệ giữa x , y với  ứng với góc lệch bên  .

Như vậy, trên cơ sở quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt, hệ thống ABS đượcnghiên cứu nhằm duy trì độ trượt của bánh xe nằm trong vùng giá trị trượt tối ưu

2.2 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình phanh

Dựa trên các chỉ tiêu đánh giá chất lượng quá trình phanh, có thể thấy rõ các ưuđiểm và hiệu quả của hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe so với hệ thống phanhthường

2.2.1 Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh

Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả phanh gồm :

- Quãng đường phanh Sp

- Gia tốc chậm dần khi phanh ax

- Thời gian phanh tp

- Lực phanh Fx và lực phanh riêng Trong các chỉ tiêu đánh giá tính hiệu quả phanh, thì chỉ tiêu quãng đường phanh

là đặc trưng và có ý nghĩa quan trọng nhất vì nó mang tính trực quan giúp người lái xe

xử lý tình huống hợp lý nhất Trong các cơ sở lý thuyết về hệ thống phanh của ô tô đãxây dựng được biểu thức xác định quãng đường phanh nhỏ nhất như sau:

S min : quãng đường phanh nhỏ nhất

v1: vận tốc của ô tô ứng với thời điểm bắt đầu phanh

v2: vận tốc của ô tô ở cuối quá trình phanh

: hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô

g: gia tốc trọng trường (g=9,81m/s 2 )

Khi phanh đến lúc ô tô dừng hẳn, v2=0 ta có:

2 1

2

min

v S

Để giảm hệ số thì khi phanh cần phải cắt ly hợp để giảm ảnh hưởng của cáckhối lượng quay Trong trường hợp này  ≈ 1

Nhờ hoạt động của hệ thống ABS duy trì độ trượt của bánh xe khi phanh nằmtrong giới hạn hẹp quanh giá trị 0 để có giá trị xmax trong khi hệ thống phanh thườngkhi phanh gấp thì hệ số bám x giảm rất nhanh theo độ trượt Do đó hệ thống ABShoạt động sẽ cho quãng đường phanh ngắn hơn là hệ thống phanh thường

2.2.2 Các chỉ tiêu đánh giá tính ổn định hướng

Tính ổn định hướng và tính ổn định quay vòng của ô tô khi phanh được hiểu làkhả năng ô tô giữ được quỹ đạo chuyển động như ý muốn ban đầu của người lái trongquá trình phanh

Trong thực tế cuối quá trình phanh thì trục dọc của ô tô có thể lệch đi một góc 

(hình 2.5) so với hướng chuyển động ban đầu (trục X) Sở dĩ như vậy là do tổng các

lực phanh sinh ra ở bánh xe bên phải (P p ph. ) khác với tổng các lực phanh sinh ra ởbánh xe bên trái (P p.tr) và tạo thành mô men quay vòng M qquanh trục thẳng đứng Z điqua trọng tâm A của ô tô Khi ô tô bị lệch đi một góc  quá mức quy định sẽ ảnhhưởng đến an toàn chuyển động trên đường

Hình 2.5 Góc lệch của ô tô khi phanh

Vì mô men quay vòng M q lớn hơn nhiều so với mô men do các phản lực từ mặtđường tác dụng lên các bánh xe theo phương ngang Ry1 và Ry2 sinh ra, nên có thể bỏqua Ry1 và Ry2 Cơ sở lý thuyết ô tô cũng đã xây dựng được biểu thức xác định giá trịgóc lệch :

2 1

.

.4

B P P

z

tr p ph p

B - Chiều rộng cơ sở của ô tô.

Góc lệch  là một thông số đặc trưng cho tính ổn định của ô tô khi phanh, 

càng nhỏ, tính ổn định của ô tô khi phanh càng cao Các biểu thức (2.4), (2.5) cho thấy

 tỷ lệ nghịch với bình phương hệ số bám  Như vậy cũng giống như phần đánh giátính hiệu quả phanh, hệ số bám  có ảnh hưởng rất lớn đến góc lệch  Giá trị 

càng lớn thì  càng nhỏ, ô tô càng ổn định khi phanh

Với giá trị hệ số bám ngang y được duy trì ở mức cao khi hệ thống ABS làmviệc sẽ dẫn đến độ lệch  có giá trị nhỏ hơn, tức tính ổn định cao hơn khi phanhthường và bị hãm cứng.

