5.2.1. Cấu tạo của hệ thống phanh chống hãm cứng ABS
Hệ thống phanh chống hãm cứng ABS trên Toyota Yaris 2015 được thiết kế dựa trên cấu tạo của hệ thống phanh thường. Ngoài các cụm bộ phận chính của hệ thống phanh như cụm xy lanh chính, trợ lực phanh, các van điều hòa lực phanh, cơ cấu phanh bánh xe,… để thực hiện chức năng chống hãm cứng bánh xe khi phanh, thì hệ thống ABS còn trang bị thêm các bộ phận như cảm biến tốc độ bánh xe, ABS ECU, bộ chấp hành thủy lực,... Hình 5.1, 5.2, 5.3. thể hiện sơ đồ cấu tạo của hệ thống phanh ABS trên xe.
50
Hình 5.1. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Yaris 2015.
1 - Cụm xi lanh phanh chính ; 2- Cảm biến tốc độ bánh trước phải ; 3- Bộ chấp hành ABS + ECU điều khiển trượt ; 4,5,6- Cảm biến tốc độ bánh xe.
51
Hình 5.3. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Yaris 2015.
1- Đèn báo phanh ; 2- Đèn cảnh báo ABS ; 3- Cụm đồng hồ ; 4- Công tắc báo phanh ; 5- DLC3 ; 6- Công tắc phanh đậu xe.
Hệ thống ABS gồm 3 cụm bộ phận chính:
- Cụm tính hiệu vào bao gồm các cảm biến tốc độ bánh xe, công tắc báo phanh, công tắc phanh đậu xe,… có nhiệm vụ gửi tín hiệu tốc độ các bánh xe, tín hiệu phanh đến ECU.
52 - Hộp điều khiển (ECU) có chức năng nhận và xử lý các tín hiệu vào, đưa tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành thủy lực, điều khiển quá trình phanh chống hãm cứng.
- Bộ phận chấp hành gồm có bộ điều khiển thủy lực, đèn cảnh báo ABS, bộ phận kiểm tra, chẩn đoán. Bộ chấp hành thủy lực nhận tín hiệu điều khiển từ ECU và thực hiện quá trình phân phối áp suất dầu đến các cơ cấu phanh bánh xe.
53
Hình 5.4. Sơ đồ hệ thống ABS trên Toyota Yaris 2015.
CB tốc độ bánh trước trái CB tốc độ bánh trước phải CB tốc độ bánh sau trái
CB tốc độ bánh sau phải Công tắc đèn phanh
ABS ECU
Rơ le điện từ
Rơ le mô tơ
Van điện từ
Mô tơ bơm
Bộ chấp hành ABS
DLC3
Công tắc báo mức dầu phanh
Công tắc phanh đậu xe
Đèn cảnh báo ABS Đèn báo phanh
Đồng hồ đo tốc độ
Cụm đồng hồ
54
Thành phần Chức năng
Bộ chấp hành ABS
ABS ECU
Đánh giá tình trạng lái xe dựa trên các tín hiệu từ mỗi cảm biến và công tắc, đồng thời gửi các tín hiệu điều khiển phanh đến cơ cấu chấp hành ABS.
Rơ le điện từ (tích hợp trong ECU)
Cấp điện cho van điện từ. Rơ le mô tơ (tích hợp
trong ECU)
Cấp điện cho mô tơ bơm.
Van điện từ
Thay đổi đường dẫn của dầu phanh dựa trên các tín hiệu từ ECU trong quá trình vận hành các chức năng của hệ thống kiểm soát phanh, nhằm kiểm soát áp suất dầu phanh tác dụng lên xi lanh bánh xe. Mô tơ bơm Dẫn động các máy bơm bên trong cơ cấu
chấp hành ABS.
Cảm biến tốc độ Đo tốc độ bánh xe của từng bánh xe trong
số 4 bánh xe.
Công tắc đèn phanh Phát hiện tín hiệu bàn đạp phanh.
Công tắc phanh đậu xe Phát hiện trạng thái của cần phanh đậu xe.
55
5.2.2. Cảm biến tốc độ bánh xe.
Toyota Yaris 2015 sử dụng cảm biến tốc độ bánh xe loại chủ động để đo tốc độ của 4 bánh xe. Cảm biến này chứa một IC Hall. Rô to cảm biến là một vòng từ tính, bao gồm các cực N (Bắc) và cực S (Nam) được xếp thành một vòng tròn. Ưu điểm của việc sử dụng vòng từ tính so với vòng có răng là cảm biến có thể nhỏ hơn rất nhiều do không cần nam châm vĩnh cửu trong cảm biến. Thay vào đó, nó được đặt trong “vòng ABS”. Vòng từ đó được đặt trong ổ trục bánh xe, cho phép chúng được sử dụng trong không gian hạn chế. Sự biến đổi từ trường bây giờ được tạo ra bởi các phần phân cực trong vòng.
