Chuyên đề hệ thống phanh ABS

Chương HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG I KHÁI NIỆM CHUNG Thế ABS Chức hệ thống phanh thông thường để giảm tốc độ hay dừng xe cách sử dụng loại lực cản Loại thứ lực phanh má phanh đóa phanh (hay má phanh trống phanh) loại thứ hai lực bám lốp mặt đường Phanh điều khiển ổn đònh mối liên hệ sau lực phanh hệ thống phanh lực bám lốp mặt đường xảy  Lực phanh < lực bám  Lực phanh > lực bám Kết là, bánh trước bò bó cứng, làm cho xe lái Nếu bánh xe sau bò bó cứng, khác hệ số bám bánh bên phải bánh bên trái với mặt đường nên làm cho đuôi xe bò lạng ABS điều khiển áp suất dầu tác dụng lên xy lanh bánh xe để ngăn không cho bò bó cứng phanh đường trơn hay phanh gấp Nó đảm bảo tính ổn đònh dẫn hướng trình phanh, nên xe lái Nguyên lý làm việc ABS  Khi xe chuyển động tốc độ không đổi, tốc độ xe bánh xe (nói cách khác, bánh xe không trượt) Tuy nhiên, người lái đạp phanh để giảm tốc độ xe, tốc độ bánh xe giảm từ từ tốc độ thân xe lúc chuyển động nhờ quán tính (tức là, xảy trượt nhẹ lốp xe với mặt đường)  Sự khác tốc độ thân xe tốc độ bánh xe biểu diễn hệ số gọi “hệ số trượt” Hệ số trượt tính theo công thức sau: Hệ số Tốc độ xe – Tốc độ bánh xe Tốc độ xe trượt = 100%  Sự khác tốc độ bánh xe tốc độ xe trở nên lớn, trượt xảy lốp mặt đường Nó sinh ma sát kết tác dụng phanh lực giảm tốc độ xe  Bằng đồ thò bên dưới, dể dàng hiểu mối liên hệ hệ số bám dọc hệ số trượt  Hệ số bám dọc (  x) không thiết phải tỷ lệ thuận với hệ số trượt đạt cực đại hệ số trượt khoảng 10%-30% Khi hệ số trượt vượt 30%, hệ số bám dọc giảm từ từ Vì vậy, để đảm bảo lực phanh lớn nhất, phải giữ hệ số trượt khoảng 10-30%  Thêm vào đó, cần phải giữ hệ số bám ngang (  y) (ở mức cao để đảm bảo tính ổn đònh dẫn hướng Nhằm thực mục đích này, ABS thiết kế để tạo tính phanh tối ưu cách lợi dụng hệ số trượt 10-30% mà không phụ thuộc vào điều kiện đường xá, giữ hệ số bám ngang mức cao để đảm bảo tính ổn đònh dẫn hướng Hoạt động ABS Cảm biến tốc độ bánh xe phát tốc độ góc bánh xe gửi tín hiệu đến ABS ECU ABS ECU theo dõi tình trạng bánh xe cách tính tốc độ xe thay đổi tốc độ bánh xe từ tốc độ góc bánh xe Khi phanh gấp, ABS ECU điều khiển chấp hành để cung cấp áp suất tối ưu cho xy lanh phanh bánh xe Cụm điều khiển thuỷ lực hệ thống phanh hoạt động theo mệnh lệnh từ ECU, tăng, giảm hay giữ nguyên áp suất dầu cần, để đảm bảo hệ số trượt tốt (10-30%), tránh bó cứng bánh xe II CÁC BỘ PHẬN CỦA CƠ CẤU CHỐNG HÃM CỨNG ABS Sơ đồ hệ thống: Tổng Quan Về Các Chi Tiết:  Cảm biến tốc độ (chỉ vài kiểu xe) Việc sử dụng cảm biến giảm tốc cho phép ABS ECU đo trực tiếp giảm tốc xe trình phanh Vì cho phép biết rõ trạng thái mặt đường Kết là, mức độ xác phanh cải thiện để tránh cho bánh xe không bó cứng Cảm biến giảm tốc gọi “cảm biến G”  Cấu tạo: Cảm biến bao gồm hai cặp đèn LED (diod phát quang) phototransistor (transistor quang), đóa xẽ rãnh biến đổi tín hiệu Cảm biến giảm tốc nhận biết mức độ giảm tốc độ xe gửi tín hiệu ABS ECU ECU dùng tín hiệu để xác đònh xác tình trạng mặt đường thực biện pháp điều khiển thích hợp  Hoạt động: Khi mức độ giảm tốc xe thay đổi, đóa xẻ rãnh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức giảm tốc độ Các rãnh đóa cắt ánh sáng từ đèn LED đến phototransistor làm phototransistor đóng, mở Người ta sử dụng cặp đèn LED phototransistor Tổ hợp tạo phototransistor