Góc lệch cực đại βmax cho phép khi phanh không vượt quá 80 hoặc khi phanh ô tôkhông vượt ra ngoài hành lang có chiều rộng 3,5 m

Trong trường hợp phanh khi xe đang quay vòng sẽ xuất hiện một lực ngang Y.Khi phanh ở trạng thái bánh xe bị hãm cứng và trượt dọc hoàn toàn, do khả năng bámngang kém hay không còn nữa làm cho bánh xe bị trượt ngang Khi đó ngoài góc lái ,bán kính quay vòng còn ảnh hưởng bởi các góc lệch hướng β1 và β2 khác nhau ở cáccầu trước và cầu sau do hiện tượng trượt khác nhau ở các bánh xe ở các cầu, dẫn đếnhiện tượng quay vòng thiếu, quay vòng thừa làm mất tính ổn định quay vòng của ô tô.Khi ABS hoạt động sẽ duy trì yở giá trị cao sẽ hạn chế hiện tượng này

Tóm lại, khi có trang bị hệ thống ABS sẽ đạt được các tiêu chí sau:

- Lợi về hiệu quả phanh (lực phanh lớn hơn do hệ số bám x luôn ở phạm vi lâncận giá trị xmax)

- Lợi về tính ổn định ngang do y còn đủ lớn cho xe ổn định ngang

2.3 Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh

Hệ thống ABS là hệ thống điều khiển điện tử, làm nhiệm vụ tự động điều chỉnh

áp suất trong dẫn động phanh tới các bánh xe nhằm duy trì độ trượt trong giới hạn saocho phát huy được lực phanh lớn nhất (trong vùng có hệ số bám x lớn nhất) đồng thờivẫn đảm bảo tính ổn định hướng chuyển động của xe (vùng có trị số số ylớn) trên cácloại đường khác nhau, thỏa mãn các yêu cầu của hệ thống phanh là rút ngắn quãngđường phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe trong khi phanh.Việc điều chỉnh này có thể được thực hiện bằng cách theo dõi giá trị gia tốc góc hay

độ trượt của bánh xe khi phanh

2.3.1 Chu trình điều khiển ABS

Quá trình điều khiển của hệ thống ABS được thực hiện theo một chu trình kín

như (hình 2.6) Các cụm của chu trình bao gồm:

4 3

Tín hiệu tác động

Tớn hiệu từ cảm biến Đối tượng

điều khiển

Nhõn tố ảnh hưởng

Tớn hiệu đầu vào

Tớn hiệu điều khiển

Hỡnh 2.6 Sơ đồ điều khiển của hệ thống ABS 1: Bộ chấp hành thuỷ lực; 2: Xy lanh phanh chớnh.

3: Xy lanh bỏnh xe; 4: Bộ điều khiển ECU; 5: Cảm biến tốc độ bỏnh xe.

- Tớn hiệu vào: là lực tỏc dụng lờn bàn đạp phanh của người lỏi xe, thể hiện qua

ỏp suất dầu tạo ra trong xy lanh phanh chớnh

- Tớn hiệu điều khiển: bao gồm cỏc cảm biến tốc độ bỏnh xe và bộ điều khiển

(ECU) Tớn hiệu tốc độ cỏc bỏnh xe và cỏc thụng số nhận được từ nú như gia tốc và độtrượt liờn tục được nhận biết và phản hồi về hộp điều khiển để xử lý kịp thời

- Tớn hiệu tỏc động: được thực hiện bởi bộ chấp hành, thay đổi ỏp suất dầu cấp

đến cỏc xy lanh làm việc ở cỏc cơ cấu phanh bỏnh xe

- Đối tượng điều khiển: là lực phanh giữa bỏnh xe và mặt đường ABS hoạt động

tạo ra mụ men phanh thớch hợp ở cỏc bỏnh xe để duy trỡ hệ số bỏm tối ưu giữa bỏnh xe

và mặt đường, tận dụng khả năng bỏm cực đại lực phanh là lớn nhất

- Cỏc yếu tố ảnh hưởng: như điều kiện mặt đường, tỡnh trạng phanh, tải trọng của

xe, và tỡnh trạng của lốp (ỏp suất, độ mũn…)

Chu trỡnh làm việc của ABS như sau:

+ Khi bắt đầu phanh, bỏnh xe quay với tốc độ quay giảm dần, nếu bỏnh xe đạt tớigiỏ trị gần bú cứng, tớn hiệu của cảm biến chuyển về bộ điều khiển trung tõm ECU-ABS lựa chọn chế độ, đưa ra tớn hiệu điều khiển van điều chỉnh ỏp suất (giữ hay cắtđường dầu từ xy lanh chớnh tới xy lanh bỏnh xe), lực phanh ở cơ cấu phanh khụng tăngđược nữa, bỏnh xe cú xu hướng lăn với tốc độ cao lờn, tớn hiệu từ cảm biến lại đưa vềECU-ABS ECU-ABS cung cấp lệnh điều khiển cụm van thủy lực điện từ, giảm ỏp lựcphanh, sao cho bỏnh xe khụng bú 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 liêntục, tới khi bánh xe dừng hẳn Cứ như vậy, hệ thống điện tử kiểm soát chế độ lăn cótrượt của bánh xe, trong lúc vị trí bàn đạp phanh không thay đổi

+ Một chu kỳ điều khiển thực hiện khoảng chừng 1/10 s, do vậy ABS làm việcrất hiệu quả, giúp cho bánh xe luôn nằm trong trạng thái phanh với độ trượt tối ưu,tránh được hiện tượng bó cứng bánh xe

Trong kết cấu thực tế hệ thống được tổ hợp là nhiều mạch (kênh) điều khiển khácnhau cho từng bánh xe hay một số bánh xe Để giữ cho các bánh xe làm việc ở vùng

có hệ số trượt 0 với lực phanh tối ưu và không xảy ra sự khóa cứng các bánh xe cầnphải điều chỉnh áp suất dầu dẫn đến cơ cấu phanh nhờ đó mà duy trì cho quá trìnhphanh xe luôn có hiệu quả và tính ổn định hướng chuyển động tốt

2.3.2 Quá trình điều khiển trong hệ thống ABS

Trên hình 2.7 trình bày đồ thị chỉ sự thay đổi của một số thông số của hệ thống

phanh và chuyển động của bánh xe khi có trang bị hệ thống phanh ABS

Khi tác động lên bàn đạp phanh thì áp suất dẫn động tăng lên, nghĩa là mô menphanh Mp tăng lên làm tăng giá trị gia tốc chậm dần của bánh xe và làm tăng độ trượtcủa nó Sau khi vượt qua điểm cực đại trên đường cong x =() thì gia tốc chậm dầncủa bánh xe bắt đầu tăng đột ngột Điều này báo hiệu bánh xe có xu hướng bị hãmcứng Giai đoạn này của quá trình phanh có ABS sẽ ứng với các đường cong (0-1) trên

Hình 2.7 a, b, c Giai đoạn này gọi là pha i (pha bắt đầu phanh hay là pha tăng áp suất

trong dẫn động phanh)

Bộ điều khiển của hệ thống phanh ABS lúc này sẽ ghi lại gia tốc tại thời điểm 1

đạt giá trị tới hạn (đoạn c1 trên hình c) và ra lệnh cho bộ chấp hành thủy lực phải giảm

áp suất trong dẫn động phanh Sự giảm áp suất được bắt đầu với độ chậm trễ nhất định

do đặc tính của cơ cấu Quá trình diễn biến từ điểm 1 đến điểm 2 được gọi là pha ii(pha giảm áp suất trong dẫn động phanh) Gia tốc của bánh xe lúc này giảm dần và tạiđiểm 2 gia tốc tiến dần đến giá trị 0 Giá trị gia tốc lúc này tương ứng với đoạn c2 trênhình c Sau khi đạt giá trị này, bộ điều khiển ra lệnh cho bộ chấp hành ổn định áp suấttrong dẫn động Lúc này bánh xe sẽ tăng tốc trong chuyển động tương đối và vận tốccủa bánh xe tiến gần đến vận tốc của ô tô, nghĩa là độ trượt sẽ giảm và như vậy hệ sốbám dọc x tăng lên (đoạn 2-3) Giai đoạn này gọi là pha iii (pha giữ áp suất ổn định).

Bởi vì mô men phanh trong thời gian này được giữ cố định cho nên gia tốc chậmdần cực đại của bánh xe trong chuyển động tương đối sẽ phát sinh tương ứng với lúc

hệ số bám dọc x đạt giá tri cực đại Gia tốc cực đại này được chọn làm thời điểm phátlệnh và tương ứng với đoạn C3 trên (hình c) Lúc này bộ điều khiển ghi lại giá trị của

gia tốc này và gia lệnh cho bộ chấp hành tăng áp suất dẫn động phanh

Như vậy sau điểm 3 lại bắt đầu pha i của chu kỳ làm việc tiếp theo của hệ thốngphanh ABS Từ lập luận trên thấy rằng hệ thống phanh ABS điều khiển mô men phanh

thay đổi theo chu kỳ khép kín 1-2-3-1 (Hình a), lúc đó bánh xe làm việc ở vùng có hệ

số bám dọc cực đại xmax và hệ số bám ngang ycũng có giá trị cao Trong trường hợpbánh xe bị hãm cứng thì các thông số diễn biến theo đường nét đứt trên

