MỤC LỤC

MỤC LỤC...................................................................................................................................1

LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................................ 2

1. Mục đích và ý nghĩa của đề tài.......................................................................................... 3

2. Giới thiệu chung về hệ thống phanh ABS............................................................................ 3

2.1. Mối quan hệ giữa lực phanh và độ trượt....................................................................... 3

2.2. Chức năng nhiệm vụ.......................................................................................................... 5

2.3. Nguyên lý làm việc............................................................................................................. 8

2.4. Phân loại hệ thống ABS....................................................................................................... 12

2.5. Một số sơ đồ ABS điển hình................................................................................................. 14

3. Giới thiệu chung về xe Lexus-GS 350................................................................................... 17

3.1. Sơ đồ tổng thể của xe............................................................................................................ 17

3.2. Động cơ................................................................................................................................. 18

3.3. Hệ thống truyền lực.............................................................................................................. 18

3.3.1. Hộp số................................................................................................................................. 18

3.3.2. Các đăng............................................................................................................................. 19

3.4. Hệ thống lái........................................................................................................................... 19

3.5. Hệ thống treo......................................................................................................................... 20

3.6. Hệ thống phanh.................................................................................................................... 20

4. Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350......................................................... 20

4.1. Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350............................................................. 20

4.2. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350.................. 22

4.2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh ABS................................................................................. 22

4.2.2. Sơ đồ điện........................................................................................................................... 29

4.3. Kết cấu các bộ phận chính của hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS 350.................... 32

4.3.1. Xy lanh phanh chính........................................................................................................... 32

4.3.2. Trợ lực phanh..................................................................................................................... 33

4.3.3. Cảm biến tốc độ bánh xe. ................................................................................................... 35

4.3.4. Cảm biến giảm tốc.............................................................................................................. 37

4.3.5. Cảm biến gia tốc ngang...................................................................................................... 38

4.3.6. Khối điều khiển điện tử ECU.............................................................................................. 38

4.3.7. Khối thuỷ lực- điện tử.......................................................................................................... 40

5. Tính toán hệ thống phanh ABS............................................................................................. 42

5.1. Các thông số dùng để  tính toán........................................................................................... 42

5.2. Xác định mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu trước và cầu sau...................................... 42

5.3. Xác định mô men phanh do các cơ cấu phanh sinh ra. .............................................. 47

5.3.1. Đối với cơ cấu phanh trước................................................................................................ 47

5.3.2.  Đối với cơ cấu phanh sau.................................................................................................. 50

5.3.3. Gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh................................................................... 54

6. Kiểm tra hệ thống ABS........................................................................................................ 56

6.1. Kiểm tra hệ thống chẩn đoán........................................................................................... 57

6.2. Kiểm tra bộ phận chấp hành............................................................................................ 64

6.3. Kiểm tra cảm biến tốc độ bánh xe. ................................................................................. 65

7. Kết luận.................................................................................................................................. 67

Tài liệu tham khảo.................................................................................................................... 68

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 hảm 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……………, các thầy cô giáo trong bộ môn cùng các bạn đã giúp em hoàn thành đồ án này.                                                         

                                                                      ..…., ngày… tháng….năm 20…..

                                                                   Sinh viên thực hiện

                                                                   ………………

1. Mục đích ý nghĩa của đề tài.

Sản xuất ô tô trên thế giới ngày nay tăng vượt bậc, ô tô trở thành phương tiện vận chuyển quan trọng về hành khách và hàng hoá cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trở thành phương tiện giao thông tư nhân ở các nước có nền kinh tế phát triển. Ở nước ta, số ô tô tư nhân cũng đang phát triển cùng với sự tăng trưởng của nền kinh tế, mật độ ô tô lưu thông trên đường ngày càng cao.

Do mật độ ôtô trên đường ngày càng lớn và tốc độ chuyển động ngày càng cao cho nên vấn đề tai nạn giao thông trên đường là vấn đề cấp thiết luôn phải quan tâm.

Theo thống kê của các nước thì trong tai nạn giao thông đường bộ 60 ÷ 70 % do con người gây ra 10 ÷ 15 % do hư hỏng máy móc, trục trặc kỹ thuật và 20 ÷ 30%  là do đường sá quá xấu. Trong nguyên nhân do con người gây ra thì theo thống kê cho thấy 10% số vụ tai nạn xảy ra trong trường hợp cần dừng khẩn cấp, tài xế đạp phanh đột ngột làm xe bị rê bánh và trượt đi, dẫn đến mất lái. Hệ thống chống hãm cứng bánh xe Antilock Braking System (ABS) giúp khắc phục tình trạng này không phụ thuộc vào kỹ thuật phanh của người lái. ABS được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong khoảng 15 năm trở lại đây và hiện nay giữ vị trí quan trọng trong danh mục thiết bị tiêu chuẩn của xe hơi. Nó là hệ thống an toàn chủ động của ôtô, góp phần giảm thiểu tai nạn nguy hiểm có thể xảy ra khi vận hành vì nó điều khiển quá 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 phanh chống hảm cứng bánh xe Anti-Lock Braking System (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. Vì vậy lực phanh của ôtô bị giới hạn bởi khả năng bám của bánh xe với mặt đường, mà đặc trưng là hệ số bám φ, theo mối quan hệ sau:

F_p ≤ Z.φ

Trong đó: 

F_p:  Lực phanh.

