1. Lý do chọn đề tài
1.2. Hệthống các cảm biến
1.2.1. Cảm biến tốc độ bánhxe.
Như ta đó biết trên ôtô hiện đại ngày nay một số xe có hê thống phanh ABS được trang bị nhiều cảm biến với chức năng khác nhau nhằm tăng thêm chất lượng của quá trình phanh nhưng cảm biến tốc độ bánh xe là không thể thiếu trong hệ thống phanh ABS.
Cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ nhận biết sự thay đổi của tốc độ bánh xe và gửi tín hiệu về ECU, từ đó ECU nhận biết, xử lý thông tin và điều khiển các bộ phận chống hãm cứng bánh xe.
Các cảm biến tốc độ được bố trí ở mỗi bánh xe hay trên cầu chủ động để nhận biết tốc độ của bánh xe dựa trên tốc độ quay của cầu xe.
H. 3.3. Vị trí các cảm biến tốc độ trên xe ôtô
1.2.2. Vị trí các cảm biến tốc độ trên bánh xe
H. 1.1.2. Cấu tạo cảm biến gia tốc bánh xe
1- Dây dẫn điện nối giữa cảm biến và ECU, 2 - Nam châm vĩnh cửu, 3 - Vỏ cảm biến, 4 - Cuộn dây, 5- Trục cảm biến làm bằng thép từ, 6 - Vòng răng cảm biến có nhiệm vụ thay đổi tư trường qua cuộn dây tạo ra xung điện áp gửi về ECU.
Vị trí tương quan giữa cảm biến và vòng răng:
H.3.5a. Trục cảm biến vuông góc trục vòng răng bánh xe
- Lắp đặt theo vị trí trục song song, đầu cảm biến đối diện với niềng răng
H.1.1.2.b. Đầu cảm biến đối diện với niềng răng
- Lắp đặt cảm biến theo vị trí trục cảm biến song song với trục bánh răng:
2) Nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ
Nam châm vĩnh cửu tạo ra từ trường khép kín qua các cuộn dây, khi các bánh xe quay thì vòng răng cũng quay cùng tốc độ. Các răng trên vòng răng cắt các từ trường của châm làm thay đổi từ trường qua các cuộn dây. Do đó từ thông qua các cuộn dây cũng thay đổi làm xuất hiện dòng điện tự cảm trong cuộn dây. Vì vậy ở hai đầu cuộn dây xuất hiện một điện áp xoay chiều. Điện áp này thay đổi theo tốc độ quay của bánh xe cả về độ lớn và tần số dao động. Nhờ sự thay đổi này mà ECU nhận biết được tốc độ bánh xe.
Dạng xung điện áp ở hai đầu cuộn dây cảm biến tốc độ
2.3. Cảm biến gia tốc
Cảm biến gia tốc được trang bị trên một số xe và không nhất thiết phải có nhưng với sự trợ giúp của cảm
Cảm biến gia tốc kiểu cảm biến quang bao gồm cỏc phần sau: - Vỏ hộp cảm biến.
- Phần động của cảm biến là một phần đĩa tròn có xẽ rãnh và xoay quanh một trục.
- Phần tĩnh gồm hai cặp điôt phát quang (LED) và photo-transistor. điôt phát quang và photo-transistor được bố trí đối diện nhau qua đĩa.
.7. Cấu tạo cảm biến gia tốc chậm dần trên xe TOYOTA
1) Nguyên lý làm việc của cảm biến gia tốc
Nguyên lý làm việc của cảm biến gia tốc dựa vào tính năng dẫn điện của photo-transistor và lực quán tính khi phanh.
Ôtô đang chuyển bình thường nếu phanh đột ngột thì tốc độ ôtô sẽ giảm đột ngột do lực quán
tính làm ôtô dồn về phía trước khi đó đĩa cũng xoay đi một góc α nào đó sự thay đổi này cho phép
ánh sáng từ các đèn LED đến được các photo-transistor. Do vậy photo-transistor dẫn điện, tuỳ theo sự biến thiên của vận tốc mà có một hoặc hai photo-transistor dẫn điện sự thay đổi này là tín hiệu để ECU nhận biết được tốc độ giảm dần của ôtô.
H. 1.2.3. Vị trí tương ứng của đèn LED và photo transistor
1) Sơ đồ mạch điện
ECU cung cấp một điện áp ổn định khoảng 5V cho cảm biến gia tốc.
Trong khi đó cảm biến vẫn nhận nguồn 12V từ acquy. Khi có tác động phanh tuỳ theo mức độ chậm dần của ôtô mà các photo-transistor mở hoặc ngắt tạo sự thay đổi điện
áp tại các chân GS1 và của GS2, do vậy ECU nhận biết mức độ gia tốc xe theo sự biến đổi điên áp này.
