Khi người tài xế tác động vào bàn đạp phanh mạnh, khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU nhận biết điều này thông qua cảm biến tốc độ bánh xe, ECU gửi dòng điện 5A đến c[r]
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT VĨNH LONG
TIỂU LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHANH ABS VÀ CÁC HỆ
THỐNG AN TOÀN KHÁC TRÊN Ô TÔ
-Giáo viên hướng dẫn: GVC.Ths.HỒ HỮU CHẤN
-Sinh viên thực hiện: Võ Đông Hồ MSSV: 14601004
Năm 2016
Trang 2NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Vĩnh Long, ngày tháng năm 2016
Giảng viên hướng dẫn
Hồ Hữu Chấn
Trang 3NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
Vĩnh Long, ngày tháng năm 2016
Giảng viên phản biện
Lương Văn Vạn
Trang 4LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian 1,5 năm học liên thông từ Cao đẳng lên Đại học, em chân thành cảm
ơn quý Thầy trong khoa Cơ khí động lực, và quý Thầy ở các khoa khác trong Trường Đại
học Sư phạm Kỹ thuật hết lòng truyền đạt các kiến thức nền và kiến thức chuyên môn
hữu ích và quan trọng trong ngành công nghệ kỹ thuật ô tô, giúp chúng em có những kiến
thức vững chắc trong nghề
Trong quá trình thực hiện tiểu luận tốt nghiệp “Hệ thống phanh ABS và các hệ
thống an toàn khác trên ô tô”, em xin chân thành cảm ơn Thầy Hồ Hữu Chấn đã cung cấp
tài liệu, tận tình chỉ dạy, hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài
này
Cảm ơn sự đóng góp ý kiến của các bạn sinh viên khoa Cơ Khí Động Lực để tôi
hoàn thành tốt đề tài nêu trên
Xin trân trọng cám ơn
Sinh viên thực hiện
Võ Đông Hồ
Trang 5MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 13
1.1 Lý do chọn đề tài 13
1.2 Mục tiêu của đề tài: 13
1.3 Phương pháp nghiên cứu 14
1.4 Giới hạn của đề tài 14
1.5 Thời gian thực hiện 14
CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG PHANH CHỐNG BÓ CỨNG BÁNH XE ABS 15
2.1 Tổng quan: 15
2.1.1 Lịch sử phát triển 15
2.1.2 Mối quan hệ giữa lực phanh và độ trượt 16
2.1.3 Giới thiệu hệ thống phanh ABS 17
2.1.4 Yêu cầu của hệ thống ABS 19
2.2 Phân loại hệ thống ABS theo kiểu điều khiển 19
2.2.1 Điều khiển theo ngưỡng trượt 19
2.2.2 Điều khiển độc lập hay phụ thuộc 19
2.2.3 Điều khiển theo kênh 20
2.3 Các phương án bố trí hệ thống điều khiển của ABS 21
2.4 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống phanh ABS 26
2.4.1 Các tín hiệu đầu vào 26
a Cảm biến tốc độ bánh xe (Revolution sensor) 26
b Cảm biến giảm tốc 29
2.4.2 ECU điều khiển trượt (ABS ECU) 31
2.4.3 Bộ chấp hành thuỷ lực ABS 33
a Bộ chấp hành thuỷ lực ABS dùng 4 van 3 vị trí 34
b Bộ chấp hành thuỷ lực ABS dùng 8 van 2 vị trí 37
2.5 Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe LEXUS GS 350 40
Trang 62.5.1 Sơ đồ hệ thống phanh ABS 40
2.5.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ chấp hành thuỷ lực phanh ABS trên xe Lexus-GS 350 41
2.5.3 Sơ đồ nguyên lý mạch điện của hệ thống phanh ABS LEXUS GS 350 48
2.5.4 Hệ thống chẩn đoán 50
a Đọc mã chẩn đoán 50
b Xóa mã chẩn đoán 53
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ABS KẾT HỢP VỚI CÁC HỆ THỐNG KHÁC 54
3.1 Hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD (Electronic Brakeforce Distribution) và hệ thống phanh khẩn cấp BAS (Brake Assist System) 54
3.2 Hệ thống kiểm soát lực kéo của bánh xe chủ động (TRC hay TRAC- Traction Control) 58
3.2.1 Thiết bị điều khiển công suất động cơ EMS: (Electronic Engine-Mangement System) 60
3.2.2 Bộ điều khiển chống trượt quay ASR (Anti Spin Regulator) 62
3.2.3 Bộ khoá vi sai tự động ABD (Automatic Barking Differential) 62
3.2.4 Hệ thống ổn định xe bằng điện tử ESP (Electronic Stability Program - ESP) 63 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ HỆ THỐNG AN TOÀN CHỦ ĐỘNG KHÁC 67
4.1 Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc HAC (Hill Start Assist Control) 67
4.2 Hệ thống cảnh báo điểm mù trên xe ô tô BLIS (Blind Spot Information System) 67 4.3 Hệ thống hỗ trợ đỗ xe thông minh IPA2 (Intelligent Parking Assist2) 69
4.4 Hệ thống cảnh báo an toàn tiền va chạm A-PCS ( Advanced Pre-Collision 70
4.4.1 Giới thiệu hệ thống 70
4.4.2 Phân loại hệ thống 72
a Hệ thống PCS loại radar 72
b Hệ thống PCS loại radar với camera nhận diện đối tượng và khuôn mặt 72
4.4.3 Các bộ phận chính 72
a Cảm biến radar 73
b Máy phát tia hồng ngoại 74
Trang 7c Camera nhận diện đối tượng 75
d Camera nhận diện khuôn mặt tài xế 76
e ECU theo dõi khuôn mặt tài xế 76
4.4.4 Nguyên lý hoạt động 77
a Sơ đồ hệ thống PCS xe Lexus 600 HL 77
b Hoạt động kiểm soát trượt bánh 79
c Hoạt động phanh đột ngột 79
d Hoạt động tiền va chạm 80
4.4.6 Điều chỉnh radar 81
a Chuẩn bị trước khi chỉnh tia radar 81
b Kiểm tra và điều chỉnh radar thẳng đứng 81
c Điều chỉnh chiều cao SST phản xạ 81
d Xác định nơi đặt SST 82
e Kiểm tra chùm tia radar 82
4.4.7 Lưu ý khi sử dụng hệ thống PCS 83
a Cảm biến sóng radar 83
b Camera nhận dạng đối tượng 83
c Camera quan sát khuôn mặt tài xế 83
4.6 Hệ thống chống trộm trên xe ô tô 84
4.7 Hệ thống đèn pha cường độ cao HID và chiếu sáng phía trước thích ứng AFS 87
CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG TÚI KHÍ AN TOÀN 89
5.1 Nhiệm vụ túi khí 89
5.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống túi khí 89
5.3 Bố trí các cảm biến và túi khí trên xe Land Cruiser 200 91
5.4 Sơ đồ mạch điện điều khiển hệ thống túi khí 92
