Hệ thống phanh trang bị ABS:

3)

2.6. Hệ thống phanh trang bị ABS:

2.1.13. Chức năng của ABS:

ABS (Anti-lock Braking System) là hệ thống chống bó cứng phanh – một trong những hệ thống an toàn chủ động trên ô tô. ABS có tác dụng làm giảm nguy cơ về tai nạn thông qua việc điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu. Ký hiệu ABS trên ô tô đồng nghĩa với việc chiếc xe được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh.

15

CHƯƠNG III: HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TOYOTA VIOS 3.1.Giới thiệu tổng quan về xe Toyota Vios

Toyota Vios là loại xe 4 cửa được hãng Toyota sản xuất. Mẫu xe này được phát triển dành cho các thị trường Đông Nam Á, Trung Quốc, và Đài Loan.

1480

VIOS

2550 4300

Hình 3. 1 Sơ đồ bộ trợ lực bằng năng lượng điện tử

Bảng thông số kỹ thuật của xe Toyota Vios:

STT THỐNG SỐ KỸ THUẬT

ĐƠN VỊ KT/TL

1 Chiều dài toàn thể mm 4300

2 Chiều dài cơ sở mm 2550

3 Chiều rộng toàn thể mm 1700

4 Chiều rộng cơ sở mm 1480

5 Chiều cao xe mm 1460

6 Khoảng sáng gầm mm 150

7 Trọng lượng đầy tải KG 1520

7 Trọng lượng không tải KG 1055-1110

8 Sức chở Người 4 người

9 Kiểu động cơ 1NZ-FE 4 xy lanh

10 Dung tích xy lanh công tác cc 1497

16

12 Dung tích bình nhiên liệu Lít 42

13 Công suất cực đại ML/v 107/6000

14 Momen xoắn cực đại KG.m/v 14,4/4200

15 Khoảng sáng gầm mm 150

16 Bán kính quay vòng tối thiểu m 4,9

17 Phanh trước Đĩa thông gió

18 Phanh sau Đĩa

19 Hệ thống âm thanh

FM/AM,CD player,MP3,WMA ,6 loa

20 Vỏ và mâm xe 185/60R15 Mâm đúc

21 Dung tích khoang chứa hành lý Lít 575

22 Tiêu chuẩn khí thải Euro Step 4

23 Cửa khóa điều chỉnh từ xa

24 Kính cửa sổ điều chỉnh điện

25 Chất liệu ghế Da 26 Ghế trước Trượt và ngả Chỉnh độ cao mặt ghế (Ghế người lái) 27 Ghế sau Gập 60:40 28 Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS)

29 Hệ thống phân phối lực phanh điện tử (EBD) 30 Hổ trợ lực phanh khẩn cấp (BA)

31 Đèn báo phanh trên cao

32 Túi khí (người lái và hành khách phía trước) 33 Hệ thống chống trộm

17

Hình 3. 2 Hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Vios.

1 Đĩa phanh 8 Dòng dẫn động phanh trước

2 Xilanh chính 9 Đèn báo phanh

3 Bầu trợ lực chân không 10 Đèn báo ABS

4 Bàn đạp phanh 11 Bộ thủy lực và máy tính

5 Công tắc khởi động 12 Dòng dẫn động phanh trước

6 Đĩa phanh 13 Các cảm biếm

7 Các cảm biến

3.2.1.Nguyên lý làm việc a) Khi không phanh: a) Khi không phanh:

Khi không phanh, không có lực tác dụng lên bàn đạp phanh nhưng cảm biến tốc độ luôn đo tốc độ bánh xe và gửi về khối điều khiển ECU khi xe hoạt động.

b) Khi phanh ABS chưa làm việc:

Khi người lái đạp phanh, rà phanh mà lực phanh chưa đủ lớn để xảy ra hiện tượng trượt bánh xe quá giới hạn cho phép, dầu phanh với áp suất cao sẽ đi từ tổng phanh đến lỗ