tắt bật, chia mức độ giảm tốc thành mức gửi ABS ECU dạng tín hiệu  Cảm biến tốc độ bánh xe  Cấu tạo Cảm biến tốc độ bánh xe trước sau bao gồm nam châm vónh cửu, cuộn dây lõi từ Vò trí lắp cảm biến tốc độ hay rotor cảm biến số lượng rotor cảm biến thay đổi theo kiểu xe Hình vẽ vò trí cảm biến rotor cảm biến  Hoạt động Vành rotor có răng, nên rotor quay, sinh điện áp xoay chiều có tần số tỷ lệ với tốc độ quay rotor Điện áp AC báo cho ABS ECU biết tốc độ bánh xe  ABS ECU Trên sở tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe, ABS ECU biết tốc độ góc bánh xe tốc độ xe Trong phanh tốc độ góc bánh xe giảm, mức độ giảm tốc thay đổi phụ thuộc vào tốc độ xe phanh tình trạng mặt đường, nhựa asphalt khô, mặt đường ướt đống băng… Nói cách khác, ECU đánh giá mức độ trượt bánh xe mặt đường thay đổi tốc độ góc bánh xe phanh điều khiển chấp hành ABS để cung cấp áp suất dầu tối ưu đến xy lanh bánh xe nhằm điều khiển tốt tốc độ bánh xe ABS ECU bao gồm chức kiểm tra ban đầu, chức chẩn đoán, chức kiểm tra cảm biến tốc độ chức dự phòng Bộ Chấp Hành ABS : Bộ chấp hành ABS cấp hay ngắt áp suất dầu từ xi lanh phanh đến đến xi lanh phanh đóa theo tín hiệu từ ECU để điều khiển tốc độ bánh xe Có nhiều kiểu chấp hành ABS mô tả van điện vi trí chấp hành ABS  Sơ đồ hệ thống ABS (cho xe Celica ST182 10/1989) Hai van để điều khiển bánh trước bên phải bánh trước bên trái cách độc lập van điều khiển đồng thời bánh sau bên phải bên trái Vì hệ thống gọi hệ thống kênh  Hoạt động Hoạt động hệ thống giải thích ví dụ bánh trước  KHI PHANH BÌNH THƯỜNG (ABS KHÔNG HOẠT ĐỘNG) ABS không hoạt động trình phanh bình thường ABS ECU không gửi dòng điện đến cuộn dây van Do đó, van vò trí bò ấn xuống lò xo hồi vò cửa “A” mở cửa “B” đóng Khi đạp phanh, áp suất dầu xi lanh phanh tăng, dầu phanh chảy từ cửa “A” đến cửa “C” van điện vi trí tới xy lanh bánh xe.dầu phanh không vào bơm van chiều số gắn mạch bơm Khi nhả chân phanh, dầu phanh hồi từ xy lanh bánh xe xy lanh qua cửa “C” đến cửa “A” van chiều số van điện vi trí Tên chi tiết Van điện vò trí Mô tơ bơm Hoạt động Cửa “A” mở Cửa “B” đóng Không hoạt động  KHI PHANH GẤP (ABS HOẠT ĐỘNG) Nếu có bánh xe gần bò bó cứng phanh gấp, chấp hành ABS điều khiển áp suất dầu phanh tác dụng lên xy lanh bánh xe theo tín hiệu từ ECU Vì bánh xe không bò bó cứng  Chế độ “giảm áp” Khi bánh xe gần bò bó cứng, ECU gửi dòng điện (5A) đến cuộn dây van điện, sinh lực từ mạnh Van vò trí chuyển động phía trên, cửa “A” đóng cửa “B” mở Kết là, dầu phanh từ xy lanh bánh xe qua cửa “C” tới cửa “B” van điện vò trí chảy bình dầu Cùng lúc đó, mô tơ bơm hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh hồi trả xy lanh phanh từ bình chứa Mặt khác cửa “A” đóng ngăn không cho dầu phanh từ xy lanh vào van điện vò trí van chiều số số kết là, áp suất dầu bên xy lanh bánh xe giảm, ngăn không cho bánh xe bò bó cứng Mức độ giảm áp ngăn không cho bánh xe bò bó cứng Mức độ giảm áp suất dầu điều chỉnh cách lặp lại chế độ “giảm áp” “giữ” Tên chi tiết Van điện vò trí Mô tơ bơm  Chế độ “giữ” Hoạt động Cửa “A” đóng Cửa “B” mở Không hoạt động Khi áp suất bên xy lanh bánh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ gửi tín hiệu báo tốc độ bánh xe đạt đến giá trò mong muốn, ECU cấp dòng điện (2A) đến cuộn dây van điện để giữ áp suất xy lanh bánh xe không đổi Khi dòng điện cấp cho cuộn