Nghiên cứu cơ cấu chấp hành thủy lực phanh ABS của xe Toyota Hiace

Hệ thống hoạt động chống hiện tượng bị hãm cứng của bánh xe bằngcách điều khiển thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các cơ cấu phanh ở các bánh xe ngănkhông cho nó bị hãm cứng khi phanh kh

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

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

2. EBD (Electronic Brake force Distribution): Hệ thống phân phối lực phanh

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

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

5. ESP (Electronic Stability Program): Hệ thống ổn định xe bằng điện tử

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

7. VSC (Vehicle Stability Control): Hệ thống ổn định động học của ôtô

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

9. DTC (Diagnostic Trouble Code): Mã lỗi chẩn đoán

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

11. SST (Specialized Service Tool): Dụng cụ sửa chữa chuyên dùng

12. DLC (Data Link Connector/Cable): Giắc chẩn đoán trên xe

13. LED (Light Emitting Diodes): Điốt phát sáng (Đèn LED)

14. RR (Rear right): Phía sau phải

15. RL (Rear left): Phía sau trái

16. FL (Front left): Phía trước trái

17. FR (Front right): Phía trước phải

18. SFLH (Solenoid front left hold): Van giữ phía trước trái

19. SFLR (Solenoid front left reduced): Van giảm phía trước trái

20. SFRH (Solenoid front right hold): Van giữ phía trước phải

21. SFRR (Solenoid front right reduced): Van giảm phía trước phải

22. SRRH (Solenoid rear right hold): Van giữ phía sau phải

23. SRRR (Solenoid rear right reduced): Van giảm phía sau phải

24. SRLH (Solenoid rear left hold): Van giữ phía sau trái

25. SRLR (Solenoid rear left reduced): Van giảm phía sau trái

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ so sánh giữa xe có trang bị ABS và không có ABS 5

Hình1.2 Quá trình phát triển của các hệ thống phanh trên ô tô 7

Hình 1.3 Quan hệ lực bám dọc và ngang với độ trượt dọc của bánh xe 9

Hình 1.4 Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt với các loại đường10 Hình 1.5 Mối quan hệ giữa và với các loại lốp10 Hình 1.6 Mối quan hệ giữa , ϕy với ứng với góc lệch bên α11 Hình 1.7 Góc lệch của ô tô khi phanh 13

Hình 1.8 Sơ đồ điều khiển của hệ thống ABS 15

Hình 1.9 Sự thay đổi mô men phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của bánh xe khi phanh có ABS 16

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống phanh ABS thủy lực 18

Hình 1.11 Vị trí lắp cảm biến 19

Hình 1.12 cấu tạo cảm biến tốc độ loại điện từ 20

Hình1.13 Nguyên lý hoạt động của cảm biến 21

Hình 1.14 Sơ đồ mạch điện hệ thống phanh ABS 21

Hình 1.15 Sơ đồ bộ chấp hành thủy lực 22

Hình 2.1 Xe toyota HIACE 23

Hinh 2.2 Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên xe toyota hiace 24

Hình 2.3 Mô tả hệ thống phanh ABS trên xe Toyota hiace 25

Hình 2.4 Cơ cấu chấp hành ABS thuỷ lực 26

x

x

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống phanh ABS dùng van 3 vị trí 28

Hình 2.6 Chế độ phanh thường (ABS không hoạt động) 29

Hình 2.7 Chế độ giảm áp 30

Hình 2.8 Chế độ giữ áp 31

Hình 2.6 Chế độ tăng áp 32

Hình 2.10 Sơ đồ 3 kênh kiểu 4 bánh 33

Hình 2.11 Sơ đồ bộ chấp hành thủy lực 4 van 3 vị trí 34

Hình 2.12 Sơ đồ biểu diễn của các van điện 3 và 2 vị trí 35

Hình 2.13 Van giữ áp 35

Hình 2.14 Van giảm áp 35

Hình 2.15 Giai đoạn tăng áp, ABS chưa hoạt động 36

Hình 2.16 Pha giữ áp, ABS hoạt động 36

Hình 2.17 Pha giảm áp, ABS hoạt động 36

Hình 2.18 Pha tăng áp, ABS hoạt động 37

Hình 2.19 Đồ thị quá trình phanh ABS 37

Hình 2.20 Tháo bộ chấp hành và rowle ABS 42

Hình 2.21 Nối thiết bị kiểm tra bộ chấp hành 42

Hình 2.22 Thiêt bị kiểm tra bộ chấp hành của Toyota 42

Hình 2.23 Đạp phanh kiểm tra bộ chấp hành 43

Hình 2.24 Nhả chân phanh kiểm tra độ rung 43

Hình 2.25 Xoay công tắc ở vị trí “Front RH” 44

Hình 2.26 Lắp các giắc nối 52

Hình 3.1 Thiết kế mô hình 3D cơ cấu phanh ABS 54

Hình 3.2 Mô hình hệ thống phanh ABS 57

Hình 3.3 Cơ cấu chấp hành xe Lexus ES 300 59

Hình 3.5 Bảng táp lô trên mô hình 60

Hình 3.6 Kết cấu bộ phận truyền lực và thủy lực 61

Hình 3.7 Chân giắc kiểm tra thông mạch 62

Hình 3.8 Rắc cái trên ABS ECU 62

Hình 3.9a,b Sơ đồ mạch điện xe Lexus ES 300 63

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật của xe Toyota hiace 23

Bảng 2.2 chức năng của các bộ phận 25

Bảng 2.3 Trạng thái của van điện từ 3 vị trí và của motor bơm ở chế độ thường 29

Bảng 2.4 Trạng thái của van điện từ 3 vị trí và motor bơm ở trạng thái giảm áp 30

