1- Nam châm vĩnh cửu; 2- Cuộn dây điện; 3- Cảm biến tốc độ, 4-Cảm biến tốc độ , 5-Rôto cảm biến
41 Bộ cảm biến làm việc như sau (hình 2.12):
- 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.
ÅÍ täúc âäü tháúp 0 -V +V ÅÍ täúc âäü cao 1 2 3
Hình 2. 12 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ bánh xe. 1- Rôto cảm biến; 2- Cuộn dậy; 3- Nam châm vĩnh cửu.
2.3.5Khối 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
42
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.
Ngồi ra ECU cịn thực hiện chức năng tự kiểm tra và cho ngừng chức năng ABS nếu phát hiện hệ thống có trục trặc (như: Thiếu dầu, khơng 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, khơng 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 thơng qua mã chẩn đốn 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 khơng đồng nhất – chẳn 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-lơ 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 vng 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 ln ln 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 tốn 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.
43
Trong điều kiện giảm lực phanh và phân chia mômen 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 sốt có hiệu lực khi khởi động và vận hành.
Mạch an toàn hoạt động theo nguyên tắc tự kiểm tra.
1. 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.
2. 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;
3. Khi đạt vận tốc 24km/h thì hệ thống kiểm tra tín hiệu tốc độ của 4 bánh xe. 4. 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 rơle.
5. Khi di chuyển, hệ thống thường xuyên kiểm tra điện áp bình ắc quy.
2.3.6Khối 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 xy 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 rơle và mô tơ bơm, hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU bơm dầu đến pittơng xy lanh chính để bù lại lượng dầu xả về bình chứa khi ABS làm việc.
44
2.3.7Bộ 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 thống phanh thường.
Chức năng EBD là phần mềm được đưa thêm vào chương trình ABS truyền thống. Khơng địi hỏi thêm bộ phận nào.
Chức năng EBD cho phép kiểm soát nhạy hơn các bánh xe sau. Điều này cũng có thể có hiệu quả trong khi phanh ở trạng thái bình thường khơng có kiểm sốt ABS.
Ngược lại với LAV, với kiểm soát EBD lực phanh được quyết định bởi sự trượt bánh xe chứ không phải do áp lực phanh hay tải trọng xe.
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.
Việc giảm áp lực phanh cho các bánh sau được quy định bởi cách thức của các pha giữ áp lực nào đó. Sự bó cứng các bánh xe sau được ngăn ngừa với sự trợ giúp của việc điều chỉnh điện tử đặc biệt.
Động cơ bơm không chạy khi EBD hoạt động.Tuy nhiên, nếu bánh xe có liên quan vẫn có khuynh hướng bị bó cứng thì kiểm sốt ABS được khởi động và mô-tơ bơm hoạt động.
Trong khi kiểm sốt EBD hoạt động thì mạch dầu phanh sau được kích hoạt cùng nhau.
Đèn cảnh báo của hệ thống phanh EBD sẽ sáng lên trong trường hợp có sự cố hệ thống EBD. Kiểm soát EBD khơng được cịn tác dụng.
45
2.3.8Trợ lực phanh.
Hình 2. 13 Bầu trợ lực.
1- Piston; 2- Van chân khơng; 3- Van khơng khí; 4- Vịng cao su; 5- Cần đẩy; 6- Phần tử lọc; 7- Vỏ
Trợ lực phanh được dùng là loại trợ lực chân khơng. Nó là bộ phận rất quan trọng, giúp người lái giảm lực đạp lên bàn đạp mà hiệu quả phanh vẫn cao. Trong bầu 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
Nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chân khơng:
Bầu trợ lực chân khơng có hai khoang A và B được phân cách bởi piston 1 (hoặc màng). Van chân không 2, làm nhiệm vụ: Nối thông hai khoang A và B khi nhả phanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh. Van khơng khí 3, làm nhiệm vụ: cắt đường thơng của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và mở đường thông của khoang A khi đạp phanh. Vòng cao su 4 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 xun có áp suất chân khơng.
Khi nhả phanh: van chân khơng 2 mở, do đó khoang A sẽ thơng với khoang B qua van này và có cùng áp suất chân không.
Khi phanh: người lái tác dụng lên bàn đạp đẩy cần 5 dịch chuyển sang phải làm van chân khơng 2 đóng lại cắt đường thơng hai khoang A và B, cịn van khơng khí 3
46
mở ra cho khơng khí qua phần tử lọc 6 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 xylanh chính, ép dầu theo các ống dẫn (dòng 1 và 2) đi đến các xylanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh. Khi lực tác dụng lên piston 1 tăng thì biến dạng của vòng cao su 4 cũng tăng theo làm cho piston hơi dịch về phía trước so với cần 5, làm cho van khơng khí 3 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 5 lại dịch chuyển sang phải làm van khơng khí 3 mở ra cho khơng khí đi thêm vào khoang A. Ðộ chênh áp tăng lên, vòng cao su 4 biến dạng nhiều hơn làm piston hơi dịch về phía trước so với cần 5, làm cho van khơng khí 3 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 khơng khí mở ra hồn tồn và độ chênh áp hay lực trợ lực cũng đạt giá trị cực đại.
