1
LỜI NÓI ĐẦU
Trên ô tô, hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ của ô tô đến khi dừng hẳn hoặc
đến một tốc độ cần thiết nào đó, ngoài ra hệ thống phanh còn có nhiệm vụ giữ cho ô
tô đứng yên tại chỗ trên mặt dốc nghiêng hay mặt đường ngang. Như vậy hệ thống
phanh trên ô tô là một hệ thống đặt biệt quan trọng vì nó đảm bảo cho ô tô chuyển
động an toàn với mọi chế độ làm việc. Nhờ đó có thể phát huy hết khả năng động lực,
nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của ô tô.
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô và kỹ thuật điện tử, hệ
thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS (viết tắt từ chữ tiếng anh: Anti-lock
Braking System) tích hợp các hệ thống điều tiết lực kéo ETS (viết tắt từ chữ tiếng
anh: Electronic Traction System) hệ thống chống trượt khi tăng tốc ASR (viết tắt từ
chữ tiếng anh: Acceleration Slip Regulation) hệ thống ổn định xe điều khiển bằng
điện tử ESP (viết tắt từ chữ tiếng anh: Electronic Stability Program) hệ thống hổ trợ
phanh gấp BAS (viết tắt từ chữ tiếng anh: Brake Assist) ngày càng trở nên phổ biến
và có mặt hầu hết trên các ô tô hiện đại.
Sở dĩ như vậy là do vai trò quan trọng của ABS- là một trong những hệ thống
an toàn chủ động của ô tô. Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểm có thể xảy
ra khi vận hành, nhờ điều khiển quá trình phanh ô tô một cách tối ưu.
2
1. SƠ LƯỢC VỀ ABS.
1.1. Chức năng, nhiệm vụ hệ thống phanh ABS.
Các bộ điều chỉnh lực phanh, bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suất trong dẫn
động phanh các bánh xe trước và sau có thể đảm bảo :
- Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng triệt để trọng lượng bám
và tránh quay xe khi phanh).
- Hoặc các bánh xe trước được hãm cứng trước (để đảm bảo điều kiện ổn
định).
Tuy nhiên quá trình phanh như vậy vẫn chưa phải là có hiệu quả cao và an toàn
nhất, vì:
- Khi phanh ngặt, các bánh xe có thể bị hãm cứng và trượt dọc, các bánh xe
x
;
ϕ
y
λ;%
ϕ
x max
ϕ
x
ϕ
y
20
0,2
40
60
80
100
0,4
0,6
0,8
Hình 1.1. 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
Vì thế để đảm bảo đồng thời hiệu quả khi phanh và tính ổn định cao. Ngoài ra còn
giảm mài mòn và nâng cao tuổi thọ cho lốp, cần thiết quá trình phanh ở giới hạn bắt
đầu hãm các bánh xe, nghĩa là đảm bảo cho các bánh xe trong quá trình phanh không
bị trượt lết hoàn toàn mà chỉ trượt cục bộ trong giới hạn λ=(15÷ 30)%. Đó chính là
quá trình phanh bánh xe như trên hình 1.3.
6
1
2
3
4
5
Hình 1.3. Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh xe
1- Cảm biến tốc độ; 2- Bộ phận điều khiển; 3- Cơ cấu thực hiện; 4- Nguồn năng
lượng; 5- Xi lanh chính hoặc tổng van khí nén; 6- Xi lanh bánh xe hoặc bầu phanh.
5
Nếu bỏ qua mô men cản lăn rất nhỏ và để dơn giản coi Z
bx
= const, thì phương
trình cân bằng mô men tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi phanh, có
dạng:
M
p
- M
φ
– J
p
(
dt
d
b
ω
) =0
Ở đây: M
p
ϖ
b/
dt)
M
p
Z
bx
P
ϕ
G
bx
Hình 1.4. Các lực tác dụng lên bánh xe khi phanh.
Sự thay đổi M
p
, M
φ
và ε
b
theo độ trượt thể hiện trên hình 1.5:
λ
M
ε
b
o
λ1
λ2
M
p
M
ϕ
giảm theo và bằng 0 ở điểm 3. Vào thời điểm tương ứng với điểm
4- mô men phanh có giá trị cực tiểu không đổi.
- Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mô men phanh nhỏ hơn mô men bám, nếu
xảy ra sự tăng tốc bánh xe. Sự tăng gia tốc góc được sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai
để điều khiển tăng áp suất tổng hệ thống phanh (hình 1.5).
- Khi tốc độ bánh xe tăng lên, độ trượt giảm vì vậy φ cũng như M
φ
tăng lên.
- Tiếp theo, chu trình lặp lại. Như vậy trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc
thì tăng tốc, lúc thì giảm tốc và buộc M
φ
phải hay đổi theo chu trình kín 1 – 2 - 3–
4– 5 – 6 – 1, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ
1
÷ λ
2
( hình 1.5)
đảm bảo hệ số bám có giá trị gần với cực đại nhất.