1.2.4. Cảm biến trọng lực (G)
Cảm biến trọng lực G được sử dụng trong hệ thống ABS của một số xe. Dùng nhận biết sự phân bố trọng lực lên các bánh xe bên trái hay bên phải khi quay vòng.
Đặc biệt là lúc vừa phanh vừa quay vòng, nhờ cảm biến này giúp ôtô ổn định quay vòng khi phanh.
Cảm biến trọng lực được đặt ở phía trước, bên trái hay bên phải khung xe
H.1.2.4 . Vị trí cảm biến trọng lực
Đặc điểm cấu tạo
H.1.2.51. Đặc điểm cấu tạo của cảm biến trọng lực(G)
1. Vỏ hộp cảm biến; 2. Cuộn dây sơ cấp (nhận dòng điện 12 V); 3. Cuộn dây thứ cấp : có hai cuộn quấn ngược chiều nhau; 4. Lõi (chuyển động qua lại làm thay đổi điện áp tại các cuộn dây thứ cấp; 5. dung dịch silicon (lõi chuyển động trong môi trường dung dịch này)
2) Nguyên lý hoạt động
Cuộn dây sơ cấp nhận nguồn điện từ ácquy, làm phát sinh ra từ trường xung quanh lõi cảm biến, từ trường này làm phát sinh điện áp trong một hoặc hai cuộn thứ cấp và
dũng điện từ cuộn thứ cấp được truyền tới ECU. Do hai cuộn thứ cấp đặt ngược chiều nhau làm cho lõi cảm biến dịch qua trái hay qua phải làm cho điện áp trong cuộn dây thứ cấp thay đổi. ECU đo điện áp này để biết được vị trí của lõi cảm biến và mức độ phân bố trọng lực lên các bánh xe khi quay vòng
H.3.12. Nguyên lý làm việc cảm biến gia tốc trọng lực G
3) Sơ đồ mạch điện
1.2. Bộ điều khiển thủy lực
1.3. Bộ điều khiển thuỷ lực thực hiện nhiệm vụ chống trượt lê
khi nhận được tín hiệu điều khiển từ ECU gửi đến. Bộ điều khiển thủy lực làm thay đổi áp lực phanh đến các xilanh bánh xe bằng cách đóng mở các van điện và hoạt động của bơm
H-1.2.6. Bộ điều khiển thuỷ lực(HCU)
Các bộ phận chính trong bộ điều khiển thuỷ lực gồm:
- Các van điện với nhiệm vụ chính là để đóng mở các mạch dầu
- Hệ thống các van an toàn - Van kiểm tra áp lực - Bơm điện
1.4. Van điện
a) Trong hệ thống phanh chống hãm cứng thông thường được trang bị hai loại van điện:
- Van điện hai vị trí (2- positsion solenoid valve) điều khiển áp lực phanh từ xilanh chính đến xilanh bánh xe chỉ tăng hoặc giảm mà thôi.
- Van điện ba vị trí (3-position solenoid valve) điều khiển áp lực phanh từ xi lanh chính đến xilanh bánh xe ngoài tăng và giảm còn có thêm trường hợp áp lực phanh trong các xilanh con không đổi. Về mặt cấu tạo thì van điện hai vị trí và van điện ba vị trí không có gì khác nhau chúng bao gồm các bộ phận chính sau:
- Cuộn dây: dùng tạo ra lực từ đóng mở các van dầu khi nhận được sự điều khiển của ECU.
- Lõi thép từ và cơ cấu các lò xo để đóng mở các mạch dầu do tác động của cuộn dây.
Mối quan hệ giữa cường độ dũng điện điều khiển, áp lực phanh, gia tốc xe, tốc độ bánh xe trong hệ thống phanh ABS sử dụng van điện ba vị trí như sau:
Khi phanh bình thường thì ECU chưa hoạt động nhưng khi áp lực phanh tăng và tốc độ bánh xe giảm, nếu khả năng hãm cứng xảy ra thì ECU sẽ làm việc.
Khoảng A trên hình vẽ không thể hiện ECU nhận biết bánh xe bị trượt lê nên điều khiển van điện ở vị trí giảm áp lực phanh, dòng điện ECU gửi đến cuộn dây khoảng 5A, vì vậy mà áp lực phanh ở xilanh con giảm sau đó ECU tiếp tục điều khiển van điện giữ áp lực phanh và tiếp tục nhận biết sự thay đổi của tốc độ bánh xe.
