3.2.1. Cấu tạo
20
3.2.1.1. Bầu trợ lực phanh (trợ lực chân không).
Bầu trợ lực phanh khuếch đại lực tác dụng khi đạp chân phanh, và làm giảm lực cơ học để vận hành chúng. Hầu hết các hệ thống phanh ô tô các bầu trợ lực luôn kết hợp với xy- lanh chính.
Tính năng của trợ lực phanh thay đổi phụ thuộc vào kích thước diện tích tác dụng của chân không và áp suất khí quyển. Diện tích này lớn hơn sẽ có lực lớn hơn. Bình thường trợ lực phanh sẽ khuếch đại lực phanh lên từ 2 – 4 lần.
Hình 3.5. Cấu tạo của bầu trợ lực chân không.
1,2. Van một chiều: 3 Vỏ bầu trợ lực: 4 Cổng chân không nối với cổ góp nạp: 5 Màng cao su: 6 Đĩa kim loại
Nguyên lý hoạt động của bầu trợ lực chân không
Khi không đạp phanh. Đường chân không (4) của bầu trợ lực được nối thông với cổ góp nạp của động cơ xăng hay bơm chân không của động cơ diesel trên ô tô, khi động cơ nổ máy lực chân không sẽ được tạo ra và hút màng cao su (5) và đĩa kim loại (6) luôn có xu hướng về phía trước (vì vậy khi nổ máy ta đạp bàn đạp phanh sẽ thấy nhẹ hơn khi không nổ máy).
Ở trạng thái bình thường khi không đạp phanh thì van (1) đóng và van (2) mở, áp suất buồng (a) và (b) cân bằng nhau và bằng áp lực chân không tạo ra ở cổ góp nạp.
Khi đạp phanh. Lúc này van (1) được mở ra buồng (a) có áp suất bằng áp suất khí quyển bên ngoài còn van (2) đóng lại làm cho áp suất buồng (a) và (b) có sự chênh lệch
21 (áp suất buồng (b) là áp suất chân không còn áp suất buồng (a) là áp suất khí quyển) lực chân không có xu hướng kéo màng (5),(6) về phía trước (phía có ống chân không) do vậy khi phanh có cảm giác nhẹ hơn.
Khi nhả phanh. Dưới tác dụng của lò xo hồi vị sẽ làm cho màng (5), (6) trở về vị trí ban đầu, van (1) đóng, van (2) mở.
3.2.1.2. Xy-lanh phanh chính.
Xy-lanh phanh chính bố trí trong hệ thống phanh có tác dụng chuyển đổi lực tác động từ bàn đạp phanh thành áp suất thủy lực. Áp suất này được dẫn động đến các xy-lanh con ở các bánh xe.
Hình 3.6. Cấu tạo xy-lanh phanh chính.
Nguyên lý hoạt động.
Khi không đạp phanh:
Cuppen của piston số 1 và số 2 nằm giữa cửa vào và cửa bù làm cho xy-lanh và bình dầu thông nhau. Bulông hãm bố trí trong xy-lanh phanh chính để chống lại lò xo số 2, ngăn không cho piston số 2 chuyển động sang phải.
22
Khi đạp phanh:Piston số 1 dịch chuyển sang trái, cupben của nó bịt kín cửa bù, không cho dầu từ bình vào cửa bù. Piston bị đẩy tiếp, nó làm tăng áp suất dầu trong xy-lanh. Áp suất này tác dụng lên các xy-lanh bánh sau. Đồng thời, áp suất tạo ra sẽ đẩy piston số 2 dịch chuyển sang trái, áp suất dầu tạo ra tác dụng lên xy-lanh bánh trước.
Hình 3.8. Xy-lanh phanh chính khi đạp phanh.
