Tìm hiểu hệ thống phanh ABS khí nén

Vào cuối những năm 1990, thực tế tất cả các xe chở khách và xe tải nhẹ đều được trang bị hệ thống ABS bốn bánh [2] Hệ thống ABS được công nhận đóng góp quan trọng cho an toàn đường bộ vì

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHI

SSV:

13145074 SV

TRƯƠNG VĂN PHI M

SSV:

13145188 G

VHD:

ThS TRẦN ĐÌNH QUÝ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Tình hình ngoài nước 1

3 Tình hình trong nước 2

4 Mục tiêu đề tài 2

5 Giới hạn đề tài 2

6 Phương pháp thực hiện đề tài 2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG ABS 4

1.1 Lịch sử phát triển 4

1.2 Cơ sở chung của hệ thống ABS 4

1.3 Quá trình điều khiển của ABS 9

1.4 Phương pháp điều khiển 13

1.5 Cấu tạo về hệ thống ABS 14

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN 16

2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống ABS khí nén 16

2.2 Hệ thống phanh khí nén thông thường 17

2.3 Hệ thống phanh ABS khí nén 31

2.4 Hệ thống phanh ABS khí nén trên xe rơ moóc 52

CHƯƠNG 3 :GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PHANH KHÍ ABS NÉN TRÊN MỘT SỐ DÒNG XE Ở VIỆT NAM 61

3.1 Giới thiệu hệ thống phanh trên xe khách HYUDAI UNIVERSE 61

3.2 Giới thiệu hệ thống phanh trên xe THACO MOBIHOME 63

3.3 Hình ảnh thực tế các bộ phân phanh ABS khí nén 66

3.4 Bảo dưỡng, sửa chữa, triệu chứng hư hỏng và chẩn đoán 71

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐÊ TÀI 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO 82

DANH MỤC VIẾT TẮT

ABS : Anti-lock Braking System

ASR : Anti-Slip Regulation

EBS : Electronically controlled Braking System ESC : Electronic Stability Control

RSC : Roll Stability Control

ATC : Automatic Traction Control

ECU : Electronic Control Unit

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 : Đường đặc tính trượt 6

Hình 1.2: Đặc tính trượt ứng với các loại đường khác nhau 7

Hình 1.3: Thời điểm quay gây ra bởi sự khác biệt lớn trong hệ số bám 9

Hình 1.4: Thời điểm quay gây ra bởi sự khác biệt lớn trong hệ số bám 10

Hình 1.5: Lưu đồ quá trình điều khiển của ABS 12

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống ABS trên xe 14

Hình 1.7: Sơ đồ điều khiển của ABS 15

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí đơn giản trên xe không có ABS 18