18

nạp thường mở của van nạp để đi vào và sau đó đi ra khỏi cụm thủy lực mà không hề bị cản trở bởi bất kỳ một chi tiết nào trong cụm thủy lực.

c) Khi phanh:

Khi phanh các xilanh bánh xe sẽ ép các má phanh vào đĩa phanh hay đĩa phanh tạo ra lực ma sát phanh làm giảm tốc độ của bánh xe và của xe. Ở chế độ này bộ điều khiển ECU không gửi tín hiệu đến bộ chấp hành cụm thủy lực, mặc dù cảm biến tốc độ vẫn luôn hoạt động và gửi tín hiệu đến ECU.

d) Khi phanh ABS làm việc:

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh đủ lớn sẽ gây nên hiện tượng trượt. Khi hệ số trượt vượt quá giới hạn quy định (1030%) thì ABS sẽ bắt đầu làm việc và chế độ làm việc của ABS gồm các giai đoạn sau:

[1]. Giai đoạn duy trì (giữ) áp suất:

Hình 3. 3 Giai đoạn duy trì (giữ) áp suất.

1 Tổng phanh 9 Cơ cấu phanh

2 Ống dẫn dầu 10 Cảm biến tốc độ

3 Van điện 11 Roto cảm biến

4 Cuộn dây 12 Nguồn điện

13 14 12 8 7 10 15 ECU 5 6 1 4 2 3 11 9

19

5 Van điện 13 Van nạp

6 Bơm dầu 14 Van xã

7 Van điện 15 Khối ECU

8 Bình chứa dầu

Khi phát hiện thấy sự giảm nhanh tốc đô ̣ của bánh xe từ tín hiê ̣u của cảm biến tốc độ và cảm biến gia tốc gửi đến, bô ̣ điều khiển ECU sẽ xác đi ̣nh xem bánh xe nào bi ̣ trượt quá giới ha ̣n quy đi ̣nh.

Sau đó, bô ̣ điều khiển ECU sẽ gữi tín hiê ̣u đến bô ̣ chấp hành hay là cu ̣m thuỷ lực, kích hoạt các rơle điê ̣n từ của van na ̣p hoa ̣t đô ̣ng để đóng van na ̣p (13) la ̣i --> cắt đường thông giữa xylanh chính và xylanh bánh xe. Như vâ ̣y áp suất trong xilanh bánh xe sẽ không đổi ngay cả khi người lái tiếp tục tăng lực đa ̣p. Sơ đồ làm viê ̣c của hê ̣ thống trong giai đoa ̣n này như trên hình

[2]. Giai đoạn giảm áp suất

Hình 3. 4 Giai đoạn giảm áp.

Nếu đã cho đóng van na ̣p mà bô ̣ điều khiển nhâ ̣n thấy bánh xe vẫn có khả năng bi ̣ hãm cứng (gia tốc châ ̣m dần quá lớn), thì nó tiếp tu ̣c truyền tín hiê ̣u điều khiển đến rơle van

15 8 ECU 12 6 7 14 10 11 9 1 5 4 2 13 3

20

điê ̣n từ của van xả (14) để mở van này ra, để cho chất lỏng từ xilanh bánh xe đi vào bô ̣ tích năng (8) và thoát về vùng có áp suất thấp của hê ̣ thống --> nhờ đó áp suất trong hê ̣ thống được giảm bớt.

Giai đoa ̣n tăng áp suất:

Khi tốc đô ̣ bánh xe tăng lên (do áp suất dòng phanh giảm), khi đó cần tăng áp suất trong xilanh để ta ̣o lực phanh lớn, khối điều khiển điê ̣n tử ECU ngắt dòng điê ̣n cung cấp cho cuộn dây củ a các van điê ̣n từ, làm cho van na ̣p mở ra và đóng van xả la ̣i --> bánh xe lại giảm tốc đô ̣

Hình 3. 5 Giai đoạn tăng áp.