Khi nhả bàn đạp phanh: Lúc này, áp suất dầu từ các xy-lanh bánh xe tác dụng ngược lại, đồng thời dưới tác dụng cửa lực lò xo hồi vị số 2 dẩy các piston sang bên phải. Tuy nhiên, do dầu ở các xy-lanh bánh xe không hồi về xy-lanh chính ngay lập tức, do đó dầu từ bình sẽ điền vào xy-lanh phanh chính qua các lỗ.
Khi các piston trở về trạng thái ban đầu, áp lực dầu trong xy-lanh sẽ đẩy dầu hồi về bình chứa thông qua các cửa bù. Kết quả, áp suất dầu trong xy-lanh phanh chính giảm xuống.
23
3.2.1.3. Các kiểu bố trí đường dầu.
Loại mạch phanh đơn.Trên một mạch phanh đơn, tất cả phanh bánh xe được kết nối với xy-lanh phanh chính sử dụng một mạch phanh. Vì xe không thể dừng lại trong trường hợp mạch phanh có vấn đề (ví dụ như rò rỉ) và vì nó không phù hợp với tiêu chuẩn an toàn, nó không còn được sử dụng nữa.
Ma ̣ch dầu phanh đôi, chia chéo Trục trước/Tru ̣c sau (X). Trong hầu hết các xe loa ̣i hai bánh trước chủ đô ̣ng, đặc biệt với loa ̣i có tải tro ̣ng thay đổi, kiểu ma ̣ch chia tru ̣c trước/tru ̣c sau sẽ không đạt được tỷ lệ lực phanh lên tru ̣c trước tối thiểu theo quy định pháp lý khi có hư hỏng mô ̣t ma ̣ch phanh. Vì lý do này, hầu hết các xe hai bánh trước chủ đô ̣ng được trang bị ma ̣ch phanh chia chéo.
Ma ̣ch dầu phanh đôi, chia Trục trước/Tru ̣c sau (H). Ma ̣ch chia Trục trước/Tru ̣c sau được sử dụng rộng rãi trên các xe loa ̣i hai bánh sau chủ đô ̣ng và bốn bánh chủ đô ̣ng. Nếu một mạch mất tác du ̣ng, chiếc xe vẫn có thể dừng với một mạch phanh khác.
24
3.2.1.4. Cơ cấu phanh tang trống.
Cấu tạo.
Hình 3.11. Cơ cấu phanh tang trống trên ô tô.
Hoạt động.
Phanh tang trống làm bánh xe ngừng quay bằng áp suất thủy lực truyền từ xy-lanh phanh chính đến xy-lanh bánh xe để ép má phanh vào trống phanh. Trống phanh được láp đặt quay cùng bánh xe.
Khi không tác dụng lực phanh, lò xo phản hồi có chức năng kéo má phanh không ép vào trống phanh.
Phân loại phanh tang trống.
Tùy thuộc mục đích sử dụng và đặc điểm của xe thì có 4 loại phanh tang trống.
25
Ưu nhược điểm phanh tang trống
Ưu điểm: Giá thành rẻ, không sợ bị sốc khi phanh.
Nhược điểm: Khả năng tản nhiệt kém làm giảm hiệu quả khi phanh.
3.2.1.5. Cơ cấu phanh đĩa.
Cấu tạo
Hình 3.13. Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa.
Hoạt động.
Khi đạp phanh, dưới áp suất dầu từ xy-lanh phanh chính đến piston của phanh đĩa làm cho các má đĩa phanh ép vào hai bến của rotor phanh đĩa. Rotor phanh đĩa được lắp đặt quay cùng vớ bánh xe vì vậy bánh xe có thể dừng được.
Ở cơ cấu phanh đĩa có khả năng tản nhiệt cao vì rotor phanh đĩa và thân phanh hở. Ngoài ra trên rotor phanh đĩa có thể có thêm các lổ giúp thoát nhiệt tốt hơn.
Phân loại.
