NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊNXE TOYOTA VIOS 2013

MỤC LỤCLỜI NÓI ĐẦU4CHƯƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ6I.Tổng quan61.1. Mục đích, ý nghĩa đề tài.61.2. Sơ lược hệ thống phanh trang bị ABS.7CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE TOYOTA VIOS 201327II.Hệ thống phanh trênxe Toyota Vios 2013.272.1.Sơ đồ làm việc hệ thốnsg phanh trên xe Toyota Vios 2013272.2.Nguyên lý làm việc hệ thống phanh trên xe Toyota Vios 201328CHƯƠNG III: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE TOYOTA VIOS 201335III.Kết cấu và bộ phận chính.353.1.Cơ cấu phanh.353.2.Giới thiệu về Xe Toyota Vios 201351Động cơ ô tô Toyota Vios 2013 có những đặc điểm kết cấu và những thông số kỹ thuật như sau:53CHƯƠNG 4: QUY TRÌNH KIỂM TRA, BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ THỐNG PHANH PHANH ABS TRÊN XE TOYOTA VIOS 201361IV. Các hư hỏng và biện pháp khắc phục hệ thống phanh chính Toyota Vios 2013:614.1. Những công việc bảo dưỡng cần thiết:624.2. Sửa chữa hư hỏng một số chi tiết, bộ phận chính:634.3.Kiểm tra hệ thống ABS.644.4.Kiểm tra hệ thống chuẩn đoán.66Bước 1: Chức năng kiểm tra ban đầu664.5. Kiểm tra bộ phận chấp hành.734.6. Kiểm tra cảm biến tốc độ bánh xe.754.7. Kết luận.75KẾT LUẬN77TÀI LIỆU THAM KHẢO78

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hà Nội, Ngày……tháng……năm 2017

Giáo viên hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

Hà Nội, Ngày……tháng……năm 2017

Giáo viên phản biện

(Ký, ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ô tô trở thành phương tiện quan trọng về hành khách và hàng hóa cho các ngành kinh tế quốc dân, đồngthời trở thành phương tiện tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển ngay ở nước ta số ô tô tư nhân cùng phát triển cùng với sự tăng trưởng kinh tế, mật độ

xe trên đường ngày càng tăng

Mỹ và Nhật là hai nước sản xuất ô tô nhiều nhất thế giới hàng năm mỗinước sản xuất khoảng 12 đến 13 triệu chiếc

Do mật độ ô tô trên đường ngày càng tăng và tốc độ chuyển động ngàycàng cao cho lên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết hàngđầu luôn phải quan tâm Nó không những gây thiệt hại lớn về người mà còn gâythiệt hại lớn về tài sản của nhà nước và của công dân Một trong những nguyênnhân đó là do con người gây ra ( như lái xe say rượu, mệt mỏi, buồn ngủ ) Do

hư hỏng máy móc trục trặc về kỹ thuật và đương xá qúa xấu

Trong nguyên nhân hư hỏng máy móc trục trặc kỹ thuật thì tỉ lệ tai nạngiao thông do hệ thống phanh là 52.2 % đến 74.4% Từ số liệu trên thấy rằng tainạn do hệ thống phanh chiếm tỉ lệ lớn nhất vì thế mà hiện nay hệ thống phanhcàng được cải tiến, tiêu chuẩn về thiết kế, chế tạo và sử dụng nghiêm ngặt vàchặt chẽ nhằm tăng hiệu quả phanh tính ổn định hướng, tăng độ tin cậy làm việcvới mục đích đảm bảo an toàn chuyển động của ô tô

Trong những cải tiến đó thì có hệ thống phanh trang bị ABS Nó còn đượcgọi là hệ thống phanh chống bó cứng bánh là một trong những hệ thống phanh có

ưu điển vượt trội nhất hiện nay Nó đảm bảo cho người và phương tiện trên cácloại đường làm cho người lái chủ động được tốc độ

Vì vậy đề tài: “NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊNXETOYOTA VIOS 2013” sẽ giúp cho em hiểu rõ về công dụng và cấu tạo, nguyên

lý hoạt động của hệ thống từ đó tìm ra cách sử dụng tốt nhất, cách bảo dưỡng vàchuẩn đoán hư hỏng và đưa ra biện pháp sử lý Do hệ thống ABS mới được biếtđến tại Việt Nam nên trong quá trình làm đồ án gặp một số khó khăn về tiếp xúcthực tế và tài liệu tham khảo và sự giúp đõ của thầy hướng dẫn Ths.Trịnh ĐắcPhong Do vậy trong đồ án không tranh khỏi những thiếu sót chưa thể hoànchỉnh được Mong các thầy và các bạn góp ý để đồ án được hoàn thiện tốt hơn

Hà Nội, Ngày … tháng … năm 2019

Sinh viên thực hiện

Bùi Anh Đức

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH TRÊN Ô TÔ

I.Tổng quan

1.1 Mục đích, ý nghĩa đề tài

Hiện nay ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách

và vận chuyển hàng hoá cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thànhphương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển Ở nước ta,

số người sử dụng ô tô ngày càng nhiều cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế,mật độ ô tô lưu thông trên đường ngày càng cao dẫn đến tai nạn giao thông ngàycàng nhiều Do đó để đảm bảo tính an toàn vấn đề tai nạn giao thông là mộttrong những hướng giải quyết cần thiết nhất, luôn được quan tâm của các nhàthiết kế và chế tạo ôtô mà hệ thống phanh đóng vai trò rất quan trọng

