Lý do chọn đề tài
Ngành ô tô tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ và ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong nền công nghiệp quốc gia Do đó, nhiều trường đại học, cao đẳng và trung học đã đưa ngành công nghệ ô tô vào chương trình giảng dạy, đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực cho lĩnh vực này.
Ngành công nghệ ôtô ngày nay ứng dụng nhiều hệ thống hiện đại để đáp ứng nhu cầu an toàn, tiện nghi và tối ưu hóa hiệu suất động cơ Đặc biệt, trong các tình huống khẩn cấp như phanh gấp hoặc khi lái trên đường trơn trượt, phanh thường có thể gây mất ổn định và dẫn đến tai nạn Để khắc phục vấn đề này, các nhà sản xuất ôtô đã trang bị hệ thống phanh ABS (Anti-lock Braking System) cho các xe đời mới, nhằm đảm bảo an toàn cho tài xế và hành khách Hệ thống ABS đã trở thành tiêu chuẩn trên hầu hết các loại xe của các hãng nổi tiếng, đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả phanh.
Trong lĩnh vực đào tạo hệ thống phanh ABS, hiện có nhiều tài liệu và mô hình hỗ trợ giảng dạy, nhưng chúng thường cồng kềnh và thiếu tính trực quan, không phù hợp cho việc giảng dạy thực hành tại xưởng Do đó, nhóm thực hiện đồ án đã quyết định lựa chọn đề tài này để cải thiện quá trình học tập.
Nghiên cứu này tập trung vào việc cải tạo mô hình hệ thống điều khiển phanh chống hãm cứng ABS, với mục tiêu thiết kế và chế tạo một mô hình nhỏ gọn, tiện lợi cho việc giảng dạy trong lớp học và tại xưởng thực tập.
Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu thi công cải tạo mô hình hệ thống điều khiển phanh chống hãm cứngABS
Nhiệm vụ đề tài
- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống phanh chống hãm cứng trên ô tô.
- Thiết kế, cải tạo mô hình hệ thống điều khiển phanh ABS.
- Thi công và thực nghiệm mô hình.
Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu kết cấu, cấu tạo của bộ điều khiển phanh ABS.
Nghiên cứa nghuyên lý hoạt động, hư hỏng cách sữa chữa của hệ thống ABS.
Phạm vi nghiên cứu
Do hạn chế về thời gian và ngân sách, nghiên cứu này chỉ tập trung vào hệ thống phanh thủy lực trang bị hệ thống phanh ABS kiểu van điện 3 vị trí của Toyota.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu chính ở đây là phương pháp tham khảo tài liệu kết hợp với phương pháp thực nghiệm phù hợp với nhiệm vụ đề tài.
Các nghiên cứu trong nước và nước ngoài
Hệ thống mô phỏng hoạt động thực tế của ABS trong quá trình chạy và phanh được thiết kế để phục vụ đào tạo và thử nghiệm, với các thành phần giống như ABS thực tế như ECU, bơm thủy lực, cảm biến tốc độ và hệ thống chân không Hệ thống này tích hợp các thiết bị đặc biệt để phân tích quán tính và trượt trong quá trình lái xe và phanh, đảm bảo chất lượng giáo dục cao Hệ thống lái xe của ABS được cài đặt an toàn, với RPM của 4 bánh xe được điều khiển bằng biến tần, giúp kiểm soát phanh tị bánh xe thông qua điều khiển thủy lực dựa trên sự khác biệt tốc độ Các mạch thủy lực và điện của ABS được in màu và lắp đặt tại bảng điều khiển, bao gồm thiết bị đo áp lực, đồng hồ RPM kỹ thuật số cho 4 bánh xe, và đèn ABS Nội dung này được cung cấp bởi Công ty Cổ phần Đầu tư và Phát triển Công nghiệp SJC Việt Nam.
Hình 1.2: Mô hình đào tạo hệ thống phanh ABS - EBD - BAS - TCS - VSC.
Sản phẩm của công ty: CÔNG TY THƯƠNG MẠI DỊCH VỤ XÂY DỰNG SONG HƯNG THUẬN
Chú ý: Điện áp sử dụng 380V
Mô hình hoạt động hiệu quả với moay ơ gắn bánh xe được dẫn động bởi mô tơ điện 3 pha công suất lớn, cho phép điều chỉnh tốc độ thông qua biến tần và thay đổi tải trọng tác động lên bánh xe Hệ thống phanh được hỗ trợ bằng bơm hút chân không, đảm bảo an toàn khi vận hành Trên mặt panel 1, có các thiết bị như khoá điện, đèn Check ABS, giắc chẩn đoán OBD, bộ giắc điện đo kiểm, bàn đạp phanh, công tắc khẩn cấp và rơle cầu chì Mặt panel 2 được trang bị sơ đồ mạch điện điều khiển, sơ đồ hệ thống thủy lực và các đồng hồ đo áp suất, giúp người dùng dễ dàng theo dõi và điều chỉnh hoạt động của mô hình.