Bảng 2.5 Trạng thái của van điện từ 3 vị trí và motor bơm ở trạng thái giữ áp 31

Bảng 2.6 Trạng thái của van điện từ 3 vị trí và motor bơm ở trạng thái giảm áp 32

Bảng 2.7 Bảng trạng thái làm việc của các van và bơm dầu 39

Bảng 2.8 Các triệu chứng hư hỏng 41

Bảng 2.9 Mã DTC hệ thống ABS xe toyota hiace 44

Bảng 2.10 Mã DTC của chế độ thử ABS 45

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế xã hội phát triển mạnh mẽ, nhu cầu di chuyển đi lại tăngcao, Ô tô là phương tiện tham gia lưu thông trên đường bộ với số lượng lớn Khi cuộcsống ngày một nâng cao thì yêu cầu về an toàn cho người và phương tiện cũng phải vàmột trong những cơ cấu đảm bảo an toàn trong ô tô là hệ thống phanh ABS

Do mật độ trên đường lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao cho nên vấn đềtai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết hàng đầu luôn cần phải quan tâm Ởnước ta trong nhưng năm gần đây số lượng vụ tai nạn giao thông và số người chết dotai nạn là rất lớn Theo thống kê của các nước thì số vụ tai nạn giao thông đường bộ60-70% do con người gây ra, 10-15% do hư hỏng máy móc, trục trặc về kĩ thuật và 20-30% do đường xá Trong nguyên nhân hư hỏng máy móc, truc trặc về kĩ thuật thì tỉ lệtai nạn do các cum của ô tô gây nên được thống kê như sau: Phanh chân52,2-74,4%,phanh tay 4,9-16,1%, lái 4,9-19,2%, chiếu sáng 2,3-8,7%, bánh xe 2,5-10%, các hưhỏng khác 2-18,2%

Từ các số liệu nêu trên thấy rằng, tai nạn do hệ thống phanh chiếm tỉ lệ lớn nhấttrong các tai nạn do kĩ thuật gây nên Chính vì thế mà ngày nay hệ thống phanh ngàycàng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càngnghiêm ngặt và chặt chẽ

Chính vì thế em đã chọn đề tài “ Nghiên cứu cơ cấu chấp hành thủy lực ABS

của xe TOYOTA HIACE” để tìm hiểu về bộ chấp hành phanh ABS trên xe TOYOTA HIACE Đồng thời giúp cho việc bảo dưỡng, sửa chữa cơ cấu chấp hành

của hệ thống phanh ABS đạt hiệu quả, đảm bảo an toàn cho người và xe trong quátrình vận hành

Em xin chân thành cảm ơn Th.S Khổng Văn Nguyên và Th.S Bùi Đức Hạnh

người trực tiếp hướng dẫn cùng các thầy trong bộ môn công nghệ ôtô, Khoa Cơ KhíĐộng Lực - Trường ĐHSPKT Hưng Yên đã giúp đỡ chúng em trong quá trình thựchiện đề tài

Em xin chân thành cảm ơn!

Hưng yên, ngày tháng năm …

Sinh viên

Trần Đăng Nam

MỞ ĐẦU

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 lượng 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 đường trơn, 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 phanh chống hãm cứng bánh xe khi

phanh, gọi là cơ cấu “ Anti- lock Bracking System’’ và thường được viết và gọi tắt là

hệ thống ABS Hệ thống hoạt động chống hiện tượng bị hãm cứng của bánh xe bằngcách điều khiển thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các cơ cấu phanh ở các bánh xe ngănkhông cho nó bị hãm cứng khi phanh khi phanh trên đường trơn khi phanh gấp, đảmbảo tính hiệu quả và tính ổn định của ô tô trong quá trình phanh

Ngày nay, hệ thống ABS đã giữ vai trò quan trọng không thể thiếu trong các hệthống phanh hiện đại, đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối với phần lớn các nước trênthế 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 cơ cấu này

Để sử dụng và khai thác có hiệu quả tất cả các tính năng ưu việt của cơ cấu ABSnói riêng và của ô tô nói chung, việc nghiên cứu và nắm vững cơ cấu này là cần thiết Với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng giảng dạy, học tập và nghiên cứu

về cơ cấu này, đề tài “Nghiên cứu cơ cấu chấp hành ABS thủy lực của xe Toyota

hiace” đã được thực hiện với nhiệm vụ chính.

Kết hợp các kiến thức về cơ sở lý thuyết hệ thống phanh ABS với mô hình hệthống phanh ABS tạo ra các bài tập thực hành phục vụ cho công tác giảng dạy, thựchành giúp cho quá trình dạy và học được sinh động và dễ hiểu hơn

2 Mục tiêu nghiên cứu

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

- Nghiên cứu khảo sát kết cấu một số cơ cấu chấp hành của hệ thống phanh ABSthủy lực

- Nghiên cứu cụm cơ cấu chấp hành của hệ thống phanh thuỷ lực ABS HIACE

- khôi phục lại mô hình của cơ cấu chấp hành ABS thủy lực sử dụng van 2 vị trítrong xưởng trung tâm

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng ngiên cứu: Nghiên cứu bộ chấp hành ABS thủy lực của hệ thống

phanh ABS HIACE

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu khả năng ứng dụng của cơ cấu chấp hành ABSthủy lực xe Toyota HIACE.

4 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu lý thuyết: các biện pháp nhằm đảm bảo tính ổn định hướng của ô tôtrong quá trình phanh, các hệ thống phanh tích cực trên ô tô

- Ngiên cứu thực nghiệm: Khôi phục lại mô hình phanh ABS trong xưởng trungtâm tại trường SPKT Hưng Yên

5 Giới hạn đề tài

-Tìm hiểu về tổng quan hệ thống phanh ABS

-Nghiên cứu và tìm hiểu về bộ cơ cấu chấp hành phanh ABS trên xe Toyotahiace

-Khôi phục lạ 1 phần hệ thống phanh ABS của mô hình phanh ABS trong xưởngCKĐL.