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 98
TÀI LIỆU THAM KHẢO 99
Trang 8DANH MỤC HÌNH ẢNH
2.1 Sự thay đổi hệ số bám dọc x và hệ số bám y theo độ trượt tương
2.7 Sơ đồ hệ thống phanh ABS điều khiển các bánh sau 24
2.8 Sơ đồ hệ thống phanh ABS điều khiển tất cả các bánh 24
2.11 Sơ đồ vị trí các bộ phận của hệ thống phanh ABS trên xe 26
2.14 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ bánh xe 27
2.15 Nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ dựa vào hiệu ứng Hall 28
2.32 Sơ đồ mạch thủy lực dùng van 2 vị trí ở chế độ phanh thường 38
2.33 Sơ đồ mạch thủy lực dùng van 2 vị trí ở chế độ giảm áp 39
2.34 Sơ đồ mạch thủy lực dùng van 2 vị trí ở chế độ giữ áp 39
2.35 Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên xe Lexus GS 350 40
2.36 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS trên xe Lexus GS 350 40
Trang 9Hình Nội dung Trang
2.42 Biểu đồ mô tả quá trình điều khiển tốc độ bánh xe khi phanh 46
2.43 Sơ đồ điện của hệ thống phanh ABS trên xe Lexus GS 350 48
3.1 Minh họa phân phối lực phanh theo tải trọng khi có EBD 54
3.2 Đồ thị so sánh lực phanh khi có và không có hỗ trợ phanh khẩn cấp 55
3.4 Sơ đồ hoạt động của hệ thống phanh ABS với EBD và BAS 56
3.5 So sánh quảng đường phanh với các tải trọng khác nhau giữa 2 xe
3.6 Quảng đường phanh của ô tô khi có BA và không có BA 58
3.7 Sơ đồ mạch điện điều khiển rơ le phanh chính TRC 59
3.9 Sơ đồ khối mô tả thiết bị điều khiển công suất động cơ trong hệ
3.11 Mạch điện hệ thống điều khiển công suất của động cơ xăng 61
3.12 Minh họa nhược điểm của bộ vi sai khi đường có hệ số bám khác
3.13 Bộ hạn chế tác dụng của vi sai loại LSD thủy lực 63
3.14 Bộ hạn chế tác dụng của vi sai loại cảm biến mô men kiểu bánh răng
3.15 Bộ hạn chế tác dụng của vi sai loại ly hợp nhiều đĩa 63
3.17 ESP điều khiển phanh chống quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa 65
4.1 Minh họa hoạt động của hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc 67
4.3 Hiển thị thông tin điểm mù trên kính chiếu hậu bên 69
4.4 Minh họa hoạt động của sóng rada để phát hiện chướng ngại vật 69
4.6 Minh họa các điều kiện kích hoạt hệ thống A-PCS 71
4.7 Vùng phát hiện của tia hồng ngoại và sóng rada 71
4.9 Mạch xử lý tín hiệu sóng rada và phạm vi phát hiện đối tượng 73
4.15 Sơ đồ ECU xử lý tín hiệu theo dõi khuôn mặt tài xế 76
4.16 Sơ đồ hệ thống cảnh báo tiền va chạm PCS xe Lexus 600HL 77
Trang 10Hình Nội dung Trang
4.18 Sơ đồ nguyên lý hoạt động kiểm soát trượt bánh 79
4.19 Sơ đồ nguyên lý hoạt động kiểm soát phanh đột ngột 80
4.26 Sơ đồ bố trí các bộ phận khóa cửa xe TOYOTA Land Cruise 200 85
4.31 Minh họa điều khiển tia sáng đèn pha trên đoạn đường cong hoặc
5.3 Cấu tạo bộ thổi khí loại đơn và bộ thổi khí loại kép 90
Trang 11CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1 Lý do chọn đề tài
Ngày nay, với sự phát triển không ngừng về khoa học công nghệ ô tô, cùng với nhu
cầu về an toàn khi lái xe càng được nâng cao, nên các hãng xe đã trang bị nhiều công
nghệ hiện đại và các hệ thống an toàn tiên tiến trên sản phẩm của mình nhằm bảo vệ
khách hàng một cách tốt nhất Bước vào thế kỷ thứ 21, với tốc độ phát triển nhanh chóng
của công nghệ ô tô, có rất nhiều hãng và ô tô mới ra đời với nhiều hệ thống an toàn chủ
động trên ô tô như: Hệ thống đèn, hệ thống cảm biến và camera, hệ thống chống bó cứng
phanh ABS, hệ thống phân bố lực phanh điện tử EBD, hệ thống cân bằng và ổn định xe
ESP, hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc HAC, hệ thống cảnh báo trước khi va chạm
(PCS), hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp,… Các hệ thống này khách hàng vẫn chưa
hiểu rõ về các hoạt động an toàn cũng như nguyên lý làm việc của chúng để sử dụng xe
một cách an toàn và hiệu quả nhất Kể cả những người thợ sửa chữa không cập nhật các
thông tin mới này thì khi gặp các xe đời mới sẽ gặp nhiều khó khăn trong quá trình hành
nghề của mình Vì thế, em mạnh dạn chọn đề tài: “Nghiên cứu hệ thống phanh ABS và
các hệ thống an toàn khác trên ô tô”
1.2 Mục tiêu của đề tài:
Nắm vững các kiến thức, hiểu rõ từng bộ phận, nguyên lý chung về:
-Hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe ABS
-Hệ thống phanh ABS kết hợp với các hện thống khác như:
+Hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD
+Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BAS
+Hệ thống điều khiển lực kéo TRC
+Hệ thống cân bằng điện tử ESP, VSC
-Một vài hệ thống an toàn chủ động trên ô tô
+Hệ thống hỗ trợ khởi hành ngang dốc HAC
+Hệ thống cảnh báo điểm mù trên xe ô tô BLIS
+Hệ thống hỗ trợ đỗ xe thông minh IPA2
+Hệ thống cảnh báo an toàn tiền va chạm A-PCS
+Hệ thống chống trộm trên ô tô TDC
+Hệ thống đèn pha cường độ cao HID và chiếu sáng phía trước thích ứng AFS
-Hệ thống túi khí an toàn trên ô tô
Phát hiện được các hư hỏng bằng hệ thống tự chuẩn đoán mà không cần phải tháo
rời các chi tiết để kiểm tra hư hỏng Từ đó, có thể đưa ra cách khắc phục hư hỏng và sửa
chữa hợp lý, nhanh chóng
Trang 121.3 Phương pháp nghiên cứu
Để đề tài được hoàn thành em phải kết hợp nhiều phương pháp nghiên cứu
Trong đó đặc biệt là phương pháp tham khảo tài liệu, thu thập các thông tin liên quan,
học hỏi kinh nghiệm của thầy cô, bạn bè, cập nhật các thông tin trên mạng, tham khảo