Hình 2.2: Hoạt động của máy nén 20

Hình 2.3: Van điều áp 21

Hình 2.4: Bầu lọc 22

Hình 2.5: Bình chứa 23

Hình 2.6: Van an toàn 24

Hình 2.7: Van xả 24

Hình 2.8: Van phân phối 25

Hình 2.9: Bầu phanh hoạt động 26

Hình 2.10: Bầu phanh không họat động 27

Hình 2.11: Cấu tạo của cơ cấu phanh 27

Hình 2.12: Van xả nhanh 28

Hình 2.13: Van rờ le 29

Hình 2.14: Cấu tạo van rờ le 30

Hình 2.15: Sơ đồ bố trí 4S/4K 33

Hình 2.16: Sơ đồ bố trí 6S/4K 34

Hình 2.17: Sơ đồ bố trí 6S/6K 35

Hình 2.18: Sơ đồ hệ thống ABS khí nén 37

Hình 2.19: Sơ đồ nguồn cung cấp khí nén 38

Hình 2.20: Sơ đồ mạch cung cấp khí nén cho cầu trước 39

Hình 2.21: Sơ đồ nguồn cung cấp khí nén cho cầu sau 40

Hình 2.22: Sơ đồ mạch cung cấp khí nén cho hệ thống [13] 41

Hình 2.23: Cấu tạo, hoạt động của cảm biến tốc độ xe 42

Hình 2.24: Cấu tạo của van chấp hành 44

Hình 2.25: Van chấp hành hoạt động ở chế độ tăng áp 45

Hình 2.26: Van chấp hành hoạt động ở chế độ giảm áp 46

Hình 2.27: Van chấp hành hoạt động ở chế độ giữ áp 47

Hình 2.28: Điều khiển khi xe bắt đầu giảm tốc 49

Hình 2.29: Điều khiển khi xe tăng tốc 50

Hình 2.30: Điều khiển khi xe bắt đầu ổn định 51

Hình 2.31: Logic điều khiển của hệ thống 52

Hình 2.32: Sơ đồ bố trí trên xe rơ moóc 52

Hình 2.33: Nguyên lý hoạt động cơ bản 54

Hình 2.34: Sơ đồ bố trí trên xe có rơ moóc 55

Hình 2.35: Khớp nối 55

Hình 2.36: Van kiểm tra 2 chiều 58

Hình 2.36: Sơ đồ bố trí phanh ABS trên xe rơ moóc 59

Hình 2.37: Sơ đồ đường đi trên xe và rơ moóc 60

Hình 3.1 : Xe HYUNDAI UNIVERSE 61

Hình 3.2 : Sơ đồ bố trí trên HYUNDAI UNIVERSE 63

Hình 3.3 : Xe THACO MOBIHOME 64

Hình 3.4 : Sơ đồ bố trí trên xe THACO MOBIHOME 66

Hình 3.5: Máy nén 67

Hình 3.6: Bầu lọc và tách ẩm 67

Hình 3.7: Bình chứa 68

Hình 3.8: Bầu phanh trước 68

Hình 3.9: Bầu phanh sau 69

Hình 3.10: Cảm biến tốc độ bánh xe 69

Hình 3.11: ABS- ECU 70

Hình 3.12: Van chấp hành ABS phía trước 70

Hình 3.13: Van chấp hanh ABS phía sau trên xe 71

Hình 3.14: Các bước xử lý lỗi 74

Hình 3.15 : Quy trình sửa chữa van chấp hành 75

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Theo thống kê năm 2015 của Bộ Giao Thông Vận Tải thì số lượng vận chuyển hành khách khoảng 3.099,2 triệu người và số lượng vận chuyển hàng hóa khoảng 874.024 ,4 nghìn tấn Qua số liệu cụ thể ta thấy được ngày nay ngành dịch vụ du lịch và hành hóa đang phát triển nhanh Để phục vụ cho sự phát triển trên thì ngành giao thông vận tải phải phát triển theo Điều đó đòi hỏi các xe hiện nay cần phải phát triển tải trọng và tốc độ để đáp ứng nhu cầu của thị trường

Để phát triển tải trọng và tốc độ thì bên cạnh đó cần phải chú ý đến tính an toàn của

xe Vì những lý do đó hiện nay đa số xe khách và xe đầu kéo đều được trạng bị thêm hệ thống ABS để tăng tính an toàn

Hiện này ở nước ta, các loại xe khách và xe đầu kéo ngày càng nhiều nhưng vẫn chưa

có nhiều tài liệu tiếng Việt nên chúng em chọn đề tài “ Tìm Hiểu Hệ Thống Phanh ABS Khí Nén “ để nghiên cứu

2 Tình hình ngoài nước

Hệ thống phanh trên ô tô đã có quá trình phát triển lâu dài, đến nay đã ngày càng hoàn thiện và phát triển mạnh mẽ Hệ thống ABS được sử dụng trên ô tô vào cuối những năm 60 và ngày nay đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc của ô tô con và cả ô tô du lịch, xe tải Với sự phát triển mạnh mẽ và không ngừng của nền công nghiệp điện tử, hệ thống ABS ngày càng hiện đại hơn và được tích hợp thêm nhiều hệ thống nhằm tăng cường sự ổn định

và an toàn cho người lái xe như: hệ thống chống trượt TCS, hệ thống phân bố lực phanh EBD, hệ thống phanh khẩn cấp BAS và ổn định điện tử ESP Các hãng lớn trên thế giới như Wabco, Bendix, Bosch…đều đã và đang có các nghiên cứu rất sâu về hệ thống ABS tối ưu kết cấu van chấp hành cũng như thuật toán điều khiển và thiết kế bộ điều khiển … Sản phẩm

của các hãng được thử nghiệm, tối ưu hóa thiết kế và sản xuất thương mại để lắp đặt trên xe

ô tô

3 Tình hình trong nước

Các công trình nghiên cứu trong nước đã có nhiều ý nghĩa quan trọng trong việc hoànthiện cơ sở lý thuyết quá trình phanh cũng như giải quyết các vấn đề về điều khiển quá trình phanh Tuy nhiên, các nghiên cứu sâu về hệ thống ABS còn hạn chế, chủ yếu tập trung nghiên cứu ABS cho hệ thống phanh thủy lực bằng mô hình mô phỏng, các thực nghiệm chủyếu được thực hiện trên mô hình có tính chất minh họa trong phòng thí nghiệm Đa số các công trình nghiên cứu về hệ thống ABS khí nén đều là đề tài tính toán thiết kế mô phỏng hệ thống phanh ABS Chưa nghiên cứu nhiều về phương pháp bảo dưỡng và sửa chữa hư hỏng trên hệ thống phanh ABS khí nén

- Giới thiệu về hệ thống phanh ABS khí nén trên một số dòng xe ở Việt Nam

- Giới thiệu về phương pháp chuẩn đoán, bảo dưỡng, sửa chữa các hư hỏng trên hệ thống phanh ABS khí nén

5 Giới hạn đề tài

Chỉ nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, bảo dưỡng, sửa chữa của hệ thống phanh ABS khí nén

Phương pháp thực hiện đề tài là tổng hợp nội dung từ các nguồn tài liệu và kết hợp tham khảo thực tế.

