Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, do nhu cầu xã hội ngày càng phát triển, kéo theo
mọi hoạt động trong đời sống xã hội đều phát triển theo xu hướng hiện đại hóa
nên đòi hỏi phải có những phương tiện hiện đại phục vụ cho con người. Do đó
song song với sự phát triển của mọi ngành nghề thì công nghệ ôtô cũng có sự
thay đổi khá lớn. Nhu cầu của con người dần dần được đáp ứng về các mặt tiện
nghi, kinh tế, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, … trong đó vấn đề an toàn được
đặt lên hang đầu. Ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật đã đạt được, các nhà
sản xuất bắt tay vào nghiên cứu, chế tạo hệ thống phanh ABS với những tính
năng ưu việt: chống bó cứng bánh xe khi phanh, ổn định hướng, … nhằm hạn
chế những tai nạn đáng tiếc có thể xảy ra.
Từ vấn đề đó, với những kiến thức đã học và sự hướng dẫn tận tình của giáo
viên hướng dẫn, em quyết định thực hiện đề tài: “KHẢO SÁT HỆ THỐNG
PHANH CHỐNG HÃM CỨNG BÁNH XE ANTI-LOCK BRAKING
SYSTEM (ABS) TRÊN XE LEXUS-GS 350”.
Trong thời gian thực hiện đề tài do thời gian có hạn và kiến thức còn hạn chế
nên trong quá trình thực hiện không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định.
Em rất mong sự giúp đỡ, ý kiến đóng góp của quý thầy cô cùng tất cả các bạn
để đề tài được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy TS. Nguyễn Hoàng Việt, các thầy
cô giáo trong bộ môn cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này.
Đà nẵng, ngày 20 tháng 05 năm 2008.
Sinh viên thực hiện:
PHÙNG VIẾT KHƯƠNG

1


Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350


2


Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350

2. Giới thiệu chung về hệ thống phanh ABS.
ABS là một trong hai công nghệ bổ sung cho hệ thống phanh hữu dụng nhất của
ngành công nghiệp ôtô thời gian gần đây. Vai trò chủ yếu của ABS là giúp tài xế duy
trì khả năng kiểm soát xe trong những tình huống phanh gấp.
ABS thực ra là công nghệ điện tử thay thế cho phương pháp phanh hiệu quả nhất
(đặc biệt trên mặt đường trơn trượt) là đạp - nhả pê-đan liên tục, cảm nhận dấu hiệu rê
bánh để xử lý. Do việc thực hiện kỹ thuật này không đơn giản mà các chuyên gia ôtô ở
hãng Bosch, Đức, đã nghiên cứu, chế tạo cơ cấu ABS bao gồm các cảm biến lắp trên
bánh xe (ghi nhận tình trạng hoạt động); bộ xử lý điện tử CPU và thiết bị điều áp (đảm
nhiệm thay đổi áp suất trong piston phanh).
Trong trường hợp 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 và van
thủy lực, ABS tự động giảm áp suất tác động lên đĩa (quá trình nhả), giúp bánh xe
không bị hãm cứng (hay còn gọi là "bó").

Tương tự, nếu một trong các bánh quay quá nhanh, máy tính cũng tự động tác động
lực trở lại, đảm bảo quá trình hãm. Để thực hiện được điều này, hệ thống sẽ thực hiện
động tác ép - nhả má phanh trên phanh đĩa khoảng 15 lần mỗi giây, thay vì tác động
một lần cực mạnh khiến bánh có thể bị "chết" như trên các xe không có ABS.
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.