Phanh sử dụng ABS là một trong hai công nghệ bổ sung cho hệ thốngphanh hữu dụng nhất của ngành công nghiệp ôtô thời gian gần đây Vai trò chủyếu của ABS là giúp tài xế duy trì khả năng kiểm soát xe trong những tình huốngphanh gấp

Cũng vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng được cải tiến, tiêuchuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt vàchặt chẽ

Ðối với sinh viên ngành cơ khí giao thông việc khảo sát, thiết kế, nghiêncứu về hệ thống phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn Ðó là lý do em chọn đề tài

“NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE TOYOTA VIOS2013”.Ðể giải quyết vấn đề này thì trước hết ta cần phải hiểu rõ về nguyên lýhoạt động, kết cấu các chi tiết, bộ phận trong hệ thống phanh Từ đó tạo tiền đềcho việc thiết kế, cải tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng tính ổn

định hướng và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc với mục đíchđảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả chuyển động của ô tô

Hệ thống phanh xe Toyota Vios là hệ thống phanh dẫn động thủy lực sửdụng ABS, là một trong những hệ thống phổ biến hiện nay

1.2 Sơ lược hệ thống phanh trang bị ABS

1.2.1.Công dụng,yêu cầu hệ thống phanh

độ và năng suất vận chuyển

1.2.1.2 Yêu cầu:

Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:

- Làm việc bền vững, tin cậy

- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong trườnghợp nguy hiểm

- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và antoàn cho hành khách và hàng hóa

- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian không hạnchế

- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển khi phanh

- Không có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng đứng

và khi quay vòng

- Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn dịnh trong mọiđiều kiện sử dụng

- Có khả năng thoát nhiệt tốt

- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện, lực tác dụng lên bàn đạp hay đòn điềukhiển nhỏ

Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường hợp, hệthống phanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại phanh:

- Phanh làm việc: phanh này là phanh chính, được sử dụng thường xuyên

ở mọi chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp nên còn đượcgọi là phanh chân

- Phanh dự trữ: dùng phanh ô tô máy kéo khi phanh chính hỏng

- Phanh dừng: Còn gọi là phanh phụ Dùng để giữ cho ô tô máy kéo đứngyên tại chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc Phanh này thường được điềukhiển bằng tay đòn nên còn được gọi là phanh tay

- Phanh chậm dần: trên các ô tô máy kéo tải trọng lớn (như: xe tải, trọnglượng toàn bộ lớn hơn 12 tấn; xe khách, trọng lượng lớn hơn 5 tấn) hoặc làmviệc ở vùng đồi núi, thường xuyên phải chuyển động xuống các dốc dài, còn phải

có loại phanh thứ tư là phanh chậm dần, dùng để:

+ Phanh liên tục, giữ cho tốc độ ô tô máy kéo không tăng quá giới hạn chophép khi xuống dốc

+ Để giảm dần tốc độ ô tô máy kéo trước khi dừng hẳn

Các loại phanh trên có thể có các bộ phận chung và kiêm nhiệm chức năngcủa nhau nhưng chúng phải có ít nhất là hai bộ phận là điều khiển và dẫn độngđộc lập

Ngoài ra còn để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh chính còn được phânthành các dòng độc lập để nếu một dòng nào đó bị hỏng thì các dòng còn lại vẫnlàm việc bình thường.

Để có hiệu quả phanh cao:

- Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn

- Phân phối mômen phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng đượctoàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh Muốn vậy lực phanh trên các bánh xephải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên chúng

- Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng các bộ trợ lực hay dùng dẫnđộng khí nén hoặc bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe có trọnglượng lớn

Để đánh giá hiệu quả phanh người ta sử dụng hai chỉ tiêu chính: gia tốcchậm dần và quãng đường phanh.Ngoài ra cũng có thể sử dụng các chỉ tiêu khác,như: lực phanh hay thời gian phanh

Các chỉ tiêu quy định về hiệu quả phanh cho phép do từng quốc gia haytừng hiệp hội qui định riêng dựa vào nhiều yếu tố, như: nguồn gốc và chủng loạicác ô tô đang lưu hành, điều kiện đường xá, trình độ tổ chức kiểm tra kỹ thuật,các trang thiết bị kiểm tra…

Khi phanh bằng phanh dữ trữ hoặc bằng các hệ thống khác thực hiện chứcnăng của nó, gia tốc chậm dần cần phải đạt 3m/s2 đối với ô tô khách và 2,8m/s2

đối với ô tô tải

Đối với hệ thống phanh dừng, hiệu quả phanh được đánh giá bằng tổnglực phanh thực tế mà các cơ cấu phanh của nó tạo ra Khi thử (theo cả hai chiều:đầu xe hướng xuống dốc và ngược lại) phanh dừng phải giữ được ô tô máy kéochở đầy tải và động cơ tách khỏi hệ thống truyền lực, đứng yên trên mặt dốc có

