3.3. Hệ thống phanh trên xe Toyota Vios 2018
3.3.1. Cấu tạo của hệ thống phanh
a, Cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh trước
A A 4 5 6 24 3 1 2 I 7 8 9 62 A - A 13 320 15 14
Hình 3.2 Kết cấu đĩa phanh có rãnh thông gió
1-Má Phanh, 2-Nắp chặn, 3-Vỏ bộ xylanh thắng, 4-Tấm chắn, 5-Bu lông giữ,6-Vòng chặn dầu, 7-Nắp chụp chắn bụi, 8-Vít xả khí, 9-Ống dầu, 10- Bu long khóa, 11-Kẹp đỡ xylanh thắng, 12-Đệm cao su làm kín, 13-Đĩa phanh, 14-Lỗ kiểm tra má phanh, 15-Lỗ tản nhiệt đĩa phanh
1-Má kẹp, 2-Piston, 3-Chốt dẫn hướng, 4-Đĩa Phanh, 5-Má phanh.
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.
b, Xy lanh chính
Xylanh chính là một bộ phận của hệ thống dẫn động phanh thủy lực, đảm nhận chức năng tạo nên áp suất chất lỏng (dầu) để truyền năng lượng điều khiển từ bàn đạp tới các xylanh công tác điều khiển guốc phanh hoặc tấm má phanh.
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.
Sơ đồ cấu tạo của xy lanh chính loại hai buồng được sử dụng trên xe Toyota Vios 2018
1.Công tắc điện 7. Phớt hồi dầu 14.Van bù dầu 2.Phao mức dầu 8. Lò xo 15.Thân xylanh 3.Lỗ bù dầu 9. Piston giữa 16.Lò xo
4.Piston sơ cấp 11. Piston thứ cấp 18.Bình dầu hai ngăn 5.Phớt che bụi 12.Chốt chặn
6,10,17.Phớt kín 13.Chốt
Trong xylanh chính bố trí hai piston: piston sơ cấp 4, piston thứ cấp 11, được ngăn cách với nhau bởi lò xo 8. Pisotn 11 ngăng cách với thân xylanh bởi lò xo 16. Các vùng ngăn cách này được bố trí các phớt bao kín dầu 7, 10, 11 và tạo nên các khoang làm việc (I, II) có thể tích thay đổi. Mỗi khoang đều bố trí các lỗ cấp dầu và van bù dầu 3, 14. Bình chứa dầu 18 (hai ngăn thông nhau) đặt trên thân xylanh chính 15 cấp dầu tới các khoang làm việc của hai piston. Hai lò xo hồi vị 8 và 16 có tác dụng đẩy piston về vị trí tận cùng bên phải khi ở trạng thái chưa phanh. Piston sơ cấp 4 được chặn bởi vòng chặn, phớt bao kín dầu 6 và phớt che bụi 5. Piston thứ cấp 11 được chặn bởi chốt chặn 12 trên thân xylanh 15. Ở cuối các khoang làm việc bố trí các lỗ cấp dầu tới các xylanh bánh xe.
Nguyên lý hoạt động: - Ở trạng thái ban đầu:
Hình 3.5 Hoạt động khi không đạp phanh
1-Piston số 1, 2-Cửa nạp, 3-Cửa bù dầu, 4-Lò xo số 1, 5- Piston số 2, 6- Lò xo số 2, 7 8-Cupben, 9-Đường dầu ra bánh sau, 10-Đường dầu ra bánh
trước
Khi không đạp phanh, hai piston đều nằm ở vị trí tận cùng bên phải, các lỗ bù dầu và nạp dầu của cả hai piston đều thông với khoang trước và sau của mỗi piston.
- Khi đạp phanh: piston số 1 dịch chuyển sang trái, che lỗ bù dầu 3, áp suất dầu ở khoang I tăng dần và cùng lò xo 1 đẩy piston 5 dịch chuyển. Khi piston 5 đóng van bù dầu , khoang II được làm kín, áp suất trong khoang II tăng. Từ hai cửa ra của xylanh chính dầu được dẫn tới các xylanh bánh xe. Các piston của xylanh bánh xe đẩy các guốc phanh áp sát vào tang trống phanh, áp suất dầu trong hệ thống bắt đầu tăng cao, tạo ra lực phanh ở guốc phanh.
-Khi nhả bàn đạp phanh: dưới tác dụng của lò xo hồi vị ở cơ cấu phanh, bàn đạp phanh và các lò xo hồi vị 4, 6 trong xylanh chính, piston số 1 và piston
số 2 trở về vị trí ban dầu. Dầu từ xylanh bánh xe được hồi về khoang của xylanh chính, kết thúc quá trình phanh.
Trong quá trình piston số 1 và piston số 2 trở lại vị trí ban đầu, dầu ở các xylanh bánh xe không hồi về xylanh ngay lập tức, áp suất dầu tăng lên đẩy các cupben cụp lại, dầu đi qua các lỗ nhỏ ở dầu các piston vào khoang chính trước piston.