- Mô tả đầy đủ hoạt động của một hệ thống trên xe hoàn chỉnh.
- Chạy ở các chế độ, mô phỏng các loại mặt đường.
- Thường to, nặng, cồng kềnh.
- Điện áp sử dụng là 3 pha, có thể gây nguy hiểm nếu không cẩn thận.
Hình 1.3: Hệ thống kiểm soát phanh ABS
Hệ thống điều khiển lực phanh ABS được thiết kế trên khung di động bằng nhôm có bánh xe, phục vụ cho công việc trong phòng thí nghiệm Mô hình này là công cụ đào tạo lý tưởng cho sinh viên, giúp họ hiểu rõ cấu trúc, các thành phần, chế độ vận hành và khả năng đo lường, chẩn đoán của hệ thống kiểm soát lực phanh Mô hình ABS cho phép quan sát lực phanh thông qua đồng hồ đo, cho thấy tổng áp lực của xi lanh chính và từng xi lanh phanh, cũng như khả năng phân phối lực phanh Hệ thống phanh thủy lực gốc của xe được lắp đặt với đĩa phanh và má phanh trống, giúp quan sát rõ hơn khi áp suất tăng và phanh hoạt động Bên cạnh đó, sơ đồ mạch điện với các mạch dầu và tiếp điểm đo được lắp đặt trên giá đỡ, trong khi mô phỏng lỗi giúp theo dõi các thay đổi trong chế độ làm việc của hệ thống.
- Gọn nhẹ, dể di chuyển.
- Cách vận hành dễ dàng, dễ quan sát các chế độ hoạt động cảu hệ thống.
- Mô hình ở nước ngoài nên giá thành cao.
- Khó vận chuyển về Việt Nam.
Lý thuyết hệ thống ABS
Hệ thống ABS giúp ngăn chặn tình trạng bó cứng bánh xe và mất kiểm soát khi phanh mạnh, đặc biệt trên bề mặt đường trơn ướt hoặc đóng băng Nhờ có ABS, tài xế có thể duy trì khả năng điều khiển xe, đưa phương tiện vào vị trí an toàn trong những tình huống khẩn cấp.
2.1.2 Lịch sử phát triển hệ thống phanh ABS
Phanh ABS lần đầu tiên được giới thiệu vào thập niên 1960 trên các máy bay thương mại Khi một máy bay nặng 50 tấn hạ cánh trên đường băng đóng băng với tốc độ 210 km/h, việc không thể phanh hiệu quả có thể dẫn đến việc máy bay trị giá 20 triệu đô la trượt khỏi đường băng Để giải quyết vấn đề này, công nghệ phanh ABS đã được áp dụng cho máy bay nhằm tăng cường an toàn trong quá trình hạ cánh.
Những nhà sản xuất ô tô hàng đầu đã mong muốn trang bị hệ thống phanh ABS cho xe của họ Tuy nhiên, cụm phanh ABS trên máy bay rất lớn và cồng kềnh, gây khó khăn trong việc lắp đặt lên ô tô Nhờ sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử, chip và vi mạch đã giúp cải tiến cụm phanh ABS trở nên gọn nhẹ hơn, dễ dàng lắp đặt trên ô tô.
Hệ thống phanh ABS lần đầu tiên được áp dụng trên xe sản xuất hàng loạt vào năm 1978 Qua thời gian, ABS đã được cải tiến và phát triển liên tục, hiện nay trở thành trang bị tiêu chuẩn trên hầu hết các mẫu xe mới tại Tây Âu.
Cơ cấu phanh ABS được thiết kế nhằm duy trì độ trượt của bánh xe trong quá trình phanh ở mức tối ưu, giúp tận dụng tối đa khả năng bám đường Khi độ trượt giữ trong giới hạn hẹp quanh giá trị λo, hiệu quả phanh đạt cao nhất, đồng thời cải thiện tính ổn định và khả năng dẫn hướng của bánh xe Điều này không chỉ rút ngắn quãng đường phanh mà còn đảm bảo bánh xe không bị hãm cứng, nhờ vào việc điều chỉnh áp suất dẫn động trong hệ thống phanh.
Cơ cấu chống hãm cứng được thiết kế trên cơ sở cơ cấu phanh thường và được trang bị các cụm bộ phận chính sau:
Cụm tín hiệu vào có chức năng nhận diện trạng thái của các bánh xe trong quá trình phanh Tùy thuộc vào nguyên lý điều chỉnh, có thể sử dụng nhiều loại cảm biến khác nhau như cảm biến đo vận tốc góc của bánh xe, cảm biến áp suất trong hệ thống phanh, cảm biến giảm tốc của ô tô, và các cảm biến bổ sung khác.
Bộ điều khiển (ECU) nhận và xử lý thông tin từ cụm tín hiệu vào, nhằm điều khiển bộ chấp hành thủy lực Điều này giúp cung cấp áp suất dầu tối ưu cho từng xylanh phanh bánh xe.
Cụm van điều khiển trong bộ chấp hành thủy lực nhận lệnh từ bộ điều khiển để điều chỉnh áp suất dầu, nhằm duy trì hệ số trượt dao động trong khoảng tối ưu từ 10% đến 30% Điều này giúp ngăn chặn hiện tượng hãm cứng bánh xe, đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Các cơ cấu chống hãm cứng bánh xe hiện nay sử dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong hệ thống phanh, dựa trên gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh.
2.2 Nghiên cứu hệ thống ABS
2.2.1 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.
Lực phanh của ô tô được giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường, điều này được thể hiện qua hệ số bám φ.
Z: Tải trọng tác dụng lên bánh xe.φ: Hệ số bám.
Khi phanh gấp với lực phanh lớn (Fp) hoặc trên các bề mặt trơn như đường băng hay tuyết, phần lớn lực phanh dư thừa không được mặt đường tiếp nhận sẽ dẫn đến tình trạng bánh xe bị bó cứng và trượt Hiện tượng này được thể hiện qua hệ số trượt tương đối λ.
Va: Vận tốc của xe. ωb: Tốc độ góc của bánh xe. rb: Bán kính tính toán của bánh xe
Hình 2.1 Sự thay đổi của hệ số bám dọc φX và hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối λ của bánh xe.
Theo đồ thị 1.1, hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại φmax tại độ trượt tương đối λ0, thường nằm trong khoảng (10-30)% Ở giá trị λ0 này, không chỉ hệ số bám dọc mà hệ số bám ngang cũng có giá trị cao Khi λ0% đạt mức này, bánh xe sẽ ở trạng thái bị bó cứng và trượt lết hoàn toàn trên mặt đường.
Để đạt được lực phanh cực đại và hiệu quả phanh cao nhất, quá trình phanh cần duy trì ở độ trượt của bánh xe khoảng λ0 (10-30) % Điều này giúp đảm bảo sự ổn định tốt nhất trong quá trình phanh.
2.2.2 Mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt
Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt.
Mối quan hệ giữa lực phanh và tỉ số trượt được thể hiện rõ qua đồ thị 1.2, cho thấy rằng lực phanh không luôn tương ứng trực tiếp với tỉ số trượt Để đạt được lực phanh tối đa, tỉ số trượt cần nằm trong vùng dung sai trượt của hệ thống ABS.
Kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy hiệu quả phanh và ổn định phanh của hệ thống ABS phụ thuộc chủ yếu vào sơ đồ phân phối các mạch điều khiển cũng như mức độ độc lập trong việc điều khiển lực phanh tại các bánh xe Việc đạt được sự thoả mãn đồng thời hai chỉ tiêu này là một vấn đề phức tạp và đang được nghiên cứu bởi các chuyên gia trong lĩnh vực.
Các hệ thống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng nguyên lý điều chỉnh sau đây:
- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh.
- Theo giá trị độ trượt cho trước.
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống phanh ABS
2.3.1 Cấu tạo hệ thống ABS
Cơ cấu ABS được thiết kế dựa trên cấu trúc của phanh thông thường, bao gồm các bộ phận chính như xy lanh chính, bầu trợ lực, cơ cấu phanh bánh xe và các van điều hòa lực phanh Để chống hãm cứng bánh xe khi phanh, ABS cần trang bị thêm cảm biến tốc độ bánh xe, hộp điều khiển điện tử (ECU), bộ chấp hành thủy lực và bộ chẩn đoán báo lỗi.
Một cơ cấu ABS bao gồm 3 cụm bộ phận chính :
Cụm tín hiệu vào bao gồm các cảm biến tốc độ bánh xe và công tắc báo phanh, có chức năng gửi thông tin về tốc độ bánh xe và tín hiệu phanh đến hộp điều khiển điện tử (ECU) dưới dạng tín hiệu điện.
Hộp điều khiển điện tử (ECU) đóng vai trò quan trọng trong việc nhận và xử lý tín hiệu đầu vào, từ đó gửi tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành thủy lực Chức năng chính của ECU là điều khiển quá trình phanh, đặc biệt là trong hệ thống chống bó cứng bánh xe (ABS).
- Bộ phận chấp hành gồm có bộ điều khiển thuỷ lực, bộ phận hiển thị đèn báo phanh ABS, bộ phận kiểm tra, chẩn đoán.
+ Bộ điều khiển thuỷ lực nhận tín hiệu điều khiển từ ECU thực hiện quá trình phân phối áp suất dầu đến các cơ cấu phanh bánh xe.