26 Loại càng phanh cố định: Loại này có một piston để đẩy vào cả hai bên của rotor đĩa phanh.
Loại càng phanh di động: Chỉ có piston gắn vào một bên má. Piston tác động áp suất thủy lực. Nếu má phanh đĩa bị đẩy, càng phanh trượt theo chiều ngược với piston và đẩy rotor phanh từ cái hai bên làm bánh xe ngừng quay.
Ưu nhược điểm của phanh đĩa.
Ưu điểm: Độ chính xác khi phanh cao, thời gian phanh ngắn, tuổi thọ cao.
Nhược điểm: Dễ bám bụi bẩn. Khi phanh gấp dễ gây hiện tượng sốc làm mất tính năng an toàn.
3.3.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh thủy lực.
Hình 3.15. Sơ đồ nguyên lý hoạt động phanh thủy lực.
1.Bàn đạp phanh; 2. Piston xy-lanh phanh chính; 3. Xy-lanh phanh chính; 4,5,6. Piston xy-lanh phanh bánh xe; 6. Đường ống dẫn dầu phanh; 7. Xy-lanh phanh bánh xe; 8. Dầu phanh.
Khi đạp phanh.
Khi cần giảm tốc độ hay dừng xe lại người lái tác dụng lên bàn đạp phanh thông qua cơ cấu dẫn đông tác động lên piston di chuyển trong xy-lanh phanh chính đẩy dầu vào hệ thống các đường ống dẫn và đi đến các xy-lanh bánh xe, dưới tác dụng của lực sinh ra do áp suất dầu phanh trong hệ thống tác động lên các piston xy-lanh phanh bánh xe sẽ đẩy ra hai bên để tác dụng lên cơ cấu phanh phanh tang trống hoặc phanh đĩa, thực hiện việc giảm tốc độ hoặc dừng hẳn xe. Thời gian và quãng đường xe bị giảm hoặc dùng hẳn phụ thuộc vào lực tác dụng lên bàn đạp phanh.
27
Khi nhả phanh.
Khi người lái thôi tác dụng vào bàn đạp phanh, dưới tác dụng cơ cấu lò xo hồi vị tại các bánh xe hoặc cần điều khiển xy-lanh phanh chính sẽ ép piston xy-lanh phanh bánh xe đẩy dầu ngược trở về xy-lanh chính như lúc đầu, lúc này phanh sẽ được ra không còn tác dụng hãm.
3.3. Hệ thống điều khiển ABS.
3.3.1. Cấu tạo.
Hình 3.16. Sơ đồ hệ thống phanh ABS.
3.3.1.1. Đèn báo ABS trên táp lô.
Khi ECU phát hiện vấn đề trong hệ thống phanh, đèn này sẽ bật sáng đế báo cho người lái.
28
3.3.1.2. Cảm biến tốc độ.
Cấu tạo.
Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnh cữu, cuộn dây và lõi từ. Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rotor cảm biến, số lượng răng của rotor cảm biến khác nhau tùy vào từng kiểu xe.
Hình 3.18. Cảm biến tốc độ
1. Dây cáp cảm biến; 2. Đuôi lõi từ; 3. Bệ lõi từ; 4. Cuộn dây, 5. Trục cảm biến làm bang thép từ, 6. Bánh rang cảm biến.
A. Rotor cảm biến; B. Cảm biến tốc độ.
Hoạt động của cảm biến.
Vành ngoài của các rotor có các răng, nên khi rotor quay, sinh ra một điện áp xoay chiều có tần số tỉ lệ với tốc độ quay của rotor.
Điện áp AC này báo cho ABS ECU biết tốc độ bánh xe.
Hình 3.19. Đồ thị điện áp.
3.3.1.3. Cảm biến giảm tốc (chỉ có ở vài xe).
Việc sử dụng cảm biến giảm tốc cho phép ABS đo trực tiếp sự giảm sốc của bánh xe trong quá trình phanh. Vì vậy cho phép nó biết rõ hơn trạng thái của mặt đường. Kết quả là mức độ chính xác khi phanh được cải thiện để tránh cho các bánh xe không bị bó cứng.