Cụm đồng hồ
Đèn báo phanh
-Sáng lên cùng với đèn cảnh báo ABS để cảnh báo người lái khi ABS ECU phát hiện sự cố không chỉ ở ABS mà còn ở EBD.
-Đèn sáng để cảnh báo người lái khi mức dầu phanh thấp.
-Đèn sáng để thông báo cho người lái khi cần phanh tay được kéo lên.
Đèn cảnh báo ABS
Đèn sáng để cảnh báo người lái khi ABS ECU phát hiện có trục trặc trong ABS.
56
Hình 5.5. Vị trị lắp đặt cảm biến tốc độ bánh xe.
1- Trục trước ; 2- Cảm biến tốc độ bánh xe phía trước ; 3- Rô to cảm biến ; 4-Trục sau ; 5- Cảm biến tốc độ bánh xe phía sau.
Cảm biến sử dụng IC Hall để phát hiện các thay đổi từ trường gây ra khi rôto cảm biến quay và cảm biến xuất thông tin phát hiện đến ABS ECU dưới dạng các xung digital. Tần số của các xung tỷ lệ với tốc độ bánh xe và tốc độ này có thể được phát hiện ngay cả khi bánh xe gần như đứng yên (0,1 km/h).
5.2.2. Cơ cấu chấp hành ABS 5.2.2.1. Cấu tạo
Trên xe Toyota Yaris 2015, ABS ECU được tích hợp chung với cơ cấu chấp hành ABS tạo thành bộ chấp hành ABS. Điều này giảm xác suất hư hỏng về đường dây điện,
57 đồng thời dễ kiểm tra, sửa chữa khi hư hỏng. Hình 5.6 thể hiện cấu tạo của bộ chấp hành ABS của xe Toyota Yaris 2015.
Hình 5.6. Cấu tạo của bộ chấp hành ABS.
1- ABS ECU ; 2- Cơ cấu chấp hành ABS.
Cấu tạo của cơ cấu chấp hành ABS gồm các bộ phận chính sau: các van điện từ, bơm dầu và bình tích áp.
Van điện từ: cơ cấu chấp hành ABS của Toyota Yaris 2015 sử dụng 8 van điện từ 2 vị trí (bao gồm 4 van giữ áp suất và 4 van giảm áp). Mỗi bánh xe được điều khiển riêng biệt bởi 1 van giữ áp và 1 van giảm áp như hình 5.9.
Van giữ áp suất: van giữ áp suất (hình 5.8) điều khiển (mở và đóng) mạch dầu giữa xi lanh chính và xi lanh bánh xe. Bình thường van chịu lực căng của lò xo để vào vị trí mở (thường mở). Khi xuất hiện dòng điện chạy trong cuộn dây, van đóng lại. Van một chiều cung cấp một đường xả bổ sung khi áp suất từ xi lanh chính giảm xuống.
58
Hình 5.7. Van giữ áp suất.
Van giảm áp suất: Van giảm áp suất (hình 5.8) điều khiển (mở và đóng) mạch dầu giữa xi lanh bánh xe và bình dầu. Bình thường van chịu lực căng của lò xo để vào vị trí đóng (thường đóng). Khi xuất hiện dòng điện chạy trong cuộn dây, van nén lò xo và mở ra.
59
Hình 5.8. Van giảm áp suất.
Bơm dầu: Cơ cấu chấp hành ABS của Toyota Yaris 2015 sử dụng bơm dầu kiểu piston được dẫn động bởi mô tơ điện, được bật ON khi ABS hoạt động ở chế độ Giảm áp và Tăng áp, có tác dụng hướng dầu phanh từ van giảm áp và bình tích áp về xy lanh chính. Bơm được chia ra hai buồng làm việc độc lập thông qua hai piston trái và phải được điều khiển bằng cam lệch. Các van một chiều chỉ cho dòng dầu đi từ bơm về xy lanh chính.
Bình tích áp: chứa dầu hồi từ xy lanh bánh xe, nhất thời làm giảm áp suất dầu ở xy lanh phanh bánh xe.
60
Hình 5.9. Sơ đồ cơ cấu chấp hành ABS của Toyota Yaris 2015.
1- Van giữ áp suất ; 2- Van giảm áp suất ; 3- Bơm dầu ; 4- Bình tích áp ; 5, 6, 7, 8- Xy lanh phanh 4 bánh xe ; a- Từ xy lanh chính.