dây van bò giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp) xuống 2A (ở chế độ giữ), lực điện từ sinh cuộn dây giảm Van điện vò trí dòch chuyển xuống vò trí nhờ lực xo hồi vò làm đống cửa “B” Tên chi tiết Van điện vò trí Mô tơ bơm Hoạt động Cửa “A” đóng Cửa “B” đóng Hoạt động  Chế độ “tăng áp” Khi cần tăng áp suất xy lanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt dòng điện cấp cho cuộn dây van điện Vì cửa “A” van điện vò trí mở, cửa “B” đóng Nó cho phép dầu xy lanh phanh chảy qua cửa “C” van điện vò trí đến xy lanh bánh xe Mức độ tăng áp suất điều khiển nhờ lặp lại chế độ “tăng áp” “giữ” Tên chi tiết Van điện vò trí Mô tơ bơm III Hoạt động Cửa “A” mở Cửa “B” đóng Hoạt động ABS KẾT HP VỚI CÁC HỆ THỐNG KHÁC Giới thiệu chung Trong năm gần đây, với phát triển nhanh kỹ thuật điều khiển điện tử tự động, hệ thống điều khiển ôtô ngày cải tiến hoàn thiện hơn, góp phần nâng cao tính tiện nghi an toàn sử dụng ôtô Nhằm nâng cao tốc độ chuyển động tính an toàn chủ động ôtô, nói hệ thống phanh mục tiêu đầu tư phát triển nhiều đem lại hiệu lớn Trên sở hệ thống ABS, kết hợp với số hệ thống khác, đến nay, hệ thống phanh đại có nhiều chức ưu việt, tác dụng việc giảm tốc độ hay dừng xe, mà can thiệp trình khởi động tăng tốc ôtô, khống chế tượng quay vòng thiếu, quay vòng thừa, làm tăng tính ổn đònh xe vào đường vòng Một số kết hợp ABS với hệ thống khác: ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh điện tử (Electronic Brake-force Distribution – EBD) hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp (Brake Assist System – BAS) ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo (Traction Control (TRC) hay Acceleration Slip Regulator (ASR)) ABS kết hợp với hệ thống điều khiển ổn đònh ôtô (Electronic Stability Program – ESP) Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống EBD BAS Ta biết lực phanh lý tưởng phân phối bánh xe tỉ lệ với phân bố tải trọng tác dụng lên chúng Phần lớn xe có động đặt phía trước, tải trọng tác dụng lên bánh xe trước lớn Đồng thời phanh, lực quán tính nên tải trọng phân bố lại, tăng bánh xe trước giảm bánh xe sau Vì lực phanh bánh xe sau cần phân phối nhỏ so với bánh trước để chống tượng sớm bò bó cứng bánh xe Khi xe có tải tải trọng bánh sau tăng lên, cần phải tăng lực phanh bánh sau lớn so với trường hợp xe tải.Việc phân phối lực phanh trước thực hoàn toàn van khí van điều hoà lực phanh, van bù tải, van giảm tốc… Trên hệ thống ABS đơn giản mà ta xét, tồn van điều hòa lực phanh khí Một trường hợp xe quay vòng, tải trọng tăng lên bánh xe phía ngoài, phía giảm đi, nên lực phanh cần phải phân phối lại, van điều hòa lực phanh khí không giải vấn đề Trên số xe nay, van điều hòa lực phanh khí thay bỡi hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD) Việc phân phối lực phanh điện tử cho độ xác hiệu cao Trong trường hợp phanh khẩn cấp gặp chướng ngại vật đột ngột, người lái xe - đặc biệt người thiếu kinh nghiệm, thường hoang mang, phản ứng không kòp thời nên đạp chân lên bàn đạp phanh không đủ mạnh, không tạo đủ lực phanh để dừng xe Đồng thời lực tác dụng người lái xe lên bàn đạp yếu dần trình phanh, làm lực phanh giảm Bằng cách nhận biết tốc độ lực tác dụng lên bàn đạp phanh người lái xe, hệ Lực khẩn cấp (BAS) tự động cung cấp thêm thống trợ lực phanh phanh lực phanh lớn nhiềuCó sotrợvới lực phanh người lái tạo lực