1-Bộ chấp hành phanh -ECU kiểm soát trượt; 2- Cảm biến tốc độ trước phải; 3- Cụm khớp ngoài bán trục trước phải; 4- Hộp rơle và hộp đấu dây khoang động cơ; 5- ECM; 6- Bình chứa dầu xilanh phanh chính; 7- Cảm biến tốc độ trước trái; 8- Cụm khớp ngoài bán trục trước trái; 9- Dây điện của cảm biến
điều khiển trượt; 10- Moay ơ cầu sau và cụm vòng bi.
Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống phanh bên trong buồng lái
1-Công tắc phanh đỗ; 2- ECU thân xe chính; 3- Công tắc đèn phanh; 4-Cụm ECU trợ lực lái; 5- Đồng hồ táp lô; 6- Giắc DL3
Hệ thống phanh chống hãm cứng (ABS) là một trong các hệ thống an toàn chủ động trên ô tô. Nó có nhiệm vụ giảm tối thiểu các hiểm nguy về tai nạn bằng điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu. Ưu điểm của hệ thống phanh ABS so với hệ thống phanh dầu bình thường (không có hệ thống chống hãm cứng) là:
- Tính sự ổn định cao hơn khi vận hành - Sự ổn định về hướng lái tốt hơn
Ở hệ thống phanh dầu bình thường, khi phải thắng gấp và mạnh thì thường là các bánh xe sẽ bị hãm cứng và xe có nguy cơ bị trượt lết. Hệ thống thắng ABS khắc phục được vấn đề này bằng cách điều khiển áp suất thắng sao cho ở tất cả kiểu bố thắng đều không có sự hãm cứng các bánh xe và giúp cho xe luôn giữ được hướng lái. Sự vận hành ổn định này phải thể hiện trên mọi loại mặt đường.
➢ Về cấu trúc, hệ thống chống bó cứng phanh ABS của xe bao gồm 3 khối chính:
Các tín hiệu đầu vào (cảm biến) bao gồm cảm biến tốc độ bánh xe, công tắc chân phanh. Bộ vi xử lý bao gồm hộp điều khiển điện tử ECM (Electronic Control Module), đồng thời là máy phát điện. Các bộ chấp hành (đầu ra) bao gồm các van điện từ điều khiển dòng dầu phanh vào/ra xylanh bánh xe, bơm dầu phanh, đèn báo phanh và giắc chuẩn đoán.
➢ Các tín hiệu đầu vào:
Khối này làm nhiệm vụ chuyển giao các thông tin về trạng thái làm việc của hệ thống dưới dạng các tín hiệu điện, cụ thể là dạng xung, on-off,... Trong đó, bộ phận quan trọng nhất chính là các cảm biến tốc độ bánh xe. Nó sẽ giúp hộp điều khiển biết được tình trạng hoạt động của bánh xe đang ở tốc độ bao nhiêu (km/h), có đang bị bó cứng hay không ( khi bó cứng tốc độ bằng 0). Tín hiệu từ công tắc chân phanh sẽ cho biết trạng thái hoạt động của bàn đạp phanh, khi xe đang thực hiện phanh thì đèn sẽ phát sáng ở phía sau xe để các phương tiện di chuyển xung quanh nhận biết.
➢ Hộp điều khiển điện tử ECM:
Bộ vi xử lý, hay còn gọi là ECM thực hiện công việc tiếp nhận các thông tin từ cảm biến tốc độ bánh xe trong khối “các tín hiệu đầu vào”, sau đó sẽ phân tích và cho biết bánh xe đang quay với tốc độ bao nhiêu, có bị bó cứng hay không. Tiếp đến, ECM sẽ truyền lệnh xử lý đến đầu ra của các dòng xe.
Nói một cách cụ thể hơn, khi đang di chuyển mà ta thắng lại, ban đầu các bánh xe sẽ trong trạng thái bó cứng. Để biết được điều này, cảm biến tốc độ bánh xe sẽ truyền thông tin trạng thái xe đến bộ vi xử lý, ECM sẽ phân tích và kết luận xe bị bó cứng phanh, cuối cùng nó sẽ kích hoạt mở van điện từ xả áp suất dầu phanh của xy lanh bánh xe về hệ thống bơm, và bánh xe thực hiện việc quay bình thường. Chưa hết, khi bánh xe đã quay trở lại thì hộp điều khiển điện tử tiếp tục kích hoạt mô tơ bơm hoạt động, đồng thời mở van điện từ cung cấp dầu có áp suất vào hệ thống phanh để phanh bánh xe trở lại. Xong quá trình phanh - nhả ấy diễn ra liên tục với tốc độ rất nhanh tạo nên sự trơn tru, giúp cho bánh xe vừa thực hiện chức năng phanh vẫn có thể quay mà không bị bó cứng, trong khi bánh xe trước vẫn thực hiện chức năng dẫn hướng cho xe một cách bình thường.