5.2.2.2. Hoạt động
61
Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động):
Khi phanh xe ở tốc độ chậm hay rà phanh, ABS không hoạt động, ABS ECU không gửi dòng điện đến cuộn dây của van điện từ. Vì vậy van giữ áp suất vẫn mở và van giảm áp suất vẫn đóng
Khi nhấn bàn đạp phanh, dầu phanh đi từ xy lanh chính qua van giữ áp suất đến xy lanh bánh xe. Van giảm áp không cho dầu đi vào bình tích áp, đảm bảo áp suất không giảm. Kết quả là quá trình phanh bình thường xảy ra.
Bảng 5.4. Bảng thể hiện trạng thái của các van khi phanh bình thường.
Tên thiết bị
Trình trạng ABS Van giữ áp
Van giảm áp
Mô tơ bơm Chưa kích
hoạt
Khi phanh bình thường
OFF (Mở) OFF (Đóng) OFF
62
Khi phanh gấp (ABS hoạt động):
Khi có bất kỳ bánh xe nào bắt đầu khóa cứng, ban đầu ABS ECU sẽ chuyển sang chế độ giữ để ngăn chặn bất kỳ sự gia tăng thêm áp suất nào. ECU tắt van giảm áp và bật van giữ áp. Van giảm áp đóng lại, ngăn dầu phanh đi vào bình tích áp. Van giữ áp vẫn đóng để không có áp suất dầu phanh bổ sung nào có thể tác động đến xi lanh bánh xe.
Bảng 5.5. Bảng thể hiện trạng thái của các van và bơm ở chế độ giữ áp.
Hình 5.11. Chế độ giữ áp. Tên thiết bị Trình trạng ABS Van giữ áp Van giảm áp Mô tơ bơm Đã kích hoạt Chế độ giữ áp ON (Đóng) OFF (Đóng) OFF
63 Sau khi vận hành ở chế độ giữ ban đầu, ABS ECU sẽ cấp điện cho cả van giữ áp và van giảm áp. Van giữ áp đóng và chặn áp suất từ xi lanh chính. Van giảm mở cho phép áp suất dầu phanh từ mạch xi lanh bánh xe vào bình tích áp, làm giảm áp suất phanh. Bơm cũng được cung cấp năng lượng để hướng dầu phanh trở lại xi lanh chính. Điều này gây ra phản hồi của bàn đạp phanh và cảnh báo người lái về hoạt động của ABS.
Bảng 5.6.Bảng thể hiện trạng thái của các van và bơm ở chế độ giảm áp.
Khi áp suất bên trong xi lanh bánh xe giảm và cảm biến tốc độ gửi tín hiệu cho biết tốc độ đang ở trên mức mục tiêu, ECU sẽ tắt cả van giảm áp và van giữ áp. Van giảm áp Tên thiết bị Trình trạng ABS Van giữ áp Van giảm áp Mô tơ bơm
Đã kích hoạt Chế độ giảm áp ON (Đóng) ON (Mở) ON
64 đóng lại, ngăn dầu phanh đi vào bình tích áp. Van giữ áp mở để áp suất bổ sung đi vào xi lanh bánh xe nếu người lái duy trì áp lực bàn đạp. Hoạt động giống như chế độ bình thường ngoại trừ máy bơm đang bật.
Bảng 5.7.Bảng thể hiện trạng thái của các van và bơm ở chế độ tăng áp.
Hình 5.13. Chế độ tăng áp. 5.2.3. ABS ECU Tên thiết bị Trình trạng ABS Van giữ áp Van giảm áp Mô tơ bơm
65 ABS ECU cảm nhận tốc độ quay của bánh xe cũng như tốc độ xe dựa trên tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe. Trong quá trình phanh, mức độ giảm tốc sẽ thay đổi tùy thuộc vào lực đạp, tốc độ xe khi phanh và điều kiện mặt đường. Ví dụ, tốc độ giảm tốc trên đường nhựa khô lớn hơn nhiều so với bề mặt ướt hoặc băng giá.
ECU phán đoán tình trạng trượt giữa bánh xe và mặt đường bằng cách theo dõi sự thay đổi tốc độ quay của bánh xe trong quá trình phanh. ECU điều khiển cơ cấu chấp hành ABS để cung cấp áp suất dầu phanh tối ưu đến xi lanh phanh để điều khiển chính xác tốc độ của các bánh xe, duy trì lực phanh tối đa với độ trượt từ 10 đến 30%.
ABS ECU cũng bao gồm chức năng kiểm tra kiểm tra ban đầu, chức năng chẩn đoán, chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ và chức năng dự phòng.