các hệ thống thực tế trên mô hình và trên ô tô,… từ đó tìm ra những ý tưởng mới để
hình thành đề cương của tiểu luận và hoàn thiện tiểu luận
1.4 Giới hạn của đề tài
- Đề tài tương đối rộng nên chỉ tập trung nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động
của các hệ thống trên
- Khó có thể tiếp cận thực tế các hệ thống trên nên chưa đưa ra cách kiểm tra, xử lý
các hư hỏng và biệp pháp sửa chữa
1.5 Thời gian thực hiện
Ngày nhận đề tài: 18/01/2016 Ngày nộp đề tài: 26/05/2016
Trang 13CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG PHANH CHỐNG BÓ CỨNG BÁNH XE ABS
2.1 Tổng quan:
2.1.1 Lịch sử phát triển
Để tránh hiện tượng các bánh xe bị hãm cứng trong quá trình phanh khi lái xe trên
đường trơn, người lái xe đạp phanh bằng cách nhịp liên tục lên bàn đạp phanh để duy trì
lực bám, ngăn không cho bánh xe bị trượt lết và đồng thời có thể điều khiển được hướng
chuyển động của xe Về cơ bản, chức năng của hệ thống phanh ABS cũng giống như vậy
nhưng hiệu quả, độ chính xác và an toàn cao hơn
ABS được sử dụng lần đầu tiên trên các máy bay thương mại vào năm 1949, chống
hiện tượng trượt ra khỏi đường băng khi máy bay hạ cánh Tuy nhiên, kết cấu của ABS
lúc đó còn cồng kềnh, hoạt động không tin cậy và không tác động đủ nhanh trong mọi
tình huống Trong quá trình phát triển, ABS đã được cải tiến từ loại cơ khí sang loại điện
và hiện nay là loại điện tử
Vào thập niên 1960, nhờ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch điện tử (micro
chip) ra đời, giúp hệ thống ABS lần đầu tiên được lắp trên ô tô vào năm 1969 Sau đó, hệ
thống ABS đã được nhiều công ty sản xuất ô tô nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ
những năm 1970 Công ty Toyota sử dụng lần đầu tiên cho các xe tại Nhật từ năm 1971,
đây là hệ thống ABS 1 kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau Nhưng phải đến thập niên
1980 hệ thống này mới được phát triển mạnh nhờ hệ thống điều khiển kỹ thuật số, vi xử
lý (digital microprocessors/ microcontrollers) thay cho các hệ thống điều khiển tương tự
(analog) đơn giản trước đó
Lúc đầu hệ thống ABS chỉ được lắp trên các xe du lịch cao cấp, đắt tiền, được trang
bị theo yêu cầu và theo thị trường Dần dần hệ thống này được đưa vào sử dụng rộng rãi
hơn, đến nay ABS gần như đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho tất cả các loại xe tải, một
số xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có đường băng, tuyết
dễ trơn trượt Hệ thống ABS không chỉ được thiết kế trên các hệ thống phanh thuỷ lực,
mà còn ứng dụng rộng rãi trên các hệ thống phanh khí nén của các xe tải và xe khách lớn
Nhằm nâng cao tính ổn định và tính an toàn của xe trong mọi chế độ hoạt động như
khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, khi đi vào đường vòng với tốc độ cao, khi phanh
trong những trường hợp khẩn cấp,… hệ thống ABS còn được thiết kế kết hợp với nhiều
hệ thống khác:
-Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo- Traction control (hay
ASR)- làm giảm bớt công suất động cơ và phanh các bánh xe để chống hiện tượng các
bánh xe bị trượt lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, điều này làm tổn hao
vô ích một phần công suất của động cơ và mất tính ổn định chuyển động của ôtô
-Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử EBD
(Electronic Brake force Distribution) nhằm phân phối áp suất dầu phanh đến các bánh xe
phù hợp với các chế độ tải trọng và chế độ chạy của xe
-Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BAS (Brake Assist
System) làm tăng thêm lực phanh ở các bánh xe để có quãng đường phanh là ngắn nhất
trong trường hợp phanh khẩn cấp
Trang 14-Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống ổn định ô tô bằng điện tử (ESP), không chỉ có
tác dụng trong khi dừng xe, mà còn can thiệp vào cả quá trình tăng tốc và chuyển động
quay vòng của ô tô, giúp nâng cao hiệu suất chuyển động của ôtô trong mọi trường hợp
Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc và hỗ trợ rất lớn của kỹ thuật điện tử, của
ngành điều khiển tự động và các phần mềm tính toán, lập trình cực mạnh đã cho phép
nghiên cứu và đưa vào ứng dụng các phương pháp điều khiển mới trong ABS như điều
khiển mờ, điều khiển thông minh, tối ưu hoá quá trình điều khiển ABS
Các công ty như BOSCH, AISIN, DENSO, BENDIX là những công ty đi đầu trong
việc nghiên cứu, cải tiến và chế tạo các hệ thống ABS cho ô tô
2.1.2 Mối quan hệ giữa lực phanh và độ trượt
Lực phanh tạo ra ở cơ cấu phanh, nhưng mặt đường là nơi tiếp nhận lực phanh đó
Vì vậy lực phanh của ôtô bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường, mà
đặc trưng là hệ số bám φ, theo mối quan hệ sau:
Trong đó: Fp: Lực phanh
Z: Tải trọng tác dụng lên bánh xe
φ: Hệ số bám
Ta thấy khi phanh gấp (Fp lớn) hay khi phanh trên các loại đường có hệ số bám φ
thấp như đường băng, tuyết thì phần Fp dư mà mặt đường không có khả năng tiếp nhận sẽ
làm bánh xe sớm bị bó cứng và trượt lết trên đường Mức độ thể hiện qua hệ số trượt
tương đối λ
Trong đó: Va - Tốc độ chuyển động tịnh tiến của ôtô
b - Tốc độ góc của bánh xe
rb - Bán kính lăn của bánh xe
Trên hình 2.1 trình bày đồ thị chỉ sự thay đổi của hệ số bám dọc φx và hệ số bám
ngang φy của bánh xe với mặt đường theo độ trượt tương đối λ giữa bánh xe với mặt
đường
