Phanh ABS trên xe ôtô

Kết quả nghiên cứuvề phanh ABS cũng là nguồn tư liệu bổ ích giúp cho các sinh viên học về Cơ khí động lực, Ôtô,.. dễ dàng tiếp cận và mở rộng thêm nguồn kiến thức khoa học công nghệ hiện đại về hệ thống phanh trên xe ôtô.

PHANH ABS TRÊN XE ÔTÔ

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Ôtô dần trở thành phương tiện không thể thiếu trong lĩnh vực vận chuyển hành khách, hàng hoá cho nền kinh tế quốc dân Mật độ ôtô trên đường ngày càng lớn, tốc độ chuyển động ngày càng cao cho nên vấn đề tai nạn giao thông là vấn đề cấp thiết hàng đầu Tính đến năm 2002 xảy ra 27.489 vụ tai nan giao thông làm chết 12.989 người và 30.782 người bị thương Theo thống

kê của các nước thì trong tai nạn giao thông do hư hỏng, lỗi kỹ thuật của các

bộ phận/ hệ thống thì có tới 52.2% đến 74.4% là do hệ thống phanh Chính bởi vậy mà hệ thống phanh ngày nay đã được cải tiến nhiều

Theo kinh nghiệm lái xe, để tránh cho các bánh xe không bị bó cứng và làm mất khả năng quay vô lăng trong khi phanh khẩn cấp, người điều khiển nên lặp lại động tác đạp và nhả bàn đạp phanh nhiều lần Tuy nhiên, trong những trường hợp khẩn cấp thường không có thời gian để thực hiện việc này Người lái đạp dí phanh và xe trượt trên mặt đường trong khi các lốp không quay Cuối cùng xe cũng dừng lại do ma sát trượt giữa lốp và mặt đường lớn nhưng xe mất khả năng lái khiến cho xe bị văng đi và tai nạn xảy ra là điều khó tránh khỏi Vậy để chống lại điều này, người ta chế tạo hệ thống phanh ABS với khả năng chống cho các lốp không bị khoá cứng khi phanh khẩn cấp, xe không bị mất lái và giảm thiểu được tai nạn xảy ra

Thực tế do nội dung chương trình, thời gian đào tạo còn rất ít cho môn học ứng dụng động cơ đốt trong trên ôtô, trang thiết bị phòng thực hành còn thiếu, dẫn đến sinh viên trong khoa mới chỉ được tiếp cận sơ lược về các hệ thống phanh truyền thống, tính cập nhật với kiến thức hiện đại trong thực tế

chưa cao Vì vậy, chúng em chọn nghiên cứu đề tài "Tìm hiểu về hệ thống phanh ABS trên xe ôtô".

II MỘT SỐ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

1 Giới thiệu chung về cấu tạo của hệ thống phanh ABS

ABS là viết tắt của cụm từ “Anti-lock Brake System” Ban đầu, nó có tên tiếng Đức là “Antiblockiersystem” do nhà sản xuất thiết bị phụ trợ Bosch nghiên cứu chế tạo ABS ra mắt tại Mỹ những năm cuối thập niên 1970 và ngay lập tức được coi là thiết bị an toàn có khả năng giảm đáng kể số vụ tai nạn giao thông Các thử nghiệm dưới điều kiện có kiểm soát cho thấy ABS khá hiệu quả và cần thiết cho các xe trong thời điểm hiện tại

Cấu tạo của hệ thống phanh ABS có thể hiểu theo sơ đồ (hình 1, 2, 3)

Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống phanh ABS

1- Cảm biến; 2- Bộ điều khiển (ECU); 3- Bộ chấp hành; 4- Nguồn (ắc quy);

5- Xilanh chính; 6- Xilanh con ở bánh xe; 7- Bàn đạp phanh

Hình 2- Sơ đồ cấu tạo và bố trí các bộ phận của HT phanh ABS trên xe

Hình 3- Sơ đồ bố trí các bộ phận của HT phanh ABS

Các thiết bị chống bó cứng phanh ABS hiện đại gồm một máy tính (CPU), 4 cảm biến tốc độ trên từng bánh, bơm và các van thủy lực Trong trường hợp phanh gấp, nếu CPU nhận thấy một hay nhiều bánh có tốc độ quay chậm hơn mức quy định nào đó so với các bánh còn lại, thông qua bơm và van thủy lực, ABS tự động giảm áp suất tác động lên đĩa (quá trình nhả), giúp bánh

xe không bị chết cứng (hay còn gọi là “bó”)