Trên hình 1.6 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động
phanh và gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian.
Pbd; P
t
P1
P2
1
2
3
4
5
6
dầu phanh
Quãng đường phanh S
p
(m) Mức tăng hiệu
quả phanh (%)
Có ABS Không ABS
Đường bê tông khô
Đường bê tông ướt
13,88
13,88
10,6
18,6
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
100
17,8
37,5
Hình 1.7. Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn.
8
Hình 1.8. Quá trình phanh điển hình của ô tô trang bị ABS.
1.3. Phân loại hệ thống phanh ABS.
Coù trồỹ lổỷc
chỏn khọng
Khọng coù trồỹ lổỷc
Coù bọỹ phỏn phọỳi
cao aùp
Coù bọỹ khuyóỳch õaỷi
thuyớ lổỷc
HONDA
ABL
BOSCH
2E
TEVES
MIV
BENDIX
TEVES
MK II
BOSCH
3
BOSCH
2S
BENDIX
ADDONIX
GIRLING
SCS
Hỡnh 1.9a. S phõn loi h thng phanh ABS.
Theo thnh phn kt cu, ABS cú th chia ra:
- Loi dựng kt hp vi xi lanh chớnh ca h thng phanh c in (cũn gi l
loi khụng tớch hp )
- Loi bỏn tớch hp
10
4
Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh trang bị ABS trên ô tô C240.
1- Xi lanh chính; 2- Mô tơ bơm thuỷ lực; 3- Bình tích năng; 4- Khối thuỷ lực; 5-
Khối điều khiển điện tử ABS; 6- Đèn báo sự cố ABS; 7, 8, 9, 10- Cảm biến tốc độ
bánh xe; 11- Công tắc hành trình bàn đạp phanh.
Hệ thống chống hãm cứng bánh xe trên ô tô C240 là loại không tích hợp dùng với
dẫn động phanh thuỷ lực được điều khiển bằng điện tử (hình 2.1). Vì vậy cấu tạo của
nó gồm:
- Hệ thống phanh chuẩn thông thường
- Khối thuỷ lực
12
- Khối điều khiển điện tử
- Các cảm biến tốc độ bánh xe.
Hệ thống ABS này ngoài chức năng chống hãm cứng bánh xe , nó còn kết hợp
thêm một số chức năng chống trượt quay, hỗ trợ phanh khẩn cấp, ổn định ô tô khi
quay vòng và nó được bổ sung vào hệ thống phanh chuẩn thông thường.
2.1.1. Hệ thống phanh chuẩn thông thường.
Hệ thống phanh chuẩn có cấu tạo gồm: Cơ cấu phanh, dẫn động phanh, xi lanh
chính và bộ trợ lực chân không.
+ Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh trên ô tô C240 là loại đĩa quay hở, má kẹp tuỳ
động- xi lanh bố trí trên má kẹp (hình 2.2)
Hình 2.2. Cấu tạo cơ cấu phanh đĩa.
1- Khớp nối dẫn hướng; 2- Ổ lăn; 3- Đĩa phanh; 4- Má phanh; 5- Moay
ơ; 7- Má kẹp.
Sơ đồ cấu tạo của cơ cấu phanh thể hiện trên hình 2.3, gồm có đĩa phanh 4 gắn với
moay ơ bánh xe, má kẹp 1 trên đó đặt các xi lanh thuỷ lực, các má phanh gắn tấm ma
sát đặt hai bên đĩa phanh. Khi đạp phanh piston 2 của xi lanh thuỷ lực đặt trên má kẹp
1 sẽ ép các má phanh 5 tỳ sát vào đĩa phanh 4, phanh bánh xe lại .
13
3
- Điều kiện làm mát tốt hơn.
Tuy vậy, phanh đĩa còn có một số nhược điểm hạn chế sử dụng của nó là:
- Nhạy cảm với bụi bẩn và khó làm kín.
- Các đĩa phanh loại hở dễ bị ô xy hoá, bị bẩn làm các má phanh mòn nhanh.
- Áp suất làm việc cao nên các má phanh dễ bị nứt, xước.
- Thường phải sử dụng bộ lực chân không để tăng lực dẫn động, nên khi động
cơ không làm việc, hiệu quả dẫn động phanh thấp và khó sử dụng chúng để làm
phanh dừng.
+ Dẫn động phanh: Dẫn động phanh trên ô tô C240 là dẫn động phanh thuỷ lực
có trợ lực chân không, với loại dẫn động phanh này có những ưu điểm là:
- Độ nhạy lớn, thời gian chậm tác dụng nhỏ.
