ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG

KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN KIỂM NGHIỆM
HỆ THỐNG ABS TRÊN XE LEXUS GS-350

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HUY

Đà Nẵng – Năm 2018


Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống ABS xe Lexus GS-350

MỤC LỤC
Tóm tắt
Nhiệm vụ đồ án
Lời nói đầu
Lời cam đoan
Mục lục
Danh sách các bảng và hình vẽ
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ABS ............................................2
1.1. Mối quan hệ giữa lực phanh và độ trượt. .................................................................2
1.2. Chức năng nhiệm vụ. ................................................................................................ 3
1.3. Nguyên lý làm việc. ..................................................................................................7
1.4. Phân loại hệ thống ABS. ........................................................................................11
1.5. Một số sơ đồ ABS điển hình. .................................................................................13
Chương 2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE LEXUS GS-350 ........................................15
2.1. Sơ đồ tổng thể của xe. ............................................................................................ 15
2.2. Động cơ. .................................................................................................................16



Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống ABS xe Lexus GS-350

Chương 5. KIỂM TRA HỆ THỐNG ABS. ...................................................................53
5.1. Kiểm tra hệ thống chuẩn đoán. ...............................................................................55
5.2. Kiểm tra bộ phận chấp hành. ..................................................................................61
5.3. Kiểm tra cảm biến tốc độ bánh xe. .........................................................................63
KẾT LUẬN ...................................................................................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 65

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt


Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống ABS xe Lexus GS-350

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ơtơ du lịch có trang bị ABS. .......................... 10
Bảng 2.1 Các thông số kỹ thuật chủ yếu của xe Lexus-GS...........................................15
Bảng 4.1 Quan hệ giữa hệ số bám dọc φx và độ trượt λ. ...............................................44
Bảng 4.1 Quan hệ giữa mô men bám Mφ và độ trượt λ.................................................45
Bảng 4.3 Quan hệ giữa mô men phanh trước Mpt với độ trượt λ ở giai đoạn tăng áp
suất: ................................................................................................................................ 47
Bảng 4.4 Quan hệ giữa mô men phanh trước Mpt với độ trượt λ ở giai đoạn giảm áp
suất: ................................................................................................................................ 47
Bảng 4.5 Quan hệ giữa mô men phanh trước Mpt với độ trượt λ ở giai đoạn giữ áp ....48
Bảng 4.6 Quan hệ giữa mô men phanh của mỗi cơ cấu phanh trước Mpt với độ trượt λ
ở giai đoạn tăng áp suất tiếp theo: .................................................................................48
Bảng 4-7 Quan hệ giữa mô men phanh của mỗi cơ cấu phanh sau Mps với độ trượt λ ở
giai đoạn tăng áp suất: ...................................................................................................50

Hình 2.3. Kết cấu phanh đĩa trên ơtơ. ............................................................................18
Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350. .......................................20

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt


Khảo sát và tính tốn kiểm nghiệm hệ thống ABS xe Lexus GS-350

Hình 3.2 Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350. ............................. 20
Hình 3.3 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh ABS. ........................................................... 21
Hình 3.4 Giai đọan tăng áp suất. ...................................................................................22
Hình 3.5 Giai đoạn giảm áp suất. ..................................................................................23
Hình 3.6 Giai đoạn giữ áp suất. .....................................................................................24
Hình 3.7 Giai đoạn tăng áp suất tiếp theo. ....................................................................25
Hình 3.8 Biểu đồ mơ tả q trình điều khiển tốc độ bánh xe khi phanh. ......................26
Hình 3.9 Sơ đồ điện của hệ thống ABS. ........................................................................28
Hình 3.10 Sơ đồ rơle điều khiển ABS. ..........................................................................30
Hình 3.11 Kết cấu xy lanh chính. ..................................................................................31
Hình 3.12 Bầu trợ lực chân khơng. ...............................................................................32
Hình 3.13 Cảm biến tốc độ bánh xe trước. ....................................................................33
Hình 3.14 Cảm biến tốc độ bánh xe sau. .......................................................................34
Hình 3.15 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ bánh xe. ............34
Hình 3.16 Cảm biến giảm tốc. .......................................................................................35
Hình 3.17 Hoạt động của cảm biến giảm tốc. ............................................................... 36
Hình 3.18 Cảm biến gia tốc ngang. ...............................................................................36
Hình 3.19 Khối thủy lực- điện tử. .................................................................................39
Hình 3.20 Bình chứa và bơm. ........................................................................................39
Hình 4.1 Sơ đồ lực tác dụng lên ơtơ khi phanh. ............................................................ 42
Hình 4.2 Sự thay đổi hệ số bám dọc φx và hệ số bám ngang φy theo độ.......................44
Hình 4.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu trước và