3



x

0.6

0.4

0.2

0

y

20

40

60

80

100



Hình 2-1 Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy 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 φ max ở một độ trượt tương
đối λ0. Thực nghiệm chứng minh λ0 thường nằm trong giới hạn (10 ÷ 30)%. Ở giá trị λ 0

4

có độ trượt thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị λ0, khi đó hiệu quả phanh cao nhất
(lực phanh đạt giá trị cực đại do giá trị φ max) đồng thời tính ổn định và tính dẫn hướng
của xe là tốt nhất (φy đạt giá trị cao), thỏa mãn các yêu cầu cơ bản của hệ thống phanh
là rút ngắn quảng đường phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng điều khiển lái của
xe trong khi phanh.
Quảng đường phanh: Trong tính toán động lực học quá trình phanh, quảng đường
phanh x được xác định theo phương trình sau:
M
x=
Fp

 V0 2 V f 2 



 2

2



Trong đó:
X: là quảng đường phanh.
M: là khối lượng của xe.
V0: là vận tốc ban đầu khi bắt đầu phanh.
Vf: là vận tốc cuối cùng.
Ta thấy quãng đường phanh đến khi xe dừng hẳn (V f = 0) phụ thuộc vào vận tốc
ban đầu (V0), khối lượng M của xe và lực phanh F p. Khi lực phanh đạt cực đại thì
quảng đường phanh là ngắn nhất (xem các nhân tố khác giữ nguyên giá trị). Theo hình
2.1, nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ỏ vùng lân cận λ 0 thì sẽ đạt được lực phanh cực

nhất thiết cân đối với tỷ số trượt. Vì vậy để đảm bảo lực phanh lớn nhất thì tỷ số trượt
nằm trong vùng dung sai trượt ABS.
Từ những kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy rằng đối với ABS
thì hiệu quả phanh và ổn định 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 thỏa mãn đồng thời hai chỉ tiêu hiệu quả phanh và ổn định
khi phanh là khá phức tạp và là vấn đề đã và đang nghiên cứu của các nhà chuyên
môn.

7


Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350
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.

-

Theo giá trị của tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó.

Ở các loại đường nhựa khô, hệ số bám dọc vẫn tương đối cao. Tuy nhiên hệ số bám
ngang φy nhỏ, do đó không đảm bảo được lực bám ngang, làm cho xe mất tính ổn định
hướng khi phanh. Vì vậy trang bị ABS trên xe sẽ vẫn rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả

lanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép các guốc phanh và thực hiện quá trình phanh.
Để hiểu được nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe, ta khảo sát
quá trình phanh xe như trên hình 2.5.

Hình 2-5 Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh.
Nếu bỏ qua mômen cản lăn rất nhỏ và để đơn 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  Jb (

Ở đây:

d b
) 0
dt

Mp - Mô men phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh.
Mφ - Mô men bám của bánh xe với đường.
Jb

- Mô men quán tính của bánh xe.

 b - Tốc độ góc của bánh xe.

Từ đó ta có gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh:

9


Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350
b 

Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350
Trên hình 2.7 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động và
gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian.

Hình 2-7 Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) và gia tốc chậm dần của bánh xe
(b) khi phanh có ABS.
Hình 2.7a cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn (3pha): tăng
áp suất(1-->2), giảm áp suất (2-->4) và duy trì (giữ) áp suất (4-->5). ABS làm việc với
3 giai đoạn như vậy gọi là ABS 3 pha. Một số ABS có thể không có pha duy trì áp
suất- gọi là ABS 2 pha.
Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi trong
khoảng λ1 ÷ λ2 = (15 ÷ 30)%. Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí nén khoảng
(3 ÷ 8) Hz còn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz.
Để thấy rõ vai trò của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 2.1 nhận được khi
thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp có và không có ABS và đồ thị quá trình
phanh trên hình 2.8; 2.9.
Bảng 2-1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch có trang bị ABS.
(mỗi bánh xe có một cảm biến và điều khiển riêng)
Mức tăng hiệu

Đường bêtông khô

Tốc độ bắt đầu Quảng đường phanh Sp(m)
Không ABS
phanh V(m/s) Có ABS
13,88
10,6
13,1

Đường bêtông ướt



Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350

Hình 2-8 Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn không có ABS.