Các tài liệu tham khảo như:

- Nguyễn Khắc Trai Cấu Tạo Gầm Ô Tô Tải, Ô Tô Buýt NBX Giao Thông Vận Tải

- Anti-Lock Brake System Hyundai Commercial Vehicles

- Design and Simulation of an ABS Control Scheme for a Formula Student Prototype

- MERITOR WABCO Anti-lock Braking Systems (ABS) For Trucks, Tractors And Buses

- MERITOR WABCO Anti-lock Braking Systems (ABS) And Anti-Slip Regulation (ASR)

- Air Brake Manual Training & Reference Guide

- Giampiero Mastinu & Manfred Ploechl Road and off-Road Vehicle SyStem

dynamics Handbook

- Technician Guidelines For Antilock Braking Systems Air-Braked Trucks, Tractors, and Trailers

- An Antilock-Braking Systems (ABS) Control: A Technical Review

- BENDIX The Air Brake Handbook

- Systems For Commercial Vehicles ABS 6 Standard

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG ABS

1980 Hệ thống của Bosch được sử dụng trong năm 1986 trên xe Corvette và Cadillac

Allante, tiếp theo là Ford cũng trạng bị phanh ABS cho xe của họ vào năm 1987 Kể từ cuối thập niên 1980 và đầu những năm 90, hệ thống ABS đã được tìm thấy trên hầu hết các xe hàng đầu của mỗi hãng sản xuất Vào cuối những năm 1990, thực tế tất cả các xe chở khách

và xe tải nhẹ đều được trang bị hệ thống ABS bốn bánh [2]

Hệ thống ABS được công nhận đóng góp quan trọng cho an toàn đường bộ vì nó được thiết kế để giữ cho chiếc xe có thể lại và ổn định trong khi phanh gấp Khi phanh gấp, bánh xe dễ bị trượt và bị khóa hay phanh trên đường trơn trượt ( đường ướt , đường tuyến…) Điều này gây ra quãng đường phanh dài và mất ổn định của tay lái Mục tiêu của hệ thống ABS là điều khiển các bánh xe để đạt độ bám tối đa và ổn định lái được duy trì Nghĩa là, làm cho chiếc xe dừng lại trong thời gian ngắn nhất và duy trì sự kiểm soát hướng

1.2 Cơ sở chung của hệ thống ABS

1.2.1 Sự trượt của bánh xe

a Khái niệm trượt

Để ô tô có thể chuyển động được thì vùng tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường phải

có một hệ số bám nhất định Sự bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bằng hệ số bám Về cơ bản, có thể xem hệ số bám tương tự như hệ số ma sát giữa hai vật thể cơ học

Nếu hệ số bám thấp thì xe bị trượt quay, lúc đó xe khó chuyển động về phía trước Hệ

số bám giữa bánh xe và mặt đường được chia thành hai thành phần: Hệ số bám trong mặt

phẳng dọc, tức là trong mặt phẳng chuyển động của ô tô được gọi là hệ số bám dọc x Ngoài ra còn hệ số bám trong mặt phẳng ngang vuông góc với mặt phẳng dọc và được gọi là

hệ số bám ngang y Hệ số bám dọc và hệ số bám ngang được xác định lần lượt theo công

thức

x x

z

FF

 

y y

z

FF

Giá trị trượt của bánh xe được xác định bằng công thức sau:

r : Bán kính động lực học của bánh xe.

Hình 1.1 : Đường đặc tính trượt

Độ trượt được tính tương đối với công thức:

độ trượt (10-30%) Nếu độ trượt tiếp tục tăng thì x giảm, khi độ trượt  =100%

Hình 1.2: Đặc tính trượt ứng với các loại đường khác nhau

(lốp xe bị trượt lết hoàn toàn khi phanh) thì hệ số bám dọc x giảm (20-30%) so với

hệ số bám cực đại, khi đường ướt còn giảm nhiều hơn nữa(50-60%) Đối với hệ số

bám ngang y sẽ giảm nhanh khi độ trượt tăng, ở trạng thái trượt lết hoàn toàn thì

giảm xuống gần bằng không

 Trong hệ thống phanh cổ điển ( phanh không có ABS) bánh xe bị bó cứng trong khi phanh lúc đó độ trượt  100% Điều này không tốt do chưa tận dụng hết khả

năng bám hay khả năng tiếp nhận phản lực tiếp tuyến

 Ở hệ thống phanh thường, hệ số bám ngang y khi phanh ở giá trị cực đại , độ trượt

100%



 thì hệ số bám ngang gần bằng không nên khả năng bám ngang không cònnữa khiến cho xe dễ bị trượt ngang Dẫn tới không tốt về phương diện ổn định khi phanh

1.2.2 Mục tiêu của hệ thống ABS

Hệ thống ABS được xây dựng trên ba mục tiêu chính là giảm tối thiểu quãng đường phanh, khả năng điểu khiển hướng và khả năng ổn định của xe Theo [2]