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ABS

1.1 Lịch sử phát triển của cơ cấu ABS.

Để giải quyết bài toán về vấn đề hiệu quả và tính ổn định khi phanh, phần lớn các

ô tô hiện đại đều được trang bị hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh, gọi là hệ

thống “Anti lock Brake System’’ và thường được viết và gọi tắt là ABS.

Hệ thống hoạt động chống hiện tượng bị hãm cứng của bánh xe bằng cách điềukhiển thay đổi áp suất dầu tác dụng lên các cơ cấu phanh ở các bánh xe ngăn khôngcho nó bị hãm cứng khi phanh trên đường trơn khi phanh gấp, đảm bảo tính hiệu quả

và tính ổn định của ô tô trong quá trình phanh

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

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

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

tự động mới, đem lại hiệu quả điều khiển cao trong khi vẫn tiết kiệm chi phí sản xuất.Với sự hiểu biết đơn giản và kinh nghiệm, tránh hiện tượng các bánh xe bị hãmcứng trong quá trình phanh khi lái xe trên đường trơn trượt, người lái xe đạp phanhbằng cách nhấn liên tục lên bàn đạp phanh để duy trì lực bám ngăn không cho bánh xe

bị trượt lết và đồng thời có thể điều khiển được hướng chuyển động của xe Về cơ bảnchức năng của cơ cấu phanh ABS cũng giống như vậy nhưng hiệu quả, độ chính xác

và an toàn cao hơn

Vào thập niên 60, nhờ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch điện tử ra đời, giúp

cơ cấu ABS lần đầu tiên được lắp trên ô tô vào năm 1969, sau đó cơ cấu ABS đượcnhiều công ty sản suất ô tô nghiên cứu và đưa vào ứng dụng vào năm 1970 Công tyToyota sử dụng lần đầu tiên cho các xe tại Nhật Bản vào năm 1971 đây là cơ cấu ABSmột kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau Nhưng phải đến thập niên 80 cơ cấu nàymới được phát triển mạnh nhờ cơ cấu điều khiển kĩ thuật số, vi sử lý thay cho các cơcấu điều khiển tương tự đơn giản trước đó

Lúc đầu cơ cấu ABS chỉ được lắp ráp trên các xe du lịch với, đắt tiền, được trang

bị theo yêu cầu và theo thị trường Dần dần cơ cấu này được đưa vào sử dụng rộng rãihơn, đến nay ABS gần như trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho tất cả các loại xe du lịch

và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có đường băng, tuyết dễ trơntrượt, ngày nay cơ cấu ABS không chỉ được thiết kế trên các cơ cấu phanh thuỷ lực màcòn ứng dụng rộng rãi trên các cơ cấu phanh khí nén của các xe tải và xe khách lớn.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 … Cơ cấu ABS còn được thiết kế kết hợp vớinhiều 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 tượng

các 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)

Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu kiểm soát lực kéo Traction Control (hay ASR)

làm giảm bớt công suất động cơ và phanh các bánh xe để tránh hiện tượng các bánh xe

bị trượt lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, bởi điều này làm tổn hao vôích một phần công suất của động cơ và mất tính ổn định chuyển động của ô tô

Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu phân phối lực phanh bằng điện tử EBD(Electronic Break force Distribution) nhằm phân phối áp suất dầu phanh đến các bánh

xe phù hợp với các chế độ tải trọng và các chế độ chạy của xe

Cơ cấu ABS kết hợp với cơ cấu ổn định ô tô bằng điện tử (ESP) không chỉ có tácdụng trong khi dừng xe, mà còn can thiệp vào cả quá trình tăng tốc và chuyển độngquay vòng của ô tô, giúp nâng cao hiệu quả chuyển động của ô tô trong mọi trườnghợp

Ngày nay với sự phát triển vượt bậc và hỗ trợ rất lớn của kĩ thuật điện tử củangành điều khiển tự động và các phần mềm tính toán, lập trình đã cho phép nghiên cứu

và đưa vào ứng dụng các phương pháp điều khiển mới trong ABS như điều khiển mờđiều khiển thông minh, tối ưu hoá quá trình điều khiển ABS

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

Các công ty như BOSCH, AISIN, DENCO, BENDI là những công ty đi đầutrong việc nghiên cứu, cải tiến và chế tạo các cơ cấu ABS và cung cấp cho các công tysản xuất ô tô trên toàn thế giới.

Quá trình phát triển của hệ thống phanh nói chung trên xe ô tô có thể được khái

quát bằng các mốc thời gian như trong hình 1.2 trên đây.

1.2 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 ϕ và hệ số

bám ϕ gồm 2 thành phần: hệ số bám dọc ϕx và hệ số bám ngang ϕy Trên thực tế, hệ số

bám 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

1.2.1 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 λ

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

v : vận tốc dịch dọc của bánh xe tại vết tiếp xúc (m/s)

ω: vận tốc góc của bánh xe khi phanh (rad/s)

rb: bán kính lăn của bánh xe (m)

Hiện tượng trượt lết của các bánh xe khi phanh làm giảm hiệu quả phanh và gâymất ổn định hướng Để tránh hiện tượng này, quá trình phanh phải được điều khiểntheo đường đặc tính trượt lý tưởng

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, đồng

thời sử dụng chế độ điều chỉnh mức thấp với mục đích đảm bảo khả năng quản lý độtrượt ở vùng ổn định.