- Luôn đảm bảo phanh đồng thời các bánh xe và áp suất trong dẫn động chỉ
đồng thời tăng lên khi tất cả các má phanh đã áp sát vào đĩa phanh.
- Có hiệu suất cao (η = 0,8 ÷ 0,9).
- Kết cấu đơn giản, kích thước, khối lượng, giá thành nhỏ.
- Có thể dùng trên nhiều loại xe khác nhau mà chỉ cần thay đổi cơ cấu phanh.
Tuy nhiên hệ thống phanh dẫn động bằng thuỷ lực còn có những nhược điểm là:
- Yêu cầu độ kín khít cao. Khi có một chỗ bị rò rỉ thì cả dòng không dẫn động
được.
- Sự dao động áp suất của chất lỏng làm việc có thể làm cho các đường ống bị
rung động và mô men phanh không ổn định.
- Hiệu suất giảm nhiều ở nhiệt độ thấp.
Bộ trợ lực chân không là bộ phận cho phép lợi dụng độ chân không trong đường
nạp của động cơ để tạo lực phụ, tác dụng lên dẫn động phanh hỗ trợ cho người lái.
15
1
10
11
14
13
16
lực, qua đó tạo nên một lực phụ hỗ trợ cùng người lái tác dụng lên các piston trong xi
lanh chính 2, ép dầu theo các ống dẫn (dòng 1 và 3) đi đến các xi lanh bánh xe để
thực hiện quá trình phanh. Khi lực tác dụng lên màng 10 tăng thì biến dạng của vòng
cao su 9 cũng tăng theo làm cho piston hơi dịch về phía trước so với cần 7 làm cho
van không khí 8 đóng lại, giữ độ chênh áp không đổi tức lực trợ lực không đổi. Muốn
tăng lực phanh người lái phải tiếp tục đạp manh hơn, cần 7 lại dịch chuyển sang trái
làm van không khí 8 mở ra cho không khí đi thêm vào khoang A. Độ chênh áp lại
tăng lên, vòng cao su 9 biến dạng nhiều hơn làm piston hơi dịch về phía trước so với
cần 7 → van không khí 8 lại đóng lại đảm bảo cho độ chênh áp hay trợ lực không đổi
và tỷ lệ với lực bàn đạp. Khi phanh cực đại thì van không khí 8 mở hoàn toàn và độ
chênh áp hay trợ lực cũng đạt giá trị lớn nhất.
+ Xi lanh chính. Là bộ phận quan trọng nhất không thể thiếu trong dẫn động
thủy lực. Nó có nhiệm vụ:
- Tạo áp suất làm việc hay áp suất diều khiển cần thiết
- Đảm bảo lượng dầu cung cấp cho toàn bộ hay một phần của hệ thống phanh.
1
3
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
đèn báo không sáng.
- Nếu mức dầu giảm dưới mức qui định: phao hạ thấp → nam châm sẽ tác
dụng lực từ làm mở tiếp điểm của công tắc (10) → công tắc đóng mạch → đèn báo
thiếu dầu được bật sáng trên bảng đồng hồ.
+ Bầu trợ lực chân không có bổ sung hỗ trợ phanh khẩn cấp trên ô tô C240.
18
Trong trường hợp phanh khẩn cấp do gặp chướng ngại vật đột ngột, người lái
xe- đặc biệt là những người thiếu kinh nghiệm thường hoang mang, phản ứng không
kịp thời nên đạp chân lên bàn đạp phanh không đủ mạnh, do đó không tạo đủ lực
phanh để dừng xe, đồng thời lực tác dụng của người lái xe lên bàn đạp phanh cũng
yếu dần trong quá trình phanh, làm lực phanh giảm đi.
Do đó trên ô tô C240 sử dụng một hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp BAS để hỗ trợ
cho người lái trong trường hợp phanh khẩn cấp. Bằng cách nhận biết tốc độ dịch
chuyển của hành trình màng trong bộ trợ lực, hệ thống BAS sẽ cung cấp thêm một
lực phanh lớn hơn nhiều so với lực phanh của người lái tạo ra để dừng xe.
Trên hình 2.6 là đồ thị so sánh lực phanh tạo ra trong hai trường hợp có và không
có trợ lực phanh khẩn cấp.
Hình 2.6. Đồ thị so sánh lực phanh khi có và không có trợ lực phanh khẩn cấp.
Hệ thống BAS được thiết kế trên cơ sở kết hợp với hệ thống ABS. Trên cơ sở của
hệ thống ABS, hệ thống BAS có bổ sung một cảm biến hành trình màng và van chân
không được điều khiển bằng điện từ vào trong bầu trợ lực chân không (hình 2.9).