➢ Bộ chấp hành:
Khối các thiết bị đầu ra đóng vai trò quyết định thực thi các nhiệm vụ theo chức năng, dựa vào tín hiệu điều khiển từ ECM. Thiết bị truyền động bao gồm có các van điện từ, mô tơ bơm dầu phanh, tín hiệu dùng để chẩn đoán lỗi hệ thống (kết nối với giắc chẩn đoán DLC) và cuối cùng là đèn cảnh báo lỗi hệ thống phanh. Trong đó, môtơ bơm dầu phanh làm nhiệm vụ tạo ra dòng dầu phanh có áp suất để bơm vào hệ thống khi các van điện từ mở, để phanh bánh xe lại. Còn các van điện từ giúp đóng mở các cửa dầu phanh khi hệ thống ABS hoạt động.
Hình 3.5: Các khối chính hệ thống phanh ABS 3.2.1. Qúa trình điều khiển của trên xe Toyota Camry
3.2.1.1 Yêu cầu của hệ thống
Một hệ thống ABS hoạt động tối ưu, đáp ứng nhu cầu tăng cao chất lượng phanh của ô tô phải thỏa mãn đồng thời các yêu cầu sau:
Trước hết ABS phải đáp ứng được các yêu cầu về an toàn liên quan đến động lực học phanh và chuyển động của ô tô.
Hệ thống phải làm việc ổn định và có khả năng thích ứng cao, điều khiển tốt trong suốt dải tốc độ của xe và ở bất kì loại đường nào (thay đổi từ đường bê tông khô có sự bám tốt đến đường đóng băng có sự bám kém).
Hệ thống phải khai thác một cách tối ưu khả năng phanh của các bánh xe trên đường, giữ tính ổn định điều khiển và giảm quãng đường phanh. Điều này không phụ thuộc vào việc phanh đột ngột hay phanh từ từ của người lái xe.
Khi phanh trên đường có hệ số bám khác nhau thì momen xoay xe quanh trục đứng đi qua trọng tâm của xe và luôn luôn xảy ra không thể tránh khỏi, nhưng với sự hỗ trợ của hệ thống phanh ABS, sẽ làm cho nó tăng rất chậm để
người lái xe có đủ thời gian bù trừ momen này bằng cách điều chỉnh hệ thống lái một cách dễ dàng.
Phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh trong lúc đang quay vòng. Hệ thống phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đoán và dự phòng, báo cho lái xe biết hư hỏng cũng như chuyển sang làm việc như một hệ thống phanh bình thường.
3.2.1.2. Chu trình điều khiển
Hình 3.6: Sơ đồ hệ thống phanh ABS
1. Bộ chấp hành thủy lực; 2. Xylanh phanh chính; 3. Xylanh phanh bánh xe; 4. Bộ điều khiển ECU; 5. Cảm biến tốc độ bánh xe
Quá trình điều khiển của hệ thống ABS được thực hiện theo một chu trình kín. Các cụm của chu trình bao gồm:
Tín hiệu vào là lực tác dụng lên bàn đạp phanh của người lái xe, thể hiện qua áp suất dầu tạo ra trong xylanh phanh chính.
Tín hiệu điều khiển bao gồm các cảm biến tốc độ xe và hộp điều khiển ECU. Tín hiệu tốc độ các bánh xe và các thông số nhận được từ nó như gia tốc và độ trượt liên tục được nhận biết và phản hồi về hộp điều khiển để xử lý kịp thời.
Tín hiệu tác động được thực hiện bởi bộ chấp hành, thay đổi áp suất dầu cấp đến các xylanh làm việc ở các cơ cấu phanh bánh xe.
Đối tượng điều khiển: Là lực phanh giữ bánh xe và mặt đường. ABS hoạt động tạo ra momen phanh thích hợp ở các bánh xe để duy trì hệ số bám tối ưu giữa bánh xe với mặt đường, tận dụng khả năng bám cực đại để lực phanh là lớn nhất.
Các nhân tố ảnh hưởng: Như điều khiển mặt đường, tình trạng phanh, tải trọng của xe và tình trạng của lốp (áp suất, độ mòn,..).