Chu trình giữ áp, giảm áp và tăng áp cứ thế được lă ̣p đi lă ̣p lại, giữ cho xe được phanh ở giới ha ̣n trượt cục bô ̣ tối ưu mà không bi ̣ hãm cứng hoàn toàn.

3.3.Kết cấu và bộ phận phính 3.3.1.Cơ cấu phanh trước 3.3.1.Cơ cấu phanh trước

Đặc điểm kết cấu các chi tiết và bộ phận chính:

1 5 2 4 15 ECU 12 6 7 8 13 3 14 9 10 11

21 A A 4 5 6 24 3 1 2 I 7 8 9  62 A - A 13 320 15 14

Hình 3. 6 Kết cấu đĩa phanh có xẽ rãnh thông gió.

1 Má phanh 9 Ống dầu

2 Nắp chặn 10 Bu long khóa

3 Vỏ bộ xilanh thắng 11 Kẹp đỡ xilanh thắng

4 Tấm chắn 12 Đệm cao su làm kín

5 Bu lông giữ 13 Đĩa phanh

6 Vòng chặn dầu 14 Lỗ kiểm tra má phanh

7 Nắp chụp chắn bụi 15 Lỗ tản nhiệt đĩa phanh

8 Vít xả khí

22

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.

c) J1 2 J 3 J a) b) P P P 3 2 1

Hình 3. 8 Biến dạng đàn hồi của vòng làm kín.

a - Biến dạng của vòng làm kín tương ứng với các khe hở J1, J2, J3 khác nhau và áp suất p

bằng nhau.

b, c - Trạng thái chưa làm việc và đang chịu áp suất; 1- Piston; 2- Vòng làm kín; 3- Xilanh. 3.3.2.Cơ cấu phanh sau:

 Phanh sau là phanh đĩa điều khiển bằng thuỷ lực trợ lực chân không, có sử dụng hệ thống chống hãm cứng ABS.

 Phanh dừng (phanh tay): phanh cơ khí tác dụng lên bánh sau.

3.3.3.Xy lanh chính:

Là loại xy 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 xy 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.

23 1 2 8 4 3 9 7 6 5 10 11 Hình 3. 9 Kết cấu xilanh chính. 1 Lò xo 7 Vòng chặn

2 Lỗ bù dầu 8 Chốt tuỳ

3 Piston 9 Lò xo

4 Nút làm kín 10 Cụm van ngược

5 Bình chứa dầu phanh 11 Cụm van ngược

6 Piston

3.3.4.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.

24

Hình 3. 10 Cảm biến tốc độ bánh xe trước.

Hình 3. 11 Cảm biến tốc độ bánh xe sau.

Bộ cảm biến làm việc như sau:

– 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.

25

Hình 3. 12 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến

3.3.5.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.

3.4.Bộ phân phối lực phanh điện tử (EBD).

Chức năng EBD cho phép kiểm soát nhạy hơn các bánh xe sau. Phân phối lực phanh điện tử cho phép giảm áp lực phanh cho phanh của bánh sau phụ thuộc vào sự trượt của bánh xe này. Điều này cải thiện tình trạng ổn định khi lái so với hệ thống truyền động.

3.5.Trợ lực phanh của Vios

Trợ lực phanh xe Toyota Vios dùng là loại trợ lực chân không. Nó là bộ phận rất quan trọng, giúp người lái giảm lực đạp lên bàn đạp mà hiệu quả phanh vẫn cao. Trong bầu

26

trợ lực có các piston và van dùng để điều khiển sự làm việc của hệ thống trợ lực và đảm bảo sự tỉ lệ giữa lực đạp và lực phanh.

Hình 3. 13 Bầu trợ lực chân không.

Nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chân không:

Bầu trợ lực chân không có hai khoang A và B được phân cách bởi piston (hoặc màng).

 Van chân không, làm nhiệm vụ: Nối thông hai khoang A và B khi nhả phanh và cắt

đường thông giữa chúng khi đạp phanh.