độ nghiêng không nhỏ hơn 25%

a) b) c)

Hệ thống phanh chậm dần phải đảm bảo cho ô tô máy kéo khi chuyểnđộng xuống các dốc dài 6km, độ dốc 7%, tốc độ không vượt quá 30±2 km/h, màkhông cần sử dụng các hệ thống phanh khác Khi phanh bằng phanh này, gia tốcchậm dần của ô tô máy kéo thường đạt khoảng 0,6÷2,0 m/s2

Để đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô máy kéo khi phanh, sựphân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các điềukiện sau:

-Lực phanh trên các bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải bằng nhau.Sai lệch cho phép không được vượt quá 15% lực phanh lớn nhất

-Không xảy ra hiện tượng khóa cứng, trượt các bánh xe khi phanh Vì: cácbánh xe trước trượt sẽ làm cho ô tô máy kéo bị trượt ngang; các bánh xe sautrượt có thể làm ô tô máy kéo mất tính điều khiển, quay đầu xe Ngoài ra cácbánh xe bị trượt còn gây mòn lốp, giảm hiệu quả phanh do giảm hệ số bám

Để đảm bảo yêu cầu này, trên ô tô máy kéo hiện đại người ta sử dụng các bộđiều chỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe (Antilock BrakingSystem-ABS)

1.2.1.3.Phân loại hệ thống phanh

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý các loại phanh chính

b-Phanh đĩa

- Theo vị trí bố trí cơ cấu phanh, phanh chia ra các loại: phanh bánh xe vàphanh truyền lực

- Theo dạng bộ phận tiến hành phanh (phần tử ma sát), phanh chia ra:phanh guốc, phanh đĩa và phanh dải

- Theo loại dẫn động, phân chia ra: phanh cơ khí, phanh thủy lực, phanhkhí nén, phanh điện từ và phanh liên hợp (kết hợp các loại khác nhau)

1.2.2.Chức năng nhiệm vụ ABS ,phân loại ABS

1.2.2.1.Chức năng nhiệm vụ ABS

ABS thực ra là công nghệ điện tử thay thế cho phương pháp phanh hiệuquả nhất (đặc biệt trên mặt đường trơn trượt) là đạp - nhả pê-đan liên tục, cảmnhận dấu hiệu rê bánh để xử lý Do việc thực hiện kỹ thuật này không đơn giản

mà các chuyên gia ôtô ở hãng Bosch, Đức, đã nghiên cứu, chế tạo cơ cấu ABSbao gồm các cảm biến lắp trên bánh xe (ghi nhận tình trạng hoạt động); bộ xử lýđiện tử CPU và thiết bị điều áp (đảm nhiệm thay đổi áp suất trong piston phanh)

Trong trường hợp phanh gấp, nếu CPU nhận thấy một hay nhiều bánh cótốc độ quay chậm hơn mức quy định nào đó so với các bánh còn lại, thông quabơm và van thủy lực, ABS tự động giảm áp suất tác động lên đĩa (quá trình nhả),giúp bánh xe không bị hãm cứng (hay còn gọi là "bó")

Tương tự, nếu một trong các bánh quay quá nhanh, máy tính cũng tự độngtác động lực trở lại, đảm bảo quá trình hãm Để thực hiện được điều này, hệthống sẽ thực hiện động tác ép - nhả má phanh trên phanh đĩa khoảng 15 lần mỗigiây, thay vì tác động một lần cực mạnh khiến bánh có thể bị "chết" như trên các

xe không có ABS Hệ thống phanh ABS hiện đại thường được nhà sản xuất trang

bị để đảm bảo tính tiện nghi cũng như mức độ an toàn của xe ô tô hiện đại khi xe

ô tô ngày càng phổ biến tại Việt Nam

Các bộ điều chỉnh lực phanh, bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suấttrong dẫn động phanh các bánh xe trước và sau, có thể đảm bảo:

- Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng triệt để trọng lượngbám và tránh quay xe khi phanh)

Hình 1.2 Quá trình phanh có và không có ABS trên đoạn đường cong.

- Hoặc hãm cứng các bánh xe trước (để đảm bảo điều kiện ổn định)

Tuy nhiên quá trình phanh như vậy vẫn chưa phải là có hiệu quả cao và antoàn nhất vì:

- Khi phanh ngặt, các bánh xe vẫn có thể bị hãm cứng và trượt dọc Cácbánh xe trượt lết trên đường sẽ gây mòn lốp và giảm hệ số bám

- Các bánh xe bị trượt dọc hoàn toàn, còn mất khả năng tiếp tục nhận lựcngang và không thể thực hiên quay vòng khi phanh trên đoạn đường cong hoặcđổi hướng để tránh chướng ngại vật (hình 1.2), đặc biệt là trên các mặt đường có

hệ số bám thấp Do đó dễ gây ra những tai nạn khi phanh

Vì vậy mục tiêu của hệ thống phanh ABS là giữ cho bánh xe trong quátrình phanh có độ trượt thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị λ0, khi đó hiệuquả phanh cao nhất (lực phanh đạt giá trị cực đại do giá trị φmax) đồng thời tính

ổn định và tính dẫn hướng của xe là tốt nhất (φy đạt giá trị cao), thỏa mãn cácyêu cầu cơ bản của hệ thống phanh là rút ngắn quảng đường phanh, cải thiện tính

ổn định và khả năng điều khiển lái của xe trong khi phanh.