Bộ trợ lực chân khơng có hiệu quả thấp, nên thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và tải nhỏ.
47
CHƯƠNG 3:TÍNH TỐN VÀ KIỂM NGHIỆM HỆ THỐNG PHANH TRÊN XE TOYOTA COROLLA ALTIS
Các thơng số dùng để tính tốn. Bảng 3. 1 Thơng số tính tốn
Trọng lượng tồn 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]
3.1. 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 g h P j a G b a P 2 2 Z 2 O 1 Z P 1 O 1 L
Hình 3. 1 Sơ đồ lực tác dụng lên ơtơ khi phanh.
Tải trọng phân bố lên cầu trước và cầu sau: m1, m2.
m1 =
a
G G1
48 m2 =
a
G G2
Trong đó: m1, m2 – Hệ số phân bố tải trọng.
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 3.1 ta quy ước chiều dương là chiều ngược chiều kim đồng hồ. Lấy mô men tại điểm O1 ta có:
G2.a – Z2.L0 = 0 Z2 = 0 . L a Ga (3.1) Mặt khác Z2 = G2 m2 = a G G2 = a G Z2 = a a G L a G . . 0 = 0 L a a = m2.L0 = a G L G2. 0 (3.2)
Thay số vào ta được: a = 1220 15200 2550 . 8200 = (mm)=1,17(m) Từ sơ đồ hình 3.1 ta thấy: a + b = L0 b = L0 – a = 2550 – 1170= 1380 (mm)=1,38(m) Từ hình 3.1 ta viết được phương trình cân bằng mô men như sau: + Đối với cầu trước:
Z2.L0 – Ga.a + Pj.hg = 0 (3.3) + Đối với cầu sau:
Z1.L0 – Ga.b + Pj.hg = 0 (3.4) Mặt khác ta có: Pj = Jp.ma = Jp. g Ga (3.5) Trong đó: Pj – Lực qn tính.
ma – Khối lượng của ôtô g – Gia tốc trọng trường.
49 Thay (3.5) vào (3.3) và (3.4) ta được:
Z1 = b+ jgh L Gap. g 0 (3.6) Z2 = − g h j b L Gap. g 0 (3.7)
+ Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước với mặt đường:
Pp1 = φ. 2
1
Z
(3.8)
+ Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau với mặt đường:
Pp2 = φ.
2
2
Z
(3.9)
Trong đó: φ là hệ số bám giữa lốp và mặt đường.
Thay (3.6) vào (3.8) ta được lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước với mặt đường là:
Pp1=φ. b+ jgh L Gap. g . 2 0 =φ. ( g) a h b L G . . 2 0 + (3.10)
Thay (3.7) vào (3.9) ta được lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau với mặt đường là:
Pp2=φ. b− jgh L Gap. g . 2 0 =φ. ( g) a h a L G . . 2 0 − (3.11) Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu trước:
Mp1 =Pp1.rbx (3 - 12) ( g) bx a bx pbhr L G r z M . . . 2 . . 2 0 1 1 = = + (3 - 13) Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau:
Mp2 =Pp2.rbx (3 - 14) ( g) bx a bx pahr L G r z M . . . 2 . . 2 0 2 2 = = − (3 - 15) Trong đó:
Mp1 - Mômen phanh mỗi bánh xe ở cầu trước.
50
Mp2 - Mômen phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau.
P2 - Lực phanh của mỗi bánh xe ở cầu sau với mặt đường. Z1 - Phản lực của mặt đường tác dụng lên cầu trước. Z2 - Phản lực của mặt đường tác dụng lên cầu sau. r bx - Bán kính làm việc của bánh xe.
Theo tài liệu [1] ta có: rbx = λ.r0 [mm].
r0: Bán kính thiết kế của bánh xe.
r0 = (B + 2
d
).25,4 [mm].
Với:
d - Đường kính của vành bánh xe được tính theo đơn vị Anh (inch). B – Bề rộng của lốp được tính theo đơn vị (mm)
Ta có kí hiệu lốp: 185/60R15.
λ – Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp.
Theo [1] đối với xe du lịch ta chọn lốp có áp suất thấp λ = 0.93 ÷ 0.935. Chọn λ = 0,93 Do vậy: rbx = (B+ 2 d .25,4).λ rbx = (185+ 2 15 .25,4).0,93 = 349,215 [mm].
hg - Tọa độ trọng tâm theo chiều cao. Theo tài liệu [2] ta có: hg = 0,5.S với S = 1480 [mm].
Vậy: hg = 0,5.1480 = 735 [mm]. Thay các giá trị vào các công thức (3-13) và (3.15) ta được: