Hệ thống phanh ABS trên Toyota Innova 2.0e

Tiểu luận ( đồ án ) hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Innova 2.0 E . Trong file có hệ thống thủy lực phanh , phân tích đầy đủ nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực . Phân tích đầy đủ hệ thống điện phanh , rất đầy đủ chi tiết và cực kì dễ hiểu cho người chưa biết gì

Một trong những vấn đề được quan tâm hơn là phanh khi ôtô trên đường trơnhay đường có hệ số bám ϕ thấp sẽ xảy ra hiện tượng trượt lết trên đường dobánh xe sớm bị hãm cứng Do vậy, quãng đường phanh dài hơn và hiệu quảphanh kém Hơn nữa, nếu bánh xe bị hãm cứng thì ôtô sẽ mất ổn định gây khókhăn cho việc điều khiển Trong trường hợp quay vòng, điều này dẫn đến hiệntượng quay vòng thiếu hoặc thừa làm mất ổn định khi quay vòng

Để giải quyết về bài toán phanh, hệ thống phanh chống hãm cứng cho ôtô đã

ra đời, gọi là “Anti – lock Braking System” viết tắt là ABS

Ngày nay, ABS đã giữ một vai trò quan trọng không thể thiếu trong các xehiện hiện đại, đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối với phần lớn các nước trênthế giới Ở thị trường Việt Nam, ngoài một phần lớn các xe nhập cũ đã qua sửdụng, một số lọai xe được lắp ráp trong nước cũng đang trang bị hệ thống này.Tại cuộc hội thảo khoa học “Quản lý – Kỹ thuật trong công tác đăng kiểmphương tiện cơ giới đường bộ – Nha Trang 2000”, các nhà quản lý, khoa học vàchuyên gia đầu ngành cũng đã đề xuất đến vấn đề ban hành các tiêu chuẩn quy

định về việc sử dụng ô tô có trang bị hệ thống ABS với các mốc thời gian cụ thể.Trước tiên là ô tô khách liên tỉnh, trong tương lai sẽ không dùng ô tô không cótrang bị ABS

Với xu thế hội nhập, thị trường ôtô nước ta sẽ sôi động, ngày càng nhiềuchủng loại lẫn số lượng Việc khai thác và bảo trì sửa chữa là cực kỳ quan trọngcho nền thị trường ôtô hiện nay, nhằm sử dụng khai thác lắp lẫn thay mới có hiệu

quả tối đa của các hệ thống nói chung và ABS nói riêng

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu, chế tạo bộ điều khiển ABS có chức năng làm việc tối ưu nhằmthay thế bộ điều khiển trên xe hư hỏng, giải quyết bài toán kinh tế và khan hiếmphụ tùng trên thị trường hoặc cung cấp cho các hãng lắp ráp xe tại Việt nam

3 Đối tượng nghiên cứu và giới hạn đề tài

Đề tài thực hiện việc cấu tạo, nguyên lý hoạt động của ABS loại 4 kênh.Không nghiên cứu chế tạo mạch tự chẩn đoán, cơ cấu chấp hành và các cảm

biến

4 Phương pháp nghiên cứu

Mục tiêu đề tài nghiên cứu ABS để phục vụ cho việc sửa chữa thay thế, lắpmới cho ô tô có trang bị ABS Phương pháp nghiên cứu chính ở đây là phươngpháp sưu tầm tài liệu, phương pháp nghiên cứu thực nghiệm, phương pháp thiết

kế mạch, phương pháp lập trình vi điều khiển

Từ những nguồn tài liệu liên quan đến nghiên cứu quá trình phanh chốnghãm cứng, chế tạo mạch điều khiển Sàn lọc, phân tích, tính toán quá trình điềukhiển phanh chống hãm cứng

MỤC LỤC I – Tổng quan về phanh ABS 4

1.Thế nào là ABS 5

2.Chức năng của phanh ABS .5

3.Các loại ABS: 8

II - Hệ thống phanh ABS trên Toyota Innova……… 8

2.1 Giới thiệu xe Toyota Innova 2.0 E (2010)………8

2.2 Cấu tạo phanh ABS trên Toyota Innova 10

2.2.1 Cảm biến tốc độ (Speed sensors) 14

2.2.2 Bộ chấp hành ABS (Brake actuator) 15

2.2.3 ECU của ABS 16

2.2.3.1 Điều khiển tốc độ xe 17

2.2.3.2 Điều khiển các rơle 17

2.2.3.3 Chức năng kiểm tra ban đầu 18

2.2.3.4 Chức năng chuẩn đoán 18

2.2.3.5 Chức năng kiểm tra cảm biến 19

2.1.4.6 Chức năng dự phòng 19

2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS trên Toyota Innova 20

2.3.1 Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động) 20

2.3.2 Khi phanh gấp (ABS hoạt động)……… 21

III – Phân tích mạch điện và những hư hỏng thường gặp …… …….….24

4.1 Sơ đồ mạch điện phanh ABS trên Toyota Innova……….24

4.2 Những hư hỏng thường gặp trong hệ thống phanh 27

Tài liệu tham khảo………28

Lực cản giữa lốp

và mặt đường Lực cản hệ thống phanh

Lực cản giữa lốp

và mặt đường Lực cản hệ thống phanh

Bảng so sánh hệ thống phanh không có ABS và hệ thống phanh có ABS

đầu phanh V,m/s

hiệu quảphanh

%

Đường bê tông

khô

Đường bê tông

ướt

13.88 13.88

10.6 18.7

13.1 23.7

19.1 21.1

Đường bê tông

khô

Đường bê tông

ướt

27.77 27.77

41.1 62.5

50.0 100.0

17.8 37.5

2 Chức năng của phanh ABS

Các thiết bị chống bó cứng phanh ABS trên xe ô tô hiện đại gồm một máy tính (CPU) Bốn cảm biến tốc độ trên từng bánh xe, bơm và các van thủy lực Trong trường hợp cần phanh gấp Nếu CPU nhận thấy một hay nhiều bánh có tốc độ quay chậm hơn mức quy định nào đó so với các bánh còn lại Thông qua bơm vàvan thủy lực, ABS tự động giảm áp suất tác động lên đĩa (quá trình nhả) Giúp bánh xe không bị chết cứng (hay còn gọi là “bó”)

Công dụng của hệ thống phanh ABS trên xe hơi là giúp quá trình phanh được trơn tru, an toàn Nếu không có ABS, khi tài xế nhấn chân phanh một cách đột ngột Thì bánh xe dẫn hướng sẽ bị chết cứng nên không thể điều khiển được Dẫn đến hiện tượng mất lái và gây nguy hiểm

b) Phân loại theo cách bố trí cảm biến:

Van điều khiển

C ảm biến

I, II m ạch dẫn động phanh

+ Van điện 2 vị trí có van điều khiển lưu lượng

+ Van điện 2 vị trí có van điều khiển tăng áp

+ Van điện 3 vị trí có van cơ khí

+ Van điện 3 vị trí

II - Hệ thống phanh ABS trên Toyota Innova

2.1 Giới thiệu xe Toyota Innova 2.0 E (2010 )

Góc thoát (Trước/ sau)

21/ 25Bán kính vòng quay tối thiểu

5,4

Trọng lượng toàn tải

2330Loại động cơ

Động cơ xăng, VVT-i kép, 4 xy lanh thẳnghàng, 16 van DOHC

Dung tích công tác

1998

Cảm biến giảm tốc ECU ABS

Đèn báo kết nối

Sơ đồ điều khiển phanh của hệ thống

2.2.1 Cảm biến tốc độ (Speed sensors)

a) Cấu tạo

Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnh cữu,cuộn dây và lõi từ.Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rôto cảm biến cũng như sốlượng răng của rôto cảm biến thay đổi theo kiểu xe

123456

Dây cáp cảm biến Đuôi lõi từ

Bệ lõi từ Cuộn giây Đầu lõi từ Rôto gắn trên bán trục

b) Hoạt động

Vành ngoài của các rôto có các răng, nên khi rôto quay, sinh ra một điện ápxoay chiều có tần số tỷ lệ với tốc độ quay của rôto

Điện áp AC này báo cho ABS ECU biết tốc độ bánh xe

2.2.2 Cảm biến giảm tốc (chỉ có ở vài xe)

Việc sử dụng cảm biến giảm tốc cho phép ABS đo trực tiếp sự giảm sốc củabánh xe trong quá trình phanh Ví vậy cho phép nó biết rỏ hơn trạng tthái của

mặt đường Kết quả là, mức độ chính xác khi phanh được cải thiện để tránh chocác bánh xe không bị bó cứng