Trang 150 0.2 0.4 0.6 0.8
Hình 2.1: Sự thay đổi hệ số bám dọc φ x và hệ số bám ngang φ y theo độ trượt
tương đối λ của bánh xe
Từ đồ thị 2.1 ta thấy rằng hệ số bám dọc có giá trị cực đại φmax ở một độ trượt
tương đối λ0 Thực nghiệm chứng minh λ0 thường nằm trong giới hạn (10 ÷ 30)% Ở giá
trị λ0 này không những hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang cũng có giá
trị khá cao Khi λ = 100% là trạng thái bánh xe bị bó cứng và lốp xe bị lết hoàn toàn trên
đường
Như vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trượt của bánh xe là λ0 thì sẽ đạt
lực phanh cực đại, nghĩa là hiệu quả phanh cao nhất, và đảm bảo ổn định tốt nhất khi
phanh Để làm được điều này thì phải cần có hệ thống phanh ABS
2.1.3 Giới thiệu hệ thống phanh ABS
Hệ thống phanh (Brake System) là cơ cấu an toàn chủ động của ôtô, dùng để giảm
tốc độ hay dừng và đỗ ô tô trong những trường hợp cần thiết Nó đóng vai trò quan trọng
trong việc điều khiển ôtô trên đường
Chất lượng của một hệ thống phanh trên ôtô được đánh giá thông qua tính hiệu quả
phanh (thể hiện qua các chỉ tiêu như quãng đường phanh, gia tốc chậm dần, thời gian
phanh và lực phanh), đồng thời đảm bảo tính ổn định chuyển động của ôtô khi phanh
Khi ôtô phanh gấp hay phanh trên các loại đường có hệ số bám thấp như đường
trơn, đường đóng băng, tuyết thì dễ xảy ra hiện tượng sớm bị hãm cứng bánh xe, tức hiện
tượng bánh xe bị trượt lết trên đường khi phanh Khi đó, quãng đường phanh sẽ dài hơn,
tức hiệu quả phanh thấp đi, dẫn đến tình trạng mất tính ổn định, ôtô chuyển động bị lệch
hướng: Nếu các bánh xe trước sớm bị bó cứng, xe không thể chuyển hướng theo sự điều
khiển của tài xế; nếu các bánh sau bị bó cứng, sự khác nhau về hệ số bám giữa bánh trái
và bánh phải với mặt đường sẽ làm cho đuôi xe bị lạng, xe bị trượt ngang Trong trường
hợp xe phanh khi đang quay vòng, hiện tượng trượt ngang của các bánh xe dễ dẫn đến
Trang 16các hiện tượng quay vòng thiếu hay quay vòng thừa làm mất tính ổn định khi xe quay
vòng
Hình 2.2: Minh hoạ xe có ABS và không có ABS
Nhìn vào hình minh hoạ trên chúng ta có thể thấy đối với xe không được trang bị
ABS thì sau khi phanh xe không có khả năng điều khiển lái thay đổi hướng di chuyển để
tránh vật cản phía trước nữa (đâm vào vật cản nếu có) và quãng đường phanh xa hơn
Còn đối với trường hợp xe được trang bị hệ thống phanh ABS thì ngược lại, sau khi
phanh xe vẫn có khả năng điều khiển lái để thay đổi hướng chuyển động tránh vật cản
phía trước (nếu có) do bánh xe không bị khoá cứng, ngoài ra quãng đường phanh ngắn
hơn (an toàn hơn)
Hình 2.3: Sơ đồ điều khiển ABS
Trang 17Ngày nay, hệ thống ABS đã giữ một vai trò quan trọng không thể thiếu trong các hệ
thống phanh hiện đại, đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối với phần lớn các nước trên thế
giới
2.1.4 Yêu cầu của hệ thống ABS
Một hệ thống ABS hoạt động tối ưu, đáp ứng nhu cầu nâng cao chất lượng phanh
của ôtô phải thoả mãn đồng thời các yêu cầu sau:
- Trước hết, ABS phải đáp ứng được các yêu cầu về an toàn liên quan đến động lực
học phanh và chuyển động của ôtô
- Hệ thống phải làm việc ổn định và có khả năng thích ứng cao, điều khiển tốt trong
suốt dãy tốc độ của xe và ở bất kỳ loại đường nào (thay đổi từ đường bê tông khô có sự
bám tốt đến đường đóng băng có sự bám kém)
- Hệ thống phải khai thác một cách tối ưu khả năng phanh của các bánh xe trên
đường, do đó giữ tính ổn định điều khiển và giảm quãng đường phanh Điều này không
phụ thuộc vào việc phanh đột ngột hay phanh từ từ của người lái xe
- Khi phanh xe trên đường có các hệ số bám khác nhau thì mô men xoay xe quanh
trục đứng đi qua trọng tâm của xe là luôn luôn xảy ra không thể tránh khỏi, nhưng với sự
hỗ trợ của hệ thống ABS, sẽ làm cho nó tăng rất chậm để người lái xe có đủ thời gian bù
trừ mô men này bằng cách điều chỉnh hệ thống lái một cách dễ dàng
- Phải duy trì độ ổn định và khả năng lái khi phanh trong lúc đang quay vòng Hệ
thống cũng phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đoán và dự phòng, báo cho lái xe biết hư
hỏng cũng như chuyển sang làm việc như một hệ thống phanh bình thường
2.2 Phân loại hệ thống ABS theo kiểu điều khiển
ABS được điều khiển theo các phương pháp sau:
2.2.1 Điều khiển theo ngưỡng trượt
-Điều khiển theo ngưỡng trượt thấp (slow mode): Ví dụ: khi các bánh xe trái và phải
chạy trên các phần đường có hệ số bám khác nhau, ECU chọn thời điểm bắt đầu bị hãm
cứng của bánh xe có khả năng bám thấp, để điều khiển áp suất phanh chung cho cả cầu
xe Lúc này, lực phanh ở các bánh xe là bằng nhau, bằng chính giá trị lực phanh cực đại
của bánh xe có hệ số bám thấp Bánh xe bên phần đường có hệ số bám cao vẫn còn nằm
trong vùng ổn định của đường đặc tính trượt và lực phanh chưa đạt cực đại Vì vậy, cách
này cho tính ổn định cao, nhưng hiệu quả phanh thấp vì lực phanh nhỏ
-Điều khiển theo ngưỡng trượt cao (high mode): ECU chọn thời điểm bánh xe có
khả năng bám cao bị hãm cứng để điều khiển chung cho cả cầu xe Trước đó, bánh xe ở
phần đường có hệ số bám thấp đã bị hãm cứng khi phanh Cách này cho hiệu quả phanh
cao vì tận dụng hết khả năng bám của các bánh xe, nhưng tính ổn định kém
2.2.2 Điều khiển độc lập hay phụ thuộc
-Trong loại điều khiển độc lập, bánh xe nào đạt tới ngưỡng trượt, tức bắt đầu có xu
hướng bị bó cứng thì điều khiển riêng bánh đó