Bộ phận hiển thị đèn báo phanh và hệ thống kiểm tra chẩn đoán có nhiệm vụ thông báo cho người lái khi có sự cố xảy ra với hệ thống ABS, thông qua các xung điện hoặc tín hiệu nhấp nháy của đèn báo.
Hình 2.4 Sơ đồ điều khiển cơ cấu phanh thường.
1.Bàn đạp phanh; 2.Bình đựng dầu; 3 Xylanh chính; 4 Ống dẫn dầu 5,6 Cơ cấu phanh
Hình 2.5 Sơ đồ khối các cụm chức năng của cơ cấu ABS.
Hình 2.6 Sơ đồ điều khiển của cơ cấu ABS.
2.3.2 Nguyên tắc điều khiển cơ bản của cơ cấu ABS như sau:
Các cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ nhận diện tốc độ góc của từng bánh xe và truyền tín hiệu về ECU dưới dạng xung điện áp xoay chiều.
ECU theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách phân tích tốc độ xe và sự biến đổi tốc độ của từng bánh Qua đó, hệ thống xác định mức độ trượt dựa trên sự khác biệt tốc độ giữa các bánh xe.
Khi phanh gấp hoặc trên đường ướt, trơn trượt, ECU điều khiển bộ chấp hành thủy lực sẽ cung cấp áp suất dầu tối ưu cho từng xy lanh phanh bánh xe Hệ thống này hoạt động theo các chế độ tăng áp, giữ áp và giảm áp nhằm duy trì độ trượt trong giới hạn an toàn, giúp tránh hiện tượng hãm cứng bánh xe khi phanh.
2.3.3 Các bộ phận chính trong hệ thống
- Cảm biến tốc độ bánh xe
Cảm biến tốc độ bánh xe có chức năng phát hiện sự thay đổi tốc độ của bánh xe và truyền tín hiệu đến ECU Qua đó, ECU sẽ nhận diện, xử lý thông tin và điều khiển các hệ thống nhằm ngăn chặn hiện tượng hãm cứng bánh xe.
Cảm biến tốc độ bánh xe được cấu tạo từ một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây quấn quanh lõi từ, và hai đầu cuộn dây được kết nối với ECU.
Hình 2.7 Cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ.
Khi bánh xe quay, vành răng cũng quay theo, làm thay đổi khe hở A giữa hai đầu lõi từ và vành răng Sự biến thiên của từ thông này tạo ra một sức điện động xoay chiều dạng hình sin trong cuộn dây, với biên độ và tần số tỉ lệ với tốc độ góc của bánh xe Tín hiệu điện này liên tục được gửi về ECU Tùy thuộc vào cấu tạo của cảm biến, vành răng và khe hở giữa chúng, các xung điện áp có thể nhỏ hơn 100mV ở tốc độ thấp hoặc vượt quá 100mV ở tốc độ cao.
Khe hở không khí giữa lõi từ và đỉnh răng của vành răng cảm biến chỉ khoảng 1mm, và độ sai lệch phải trong giới hạn cho phép Nếu khe hở vượt quá giá trị tiêu chuẩn, cơ cấu ABS sẽ không hoạt động hiệu quả.
Hình 2.8 Tín hiệu điện áp ở cảm biến tốc độ bánh xe.
Trên một số xe, cảm biến giảm tốc được trang bị bên cạnh cảm biến tốc độ bánh xe, giúp ECU xác định chính xác hơn sự giảm tốc trong quá trình phanh, từ đó cải thiện mức độ đáp ứng của hệ thống ABS Cảm biến này thường được sử dụng trên xe 4WD, vì khi một bánh xe bị hãm cứng, các bánh xe khác cũng có xu hướng bị ảnh hưởng do kết nối với cơ cấu truyền lực Cảm biến giảm tốc còn được gọi là cảm biến “G”.
- Cảm biến gia tốc ngang
Cảm biến gia tốc ngang, được trang bị trên một số loại xe, giúp cải thiện khả năng xử lý khi phanh trong quá trình quay vòng, làm giảm tốc độ gia tăng mô men xoay Khi xe quay vòng, bánh xe bên trong thường nhấc khỏi mặt đất do lực ly tâm, trong khi bánh xe bên ngoài, đặc biệt là bánh trước bên ngoài, bị ép chặt xuống đường Điều này dẫn đến việc bánh xe bên trong dễ bị bó cứng hơn so với bánh xe bên ngoài Cảm biến gia tốc ngang có chức năng xác định gia tốc ngang của xe khi quay và gửi tín hiệu đến ECU.