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

Hình 1.3 trình bày quan hệ giữa lực bám dọc và lực bám ngang của bánh xe vớimặt đường phụ thuộc vào độ trượt dọc của bánh xe khi phanh

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 ϕxmax ở độ trượt tối

ưu λ0), 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

Hình 1.3 Quan hệ lực bám dọc và ngang với độ trượt dọc của bánh xe

Các hệ số bám dọc ϕx và hệ số bám ngang ϕy đều thay đổi theo độ trượt λ Banđầu khi tăng độ trượt λ thì hệ số bám dọc trục ϕx tăng lên nhanh chóng và đạt giá trị

cực đại trong khoảng độ trượt λ= 10 đến 30 % Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì ϕx

giảm, khi độ trượt λ lên đến 100% (lốp xe bị trượt lết hoàn toàn khi phanh) thì hệ số

bám dọc ϕx giảm khoảng 20% đến 30% so với hệ số bám cực đại Khi đường ướt

còncó thể giảm nhiều hơn nữa, đến đến 60 % Đối với hệ số bám ngang ϕy sẽ giảm

nhanh khi độ trượt tăng, ở trạng thái trượt lết hoàn toàn thì ϕy giảm xuống gần bằng

không

Hình 1.4 Quan hệ giữa hệ số bám và độ trượt với các loại đường

Mối quan hệ giữa hệ số bám dọc ϕx và hệ số bám ngang ϕy theo độ trượt tươngđối của bánh xe ứng với các loại đường khác nhau được chỉ ra trên (Hình 1.4) Thựcnghiệm chứng tỏ rằng ứng với các loại đường khác nhau thì giá trị λ0 thường nằmtrong giới hạn từ 10 đến 30 % Ở giá trị độ trượt tối ưu λ0 này, không những đảm bảo

hệ số bám dọc ϕx có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang ϕy cũng có giá trị khá cao,

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

Hình 1.5 Mối quan hệ giữa và với các loại lốp

λ

x

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.

Trên (hình 1.5) trình bày mối quan hệ hệ số bám dọc và độ trượt với các loại lốp

ô tô (kích thước, kết cấu, áp suất hơi lốp) khác nhau chạy trên các loại đường có hệ sốbám khác nhau Do đó, trong quá trình sử sụng không tùy tiện thay đổi kiểu, loại lốp

do nhà chế tạo quy định cho mỗi loại xe Phạm vi điều khiển của hệ thống ABS ứngvới từng điều kiện cụ thể là khác nhau

Theo đó ta thấy đối với loại lốp bố tròn chạy trên đường bê tông khô (đường cong 1)thì giá trị ϕxmax đạt được ứng với độ trượt khoảng 10% so với loại lốp bố chéo chạy trên

đường nhựa ướt (đường cong 2) là 30% Độ trượt tối ưu λ0 để đạt giá trị hệ số bámcực đại trong hai trường hợp trên là khác nhau Vì vậy phạm vi điều khiển ABS củachúng, trường hợp lốp bố tròn chạy trên đường bê tông khô sẽ có quá trình điều khiểnABS xảy ra sớm hơn Tương tự là phạm vi điều khiển của hệ thống ABS đối với loạilốp bố tròn chạy trên đường tuyết và đường đóng băng (đường cong 3 và 4)

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

sẽ có một góc trượt α Đồ thị (hình 1.6) thể hiện mối quan hệ giữa hệ số bám dọc ϕx

và hệ số bám ngang ϕy với độ trượt λ ứng với góc trượt α =2o và α =10o Ta nhận

thấy rằng khi góc trượt lớn ( ví dụ α =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 làquãng đường phanh Vì vậy ABS sẽ can thiệp sớm khi hệ số bám dọc ϕx còn giá trị rất

nhỏ (ϕx ≈0,35), trong khi hệ số bám ngang ϕy đạt được giá trị cực đại của nó là 0,8,

quá trình điều khiển này cũng được kéo dài hơn bình thường Nhờ vậy xe giữ đượctính ổn định khi phanh trên đường vòng, mặc dù quãng đường phanh có thể dài hơn sovới khi chạy thẳng

Hình 1.6 Mối quan hệ giữa , ϕy với ứng với góc lệch bên α .

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

1.3 Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng 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

1.3.1 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 (m)

x

v1: vận tốc của ô tô ứng với thời điểm bắt đầu phanh (m/s)

v2: vận tốc của ô tô ở cuối quá trình phanh (m/s)

δ : 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

g

δϕ

=

(1.3)

Từ hai biểu thức trên ta thấy giá trị quãng đường phanh nhỏ nhất S min ngoài sựphụ thuộc vào các yếu tố như hệ số tính đến ảnh hưởng các trọng khối quay của ô tô δ

, vận tốc của ô tô lúc bắt đầu phanh v1, còn phụ thuộc vào giá trị hệ số bám ϕx Xét

trường hợp khi phanh của hai hệ thống phanh thường và hệ thống phanh chống hãmcứng có cùng vận tốc lúc bắt đầu phanh v1, để đạt tính hiệu quả phanh cao, tức S min cógiá trị tối ưu thì cần phải giảm hệ sốδ , đồng thời phải duy trì hệ số bám ϕ ở mức cao.

Để giảm hệ sốϕ thì khi phanh cần phải cắt ly hợp để giảm ảnh hưởng của các

khối lượng quay Trong trường hợp này δ ≈ 1

Nhờ hoạt động của hệ thống ABS duy trì độ trượt của bánh xe khi phanh nằmtrong giới hạn hẹp quanh giá trị λ0 để có giá trị ϕxmax trong khi hệ thống phanh thường

khi phanh gấp thì hệ số bám ϕx giảm rất nhanh theo độ trượt Do đó hệ thống ABS

hoạt động sẽ cho quãng đường phanh ngắn hơn là hệ thống phanh thường

1.3.2 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

Hình 1.7 Góc lệch của ô tô khi phanh

Trong thực tế cuối quá trình phanh thì trục dọc của ô tô có thể lệch đi một góc β(hình 1.7) so với hướng chuyển động ban đầu (trục X) Sở dĩ như vậy là do tổng cáclực 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 β quá mức quy định sẽ ảnhhưởng đến an toàn chuyển động trên đường

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 β:

2 1

(1.4)Hay:

1

.

