CHƯƠNG 2- HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE TOYOTA VIOS
2.6. Hệ thống phanh ABS trên xe TOYOTA VIOS
2.6.2. Kết cấu và bộ phận chính
32 Đặc điểm kết cấu các chi tiết và bộ phận chính:
Hình 2.10- Kết cấu đĩa phanh có xẻ 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-Đĩa phanh;
11-Lỗ kiểm tra má phanh; 12-Lỗ tản nhiệt đĩa phanh
5
4 3
1 2
Hình 2.11 - Cơ cấu phanh trước
1-Má kẹp; 2-Piston; 3-Chốt dẫn hướng; 4-Đĩa Phanh; 5-Má phanh
Đĩa phanh thường được chế tạo bằng gang. Đĩa đặc có chiều dày 8 13 mm.
Đĩa xẻ rãnh thông gió dày 16 25 mm. Đĩa ghép có thể có lớp lõi bằng nhôm hay đồng còn lớp mặt ma sát bằng gang xám.
Má kẹp đƣợc đúc bằng gang rèn.
33
Các xi lanh thủy lực đƣợc đúc bằng hợp kim nhôm. Để tăng tính chống mòn và giảm ma sát, bề mặt làm việc của xi lanh đƣợc mạ một lớp crôm. Khi xi lanh đƣợc chế tạo bằng hợp kim nhôm, cần thiết phải giảm nhiệt độ đốt nóng dầu phanh. Một trong các biện pháp để giảm nhiệt độ của dầu phanh là giảm diện tích tiếp xúc giữa piston với guốc phanh hoặc sử dụng các piston bằng vật liệu phi kim.
Các thân má phanh(chỗ mà piston ép lên) đƣợc chế tạo bằng thép lá.
Tấm ma sát của má phanh loại đĩa quay hở thường có diện tích bề mặt khoảng 12 16% diện tích bề mặt đĩa, nên điều kiện làm mát đĩa rất thuận lợi.
Trên hình 2.14 minh hoạ sự biến dạng của vòng làm kín tương ứng với cùng một áp suất p và ba giá trị khe hở J1, J2 và J3 khác nhau: Với khe hở lớn nhƣ J3, vòng làm kín có thể bị ép tụt ra khỏi rãnh lắp trên xi lanh. Với khe hở nhƣ J2, vòng làm kín sẽ hƣ hỏng sau một thời gian ngắn do biến dạng quá lớn. Khe hở với giá trị J1 là vừa phải, với khe hở này, khi áp suất thôi tác dụng, vòng làm kín sẽ trở về trạng thía ban đầu.
Nhờ độ đàn hồi của các vòng làm kín 7 và độ đảo chiều trục của đĩa, khi nhả phanh các má phanh luôn đƣợc giữ lại cách mặt đĩa một khe hở nhỏ. Do đó không đòi hỏi phải có cơ cấu tách các má phanh và điều chỉnh khe hở đặc biệt nào. Tuy vậy, trên một số xe kích cỡ lớn có thể có trang bị thêm cơ cấu điều chỉnh khe hở tự động
c) J1
J2
J3
a)
b)
P P P
3 2 1
Hình 2.12 - Biến dạng đàn hồi của vòng làm kín 1- Piston; 2- Vòng làm kín; 3- Xy lanh
a- Biến dạng của vòng làm kín tương ứng với các khe hở J1, J2, J3 khác nhau và áp suất p bằng nhau; b, c- Trạng thái chưa làm việc và đang chịu áp suất
34 Ưu nhược điểm:
Qua phân tích nguyên lý làm việc và đặc điểm kết cấu, ta thấy phanh đĩa có một loạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh tang trống như sau:
- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,05 0,15 [mm] nên rất nhạy, giảm đƣợc thời gian chậm tác dụng và cho phép tăng tỷ số truyền dẫn động.
- Áp suất phân bố đều trên bề mặt má phanh, do đó má phanh mòn đều.
- Bảo dƣỡng đơn giản do không phải điều chỉnh khe hở.
- Lực ép tác dụng theo chiều trục và tự cân bằng nên cho phép tăng giá trị của chúng để đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiện biến dạng của kết cấu. Vì thế phanh đĩa có kích thước nhỏ gọn và dễ bố trí trong bánh xe.
- Hiệu quả phanh không phụ thuộc chiều quay và ổn định hơn.
- Điều kiện làm mát tốt hơn.
Tuy vậy, phanh đĩa còn một số nhược điểm hạn chế sự sử dụng của nó là:
- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín.
- Các đĩa phanh loại hở dễ bị oxy hóa, bị bẩn làm các má phanh mòn nhanh.
- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt, xước.
- Thường phải sử dụng các bộ trợ lực chân không để tăng lực dẫn động, nên khi động cơ không làm việc, hiệu quả dẫn động phanh thấp và khó sử dụng chúng để kết hợp làm phanh dừng.
b) 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.
c) Xy lanh chính
Là loại xy lanh kép đƣợc thiết kế sao cho nếu một mạch dầu bị hỏng thì mạch dầu khác vẫn tiếp tục làm việc nhằm cung cấp một lƣợng dầu tối thiểu để phanh xe.
Đây là một trong những thiết bị an toàn nhất của xe.
35
Ở vị trí chƣa làm việc, các piston bị đẩy về vị trí ban đầu bởi các lò xo hồi vị, các khoang phía trước piston được nối thông với bình chứa qua lỗ cung cấp dầu (6).
Khi phanh piston bị đẩy sang trái ép dầu phía trước piston đi đến xy lanh bánh xe.
Khi nhả phanh đột ngột dầu phía sau piston chui qua lỗ bù, bù vào khoảng không gian phía trước đầu piston.