-Trong loại điều khiển phụ thuộc, ABS điều khiển áp suất phanh chung cho hai bánh
xe trên một cầu hay cả xe theo một tín hiệu chung, có thể theo ngưỡng trượt thấp hay
ngưỡng trượt cao
Trang 182.2.3 Điều khiển theo kênh
-Loại 1 kênh: Hai bánh sau được điều khiển chung (có ở ABS thế hệ đầu, chỉ trang
bị ABS cho hai bánh sau vì dễ bị hãm cứng hơn hai bánh trước khi phanh)
-Loại 2 kênh: Một kênh điều khiển chung cho hai bánh xe trước, một kênh điều
khiển chung cho hai bánh xe sau Hoặc mỗi kênh điều khiển cho hai bánh chéo nhau
- Loại 3 kênh: Hai kênh điều khiển độc lập cho hai bánh trước, kênh còn lại điều
khiển chung cho hai bánh sau
- Loại 4 kênh: Bốn kênh điều khiển riêng rẽ cho 4 bánh
Hình 2.4: Sơ đồ điều khiển ABS 1 kênh và 2 kênh
Trang 19Hình 2.5: Sơ đồ điều khiển ABS 3 kênh và 4 kênh
Hiện nay loại ABS điều khiển theo 3 và 4 kênh được sử dụng rộng rãi Ưu và nhược
điểm của từng loại được thể hiện qua các phương án bố trí sau:
2.3 Các phương án bố trí hệ thống điều khiển của ABS
Việc bố trí sơ đồ điều khiển của ABS phải thoả mãn đồng thời hai yếu tố:
-Tận dụng được khả năng bám cực đại giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình
phanh, nhờ vậy làm tăng hiệu quả phanh tức là làm giảm quãng đường phanh
-Duy trì khả năng bám ngang trong vùng có giá trị đủ lớn nhờ vậy làm tăng tính ổn
định chuyển động (driving stability) và ổn định quay vòng (steering stability) của xe khi
phanh (xét theo quan điểm về độ trượt)
Kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy: đối với ABS, hiệu quả phanh
và ổn định khi phanh phụ thuộc chủ yếu vào việc lựa chọn sơ đồ phân phối các mạch
điều khiển và mức độ độc lập hay phụ thuộc của việc điều khiển lực phanh tại các bánh
xe Sự thoả mãn đồng thời hai chỉ tiêu hiệu quả phanh và tính ổn định phanh của xe là
khá phức tạp, tuỳ theo phạm vi và điều kiện sử dụng mà chọn các phương án điều khiển
khác nhau
Trang 20Hình 2.6: Các phương án điều khiển của ABS
Phương án 1: ABS có 4 kênh với các bánh xe được điều khiển độc lập
ABS 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 dẫn động cho hai bánh xe cầu sau) Với phương án 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 mô men xoay 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 Vì vậy với phương án này
cần phải bố trí thêm cảm biến gia tốc ngang để kịp thời hiệu chỉnh lực phanh ở các bánh
xe để tăng cường tính ổn định chuyển động và ổn định quay vòng khi phanh
Phương án 2: ABS có 4 kênh điều khiển và mạch phanh bố trí chéo
Sử dụng cho hệ thống phanh có dạng bố trí mạch chéo (một buồng của xi lanh chính
phân bố cho một bánh trước và một bánh sau chéo nhau) ABS có 4 cảm biến bố trí ở các
bánh xe và 4 van điều khiển Trong trường hợp này, 2 bánh trước được điều khiển độc
lập, 2 bánh sau được điều khiển chung theo ngưỡng trượt thấp, 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 trên cầu sau, tính ổn định tăng nhưng hiệu quả phanh giảm
bớt
Phương án 3: ABS có 3 kênh điều khiển
Trong trường hợp này 2 bánh xe sau được điều khiển theo ngưỡng trượt thấp, còn ở
cầu trước chủ động có thể có hai phương án sau:
Trang 21- Đối với những xe có chiều dài cơ sở lớn và mô men quán tính đối với trục đứng đi
qua trọng tâm xe cao– tức là có nhiều khả năng cản trở độ lệch hướng khi phanh, thì chỉ
cần sử dụng một van điều khiển chung cho cầu trước và một cảm biến tốc độ đặt tại vi
sai Lực phanh trên hai bánh xe cầu trước sẽ bằng nhau và được điều chỉnh theo ngưỡng
trượt thấp Hệ thống như vậy cho tính ổn định phanh rất cao nhưng hiệu quả phanh lại
thấp
- Đối với những xe có chiều dài cơ sở nhỏ và mô men quán tính thấp thì để tăng
hiệu quả phanh mà vẫn đảm bảo tính ổn định, người ta để cho hai bánh trước được điều
khiển độc lập Tuy nhiên phải sử dụng bộ phận làm chậm sự gia tăng mô men xoay xe
Hệ thống khi đó sử dụng 4 cảm biến tốc độ đặt tại 4 bánh xe
-Phương án 4: tương tự như phương án 3 Tuy nhiên cầu trước chủ động được điều
khiển theo mức chọn cao, tức là áp suất phanh được điều chỉnh theo ngưỡng của bánh xe
bám tốt hơn Điều này tuy làm tăng hiệu quả phanh nhưng tính ổn định lại kém hơn do
mô men xoay xe khá lớn
-Phương án 5: trên mỗi cầu chỉ có một cảm biến đặt tại 2 bánh xe chéo nhau để
điều khiển áp suất phanh chung cho cả cầu Cầu trước được điều khiển theo ngưỡng trượt
cao, còn cầu sau được điều khiển theo ngưỡng trượt thấp
-Phương án 6: sử dụng cho loại mạch chéo Với hai cảm biến tốc độ đặt tại cầu sau,
áp suất phanh trên các bánh xe chéo nhau sẽ bằng nhau Ngoài ra các bánh xe cầu sau
được điều khiển chung theo ngưỡng trượt thấp Hệ thống này tạo độ ổn định cao nhưng
hiệu quả phanh sẽ thấp
Quá trình phanh khi quay vòng cũng chịu ảnh hưởng của việc bố trí các phương án
điều khiển ABS: Nếu việc điều khiển phanh trên tất cả các bánh xe độc lập thì khi quay
vòng lực phanh trên các bánh xe ngoài sẽ lớn hơn do tải trọng trên chúng tăng lên khi
quay vòng Điều này tạo ra mô men xoay xe trên mỗi cầu và làm tăng tính quay vòng
thiếu Nếu độ trượt của cầu trước và cầu sau không như nhau trong quá trình phanh (do
kết quả của việc chọn ngưỡng trượt thấp hay cao trên mỗi cầu, hoặc do phân bố tải trọng
trên cầu khi phanh) sẽ tạo ra sự trượt ngang không đồng đều trên mỗi cầu Nếu cầu trước