2.3.3.2 Hộp điều khiển điện tử (ABS ECU).
Dựa vào tín hiệu từ các cảm biến tốc độ bánh xe, ECU ABS có khả năng xác định tốc độ góc của bánh xe và tốc độ xe trong quá trình phanh Mặc dù tốc độ góc của bánh xe giảm, mức độ giảm tốc sẽ thay đổi tùy thuộc vào tốc độ xe và tình trạng mặt đường, chẳng hạn như mặt đường nhựa asphalt khô, ướt hoặc đóng băng.
ECU có khả năng đánh giá mức độ trượt giữa các bánh xe và mặt đường bằng cách theo dõi sự thay đổi tốc độ góc của bánh xe trong quá trình phanh Nó điều khiển bộ chấp hành ABS để cung cấp áp suất dầu tối ưu cho các xi lanh bánh xe, đảm bảo hiệu suất phanh an toàn và hiệu quả.
ABS ECU cũng bao gồm chức năng kiểm tra ban đầu, chức năng chẩn đoán, chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ và chức năng dự phòng.
2.3.3.3 Điều khiển tốc độ xe
Lựa chọn phương án thiết kế
Quan sát các mẫu thiết kế trước
Hình 3.1: Mô hình ABS ở xưởng. Ưu điểm: Gọn nhẹ, dễ di chuyển.
Khuyết điểm: Khó quan sát được tất cả các cụm chi tiết khi phanh hoạt động.
Hình 3.2: Mô hình ABS kiểu truyền thống. Ưu điểm: Nhìn rõ các cụm chi tiết.
Khuyết điểm: Cồng kềnh, nặng, khó di chuyển
Sau khi phân tích và đánh giá các mô hình hiện có trong xưởng, nhóm đã quyết định thiết kế bằng cách đặt các cụm chi tiết lên bảng Cách làm này mang lại nhiều ưu điểm, bao gồm sự gọn nhẹ, dễ dàng di chuyển, và giúp việc vận hành cũng như quan sát các cụm chi tiết trở nên trực quan hơn.
Hình 3.3: Mẫu ý tưởng thiết kế.
Thiết kế mô hình
Hình 3.4: Kích thước khung mô hình trên bản vẽ thiết kế.
- Vật liệu thép hộp vuông 30x30, thép vuông 30x60.
- Kích thước cơ bản: dài x rộng x cao = 1530x600x1200 (mm).
3.2.2 Bố trí các cụm chi tiết trên bảng
- Vật liệu làm bảng: phíp cam.
Hình 3.5: Các cụm chi tiết trên bảng.
Bảng 2: Các cụm chi tiết bố trí
Stt Tên chi tiết Số lượng (cái)
5 Công tắc nguốn IG/SW 1
7 Van điều hòa lực phanh, bộ chấp hành 1
11 Giắc đo điện áp và công tắc pan 42
Các bộ phận chính
3.3.1 Hệ thống phanh thủy lực:
- Sơ đồ khối hệ thống:
Hình 3.6: Sơ đồ tổng quan một hệ thống phanh thủy lực.
- Bàn đạp phanh, xi lanh chính loại kép (2 dòng), bình dầu và bầu trợ lực chân không.
Hình 3.7: Xi lanh chính, bầu trợ lực, bình dầu, bàn đạp.
Xilanh chính trong hệ thống phanh có nhiệm vụ chuyển đổi lực từ bàn đạp phanh thành áp suất thủy lực Áp suất này được truyền đến các xilanh con tại bánh xe, điều khiển guốc phanh hoặc tấm má phanh để ép sát vào trống hoặc đĩa phanh, giúp hãm các bánh xe hiệu quả.
Hình 3.8: Xilanh chính và bình dầu
Bầu trợ lực phanh là thiết bị giúp khuếch đại lực khi đạp chân phanh, đồng thời giảm thiểu lực cơ học cần thiết để vận hành hệ thống phanh Trong hầu hết các hệ thống phanh ô tô, bầu trợ lực phanh thường được kết hợp với xi lanh tổng phanh, tạo ra hiệu quả phanh tốt hơn.
Hình 3.9: Cấu tạo của bầu trợ lực phanh.
Bầu trợ lực phanh là một bộ phận quan trọng trên ô tô, được lắp đặt giữa xi lanh chính và bàn đạp phanh Thiết bị này có hình dáng hộp tròn bằng kim loại, bên trong chứa màng trợ lực, van khí trời, van chân không và các lò xo.
Dùng để giảm nhẹ cường độ của người lái khi đạp phanh trên ô tô.
- Cơ cấu phanh tang trống:
Trống phanh bao gồm các thành phần như đĩa đỡ, guốc phanh, trống phanh, xi-lanh bánh xe, và lò xo hồi, cùng với một số cơ cấu tự động hoặc tự điều chỉnh Khi phanh được kích hoạt, lực tác động lên dầu phanh tạo áp lực, đẩy vào xi-lanh bánh xe và tiếp tục đẩy guốc phanh tiếp xúc với bề mặt bên trong trống phanh Khi nhả phanh, áp suất giảm và lò xo hồi kéo guốc phanh trở lại vị trí ban đầu Tuy nhiên, do trống phanh bao quanh guốc phanh, việc tiêu tán nhiệt trở nên khó khăn, khiến loại phanh này chịu nhiệt kém.