.4

B P P

z

tr p ph p

ϕ

δβ

(1.5) Trong đó:

I z - Mô men quán tính của ô tô quanh trục Z thẳng góc với mặt phẳng XOY và đi qua trọng tâm A của ô tô.

B - Chiều rộng cơ sở của ô tô (m)

Góc lệch β là một thông số đặc trưng cho tính ổn định của ô tô khi phanh, βcàng nhỏ, tính ổn định của ô tô khi phanh càng cao Các biểu thức (2.4), (2.5) cho thấy

β tỷ lệ nghịch với bình phương hệ số bám ϕ Như vậy cũng giống như phần đánh giá

tính hiệu quả phanh, hệ số bám ϕ có ảnh hưởng rất lớn đến góc lệch β Giá trị ϕ

càng lớn thì β càng nhỏ, ô tô càng ổn định khi phanh Với giá trị hệ số bám ngang ϕy

được duy trì ở mức cao khi hệ thống ABS làm việc sẽ dẫn đến độ lệch β có giá trị nhỏhơn, tức tính ổn định cao hơn khi phanh thường và bị hãm cứng

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 α,

bán kính quay vòng còn ảnh hưởng bởi các góc lệch hướng β1 và β2 khác nhau ở các

cầu 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 ϕyở 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 ϕx luôn ở phạm vi lân

cận giá trị ϕxmax).

- Lợi về tính ổn định ngang do ϕy còn đủ lớn cho xe ổn định ngang.

1.4 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 ϕx lớn nhất) đồng thời

vẫn đảm bảo tính ổn định hướng chuyển động của xe (vùng có trị số số ϕylớn) trên các

loại 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

1.4.1 Chu trình điều khiển ABS

Quá trình điều khiển của hệ thống ABS được thực hiện theo một chu trình kínnhư (hình 1.8) Các cụm của chu trình bao gồm:

Hình 1.8 Sơ đồ điều khiển của hệ thống ABS 1: Bộ chấp hành thuỷ lực; 2: Xy lanh phanh chính.

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

- Tín hiệu vào: là lực tác dụng lên bàn đạp phanh của người lái xe, thể hiện qua

áp suất dầu tạo ra trong xy lanh phanh chính

- Tín hiệu điều khiển: bao gồm các cảm biến tốc độ bánh xe và bộ điều khiển(ECU) Tín hiệu tốc độ các bánh xe và các thông số nhận được từ nó như gia tốc và độtrượt liên tục được nhận biết và phản hồi về hộp điều khiển để xử lý kịp thời

- Tín hiệu tác động: được thực hiện bởi bộ chấp hành, thay đổi áp suất dầu cấpđến các xy lanh làm việc ở các cơ cấu phanh bánh xe

- Đối tượng điều khiển: là lực phanh giữa bánh xe và mặt đường ABS hoạt độngtạo ra mô men phanh thích hợp ở các bánh xe để duy trì hệ số bám tối ưu giữa bánh xe

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

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

xe, và tình trạng của lốp (áp suất, độ mòn…)

Chu trình làm việc của ABS như sau:

Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ quay giảm dần, nếu bánh xe đạt tớigiá trị gần bó cứng, tín hiệu của cảm biến chuyển về bộ điều khiển trung tâm ECU-ABS lựa chọn chế độ, đưa ra tín hiệu điều khiển van điều chỉnh áp suất (giữ hay cắtđường dầu từ xy lanh chính tới xy lanh bánh xe), lực phanh ở cơ cấu phanh không tăngđược nữa, bánh xe có xu hướng lăn với tốc độ cao lên, tín hiệu từ cảm biến lại đưa vềECU-ABS ECU-ABS cung cấp lệnh điều khiển cụm van thủy lực điện từ, giảm áp lựcphanh, 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 liên

Tín hiệuvòng

tục, 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 việc rấthiệu quả, giúp cho bánh xe luôn nằm trong trạng thái phanh với độ trượt tối ưu, tránhđược hiện tượng bó cứng bánh xe

1.4.2 Quá trình điều khiển trong hệ thống ABS

Hình 1.9 Sự thay đổi mô men phanh, áp suất dẫn động phanh và gia tốc của

bánh xe khi phanh có ABS.

Trên hình 1.9 trình bày đồ thị chỉ sự thay đổi của một số thông số của hệ thốngphanh và chuyển động của bánh xe khi có trang bị hệ thống phanh ABS

Vận tốc của bánh xe tiến gần đến vận tốc của ô tô, nghĩa là độ trượt sẽ giảm vànhư vậy hệ số bám dọc ϕx tăng lên (đoạn 2-3) Giai đoạn này gọi là pha iii (pha giữ áp

suất ổn định)

Khi tác động lên bàn đạp phanh thì áp suất dẫn động tăng lên, nghĩa là mô men

phanh Mp tăng lên làm tăng giá trị gia tốc chậm dần của bánh xe và làm tăng độ trượt

của nó Sau khi vượt qua điểm cực đại trên đường cong ϕx = ƒ(λ) thì gia tốc chậm dần

c) Gia tốc bánh xe

b) Áp suất dẫn động phanh

a) Sự thay đổi mô men phanh

của 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) trênHình 1.9 a, b, c Giai đoạn này gọi là pha i (pha bắt đầu phanh hay là pha tăng áp suấttrong dẫn động phanh).

Bộ điều khiển của hệ thống phanh ABS lúc này sẽ ghi lại gia tốc tại thời điểm 1đạt 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 tốc 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 ϕx đạt giá tri cực đại Gia tốc cực đại này được chọn làm thời điểm phát

lệnh và tương ứng với đoạn C3 trên (hình c) Lúc này bộ điều khiển ghi lại giá trị củagia tốc này và gia lệnh cho bộ chấp hành tăng áp suất dẫn động phanh

Như vậy sau điểm 3 lại bắt đầu pha 1 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 phanhthay 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 ϕxmax và hệ số bám ngang cũng có giá trị cao Trong trường hợp

bánh 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 trong

dẫn động, giá trị độ trượt λ c ủa bánh xe thay đổi phụ thuộc vào tần số này.