trượt ngang nhiều hơn sẽ làm tăng tính quay vòng thiếu, ngược lại khi cầu sau trượt
ngang nhiều hơn sẽ làm tăng tính quay vòng thừa
*Một số sơ đồ bố trí thực tế:
Trang 22Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống phanh ABS điều khiển các bánh sau
Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống phanh ABS điều khiển tất cả các bánh
Trang 23Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống phanh ABS van điện 2 vị trí
Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống phanh ABS van 3 vị trí
Trang 242.4 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống phanh ABS
Hình 2.11: Sơ đồ vị trí các bộ phận của hệ thống phanh ABS trên xe
Ngoài các bộ phận giống phanh thường như: Công tắc phanh, đèn phanh, bàn đạp phanh,
xi lanh chính và trợ lực chân không, xi lanh con, đĩa phanh, má phanh Hệ thống phanh ABS
còn có thêm những bộ phận sau:
2.4.1 Các tín hiệu đầu vào
a Cảm biến tốc độ bánh xe (Revolution sensor)
Tín hiệu của cảm biến tốc độ bánh xe là tín hiệu điện ECU dựa vào tín hiệu này là
chủ yếu để phát hiện bánh xe bị bó cứng mà điều khiển áp lực dầu phanh để chống hãm
Trang 25Hình 2.12: Cảm biến tốc độ bánh xe trước
1- Nam châm vĩnh cửu; 2- Cuộn dây điện; 4- Rôto cảm biến; 5- Cảm biến tốc độ
Hình 2.13: Cảm biến tốc độ bánh xe sau
1- Nam châm vĩnh cửu; 2- Cuộn dây điện; 4- Cảm biến tốc độ; 5- Rôto cảm biến
Hình 2.14: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ bánh xe
Trang 261- Rôto cảm biến; 2- Cuộn dậy; 3- Nam châm vĩnh cửu
-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 ECU
-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 Loại cảm biến
này có 2 dây dẫn, tín hiệu ra có dạng hình sin
*Loại Hall
Hình 2.15: Nguyên lý hoạt động cảm biến tốc độ dựa vào hiệu ứng Hall
Hiệu ứng Hall được giải thích dựa vào bản chất của dòng điện chạy trong vật dẫn
điện Dòng điện này chính là sự chuyển động của các điện tích (ví dụ như electron trong
kim loại) Khi chạy qua từ trường, các điện tích chịu lực Lorentz bị đẩy về một trong hai
phía của thanh Hall, tuỳ theo điện tích chuyển động đó âm hay dương Sự tập trung các
điện tích về một phía tạo nên sự tích điện trái dấu ở 2 mặt của thanh Hall, gây ra hiệu
điện thế Hall
Công thức liên hệ giữa hiệu thế Hall, dòng điện và từ trường là:
VH = I.B/d.e.n Trong đó: -VH : là hiệu thế Hall
- I :là cường độ dòng điện -B: là cường độ từ trường -d: là độ dày của thanh Hall -e: là điện tích của hạt mang điện chuyển động trong thanh Hall -n: mật độ các hạt mang điện trong thanh Hall
Trang 27Trên thực tế điện thế Hall sinh ra rất thấp, vì thế cần có mạch khuếch đại tín hiệu để
có tín hiệu cao
4 1
Hình 2.16: Mạch khuếch đại hiệu ứng Hall
1.Phần tử Hall; 2.Ổn áp; 3.Op-amp; 4.Bộ xử lý tín hiệu
b Cảm biến giảm tốc
Việc sử dụng cảm biến giảm tốc cho phép ECU ABS đo trực tiếp sự giảm tốc của xe
trong quá trình phanh Vì vậy cho phép nó biết rõ hơn trạng thái của mặt đường Kết quả
là mức độ chính xác khi phanh được cải thiện để tránh cho các bánh xe không bị bó cứng
Cấu tạo của cảm biến giảm tốc gồm hai cặp đèn LED (diod phát quang) và
phototransistor (transistor quang), một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín hiệu
Hình 2.17: Cảm biến giảm tốc
Cảm biến giảm tốc nhận biết mức độ giảm tốc độ của xe và gửi các tín hiệu về
ABS ECU
Trang 28ECU dùng những tín hiệu này để xác định chính xác tình trạng mặt đường và thực
hiện các biện pháp điều khiển thích hợp
Hoạt động của cảm biến giảm tốc như sau: Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi,
đĩa xẽ rảnh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức độ giảm tốc Các rãnh trên đĩa cắt
ánh sáng từ đèn LED đến phototransistor và làm phototransistor đóng mở Người ta sử
dụng hai cặp đèn LED và phototransistor Tổ hợp tạo bởi các photo-transistor này tắt và
bật, chia mức độ giảm tốc thành bốn mức và gởi về ECU dưới dạng tín hiệu điện
Hình 2.18: Hoạt động của cảm biến giảm tốc
Ngoài ra một số loại xe còn lắp cảm biến gia tốc ngang được gắn theo trục ngang
của xe giống như trên hay một cảm biến kiểu bán dẫn được sử dụng để đo gia tốc ngang
Hình 2.19: Cảm biến gia tốc kiểu bán dẫn
Trang 29Cảm biến gia tốc ngang được lắp đặt dưới ghế sau và cung cấp cho hộp điều khiển
những thông tin về lực ngang xuất hiện trong khi xe chuyển động cong Khi giá trị gia tốc
càng lớn nó kích hoạt sự chuyển đổi trong sự phân bố lực phanh
2.4.2 ECU điều khiển trượt (ABS ECU)
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
ECU kiểm soát độ trượt bánh xe nhờ các thông số sau:
-Theo giá trị độ trượt cho trước;
-Theo gia tốc góc của các bánh xe bị phanh;
-Theo giá trị tỷ số giữa vận tốc góc bánh xe với gia tốc chậm dần của nó
Lưu đồ giải thuật điều khiển chống trượt của hệ thống ABS:
Hình 2.20: Lưu đồ thuật toán hoạt động của ABS
Sau khi kiểm tra và kích hoạt các dữ liệu của hệ thống, bộ vi xử lý bắt đầu điều
khiển hoạt động của hệ thống theo một vòng lặp, tiến hành tính toán tốc độ các bánh xe,
tốc độ xe, kiểm tra tình trạng, khả năng đáp ứng của bộ điều khiển và hệ thống, chọn chế
độ làm việc có hay không có sự can thiệp của ABS Khi ABS hoạt động sẽ tiến hành
phân tích diễn biến của quá trình phanh thông qua các tín hiệu vào, xác định cách thực
hiện và tiến hành điều khiển các bộ phận chấp hành làm việc theo một chu trình vòng lặp
