3.2.2.1. Cơ cấu phanh
Hệ thống phanh xe Toyota Corolla Altis gồm:
- Hệ thống phanh chính (phanh chân): Phanh trước và phanh sau là phanh đĩa điều khiển bằng thuỷ lực trợ lực chân không, có sử dụng hệ thống chống hãm cứng ABS;
- Dầu phanh: DOT 3 hoặc DOT 4;
- Đĩa phanh: thường được chế tạo bằng gang. Đĩa đặc có chiều dày 8
13 mm. Đĩa xẻ rãnh thông gió dày 16 25 mm. Đĩa ghép có thể có lớp lõi bằng nhôm hay đồng còn lớp mặt ma sát bằng gang xám;
- Má kẹp: được đúc bằng gang rèn;
- Các xi lanh thủy lực: được đúc bằng hợp kim nhôm. Để tăng tính chống mòn và giảm ma sát, bề mặt làm việc của xi lanh được mạ một lớp crôm. Khi xi lanh được chế tạo bằng hợp kim nhôm, cần thiết phải giảm nhiệt độ đốt nóng dầu phanh. Một trong các biện pháp để giảm nhiệt độ của dầu phanh là giảm diện tích tiếp xúc giữa piston với guốc phanh hoặc sử dụng các piston bằng vật liệu phi kim;
- Các thân má phanh: chỗ mà piston ép lên được chế tạo bằng thép lá; - Tấm ma sát: của má phanh loại đĩa quay hở có diện tích bề mặt khoảng 12 16% diện tích bề mặt đĩa, nên điều kiện làm mát đĩa rất thuận lợi.
Hình 3.11 dưới đây là sơ đồ kết cấu phanh dĩa sử dụng trên xe
Hình 3.11. Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động sử dụng trên xe
1. Má kẹp và xi lanh; 2. Chốt dẫn hướng; 3. Đĩa phanh; 4. Piston; 5. Vòng làm kín; 6. Vòng chắn bụi; 7,8. Guốc và má phanh; 9. Lò xo để giảm rung guốc phanh trên
Dưới đây là một số ưu, nhược điểm của cơ cấu phanh đĩa
* Qua phân tích nguyên lý làm việc và đặc điểm kết cấu, ta thấy phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh trống - guốc như sau:
- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,05 0,15 mm nên rất nhạy, giảm được thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động. Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều; - Bảo dưỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở;
- Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng nên cho phép tăng giá trị của chúng để đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng của kết cấu. Vì thế phanh đĩa có kích thước nhỏ gọn và dễ bố trí trong bánh xe;
- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn; - Điều kiện làm mát tốt hơn.
* Tuy vậy, phanh đĩa còn một số nhược điểm hạn chế sự sử dụng của nó là:
- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín;
- Các đĩa phanh loại hở dễ bị oxy hóa, bị bẩn làm các má phanh mòn nhanh;
- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt, xước;
- Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động, nên khi động cơ không làm việc, hiệu quả dẫn động phanh thấp và khó sử dụng chúng để kết hợp làm phanh dừng.
3.2.2.2.Xi lanh chính
Là loại xi lanh kép được thiết kế sao cho nếu một mạch dầu bị hỏng thì mạch dầu khác vẫn tiếp tục làm việc nhằm cung cấp một lượng dầu tối thiểu để phanh xe. Đây là một trong những thiết bị an toàn nhất của xe.
- Ở vị trí chưa làm việc, các piston bị đẩy về vị trí ban đầu bởi các lò xo hồi vị, các khoang phía trước piston được nối thông với bình chứa qua lỗ cung cấp dầu (6).
- Khi phanh piston bị đẩy sang trái ép dầu phía trước piston đi đến xi lanh bánh xe.
- Khi nhả phanh đột ngột dầu phía sau piston chui qua lỗ bù, bù vào khoảng không gian phía trước đầu piston.
Hình 3.12 dưới là hình giới thiệu kết cấu xi lanh chính được sử dụng trên hệ thống phanh chính của xe Toyota Corolla Altis 2.0
Hình 3.12. Kết cấu xi lanh chính
1,5. Piston; 2,3,4. Nút cao su làm kín; 6. Lỗ cung cấp dầu; 7. Lỗ bù dầu; 8,9. Lò xo hồi vị
3.2.2.3.Các cảm biến
Là 4 cảm biến riêng biệt cho từng bánh xe, nhận và truyền tín hiệu tốc độ của bánh xe về cho khối điều khển điện tử ECU.