để dừng gấp xe Hình (2-1)phanh so sánh lực phanh tạo hai trường hợp có trợ lực phanh khẩn cấp Không có trợ lực phanh Thời gian 2-1 Đồ thò so sánh lực phanh có trợ lực phanh khẩn cấp Các hệ thống EBD BAS thiết kế sở kết hợp với hệ thống ABS Cấu tạo hệ thống gồm cụm phận hệ thống ABS Hệ thống EBD làm việc dựa tín hiệu vào ABS cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến giảm tốc, cảm biến gia tốc ngang,… chức xử lý ECU Để nhận biết trường hợp phanh khẩn cấp, cảm biến áp suất dầu xy lanh phanh lắp thêm chấp hành thủy lực Cảm biến nhận biết trường hợp phanh gấp thông qua gia tăng áp suất dầu Trên vài kiểu xe châu Âu, cảm biến gia tốc gắn bầu trợ lực chân không, đo gia tốc cần đẩy xy lanh phanh để nhận biết trường hợp phanh gấp thay cho cảm biến áp suất dầu Sơ đồ hệ thống ABS kết hợp với hệ thống EBD BAS hình (2-2) thực đồng thời chức sau : Hệ thống ABS làm nhiệm vụ chống tượng hãm cứng bánh xe phanh Hệ thống EBD phân phối lực phanh đến bánh xe phù hợp với phân bố tải trọng chế độ lái xe Hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp giúp tạo lực phanh lớn để dừng gấp xe trường hợp phanh khẩn cấp 2-2 Sơ đồ hệ thống ABS với EBD BAS Sơ đồ hoạt động chấp hành thủy lực hình (2-3), tương tự chấp hành thông thường loại van điện hai vò trí, gồm :4 van giữ áp (5,6,7,8), van giảm áp (9,10,11,12), bơm dầu, bình tích áp Ngoài có thêm van cắt xy lanh (1,4) hai van hút dầu (2,3) sử dụng trợ lực phanh khẩn cấp 2-3 Sơ đồ hoạt động ABS với EBD vàBAS 2.1 Hoạt động ABS với EBD Dựa tín hiệu nhận từ cảm biến tốc độ bánh xe Hộp ECU tính toán tốc độ giảm tốc bánh xe Trường hợp bánh xe bò hãm cứng trượt, hộp ECU điều khiển van giảm áp giữ áp điều chỉnh áp suất dầu cung cấp cho bánh xe theo chế độ giảm áp, giữ áp tăng áp giống hệ thống ABS bình thường Bảng : Các chế độ hoạt động hệ thống ABS với EBD Chế độ giữ áp Chế độ giảm áp Van giữ áp (Cửa E,F,G,H) Phanh bình thường Chế độ tăng áp OFF (Mở) ON (Đóng) ON (Đóng) Van giảm áp (Cửa I,J,K,L) OFF (Đóng) OFF (Đóng) ON (Mở) Không hoạt động Hoạt động p suất Tăng dầu xilanh Giữ áp Giảm áp áp bánh xe 2.2 Hoạt động hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp Một áp suất dầu tạo bơm dầu chấp hành, hút dầu từ xy lanh cấp thẳng đến xy lanh bánh xe Áp suất lớn nhiều so với áp suất tạo xy lanh người lái tác dụng, kết lực phanh lớn cung cấp Bảng : Các chế độ hoạt động trợ lực phanh khẩn cấp Van cắt xilanh (1),(4) Cửa A,D Van hút dầu (2),(3) Cửa B,C Van giữ áp (5),(6),(7), (8) Cửa E,F ,G,H Van giảm áp (9),(10), (11),(12) Không trợ lực phanh Có trợ lực phanh OFF (Mở) ON * OFF (Đóng) ON (Mở) OFF (Mở) OFF (Mở) OFF (Đóng) OFF (Đóng) Cửa I,J,K,L *: van điều khiển áp suất dầu hai chế độ đóng mở phù hợp với điều kiện làm việc cách điều chỉnh liên tục Hệ thống ổn đònh xe điện tử (ESP) Hình 2-4: Sơ đồ vò trí hệ thống ESP xe Mercedes - Cảm biến tốc độ bánh xe; – Cụm giắc chẩn đoán; - Hộp điều khiển điện tử ESP; OFF; - Đèn báo ABS; – Đèn báo EPC (E –gas) tốc ngang; - Công tắc ESP – Đèn báo ESP; – Cảm biến gia – Hộp điều khiển làm trễ moment xoay xe; báo lỗi ESP; 11 – Cảm biến góc lái; báo phanh; 13 – Bơm cung cấp ESP; đậu xe; 15 – Cảm biến áp suất xy lanh chính; 10 – Đèn 12 – Công tắc 14 – Công tắc phanh 16 – Xy lanh chính; 17 – Bộ chấp hành thủy lực ESP Chương trình ổn đònh xe điện tử (Electronic Stability Program - ESP) hệ thống an