Hình 2.7. Sơ đồ khối hệ thống ABS/BAS
Lực phanh
Không có trợ lực
phanh khẩn cấp
Có trợ lực phanh
khẩn cấp
Thời gian
O
Khối thuỷ lực ABS
L
O
R
n
R
l
Bàng âo
Bàng tiãúp
xuïc
Con chaûy
Hình 2.8 . Sơ đồ nguyên lý làm việc cảm biền hành trình màng.
Điện trở là loại băng dẫn được làm bằng hợp kim Ni-Cu. Điện trở loại băng
dẫn được chế tạo bằng chất dẻo trộn bột dẫn điện là các hạt kim loại có kích cỡ ≈ 10
2
μm.
Các điện trở thường được chế tạo với các giá trị R
n
nằm trong khoảng từ 1 kΩ
đến 100 kΩ.
Con chạy phải đảm bảo tiếp xúc điện tốt, nghĩa là không gây nên suất điện
động tiếp xúc, điện trở tiếp xúc phải nhỏ và ổn định. Ngoài ra phải đảm bảo các tiêu
chuẩn trên trong điều kiện có dao động và tốc độ dịch chuyển lớn.
- Trong điều kiện phanh bình thường, hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp không
làm việc, lúc đó bầu trợ lực phanh khẩn cấp làm việc như một bầu trợ lực chân không
thông thường (hình 2.7).
20
- Hệ thống hỗ trợ phanh gấp BAS làm việc khi khối điều khiển của nó nhận các
tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến hành trình màng, cảm biến áp suất dầu
phanh ở khối thuỷ lực. Nếu áp suất phanh đạt 5 bar và màng của bầu trợ lực dịch
chuyển được 5mm và tốc độ của ô tô lớn hơn 8 km/h thì khối điều khiển điện tử sẽ
a. Khối thuỷ lực: Bao gồm các van thuỷ lực điều khiển bằng điện tử, bơm thủy
lực có nhiệm vụ bơm hồi dầu từ bình tích năng về bình chứa dầu. Khối thủy lực có
nhiệm vụ điều chỉnh áp suất khối dẫn động phanh theo tín hiệu điều khiển từ khối
điều khiển điện tử, để tránh không cho các bánh xe hãm cứng khi phanh.
Hình 2.10. Khối thuỷ lực/ Khối điều khiển điện tử trên ô tô C240.
m1- Mô tơ, bơm cao áp; 3- Bình tích năng; A7/3- Khối van điện từ;
n1- Khối điều khiển điện tử ABS/ASR/ESP
+ Bơm thuỷ lực: là nguồn tạo chất lỏng cao áp cung cấp cho toàn bộ hệ thống.
Bơm thủy lực trên ô tô C240 là loại bơm một piston đẩy.
22
A
A-A
A
10
11
9
7
6
5
4
3
2
1
8
Hình 2.11. Bơm piston.
1- Xi lanh; 2- Lỗ nạp; 3- Lỗ thoát; 4, 5, 6- Van một chiều; 7- Lò xo; 8- Cam lệch tâm;
9- Piston; 10- Con đội; 11- Trục dẫn động
Bơm một piston đẩy (hình 2.11) gồm có: mô tơ điện làm quay cam lệch tâm, cam
lệch tâm dẫn động piston chuyển động tịnh tiến lên, xuống.
- Khi piston đi xuống → van một chiều (6) mở ra do độ chênh áp giữa buồng
+ Cỏc van din t: bao gm cỏc van np, van x v van chuyn i.
- Van np (hỡnh 2.13) l loi van thng m dng van kim, cú 3 ca v 2 v trớ,
c iu khin t khi iu khin in t.
(a) (b)
24
14
13
12
10
98
7
6
5
4
3
2
1
11
B
D
C
A
Hình 2.13. Van nạp và van xả.
A-Đường dầu từ xi lang chính đến van nạp; B-Đường dầu từ van nạp đến xi lanh
bánh xe; C-Đường dầu từ bình tích năng về xi lanh chính; D- Đường dầu từ van xả
về bình tích năng; 1- Van nạp; 2, 9- Cuộn dây; 3, 13- Van kim; 4, 14,12- Lọc; 5- Đế
van; 6- Su làm kín; 7- Van một chiều; 8, 10- Lõi di động; 11- Van xả.
Nhiệm vụ của van nạp là cắt - nối đường thông giữa xi lanh chính với cá xi lanh
bánh xe tương ứng.
- Van xả (hình 2.13): là loại van thường đóng dạng van kim, có 2 cửa và 2 vị
lệch → khối điều khiển điện tử sẽ cho ngừng hoạt động của ABS để đảm bảo cho hệ
thống phanh làm việc như một hệ thống phanh chuẩn bình thường.
Trên hình là lược đồ đơn giản minh hoạ cấu tạo và sự hoạt động bên trong của
khối điều khiển điện tử.
Copyright: Tài liệu đại học ©