Cảm biến giảm tốc còn được gọi là cảm biến “G”

Transistor quang

Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rảnh lắc theo chiều dọc xe tươngứng với mức độ giảm tốc độ Các rảnh trên đĩa cắt ánh sáng tứ đèn LED đếnphototransistor và làm phototransistor đóng, mở Người ta sử dụng 2 cặp đènLED và phototransistor Tổ hợp tạo bởi các phototransistor này tắt và bật, chiamức độ giảm tốc làm 4 mức và gửi về ABS ECU dưới dạng tín hiệu

b) Cảm biến gia tốc ngang

Cảm biến gia tốc ngang được trang bị trên một vài kiểu xe, giúp tăng khảnăng ứng xử của xe khi phanh trong lúc đang quay vòng, có tác dụng làm chậmquá trình tăng moment xoay xe Trong quá trình quay vòng, các bánh xe phíatrong có xu hướng nhấc lên khỏi mặt đất do lực ly tâm và các yếu tố góc đặtbánh xe Ngược lại, các bánh xe bên ngoài bị tì mạnh xuống mặt đường, đặc biệt

là các bánh xe phía trước bên ngoài Vì vậy, các bánh xe phía trong có xu hướng

bó cứng dễ dàng hơn so với các bánh xe ở ngoài Cảm biến gia tốc ngang cónhiệm vụ xác định gia tốc ngang của xe khi quay vòng và gởi tín hiệu về ECU

Phía trước Đĩa cảm biến

Số

1

Số 2 cảm biến bándẫn

ON

Transistor quang 2

ON

Trong trường hợp này, một cảm biến kiểu phototransistor giống như cảm biếngiảm tốc được gắn theo trục ngang của xe hay một cảm biến kiểu bán dẫn được

sử dụng để đo gia tốc ngang Ngoài ra, cảm biến kiểu bán dẫn cũng được sửdụng để đo sự giảm tốc, do nó có thể đo được cả gia tốc ngang và gia tốc dọc

2.2.3 Bộ chấp hành ABS (Brake actuator)

Bộ chấp hành cấp hay ngắt áp suất dầu từ xi lanh chính đến mỗi xi lanh phanhđĩa theo tín hiệu từ ECU để điều khiển tốc độ bánh xe

Có nhiều kiểu bộ chấp hành ABS ở đây chúng ta sẽ mô tả 4 van điện 3 vị trítrong bộ chấp hành ABS

Bộ chấp hành thủy lực có chức năng cung cấp một áp suất dầu tối ưu đến khi

Cấu tạo của một bộ chấp hành thủy lực gồm có các bộ phận chính sau: cácvan điện từ, motor điện dẫn động bơm dầu, bơm dầu và bình tích áp

a/ 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 gồm có một cuộn dây điện, lõi van, các cửavan và van một chiều Van điện từ có chức năng đóng mở các cửa van theo sựđiều khiển của ECU để điều chỉnh áp suất dầu đến các xylanh bánh xe

b/ Motor điện và bơm dầu: Một bơm dầu kiểu piston được dẫn động bỡi một

motor điện, có chức năng đưa ngược dầu từ bình tích áp về xylanh chính trongcác chế độ giảm và giữ áp Bơm được chia ra làm hai buồng làm việc độc lậpthông qua hai piston trái và phải được điều khiển bằng cam lệch tâm Các vanmột chiều chỉ cho dòng dầu đi từ bơm về xylanh chính

c/ Bình tích áp: Chứa dầu hồi về từ xylanh phanh bánh xe, nhất thời làm giảm áp

suất dầu ở xylanh phanh bánh xe

2.2.4 ECU của ABS

Trên cơ sở tín hiệu từ các cảm biến tốc độ của các bánh xe, ABS ECU biếtđược tốc độ góc của các bánh xe cũng như tốc độ xe.trong khi phanh mặc dù tốc

độ góc của bánh xe giảm, mức độ giảm tốc sẽ thay đổi phụ thuộc vào cả tốc độ

xe khi phanh và tình trạng mặt đường, như nhựa asphalt khô, mặt đường ướthoặc đóng băng……