- Quãng đường phanh (Sp

) : Bằng cách tối đa hóa khả năng bám dọc của bánh xe để giảm tối thiểu quãng đường phanh

- Ổn định hướng : Khi phanh gấp, bánh xe bị khóa cứng dẫn tới bánh xe bị trượt, lúc này lực bám ngang gần như mất đi làm cho khả năng điều khiển hướng của người lái xe không còn dễ xảy ra tại nạn trong khi phanh Vì vậy, hệ thống ABS phải duy trì đủ lực bám ngang để đảm bảo được khả năng điều khiển hướng trong quá trình phanh

- Ổn định của xe : Lực bám tại các bánh xe không phải lúc nào cũng như bằng nhau, đặc biệt là những thay đổi đột ngột của hệ số bám tại từng loại mặt đường là không đồng đều Sự không cân bằng lực phanh của bánh xe trái và phải sẽ tạo ra một mô men quay Myaw

gây mất ổn định của xe Được mô tả qua hình 1.3 Vì vậy, hệ thống ABS phải cân bằng lực phanh tại bánh xe trái và bánh xe phải, ngay khi lực phanh tổng là tối đa.

1.3 Quá trình điều khiển của ABS

Trên đồ thị biểu điễn một quá trình điều khiển của cơ cấu ABS Đường  biểu diễn tốc

độ xe giảm dần khi phanh; đường ref là tốc độ chuẩn của bánh xe; b thể hiện tốc độ thực

tế của bánh xe khi phanh; đường 1 là ngưỡng trượt được xác định từ tốc độ chuẩn ref

Mục tiêu của ABS là điều khiển sao cho trong quá trình phanh giá trị tốc độ thực tế của bánh

xeb càng sát với tốc độ chuẩn refcàng tốt (chú ý rằng reflà tốc độ bánh xe khi phanh

dưới điều kiện phanh tối ưu), tức nó phải nằm trên ngưỡng trượt 1

Hình 1.3: Thời điểm quay gây ra bởi sự khác biệt lớn trong hệ số bám

Tốc độ chuẩn của bánh xe khi phanh (ref) là tốc độ tương ứng với tốc độ bánh xe dưới

điều kiện phanh tối ưu (có độ trượt tối ưu) Để xác định tốc độ chuẩn này, các cảm biến tốc

độ bánh xe liên tục gửi về ECU tín hiệu tốc độ của cả 4 bánh xe ECU chọn những giá trị chéo, ví dụ bánh trước phải và bánh sau trái, căn cứ vào các giá trị này ECU làm phép so sánh và tính tốc độ chuẩn

Trong giai đoạn đầu của quá trình phanh, áp suất phanh trong hệ thống phanh tăng lên làm cho gia tốc góc bánh xe giảm dần Giai đoạn này ứng với vùng ổn định (a) của độ thì đặc tính trượt( hình 1.2 ) Lúc này độ trượt được đảm bảo nằm trọng giới hạn cho phép Khi tiếp tục tăng áp suất phanh thì gia tốc bánh xe giảm dần cho đến khi gia tốc góc bánh xe giảm quá giá trị (-a) thì ECU kích hoạt trạng thái giữ áp (cuối giai đoạn 1) ECU điều khiển van chấp hành ABS đóng đường dẫn áp suất phanh tới bầu phanh, làm cho áp suất trong bầu phanh không đổi nhưng do sự trể của quá trình điều khiển nên áp suất chưa giảm ngay làm cho gia tốc bánh xe tiếp tục giảm.

Ở giai đoạn 2, gia tốc góc bánh xe tiếp tục giảm cho đến khi vượt qua ngưỡng (-A) Lúcnày ECU nhận biết bánh xe sắp bị khóa nên điều khiển van chấp hành ABS chuyển sang trạng thái giảm áp tại bầu phanh (cuối giai đoạn 2) Lúc này áp suất trong bầu phanh giảm dẫn đến gia tốc bánh xe tăng lên Bánh xe thoát khỏi tình trạng bị khóa

Khi giảm áp suất trong bầu phanh, gia tốc tăng lên và vượt ngưỡng (-a) thì ECU điểu khiển van chấp hành ABS chuyển sang trạng thái giữ áp (cuối giai đoạn 3) Gia tốc góc bánh

xe tiếp tục tăng lên và vượt ngưỡng (+a) nhưng vẫn nằm trong giới hạn độ trượt cho phép ( vùng a trong đồ thị 1.2 ) nên ECU vẫn giữ trạng giữ áp tại bầu phanh

Ở cuối giai đoạn 4, gia tốc góc bánh xe tăng lên vượt ngưỡng +A thì lập tức ECU điều khiển van chấp hành ABS chuyển sang trạng thái tăng áp trong giai đoạn 5 Trong giai đoạn

5, do quán tính nên gia tốc góc bánh xe tăng lên và bắt đầu giảm ở giữa giai đoạn 5