66
Hình 5.14. Sơ đồ mạch điện ABS ECU
*Điều khiển tốc độ bánh xe:
ECU liên tục nhận tín hiệu tốc độ bánh xe từ các cảm biến tốc độ bánh xe. Bằng cách tính toán tốc độ và sự giảm tốc của mỗi bánh xe, ECU ước tính tốc độ của xe. Khi đạp phanh, áp suất dầu phanh trong mỗi xi lanh phanh đĩa bắt đầu tăng và tốc độ bánh xe bắt đầu
67 giảm. Nếu bất kỳ bánh xe nào gần tình trạng bị bó cứng, ECU sẽ chuyển sang chế độ giữ áp để dừng sự gia tăng áp suất dầu phanh trong xi lanh phanh đĩa của bánh xe đó.
Hình 5.15. Đồ thị điều khiển tốc độ bánh xe. Giai đoạn A:
ECU đặt van điện từ ở chế độ giảm áp dựa trên tốc độ bánh xe, do đó làm giảm áp suất dầu phanh trong xi lanh phanh.
68 Sau khi áp suất giảm, ECU chuyển van điện từ sang chế độ giữ, sau đó theo dõi sự thay đổi tốc độ bánh xe. Nếu ECU nhận định rằng áp suất dầu phanh cần giảm thêm, nó sẽ trở về chế độ giảm.
Giai đoạn B:
Khi áp suất dầu phanh bên trong xi lanh phanh giảm (giai đoạn A), áp suất dầu phanh tác dụng lên bánh xe giảm. Điều này cho phép bánh xe đang bị khóa tăng tốc. Tuy nhiên, nếu áp suất dầu phanh được giữ lại, lực phanh tác động lên bánh xe sẽ trở nên quá thấp. Để ngăn chặn điều này, ECU đặt các van điện từ ở chế độ tăng áp và chế độ giữ luân phiên khi bánh xe đang khóa lại phục hồi tốc độ.
Giai đoạn C:
Khi áp suất dầu phanh trong xy lanh bánh xe tăng từ từ bởi ECU (giai đoạn B), bánh xe có xu hướng bị khóa lại. Đáp lại, ECU lại chuyển các van điện từ sang chế độ giảm áp để giảm áp suất dầu phanh bên trong xi lanh phanh.
Giai đoạn D:
Vì áp suất thủy lực trong xi lanh phanh lại giảm xuống (Giai đoạn C), ECU bắt đầu tăng áp suất trở lại như Giai đoạn B. Chu trình Giữ, Giảm và Tăng được lặp lại nhiều lần cho đến khi các bánh xe không còn ở bên ngoài độ trượt 30%.
69
CHƯƠNG 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1. Kết luận
Bài báo cáo của nhóm em đã đạt được các kết quả sau:
✓ Phân tích được yếu tố ảnh hưởng đến sự mất ổn định khi phanh. ✓ Giới thiệu được nguyên lý chung của ABS.
✓ Đã xây dựng được bài toán ổn định đối với phanh thường và phanh ABS bằng cách áp dụng thành tựu của cơ lý thuyết, vật lý.
✓ Chứng minh được phanh ABS giúp ổn định tốt hơn phanh thường.
6.2. Kiến nghị
Đối với ôtô: Cần thiết phải trang bị hệ thống ABS để tăng tính năng an toàn và ổn định phanh. Tuy nhiên bất kỳ hệ thống nào cũng có gới hạn của nó và ABS cũng không ngoại lệ, để đảm bảo an toàn thì cần phải tuân thủ tốc độ quy định và thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng định kỳ.
Đối với lĩnh vực nghiên cứu: Mở rộng thêm các phương pháp nghiên cứu động lực học quá trình phanh có ABS, xây dụng bài toán có tính đến ảnh hưởng của nhiều yếu tố gần với thực tế nhất, có tính đến ảnh hưởng có các hệ thống khác như hệ thống treo, hệ thống lái, góc đặt bánh xe, biến dạng của bánh xe…
70
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] – Đặng Quý, Lý thuyết ô tô, Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, 2012. [2] – Gs. Nguyễn Hữu Cẩn, Dư Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái, Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vang, Lý thuyết ô tô máy kéo, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2005.
[3] – GS. Nguyễn Hữu Cẩn, Phanh ô tô (Cơ sở khoa học và thành tựu mới), H-Khoa học và kỹ thuật, 2004
[4] Gs. Konrad Rief, Brake, brake control and drive assisstance system. Bosch professional automotive information.
[5] – Thomas D. Gillespie, Fundamentals of vehicle dynamics, Hiệp hội kỹ sư ô tô quốc tế, trang 45-75.
[6] https://en.wikipedia.org/wiki/Directional_stability. [7] -
http://manualespurdy.cisdigital.com/Toyota/YarisEne2018/N00067/pgm/top.html?fbclid=Iw AR2jhMMyID_Rbabzg0pKlh3H9yHqUzsT9uRcx_5c3c79Vqn1Umdq6d5rb9o