Hình 3.10: Cấu tạo phanh tang trống
Hệ thống phanh dẫn động thủy lực phân chia chia chéo sử dụng van điều hòa kép, bao gồm hai van điều hòa đơn kết hợp trong một thiết bị Một van điều khiển áp suất được lắp ở bánh sau bên phải và van còn lại ở bánh sau bên trái, giúp tối ưu hóa hiệu suất phanh.
- Đường ống dầu phanh: Được làm bằng đồng hoặc thép không gỉ, không chỉ đẹp mà còn duy trì áp suất ổn định bên trong hệ thống
- Đồng hồ đo áp suất: Đồng hồ đo áp suất cơ khí.
Cấu tạo của thiết bị bao gồm một ống đồng dẹt uốn cong hình dấu hỏi, với một đầu bịt kín và đầu còn lại kết nối với lưu thể cần đo áp suất như khí hoặc chất lỏng Đầu bịt kín được liên kết mềm với một đầu của cặp bánh răng, trong khi trục của bánh răng còn lại được gắn lò xo đàn hồi và kim đồng hồ.
Nguyên lý hoạt động của đồng hồ áp suất dựa trên sự chuyển động của kim quay trên mặt đồng hồ có chia độ Khi áp suất của lưu thể tác động, ống đồng sẽ co giãn, kết hợp với cơ cấu bánh răng, làm cho kim đồng hồ quay đến vị trí tương ứng với áp suất Nếu áp suất không đủ để làm giãn ống đồng, kim đồng hồ sẽ trở về vạch “0” nhờ vào lò xo đàn hồi.
Hình 3.12: đồng hồ đo áp suất.
3.3.2 Hệ thống điều khiển ABS:
- Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ABS:
Hình 3.13: sơ đồ điều khiển của ECU ABS.
Hình 3.14: Hộp ECU ABS o Chức năng:
Công tắc phanh, phanh tay
Bơm dầu phanh. Đèn báo.
ABS ECU có khả năng nhận biết tốc độ góc của tất cả các bánh xe và tốc độ của xe thông qua hệ thống cảm biến Nó gửi tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành để điều chỉnh áp suất trong các xy lanh bánh xe một cách tối ưu Ngoài ra, ABS ECU còn đảm nhiệm một số chức năng khác.
Chức năng kiểm tra ban đầu.
- Cảm biến tốc độ và vòng răng cảm biến
Cảm biến tôc độ bánh xe nhận biết tốc độ góc của các bánh xe và gửi tín hiệu về ABS ECU dưới dạng xung điện áp xoay chiều
Hình 3.15: Cảm biến tốc độ và vòng răng cảm biến.
Khi bánh xe quay, vành răng cũng quay theo, làm thay đổi khe hở A giữa đầu lõi từ và vành răng Sự biến thiên từ thông này tạo ra sức điện động xoay chiều dạng hình sin, có biên độ và tần số thay đổi tỷ lệ với tốc độ góc của bánh xe Tín hiệu này được gửi liên tục về ECU.
Hình 3.16: Cách bố trí các cảm biến, vòng răng cảm biến.
- Bộ chấp hành thủy lực loại 4 van điện 3 vị trí
Hình 3.17: Bộ chấp hành ABS
Cấp hay ngắt áp suất dầu từ xilanh phanh chính đến mỗi xi lanh phanh đĩa theo tín hiệu từ ECU để điều tốc độ bánh xe.
Cấu tạo: o Van điện 3 vị trí. o Bình tích năng và bơm. o Motor dẫn động bơm
Công tắc máy khởi động mô hình hoạt động, trong khi cầu chì đảm bảo an toàn cho hệ thống bằng cách ngắt mạch khi có hiện tượng quá dòng Ngoài ra, giắc chuẩn đoán giúp đọc mã lỗi khi có sự cố xảy ra trong hệ thống.
3.3.3 Hệ thống điều khiển mô phỏng hoạt động mô hình:
- Sơ dồ khối hệ thống:
Tín hiệu vào Tín hiệu ra
Hình 3.18: Sơ đồ khối hệ thống mô phỏng hoạt động.
- Motor dẫn động vòng răng cảm biến:
Hai vòng răng cảm biến được nối với trục của motor, nhằm mô phỏng hoạt động của 4 bánh xe Motor được sử dụng là loại 12V DC.
Hình 3.19: Motor và vòng răng cảm biến.
Module này được thiết kế dành cho các ứng dụng điều khiển tốc độ và vị trí dùng
Hình 3.20: Mạch cầu H IR 2184. o Đặc tính kỹ thuật:
Có Led báo nguồn cho mạch.
