Khảo sát hệ thống phanh trên xe toyota corolla altis 2008

Bộ chấp hành ABS van Modulator ABSdùng để cấp hay ngắt áp suất dầu từ xylanh phanh chính đến mỗi xylanh phanh bánh xe theo tín hiệu điều khiển từ ABSECU, để điều khiển tốc đô

HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ

Khảo sát hệ thống phanh trên Xe Toyota Corolla Altis 2008

I.Khái quát hệ thống phanh trên xe Toyota Corolla 2008.

Trên xe Toyota Corolla 2008 sử dụng hệ thống phanh ABS loại bốn kênh điều khiển độc lập

Hệ thống chống bó cứng phanh ABS với cơ chế phân bổ lực phanh điện tử EBD giúp bánh xe không bị bó cứng và ổn định ngay cả khi phanh gấp trên đường trơn trượt; Phanh đĩa ở cả 4 bánh cùng hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (BA) giúp phanh chính xác và hiệu quả ở những tình huống khẩn cấp Phanh đĩa trên cả 4 bánh tạo lực phanh hiệu quả và chính xác Phanh đĩa thông gió ở bánh trước giúp tránh hiện tượng mất phanh

II.Hệ thống phanh ABS.

1.Bố trí hệ thống trên xe

Do hệ thống phanh của xe Toyota Corolla sử dụng hệ thống phanh ABS có 4 kênh với các bánh xe được điều khiển độc lập nên có 4 cảm biến bố trí ở bốn bánh xe và

4 van điều khiển độc lập, sử dụng cho hệ thống phanh bố trí dạng mạch thường (một mạch dẫn động cho hai bánh xe cầu trước, một mạch đẫn động cho hai bánh

xe cầu sau) Với kết cấu này, các bánh xe đều được tự động hiệu chỉnh lực phanh sao cho luôn nằm trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quả phanh là lớn nhất Tuy nhiên khi phanh trên đường có hệ số bám trái và phải không đều thì moment xoay xe sẽ rất lớn và khó có thể duy trì ổn định hướng bằng cách hiệu chỉnh tay lái Ổn định khi quay vòng cũng giảm nhiều

2 Các chi tiết trong hệ thống :

a.Cảm biến tốc độ bánh xe

 Nhiệm vụ :

Cảm biến tốc độ bánh xe được gắn ở gần bánh xe, có nhiệm vụ nhận biết về tốc độ góc của bánh xe trong quá trình ô tô hoạt động và báo về cho bộ xử lý trung tâm ABS ECU Có nhiều loại cảm biến tốc độ góc bánh xe khác nhau, trên xe Toyota Corolla 2008 sử dụng loại cảm biến điện từ, loại cảm biến này ngày nay được sử dụng khá phổ biến

 Cấu tạo :

Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gôm một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây và lõi từ.

Vị trí cảm biến tốc độ hay roto cảm biến, số lượng răng của roto cảm biến phụ thuộc vào từng loại xe và đời xe

Trên xe Toyota Corolla Altis 2008 thì cảm biến tốc độ bánh trước được lắp vào cam quay và cảm biến tốc độ bánh sau được lắp vào mâm cầu sau.

Roto cảm biến được lắp lên trục trước chủ động và trục bánh xe sau, cùng quay vớibánh xe

 Nguyên lý làm việc của cảm biến

Phía ngoài của roto cảm biến có các răng, nên khi roto cảm biến quay cùng với bánh xe, từ thông trong cuộn dây biến thiên nó sinh ra một điện áp xoay chiều Điện áp xoay chiều này có tần số tỷ lệ với tốc độ quay của roto cảm biến, và tỏng quá trình haotj động nó báo cho ABS ECU biết tốc độ quay của bánh xe

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ

b.Bộ chấp hành ABS (còn gọi là van Modulator ABS) :

 Nhiệm vụ :

Bộ chấp hành ABS (van Modulator ABS)dùng để cấp hay ngắt áp suất dầu từ xylanh phanh chính đến mỗi xylanh phanh bánh xe theo tín hiệu điều khiển từ ABSECU, để điều khiển tốc độ bánh xe tránh không cho bánh xe bị bó cứng.