Chất lượng điều chỉnh Mp phụ thuộc vào tần số chu kỳ thay đổi áp suất dầu trongdẫn động, giá trị độ trượt  của bánh xe thay đổi phụ thuộc vào tần số này

CHƯƠNG 3 : CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA CỤM CHI TIẾT CỦA

CƠ CẤU ABS TRÊN XE TOYOTA HIACE 3.1 Giới thiệu chung.

KHUNG XE

Hệ thống treo

Trước Đòn kép với thanh xoắn và thanh cân bằng

Chức năng trượt ghế trước

Hình 3.2 Vị trí các chi tiết

Hệ thống ABS được thiết kế dựa trên cấu tạo của một hệ thống phanh thường.Ngoài ra các cụm bộ phận chính của một hệ thống phanh như cụm xy lanh chính, bầutrợ lực, cơ cấu phanh bánh xe, các van điều hoà lực phanh.Để thực hiện chức năngchống hãm cứng bánh xe khi phanh, thì hệ thống ABS cần trang bị thêm các bộ phậnnhư : cảm biến tốc độ bánh xe, hộp diều khiển điện tử (ECU), bộ chấp hành thuỷ lực,

bộ chẩn đoán, báo lỗi

Một hệ thống ABS bao gồm 3 cụm bộ phận chính :

- Cụm tín hiệu vào gồm các cảm biến tốc độ bánh xe, công tắc báo phanh, …cónhiệm vụ gửi thông tin tốc độ bánh xe, tín hiệu phanh về hộp điều khiển điện tử(ECU), dưới dạng tín hiệu điện

- Hộp điều khiển điện tử (ECU) có chức năng nhận và xử lý các tín hiệu vào, đưatín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành thuỷ lực, điều khiển quá trình phanh chống bócứng bánh xe

- Bộ phận chấp hành gồm có bộ điều khiển thuỷ lực (HCU), bộ phận hiển thị đènbáo phanh ABS, bộ phận kiểm tra, chẩn đoán

là tín hiệu nhấp nháy của đèn báo

Trên các xe đời mới hiện nay, thường ECU được lắp tích hợp chung,thành mộtcụm với bộ điều khiển thủy lực Điều này giúp giảm xác suất hư hỏng về đường dâyđiện và dễ kiểm tra sửa chữa

Hình 3.3 Sơ đồ khối các cụm chức năng của hệ thống ABS.

Hình 3.4 Sơ đồ điều khiển hệ thống phanh thường.

1: Bàn đạp phanh; 4: Ống dẫn dầu; 3: Xilanh phanh chính

2: Bình đựng dầu; 5,6: Má phanh

Hình 4.2b: Sơ đồ điều khiển của hệ thống ABS.

Nguyên tắc điều khiển cơ bản của hệ thống ABS như sau:

- Các cảm biến tốc độ bánh xe nhận biết tốc độ góc của các bánh xe và gửi tínhiệu về ECU dưới dạng các xung điện áp xoay chiều

- ECU theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách tính tốc độ xe và sự thay đổi tốc

độ bánh xe, xác định mức trượt dựa trên tốc độ các bánh xe

- Khi phanh gấp hay phanh trên những đường ướt, trơn trượt có hệ số bám thấp,ECU điều khiển bộ chấp hành thuỷ lực cung cấp áp suất dầu tối ưu cho mỗi xy lanhphanh bánh xe theo các chế độ tăng áp, giữ áp hay giảm áp để duy trì độ trượt nằmtrong giới hạn tốt nhất, tránh bị hãm cứng bánh xe khi phanh

3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm viêc của các cụm chi tiết và cả hệ thống ABS

3.2.1 Cảm biến tốc độ bánh xe.

Cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ cơ bản là biến chuyển động quay của bánh

xe tương ứng thành tín hiệu điện áp xoay chiều có tần số tỉ lệ thuận với tốc độ quaycủa bánh xe

3.2.1.1 Cấu tạo:

Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnh cửu để từhoá cuộn dây (cuộn dây có điện trở từ 1,69 ÷ 1,75 Ω), cuộn dây dùng để phát dòngđiện xoay chiều và một lõi từ Rotor cảm biến là một đĩa mép ngoài có răng và các

răng cách đều nhau và A là khe hở giữa hai đầu lõi từ và vành răng (hình 3.7)