Trong giai đoạn 6, áp suất phanh được giữ không đổi một lần nữa vì gia tốc bánh xe vẫncòn trên ngưỡng (+a) Ở cuối giai đoạn này gia tốc của bánh xe xuống dưới ngưỡng (+a), điều này cho thấy các bánh xe đã đi vào vùng ổn định của đường cong đặc tính trượt

Áp suất phanh tiếp tục được tăng lên từng nấc một trong giai đoạn 7 để giảm tốc độ của

xe cho đến khi gia tốc giảm dần của bánh xe xuống dưới ngưỡng (-a) ở cuối giai đoạn 7 Lúc

này áp suất phanh giảm ngay tức thì Các chu kì mới tiếp tục điều khiển theo nguyên lý trên đến khi kết thúc quá trình phanh.

Từ hình 1.4 và các luận điểm đã nêu trên, quá trình điều khiển đươc tóm tắt qua lưu

đồ

Hình 1.5: Lưu đồ quá trình điều khiển của ABS

1.4 Phương pháp điều khiển

1.4.1 Điều khiển theo ngưỡng

Điều khiển theo ngưỡng trượt thấp (selsect slow): ECU chọn thời điểm bánh xe có khả năng bám thấp bị hãm cứng 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 Đối với 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 ổnđịnh cao, nhưng hiệu quả phanh không cao vì lực phanh nhỏ, trên các phần đường có hệ số bám cao thì chưa tận dụng hết khả năng bám của bánh xe với mặt đường

Điều khiển theo ngưỡng trượt cao (select high): ECU chọn thời điểm mà bánh xe có

hệ số bám cao sắp bị hãm cứng để điều khiển lực phanh 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 hơn

1.4.2 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

1.4.3 Điều khiển theo kênh

Điều khiển một kênh: hai bánh sau được điều khiển chung (ví dụ hệ thống ABS thế hệđầu chỉ điều khiển hai bánh sau, vì lý do thiết kế hai bánh sau dễ bị hãm cứng hơn hai bánh trước khi phanh)

Điều khiển hai 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.

Điều khiển ba kênh: hai kênh điều khiển độc lập cho hai bánh trước, kênh còn lại điềukhiển chung cho hai bánh sau

Điều khiển bốn kênh: bốn kênh điều khiển riêng rẽ cho bốn bánh xe

1.5 Cấu tạo về hệ thống ABS

Hệ thống ABS xây dựng trên ba bộ phận chính: ECU, bộ chấp hành, cảm biến [2]

- ECU: Là bộ trung tâm của hệ thống ABS, trong đó bộ vi xử lý là bộ phận cốt lõi dùng

để tiếp nhận, lọc và khuếch đại tín hiệu từ các cảm biến sau đó thực hiện các phép tính cần

Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống ABS trên xe

thiết để tính toán vận tốc bánh xe và dự đoán thời điểm trượt của bánh xe Sau đó ECU gửi tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành.

- Bộ chấp hành : Là bộ phận dựa trên tín hiệu của ECU để tăng, giữ hoặc giảm áp suất phanh ở các bánh xe bằng cách kích hoạt các van điện từ trong bộ chấp hành

- Cảm biến : Các cảm biến này được kết nối với ECU để cung cấp các thông tin vận tốccủa các bánh xe và sự tăng, giảm tốc của bánh xe

Trên các xe mới hiện nay, ECU thường được lắp tích hợp chung thành một cụm với

bộ điều khiển thủy lực Điều này làm giảm xác suất hư hỏng về đường dây điện và dễ kiểm tra, sửa chữa

Hình 1.7: Sơ đồ điều khiển của ABS

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHANH KHÍ NÉN

2.1 Lịch sử phát triển của hệ thống ABS khí nén

Tham khảo tài liệu của hãng WABCO [3]

Năm 1969: Sau thời gian dài nghiên cứu, hệ thống phanh phanh ABS khí nén đầu tiênđược công bố tại triển lãm Ô tô IAA

Năm 1974: Hãng WABCO và Mercedes-Benz chính thức ký kết thỏa thuận hợp tác nhằm thúc đẩy phát triển hệ thống và thực hiện các thử nghiệm trên xe

Năm 1975: WABCO bắt đầu phát triển hệ thống điều khiển điện tử của riêng mình dựa trên việc xử lý tín hiệu tương tự (Analog) WABCO đã hợp tác với các hãng khác để mởrộng sản xuất

Năm 1980: Giới thiệu thiết bị điện tử được số hóa hoàn toàn Máy vi tính là bộ xử lý trung tâm Thử nghiệm cuối cùng được thực hiện vào mùa đông năm 1980 tại Lapland với

sự có mặt của nhiều chuyên gia từ nhiều nước trên thế giới Sau đó bộ điều khiển điện tử hệ thống phanh này được sử dụng trên các xe thương mại