1.5 Cấu tạo hệ thống ABS

Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống phanh ABS thủy lực

Các thành phần của một hệ thống phanh thông thường: bàn đạp phanh, trợ lực,

xy lanh phanh chính, xy lanh phanh bánh xe, cơ cấu phanh bánh xe, ống dẫn thủylực…

-Bộ chấp hành ABS

-ABS ECU

-Công tắc bàn đạp phanh

-Các cảm biến tốc độ

-Hộp rơ le điều khiển bộ chấp hành

-Các thiết bị hiển thị chế độ làm việc hệ thống ABS (đèn báo)

Các thành phần vốn có trong các hệ thống phanh thông thường ở hệ thốngphanh ABS cũng đảm nhiệm các chức năng vốn có của chúng như:

Bàn đạp phanh và xy lanh phanh chính: Tạo áp suất dầu trong hệ thống

Trợ lực phanh: Giảm lực bàn đạp cần thiết mà vẫn đảm bảo áp suất phanh

Cơ cấu phanh bánh xe: Tạo mô men phanh để phanh bánh xe

Cảm biến tốc độ: Đo chuyển động quay của bánh xe bằng tín hiệu điện áp tươngứng và gửi về ABS ECU

Cảm biến gia tốc: Đo gia tốc chuyển động của thân xe bằng tín hiệu điện áp vàgửi về ABS ECU

Công tắc bàn đạp phanh: Đưa tín hiệu điện báo sự kiện người lái đạp bàn đạpphanh về ABS ECU

ABS ECU: Nhận các tín hiệu đầu vào, xử lý theo chương trình được lập sẵn, điềukhiển hoạt động của các bộ phận chấp hành Truyền nhận dữ liệu với các hệ thốngđiện tử khác trên xe (hệ thống chuẩn đoán,…)

Hộp rơ le: Điều khiển các thiết bị chấp hành khác (các van điện từ, bơm, đèn báohoạt động ABS) theo tín hiệu điều khiển từ ABS ECU.

Nhiệm vụ: 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 vớitốc độ quay của bánh xe

Cấu tạo: Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnh cửu

để từ hoá cuộn dây (cuộn dây có điện trở từ 1,69 ÷ 1,75 Ω), cuộn dây dùng để phátdòng điện xoay chiều và một lõi từ Rotor cảm biến là một đĩa mép ngoài có răng vàcác răng cách đều nhau và A là khe hở giữa hai đầu lõi từ và vành răng (Hình 1.12)

Hình 1.12 Cấu tạo cảm biến tốc độ loại điện từ Nguyên lý hoạt động:

Khi bánh xe quay, các cảm biến tạo ra các tín hiệu điện từ Những cảm biến nàyđược ví như "con mắt" của bộ điều khiển điện tử (ECU), giúp cho ECU cảm nhận

được tốc độ và tình trạng bị khóa của bánh xe Mỗi cảm biến có sử dụng cơ cấu rotorbánh răng, còn được gọi là "vòng cảm biến", "vòng kích thích" hay "vòng từ trở",được gắn trên may ơ hoặc trục bánh xe và cùng quay với bánh xe.

Hình 1.13 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

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 vềECU bằng một cặp dây dẫn (hình 1.13) Tuỳ theo cấu tạo của cảm biến, vành răng vàkhe 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

1.5.2 Hộp điều khiển điện tử (ECU)

Chức năng của hộp điều khiển ABS (ECU):

Hệ thống điều khiển điện tử ABS làm các nhiệm vụ cụ thể như sau:

+ Nhận, xử lý tín hiệu từ các cảm biến vận tốc bánh xe và tính toán vận tốc cácbánh xe tương ứng

+ Nhận, xử lý tín hiệu từ các cảm biến áp suất phanh và tính toán áp suất phanhtại các kênh tương ứng

+ Điều khiển đóng ngắt các van điện từ và bơm trong bộ chấp hành ABS, để tổhợp thành các pha làm việc của bộ chấp hành.

+ Giao tiếp với máy tính, truyền các thông số phanh về máy tính để phục vụ choviệc phân tích và đánh giá kết quả phanh thử nghiệm

+ Chẩn đoán tình trạng của hệ thống, đưa ra tín hiệu chẩn đoán

Hình 1.14 Sơ đồ mạch điện hệ thống phanh ABS

Cấu tạo của một bộ chấp hành thủy lực gồm có các bộ phận chính sau: các van điện từ,motor điện dẫn động bơm dầu, bơm dầu và bình tích áp.

Van điện từ : Cấu tạo chung của một van điện từ gồm có một cuộn dây điện, lõi

van, các cửa van và van một chiều Van điện từ có chức năng đóng mở các cửa vantheo sự điều khiển của ECU để điều chỉnh áp suất dầu đến các xy lanh bánh xe

Motor điện và bơm dầu: Một bơm dầu kiểu piston được dẫn động bỡi một motor

điện, có chức năng đưa ngược dầu từ bình tích áp về xi lanh chính trong các chế độgiảm và giữ áp Bơm được chia ra hai buồng làm việc độc lập thông qua hai piston trái

và phải được điều khiển bằng cam lệch tâm Các van một chiều chỉ cho dòng dầu đi từbơm về xylanh chính