 Cấu tạo :

Theo chức năng bộ chấp hành ABS được chia làm hai cụm :

+ Cụm điều khiển ( Van điện từ ba vị trí) : Trong quá trình hoạt động của hệ thống ABS Bộ chấp hành ABS lựa chọn một trong ba chế độ : tăng áp, giảm áp và giữ

áp, tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển từ ABS ECU

- Van điện từ 3 vị trí:

Cấu tạo: Gồm các phần một cuộn dây điện, lõi van, các cửa van và van một chiều Nguyên lý: Van điện từ nhận tín hiệu từ ECU ABS sẽ điều chỉnh việc đóng mở các cửa van để điều chỉnh áp suất dầu đến các xi lanh bánh xe

+Cụm giảm áp (Bình chứa và bơm) : Khi áp suất giảm, dầu phanh hồi về từ các xylanh bánh xe, nó được đưa đến vị trí xylanh phanh chính nhờ bơm và bình dầu bộ chấp hành, đây là loại bơm piston được dẫn động bằng motor

 Bơm dầu :

Chức năng : đưa ngược dầu từ bình tích áp về xi lanh chính trong các chế độ giảm

áp và giữ áp

 Van một chiều :

- Chỉ cho dòng dầu từ bơm về xy lanh chính

 Bình tích áp (bình chứa):

Chứa dầu hồi từ xi lanh phanh bánh xe , nhất thời làm giảm áp suất dầu

3.Sơ đồ nguyên lý :

Các chế độ làm việc của ABS

a.Khi phanh bình thường ( ABS không hoạt động )

Khi phanh ở tốc độ thấp nhỏ hơn 12km/h ABS không hoạt động lúc này ECU không gửi dòng điên tới cuộn dây của van điện do đó van 3 vị trí bị ấn xuống bởi

lò xo hồi vị và cửa A vẫn mở trong khi cửa B vẫn đóng lúc này dầu phanh chính

qua cửa A đến cửa C trong van điện rùi tới xy lanh phanh Dầu phanh không vào được bơm bởi van 1 chiều số 1 gắn trong mạch bơm khi nhả chân phanh, dầu phanh hồi từ xi lanh bánh xe về xy lanh chính thông qua cửa C đến của A và van 1chiều số 3 trong van điện 3 vị trí.

b.Chế độ phanh gấp ( ABS hoạt động )

 Chế độ giảm áp

Khi bánh xe gần bị hãm cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn dây của van điện từ sinh ra lực từ hút van điện từ 3 vị trí lên trên đóng cửa A và mở cửa B lúc này dầu từ xi lanh bánh xe qua cửa C tới cửa B trong van điện 3 vị trí và chảy về bình tích áp Cùng lúc đó mô tơ bơm hoạt động nhờ tín hiệu điện áp 12V từ ECU hút ngược dầu phanh từ bình tích áp về xi lanh phanh chính

Mặt khác của A đóng ngăn dòng dầu từ xi lanh phanh chính vào van điện 3 vị trí vàvan một chiều số 1, số 3 Kết quả làm áp suất dầu trong xy lanh phanh bánh xe giảm ngăn cho bánh xe không bị hãm cứng

 Chế độ giữ áp

Khi áp suất dầu trong xy lanh bánh xe giảm hay tăng cảm biến tốc độ gửi tín hiệu báo rằng tốc độ bánh xe đạt đến giá trị mong muốn , lúc này ECU cấp dòng điện 2A đến cuộn dây của van điện để giữ áp suất trong xy lanh bánh xe không đổi

Do dòng điện cấp cho cuộn dây giảm từ 5A xuống 2A vì vậy lực sinh ra ở cuộn dâycũng giảm van điện 3 vị trí chuyển đến vị trí giữa nhờ lực của lò xo hồi vị làm cửa