Năm 1981, hãng Mercedes-Benz và các hãng khác đã phát triển hệ thống ABS của WABCO Dòng sản phẩm thuộc thế hệ A gồm hệ thống điều khiển 2 kênh và điều khiển 4 kênh

Năm 1986, hãng WABCO giới thiệu hệ thống chống trượt quay (qua hệ thống kiểm soát lực kéo) với bộ điều khiển điện tử thế hệ B gồm 6 kênh điều khiển ABS

Năm 1989, hãng WABCO giới thiệu cơ cấu chấp hành ABS dành cho moóc kéo, kèm theo bộ chẩn đoán lỗi theo tiêu chuẩn ISO

Năm 1990, hãng WABCO giới thiệu bộ điều khiển ABS/ASR thế hệ C, với bộ chẩn đoán lỗi và các chức năng bổ sung đi kèm.

Tháng 10 năm 1991, Các nước Châu Âu (EC) bắt buộc phải lắp đặt hệ thống phanh ABS trên các xe tải hạng nặng

Năm 1996, hãng WABCO giới thiệu hệ thống ABS thế hệ D dành cho xe kéo rơ-moóc

và giới thiệu hệ thống điều khiển điện tử cho hệ thống phanh EBS (Electronically controlled Braking System)

Năm 1998, hệ thống EBS dành cho xe kéo rơ-moóc được hoàn thiện và bắt đầu bắt buộc phải lắp đặt hệ thống ABS trên các xe tải hạng nhẹ hơn

Năm 2000, giới thiệu hệ thống ABS thế hệ E trên xe kéo rơ-moóc

Năm 2003, hệ thống ABS được phát triển thêm chức năng điều khiển ổn định chống lật – RSC (Roll Stability Control)

Năm 2008, hệ thống ABS phiên bản E4 được phát triển Đây là phiên bản có chức năng mở rộng thêm cho ABS như: Hệ thống điều khiển ổn định điện tử (ESC – Electronic Stability Control), hệ thống ổn định chống lật (RSC - Roll Stability Control), hệ thống điều khiển lực kéo (ATC - Automatic Traction Control) kết hợp điều khiển động cơ

2.2 Hệ thống phanh khí nén thông thường

2.2.1 Cấu tạo

1- Máy nén 6- Van phân phối 2,3- Bầu lọc và làm khô 7- Van rờ le

2.2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Khi tác động lên bàn đạp phanh, van phân phối mở Ở dòng phanh cầu trước, khí nén

từ bình chứa qua van phân phối, tiếp đó đến các cơ cấu phanh trước Ở dòng phanh cầu sau, khí nén đi từ bình chứa qua van phân phối đến điều khiển mở van rờ le Khí nén từ bình chứa đi qua van rờ le đến các cơ cấu phanh sau Mô men phanh do cơ cấu phanh sinh ra tác dụng vào bánh xe làm thay đổi vận tốc chuyển động của bánh xe Bánh xe nhận lực từ mặt đường tạo ra lực phanh Lực phanh được truyền lên thân xe làm thay đổi vận tốc chuyển động của xe Ở hệ thống phanh thường chỉ có trạng thái tăng áp

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí đơn giản trên xe không có ABS

Khi thôi phanh, van phân phối đóng tại, ngăn sự cung cấp khí tới cơ cấu phanh Khí nén từ bầu phanh được xả tại rờ le và van phân phối

Sơ đồ khối của hệ thống phanh khí nén

2.2.3 Nguyên lý hoạt động, chức năng của các bộ phận [5]

ở chế độ không tải Một bộ điều áp điều khiển áp suất trong hệ thống ở mức cho phép (80 –

135 PSI) trong khi máy nén hoạt động Khí áp suất đạt tới mức tối đa (105-135 PSI) thì bộ điều áp đưa máy nén về chế độ không tải

Để máy nén hoạt động ở chế độ không tải, khí nén được đưa tới piston không tải máy nén, giữ cho van nạp luôn mở Do đó không khí được bơm qua bơm lại giữa hai xy-lanh thay vì được nén Khi áp suất trong hệ thống giảm xuống (thấp hơn 80 PSI), van nạp đóng lại, đưa máy nén về chế độ hoạt động có tải Trong suốt quá trình làm việc ở chế độ “không tải”, máy nén đã tự giải nhiệt Máy nén được bôi trơn nhờ hệ thống bôi trơn của động cơ

Máy nén loại piston hoạt động cùng nguyên tắc với kỳ nạp và kỳ nén của động cơ:

Kỳ nạp: Piston đi xuống tạo ra chân không trong xy-lanh làm cho van nạp mở Van nạp mở sẽ làm cho không khí chạy qua van nạp vào xy-lanh

Kỳ nén: Piston đi lên nén không khí trong xi-lanh Áp suất không khí tăng lên sẽ không thể thoát ngược trở lại van nạp (do khí nén đã đóng van nạp) Khi piston gần đi hết hành trình, không khí ở trạng thái có áp sẽ nâng van thoát và đi vào đường thoát hướng đến bình chứa

b Bộ điều áp

Hình 2.2: Hoạt động của máy nén

Hoạt động cùng với cơ cấu không tải, tự động điều chỉnh áp suất trong hệ thống cung cấp khí nằm trong giới hạn áp suất lớn nhất và nhỏ nhất Máy nén hoạt động liên tục khi động cơ quay nhưng máy nén còn được điều khiển bởi bộ điều áp bằng việc kích hoạt hệ thống không tải của máy nén để dừng hoặc bắt đầu nén khí khi áp suất bình chứa đạt giá trị lớn nhất hoặc nhỏ nhất.