Cảm biến tốc độ bánh xe thực chất là một máy phát điện cỡ nhỏ. Cấu tạo của nó gồm:
- Rô to: Có dạng vòng răng, được dẫn động quay từ trục bánh xe hay trục truyền lực nào đó;
Hình 3. 13 Cảm biến tốc độ bánh xe trước
1. Nam châm vĩnh cửu; 2. Cuộn dây điện; 3. Rô to cảm biến; 4. Rô to cảm biến; 5. Cảm biến tốc độ
Hình 3. 14. Cảm biến tốc độ bánh xe sau
1. Nam châm vĩnh cửu; 2. Cuộn dây điện; 3. Cảm biến tốc độ; 4. Cảm biến tốc độ; 5. Rô to cảm biến
Bộ cảm biến làm việc như sau (hình 3.15):
- Khi mỗi răng của vòng răng đi ngang qua nam châm thì từ thông qua cuộn dây sẽ tăng lên và ngược lại, khi răng đã đi qua thì từ thông sẽ giảm đi. Sự thay đổi từ thông này sẽ tạo ra một suất điện động thay đổi trong cuộn dây và truyền tín hiệu này đến bộ điều khiển điện tử;
- Bộ điều khiển điện tử sử dụng tín hiệu là tần số của điện áp này như một đại lượng đo tốc độ bánh xe. Bộ điều khiển điện tử kiểm tra tần số truyền về của tất cả các cảm biến và kích hoạt hệ thống điều khiển chống hãm cứng nếu một hoặc một số cảm biến cho biết bánh xe có khả năng bị hãm cứng; - Tần số và độ lớn của tín hiệu tỷ lệ thuận với tốc độ bánh xe. Khi tốc độ của bánh xe tăng lên thì tần số và độ lớn của tín hiệu cũng thay đổi theo và ngược lại.
Hình 3. 15. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ bánh xe
3.2.2.4.Khối điều khiển điện tử ECU
ECU là não bộ, trung tâm điều khiển của hệ thống, gồm hai bộ vi xử lý và các mạch khác cần thiết cho hoạt động của nó.
ECU nhận biết được tốc độ quay của bánh xe, cũng như tốc độ chuyển động tịnh tiến của xe nhờ tín hiệu truyền về từ các cảm biến tốc độ bánh xe. Trong khi phanh sự giảm tốc độ xe tùy theo lực đạp phanh, tốc độ xe lúc phanh, và điều kiện mặt đường. ECU giám sát điều kiện trượt giữa bánh xe và mặt đường nhờ bộ kiểm tra sự thay đổi tốc độ bánh xe trong khi phanh. Nó xử lý và phát tín hiệu điều khiển cho khối thuỷ lực cung cấp những giá trị áp suất tốt nhất trong xi lanh bánh xe để điều chỉnh tốc độ bánh xe, duy trì lực phanh lớn nhất từ 10 ÷ 30% tỷ lệ trượt.
Ngoài ra ECU còn thực hiện chức năng tự kiểm tra và cho ngừng chức năng ABS nếu phát hiện hệ thống có trục trặc (như: Thiếu dầu, không đủ áp suất trợ lực hoặc mất tín hiệu từ các cảm biến tốc độ, …) lúc đó hệ thống điều khiển điện tử ngưng hoạt động nó cho phép hệ thống phanh tiếp tục làm việc như một hệ thống phanh bình thường, không có ABS. Những trục trặc trong hệ thống sẽ được cảnh báo bằng đèn ABS trên bảng điều khiển. Việc xác định chính xác vị trí và tình trạng hư hỏng sẽ được tiến hành thông qua mã chẩn đoán theo tần suất và thời gian thể hiện ở đèn cảnh báo. Các tín hiệu vào đến bộ vi xử lý được xử lý một cách độc lập. Chỉ khi nào kết quả có tính đồng nhất thì ECU mới điều khiển khối thủy lực - điện tử. Nếu các tín hiệu vào không đồng nhất chẳng hạn khi hệ thống khóa cứng bánh xe bị lỗi thì các cầu chì và phanh đảm bảo hoạt động theo phanh bình thường. Đồng thời, đèn cảnh báo trên táp lô sẽ sáng lên để báo cho người lái biết.
Các tín hiệu truyền về từ các cảm biến tốc độ đến ECU được chuyển đổi thành tín hiệu sóng vuông bằng bộ khuyếch đại trên đường vào.