Trang 30kín Nhờ đó, khi nhận được tín hiệu phanh, ECU liên tục đánh giá mức trượt giữa các
bánh xe và mặt đường từ sự thay đổi tốc độ quay của bánh xe trong khi phanh và liên tục
điều khiển các van điện từ của bộ chấp hành phanh theo 3 chế độ: giảm áp suất, giữ áp
suất và tăng áp suất để điều khiển lực phanh tối ưu nhất nhằm giảm trượt lết ở các bánh
xe để xe hoạt động ổn định
Hình 2.21: ECU ABS
Ngược lại, nếu ECU phát hiện một sự cố trong hệ thống mà nhà chế tạo đã lập trình,
nhờ có bộ phận an toàn nên ECU sẽ điều khiển ngắt hệ thống ABS và cấp dòng qua đèn
ABS làm cho đèn này sáng lên để báo hư hỏng, lúc này hệ thống phanh ABS hoạt động
như hệ thống phanh bình thường (không có ABS)
Để giúp cho việc kiểm tra và sửa chữa được nhanh chóng và chính xác, ECU sẽ tiến
hành kiểm tra ban đầu và trong quá trình xe chạy của hệ thống ABS, ghi và lưu lại các lỗi
hư hỏng trong bộ nhớ dưới dạng các mã lỗi hư hỏng
Hình 2.22: Sơ đồ ECU điều khiển
Trang 312.4.3 Bộ chấp hành thuỷ lực ABS
Hình 2.23: Bộ chấp hành thuỷ lực ABS
Bộ phận chấp hành gồm có bộ điều khiển thuỷ lực, đèn báo ABS, bộ phận kiểm tra,
chẩn đoán Bộ chấp hành thuỷ lực nhận tín hiệu từ ECU để điều khiển các van để tăng,
giảm hoặc giữ áp suất thuỷ lực của các xi lanh bánh xe để chống bó cứng bánh xe Bộ
chấp hành thuỷ lực gồm:
-Van điện từ : Van điện từ trong bộ chấp hành có hai loại, loại 2 vị trí và 3 vị trí
Cấu tạo chung của một van điện từ gồm có một cuộn dây điện, lõi van, các cửa van và
van một chiều Van điện từ có chức năng đóng mở các cửa van theo sự điều khiển của
ECU để điều chỉnh áp suất dầu đến các xi lanh bánh xe
-Mô tơ điện và bơm dầu: Một bơm dầu kiểu pitton được dẫn động bởi một mô tơ
điện, có chức năng đưa ngược dầu từ bình tích áp về xi lanh chính trong các chế độ giảm
và giữ áp Bơm được chia ra hai buồng làm việc độc lập thông qua hai pitton trái và phải
được điều khiển bằng cam lệch tâm Các van một chiều chỉ cho dòng dầu đi từ bơm về xi
lanh chính
-Bình tích áp: Chứa dầu hồi về từ xi lanh phanh bánh xe, nhất thời làm giảm áp
suất dầu ở xi lanh phanh bánh xe
Hình: 2.24: Đồ thị mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt trên các loại
đường
Trang 32Thực nghiệm chứng tỏ rằng ứng với các loại đường khác nhau thì giá trị 0 thường
nằm chung trong giới hạn từ 10 30% Ở giá trị độ trượt tối ưu 0 này, không những
đảm bảo hệ số bám dọc x có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang có giá trị lớn
Để đảm bảo độ trượt nằm trong giới hạn trên thì nguyên lý làm việc cơ bản của hệ
thống ABS như sau:
a Bộ chấp hành thuỷ lực ABS dùng 4 van 3 vị trí
Hình 2.25 : Sơ đồ bộ chấp hành thuỷ lực
* Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động)
Khi phanh xe ở tốc độ chậm (dưới 8 km/h hay 25 km/h, tuỳ loại xe) hay rà phanh,
ABS không hoạt động và ECU không gởi dòng điện đến 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 Dầu
phanh từ xi lanh phanh chính qua cửa A đến cửa C trong van điện 3 vị trí rồi tới xi lanh
bánh xe Dầu phanh không vào được bơm bởi van một chiều số 1 gắn trong mạch bơm
Khi nhả chân phanh, dầu phanh hồi từ xi lanh bánh xe về xi lanh chính qua cửa C đến
cửa A và van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trí
Trang 33* Khi phanh gấp (ABS hoạt động)
Nếu có bất kỳ bánh xe nào gần bị bó cứng khi phanh gấp, bộ chấp hành thuỷ lực
điều khiển giảm áp suất dầu phanh tác dụng lên xi lanh bánh xe đó theo tín hiệu từ ECU
Vì vậy bánh xe không bị hãm cứng
*Chế độ “giảm áp” (hình 2.27): Khi một bánh xe gần bị hãm cứng, ECU gởi dòng
điện (5A) đến cuộn dây của van điện từ, làm sinh ra một lực từ mạnh Van 3 vị trí chuyển
động lên phía trên đóng cửa A và làm mở cửa B Kết quả là dầu phanh 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 12 V từ ECU, hút ngược dầu phanh từ bình tích áp về
xi lanh chính
Hình 2.27: Pha giảm áp
Mặt khác, cửa A đóng ngăn không cho dầu phanh từ xi lanh chính vào van điện 3 vị
trí và van một chiều số 1, số 3 Kết quả là áp suất dầu bên trong xi lanh bánh xe giảm,
ngăn không cho bánh xe bị hãm cứng, mức độ giảm áp suất dầu được điều chỉnh bằng
cách lặp lại các chế độ “giảm áp” và “giữ áp”
*Chế độ “giữ áp” (hình 2.28): Khi áp suất trong xi lanh bánh xe giảm hay tăng,
cảm biến tốc độ gởi tín hiệu báo rằng tốc độ bánh xe đạt đến giá trị mong muốn, ECU
cấp dòng điện (2A) đến cuộn dây của van điện để giữ áp suất trong xi lanh bánh xe không
đổi
Khi dòng điện cấp cho cuộn dây của van điện bị giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp)
xuống còn 2A (ở chế độ giữ áp) lực từ sinh ra trong cuộn dây cũng giảm Van điện 3 vị
trí dịch chuyển xuống vị trí giữa nhờ lực của lò xo hồi vị làm cửa A và cửa B đều đóng
Lúc này bơm dầu vẫn còn làm việc
Trang 34Hình 2.28: Pha giữ áp
*Chế độ“tăng áp” (hình 2.29): Khi cần tăng áp suất trong xi lanh bánh xe để tạo
lực phanh lớn, ECU ngắt dòng điện, không cấp 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 xi lanh phanh chính chảy qua
cửa C trong van điện 3 vị trí đến xi lanh bánh xe, mức độ tăng áp suất dầu được điều
khiển các chế độ “tăng” và “giữ áp”
Như vậy, khi hệ thống ABS làm việc, bánh xe sẽ có hiện tượng nhấp nhả khi phanh
và có sự rung động nhẹ của xe, đồng thời ở bàn đạp phanh có sự rung động do dầu phanh
hồi về từ bơm dầu Đây là các trạng thái bình thường khi ABS làm việc