Có Led báo chiều động cơ.
Board được thiết kế nhỏ gọn.
Dùng ic kích FET chuyên dụng IR2184. o Hướng dẫn sử dụng board IR2184
Cấp nguồn cho Board theo sơ đồ hình vẽ trên bao gồm:
Hình 3.21: Sơ đồ mắc dây
GND. o Có hai cách điều khiển như sau:
- Nếu ta cấp MASS của Board VDK cho chân DIR- và chân PWM- thì lúc đó
Ta sẽ điều khiển tốc độ bằng PWM dương, nghĩa là:
Độ rộng xung mức 1 của PWM ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ của động cơ; khi PWM đạt giá trị tối đa, tốc độ động cơ sẽ nhanh nhất Ngược lại, nếu độ rộng xung mức 1 giảm xuống, tốc độ động cơ sẽ chậm lại và sẽ dừng hoàn toàn khi PWM ở mức tối thiểu.
Chân PWM+ lúc này nối với chân PWM của VDK.
Chân DIR+ lúc này cấp mức 1 thì động cơ quay thuận, cấp mức 0 thì động cơ quay nghịch.
- Nếu ta cấp +5V của Board VDK cho chân DIR+ và chân PWM+ thì lúc đó:
Ta sẽ điều khiển tốc độ bằng PWM âm, nghĩa là:
Độ rộng xung mức 0 của PWM ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ động cơ; khi độ rộng xung lớn nhất (PWM=Min), động cơ hoạt động với tốc độ tối đa Ngược lại, khi độ rộng xung nhỏ (PWM=Max), tốc độ động cơ sẽ chậm lại và dừng hoàn toàn.
Chân PWM- lúc này nối với chân PWM của VDK.
Chân DIR- lúc này cấp mức 1 thì động cơ quay thuận, cấp mức 0 thì động cơ quay nghịch.
Arduino là một board mạch vi xử lý mở, giúp phát triển các ứng dụng tương tác với nhau và môi trường Phần cứng bao gồm vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel 32-bit Các model hiện tại có 1 cổng USB, 6 chân đầu vào analog và 14 chân I/O kỹ thuật số, tương thích với nhiều board mở rộng khác.
Vi điều khiển ATmega 328 họ 8 bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16MHz
Dòng tiêu thụ Khoảng 30mA Điện áp khuyên dùng 7 – 12V DC Điện áp vào giới hạn 6 – 20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10 bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Thi công
- Dựa trên bản vẽ thiết kế thì nhóm tiến hành làm dựa trên nó.
- Sau khi hoàn thành và sơn màu (xanh dương).
4.1.2 Bảng đặt cụm chi tiết
- Dựa trên bản thiết kế.
- Sơn lại các cụm chi tiết.
- Tiến hành lắp đặt lên mặt bảng.
Hình 4.2: Mặt bố trí các cụm chi tiết.
4.1.3 Thiết kế, thi công lại đường dây điện
Hình 4.3 Sơ đồ mạch điện
Bao gồm: đèn IG/SW (màu vàng), đèn ABS (màu đỏ), đèn phanh (màu đỏ), đèn bơm (màu xanh).
Hình 4.4: Bố trí hệ thống đèn báo.
Mắc 2 dây motor vào 2 mạch cầu H IR2814.
2 chân PWM + và DIR + của mạch cầu lần lợt mắc vào các chân 3 4 5 6 của Arduino.
Chân PWM - và DIR - của mạch cầu nối vào chân GND của Arduino.
Tín hiệu đạp phanh nối với chân 11 của Arduino.
Hình 4.5: Bố trí motor và cảm biến.
- Giắc đo và công tắc tạo pan
Hình 4.6 Bảng pan và giắc đo
Hình 4.7: Bố trí ống dầu.
Hình 4.8: Tổng quan mô hình.
Thực nghiệm
Cấp nguồn ắc quy 12v cho toàn hệ thống
Cấp nguồn ắc quy cho mô hình Lưu ý phải cấp đúng âm dương cho mạch, đỏ vào dương và đen vào âm ắc quy.
Chế độ tự kiểm tra và chẩn đoán của ABS:
Bật công tắc nguồn IG/SW để đèn báo IG/SW sáng, cho biết nguồn 12V đã được cấp cho mô hình Khi đó, đèn báo ABS sẽ sáng kèm theo tiếng kêu từ rơ le và van điện, sau đó đèn LED sẽ sáng rồi tắt Đèn báo phanh cũng sẽ sáng trong 3 giây trước khi tắt Đây là bước khởi đầu cho quá trình tự kiểm tra và chẩn đoán ban đầu của hệ thống.
Khi hệ thống hoạt động bình thường, đèn ABS sẽ tắt trong vòng 3 giây, cho thấy hệ thống đã sẵn sàng Khi bạn đạp phanh, đèn báo phanh sẽ sáng lên.