29 Cảm biến giảm tốc còn được gọi là cảm biến “G”
Cảm biến giảm tốc đặt dọc.
Cảm biến giảm tốc bao gồm hai cặp đèn LED và phototransistor, một đĩa xẻ rảnh và một mạch biến đổi tín hiệu.
Cảm biến giảm tốc nhận biết mức độ giảm tốc độ bánh xe và gửi các tín hiệu về ABS ECU.
ECU dùng những tín hiệu này để xác định chính xác tình trạng mặt đường và thực hiện các biện pháp điều khiển thích hợp.
Hình 3.20. Cấu tạo cảm biến giảm tốc.
Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rảnh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức độ giảm tốc độ. Các rảnh trên đĩa cắt ánh sáng tứ đèn LED đến phototransistor và làm phototransistor đóng, mở. Người ta sử dụng 2 cặp đèn LED và phototransistor. Tổ hợp tạo bởi các phototransistor này tắt và bật, chia mức độ giảm tốc làm 4 mức và gửi về ABS ECU dưới dạng tín hiệu.
30
Bảng 3.3: Trạng thái hoạt động của các transistor trong các trường hợp phanh.
Tốc độ giảm tốc Rất thấp Thấp Trung bình Cao
Transistor
quang 1 ON OFF OFF ON
Transistor
quang 2 ON ON OFF OFF
Vị trí đĩa trượt
Cảm biến gia tốc ngang.
Cảm biến gia tốc ngang được trang bị trên một vài kiểu xe, giúp tăng khả năng ứng sử của xe khi phanh trong lúc đang quay vòng, có tác dụng làm chậm quá trình tăng moment xoay xe. Trong quá trình quay vòng, các bánh xe phía trong có xu hướng nhấc lên khỏi mặt đất do lực ly tâm và các yếu tố góc đặt bánh xe. Ngược lại, các bánh xe bên ngoài bị tì mạnh xuống mặt đường, đặc biệt là các bánh xe phía trước bên ngoài. Vì vậy, các bánh xe phía trong có xu hướng bó cứng dễ dàng hơn so với các bánh xe ở ngoài. Cảm biến gia tốc ngang có nhiệm vụ xác định gia tốc ngang của xe khi quay vòng và gởi tín hiệu về ECU.
31 Trong trường hợp này, một cảm biến kiểu phototransistor giống như cảm biến giảm tốc được gắn theo trục ngang của xe hay một cảm biến kiểu bán dẫn được sử dụng để đo gia tốc ngang. Ngoài ra, cảm biến kiểu bán dẫn cũng được sử dụng để đo sự giảm tốc, do nó có thể đo được cả gia tốc ngang và gia tốc dọc. Bộ chấp hành cung cấp hay ngắt áp suất dầu từ xy-lanh chính đến các xy-lanh phanh bánh xe theo tín hiệu từ ECU để điều khiển tốc độ bánh xe.
3.3.1.4. Bộ chấp hành ABS (Brake actuator)
Bộ chấp hành ABS có nhiều kiểu loại khác nhau nhưng loại phổ biến trên ô tô hiện nay là 4 van điện 3 vị trí.
Bộ chấp hành thủy lực có chức năng cung cấp một áp suất dầu tối ưu đến khi các xy- lanh phanh bánh xe theo sự điều khiển của ABS ECU, tránh hiện tượng bị bó cứng bánh xe khi phanh.
Hình 3.22. Bộ chấp hành thủy lực.
Cấu tạo của một bộ chấp hành thủy lực gồm có các bộ phận chính sau: các van điện từ, motor điện dẫn động bơm dầu, bơm dầu và bình tích áp.