Quãng đường phanh: Trong tính toán động lực học quá trình phanh, quãngđường phanh x được xác định theo phương trình sau:

2 2

p

V V F M

Trong đó:

X: là quãng đường phanh

M: là khối lượng của xe

V0: là vận tốc ban đầu khi bắt đầu phanh

Vf: là vận tốc cuối cùng

Ta thấy quãng đường phanh đến khi xe dừng hẳn (Vf = 0) phụ thuộc vàovận tốc ban đầu (V0), khối lượng M của xe và lực phanh Fp Khi lực phanh đạtcực đại thì quảng đường phanh là ngắn nhất (xem các nhân tố khác giữ nguyêngiá trị) Theo hình 1.3, nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở vùng lân cận λ0 thì

sẽ đạt được lực phanh cực đại, khi đó quảng đường phanh là ngắn nhất

Tính ổn định chuyển động và tính ổn định hướng: Duy trì khả năng bámngang trong vùng có giá trị đủ lớn nhờ vậy làm tăng tính ổn định chuyển động và

ổn định quay vòng khi phanh “xét theo quan điểm về độ trượt” Tuy nhiên do sựkhác biệt thường xuyên của tải trọng và hệ số bám trên các bánh xe và các bánh

xe được điều khiển một cách độc lập với cùng một ngưỡng gia tốc nên lực phanhtrên các bánh xe sẽ khác nhau Sự khác biệt lực phanh trên các bánh xe trái phải

sẽ tạo ra mô men quay vòng cưỡng bức quanh trục thẳng đứng (trục thẳng đứng

đi qua trọng tâm xe nếu tổng lực phanh của các bánh xe bên trái khác tổng lựcphanh của các bánh xe bên phải) Mô men quay vòng cưỡng bức sẽ làm lệchhướng chuyển động của xe khi phanh, làm giảm ổn định chuyển động Đối với

xe du lịch mô men quán tính của khối lượng nhỏ, vận tốc đâm xe lớn có thể gâynguy hiểm khi phanh Ngoài ra trạng thái trượt của các bánh xe ở các cầu khác

nhau cũng làm thay đổi đặc tính quay vòng của xe khi phanh, nếu độ trượt củabánh xe cầu trước lớn hơn cầu sau dẫn đến góc lệch hướng trước lớn hơn góclệch hướng sau thì xe có xu hướng quay vòng thiếu, nếu độ trượt của bánh xe saulớn hơn bánh xe trước thì xe có xu hướng quay vòng thừa.

Hình 1.3 Sơ đồ biểu diễn hệ số trượt trên các loại đường.

Tỉ số trượt:

Tỉ số khác biệt giữa tốc độ xe và tốc độ bánh xe

Tỉ số trượt = (tốc độ xe – tốc độ bánh xe).100%/tốc độ xe

Tỉ số trượt 0% là trạng thái bánh xe quay tự do không có lực cản

Tỉ số trượt 100% là trạng thái trong đó bánh xe bị bó cứng hoàn toàn và trượttrên mặt đường

Mối quan hệ giữa lực phanh và tỉ số trượt được biểu diễn bởi đồ thị Bằng

đồ thị ta có thể dễ dàng hiểu được mối liên hệ giữa lực phanh và hệ số trượt Lựcphanh không nhất thiết cân đối với tỷ số trượt Vì vậy để đảm bảo lực phanh lớn

nhất thì tỷ số trượt nằm trong vùng dung sai trượt ABS

Từ những kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng đốivới ABS thì hiệu quả phanh và ổn định phanh phụ thuộc chủ yếu vào việc lựachọn sơ đồ phân phối các mạch điều khiển và mức độ độc lập hay phụ thuộc củaviệc điều khiển lực phanh tại các bánh xe Sự thỏa mãn đồng thời hai chỉ tiêuhiệu quả phanh và ổn định khi phanh là khá phức tạp và là vấn đề đã và đangnghiên cứu của các nhà chuyên môn

Các hệ thống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng nguyên lý điềuchỉnh sau đây:

- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh

- Theo giá trị độ trượt cho trước

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

Ở các loại đường nhựa khô, hệ số bám dọc vẫn tương đối cao Tuy nhiên

hệ số bám ngang φy nhỏ, do đó không đảm bảo được lực bám ngang, làm cho xemất tính ổn định hướng khi phanh Vì vậy trang bị ABS trên xe sẽ vẫn rất cầnthiết để đảm bảo hiệu quả phanh tốt nhất Qua thực nghiệm người ta thấy rằngkhi có trang bị hệ thống ABS:

Đường nhựa khô: hiệu quả phanh đạt khoảng 115% (tăng 15% so với không cóABS)

Đường đóng băng: hiệu quả phanh đạt khoảng 150% (tăng 50% so với không cóABS)

Tóm lại khi có trang bị hệ thống ABS:

Lợi về hiệu quả phanh (lực phanh lớn hơn do hệ số bám luôn ở phạm vi giá trị

φmax )

Lợi về tính ổn định ngang do φy còn đủ lớn giúp cho xe ổn định ngang

1.2.2.2.Phân loại ABS

Hệ thống phanh ABS được phân loại theo nhiều phương pháp điều chỉnh,phương pháp điều khiển, phương pháp điều chỉnh, thành phần kết cấu, ngoài racòn phân loại theo số lượng cảm biến và số dòng dẫn động điều khiển riêng rẽ.