Nếu đèn ABS không tắt sau 3 giây, điều này cho thấy có sự cố trong hệ thống, dẫn đến việc hệ thống ABS không hoạt động và phanh sẽ ở chế độ bình thường Để khôi phục hoạt động của hệ thống ABS, cần đọc mã lỗi và tiến hành kiểm tra, sửa chữa Chỉ khi đèn ABS tắt sau 3 giây kể từ khi bật công tắc nguồn IG/SW, hệ thống mới hoạt động hoàn chỉnh.
Chế độ đọc và xóa mã lỗi:
Chú ý: Khi bật công tắc phải chắc chắn đèn báo ABS sáng, nếu không phải kiểm tra mạch đèn báo ABS.
- Đọc mã lỗi o Khi không nối TC với Mass.
Bật công tắc sang vị trí IG
Nếu hệ thống ABS bình thường đèn báo ABS sáng lên khoảng 3s rồi tắt.
Nếu hệ thống ABS có sự cố (hư hỏng) thì đèn báo ABS sáng để cảnh báo có sự cố hệ thống.
Nếu có hư hỏng xảy ra thì chúng ta kiểm tra mạch nguồn, mạch đèn ABS, bóng đèn,… o Khi nối TC với E1 trên giắc chẩn đoán.
Nối chân TC với Mass.
Bật công tắc sang vị trí IG.
Nếu hệ thống ABS bình thường thì đèn báo ABS nháy đều với chu kì 0.25s.
Nếu hệ thống ABS có sự cố (hư hỏng) thì đèn báo ABS nháy báo mã lỗi.
Hình 4.9 ABS hoạt động bình thường
Bảng 4: Mã lỗi của các hư hỏng trong hệ thống ABS
Mã lỗi Chuẩn đoán Vùng hư hỏng
11 Hở mạch trong relay van điện.
Mạch bên trong của bộ chấp hành.
Role điều khiển. Dây điện, giắc nối của role van điện.
12 Chập mạch trong relay van điện.
13 Hở mạch trong mạch relay van motor bơm Mạch bên trong của bộ chấp hành.
Role điều khiển. Dây điện, giắc nối của role van điện.
21 Hở hay ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe trước phải.
Van điện bộ chấp hành. Dây điện, giắc nối của mạch điện bộ chấp hành.
22 Hở hay ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe trước trái.
23 Hở hay ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe sau phải.
24 Hở hay ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe sau trái.
31 Cảm biến tốc độ bánh xe trước phải hỏng.
Cảm biến tốc độ bánh xe. Vòng răng cảm biến tốc độ bánh xe.
Dây dẫn và giắc nối của cảm biến tốc độ bánh xe.
32 Cảm biến tốc độ bánh xe trước trái hỏng.
33 Cảm biến tốc độ bánh xe sau phải hỏng.
34 Cảm biến tốc độ bánh xe sau trái hỏng.
35 Hở mạch cảm biến tốc độ bánh xe sau phải hay trước trái.
36 Hở mạch cảm biến tốc độ bánh xe trước phải hay sau trái.
37 Hỏng cả 2 roto cảm biến tốc độ Vòng răng cảm biến tốc độ bánh xe.
41 Điện áp ác qui không bình thường (nhỏ hơn 9,5V hay lớn hơn 16,2V).
51 Motor bơm của bộ chấp hành bị kẹt hay hở mạch motor bơm của bộ chấp hành.
Motor bơm, ac qui và role Dây điện, giắc nối và bu lông tiếp mass hay hở mạch motor bơm của bộ chấp hành.
Luôn sáng ABS ECU hỏng ECU.
- Xóa mã lỗi Để xóa mã lỗi ta còn có thể tháo cực ắc quy để xóa hoàn toàn tất cả mã lỗi trong ECU.
Khi đạp phanh, đèn phanh sáng lên và guốc phanh bung ra, bám vào thành trống phanh, cho thấy xe đang giảm tốc Motor dừng quay, bơm hoạt động, đèn bơm màu xanh sáng và phát ra tiếng kêu nhỏ, đồng thời có áp lực đẩy về bàn đạp phanh Đèn ABS nháy sáng, chứng tỏ hệ thống ABS hoạt động bình thường.
Khi đó áp suất dầu ở các bánh xe như sau:
Hình 4.11: Tổng phanh Hình 4.12: 2 bánh trước.
Hình 4.13: Bánh sau trái Hình 4.14: Bánh sau phải
Kiểm tra hoạt động của hệ thống
- Nhận biết các tình huống mà hệ thống ABS không hoạt động.
- Xác định trạng thái của hệ thống phanh khi ABS không hoạt động.
1 Đạp phanh khi bánh xe chưa quay ( ứng với trường hợp xe đỗ) hay đang chạy ở tốc độ thấp (