A và cửa B đều đóng Lúc này bơm dầu vẫn còn hoạt động

 Chế độ tăng áp

Khi cần tăng áp suất dầu trong xi lanh bánh xeđể tạo lực phanh lớn ECU ngắt dòng điện không cấp nguồn cho cuộn dây van điện vì vậy cửa A của van điện 3 vị trí mở và cửa B đóng Nó cho phép dầu trong xy lanh phanh chính chảy qua cửa Ctrong van điện 3 vị trí đến xy lanh bánh xe, mức độ tăng áp suất dầu được điều khiển ở các chế độ tăng và giữ áp

Kết luận khi ABS làm việc bánh xe sẽ có hiện tượng nhấp nhả và có sự rung động nhẹ của xe đồng thời ở bàn đạp phanh có sự rung động do dầu phanh hồi từ bơm dầu

4 Sơ đồ mạch điện hệ thống :

 Ý nghĩa các kí hiệu trên sơ đồ mạch điện :

ECU – Electronic Control Unit

ABS – Anti-lock Brakes System

BATT – Battery : chân dương bình

STP – Stop : Tín hiệu công tắc đèn phanh

PKB – Parking Brake : Tín hiệu phanh tay và tín hiệu báo mực dầu thắng

W – warning : Chân đèn báo check

IG – igniton : Chân dương sau công tắc máy

MR – Motor Relay : Chân điều khiển Rơle bơm

MT – Motor Test : Chân kiểm tra bơm

AST – Actuator Solenoid Test :Chân kiểm tra bộ chấp hành

SFR – Solenoid Front Right : Cuộn dây điện từ trước phải

SFL – Solenoid Front Left : Cuộn dây điện từ trước trái

SRR – Solenoid Rear Right : Cuộn dây điện từ sau phải

SRL – Solenoid Rear left : Cuộn dây điện từ sau trái

SR – Solenoid Relay : Chân điều khiển Rơle Cuộn dây bộ chấp hành

R– Relay : Chân “ - ” điều khiển rơle

FR+ – Front Right : Chân dương cảm biến tốc độ trước phải

FR- – Front Right : Chân âm cảm biến tốc độ trước phải

FL+ – Front Left : Chân dương cảm biến tốc độ trước trái

FL- – Front Left : Chân âm cảm biến tốc độ trước trái

RR+ – Rear Right : Chân dương cảm biến tốc độ sau phải

RR- – Rear Right : Chân âm cảm biến tốc độ sau phải

RL+ – Rear Left : Chân dương cảm biến tốc độ sau trái

RL- – Rear Left : Chân âm cảm biến tốc độ sau trái

GND – ground : Mass hộp ECU ABS

TC : Chân chẩn đoán

TS : Chân chẩn đoán

 Nguyên lý hoạt động :

-ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến tốc độ ở 4 bánh xe,cảm nhận ngưỡng trượt củabánh xe

-Khi bánh xe nào đến gần ngưỡng trượt ECU sẽ đưa tín hiệu ,đóng rơ le van điện từ thông qua cuộn hút.cùng lúc đó rơ le mơ tơ bơm cũng được đóng

-Van điện từ nhận tín hiệu từ ECU ABS sẽ điều chỉnh việc đóng mở các cửa van đểđiều chỉnh áp suất dầu đến các xylanh bánh xe

III.Hệ thống ABS kết hợp với EBD.

1)Lịch sử phát triển của EBD kết hợp với ABS

Ta biết rằng lực phanh lý tưởng được phân phối ở các bánh xe tỉ lệ với sự phân bố tải trọng tác dụng lên chúng Phần lớn các xe có động cơ đặt ở phía trước, tải trọng tác dụng lên các bánh xe trước là lớn hơn Đồng thời khi phanh, do lực quán tính nên tải trọng cũng được phân bố lại, càng tăng ở các bánh xe trước và giảm đi ở các bánh xe sau Vì vậy lực phanh ở các bánh xe sau cần được phân phối nhỏ hơn

so với bánh trước để chống hiện tượng sớm bị bó cứng bánh xe Khi xe có tải thì tải trọng ở các bánh sau tăng lên, vì vậy cũng cần phải tăng lực phanh ở các bánh sau lớn hơn so với trường hợp xe không có tải.Việc phân phối lực phanh này trước đây được thực hiện hoàn toàn bởi các van cơ khí như van điều hoà lực phanh, van

bù tải, van giảm tốc… Trên các hệ thống ABS đơn giản mà ta đã xét, vẫn còn tồn tại van điều hòa lực phanh bằng cơ khí Một trường hợp nữa là khi xe quay vòng, tải trọng cũng tăng lên ở các bánh xe phía ngoài, còn phía trong giảm đi, nên lực phanh cũng cần phải phân phối lại, nhưng các van điều hòa lực phanh cơ khí khônggiải quyết được vấn đề này