Van điện từ: Van điện từ trong bộ chấp hành có hai loại, loại 2 vị trí và 3 vị trí. Cấu tạo chung của một van điện gồm có một cuộn dây điện, lõi van, các cửa van và van một chiều. Van điện từ có chức năng đóng mở các cửa van điện từ theo sự điều khiển của ECU để điều chỉnh áp suất dầu đến các xy-lanh bánh xe.
Motor điện và bơm dầu: Một bơm dầu kiểu piston được dẫn động bởi một motor điện, có chức năng đưa ngược dầu từ bình tích áp về xy-lanh chính trong các chế độ giảm
32 và giữ áp. Bơm được chia ra làm hai buồng làm việc độc lập thông qua hai piston trái và phải được điều khiển bằng cam lệch tâm. Các van một chiều chỉ cho dòng dầu đi từ bơm về xy-lanh chính.
Bình tích áp: Chứa dầu hồi về từ xy-lanh phanh bánh xe, nhất thời làm giảm áp suất dầu ở xy-lanh phanh bánh xe.
3.3.1.5. ECU của ABS.
Hình 3.23. Sơ đồ mạch điện ECU ABS.
Trên cơ sở tín hiệu từ các cảm biến tốc độ của các bánh xe, ABS ECU biết được tốc độ góc của các bánh xe cũng như tốc độ xe trong khi phanh mặc dù tốc độ góc của bánh xe giảm, mức độ giảm tốc sẽ thay đổi phụ thuộc vào cả tốc độ xe khi phanh và tình trạng mặt đường, như nhựa asphalt khô, mặt đường ướt hoặc đóng băng…
Nói cách khác, ECU đánh giá được mức độ trượt giữa các bánh xe và mặt đường do sự thay đổi tốc độ góc của bánh xe khi phanh và điều khiển bộ chấp hành ABS để cung cấp áp suất dầu tối ưu đến các xy-lanh bánh xe.
ABS ECU cũng bao gồm chức năng kiểm tra ban đầu, chức năng chẩn đoán, chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ và chức năng dự phòng.
33
Điều khiển tốc độ xe.
ECU liên tục nhận được các tín hiệu tốc độ bánh xe từ bốn cảm biến tốc độ xe bằng cách tính toán tốc độ và sự giảm tốc của mỗi bánh xe.
Khi đạp phanh, áp suất dầu tại mỗi xy lanh bánh xe bắt đầu tăng và tốc độ mỗi bánh xe bắt đầu giảm.
Nếu có bất kì bánh xe nào sắp bị bó cứng, ECU giảm áp suất dầu trong xy-lanh bánh xe đó.
Quá trình điều khiển chia làm 4 giai đoạn.
- Giai đoạn A.
ECU đặt van điện 3 ở chế độ giảm áp theo mức độ giảm tốc của các bánh xe, vì vậy giảm áp suất dầu trong xy-lanh của mỗi xy-lanh phanh bánh xe.
Sau khi áp suất giảm, ECU chuyển van điện 3 vị trí sang chế độ “giữ” để theo dõi sự thay đổi về tốc độ của bánh xe nếu ECU thấy áp suất dầu cần giảm hơn nữa nó sẽ lại giảm áp suất.
- Giam đoạn B.
Khi áp suất dầu bên trong xy-lanh bánh xe giảm (giai đoạn A) áp suất dầu cấp cho bánh xe cũng giảm.
Nó cho phép bánh xe gần bị bó cứng lại tăng tốc độ. Tuy nhiên, nếu áp suất dầu giảm, lực phanh tác dụng lên bánh xe trở nên quá nhỏ. Để tránh hiện tượng này ECU liên tục đặt van điện 3 vị trí lần lượt ở các chế độ ”tăng áp” và chế độ “giữ” khi bánh xe gần bị bó cứng phục hồi tốc độ.
- Giai đoạn C.
Khi áp suất dầu bên trong xy-lanh bánh xe tăng từ từ bởi ECU (giai đoạn B) bánh xe có