Hình 1.4 Các phương pháp điều chỉnh áp suất phanh.

a Dùng bơm hồi dầu; b- Xả dầu về đường hồi; c-Dùng piston đối áp

Mặc dù có chung một nguyên lý làm việc, nhưng các ABS có thể đượcthiết kế theo nhiều sơ đồ kết cấu và biện pháp điều chỉnh áp suất khác nhau Hệthống ABS được phân loại theo các phương pháp sau:

- Theo phương pháp điều khiển, ABS có thể chia thành hai nhóm lớn: điềukhiển bằng cơ khí và điều khiển điện tử.

Hệ thống ABS được phân loại theo các phương pháp sau:

Hình 1.5 là sơ đồ phân loại hệ thống ABS đã được các hãng trên thế giớichế tạo:

Hình 1.5 Sơ đồ phân loại hệ thống ABS

- Theo thành phần kết cấu, các ABS điều khiển điện tử chia ra:

Loại dùng kết hợp với xi lanh chính của hệ thống phanh cổ điển (còn gọi làloại không tích hợp)

Loại bán tích hợp

Loại tích hơp

- Theo phương pháp điều chỉnh (giảm) áp suất, chia ra:

Dùng bình tích năng và bơm hồi dầu

Dùng van xả dầu về bình chứa

Dùng piston đối áp

- Ngoài ra các ABS còn có thể phân loại theo số lượng cảm biến và số dòngdẫn động điều khiển riêng rẽ

1.2.3.Sơ đồ nguyên lý làm việc, một số sơ đồ điển hình

1.2.3.1.Sơ đồ nguyên lý làm việc

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS thực chất là một bộ điều chỉnhlực phanh có mạch liên hệ ngược Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạngnhư trên hình 1.6 gồm:

Hình 1.6 Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh xe.

1 Cảm biến tốc độ 4- Nguồn năng lượng

2- Bộ phận điều khiển 5- Xilanh chính hoặc tổng van khí nén 3- Cơ cấu thực hiện 6- Xilanh bánh xe hoặc bầu phanh

Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp hành hay cơ cấu thựchiện 3 và nguồn năng lượng 4.

- Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số đượcchọn để điều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặcgiá trị độ trượt) và truyền tín hiệu đến bộ phận điều khiển 2 Bộ phận 2 sẽ xử lýtín hiệu và truyền đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp suấttrong dẫn động phanh

- Chất lỏng được truyền từ xi lanh chính (hay tổng van khí nén) 5 qua 3 đếncác xi lanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép các guốc phanh và thực hiện quátrình phanh

Để hiểu được nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe, ta khảosát quá trình phanh xe như trên hình 1.7

Hình 1.7 Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh.

Nếu bỏ qua mômen cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Zbx = const, thìphương trình cân bằng mô men tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khiphanh, có dạng:

0 )

d

d J M

ϕ

Ở đây:Mp - Mô men phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh.

Mφ - Mô men bám của bánh xe với đường

Jb - Mô men quán tính của bánh xe

b b

J

M M d

Hình 1.8 Sự thay đổi các thông số khi phanh có ABS.

Sự thay đổi Mp, Mφ, và εb theo độ trượt được thể hiện trên hình 1.8

Đoạn O - 1 – 2 biểu diễn quá trình tăng Mp khi đạp phanh Hiệu (Mp - Mφ)

tỷ lệ với gia tốc chậm dần εb của bánh xe Hiệu trên tăng nhiều khi đường Mφ điqua điểm cực đại Do đó sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh Sựtăng đột ngột của gia tốc εb chứng tỏ bánh xe sắp bị hãm cứng và được sử dụnglàm tín hiệu vào thứ nhất để điều khiển làm giảm áp suất trong dòng dẫn động

Do có độ chậm tác dụng nhất định nào đó (phụ thuộc vào tính chất hệ thống), sựgiảm áp suất thực tế bắt đầu từ điểm 2

Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi Mp - Mφ) Vào

thời điểm tương ứng với điểm 4 – mô men phanh có giá trị cực tiểu không đổi.

Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mô men phanh nhỏ hơn mô men bám,nên xảy ra sự tăng tốc bánh xe Sự tăng gia tốc góc bánh xe được sử dụng làm tínhiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5)

- Khi tốc độ góc bánh xe tăng lên, độ trượt giảm và bởi vậy φ và Mφ cũng tăng lên

- Tiếp theo, chu trình lặp lại Như vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc thìtăng tốc lúc thì giảm tốc và buộc Mφ phải thay đổi theo chu trình kín 1 - 2 - 3 - 4

- 5 - 6 - 1, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ1 ÷ λ2 (hình1.8), đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với cực đại nhất

Trên hình 1.9 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động và giatốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian

Hình 1.9 Sự thay đổi áp suất trong dẫn động

(a) và gia tốc chậm dần của bánh xe ; (b) khi phanh có ABS

Hình 1.9a cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn (3pha):tăng áp suất(1 >2), giảm áp suất (2 >4) và duy trì (giữ) áp suất (4 >5) ABSlàm việc với 3 giai đoạn như vậy gọi là ABS 3 pha Một số ABS có thể không cópha duy trì áp suất- gọi là ABS 2 pha

Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổitrong khoảng λ1 ÷ λ2 = (15 ÷ 30)% Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khínén khoảng (3 ÷ 8) Hz còn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz.

Để thấy rõ vai trò của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 1.1 nhậnđược khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp có và không có ABS và đồthị quá trình phanh trên hình 1.10; 1.11

Bảng 1.1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch có trang bị ABS.

(mỗi bánh xe có một cảm biến và điều khiển riêng)

Loại đường

Tốc độ bắtđầu phanhV(m/s)

Quảng đường phanh Sp(m) Mức tăng hiệu

10,618,7

13,123,7

19,121,1Đường bê tông khô

Đường bê tông ướt

27,7727,77

41,162,5

50,0100,0

17,837,5

Hình 1.10 Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn không có ABS.

Hình 1.11 Quá trình phanh điển hình của ôtô có trang bị ABS.

1.2.3.2.Một số sơ đồ điển hình

Sau đây sẽ giới thiệu một số sơ đồ ABS phổ biến dùng với dẫn động thủy lực,điều khiển bằng điện tử

6 5

7

ECU

Hình 1.12 Sơ đồ ABS 1 kênh 1 cảm biến.

4- Cơ cấu cung cấp năng lượng

ABS 1 kênh – RWAL (Rear Wheel Antilock) hay RABS (Rear AntilockBraking System) là những hệ thống chống hãm cứng hai bánh sau, điều khiển ápsuất dòng dẫn động đi đến đồng thời cả hai phanh bánh sau, nó chỉ là những hệthống đơn giản được thiết kế cho các loại xe thể thao, xe tải nặng, vì các loại xenày rất dễ bị hãm cứng bánh sau khi phanh trong trường hợp non hoặc không tải.

Sơ đồ hình 1.12 sử dụng một cảm biến tốc độ bánh xe với vòng răng cảmbiến đặt trên bánh răng vành chậu của bộ vi sai cầu sau (tài liệu tham khảo [6])

Sơ đồ này hai bánh sau được điều khiển chung theo modun chọn thấp (select lowmode), tức là bánh xe nào có khả năng bám thấp sẽ quyết định áp lực phanhchung cho cả cầu sau

Hình 1.13 Sơ đồ ABS 3 kênh 3 cảm biến.

Sơ đồ hình 1.13 sử dụng hai cảm biến tốc độ bánh xe đặt ở các bánh xe cầutrước và một cảm biến tốc độ bánh xe với vòng răng cảm biến đặt trên bánhrăng vành chậu của bộ vi sai cầu sau (tài liệu tham khảo [4])

Hình 1.14 Sơ đồ ABS 3 kênh 4 cảm biến.

Trên hình 1.14 là sơ đồ ABS 3 kênh có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4 van điều khiển (tài liệu tham khảo [4]) Phương án này hai bánh trước được điều khiển độc lập, hai bánh sau được điều khiển chung theo modun thấp (select low mode), tức là bánh xe nào có khả năng bám thấp sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau Phương án này sẽ loại bỏ được mô men quay vòng cưỡng bức trên cầu sau tính ổn định tăng nhưng hiệu quả phanh giảm bớt

Hì

nh 1.15 Sơ đồ ABS 4 kênh 4 cảm biến.

ABS 4 kênh điều khiển phanh 4 bánh xe một cách riêng biệt Đây là hệ thống hoàn chỉnh nhưng đắt tiền nhất và yêu cầu mỗi bánh xe phải có một cảm biến tốc

độ riêng

Trên hình 1.15 là sơ đồ ABS 4 kênh có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4van điều khiển độc lập (sử dụng phổ biến cho xe động cơ đặt trước bánh trướcchủ động) Với phương án này các bánh xe đều được tự động điều chỉnh lựcphanh sao cho luôn nằm trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quảphanh là lớn nhất Tuy nhiên khi phanh trên đường có hệ số bám trái và phảikhông đều thì mô men quay vòng cưỡng bức lớn tính ổn định giảm

CHƯƠNG II: SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC HỆ THỐNG

PHANH ABS TRÊN XE TOYOTA VIOS 2013

II.Hệ thống phanh trênxe Toyota Vios 2013

2.1.Sơ đồ làm việc hệ thốnsg phanh trên xe Toyota Vios 2013

2.1.1.Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Vios 2013

9

6

5 4 3 2 1

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Vios 2013

4-Bàn đạp

2.2.Nguyên lý làm việc hệ thống phanh trên xe Toyota Vios 2013

2.2.1.Khi không phanh

Khi không phanh, không có lực tác dụng lên bàn đạp phanh nhưng cảmbiến tốc độ luôn đo tốc độ bánh xe và gửi về khối điều khiển ECU khi xe hoạtđộng

2.2.2.Khi phanh ABS chưa làm việc

9

6

5 4 3 2 1

Hình 2.2 Khi phanh bình thường.