Tình trạng hoạt động của ABS được hiển thị qua đèn báo trên bảng điều khiển, nó sáng lên khi bật chìa khóa khởi động và tắt sau khi máy đã nổ 2-3

giây Nếu đèn này tiếp tục sáng khi động cơ đang hoạt động, tức là hệ thống có trục trặc, cần kiểm tra ngay

Hệ thống chống bó phanh (ABS) có thể làm việc trên hệ thống phanh thông thường, nếu hệ thống ABS hỏng thì phanh trên xe vẫn hoạt động bình thường Trong hầu hết các trường hợp, phanh xe vẫn được sử dụng là chủ yếu ABS chỉ được sử dụng trên các đoạn đường trơn trượt hay phanh gấp, lái xe dẫm quá mạnh lên chân phanh làm cho phanh bị bó lại Nếu xe không có ABS,

có thể đạp phanh nhiều lần để tránh phanh xe bị bó lại Nếu xe có hệ thống ABS, phải giữ nguyên chân phanh với một lực không đổi để cho hệ thống ABS

tự hoạt động

Khi phanh bị bó trên đoạn đường trơn trượt hoặc khi phanh gấp, lái xe

sẽ mất lái còn xe sẽ xoay theo quán tính Hệ thống ABS ngăn cho các bánh xe không bị bó lại và giữ cho xe luôn ở trên đường thẳng Nếu xe được lắp đặt ABS trên bốn bánh, lái xe đồng thời giữ được lực tay lái và như vậy sẽ tránh được tối đa va chạm

- ECU điều khiển trượt: Bộ phận này xác định mức trượt giữa bánh xe và mặt

đường dựa vào các tín hiệu từ các cảm biến, và điều khiển bộ chấp hành của phanh Gần đây, một số kiểu xe có ECU điều khiển trượt lắp trong bộ chấp hành của phanh

- Bộ chấp hành của phanh: Bộ chấp hành của phanh điều khiển áp suất thuỷ

lực của các xilanh ở bánh xe bằng tín hiệu ra của ECU điều khiển trượt

- Cảm biến tốc độ: Cảm biến tốc độ phát hiện tốc độ của từng bánh xe và

truyền tín hiệu đến ECU điều khiển trượt

Ngoài ra, trên táp lô điều khiển còn có:

- 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 được đạp

xuống và truyền tín hiệu đến ECU điều khiển trượt 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 trượt

đã trở nên cao hơn (các bánh xe có xu hướng khoá cứng) so với khi công tắc đèn phanh hoạt động bình thường

- Cảm biến giảm tốc: chỉ có ở một số loại xe Cảm biến giảm tốc cảm nhận

mức giảm tốc của xe và truyền tín hiệu đến ECU điều khiển trượt Bộ ECU đánh giá chính xác các điều kiện của mặt đường bằng các tín hiệu này và sẽ thực hiện các biện pháp điều khiển thích hợp

2 Nguyên lý làm việc của bộ chống hãm cứng phanh ABS

Trong tính toán động học của quá trình phanh ôtô thường sử dụng giá trị

hệ số bám đã cho Các hệ số này được xác định bằng thực nghiệm theo phương pháp kéo bánh xe bị hãm cứng hoàn toàn, nghĩa là bánh xe bị trượt lê 100% Trong quá trình phanh ô tô thường xảy ra sự trượt bánh xe tương đối với mặt đường, mà hệ số bám của bánh xe với mặt đường lại phụ thuộc rất nhiều bởi

độ trượt này, do đó làm ảnh hưởng đến chất lượng phanh Sự khác nhau về tỷ

lệ giữa tốc độ của xe và tốc độ của các bánh xe được gọi là “hệ số trượt” Khi

sự chênh lệch giữa tốc độ của xe và tốc độ của các bánh xe trở nên quá lớn, sự quay trượt sẽ xảy ra giữa các lốp và mặt đường Điều này cũng tạo nên ma sát

và cuối cùng có thể tác động như một lực phanh và làm chậm tốc độ của xe

Mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt có thể hiểu rõ hơn qua đồ thị (hình 4) Lực phanh không tỷ lệ với hệ số trượt, và đạt được cực đại khi hệ số trượt nằm trong khoảng 10-30% Vượt quá 30%, lực phanh sẽ giảm dần Do