Bình tích áp: Chứa dầu hồi về từ xi lanh phanh bánh xe, nhất thời làm giảm áp suất

dầu ở xi lanh phanh bánh xe

CHƯƠNG II: CƠ CẤU CHẤP HÀNH THỦY LỰC TRÊN XE TOYOTA HIACE

2.1 Giới thiệu chung về xe Toyota hiace.

Hình 2.1 Xe toyota HIACE

Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật của xe Toyota hiace

Thông số kỹ thuật của xe

2.2 Cơ cấu chấp hành thủy lực trên xe toyota hiace

để điều chỉnh áp suất dầu của từng xi lanh bánh xe ABS giúp tránh cho các bánh xekhỏi bị hãm cứng khi đạp chắc bàn đạp phanh hoặc khi phanh trên mặt đường trơntrượt

Hình 2.3 Mô tả hệ thống phanh ABS trên xe Toyota hiace

ra lực phanh đủ mạnh khi cần

Bảng 2.2 chức năng của các bộ phận

ECU điều khiển

trượt Đánh giá tình trạng lái xe dựa trên các tín hiệu từ các cảm biến và gửi các tín hiệu điều khiển phanh đến bộ chấp hành

Bộ chấp hành phanh Thay đổi đường dầu dựa vào các tín hiệu từ ECU điều khiển trượt trong khi hoạt động ABS, để điều khiển áp suất dầu

được cấp vào các xi lanh bánh xe

Rơle môtơ Cấp và cắt điện đến môtơ

Rơle điện từ Cấp và cắt điện đến van điện từ

Cảm biến tốc độ Phát hiện tốc độ của 4 bánh xe.

Công tắc đèn phanh Phát hiện tình trạng nhấn bàn đạp phanh

Công tắc phanh tay Phát hiện rằng cần phanh tay bị kéo

Đèn báo ABS Sáng lên để báo cho người lái khi ECU điều khiển trượt phát

hiện hư hỏng trong ABS

-Chức năng dự phòng

Nếu hư hỏng xảy ra trong hệ thống tín hiệu của hệ thống ABS, ECU điều khiển trượt

vô hiệu hoá điều khiển ABS

-Kiểm tra dự phòng

Sau khi khoá điện được bật lên vị trí ON và xe đạt tốc độ xấp xỉ 4 mph (6 km/h) trở lên chỉ trong thời gian đầu, thì ECU điều khiển trượt thực hiện việc kiểm tra ban đầu.Các chức năng của từng van điện từ và môtơ bơm trong bộ chấp hành phanh phải đượckiểm tra theo đúng thứ tự

2.3 Cấu tạo chung cơ cấu chấp hành thủy lực

2.3.1 Chức năng của cơ cấu chấp hành ABS (ABS Modulator Valve)

Cơ cấu chấp hành thuỷ lực có chức năng cung cấp hay ngắt áp suất dầu tối ưuđến các xy lanh phanh bánh xe theo sự điều khiển của hộp điều khiển điện tử ECUtránh hiện tượng bị hãm cứng bánh xe khi phanh Cơ cấu chấp hành thuỷ lực là thiết bịtạo ra chu kì phanh

2.3.2 Cấu tạo chung cơ cấu chấp hành ABS thủy lực

Cấu tạo của một bộ chấp hành thuỷ lực gồm có các bộ phận chính sau: các vanđiện từ, motor điện dẫn động bơm dầu, bơm dầu và bình tích áp, rơ le bơm, rơ le vanđiện từ

- Van điện từ: Van điện từ có chức năng đóng mở các cửa van theo sự điều khiển

của ECU để điều chỉnh áp suất dầu đến các xy lanh bánh xe Van điện từ trong bộ chấphành có hai loại là loại 2 vị trí và loại 3 vị trí Cấu tạo chung của một van điện từ gồmmột cuộn dây điện, lõi van, các cửa van và van một chiều

Hình 2.4 Cơ cấu chấp hành ABS thuỷ lực

- Motor điện và bơm dầu: Một bơm dầu kiểu pít tông được dẫn động bởi một

motor điện có chức năng đưa ngược dầu từ bình tích áp về xy lanh chính trong các chế

độ giảm và giữ áp

Bơm được chia ra làm hai buồng làm việc độc lập thông qua hai piston trái vàphải được điều khiển bằng cam lệch tâm, các van một chiều chỉ cho dòng dầu đi từbơm về xy lanh chính ECU nhận tín hiệu từ công tắc hành trình bàn đạp phanh hoặc

từ công tắc áp suất của bộ tích trữ rồi phát tín hiệu điều khiển bơm Một số hệ thốnglưu trữ dầu phanh từ các van trong một bộ tích trữ trước khi khởi động bơm

- Cụm rơ le điều khiển: gồm 2 rơ le, rơ le bộ chấp hành thuỷ lực có 6 chân và rơ

le bơm hồi dầu có 4 chân, được điều khiển trực tiếp từ bộ điều khiển điện tử (ECU)

- Bình hồi dầu: có hai bình hồi dầu, bình số 1 (bình hấp thụ áp suất cao) tránh cho dao

động của áp suất dội vào chân người lái do thời gian đóng mở van rất nhanh và bơmbật tắt liên tục trong thời gian rất ngắn, bình số 2 (bình hấp thụ áp suất thấp) có tácdụng chính là chứa dầu hồi từ xy lanh bánh xe

2.3.3 Phân loại

Cơ cấu chấp hành thủy lực trong hệ thống phanh ABS có thể phân loại theo cấutrúc mô đun chỉnh áp suất có 2 loại chính là mô đun 2 vị trí và mô đun 3 vị trí

Các cơ cấu chấp hành thủy lực ABS là các van điện tử điều chỉnh áp suất dẫn tới

xy lanh bánh xe Mỗi kênh điều khiển của xe bố trí các mô đun điểu khiển theo haidạng

+Mỗi kênh sử dụng 1 van 3 vị trí (mô đun 3 vị trí)

+Mối kênh sử dụng 2 van 2 vị trí (mô đun gồm 2 van 2 vị trí)