Tần số của các tín hiệu này cung cấp phù hợp với giá trị tốc độ, sự gia tốc hoặc sự giảm tốc của mỗi bánh xe đến ECU. Khi người lái xe tác dụng lên
bàn đạp phanh, các bánh xe có thể giảm tốc đến giá trị khác nhau: Bằng việc so sánh tốc độ mỗi bánh xe với tốc độ tham khảo (reference speed) hệ thống có thể luôn luôn kiểm tra độ trượt của mỗi bánh xe.
Nếu lực phanh là nguyên nhân làm một bánh xe trượt đối với bánh xe khác, ECU điều khiển van điện từ của khối thủy lực – điện tử làm giảm lực phanh trên bánh trượt. Hệ thống ABS can thiệp bằng việc tính toán ngưỡng giảm tốc, gia tốc và trượt của các bánh xe. Ngay khi mối liên hệ ngưỡng gia tốc/giảm tốc và trượt vượt quá giới hạn, ECU điều khiển các van điện từ của khối thủy lực – điện tử bằng cách điều chỉnh áp suất phanh theo 3 giai đoạn là gia tăng, duy trì và giảm áp suất. ECU điều khiển các giai đoạn khác nhau ứng với cung cấp xung cường độ điện thế khác nhau đến các van điện từ.
Trong điều kiện giảm lực phanh và phân chia mô men không đúng (trượt- aquaplaning), ECU nhận biết nhờ các cảm biến số vòng quay trên mỗi bánh xe với điều kiện bất thường, như sự truyền động và bánh xe chủ động có khuynh hướng quay ở tốc độ khác nhau.
ECU được trang bị mạch an toàn hệ thống kiểm soát có hiệu lực khi khởi động và vận hành.
Mạch an toàn hoạt động theo nguyên tắc tự kiểm tra.
- Khi bật khóa, hệ thống kiểm tra ECU, van điều khiển điện từ và sự kết nối của các cảm biến: Nếu kết quả OK, đèn cảnh báo ABS sáng lên trên bảng tap lô và tắt đi sau 4 giây.
- Sau khi khởi động động cơ, hệ thống chạy van điện từ và bơm hồi để kiểm tra ngay sau khi đạt tốc độ ứng với 6 km/h;
- Khi đạt vận tốc 24km/h thì hệ thống kiểm tra tín hiệu tốc độ của 4 bánh xe.
- Khi di chuyển, hệ thống thường xuyên kiểm tra vận tốc chu vi (peripheral speed) của các bánh xe so với tốc độ tham khảo
(reference speed), các điều kiện bộ nhớ và điều khiển hoạt động của hai rơ le.
- Khi di chuyển, hệ thống thường xuyên kiểm tra điện áp bình ắc quy.
3.2.2.5.Khối điều khiển điện tử
Khối điều khiển điện tử là một cụm độc lập không thể sửa chữa, bao gồm 2 bộ vi xử lý và các mạch khác cần thiết cho hoạt động của nó.
Hình 3.16 dưới đây là hình ảnh giới thiệu khối điều khiển điện tử của ABS
Nó có nhiệm vụ:
- Theo dõi tốc độ quay của mỗi bánh xe khi phanh thông qua tín hiệu thu nhận được từ các cảm biến tốc độ. Nếu thấy bánh xe nào đó có xu hướng bị hãm cứng, thì nó sẽ kích hoạt ABS làm việc và cung cấp một điện áp 12V cho các van điện tử tương ứng lắp đặt trong khối thủy lực. Nhờ đó khối điều khiển điện tử có thể hiệu chỉnh được áp suất trong dẫn động, để tránh cho các bánh xe khỏi bị hãm cứng;
- Theo dõi sự làm việc của bản thân nó (Self – Test). Nếu có sự cố xảy ra thì nó sẽ tự động đưa hệ thống chuyển sang chế độ phanh bình thường như khi không có ABS.
Hệ thống đảm bảo an toàn và tự kiểm tra làm việc nhờ 2 bộ vi xử lý lắp đặt trong nó theo nguyên lý:
- Khi 2 bộ vi xử lý nhận được cùng một thông tin như nhau, thì sau khi xuwrlys chúng phải tạo ra các tín hiệu bên trong và bên ngoài giống nhau;
- Các bộ vi xử lý liên tục so sánh các tín hiệu này. Nếu phát hiện thấy có sự sai lệch suy ra khối điều khiển điện tử sẽ cho ngừng hoạt động của ABS để đảm bảo cho hệ thống phanh làm việc như một hệ thống phanh làm việc chuẩn.