Nói cách khác, ECU đánh giá được mức độ trượt giữa các bánh xe và mặtđường do sự thay đổi tốc độ góc của bánh xe khi phanh và điều khiển bộ chấphành ABS để cung cấp áp suất dầu tối ưu đến các xi lanh bánh xe

ABS ECU cũng bao gồm chức năng kiểm tra ban đầu, chức năng chẩnđoán,chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ và chức năng dự phòng

- Giai đoạn A

ECU đặt van điện 3 ở chế độ giảm áp theo mức độ giảm tốc của các bánhxe,vì vậy giảm áp suất dầu trong xi lanh của mỗI xi lanh phanh bánh xe

Sau khi áp suất giảm,ECU chuyển van điện 3 vị trí sang chế độ “giữ” để theo dõi

sự thay đổI về tốc độ của bánh xe.nếu ECU thấy áp suất dầu cần giảm hơn nữa

nó sẽ lạI gaimr áp suất

ECU liên tục đặt van điện 3 vị trí lần lượt ở các chế độ”tăng áp”và chế độ “giữ”khi bánh xe gần bị bó cứng phục hồi tốc độ

2.2.4.2 Điều khiển các rơle

Điều khiển rơ le van điện

ECU bật rơle của van điện khi tất cả các điều kiện sau được thỏa

mãn: - Khóa điện bật

- Chức năng kiểm tra ban đầu (nó hoạt động ngay lập tức sau khi khóa điện bật)

ECU tắt rơle van điện nếu một trong các điều kiện trên không được thỏa mãn

Điều khiển rơle môtơ bơm

ECU bật rơle môtơ bơm khi tất cả các điều kiện sau được thỏa mãn:

- ABS đang hoạt động hay chức năng kiểm tra ban đầu đang được thực hiện

- Rơle van điện bật

ECU tắt rơle môtơ nếu một trong các điều kiện trên không được thỏa mãn 2.2.4.3 Chức năng kiểm tra ban đầu

ABS ECU kích hoạt van điện và môtơ bơm theo thứ tự để kiểm tra hệ thốngđiện của ABS Chức năng này hoạt động khi tốc độ xe lớn hơn 6 km/h với đènphanh tắt

Nó chỉ hoạt động một lần sau mỗi lần bật khóa điện

2.2.4.4 Chức năng chuẩn đoán

Nếu hư hỏng xảy ra trong bất cứ hệ thống tín hiệu nào,đèn báo ABS trên bảngđồng hồ sẽ bật sáng để báo cho lái xe biết hư hỏng đã xảy ra,ABS ECU cũng sẽlưu mã chẩn đoán của bất kỳ hư hỏng nào

2.2.4.5 Chức năng kiểm tra cảm biến

Bên cạnh chức năng chẩn đoán, ABS ECU cũng bao gồm chức năng kiểm tra tốc

độ

(nó chẩn đoán tính năng của các cảm biến tốc độ và roto) Một vài kiểu xe cũngbao gồm chức năng kiểm tra cảm biến giảm tốc để chẩn đoán cảm biến giảm tốc

Chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ

- Kiểm tra điện áp ra của tất cả các cảm biến

- Kiểm tra sự dao động điện áp ra của tất cả các cảm biến

Chức năng kiểm tra cảm biến giảm tốc (chỉ cảm biến giảm tốc kiểu

phototransistor) - Kiểm tra điện áp ra của cảm biến giảm tốc

- Kiểm tra hoạt động của đĩa xẻ rãnh

Những chức năng này được thiết kế chuyên dùng cho kĩ thuật viên,vớI cácđiều kiện hoạt động được thiết lập bởi các quy trình đặt biệt để chẩn đoán cáctính năng từng cảm biến

2.2.4.6 Chức năng dự phòng

Nếu xảy ra hư hỏng trong hệ thống truyền tín hiệu đến ECU, dòng điện từECU đén bộ chấp hành bị ngắt.Kết quả là,hệ thống phanh hoạt động giống nhưkhi ABS không hoạt động,do đó đảm bảo được các chức năng phanh bìnhthường

2.3 Nguyên lý hoạt động của ABS

2.2.1 Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động)