đó, để duy trì mức tối đa của lực phanh, cần phải duy trì hệ số trượt trong giới hạn 10-30% ở mọi thời điểm

Hình 4: Đồ thị

Ngoài ra, cũng cần phải giữ lực quay vòng ở mức cao để duy trì sự ổn định về hướng Để thực hiện điều này, người ta thiết kế hệ thống ABS để tăng hiệu suất phanh tối đa bằng cách sử dụng hệ số trượt là 10-30% bất kể các điều kiện của mặt đường, đồng thời giữ lực quay vòng càng cao càng tốt để duy trì

sự ổn định về hướng

Trên các mặt đường trơn có hệ số ma sát thấp như đường có nhựa ướt, nước mưa vì quãng đường phanh tăng lên so với các mặt đường có trị số ma sát cao, nên ngay cả khi có ABS tác động, vẫn phải giảm tốc độ khi chạy trên các mặt đường đó Trên các đường thô nhám, hoặc trên sỏi tác động của ABS

có thể dẫn đến quãng đường hãm dài hơn các xe không lắp ABS

Ngoài ra, tiếng động và độ rung phát sinh khi tác động ABS báo cho người lái biết rằng ABS đang hoạt động

Nhiệm vụ cơ bản của ABS là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh ở độ trượt thay đổi trong một giới hạn hẹp quanh giá trị độ trượt tối ưu, do đó đảm bảo tính ổn định hướng và tính dẫn hướng tốt khi phanh, nghĩa là đảm bảo chất lượng phanh tốt nhất

Để giữ cho các bánh xe làm việc ở vùng độ trượt quanh giá trị độ trượt tối ưu và không dẫn tới hiện tượng hãm cứng bánh xe khi phanh thì cần phải điều chỉnh áp suất môi chất (chất lỏng hoặc chất khí) dẫn đến các cơ cấu phanh Việc điều chỉnh này có thể tiến hành theo các nguyên lý khác nhau sau đây:

- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh

- Theo giá trị độ trượt cho trước

- Theo giá trị tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó

Các chế độ làm việc của phanh ABS (hình 5)

Hình 5: Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh ABS

a- Chế độ phanh bình thường: Chế độ này ABS không hoạt động, lúc đó hệ số

trượt nhỏ hơn 10%, áp suất dầu phanh đi từ xilanh chính đến thẳng xilanh bánh

xe thông qua bộ thủy lực

Ở chế độ này ECU không cung cấp tín hiệu điện cho cuộn dây của van điện từ, các van 1, 2, 3 đều đóng do các lò xo hồi vị của các van Cửa van A

mở nối thông dẫn động dầu phanh từ xilanh chính đến xilanh con Cửa B của van bị đóng lại và van hồi vị 1 cũng đóng không cho dầu phanh về bơm và bình chứa dầu (bơm dầu không hoạt động)

Khi nhả bàn đạp phanh thì dầu đi qua cửa A và van hồi vị 3 trở về xilanh chính

b- Chế độ phanh khẩn cấp

Khi phanh khẩn cấp thì bánh xe có nguy cơ bị hãm cứng và bị trượt lê

Để tránh tình trạng nạy và giữ cho bánh xe làm việc ở độ trượt tối ưu, ECU sẽ cấp tín hiệu điều khiển bộ thủy lực (bộ chấp hành) tiến hành liên tục theo chu

kỳ 3 pha làm việc như sau:

- Pha giảm áp suất dẫn động phanh

Khi độ trượt của bánh xe với mặt đường lớn hơn 30% thì ECU sẽ cấp một dòng điện mức cao khoảng 5A cho cuộn dây của van điện từ để tạo ra từ trường đủ mạnh để thắng lực cản lò xo hồi vị Lúc đó van điện từ chuyển dịch

để đóng cửa A và mở cửa B Dầu phanh không thể đi từ xilanh chính đến xilanh bánh xe được Dầu phanh ở bánh xe dưới áp xuất cao sẽ thoát qua cửa B chảy về thùng chứa, nhờ có bơm điện hoạt động sẽ chuyển dầu ngược về xilanh chính