4-Bàn đạp

Khi người lái đạp phanh, rà phanh mà lực phanh chưa đủ lớn để xảy ra hiệntượng trượt bánh xe quá giới hạn cho phép, dầu phanh với áp suất cao sẽ đi từtổng phanh đến lỗ nạp thường mở của van nạp để đi vào và sau đó đi ra khỏi cụm

thủy lực mà không hề bị cản trở bởi bất kỳ một chi tiết nào trong cụm thủy lực.Dầu phanh sẽ được đi đến các xilanh bánh xe hoàn toàn giống với hoạt động củaphanh thường không có ABS.

Khi phanh các xilanh bánh xe sẽ ép các má phanh vào đĩa phanh hay đĩaphanh tạo ra lực ma sát phanh làm giảm tốc độ của bánh xe và của xe Ở chế độnày bộ điều khiển ECU không gửi tín hiệu đến bộ chấp hành cụm thủy lực, mặc

dù cảm biến tốc độ vẫn luôn hoạt động và gửi tín hiệu đến ECU

2.2.3.Khi phanh ABS làm việc

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh đủ lớn sẽ gây nên hiện tượng trượt Khi hệ số trượt vượt quá giới hạn quy định (10÷30%) thì ABS sẽ bắt đầu làm việc và chế độ làm việc của ABS gồm các giai đoạn sau:

a,Giại đoạn tăng áp suất(phanh bình thường):

Trong giai đoạn này hệ thống phanh làm việc như một hệ thống phanh bìnhthường không có ABS

- Giai đoạn này còn gọi là giai đọan tạo áp suất Người lái hoàn toàn điềukhiển áp suất cung cấp cho các xi lanh bánh xe và các thiết bị liên quan khác

- Sơ đồ làm việc của hệ thống như trên hình 2.3: Người lái tác dụng lên bàn đạpphanh ép dầu từ xi lanh chính đi qua cửa “A” (đang mở) rồi qua cửa “C” đến xylanh bánh xe (cửa “B” đóng), ép má phanh vào đĩa phanh để thực hiện quá trìnhphanh Van một chiều (7) (thường đóng) ngăn không cho dầu đi đến bơm Ápsuất trong dẫn động tỷ lệ với lực đạp Khi người lái nhả phanh, dầu đi từ xy lanhbánh xe qua cửa “C” rồi qua cửa “A“ và van một chiều (6) hồi về xy lanh chính

Hình 2.3 Giai đọan tăng áp suất

2- Xy lanh bánh xe 6,7,8- Van một chiều

3- Cảm biến tốc độ bánh xe 9- Xy lanh chính

b,Giai đoạn giảm áp suất:

Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn solenoidcủa van điện, làm sinh ra một lực từ mạnh Van điện 3 vị trí chuyển động lênphía trên để đóng cửa “A” và mở cửa “B” cho chất lỏng từ xi lanh bánh xe đi vào

bộ tích năng (1) thoát về vùng áp suất thấp của hệ thống, do vậy áp suất trongdẫn động phanh được giảm xuống (hình 2.4), tránh cho các bánh xe khỏi bị hãmcứng

Cùng lúc đó, môtơ bơm hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh được hồitrả về xy lanh phanh chính từ bình chứa Mặt khác van một chiều 6 và cửa “A”đóng ngăn không cho dầu phanh từ xy lanh chính vào van điện 3 vị trí Kết quả

là áp suất dầu bên trong xy lanh bánh xe giảm, ngăn không cho bánh xe bị bócứng

Hình 2.4 Giai đoạn giảm áp suất

2- Xy lanh bánh xe 6,7,8- Van một chiều

3- Cảm biến tốc độ bánh xe 9- Xy lanh chính

c,Giai đọan giữ áp suất:

Sơ đồ làm việc của giai đọan này như trên hình 2.5 : Khi áp suất bên 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, ECU cấp dòng điện 2A đến cuộn dây củavan điện để giữ áp suất trong xy lanh bánh xe không đổi.

Hình 2.5 Giai đoạn giữ áp suất

2- Xy lanh bánh xe 6,7,8- Van một chiều

3- Cảm biến tốc độ bánh xe 9- Xy lanh chính

Khi dòng điện cung cấp cho cuộn Solenoid giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp)xuống 2A (ở chế độ giữ) thì lực từ phát ra trong cuộn Solenoid cũng giảm xuống,lúc này dưới tác dụng của lực lò xo viên bi bị ép chặt trên đế van làm cho cửa

“A” và cửa “B” đóng lại Các van một chiều (6) và (7) chịu tác dụng của áp suất

do lực đạp phanh cũng đóng lại Nhờ đó mà áp suất trong dẫn động phanh đượcgiữ không đổi mặc dù người lái vẫn tiếp tục đạp phanh