ABS không hoạt động trong quá trình phanh bình thường và ECU không gửidòng điện đến cuộn dây của van Do đó, van 3 vị trí ấn xuống bởi lò xo hồi vị vàcửa “A” vẫn mở trong khi cửa “B” vẫn đóng

Khi đạp phanh, áp suất dầu trong xi lanhh phanh chính tăng, dầu phanh chảy

từ cửa “A” đến cửa “C” trong van điện 3 vị trí rồi tới xi lanh bánh xe Dầu phanhkhông vào được bơm bởi van một chiều gắn trong mạch bơm

Khi nhả chân phanh, dầu phanh hồi về từ xi lanh bánh xe về xi lanh chính quacửa “C” đến cửa “A” và van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trí

2.2.2 Khi phanh gấp (ABS hoạt động)

Nếu có bất kỳ bánh xe nào bị bó cứng khi phanh gấp, bộ chấp hành ABS điềukhiển áp suất dầu phanh tác dụng lên xy lanh bánh xe đó theo tín hiệu từECU.Vì vậy bánh xe không bị bó cứng

Chế độ dự phòng Chế độ tự chuẩn đoán ABS ECU

a) Chế độ giảm áp

Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn dây củavan điện, làm sinh ra một lực từ mạnh Van 3 vị trí chuyển động lên phía trên,cửa “A” đóng trong khi cửa “B” mở

Kết quả là, dầu phanh từ xi lanh bánh xe qua cửa “C” tới cửa “B” trong vanđiện 3 vị trí này và chảy về bình dầu

Cùng lúc đó, mô tơ bơm hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh được hồitrả về xi lanh phanh chính từ bình chứa Mặt khác cửa “A” đóng ngăn không chodầu phanh từ xi lanh chính vào van điện 3 vị trí và van một chiều số 1 và 3 Kếtquả là, áp suất dầu bên trong xi lanh bánh xe giảm, ngăn không cho bánh xe bócứng Mức độ giảm áp suất dầu được điều chỉnh bằng cách lặp lại chế độ “ giữáp” và “giữ”

b) Chế độ “Giữ”

Khi áp suất bên trong xi lanh bánh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ gửi tínhiệu báo rằng tốc độ bánh xe đạt đến giá trị mong muốn, ECU cấp dòng điện 2Ađến cuộn dây của van điện để giữ áp suất trong xi lanh bánh xe không đổi

Van điện 3 vị trí C ửa “A” đóng

C ửa “B” m ở

Mô tơ bơ m Hoạt động

Khi dòng điện cấp cho cuộn dây của van bị giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp)xuống còn 2A (ở chế độ giữ), lực từ sinh ra trong cuộn dây cũng giảm Van điện

3 vị trí chuyển xuống vị trí giữa nhờ lực của lò xo hồi vị làm đóng cửa”B”

Tên chi tiết Hoạt động

Van điện 3 vị trí Cửa “ A” mở

Cửa “B” đóng

Tên chi tiết Hoạt động

Van điện 3 vị trí cửa “A” đóng

Cửa “B” đóng

III Phân tích mạch điện và những hư hỏng thường gặp của hệ thống phanh

3.1 Sơ đồ mạch điện phanh ABS trên Toyota Innova

Sơ đồ mạch điện hệ thống phanh ABS trên xe INNOVA

Phía trên là hệ thống cầu chì gồm 5 cầu chì có liên quan Mạch nguồn gồm 5 dây:

2 dây dương thường trực, 1 dây dương công tắc máy, 2 dây nguồn âm nối mátsườn là của hệ thống ECU ABS Còn dây dương thường trực gọi là BAT bênngoài cùng là dây đèn tín hiệu phanh Bên trái cũng là một cầu chì cấp nguồndương công tắc của hệ thống đèn phanh ABS và đèn báo ABS

Combination Meter ( Đồng hồ táp lô ) gồm 2 đèn: Brake(đèn phanh tay), đènABS Hai đèn này lấy điện từ cầu chì phía trên 7.5A MET

Chân WA khi được bật chìa khóa sẽ nhiệt mát cho đèn ABS sáng lên Nếu hệthống bình thường một lúc sau đèn nó sẽ tắt nếu nó không tắt có nghĩa là hệthống điều khiển điện tử đang có vấn đề Đèn cảnh báo phanh tay sẽ được điềukhiển bởi công tắc phanh tay