1 2
8
4 3
9
6 7 5
10 11
Hình 2.13- Kết cấu xy lanh chính
1-Lò xo; 2-Lỗ bù dầu; 3- Piston; 4-Nút làm kín; 5-Bình chứa dầu phanh; 6- Piston;
7- Vòng chặn; 8- Chốt tỳ; 9- Lò xo; 10,11-Chốt hãm 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, đƣợc dẫn động quay từ trục bánh xe hay trục truyền lực nào đó.
Stato: Là một cuộn dây quấn trên thanh nam châm vĩnh cửu.
36
Hình 2.14 - Cảm biến tốc độ bánh xe trước
1-Nam châm vĩnh cửu; 2- Cuộn dây điện; 3- Rôto cảm biến; 4- Rôto cảm biến;
5- Cảm biến tốc độ
Bộ cảm biến làm việc nhƣ sau (hình 2.14):
- Khi mỗi răng của vòng răng đi ngang qua nam châm thì từ thông qua cuộn dây sẽ tăng lên và ngƣợc 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 nhƣ một đại lƣợng 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 ngƣợc lại.
Hình 2.15 - 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
37 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 đƣợc tốc độ quay của bánh xe, cũng nhƣ 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 trƣợt.
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 (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 ngƣng 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 đƣợc cảnh báo bằng đèn ABS trên bảng điều khiển.
Việc xác định chính xác vị trí và tình trạng hƣ hỏng sẽ đƣợc 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 đƣợc 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, chẳng 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 đƣợc 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 trƣợt của mỗi bánh xe.
38
Nếu lực phanh là nguyên nhân làm một bánh xe trƣợt đối với bánh xe khác, ECU điều khiển van điện từ của khối thủy lực – điện tử làm giảm lực phanh trên bánh trƣợt. Hệ thống ABS can thiệp bằng việc tính toán ngƣỡng giảm tốc, gia tốc và trƣợt của các bánh xe. Ngay khi mối liên hệ ngƣỡng gia tốc/giảm tốc và trƣợt vƣợt 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. ECU đƣợc trang bị mạch an toàn hệ thống kiểm soát có hiệu lực khi khởi động và vận hành.
Hình 2.16- Cấu tạo hệ thống phanh ABS 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 không có vấn đề gì thì 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 role.
5. Khi di chuyển, hệ thống thường xuyên kiểm tra điện áp bình ắc quy.
39 f) Bộ chấp hành thuỷ lực
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 đƣợc so với các bản đồ mà chương trình đã được nạp sẵn trong bộ nhớ của nó. Khối thủy lực đƣợc nối đến xylanh chính và các chi tiết hệ thống phanh ABS bằng các ống dẫn chính của hệ thống phanh. Nhƣ 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 piston xy lanh chính để bù lại lƣợng dầu xả về bình chứa khi ABS làm việc.
Bộ chấp hành của phanh gồm có van điện từ giữ áp suất, van điện từ giảm áp suất, bơm, môtơ và bình chứa. Khi bộ chấp hành nhận đƣợc tín hiệu từ ECU điều khiển trƣợt, van điện từ đóng hoặc ngắt và áp suất thuỷ lực của xilanh ở bánh xe tăng lên, giảm xuống hoặc đƣợc giữ để tối ƣu hoá mức trƣợt cho mỗi bánh xe. Ngoài ra, mạch thuỷ lực còn thay đổi để đáp ứng yêu cầu của mỗi loại điều khiển.
g) Trợ lực phanh
Hình 2.17 - Bầu trợ lực
1- Piston; 2- Van chân không; 3- Van không khí;
4- Vòng cao su; 5- Cần đẩy; 6- Phần tử lọc; 7- Vỏ
40
Trợ lực phanh đƣợc 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 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 không:
Bầu trợ lực chân không có hai khoang A và B đƣợc phân cách bởi 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 không khí 3 làm nhiệm vụ: cắt đường thông 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 xuyên có áp suất chân không.
Khi nhả phanh: van chân không 2 mở, do đó khoang A sẽ thông 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 không 2 đóng lại cắt đường thông hai khoang A và B, còn van không khí 3 mở ra cho không 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 không 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 không khí 3 mở ra cho không 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 không khí 3 đóng lại đảm bảo cho độ chênh áp hay lực trợ lực không đổi và tỷ
41
lệ với lực đạp. Khi lực phanh đạt cực đại thì van không khí mở ra hoàn toàn và độ chênh áp hay lực trợ lực cũng đạt giá trị cực đại.
Bộ trợ lực chân không có hiệu quả thấp nên thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và tải nhỏ.
Ngoài ra, hệ thống phanh ABS còn có các bộ phận sau:
+Đèn báo táp-lô: Đèn báo của ABS, khi ECU phát hiện thấy sự trục trặc ở ABS hoặc hệ thống hỗ trợ phanh, đèn này bật sáng để báo cho người lái. Đèn báo hệ thống phanh, khi đèn này sáng lên đồng thời với đèn báo của ABS, nó báo cho người lái biết rằng có trục trặc ở hệ thống ABS và EBD.
+ Công tắc đèn phanh: Công tắc này phát hiện bàn đạp phanh đã đƣợc đạp xuống và truyền tín hiệu đến ECU điều khiển trƣợt. ABS sử dụng tín hiệu của công tắc đèn phanh. Tuy nhiên dù không có tín hiệu công tắc đèn phanh vì công tắc đèn phanh bị hỏng, việc điều khiển ABS vẫn được thực hiện khi các lốp bị bó cứng. Trong trường hợp này, việc điều khiển bắt đầu khi hệ số trƣợt đã trở nên cao hơn (các bánh xe có xu hướng khoá cứng) so với khi công tắc đèn phanh hoạt động bình thường.