Hình 2.6 Giai đoạn tăng áp suất tiếp theo

2- Xy lanh bánh xe 6,7,8- Van một chiều

3- Cảm biến tốc độ bánh xe 9- Xy lanh chính

Khi cần tăng áp suất trong xy lanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắtdòng điện cấp cho 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 “C” trong vanđiện 3 vị trí đến xy lanh bánh xe Mức độ tăng áp suất dầu được điều khiển nhờlặp lại các chế độ “tăng áp” và “giữ áp”

Trong quá trình ABS làm việc, thông qua công tắc cảm biến hành trình củabàn đạp phanh, bộ điều khiển điện tử cũng đồng thời truyền tín hiệu kích hoạtcụm bơm môtơ (10) làm việc để bù lại lượng dầu xả về bình chứa, để giữ hànhtrình bàn đạp không bị tăng lên

Chu trình cứ thế lặp đi lặp lại giữ cho bánh xe được phanh ở giới hạn trượtcục bộ tối ưu mà không bị hãm cứng hoàn toàn

Trên hình 2.7 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh ABS Chu trình điềuchỉnh áp suất trong dẫn động phanh khi ABS làm việc.

Hình 2.7 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh ABS

1, 3, 8, 10- Van điện từ 3 vị trí 7- Xy lanh bánh xe sau bên trái

2- Xy lanh bánh xe trước bên trái 9- Xylanh bánh xe trước bên phải

4- Xy lanh bánh xe sau bên phải 11- Van phân phối

6- Mô tơ bơm

CHƯƠNG III: ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN

XE TOYOTA VIOS 2013

III.Kết cấu và bộ phận chính

3.1.Cơ cấu phanh

3.1.1.Cơ cấu phanh

3.1.1a.Cơ cấu phanh trước

I 7

8 Φ 62

13

15 14

Hình 3.1 Kết cấu đĩa phanh có xẻ rãnh thông gió

1-Má Phanh 6-Vòng chặn dầu 11-Kẹp đỡ xylanh thắng

2-Nắp chặn 7-Nắp chụp chắn bụi 12-Đệm cao su làm kín3-Vỏ bộ xylanh thắng 8-Vít xả khí 13-Đĩa phanh

5-Bu lông giữ 10-Bu lông khóa 15-Lỗ tản nhiệt đĩa phanhĐặc điểm kết cấu các chi tiết và bộ phận chính:

5

2

1

Hình 3.2 Cơ cấu phanh trước

3-Chốt dẫn hướng

Hệ thống phanh xe Toyota vios 2013 gồm:

Hệ thống phanh chính (phanh chân): Phanh trước và phanh sau là phanh đĩa điềukhiển bằng thuỷ lực trợ lực chân không, có sử dụng hệ thống chống hãm cứngABS

Phanh dừng (phanh tay): phanh cơ khí tác dụng lên bánh sau

Dầu phanh: DOT 3 hoặc DOT 4

+ 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 nhômhay đồng còn lớp mặt ma sát - bằng gang xám

+ Má kẹp: được đúc bằng gang rèn

+ Các xi lanh thủy lực: được đúc bằng hợp kim nhôm Để tăng tính chống mòn

và giảm ma sát, bề mặt làm việc của xi lanh được mạ một lớp crôm Khi xi lanhđược chế tạo bằng hợp kim nhôm, cần thiết phải giảm nhiệt độ đốt nóng dầuphanh Một trong các biện pháp để giảm nhiệt độ của dầu phanh là giảm diệntích tiếp xúc giữa piston với guốc phanh hoặc sử dụng các piston bằng vật liệuphi kim

+ Các thân má phanh: chỗ mà piston ép lên được 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 3.3a, 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 như J3, vònglàm kín có thể bị ép tụt ra khỏi rãnh lắp trên xi lanh Với khe hở như J2, vòng làmkín sẽ hư 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 vềtrạng thái ban đầu.

Nhờ độ đàn hồi của các vòng làm kín 7 ( Hình 3.3c) và độ đảo chiều trục của đĩa,khi nhả phanh các má phanh luôn được 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 biệtnào Tuy vậy, trên một số xe kích cỡ lớn có thể có trang bị thêm cơ cấu điềuchỉnh khe hở tự động

Ưu nhược điểm:

Qua phân tích nguyên lý làm việc và đặc điểm kết cấu, ta thấy phanh đĩa có mộtloạt các ưu điểm so với cơ cấu phanh trống - guốc như sau:

- Có khả năng làm việc với khe hở nhỏ 0,05 ÷ 0,15 mm nên rất nhạy, giảmđược 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 dưỡng 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 trịcủa chúng để đạt hiệu quả phanh cần thiết mà không bị giới hạn bởi điều kiệnbiến dạng của kết cấu Vì thế phanh đĩa có kích thước nhỏ gọn và dễ bố trí trongbánh 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 mònnhanh

- 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 dụngchúng để kết hợp làm phanh dừng.

c)

J 1 2

1

Hình 3.3 Biến dạng đàn hồi của vòng làm kín.

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;

1- Piston 2- Vòng làm kín 3- Xilanh

3.1.1b.Cơ cấu phanh sau

Phanh sau là phanh đĩa điều khiển bằng thuỷ lực trợ lực chân không, có sửdụng hệ thống chống hãm cứng ABS

Phanh dừng (phanh tay): phanh cơ khí tác dụng lên bánh sau