toàn chủ động cải thiện tính ổn đònh xe tất tình chuyển động Hệ thống trang bò xe Mercedes, BMW… Hệ thống ESP (hình 2-4) làm việc cách can thiệp vào hệ thống phanh, tác động riêng rẽ nhiều bánh xe cầu trước cầu sau ESP giúp ổn đònh xe phanh, quay vòng, khởi hành tăng tốc Để tăng cường cho việc điều khiển phanh có hiệu quả, ESP tác động đến động hộp số Hệ thống ESP bao gồm liên kết tích hợp hệ thống chức sau: Hệ thống ABS chống hãm cứng bánh xe phanh, trì khả lái tính ổn đònh xe lúc giảm tốc Ví dụ: có bánh xe có xu hướng bò hãm cứng (hiện tượng trượt lết bánh xe mặt đường) áp lực phanh bánh kiểm soát Sự kiểm soát điều khiển chấp hành thủy lực (17) Các van điện từ chấp hành điều hòa áp suất phanh qua giai đoạn tăng áp, giữ áp giảm áp Hệ thống ASR (Acceleration Slip Regulator) khắc phục tượng quay trơn bánh xe chủ động khởi hành tăng tốc đột ngột Nó giúp cải thiện tính ổn đònh xe cách điều chỉnh lực kéo bánh xe chủ động Khi bánh xe chủ động bò quay trơn, cảm biến tốc độ bánh xe gửi tín hiệu đến điều khiển điện tử Bộ điều khiển điện tử điều khiển chấp hành thủy lực cung cấp dầu phanh đến bánh xe Áp suất phanh điều khiển chế độ tăng áp, giữ áp giảm áp Đồng thời với điều khiển phanh, hệ thống ESP gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ, điều khiển đóng bớt vò trí cánh bướm ga lại làm chậm thời điểm đánh lửa để giảm bớt mô men xoắn động Hệ thống EBR (Engine Brake Regulation) chống tượng trượt bánh xe chủ động chạy trớn đảm bảo tính ổn đònh xe Khi xe chạy trớn (ví dụ xuống dốc), cánh bướm ga đóng, có chế độ phanh động Trường hợp lực cản động lớn dẫn đến tượng bánh xe chủ động bò trượt lết Hộp điều khiển ESP nhận biết tượng gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ, làm tăng mô men xoắn động để giảm trượt bánh xe chủ động Quá trình diễn mà người lái xe không nhận biết ESP khắc phục tượng quay vòng thiếu quay vòng thừa Trong tất tình huống, đảm bảo xe không bò lệch khỏi hướng điều khiển người lái xe Khi có tượng quay vòng thiếu quay vòng thừa (understeering or oversteering) xảy ra, hệ thống ESP nhận biết thông qua cảm biến góc lái cảm biến gia tốc ngang, tự động điều khiển lực phanh xác đến bánh xe tương ứng cầu trước cầu sau để trì hướng chuyển động xe theo điều khiển người lái Hình (2-5a) cho thấy xe có xu hướng quay vòng thiếu ESP điều khiển phanh bánh xe sau trái, xe có xu hướng quay vòng thừa (hình 2-5b) ESP điều khiển phanh bánh xe trước phải, nhờ giúp cho xe ổn đònh quay vòng 2-5 : ESP điều khiển phanh chống tượng quay vòng thiếu quay vòng thừa Đồng thời với điều khiển phanh, hệ thống ESP gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ, điều khiển giảm bớt mô men xoắn động Nhờ xe đạt tính ổn đònh cao quay voøng  ... trái Vì hệ thống gọi hệ thống kênh  Hoạt động Hoạt động hệ thống giải thích ví dụ bánh trước  KHI PHANH BÌNH THƯỜNG (ABS KHÔNG HOẠT ĐỘNG) ABS không hoạt động trình phanh bình thường ABS ECU... tính an toàn chủ động ôtô, nói hệ thống phanh mục tiêu đầu tư phát triển nhiều đem lại hiệu lớn Trên sở hệ thống ABS, kết hợp với số hệ thống khác, đến nay, hệ thống phanh đại có nhiều chức ưu việt,... kết hợp ABS với hệ thống khác: ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh điện tử (Electronic Brake-force Distribution – EBD) hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp (Brake Assist System – BAS) ABS kết