Khi phanh gấp, nếu gia tốc góc chậm dần của bánh xe vượt quá một giá trị xác định cho trước (bánh xe bắt đầu bị hãm cứng), thì tín hiệu do cảm biến cung cấp cho bộ điều khiển điện tử (ECU) sẽ đạt tới một giá trị ngưỡng thứ nhất, lập tức máy tính truyền tới bộ phận thực hiện tín hiệu điều khiển các van điện từ thực hiện quá trình giảm áp (để bánh xe không bị hãm cứng). Khi áp suất phanh giảm, lực phanh sẽ giảm theo và số vòng quay của bánh xe lại tăng lên. Khi gia tốc góc chậm dần đạt đến giá trị ngưỡng thứ hai thì van điện sẽ nhận được tín hiệu điều khiển từ máy tính để thực hiện quá trình tăng áp. Qúa trình điều khiển nêu trên liên tiếp diễn ra nhiều chu kỳ trong một giây cho đến khi xe dừng hẳn hoặc khi người lái không đạp lên bàn đạp phanh nữa. Các giá trị ngưỡng của gia tốc góc chậm dần được chọn dựa vào độ trượt của bánh xe với mặt đường.
3.3. Hệ thống phanh trên xe Toyota Camry
Hệ thống phanh chính của xe Toyota Camry sử dụng dẫn động bằng thủy lực, trợ lực chân không, hai dòng độc lập chéo nhau (một dòng dẫn động cho bánh trước bên phải, bánh sau bên trái và một dòng cho bánh trước bên trái, bánh sau bên phải ).
Hệ thống phanh xe Toyota Camry gồm có hai phần chính : dẫn động phanh và cơ cấu phanh.
Dẫn động phanh bố trí trên khung xe gồm : Xi lanh chính, các ống dẫn dầu đến các cơ cấu phanh và trợ lực phanh sử dụng trợ lực chân không gồm: Bầu trợ lực, thanh đẩy, lò xo, màng ngăn, pittông, thanh nối, thân van…
Hình 3.7: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh trên xe camry
1-Bàn đạp phanh; 2-Trợ lực phanh; 3-Xylanh chính ; 4-Rô to cảm biến và cảm biến tốc độ; 5,10- Cụm cơ cấu phanh; 6- Bộ chấp hành
3.3.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực phanh
Hình 3.8: Cấu tạo bầu trợ lực
1- Cửa chân không; 2- Buồng chân không; 3-Màng;
4- Van chân không; 5- Phần tử lọc; 6- Cần đẩy; 7-Buồng áp suất thay đổi; 8- Vỏ
A - khoang A ; B – khoang B
Trợ lực phanh được 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 các bầu trợ lực có các piston và van dùng để điều khiển sự làm
việc của hệ thống trợ lực và đảm bảo tỉ lệ giữa lực đạp và lực phanh .
Nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chân không:
- Nguyên lý hoạt động của bầu trợ lực phanh khi không được tác động
Hình 3.9: Bầu trợ lực khi không tác động
1-Lò xo màng; 2,7- Buồng áp suất không đổi; 3- Pittông trợ lực; 4,11 Buồng áp suất biến đổi; 5-Van điều chỉnh; 6- Cần điều khiển van; 8- Lỗ A; 9-Van không khí; 10-Pittông; 12-Van chân không; 13- Lỗ B; 14-Van điều chỉnh;15-
Lò xo van điều chỉnh; 16- Thân van; 17-Lò xo phản hổi van không khí; 18- Lưới lọc không khí; 19- cần điều khiển van; 20-Cần đẩy trợ lực;21-Đĩa phản
Van không khí được nối với cần điều khiển van và bị lò xo phản hồi van không khí kéo về phía bên phải. Van điều chỉnh bị lò xo van điều chỉnh đẩy sang phía bên trái. (Điều này sẽ khiến van không khí tiếp xúc với van điều chỉnh. Vậy nên, không khí bên ngoài đi qua lưới lọc bị chặn lại không vào được buồng áp suất biến đổi).
Trong điều kiện này, van chân không của thân van bị tách ra khỏi van điều chỉnh, tạo thành một lối thông giữa lỗ A và B. Bởi vì luôn có chân không trong buồng áp suất không đổi, nên trong buồng áp biến đổi cũng sẽ có chân không vào thời điểm này.
- Khi phanh được tác động
Hình 3.10: Bầu trợ lực khi tác động
1-Lò xo màng; 2,7- Buồng áp suất không đổi; 3- Pittông trợ lực; 4,11 Buồng áp suất biến đổi; 5-Van điều chỉnh; 6- Cần điều khiển van; 8- Lỗ A; 9-Van không khí; 10-Pittông; 12-Van chân không; 13- Lỗ B; 14-Van điều chỉnh;15- Lò xo van điều chỉnh; 16- Thân van; 17-Lò xo phản hổi van không khí; 18,23-
Lưới lọc không khí; 19- cần điều khiển van; 20-Cần đẩy trợ lực;21-Đĩa phản lực.