Trên hình 3.16 là lược đồ đơn giản minh họa cấu tạo và hoạt động bên trong của khối điều khiển điện tử
Hình 3. 17. Lược đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của khối điều khiển điện tử 1- Tín hiệu vào từ cảm biến tốc độ; 2,3- Các bộ vi xử lý; 4- Khối logic; 5- Tín hiệu
ra bên trong; 6- Tín hiệu ra bên ngoài; 7,8- Các bộ so sánh; 9- Transitor điều khiển; 10- Mạch hồi tiếp; 11- Van điện tử; 12- Cảm biến tốc độ
- Tín hiệu vào (1) từ các bộ cảm biến tốc độ bánh xe được đồng thời truyền đến các bộ vi xử lý (2) và (3).
- Các bộ vi xử lý, xử lý các thông tin vào trong khối logic (4) và phát ra các tín hiệu bên trong (5) (như tốc độ bánh xe) và tín hiệu bên ngoài (6) suy ra điều khiển các van điện tử.
- Các tín hiệu bên trong (5) của cả hai khối logic (4) đi vào hai bộ so sánh khác nhau (7) và (8) (mỗi bộ so sánh nằm trong một bộ vi xử lý để so sánh. Nếu kết quả nhận được không giống nhau thì khối điều khiển điện tử sẽ ngừng hoạt động.
- Tín hiệu bên ngoài (6) của bộ vi xử lý (2) được truyền trực tiếp đến bộ so sánh (7), còn đến bộ so sánh (8) – thông qua các transitors điều khiển van (9) và mạch hồi tiếp (10).
- Nếu các tín hiệu bên ngoài (6) của bộ vi xử lý (3) được truyền trực tiếp đến hai bộ so sánh (7) và (8).
- Nếu các tín hiệu bên ngoài không phù hợp suy ra khối điều khiển điện tử cũng sẽ cho ngưng hoạt động của ABS.
Chú ý:
- Khi khối điều khiển điện tử phát hiện thấy có trục trặc trong hệ thống ABS thì nó sẽ cho bật sáng đèn báo trục trặc “ANTI-LOCK” màu hổ phách trên bảng điều khiển.
- Khối điều khiển điện tử liên tục theo dõi không chỉ hoạt động bên trong của bản thân nó, mà còn theo dõi sự hoạt động của các bộ phận khác của ABS. Nó liên tục truyền các xung thử ngắn đến các van điện tử để kiểm tra trục trặc trong hệ thống điện.
- Mọi trục trặc của ABS (như: thiếu dầu, không đủ áp suất trợ lực hoặc mất tín hiệu của các cảm biến tốc độ …) đều làm cho hệ thống điều khiển điện tử ngưng hoạt động của ABS và chuyển sang chế độ làm việc ở chế độ bình thường.
- Nếu bộ cảm biến tốc độ hư hỏng, tạo ra các tín hiệu vượt ra ngoài giới hạn quy định, hoặc đọ nhiễu tín hiệu lớn (do sóng vô tuyến) thì bộ điều khiển điện tử có thể cho ngưng hoặc không có chức năng ABS.
3.2.2.6. Khối thuỷ lực- điện tử (Electric-hydraulic Unit)
Gồm có 2 hai phần gắn liền nhau: Khối điện tử và khối thủy lực-điện tử: - ECU điều khiển khối thủy lực-điện tử theo các tín hiệu truyền về từ
các cảm biến và được so với các bản đồ mà chương trình đã được nạp sẵn trong bộ nhớ của nó. Khối thủy lực được nối đến xi lanh chính và các chi tiết hệ thống phanh ABS bằng các ống dẫn chính
của hệ thống phanh. Như vậy, khối thủy lực điện tử có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo tín hiệu điều khiển của ECU, tránh cho các bánh xe khỏi bị hãm cứng khi phanh;
- Hệ thống bơm hồi dầu gồm có rơ le và mô tơ bơm, hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU bơm dầu đến pittông xi lanh chính để bù lại lượng dầu xả về bình chứa khi ABS làm việc.
3.2.2.7. Bộ phân phối lực phanh điện tử (EBD)
Khi xe được trang bị ABS có nghĩa là chức năng EBD cũng có sẵn. Chức năng này thay thế van điều tải trọng (LAV) được dùng thay trong các hệ