Z:  Tải trọng tác dụng lên bánh xe.

φ:  Hệ số bám.

Từ đây ta thấy khi phanh gấp (F_p lớn) hay khi phanh trên các loại đường có hệ số bám φ thấp như đường băng, tuyết thì phần F_p dư mà mặt đường không có khả năng tiếp nhận sẽ làm bánh xe sớm bị bó cứng và trượt lếch trên đường. Mức độ thể hiện qua hệ số trượt tương đối λ:

Trên hình 2.1 trình bày đồ thị chỉ sự thay đổi của hệ số bám dọc φ_x và hệ số bám ngang φ_y của bánh xe với mặt đường theo độ trượt tương đối λ giữa bánh xe với mặt đường.

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 λ₀ này không 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.

2.2. 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:

- 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 toàn nhất vì:

- Khi phanh ngặt, các bánh xe vẫn có thể bị hãm cứng và trượt dọc. Các bánh xe trượt lết trên đường sẽ gây mòn lốp và giảm hệ số bám.

Vì vậy mục tiêu của hệ thống phanh ABS là giữ cho bánh xe trong quá trình phanh 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 (φ_y 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.

X: Là quảng đường phanh.

M: Là khối lượng của xe.

V₀: Là vận tốc ban đầu khi bắt đầu phanh.

V_f: 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 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 mô men quay vòng 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). Mô men quay vòng cưỡng bức sẽ làm lệch hướng chuyển động của xe khi phanh, làm giảm ổn định chuyển động. Đối với xe du lịch mô men quán 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 vòng 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 vòng thiếu, nếu độ trượt của bánh xe sau lớn hơn bánh xe trước thì xe có xu hướng quay vòng thừa.

Trên hình 2.3 là đồ thi biểu diễn hệ số trượt trên các loại đường:

Tỉ số trượt: Tỉ số khác biệt giữa tốc độ xe và tốc độ bánh xe.

Tỉ số trượt = (tốc độ xe – tốc độ bánh xe).100%/tốc độ xe

Tỉ số trượt 0% là trạng thái bánh xe quay tự do không có lực cản.

Tỉ số trượt 100% là trạng thái trong đó bánh xe bị bó cứng hoàn toàn và trượt trên mặt đường.

Mối quan hệ giữa lực phanh và tỉ số trượt được biểu diễn bởi đồ thị. Bằng đồ thị ta có thể dễ dàng hiểu được mối liên hệ giữa lực phanh và hệ số trượt. Lực phanh không 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.

Ở các loại đường nhựa khô, hệ số bám dọc vẫn tương đối cao. Tuy nhiên hệ số bám ngang φ_y 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 phanh tốt nhất. Qua thực nghiệm người ta thấy rằng khi có trang bị hệ thống 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 φ_max).         

- Lợi về tính ổn định ngang do φ_y còn đủ lớn giúp cho xe ổn định ngang.

2.3. 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.

- Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp hành hay cơ cấu thực hiện 3 và nguồn năng lượng 4.

- Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số được chọn để điều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá trị độ trượt) và truyền tín hiệu đến bộ phận điều khiển 2. Bộ phận 2 sẽ xử lý tín hiệu và truyền đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp suất trong dẫn động phanh.

- Chất lỏng được truyền từ xi lanh chính (hay tổng van khí nén) 5 qua 3 đến các xi lanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép các guốc phanh và thực hiện quá trình 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:

Ở đây:

M_p­: Mô men phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh.

M_φ: Mô men bám của bánh xe với đường.

J_b :  Mô men quán tính của bánh xe.

Sự thay đổi M_p, M_φ, và ε_b theo độ trượt được thể hiện trên hình 2.6:

- Đoạn O - 1 - 2 biểu diễn quá trình tăng M_p khi đạp phanh. Hiệu (M_p - M_φ) tỷ lệ với gia tốc chậm dần ε_b của bánh xe. Hiệu trên tăng nhiều khi đường M­_φ đi qua điểm cực đại. Do đó sau thời điểm này, gia tốc ε_b bắt đầu tăng nhanh. Sự tăng đột ngột của gia tốc ε_b 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.

- Do M_p giảm, ε_b giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi M_p - M_φ). 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, nên xảy ra sự tăng tốc bánh xe. Sự tăng gia tốc góc bánh xe được sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5).

 - 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 thay đổi theo chu trình kín 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 1, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ₁ ÷ λ₂ (hình 2.5), đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với cực đại nhất.

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:

• 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.

- Ngoài ra các ABS còn có thể phân loại theo số lượng cảm biến và số dòng dẫn động điều khiển riêng rẽ.