Trên một số xe hiện nay, các van điều hòa lực phanh bằng cơ khí đã được thay thế bỡi một hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử (EBD) Việc phân phối lực phanh bằng điện tử này cho độ chính xác và hiệu quả cao hơn

EBD là chữ viết tắt của Electronic Brake Distribution, nghĩa là hệ thống phân phốilực phanh giữa các bánh trước và sau hoặc giữa các bánh xe bên phải và bên trái.

Như ta đã biết, ABS là một hệ thống phanh hết sức an toàn Trong những tìnhhuống khẩn cấp, ABS có tác dụng chống bó cứng phanh và duy trì khả năng lái đểgiảm thiểu tai nạn có thể xảy ra Nhưng để có một hệ thống phanh hiệu quả và ổnđịnh trong mọi điều kiện địa hình, đường xá, các nhà chế tạo đã lắp thêm vào hệthống phanh ABS các cảm biến EBD để điều khiển việc phân phối lực phanh giữacác bánh xe, tăng hiệu quả và tận dụng triệt để tính năng phanh

EBD có vai trò không kém ABS trong việc trợ giúp quá trình phanh Nó hoạt độnghoàn toàn tự động và không cần tài xế kích hoạt Giống như tên gọi, EBD phân bổlực phanh tới các bánh để đảm bảo xe dừng một cách cân bằng nhất Sự kết hợpgiữa hai công nghệ ABS và EBD sẽ giúp quá trình phanh trở nên tối ưu hơn

Với những xe không trang bị EBD, có những tình huống mà lực phanh lệch hẳn vềmột bên khiến xe bị lệch, thậm chí có thể gây trượt bánh Nếu có EBD, máy tínhtrung tâm sẽ tự động tính toán và phân bổ lực phanh dựa theo thông số về tốc độ,tải trọng xe, độ bám đường

2.Nguyên lý hoạt động :

Khi di chuyển trên đường thẳng, các hệ thống phanh ABS không có EBD thì lựcphanh phân phối giữa các bánh trước và bánh sau không thay đổi khi tải trọng tácdụng lên các bánh trước và sau thay đổi Khi lắp EBD vào, nó dùng EBD để phânphối lực phanh đến các bánh trước và bánh sau phù hợp với điều kiện chạy xe vàđường xá Cụ thể như trong hình vẽ phân tích ở trên, lực phanh đến bánh sau sẽtăng lên khi tải trọng tác dụng lên bánh sau tăng và giúp rút ngắn quãng đườngphanh đáng kể so với hệ thống không có EBD.

Ngoài ra khi phanh xe ở những khúc cua, nó cũng điều khiển các lực phanh củabánh bên phải và bên trái khác nhau giúp duy trì sự ổn định của xe

Có thể mô tả khái quát hoạt động của EBD qua biểu đồ trên như sau:

Các chế độ làm việc của EBD :

Nếu tác động các phanh trong khi xe đang chạy tiến thẳng, bộ chuyển tải trọng sẽgiảm lực phanh tác động lên các bánh sau và tăng lực tác động lên các bánh trước.ECU điều khiển trượt xác định điều kiện này bằng các tín hiệu từ các cảm biến tốcđộ và điều khiển bộ chấp hành ABS để điều chỉnh tối ưu sự phân phối lực phanhđến các bánh sau

Chẳng hạn như lực phanh tác động lên các bánh sau trong khi phanh sẽ thay đổituỳ theo xe có mang tải hay không Lực phanh tác động lên các bánh sau cũng thayđổi tùy theo mức giảm tốc Như vậy, sự phân phối lực phanh đến bánh sau đượcđiều chỉnh tối ưu để sử dụng có hiệu quả lực phanh của các bánh sau theo nhữngđiều kiện này.