-Nếu bị hở một dòng, hệ thống vẫn còn khả năng phanh ở dòng còn lại: + Rò rỉ dầu ở đường dầu tới xylanh bánh sau: Khi dòng dầu nối với khoang I bị rò rỉ, mất áp suất, piston số 1 dịch chuyển dưới tác dụng của bàn đạp phanh cho đến khi tỳ vào piston số 2, tiếp tục đẩy piston số 2 dịch chuyển. Dầu ở khoang 2 vẫn tiếp tục tăng áp suất và dẫn đến các xylanh bánh xe của dòng này để thực hiện phanh.
+ Rò rỉ dầu ở đường dầu tới xylanh bánh trước: Khi đạp phanh, piston số 1 dịch chuyển sang trái, nhưng do đường dầu tới xylanh bánh trước bị hỏng, nên áp suất dầu không tới được xylanh bánh trước, piston số 2 bị đẩy sang trái bởi sự dịch chuyển của piston số 1. Kết quả áp suất dầu ở khoang I cao đẩy dầu tới các xylanh bánh sau, thực hiện phanh.
c, Trợ lực phanh
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.
Hình 3.6 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh có trợ lực chân không
1.Bàn đạp, 2.Bộ trợ lực, 3.Xylanh chính, 4.Đĩa phanh, 5 9.Xylanh bánh xe, 6.Má phanh, 7.Tang trống, 8.Guốc phanh
Bộ trợ lực chân không hoạt động dựa vào độ chênh lệch chân không của động cơ và của áp suất khí quyển để tạo ra một lực mạnh tỉ lệ thuận với lực ấn của bàn đạp phanh. Nguồn chân không có thể lấy ở đường nạp động cơ hoặc dùng bơm chân không riêng làm việc nhờ động cơ.
Cấu tạo:
1-Thanh đẩy xylanh, 2-Van chân không, 3-Màng ngăn, 4-Piston trợ lực, 5-Van điều khiển, 6-Lọc khí nạp, 7-Cần đẩy
Nguyên lý hoạt động: Hầu hết bộ trợ lực chân không có ba trạng thái hoạt động: nhả phanh, đạp phanh và duy trì phanh. Những trạng thái này được xác định bởi độ lớn của áp suất trên thanh đẩy.
-Khi không phanh: Khi không đạp phanh, cửa chân không mở và cửa khí quyển đóng. Áp suất giữa hai buồng A và B cân bằng nhau, lò xo hồi vị đẩy piston về bên phải, không có áp suất trên thanh đẩy.
-Khi đạp phanh: Khi đạp phanh, cần dẩy dịch chuyển sang trái làm cửa chân không đóng, cửa khí quyển mở. Buồng A thông với buồng khí nạp, Buồng B có áp suất bằng áp suất khí quyển. Sự chênh áp suất này tạo nên lực đẩy piston và màng cao su dịch về bên trái, tạo nên khả năng tăng lực đẩy cho cần xylanh chính.
-Giữ phanh: Ở trạng thái giữ phanh, cả hai cửa đểu đóng, do đó áp suất ở phía phải của màng không đổi, áp suất trong hệ thống được duy trì.
-Khi nhả phanh lò xo hồi vị đẩy piston và màng ngăn về vi trí ban đầu. Trong trường hợp bộ trợ lực bị hỏng, lúc này cần đẩy sẽ làm việc như một trục liền. Do đó khi phanh người lái cần tác dụng lực lớn hơn để thắng lực đẩy của lò xo và lực ma sát của cơ cấu.
d, 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.
Hình 3.8 Cảm biến tốc độ bánh xe trước
1- Nam châm vĩnh cửu; 2- Cuộn dây điện;3- Lõi từ;4-Rôto cảm biến; 5-Cảm biến tốc độ
Hình 3.9 Cảm biến tốc độ bánh xe sau
1- Nam châm vĩnh cửu; 2- Cuộn dây điện; 3- Lõi từ, 4-Cảm biến tốc độ 5-Rôto cảm biến
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.
Hình 3.10 Nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ bánh xe.
e, 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.
Ngoài ra ECU còn thực hiện chức năng tự kiểm tra và cho ngừng chức năng ABS nếu phát hiện hệ thống có trục trặc (như: Thiếu dầu, không 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, không 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 thông qua mã chẩn đoán 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 không 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-lô 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 vuông 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 luôn luôn 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 toán 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.
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 soát 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.
f, Khối thủy lực-điện tử
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 pittông xy lanh chính để bù lại lượng dầu xả về bình chứa khi ABS làm việc.
g, Bộ 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. Không đòi 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 không có kiểm soát 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 soát ABS được khởi động và mô-tơ bơm hoạt động.
Trong khi kiểm soát EBD hoạt động thì mạch dầu phanh sau được kích