Hình 2-9 Quá trình phanh điển hình của ôtô có trang bị ABS.
2.4. Phân loại hệ thống ABS.
Mặc dù có chung một nguyên lý làm việc, nhưng các ABS có thể được thiết kế theo
nhiều sơ đồ kết cấu và biện pháp điều chỉnh áp suất khác nhau. Hệ thống ABS được
phân loại theo các phương pháp sau:
- Theo phương pháp điều khiển, ABS có thể chia thành hai nhóm lớn: điều khiển
bằng cơ khí và điều khiển điện tử.
Hình 2.10 dưới đây là sơ đồ phân loại hệ thống ABS đã được các hãng trên thế giới
chế tạo:

12


Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350

Hình 2-10 Sơ đồ phân loại hệ thống ABS.
- Theo thành phần kết cấu, các ABS điều khiển điện tử chia ra:
• Loại dùng kết hợp với xi lanh chính của hệ thống phanh cổ điển (còn gọi là
loại không tích hợp).
• Loại bán tích hợp.
• Loại tích hơp.
- Theo phương pháp điều chỉnh (giảm) áp suất, chia ra:
• Dùng bình tích năng và bơm hồi dầu.
• Dùng van xả dầu về bình chứa.

1- Xy lanh chính; 2- Cơ cấu cung cấp năng lượng; 3- Khối thủy lực; 4- Bơm cao áp;
5- Rơle điện; 6- Cảm biến tốc độ; 7- Xy lanh bánh xe.
Sơ đồ hình 2.13 sử dụng hai cảm biến tốc độ bánh xe đặt ở các bánh xe cầu trước và
một cảm biến tốc độ bánh xe với vòng răng cảm biến đặt trên bánh răng vành chậu của
bộ vi sai cầu sau (tài liệu tham khảo [4]).

Hình 2-13 Sơ đồ ABS 3 kênh 3 cảm biến.
Trên hình 2.14 là sơ đồ ABS 3 kênh có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4 van
điều khiển (tài liệu tham khảo [4]). Phương án này hai bánh trước được điều khiển độc
15


Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350
lập, hai bánh sau được điều khiển chung theo modul thấp (select low mode), 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 cưỡng bức trên cầu sau tính ổn
định tăng nhưng hiệu quả phanh giảm bớt. Hầu hết các xe có bánh sau chủ động và
nhiều xe bánh trước chủ động sử dụng ABS 3 kênh.

Hình 2-14 Sơ đồ ABS 3 kênh 4 cảm biến.
ABS 4 kênh điều khiển phanh 4 bánh xe một cách riêng biệt. Đây là hệ thống hoàn
chỉnh nhưng đắt tiền nhất và yêu cầu mỗi bánh xe phải có một cảm biến tốc độ riêng.
Trên hình 2.15 là sơ đồ ABS 4 kênh có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4 van
điều khiển độc lập (sử dụng phổ biến cho xe động cơ đặt trước bánh trước chủ động).
Với phương án này các bánh xe đều được tự động điều 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 quay vòng
cưỡng bức lớn tính ổn định giảm.

Hình 2-15 Sơ đồ ABS 4 kênh 4 cảm biến.


Chiều dài cơ sở

L0

mm

2850

03

Vết lốp : Trước /sau

S1/S2

mm

1534/1539

04

Công thức bánh xe

**

4x2

05

Số người chỡ


225/50R17

Kiểu động cơ
08

Công suất cực đại/ số vòng
quay

Ga

09

Cỡ lốp

10

Hệ thống lái

Cơ khí có trợ lực
Thủy lực trợ lực chân không

11

Hệ thống phanh chính

Trước và sau đều phanh đĩa
(Có dùng ABS)

3.2. Động cơ.



Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350

Hình 3-2 Cấu tạo hộp số tự động.
1- Bộ truyền hành tinh; 2- Bộ truyền động cuối cùng; 3- Bộ biến mô.
3.3.2. Các đăng.
Các đăng được nối giữa hộp số và cầu chủ động sau. Trên các-đăng có 2 khớp nối
chử thập và một khớp nối bằng then hoa.
Trong khớp nối chữ thập có lắp các ổ bi kim. Khớp nối then hoa dùng để thay đổi
chiều dài trục các đăng khi dầm cầu sau dao động tương đối so với khung xe.
3.4. Hệ thống lái.
Hệ thống lái xe Lexus là hệ thống lái cơ khí có trợ lực, cơ cấu lái loại bánh răng và
thanh răng.
Bán kính kính quay tối đa bên trái và bên phải là: 866 (mm). Vị trí lái khá thoải mái,
với điểm mù hẹp cho tầm quan sát tốt. Động cơ êm và khoang lái được cách âm tốt,
cho cảm giác lái đằm và chính xác ở tốc độ cao.

19


Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350
3.5. Hệ thống treo.
Hệ thống treo trước và treo sau đều là hệ thống treo độc lập, tay đòn kép có ưu điểm
là:
- Cho phép tăng độ võng tỉnh và động của hệ thống treo, nhờ đó tăng được độ êm
dịu chuyển động.
- Giảm được hiện tượng dao động các bánh xe dẫn hướng, tăng khả năng bám
đường do đó tăng được tính điều khiển và ổn định của xe.
3.6. Hệ thống phanh.

bên trái. Giảm áp suất bằng van xả và bơm hồi dầu.
Thiết bị của hệ thống ABS gồm: cảm biến lắp trên bánh xe (ghi nhận tình trạng hoạt
động); bộ xử lý điện tử và thiết bị điều áp (đảm nhiệm thay đổi áp suất trong pít-tông
phanh). Kiểu ABS hiệu quả nhất có thể tự động điều chỉnh áp suất dầu phanh trên từng
cụm bánh, số cảm biến đo vận tốc góc, module áp suất, đường điều khiển bằng số
bánh xe.
Trên hình 4.1 là sơ đồ hệ thống phanh ABS, hình 4.2 là sơ đồ bố trí hệ thống phanh
ABS trên xe Lexus (tài liệu tham khảo [6]).

Hình 4-1 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- Xy lanh chính.

21


Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350

Hình 4-2 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350.
1,5- Cảm biến tốc độ bánh xe trước; 2- Rôto cảm biến bánh xe trước; 3- Rơle
điều khiển; 4- Khối thủy 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.
Hệ thống này gồm nhiều bộ phân 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 thủy lực (ABS actuator), kiểm tra và điều chỉnh áp suất phanh.



Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350
tỷ lệ với lực đạp. Khi người lái nhả phanh, dầu đi từ xy lanh bánh xe qua cửa “C” rồi
qua cửa “A“ và van một chiều (6) hồi về xy lanh chính.

Hình 4-4 Giai đọan tăng áp suất.
1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị;
5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp.
 Giai đoạn giảm áp suất:
Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn solenoid của van
điện, làm sinh ra một lực từ mạnh. Van điện 3 vị trí chuyển động lên phía trên để đóng
cửa “A” và mở cửa “B” cho chất lỏng từ xi lanh bánh xe đi vào bộ tích năng (1) thoát
về vùng áp suất thấp của hệ thống, do vậy áp suất trong dẫn động phanh được giảm
xuống (hình 4.4), tránh cho các bánh xe khỏi bị hãm cứng.
Cùng lúc đó, môtơ bơm hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh được hồi trả về
xy lanh phanh chính từ bình chứa. Mặt khác van một chiều 6 và cửa “A” đóng ngăn
không cho dầu phanh từ xy lanh chính vào van điện 3 vị trí. Kết quả là áp suất dầu bên
trong xy lanh bánh xe giảm, ngăn không cho bánh xe bị bó cứng.

24


Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350

Hình 4-6 Giai đoạn giảm áp suất.
1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị;
5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp.
 Giai đọan giữ áp suất:
Sơ đồ làm việc của giai đọan này như trên hình 4.7: Khi áp suất bên trong xy lanh