Khi người lái đạp bàn đạp chân phanh, cần điều khiển van đẩy không khí, làm nó di chuyển sang bên trái. (Lò xo van điều chỉnh cũng đẩy van không khí di chuyển sang bên trái cho tới khi tiếp xúc với van chân không. Chuyển động này sẽ bịt kín lối thông giữa lỗ A và B).
Khi van không khí tiếp tục dịch chuyển sang bên trái, thì nó càng xa van điều chỉnh làm cho không khí bên ngoài lọt vào bên trong buồng áp suất biến đổi qua lỗ B (sau khi qua lưới lọc không khí).
Độ chênh lệch áp suất giữa buồng áp suất không đổi và buồng áp suất biến đổi khiến piston dịch chuyển về phía bên trái. Điều này khiến đĩa phản lực đẩy cần đẩy bộ trợ lực về bên trái và làm tăng kích thước phanh.
- Nguyên lý hoạt động bầu trợ lực phanh khi giữ phanh
Hình 3.11: Bầu trợ lực khi giữ phanh
1-Lò xo màng; 2,7- Buồng áp suất không đổi; 3- Pittông trợ lực; 4,11 Buồng áp suất biến đổi; 5-Van điều chỉnh; 6- Cần điều khiển van; 9-Van không khí;
10-Pittông; 12-Van chân không; 14-Van điều chỉnh;15-Lò xo van điều chỉnh; 16- Thân van; 17-Lò xo phản hổi van không khí;19- cần điều khiển van;
Nếu như người lái đạp bàn đạp phanh nửa chừng, cần điều khiển van và van không khí sẽ ngừng dịch chuyển, nhưng piston vẫn tiếp tục dịch chuyển sang bên trái do chênh lệch áp suất. Lò xo van điều khiển khiến van này vẫn tiếp xúc với van chân không, nhưng nó lại dịch chuyển theo piston.
Vì van điều khiển di chuyển sang bên trái và tiếp xúc với van không khí, không khí bên ngoài sẽ bị chặn lại không vào được trong buồng áp suất biến đổi. Vậy nên áp suất trong buồng áp suất biến đổi vẫn ổn định.
Có một độ chênh lệch áp suất không thay đổi giữa buồng áp suất biến đổi và buồng áp suất không đổi. Vậy nên, piston ngừng dịch chuyển và duy trì lực phanh.
- Khi phanh được tác động tối đa
Hình 3.12: Bầu trợ lực khi tác động tối đa
1-Lò xo màng; 2,7- Buồng áp suất không đổi; 3- Pittông trợ lực; 4,11 Buồng áp suất biến đổi; 5-Van điều chỉnh; 6- Cần điều khiển van; 9-Van không khí;
10-Pittông; 12-Van chân không; 14-Van điều chỉnh;15-Lò xo van điều chỉnh; 16- Thân van; 17-Lò xo phản hổi van không khí; 19- cần điều khiển van; 20-
Cần đẩy trợ lực;
Nếu người lái đạp bàn đạp phanh hết mức, van không khí sẽ dịch chuyển hoàn toàn ra khỏi van điều khiển, buồng áp suất thay đổi sẽ được nạp đầy không khí từ ngoài vào. Do đó, độ chênh lệch áp suất giữa buồng áp suất thay đổi và áp suất không đổi sẽ là lớn nhất. Điều này tạo ra tác dụng cường hóa lớn nhất lên piston.
Sau đó, dù người lái có tác dụng lên bàn đạp phanh thêm bao nhiêu lực, tác dụng cường hóa lên piston vẫn sẽ không thay đổi và lực bổ sung chỉ tác động lên cần đẩy bộ trợ lực và truyền tới xylanh chính.
-Khi nhả phanh và cơ cấu khi không có chân không
Hình 3.13: Bầu trợ lực khi nhả phanh và cơ cấu khi không có chân không
1-Lò xo màng; 2,7- Buồng áp suất không đổi; 3- Pittông trợ lực; 4,11 Buồng áp suất biến đổi; 5-Van điều chỉnh; 6- Cần điều khiển van;; 9-Van
không khí; 10-Pittông; 12-Van chân không; 14-Van điều chỉnh;15-Lò xo van điều chỉnh; 16- Thân van; 17-Lò xo phản hổi van không khí;19- cần điều
khiển van; 20-Cần đẩy trợ lực;21-Đĩa phản lực. 22-Chốt vặn van
Nếu vì bất kỳ lý do nào đấy, chân không không thể tác động được vào bộ trợ lực phanh thì sẽ không có sự chênh lệch áp suất giữa buồng áp suất không