- Pha giữ áp suất cố định trong dẫn động phanh

Khi cảm biến vận tốc góc báo hiệu cho ECU là tốc độ của bánh xe đạt mức lý tưởng (tức là độ trượt đạt lý tưởng) Thì ECU sẽ cung cấp một dòng điện mức trung bình khoảng 2A cho cuộn dây của van điện từ, tạo ra một từ trường cân bằng lực hồi vị các lò xo ở hai cửa A và B Các của A và B đều đóng, lúc này dầu phanh giữ nguyên trạng thái, không di chuyển được về xilanh chính và cũng không trở về được bình chứa Lúc đó dầu phanh trong

xilanh con được giữ cố định để duy trì mức giảm tốc của bánh xe và giữ cho

độ trượt ở giá trị hợp lý

- Pha tăng áp suất trong dẫn động phanh

Khi vận tốc góc của bánh xe tăng lên và hệ số trượt nhỏ hơn 10% cần tăng cường áp suất trong xilanh con để tiến hành quá trình phanh tiếp tục, lúc

đó ECU sẽ không cung cấp điện vào cuộn dây của van điện từ, cửa A mở B đóng để xilanh con thông với xilanh chính và dầu phanh sẽ đi từ xilanh chính đến xilanh con Bơm điện vẫn hoạt động bình thường, được cung cấp nguồn điện 12V với mục đích thường trực để đáp ứng nhu cầu khi càn chuyển sang pha giảm áp suất

Chú ý: Ba pha trên khi phanh khẩn cấp sẽ lặp đi lặp lại theo chu kỳ cho

đến khi bánh xe dừng hẳn và trong quá trình phanh bánh xe không bị trượt lê, tức là không bị hãm cứng

3 Xây dựng mô phỏng

Để nhìn trực quan về quá trình làm việc của phanh ABS, sử dụng phần mềm Flash mô phỏng một số vấn đề sau:

- Mô phỏng cơ cấu phanh ở bánh xe (loại phanh đĩa)

- Mô phỏng chế độ phanh bình thường

- Mô phỏng chế độ phanh khẩn cấp với chu kỳ 3 pha làm việc như sau:

+ Chế độ phanh khẩn cấp, pha giảm áp suất

ECU có cung cấp tín hiệu điện: mức cao nhất (5A) Van điện: từ đóng cửa A mở cửa B

Bơm điện: hoạt động

Bộ thủy lực: giảm áp suất

+ Chế độ phanh khẩn cấp, pha giữ áp suất

ECU có cung cấp tín hiệu điện: Mức trung bình (2A)

Van điện từ: đóng cửa A đóng cửa B Bơm điện: hoạt động

Bộ thủy lực: giữ cố định áp suất

+ Chế độ phanh khẩn cấp, pha tăng áp suất

ECU có cung cấp tín hiệu điện: mức thấp = 0 A Van điện từ: mở cửa A đóng cửa B

Bơm điện: hoạt động

Bộ thủy lực: tăng áp suất

III- KẾT LUẬN

Sau một thời gian nghiên cứu, nhóm sinh viên chúng em đã gặt hái được những kiến thức mới rất bổ ích và thiết thực Nhưng quan trọng hơn đó là đã giúp cho bản thân mỗi chúng em có được phong cách và kinh nghiệm về nghiên cứu khoa học, từ đó đánh thức lòng say mê học hỏi, nghiên cứu, tự nghiên cứu và tự học suốt đời

Kết quả nghiên cứu của đề tài cũng là nguồn tư liệu bổ ích giúp cho các sinh viên khóa sau dễ dàng tiếp cận và mở rộng thêm nguồn kiến thức khoa học công nghệ hiện đại về hệ thống phanh trên xe ôtô

Mặc dù đã rất cố gắng nghiên cứu, học hỏi, tìm tòi để thực hiện đề tài nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong các thầy cô giáo và các bạn cho ý kiến đóng góp để đề tài được hoàn thiện tốt hơn nữa

IV- TÀI LIỆU THAM KHẢO

1- Nguyễn Hữu Cẩn - Phanh ôtô - Nxb khoa học và kỹ thuật - 2004

2- Hoàng Đình Long - Kỹ thuật sửa chữa ôtô - Nxb Giáo dục - 2006

3- SAE HANDBOOK volume 2 Parts and compnents - 1994

4- http://www.caronline.com.vn/html/news_detail.php/He-thong-phanh-ABS