 Van không khí, làm nhiệm vụ: cắt đường thông của khoang A với khí quyển khi

nhả phanh và mở đường thông của khoang A khi đạp phanh.

 Vòng cao su là cơ cấu tỷ lệ: Làm nhiệm vụ đảm bảo sự tỷ lệ giữa lực đạp và lực

phanh.

Khoang B của bầu trợ lực luôn luôn được nối với đường nạp động cơ qua van một chiều, vì thế thường xuyên có áp suất chân không.

Khi nhả phanh: van chân không mở, do đó khoang A sẽ thông với khoang B qua van

27

Khi phanh: người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần dịch chuyển sang phải làm van chân

không đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí mở ra cho không

khí qua phần tử lọc đi vào khoang A. Ðộ chênh lệch áp suất giữa hai khoang A và B sẽ tạo nên một áp lực tác dụng lên piston (màng) của bầu trợ lực và qua đó tạo nên một lực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các piston trong xilanh chính, ép dầu theo các ống dẫn đi đến các xylanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh.

Khi lực tác dụng lên piston tăng thì biến dạng của vòng cao su cũng tăng theo làm cho

piston hơi dịch về phía trước so với cần, làm cho van không khí đóng lại, giữ cho độ chênh áp không đổi, tức là lực trợ lực không đổi. Muốn tăng lực phanh, người lái phải tiếp tục đạp mạnh hơn, cần lại dịch chuyển sang phải làm van không khí mở ra cho không khí đi thêm vào khoang A. Ðộ chênh áp tăng lên, vòng cao su biến dạng nhiều hơn làm piston hơi dịch về phía trước so với cần, làm cho van không khí đóng lại đảm bảo cho độ chênh áp hay lực trợ lực không đổi và tỷ lệ với lực đạp. Khi lực phanh đạt cực đại thì van không khí mở ra hoàn toàn và độ chênh áp hay lực trợ lực cũng đạt giá trị cực đại.

Bộ trợ lực chân không có hiệu quả thấp, nên thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và tải nhỏ.

28

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ, TÍNH TOÁN HỆ THỐNG PHANH 4.1.Tính toán hệ thống phanh trên xe TOYOTA VIOS

Các thông số cơ bản dùng để tính toán:

Trọng lượng toàn bộ Ga = 1520 [KG] = 15200[N] Phân bố cầu trước G1 = 820 [KG] = 8200 [N] Phân bố cầu sau G2 = 700 [KG] = 7000 [N] Chiều dài cơ sở Lo = 2550 [mm]

Chiều rộng cơ sở S = 1480 [mm]

4.1.1.Xác định momen phanh yêu cầu:

Mômen phanh cần sinh ra được xác định từ điều kiện đảm bảo hiệu quả phanh lớn nhất, tức sử dụng hết lực bám để tạo lực phanh. Muốn đảm bảo điều kiện đó, lực phanh sinh ra cần phải tỷ lệ thuận với các phản lực tiếp tuyến tác dụng lên bánh xe.

w P v gh P j a G b a P 2 2 Z 2 O 1 Z P 1 O 1 L

Hình 4. 1 Sơ đồ lực tác dụng lên ô tô khi phanh.

Tải trọng phân bố lên cầu trước và cầu sau: m1, m2.

𝑚1 =𝐺1

𝐺𝑎

𝑚2 =𝐺2

𝐺𝑎

29

 G1, G2: Trọng lượng phân bố lên cầu trước và sau.

 Ga : Trọng lượng không tải của xe.

 a, b : Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc.

Theo sơ đồ trên hình 4.1 ta quy ước chiều dương là chiều ngược chiều kim đồng hồ. Lấy mô men tại điểm O1 ta có:

𝐺2. 𝑎 − 𝑍2. 𝐿𝑂 = 0 ⟹ 𝑍2 =𝐺𝑎. 𝑎 𝐿𝑂 Mặt khác 𝑍2 = 𝐺2 ⟹ 𝑚2 =𝐺2 𝐺𝑎 =