đang vào cua).

Nếu tác động các phanh trong khi xe đang vào cua, lực phanh tác động vào bánhbên trong sẽ tăng lên ECU điều khiển trượt xác định điều kiện này bằng các tínhiệu từ các cảm biến tốc độ và cảm biến từ hệ thống lái để điều khiển bộ chấphành điều chỉnh tối ưu sự phân phối lực phanh đến bánh xe bên trong

+A Trạng thái bình thường +B Trạng thái có tải +C Khi quay vòng

Hình 2: Sơ đồ hệ thống ABS với EBD và BAS.

IV.Hệ thống ABS kết hợp với BAS.

1) Sự phát triển hệ thống BAS kết hợp ABS

Tháng 12/1996, Mercedes chính th c ng d ng BAS trên 2 phiên b n S-class ứ ứ ụ ả

và SL-class Hai năm sau, h th ng h tr phanh kh n c p tr thành trang b ệ ố ỗ ợ ẩ ấ ở ịtiêu chu n cho t t c các m u c a hãng xe Đ c này Ti p sau Mercedes, m t s ẩ ấ ả ẫ ủ ứ ế ộ ốhãng nh Volvo, BMW… cũng đã mua b n quy n và phát tri n h th ng tư ả ề ể ệ ố ương

t ự

Các thống kê cho thấy các nguyên nhân gây tai nạn:

- Đi ngược chiều

- Đi không phù hợp tốc độ cho phép của đường

- Không đảm bảo khoảng cách các xe

- Gặp chứng ngại vật bất ngờ

Các tai nạn này hoàn toàn có thể giảm bớt nếu thời gian phanh ngắn đi

2) Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BAS (The Brake Assist System)

Hệ thống hỗ trợ phanh trong trường hợp khẩn cấp để đạt được quãng đường phanh ngắn nhất mà vẫn đảm bảo khả năng lái

Xét trường hợp tài xế phía trước phanh đột ngột

Trong trường hợp phanh khẩn cấp như gặp chướng ngại vật đột ngột, người lái xe đặc biệt là những người thiếu kinh nghiệm, thường hoang mang, phản ứng không kịp thời nên đạp chân lên bàn đạp phanh không đủ mạnh, do đó không tạo đủ lực phanh để dừng xe Đồng thời lực tác dụng của người lái xe lên bàn đạp cũng yếu dần đi trong quá trình phanh, làm lực phanh giảm đi Bằng cách nhận biết tốc độ vàlực tác dụng lên bàn đạp phanh của người lái xe, một hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp (BAS) sẽ tự động cung cấp thêm một lực phanh lớn hơn nhiều so với lực phanh do người lái tạo ra để dừng gấp xe Hình (1) so sánh lực phanh tạo ra trong hai trường hợp có và không có trợ lực phanh khẩn cấp.

Hình 1: Đồ thị so sánh lực phanh khi có và không có trợ lực phanh khẩn cấp

Người lái xe phía sau sử dụng xe phía sau sử dụng hệ thống phanh động cơ thông thường người lái cảm thấy khó khăn khi phanh do lực phanh lớn nhất không tác dụng ngay vào hệ thống.

Ngày nay tùy thuộc thiết kế từng hãng sản xuất mà áp dụng các hệ thống phanh khẩn cấp khác nhau

Hiện nay có hai hệ thống hố trợ phanh khẩn cấp chính là :

- Hệ thống phanh thủy lực

- Hệ thống phanh cơ khí

Trên xe Toyota Corolla 2008 sử dụng hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp thủy lực

3) Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp thủy lực (The hydraulic brake assist system)

Hệ thống được kết hợp với hệ thống phanh chống bó cứng hệ thống ABS điều khiển áp lực phanh khi sảy ra hiện tượng bó cứng

Để xác định một trường hợp phanh khẩn cấp ECU dựa vào các tín hiệu : đèn

phanh, gia tốc đạp phanh ,vận tốc xe , khoảng cách