Áp suất bình chứa đi vào bộ điều áp qua lỗ bình chứa, tác động lên piston và van nạp/xả Khi áp suất khí tăng lên, piston và van di chuyển đi lên nén lò xo giới hạn áp suất Khi áp suất bình chứa đạt giới hạn lớn nhất của máy nén thì bộ điều áp bắt đầu chế độ ngắt Chốt xả đè lên van xả/nạp, đóng đường xả và mở đường nạp Sau đó khí bình chứa chạy xung quanh van nạp thông qua đường ống trong piston ra ngoài lỗ không tải đi tới cơ cấu không tải của máy nén Khí cũng chạy xung quanh piston, piston có đường kính lớn hơn ở phần đầu, kết quả là lực thêm vào từ đường kính trên sẽ làm cho van nạp mở lớn nhất

Hình 2.3: Van điều áp

Khi áp suất bình chứa rơi xuống giá trị nhỏ nhất và bộ điều áp bắt đầu chế độ kích hoạt Lực tác dụng bởi áp suất khí trên piston sẽ giảm xuống để lò xo giới hạn áp suất đi xuống Van nạp sẽ đóng lại và van xả mở ra Khí từ đường không tải sẽ thoát ngược trở lại piston thống qua chốt xả và đi ra ngoài lỗ xả

c Bầu lọc

Một bầu lọc được gắn giữa máy nén và bình chứa để loại bỏ hơi nước và bụi bẩn trong khí nén Vì không khí được nén là không khí ngoài tự nhiên nên có lẫn hơi nước và

Hình 2.4: Bầu lọc

các chất cặn bẩn Hơi nước gây ảnh hưởng tới hiệu suất của phanh vì thế cần loại bỏ hơi nước trong khí nén trước khi đưa vào bình chứa.

d Bình chứa

Bình chứa là nơi dự trữ khí đã được nén Áp suất làm việc của bình chứa được đảm bảo nhờ van an toàn Bình chứa thường chế tạo từ thép lá dày 3 - 4 mm Bình chứa có thể là bình chứa lớn và chia thành các ngăn độc lập hoặc là các bình chứa nhỏ độc lập.Trên mỗi bình đều có van an toàn, van xả nước

- Van an toàn

Hình 2.5: Bình chứa

Một van an toàn bảo vệ bình chứa khỏi vượt áp và nổ nếu bộ điều áp hư và không đưamáy nén về chế độ “không tải” Van này gồm 1 viên bi có gắn lò xo lực, van cho phép khôngkhí thoát ra khỏi bình chứa khi áp suất bình quá lớn Việc quyết định mở van phụ thuộc vào lực lò xo Van an toàn thông thường mở ở 150 PSI Nếu áp suất trong hệ thống tăng lên sấp

xỉ 150 PSI, áp suất sẽ nén lò xo đẩy viên bi rời khỏi bệ đỡ, đưa không khí có áp suất cao thoát ra ngoài qua lỗ thoát Khi áp suất trong bình chứa giảm xuống sấp xỉ 135 PSI, lò xo sẽ đưa viên bi tác dụng lên bệ đỡ ngăn lối ra của không khí

Bình chứa được trang bị van xả để xả hơi ẩm và cặn dầu tích lũy trong hệ thống Để hạn chế lượng nước tích trữ trong bình chứa, phải xả tất cả các bình chứa hàng ngày

Hình 2.6: Van an toàn

Ở những tình trạng làm việc khắc nghiệt, những bình chứa phải được xả hai hay nhiều lần mỗi ngày Để xả bình chứa trên xe kéo, luôn bắt đầu với bình ướt Ngoài ra, để thải sạch toàn bộ hơi ẩm ra ngoài chúng ta cần phải để toàn bộ khí mang áp suất thoát ra ngoài

e Van phân phối

Van phân phối cung cấp khí từ bình chứa đến các bầu phanh nhằm điều khiển hệ thống phanh Hành trình bàn đạp phanh sẽ quyết định áp suất khí cung cấp trong các đường ống nhưng áp suất tối đa không vượt qua áp suất bình chứa Khi nhả bàn đạp phanh, hoạt động phanh bị ngắt