Khi bánh răng của vòng cảm biến đi ngang qua cuộn dây cảm biến, một tín hiệuđiện xoay chiều được tạo ra Tần số và biên độ tín hiệu tăng khi tốc độ bánh xe tăng.Nếu bánh xe đứng yên, tần số tín hiệu cảm biến sẽ bằng 0 Hệ thống đánh giá logictrong bộ điều khiển điện tử sẽ hình thành một tốc độ chuẩn của xe để theo đó mà tácđộng trong quá trình điều khiển của phanh Các thay đổi của một hay nhiều bánh xe sẽđược ghi nhận theo thực tế và khi chúng giảm tốc độ nhiều quá (so với tốc độ chuẩn)thì sẽ được nhận biết như là một nguy cơ bị bó cứng Tín hiệu điện từ được truyền về

ECU bằng một cặp dây dẫn (hình 3.8) Tuỳ theo cấu tạo của cảm biến, vành răng và

khe hở giữa chúng, các xung điện áp tạo ra có thể nhỏ dưới 100 mV ở tốc độ thấp,hoặc cao hơn 100 mV ở tốc độ cao

Khe hở không khí A giữa lõi từ và đỉnh răng của vành răng cảm biến chỉ khoảng1mm và độ sai lệch phải nằm trong giới hạn cho phép Hệ thống ABS sẽ không làmviệc tốt nếu khe hở nằm ngoài giá trị tiêu chuẩn

Hình 3.8 Nguyên lý hoạt động của cảm biến 1: Nam châm vĩnh cửu; 4: Hướng quay của vành răng 2: Cuộn dây; 5: Khe hở giữa vành răng và đầu cảm biến;

3: Vòng răng cảm biến

3.2.2 Cảm biến giảm tốc.

Trên một số xe ngoài cảm biên tốc độ bánh xe còn được trang bị thêm một cảmbiến giảm tốc cho phép ECU xác định chính xác hơn sự giảm tốc của xe trong quátrình phanh Kết quả là, mức độ đáp ứng của ABS được cải thiện tốt hơn Nó thườngđược sử dụng nhiều trên xe 4WD bởi vì nếu một trong các bánh xe bị hãm cứng thì cácbánh xe khác cũng có xu hướng bị hãm cứng theo, do tất cả các bánh được nối với cơcấu truyền lực nên có tốc độ ảnh hưởng lẫn nhau Cảm biến giảm tốc còn gọi là cảmbiến “G”

Trước

LEDs Cảm biến giảm tốc Đĩa xẻ rãnh

Đĩa xẻ rãnh Transistor quang Trong quá trình giảm tốc

Hình 3.9 Vị trí và cấu biến giảm tốc tạo cảm Cấu tạo của cảm biến như (hình 3.9) gồm hai cặp đèn LED và phototransistors,

một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín hiệu Đặc điểm của đèn LED là phát sáng khicấp điện và phototransistors là dẫn điện khi có ánh sáng chiếu vào Khi mức độ giảmtốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rãnh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức độ giảm tốc

Hình 3.10 Các chế độ hoạt động của cảm biến giảm tốc.

3.2.3 Cảm biến gia tốc ngang.

Cảm biến gia tốc ngang được trang bị trên một vài kiểu xe, giúp tăng khẳ năngứng xử của xe khi phanh trong lúc đang quay vòng, có tác dụng làm chậm quá trìnhgia tăng mô men xoay xe Trong quá trình quay vòng, các bánh xe phía trong có xuhướng nhấc lên khỏi mặt đất do lực ly tâm và các yếu tố góc đặt bánh xe Ngược lại,các bánh xe bên ngoài bị tỳ mạnh xuống mặt đường đặc biệt là các bánh xe phía trướcbên ngoài Vì vậy các bánh xe phía trong có xu hướng bó cứng dễ dàng hơn so với cácbánh xe ở phía ngoài Cảm biến gia tốc ngang có nhiệm vụ xác định gia tốc ngang của

xe khi quay vòng và gửi tín hiệu về ECU

Trong trường hợp này một cảm biến kiểu phototransistors giống như cảm biếngiảm tốc được gắn theo trục ngang của xe hay một cảm biến kiểu bán dẫn được sửdụng để đo gia tốc ngang Ngoài ra cảm biến kiểu bán dẫn cũng được sử dụng để đo sựgiảm tốc, do nó có thể đo được cả gia tốc ngang và gia tốc dọc

Hình 3.11 Cảm biến gia tốc ngang.