2.4 Cơ cấu chấp hành ABS thủy lực loại van điện 3 vị trí

2.4.1 Sơ đồ nguyên lý cơ cấu chấp hành thủy lực ABS loại van điện 3 vị trí

Hình 2.5 Sơ đồ hệ thống phanh ABS dùng van 3 vị trí

Với van điện từ 3 vị trí, 3 vị trí làm việc của van ứng với 3 chế độ làm việc của

hệ thống là: giữ áp, giảm áp, tăng áp

Hệ thống phanh ABS 4 kênh, dùng van 3 vị trí sử dụng 4 van 3 vị trí Mỗi kênhđược điều khiển bằng một van 3 vị trí ABS ECU sẽ điều khiển các van 3 vị trí này đểtạo ra 3 chế độ làm việc của hệ thống nêu trên

Sơ đồ (Hình 2.5) thể hiện sự hoạt động của một cơ cấu chấp hành thuỷ lực loạivan điện 3 vị trí Motor bơm có nhiệm vụ cung cấp dầu có áp suất cao (120 – 130) barcho van khi cần thiết, cuộn dây của van được điều khiển nhờ tín hiệu điều khiển củaECU-ABS Mạch thủy lực của bơm dầu nối song song với mạch thủy lực điều khiển

xy lanh bánh xe và cung cấp dầu hay chuyển dầu qua hai van một chiều

Cụm van bao gồm: cuộn dây điện bố trí trong vỏ của cụm van, cuộn dây 4 tạo

nên từ trường khi cho dòng điện đi qua, lõi thép từ đặt trong cuộn dây có khả năng dichuyển theo cường độ từ trường tạo ra, lõi thép từ luôn chịu tác động của lò xo định vịcác van A, van B bố trí nằm trong lõi thép từ, liên kết với nhau thông qua các lò xonhỏ Van A có nhiệm vụ đóng mở mạch cấp dầu cho xy lanh bánh xe, van B có nhiệm

vụ đóng mở mạch thoát dầu sang bình tích dầu

2.4.2 Nguyên lý hoạt động cơ cấu chấp hành thủy lực ABS loại van điện 3 vị trí

- Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động)

Hình 2.6 Chế độ phanh thường (ABS không hoạt động)

Khi phanh xe ở tốc độ chậm (dưới 8 km/h hay 12,25km/h tuỳ từng loại xe) hay ràphanh ABS sẽ không hoạt động và ECU không gửi dòng điện đến cuộn dây của vanđiện từ Do đó, van 3 vị trí bị ấn xuống bởi lò xo hồi vị và cửa A vẫn mở trong khi cửa

B vẫn đóng (Hình 2.6) Dầu phanh từ xy lanh chính qua cửa A đến cửa C trong vanđiện 3 vị trí rồi tới xy lanh bánh xe Dầu phanh không vào được bơm bởi van mộtchiều số 1 gắn trong mạch bơm Khi nhả chân phanh, dầu hồi từ xy lanh chính về xylanh bánh xe qua cửa C đến cửa A và van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trí

Bảng 2.3 Trạng thái của van điện từ 3 vị trí và của motor bơm ở chế độ thường:

Tên phần tử Trạng thái

Van điện từ 3 vịtrí

Cửa A mởCửa B đóngMotor bơm Không làm việc

- Khi phanh gấp (ABS hoạt động)

+ Chế độ giảm áp (Hình 2.7)

Hình 2.7 Chế độ giảm áp

Nếu có bất kỳ bánh xe nào có xu hướng bị bó cứng khi phanh gấp thì bộ chấphành thuỷ lực điều khiển giảm áp suất dầu phanh tác dụng lên bánh xe đó theo tín hiệu

từ ECU vì vậy bánh xe không bị bó cứng

Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn solenoid củavan điện, làm sinh ra một lực từ mạnh Van điện 3 vị trí chuyển động lên phía trên Kếtquả là, dầu phanh từ xy lanh bánh xe qua cửa C tới cửa B trong van điện 3 vị trí vàchảy về bình dầu Cùng lúc đó motor bơm hoạt động nhờ tín hiệu điện áp 12V từ ECU,dầu phanh được hồi trả về xy lanh phanh chính từ bình chứa Mặt khác cửa A đóngngăn không cho dầu phanh từ xy lanh chính vào van điện 3 vị trí và van một chiều số 1

và số 3, áp suất dầu trong xy lanh bánh xe giảm ngăn không cho bánh xe bị bó cứng.Mức độ giảm áp suất dầu được điều chỉnh bằng cách lặp lại các chế độ “giảm áp” và

”giữ áp”

Bảng 2.4 Trạng thái của van điện từ 3 vị trí và motor bơm ở trạng thái giảm áp

Trạng thái

Cửa A đóngCửa B mởĐược kích hoạt

+ Chế độ giữ áp (hình 2.8)

Hình 2.8 Chế độ giữ áp

Khi áp suất trong xy lanh bánh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ bánh xe gửi tínhiệu báo rằng tốc độ bánh xe đạt đến giá trị mong muốn, ECU cấp dòng điện 2A đếncuộn dây của van điện để giữ áp suất trong bánh xe không đổi

Khi dòng điện cấp cho cuộn dây của van điện từ bị giảm từ 5A (ở chế độ giảmáp) xuống còn 2A (ở chế độ giữ áp) lực từ sinh ra trong cuộn dây cũng giảm, van điện

3 vị trí dịch chuyển xuống vị trí giữa nhờ lực của lò xo hồi vị làm cửa A và cửa B đềuđóng Lúc này bơm dầu vẫn còn làm việc

Bảng 2.5 Trạng thái của van điện từ 3 vị trí và motor bơm ở trạng thái giữ áp:

Trạng thái

Cửa A đóngCửa B đóngĐược kích hoạt

+ Chế độ tăng áp (Hình 2.9)