Nó là hệ thống an tồn chủ động của ôtô, góp phần giảm thiểu tai nạn nguy hiểm có thể
xảy ra khi vận hành vì nó điều khiển q trình phanh một cách tối ưu. Tìm hiểu hệ thống
phanh ABS cho phép người sử dụng, bảo dưỡng, sửa chữa, tư vấn và kiểm định làm việc
một cách tối ưu nhằm nâng cao hiệu quả làm việc của hệ thống này. Đó là lí do em chọn
đề tài “Khảo sát hệ thống ABS trên xe Lexus GS 350”.
Trong đề tài này em tập trung vào vấn đề tìm hiểu kết cấu và nguyên lý hoạt động
của các chi tiết trong hệ thống phanh ABS, tính tốn hệ thống phanh ABS, ngồi ra em
cịn tìm hiểu về các ngun nhân hư hỏng và biện pháp khắc phục các hư hỏng.
Em hy vọng đề tài này như là một tài liệu chung nhất để giúp người sử dụng tự tìm
hiểu kết cấu, nguyên lý làm việc, cũng như cách khắc phục các hỏng hóc nhằm sử dụng
và bảo dưởng hệ thống phanh ABS một cách tốt nhất để đảm bảo an toàn cho người và
tài sản.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

1


Chương 1. TỔNG QUAN 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 sốt xe trong những tình huống phanh gấp.
ABS thực ra là cơng 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

Trong đó: Va - Tốc độ chuyển động tịnh tiến của ơtơ.
 b - Tốc độ góc của bánh xe.

rb - Bán kính lăn của bánh xe.
Trên hình 1.1 trình bày đồ thị chỉ sự thay đổi của hệ số bám dọc φx và hệ số bám
ngang φy của bánh xe với mặt đường theo độ trượt tương đối λ giữa bánh xe với mặt
đường.

Hình 1.1 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 1.1 ta thấy rằng hệ số bám dọc có giá trị cực đại φmax ở một độ trượt tương
đối λ0. Thực nghiệm chứng minh λ0 thường nằm trong giới hạn (10 ÷ 30) %. Ở giá trị λ0
này khơng những hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà hệ số bám ngang cũng có giá trị
khá cao. Khi λ = 100% là trạng thái bánh xe bị bó cứng và lốp xe bị lếch hoàn toàn trên
đường.
Như vậy nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở độ trượt của bánh xe là λ0 thì sẽ đạt
lực phanh cực đại, nghĩa là hiệu quả phanh cao nhất, và đảm bảo ổn định tốt nhất khi
phanh.
1.2. Chức năng nhiệm vụ.
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:
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

3


- Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng triệt để trọng lượng bám và
tránh quay xe khi phanh).
- Hoặc hãm cứng các bánh xe 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 tồn


4


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 (Vf = 0) phụ thuộc vào vận tốc ban
đầu (V0), khối lượng M của xe và lực phanh Fp. Khi lực phanh đạt cực đại thì quảng
đường phanh là ngắn nhất (xem các nhân tố khác giữ nguyên giá trị). Theo hình 1.1, nếu
giữ cho quá trình phanh xảy ra ỏ vùng lân cận λ0 thì sẽ đạt được lực phanh cực đại, khi
đó quảng đường phanh là ngắn nhất.
Tính ổn định chuyển động và tính ổn định hướng: Duy trì khả năng bám ngang trong
vùng có giá trị đủ lớn nhờ vậy làm tăng tính ổn định chuyển động và ổn định quay vòng
khi phanh “xét theo quan điểm về độ trượt”. Tuy nhiên do sự khác biệt thường xuyên
của tải trọng và hệ số bám trên các bánh xe và các bánh xe được điều khiển một cách
độc lập với cùng một ngưỡng gia tốc nên lực phanh trên các bánh xe sẽ khác nhau. Sự
khác biệt lực phanh trên các bánh xe trái phải sẽ tạo ra mơ men quay vịng cưỡng bức
quanh trục thẳng đứng (trục thẳng đứng đi qua trọng tâm xe nếu tổng lực phanh của các
bánh xe bên trái khác tổng lực phanh của các bánh xe bên phải). Mơ men quay vịng
cưỡng bức sẽ làm lệch hướng chuyển động của xe khi phanh, làm giảm ổn định chuyển
động. Đối với xe du lịch mơ men qn tính của khối lượng nhỏ, vận tốc đâm xe lớn có
thể gây nguy hiểm khi phanh. Ngoài ra trạng thái trượt của các bánh xe ở các cầu khác
nhau cũng làm thay đổi đặc tính quay vịng của xe khi phanh, nếu độ trượt của bánh xe
cầu trước lớn hơn cầu sau dẫn đến góc lệch hướng trước lớn hơn góc lệch hướng sau thì
xe có xu hướng quay vịng thiếu, nếu độ trượt của bánh xe sau lớn hơn bánh xe trước thì
xe có xu hướng quay vịng thừa.
Trên hình 1.3 là đồ thi biểu diễn hệ số trượt trên các loại đường:


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 khơ, hệ số bám dọc vẫn tương đối cao. Tuy nhiên hệ số bám
ngang φy nhỏ, do đó khơng 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
phanh tốt nhất. Qua thực nghiệm người ta thấy rằng khi có trang bị hệ thống ABS:
● Đường nhựa khô: hiệu quả phanh đạt khoảng 115% (tăng 15% so với khơng có
ABS).
● Đường đóng băng: hiệu quả phanh đạt khoảng 150% (tăng 50% so với khơng có
ABS).
Tóm lại khi có trang bị hệ thống ABS:
- Lợi về hiệu quả phanh (lực phanh lớn hơn do hệ số bám luôn ở phạm vi giá trị
φmax).
- Lợi về tính ổn định ngang do φy còn đủ lớn giúp cho xe ổn định ngang.
1.3. Nguyên lý làm việc.
Hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh có
mạch liên hệ ngược. Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạng như trên hình 2.4, gồm:

Hình 1.4 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- Xilanh chính hoặc tổng van khí nén; 6- Xilanh bánh xe hoặc bầu

Mφ - Mô men bám của bánh xe với đường.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

8


Jb

- Mơ men qn tính của bánh xe.

 b - Tốc độ góc của bánh xe.

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

d b ( M p − M  )
=
dt
Jb

Sự thay đổi Mp, Mφ, và εb theo độ trượt được thể hiện trên hình 1.6:

Hình 1.6. Sự thay đổi các thơng số khi phanh có ABS.
- Đoạn O - 1 – 2 biểu diễn quá trình tăng Mp khi đạp phanh. Hiệu (Mp - Mφ) tỷ lệ với
gia tốc chậm dần εb của bánh xe. Hiệu trên tăng nhiều khi đường M φ đi qua điểm cực
đại. Do đó sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh. Sự tăng đột ngột của gia tốc
εb chứng tỏ bánh xe sắp bị hãm cứng và được sử dụng làm tín hiệu vào thứ nhất để điều
khiển làm giảm áp suất trong dòng dẫn động. Do có độ chậm tác dụng nhất định nào đó
(phụ thuộc vào tính chất hệ thống), sự giảm áp suất thực tế bắt đầu từ điểm 2.

Bảng 1.1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ơtơ du lịch có trang bị ABS.
(mỗi bánh xe có một cảm biến và điều khiển riêng)
Loại đường
Đường bêtông khô

Tốc độ bắt đầu Quảng đường phanh Sp(m)

Mức tăng hiệu

phanh V(m/s)

Có ABS

Khơng ABS

quả phanh (%)

13,88

10,6

13,1

19,1

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

10



Hình 1.8 Q trình phanh điển hình trên mặt đường trơn khơng có ABS.

Hình 1.9 Q trình phanh điển hình của ơtơ có trang bị ABS.
1.4. 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:

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

11


- Theo phương pháp điều khiển, ABS có thể chia thành hai nhóm lớn: điều khiển
bằng cơ khí và điều khiển điện tử.
- 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 (cịn gọi là loại
khơng 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.
• Dùng piston đối áp.

Hình 1.10 Các phương pháp điều chỉnh áp suất phanh.
a- Dùng bơm hồi dầu; b- Xả dầu về đường hồi; c-Dùng piston đối áp
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

12


Hình 1.12 Sơ đồ ABS 3 kênh 3 cảm biến.
Trên hình 1.13 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 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 mơ men quay vịng 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 1.13 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 1.14 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 ln nằm
trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quả phanh là lớn nhất. Tuy nhiên khi

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

14


phanh trên đường có hệ số bám trái và phải khơng đều thì mơ men quay vịng cưỡng
bức lớn tính ổn định giảm.

Hình 1.14 Sơ đồ ABS 4 kênh 4 cảm biến.

Chương 2. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ XE LEXUS GS-350


mm

2850

03

Vết lốp : Trước /sau

S1/S2

mm

1534/1539

04

Công thức bánh xe

**

4x2

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

15


05

Số người chỡ


1220

mm

130

Kiểu

V6-3.5L

Hp/rpm

303/6200

inch

225/50R17
Cơ khí có trợ lực
Thủy lực trợ lực chân khơng

11

Hệ thống phanh chính

Trước và sau đều phanh đĩa
(Có dùng ABS)

2.2. Động cơ.
Động cơ ơtơ Lexus có những đặc điểm kết cấu và những thông số kỹ thuật sau:

1- Bộ truyền hành tinh; 2- Bộ truyền động cuối cùng; 3- Bộ biến mô.
2.3.2. 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.
2.4. Hệ thống lái.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

17


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.
2.5. Hệ thống treo.
Hệ thống treo trước và treo sau đều là hệ thống treo độc lập, tay địn 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.
2.6. Hệ thống phanh.
Hệ thống phanh xe Lexus gồm:
Hệ thống phanh chính (phanh chân): Phanh trước và phanh sau là phanh đĩa điều
khiển bằng thuỷ lực trợ lực chân khơng, có sử dụng hệ thống chống hãm cứng ABS.
Phanh dừng (phanh tay): phanh cơ khí tác dụng lên bánh sau.

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-tơng
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 3.1 là sơ đồ hệ thống phanh ABS, hình 3.2 là sơ đồ bố trí hệ thống phanh
ABS trên xe Lexus.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

19


Hình 3.1 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.

Hình 3.2 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 thơng tin đến ECU. Những
bộ phận này là:

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hướng dẫn: TS. Nguyễn Hoàng Việt

20