Bắt đầu tại khoảng B tốc độ bánh xe bắt đầu tăng lên nên vì vậy mà gia tốc mang giá trị dương. ECU tiếp tục điều khiển tăng áp lực phanh và giữ áp lực phanh một cách liên tục đó là phần B của đồ thị giúp cho bánh xe tiếp tục giảm tốc độ nhanh hơn.
Nhưng áp lực phanh cứ tăng dần có thể làm cho bánh xe bị hãm cứng lần nữa nên ECU lại điều khiển giảm áp lực phanh (phần C trên đồ thị), sau đó tiếp tục giữ áp lực phanh, tốc độ bánh xe lại tăng lên.
Không đủ áp lực phanh để dừng bánh xe nên ECU lại tiếp tục tăng áp lực phanh (phần D trên đồ thị).
Quá trình này lặp đi lặp lại liên tục cho đến khi tốc độ bánh xe nhỏ hơn 8km/h . b) Sơ đồ mạch điện điều khiển của van điện ba vị trí
H. 3.16. Sơ đồ đấu dây một van điện ba vị trí
ECU điều khiển van điện qua rơle bằng cách đóng hoặc ngắt nguồn điện 12V đến cuộn dây rơle qua các cọc SR và R của ECU. Khi rơle đóng thì điện nguồn từ acquy tới cuộn dây van điện và được ECU điều khiển dòng qua rơle bằng cách mở transistor một phần (dòng qua cuộn dõy là 2A) hoặc toàn phần (dòng qua cuộn dây là
5A ). ECU kiểm soát sự hoạt động của rơle cũng như cuộn dây thông qua cọc AST của ECU, do đó sự thay đổi điện áp tại tại cọc này khi hệ thống làm việc.
c) Nguyên lý hoạt động của van điện hai vị trí. Các vị trí van điện:
- Vị trí 1:
H. 3.17 Vị trí tăng áp lực phanh của van điện hai vị trí
Van dầu tới (cổng A) van dầu về đóng (cổng B). Dầu được chuyển từ xilanh chính tới xilanh con. Chính vì vậy mà áp lực dầu tăng nhưng chưa đủ lớn để bánh xe bị hãm cứng.
- Vị trí 2:
ECU cung cấp dòng cho cuộn dây nên tạo ra lực từ ép lò xo lại làm đóng van dầu tới ( cổng A ) và mở van dầu về (cổng B).
Tuy nhiên để điều khiển khả năng chống hãm cứng tốt hơn thì van điện hai vị trí kết hợp với một van điện phụ hoặc một van tăng áp lực được điều khiển từ ECU.
H.1.3. Vị trí giảm áp lực phanh của van điện hai vị trí
-Vị trí 3:
Là vị trí mà áp lực dầu trong xilanh bánh xe không đổi. ECU cung cấp dòng khoảng 2A đến cuộn dây, lực từ sinh ra chỉ vừa đủ để hút ống thép đi một ít đủ để đóng van dầu tới (cổng A) và van dầu về (cổng B) cũng đóng. Chính vì vậy mà áp lực phanh trong xilanh bánh xe giữ nguyên không đổi.
H. 3.19. Vị trí giữ áp lực phanh
1.5. Bơm điện ABS
Bơm điện được trang bị trên hệ thống phanh ABS bằng cách đẩy dầu từ bơm điện được trang bị trên hệ thống phanh ABS bằng cách đẩy dầu từ xilanh bánh xe hồi về xilanh chính khi giảm áp lực phanh mặc khác làm tăng áp lực dầu ở xilanh chính, thuận lợi cho việc tăng áp lực phanh của hệ thống nhất là khi người tài xế đạp mạnh pedal
1) Đặc điểm cấu tạo bơm điện ABS
H. 1.4. Bơm điện.
- Phần dẫn động gồm một mô tơ điện một chiều có thành phần rôto và stato dùng dẫn động bơm làm việc.
- Phần bơm dầu gồm một đường vào và một đường ra. Bơm hoạt động nhờ vào sự điều khiển từ ECU.
2) Nguyên lý làm việc
Dòng điện được gửi tới các cuộn dây trong bơm tạo ra lực từ dẫn động làm rôto quay.
Khi hệ thống ABS cần giảm áp lực phanh thì van điện mở dầu trở về bộ tích năng, đầu vào của bơm nối đường tới của bộ tích năng, nếu áp lực trong bộ tích năng lớn làm cho bánh xe có thể bị hãm cứng thì lúc này ECU điều khiển cung cấp nguồn cho bơm làm việc để đẩy dầu từ bộ tích năng về xilanh chính tiếp tục giảm áp lực phanh.