Van điện 3 vị trí như trên được sử dụng nhiều trên các xe trước đây, ngày nay kiểu
van điện hai vị trí được sử dụng phổ biến hơn Hình 2.31 là sơ đồ bộ chấp hành ABS sử
dụng 8 van điện 2 vị trí, bao gồm 4 van giữ áp suất và 4 van giảm áp Hoạt động cơ bản
của bộ chấp hành thuỷ lực kiểu này giống như kiểu van điện 3 vị trí Tín hiệu điều khiển
từ ECU đến các van điện dưới dạng điện áp
Trang 35Hình 2.30: Sơ đồ mạch điện ABS (xe Toyota Celica)
b Bộ chấp hành thuỷ lực ABS dùng 8 van 2 vị trí
Hình 2.31: Sơ đồ thuỷ lực dùng 8 van 2 vị trí
Trong khi phanh bình thường, tín hiệu điều khiển từ ECU điều khiển trượt không
được đưa vào Vì vậy các van điện từ giữ và giảm áp, cửa (a) ở bên van điện từ giữ áp
Trang 36suất mở, còn cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp suất đóng Khi đạp bàn đạp phanh, dầu
từ xi lanh chính chảy qua cửa (a) ở phía van điện từ giữ và được truyền trực tiếp tới xi
lanh ở bánh xe Lúc này hoạt động của van một chiều (2) ngăn cản dầu phanh truyền đến
phía bơm
Hình 2.32: Sơ đồ mạch thuỷ lực van 2 vị trí ở chế độ phanh thường
Khi có sự tác động của ABS, bộ chấp hành hoạt động theo 3 chế độ khác nhau:
*Chế độ giảm áp suất: Tín hiệu điều khiển từ ECU điều khiển trượt đóng mạch các
van điện từ giữ và giảm áp suất bằng cách đóng cửa (a) ở phía van điện từ giữ áp suất, và
mở cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp suất Việc này làm cho dầu phanh chảy qua cửa
(b) đến bình chứa để giảm áp suất thuỷ lực trong xi lanh ở bánh xe Lúc đó, cửa (e) đóng
lại do dầu chảy xuống bình chứa Bơm tiếp tục chạy trong khi ABS đang hoạt động, vì
vậy dầu phanh chảy vào bình chứa được bơm hút trở về xi lanh chính
Trang 37Hình 2.33: Sơ đồ mạch thuỷ lực van 2 vị trí ở chế độ giảm áp
*Chế độ giữ: Tín hiệu điều khiển từ ECU điều khiển trượt đóng mạch van điện tử
giữ áp suất và ngắt van điện từ giảm áp suất bằng cách đóng kín cửa (a) và cửa (b) Điều
này ngắt áp suất thuỷ lực ở cả hai phía xi lanh chính và bình chứa để giữ áp suất thuỷ lực
của xi lanh ở bánh xe không đổi
Hình 2.34: Sơ đồ mạch thuỷ lực van 2 vị trí ở chế độ giữ áp
Trang 38*Chế độ tăng áp suất: Tín hiệu điều khiển từ ECU điều khiển trượt ngắt các van
điện từ giữ và giảm áp suất bằng cách mở cửa (a) ở phía van điện từ giữ áp suất và đóng
cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp giống như trong khi phanh bình thường Điều này làm
cho áp suất thuỷ lực từ xi lanh chính tác động vào xi lanh ở bánh xe, làm cho áp suất thuỷ
lực của xi lanh ở bánh xe tăng lên
2.5 Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe LEXUS GS 350
2.5.1 Sơ đồ hệ thống phanh ABS
Hình 2.35: Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350
1,2 - Cảm biến tốc độ bánh xe trước; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe sau; 4- ECU và
Rơle; 5- Xi lanh chính
Hình 2.36: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350
Trang 391,5- Cảm biến tốc độ bánh xe trước; 2- Rôto cảm biến bánh xe trước; 3- Rơle điều khiển;
4- Khối thuỷ lực; 6,11- Giắc kiểm tra; 7- ECU; 8- Đèn cảnh báo ABS; 9 Rô to cảm biến
bánh xe sau; 10- Cảm biến tốc độ bánh xe sau
Đây là loại ABS dùng với dẫn động thuỷ lực, không tích hợp, bố trí 3 kênh, 4 cảm
biến, và 4 van điều khiển Hai van để điều khiển bánh trước bên phải và bánh trước bên
trái một cách độc lập, hai van còn lại điều khiển đồng thời bánh sau bên phải và bên trái
Hệ thống này gồm nhiều bộ phận hợp thành, nó cung cấp thông tin đến ECU
Những bộ phận này là:
Cảm biến tốc độ (speed sensors), phát hiện tốc độ góc của bánh xe và truyền tín
hiệu về tốc độ cho khối điều khiển điện tử
Khối thuỷ lực (ABS actuator), kiểm tra và điều chỉnh áp suất phanh thông qua
việc giảm áp suất bằng van xả và bơm hồi dầu
Rơle (control relay) kiểm tra hoạt động của bơm và van điện từ
Khối điều khiển điện tử (ABS ECU) nhận tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe, xử
lý và phát tín hiệu điều khiển khối thuỷ lực để tăng hoặc giảm áp suất phanh, đảm bảo
cho các bánh xe không bị hãm cứng
Đèn báo ABS (ABS warning lamp), báo cho người lái tình trạng của hệ thống
2.5.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ chấp hành thuỷ lực phanh ABS trên xe
Lexus-GS 350
Hình 2.37: Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh ABS
Trang 401, 3, 8, 10- Van điện từ 3 vị trí; 2- Xi lanh bánh xe trước bên trái; 4- Xi lanh bánh
xe sau bên phải; 5- Bầu tích năng; 6- Mô tơ bơm; 7- Xi lanh bánh xe sau bên trái; 9- Xi
lanh bánh xe trước bên phải; 11- Van phân phối; 12- Xi lanh chính
Chu trình điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh khi ABS làm việc có 3 giai đoạn
chính: tăng áp suất, duy trì áp suất; giảm áp suất
*Giại đoạn tăng áp suất: (Giống hệ thống phanh bình thường):
-Người lái tác dụng lên bàn đạp phanh từ từ với lực đạp nhẹ ép dầu từ xi lanh
chính đi qua cửa “A” (đang mở) rồi qua cửa “C” đến xi lanh bánh xe (cửa “B” đóng), ép
má phanh vào đĩa phanh để thực hiện quá trình phanh Van một chiều (7) (thường đóng)
ngăn không cho dầu đi đến bơm Áp suất trong đường ống dẫn động phanh tỷ lệ với lực
đạp phanh
-Khi người lái nhả phanh, dầu đi từ xi lanh bánh xe qua cửa “C” rồi qua cửa “A” và
van một chiều (6) hồi về xi lanh chính, lúc này bố phanh không ép vào đĩa phanh, tạm
ngưng quá trình phanh
Hình 2.38: Giai đoạn tăng áp suất