3.2.4 Hộp điều khiển điện tử (ECU).

3.2.4.1 Chức năng của hộp điều khiển điện tử (ECU).

Nhận biết thông tin về tốc độ góc của các bánh xe, từ đó tính toán ra tốc độ bánh

xe và sự tăng giảm tốc của nó, xác định tốc độ xe, tốc độ chuẩn của bánh xe và ngưỡngtrượt, để nhận biết nguy cơ bị hãm cứng của bánh xe để:

+Cung cấp tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành thuỷ lực

+Thực hiện chế độ kiểm tra, chẩn đoán, lưu giữ mã hư hỏng và chế độ an toàn vàgửi thông tin thông qua các đèn tín hiệu là sự nhấp nháy của đèn

3.2.4.2 Cấu tạo.

Cấu tạo của ECU là một tổ hợp các vi xử lý, được chia thành 4 cụm chính và

nhận các vai trò khác nhau (hình 3.12)

Xử lý điều khiển

Logic điều khiển

Chuẩn đoán an toàn lỗi

Tác động

áp suất dầu

Hình 3.12 Các chức năng điều khiển của ECU 1: Cảm biến tốc độ bánh xe.

2: Xylanh phanh bánh xe.

3: áp suất dầu phanh.

- Phần xử lý tín hiệu

- Phần logic điều khiển

- Bộ phận an toàn

trước khi sử dụng Các tín hiệu được xử lý xong được chuyển qua phần logic điềukhiển

b, Phần lôgic điều khiển.

Dựa trên các tín hiệu vào, phần logic tính toán để xác định các thông số cơ bảnnhư gia tốc của bánh xe, tốc độ chuẩn, ngưỡng trượt, gia tốc ngang

Các tín hiệu từ phần lôgic điều khiển,điều khiển các van điện từ trong bộ chấphành thuỷ lực, làm thay đổi áp suất dầu cung cấp đến các cơ cấu phanh theo các chế độtăng, giữ và giảm áp suất

c, Bộ phận an toàn.

Một mạch an toàn ghi nhận những trục trặc của các tín hiệu trong cơ cấu cũngnhư bên ngoài có liên quan Nó cũng can thiệp liên tục vào trong quá trình điều khiểncủa cơ cấu Khi có một lỗi bị phát hiện thì hệ thống ABS được ngắt và được báo cáocho người lái thông qua đèn báo ABS được bật sáng

Mạch an toàn liên tục giám sát điện áp bình ắc quy Nếu điện áp nhỏ dưới mứcquy định thì hệ thống ABS được ngắt cho đến khi điện áp đạt trở lại trong phạm vi quiđịnh, lúc đó cơ cấu lại đặt trong tình trạng sẵn sàng hoạt động Mạch an toàn cũng kếthợp một chu trình kiểm tra

d, Bộ chuẩn đoán và lưu giữ mã lỗi.

Để giúp cho việc kiểm tra và sửa chữa được nhanh chóng và chính xác, ECU sẽtiến hành kiểm tra ban đầu và trong quá trình xe chạy sẽ ghi và lưu lại các lỗi hư hỏngtrong bộ nhớ dưới dạng các mã lỗi hư hỏng, nhưng cũng có những mã lỗi không thể tựxoá được kể cả khi tháo cả cực bình ắc quy Trong trường hợp này, sau khi sửa chữaxong phải tiến hành xoá mã lỗi hư hỏng theo qui định của nhà chế tạo

Hình 3.13 Sơ đồ mạch điện ABS của xe TOYOTA HIACE.

* Quá trình điều khiển chống hãm cứng bánh xe khi phanh

ECU điều khiển các van điện trong bộ chấp hành thuỷ lực đóng mở các cửa van,thực hiện các chu trình tăng, giữ và giảm áp suất ở các xylanh làm việc các bánh xe,giữ cho bánh xe không bị bó cứng bằng các tín hiệu điện Có hai phươg pháp điềukhiển:

- Điều khiển bằng cường độ dòng điện cấp đến các van điện, phương pháp này

sử dụng đối với các van điện 3 vị trí Phần lớn hiện nay đang điều khiển ở 3 mứccường độ dòng điện là: 0; 2 và 5A tương ứng với các chế độ tăng, giữ và giảm áp suất

- Điều khiển bằng điện áp 12V cấp đến các van điện, phương pháp này sử dụngđối với các van điện 2 vị trí