3) Sơ đồ mạch điện điều khiển của bơm
1.7. Nguyên tắc bố trí chung các hệ thống chống hãm cứng trên ô tôa) Hệ thống chống hãm cứng của mỗi loại xe tuy khác nhau nhưng cách bố trí a) Hệ thống chống hãm cứng của mỗi loại xe tuy khác nhau nhưng cách bố trí thông thường theo hai nguyên tắc sau:
Van điều chỉnh bố trí thành một khối ,sử dụng ba cảm biến tốc độ bánh xe:
1. Cảm biến bánh xe 5. Xi lanh chính 2. Cơ cấu phanh Bộ ổn định điện áp 6. ECU
3. Bộ ổn định điện áp Xilanh chính 7. Cảm biến cầu sau xe 4. Bộ điều chỉnh thuỷ lực Cảm biến cầu sau xe 8. Cơ cấu phanh tang trống
Van điều chỉnh bố trí thành một khối, sử dụng bốn cảm biến tốc độ bánh xe ngoài ra còn bố trí thêm cảm biến gia tốc chậm dần (cảm biến trọng lực G) chính vì vậy mà loại này có tính ổn định khi phanh cao hơn.
H. 3.23 Bốn bánh điều khiển riêng rẽ
1. Cảm biến bánh xe 4. Bộ điều khiển thuỷ lực 2. Cơ cấu phanh 5.Xi lanh chính
2. Các phương án bố trí của hệ thống ABS.
Việc bố trí sơ đồ điều khiển của ABS phải thoả mãn đồng thời hai yếu tố: Tận dụng được khả năng bám cực đại giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình phanh nhờ vậy làm tăng hiệu quả phanh tức là làm giảm quãng đường phanh.
Duy trì khả năng bám ngang trong vùng có giá trị đủ lớn nhờ vậy làm tăng tính ổn
định chuyển động và ổn định quay vòng của xe khi phanh.
Từ những kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng đối với ABS thì hiệu quả phanh và ổn định khi phanh phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn sơ đồ phân phối các mạch điều khiển và mức độ độc lập hay phụ thuộc của việc điều khiển lực phanh tại các bánh xe. Sự thoả mãn đồng thời hai chỉ tiêu hiệu quả phanh và tính ổn định phanh của xe là khá phức tạp, tuỳ theo phạm vi và điều kiện sử dụng mà chọn các phương án điều khiển khác nhau.
Dưới đây trình bầy 6 phương án bố trí cơ cấu điều khiển của ABS tại các bánh xe (hình 16) và những phân tích theo quan điểm hiệu quả và ổn định khi phanh.
2.1. phương án 1: ABS có bốn kênh với các bánh xe được điều khiển độc lập. ABS có 4 cảm biến bố trí ở 4 bánh xe và 4 van điều khiển độc lập, sử dụng cho cơ cấu phanh bố trí dạng mạch thường (một mạch dẫn động cho hai bánh xe cầu trước, một mạch dẫn động cho hai bánh xe cầu sau). Với phương án này các bánh xeềđu được tự động hiệu chỉnh lực phanh sao cho luôn nằm trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quả phanh là lớn nhất. Tuy nhiên khi phanh trên đường có hệ số bám trái và phải không đều thì mô men xoay xe sẽ rất lớn và khó có thể duy trì ổn định hướng bằng cách hiệu chỉnh vô lăng. Ổn định khi quay vòng cũng giảm nhiều. Vì vậy với phương án này cần phải bố trí thêm cảm biến gia tốc ngang để kịp thời hiệu chỉnh lực phanh ở các bánh xe để tăng cường tính ổn định chuyển động và ổn định quay vòng khi phanh.
2.2. Phương án 2: ABS có bốn kênh điều khiển và mạch phanh bố trí chéo.
Sử dụng cho cơ cấu phanh có dạng bố trí mạch chéo ( buồng của xy lanh chính phân bố cho một bánh trước và một bánh sau chéo nhau). ABS có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4 van điều khiển. Trong trường hợp này hai bánh trước được điều khiển độc lập, hai bánh sau được điều khiển chung theo ngưỡng trượt thấp, tức là bánh xe
nào có khả năng bám thấp sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau. Phương án
Hình 16 : Các phương án bố trí cơ cấu phanh ABS
này sẽ loại bỏ được mô men quay vòng trên cầu sau, tính ổn định tăng nhưng hiệu quả phanh giảm bớt.
2.3. Phương án 3: ABS có ba kênh điều khiển.
Trong trường hợp này hai bánh xe sau được điều khiển theo ngưỡng trượt thấp, Scòn ở cầu trước chủ động có thể có hai phương án sau.
Đối với những xe có chiều dài cơ sở lớn và mô men quán tính đối với trục đứng