Khi người lái chỉ đạp nửa hành trình bàn đạp, van phân phối sẽ tự động duy trì áp suấtkhí mà không cần người lái phải điều chỉnh áp lực bàn chân lên bàn đạp Khi nhả bàn đạp, khí cung cấp cho hệ thống sẽ thoát ra ngoài vào không khí qua lỗ xả

f Bầu phanh và đòn xoay

Bầu phanh là bầu chứa hình tròn được chia giữa bằng một màng cao su Các bầu phanh trước thường nhỏ hơn các bầu phanh sau do sự phân bố tải trong tại cầu sau lớn hơn Bầu phanh được gắn trên trục bánh xe, gần bánh xe

Khi phanh, khí nén được cung cấp vào qua đường khí vào, ép lò xo, đẩy thanh đẩy làm đòn xoay dịch chuyển Khi thanh đẩy đòn xoay và đòn xoay tác động tới trục cam phanh làm xoay cam S Cam S tác động lên cơ cấu phanh Lúc này bánh xe được phanh Lựcnày được sinh ra phụ thuộc vào áp suất được cung cấp vào bầu phanh và kích cỡ màng

Hình 2.8: Van phân phối

Khi thôi phanh, nhờ vào chức năng của lò xo hồi vị, khí nén bị ép ra khỏi bầu phanh bởi màng cao su và đưa thanh đẩy về vị trí khi chưa phanh.

Hình 2.9: Bầu phanh hoạt động

g Cơ cấu phanh

Phần kim loại dùng làm má phanh được gắn chặt vào guốc phanh Chất lượng phanh phụ thuộc vào phần kim loại này Má phanh phải phủ một lớp ngoài để có thể chịu được nhiệt độ cao và ít giảm tính năng khi nhiệt độ cao Việc mất hoặc giảm hiệu quả phanh xảy

Hình 2.10: Bầu phanh không họat động

Hình 2.11: Cấu tạo của cơ cấu phanh

ra khi trống phanh bị giãn nở cách xa má phanh Má phanh cũng giảm hiệu quả khi bị quá nhiệt Khi phanh, cam S bị tác động bởi đòn xoay thông qua trục cam S, lúc này cam S xoay tác động lên con lăn làm guốc phanh ép vào trống phanh Bánh xe được phanh.

Khi áp suất khí được phân phối bằng với áp suất được cung cấp bởi van phân phối, mép ngoài của màng sẽ ép vào thân van Lỗ xả vẫn còn đóng nhờ lực tác dụng lên trục tập của màng Khi nhả phanh, áp suất trên màng bị xả ngược về lỗ xả của tổ van phân phối, áp suất phanh dưới màng tạo ra lực đẩy màng đi lên, mở lỗ xả, đưa khí ra ngoài.

i Van rờ le

Vì van phân phối thường nằm gần bánh trước hơn bánh sau nên quãng đường khí nén

từ van phân phối đến cơ cấu phanh sau sẽ lâu hơn phanh trước Bên cạnh khác với hệ thống thủy lực không khí lại có tính chịu nén nên thời gian phanh sẽ bị trễ Từ đó để khắc phục tình trạng này những xe có chiều dài cơ sở lớn sẽ có gắn thêm một van rờ le ở bầu phanh sau

Một ống có đường kính lớn hơn được dùng để nối bình ướt và van rơ-le Đường khí nén từ tổng phanh tới van rơ-le bây giờ chính là “đường điều khiển” (khí nén trong ống điềukhiển nằm ở van rơ-le) Khi đạp phanh, khí nén trong đường điều khiển tác động lên phần đỉnh của van rơ-le, đưa áp suất bình chứa trực tiếp tới bình phanh sau thông qua ống có đường kính lớn hơn Khí nén đưa đến theo đường này có cùng áp suất với khí nén điểu khiển được đưa đến từ tổng phanh Việc nhả phanh làm thoát khí khỏi đường điều khiển đến

Hình 2.13: Van rờ le

van rơ-le, cắt dòng khí từ bình chứa đến bầu sau Việc thoát khí trong bầu phanh nhanh chóng như vậy chính là nhờ đặc trung thoát nhanh của rơ-le

Van rờ-le trong hệ thống phanh khí nén có chức năng như trạm chuyển đổi để tăng tốc quá trình đạp và nhả phanh Van thường nằm ở trục sau của xe gần bầu phanh Van hoạt động giống như tổng phanh điều khiển từ xa, có chức năng phân phối hoặc xả khí tới bàn đạp phanh, trong cùng nguyên tắc với khí điều khiển được cung cấp đến van từ tổng phanh hoặc nguồn khác

Nguyên lý hoạt động

Cung cấp

Khí nén được đưa tới lỗ điều khiển đi vào lỗ rỗng nhỏ trên piston và đẩy piston đi xuống Bệ xả đi xuống với piston và ấn vào phần trong của van nạp/xả, đóng đường xả Cùng lúc, phần ngoài của van nạp xả di chuyển khỏi bệ của van nạp/xả, đưa khí cung cấp từ bình chứa, qua van nạp mở và vào bầu phanh

Hình 2.14: Cấu tạo van rờ le