2.5. Một số sơ đồ ABS điển hình.

Sau đây sẽ giới thiệu một số sơ đồ ABS phổ biến dùng với dẫn động thủy lực, điều khiển bằng điện tử. ABS 1 kênh – RWAL (Rear Wheel Antilock) hay RABS (Rear Antilock Braking System) là những hệ thống chống hãm cứng hai bánh sau, điều khiển áp suất dòng dẫn động đi đến đồng thời cả hai phanh bánh sau, nó chỉ là những hệ thống đơn giản được thiết kế cho các loại xe thể thao, xe tải nặng, vì các loại xe này rất dễ bị hãm cứng bánh sau khi phanh trong trường hợp non hoặc không tải.

Sơ đồ hình 2.12 sử dụng 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 [6]). Sơ đồ này hai bánh sau được điều khiển chung theo modul chọn 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.

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]).

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 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.

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.

3. Giới thiệu chung về xe Lexus-GS 350.

3.1. Sơ đồ tổng thể của xe.

Trên hình 3.1 là sơ đồ tổng thể xe Lexus-GS 350. Các thông số kỹ thuật chủ yếu được cho trên bảng 3.1 (tài liệu tham khảo [5]).

Các thông số kỹ thuật chủ yếu của xe Lexus-GS thể hiện như bảng 3.1.

3.2. Động cơ.

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

Lexus  sử dụng động cơ V6 – 3.5L, tỷ số nén ε =11.5, chạy bằng nhiên liệu gas, điều khiển phun nhiên liệu bằng điện tử, cho công suất cực đại 303 mã lực tại tốc độ 6200 vòng/phút, mô-men xoắn cực đại 274(lb/ft) tại 3600 vòng/phút. Mức tiêu thụ nhiên liệu trung bình từ 21lít/100km đường trường đến 29lít/100km đường phố.

3.3. Hệ thống truyền lực.

3.3.1. Hộp số.

Hộp số sử dụng trên xe là hộp số tự động 6 số. Tỷ số truyền động bánh răng cuối cùng là 3.73. Động cơ đặt trước- cầu trước chủ động, do vậy chúng được thiết kế gọn nhẹ, bộ vi sai lắp ở bên trong nên còn được gọi là “Hộp số có vi sai”.

Hộp số tự động giúp việc chuyển số lên xuống một cách tự động tại thời điểm thích hợp nhất theo tải động cơ và tốc độ xe.

Uu điểm so với hộp số thường:

Làm giảm mệt mỏi cho lái xe bằng cách loại bỏ các thao tác cắt ly hợp và thường xuyên chuyển số.

Chuyển số một cách tự động và êm dịu tại các tốc độ thích hợp với chế độ lái xe.

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.

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.

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 không, có sử dụng hệ thống chống hãm cứng ABS.

Phanh dừng (phanh tay): phanh cơ khí tác dụng lên bánh sau.

Dầu phanh: DOT 3 hoặc DOT 4.

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

Sau khi nghiên cứu lý thuyết về chuyên đề phanh ABS. Phần này giới thiệu sơ đồ phanh ABS cụ thể của xe Lexus, qua đó phân tích nguyên lý làm việc của nó.

4.1. Sơ đồ hệ thống phanh ABS.

Đây là loại ABS dùng với dẫn động thuỷ lực, không tích hợp, bố trí 3 kênh, 4 cảm biến, và 4 van điều khiển. Hai van để điều khiển bánh trước bên phải và bánh trước bên trái một cách độc lập, hai van còn lại điều khiển đồng thời bánh sau bên phải và 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]).

Hệ thống này gồm nhiều bộ phân hợp thành, nó cung cấp thông tin đến ECU. Những bộ phận này là:

Ÿ 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.

Ÿ Khối thủy lực (ABS actuator), kiểm tra và điều chỉnh áp suất phanh.

Ÿ Rơle (control relay), kiểm tra hoạt động của bơm và van điện từ.

4.2. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh ABS trên xe Lexus-GS.

4.2.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phanh ABS.

Trên hình 4.3 là sơ đồ nguyên lý của hệ thống phanh ABS (tài liệu tham khảo [6]). Chu trình điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh khi ABS làm việc có 3 giai đoạn chính: tăng áp suất, duy trì áp suất; giảm áp suất.

Ÿ Giại đoạn tăng áp suất, (phanh bình thường):

- Trong giai đoạn này hệ thống phanh làm việc như một hệ thống phanh bình thường không có ABS.

- Giai đoạn này còn gọi là giai đọan tạo áp suất. Người lái hoàn toàn điều khiển áp suất cung cấp cho các xi lanh bánh xe và các thiết bị liên quan khác.

- Sơ đồ làm việc của hệ thống như trên hình 4.4: Người lái tác dụng lên bàn đạp phanh ép dầu từ xi lanh chính đi qua cửa “A” (đang mở) rồi qua cửa “C” đến xy lanh bánh xe (cửa “B” đóng), ép má phanh vào đĩa phanh để thực hiện quá trình phanh. Van một chiều (7) (thường đóng) ngăn không cho dầu đi đến bơm. Áp suất trong dẫn động 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.

Ÿ 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.

Ÿ 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 bánh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ gửi tín hiệu báo rằng tốc độ bánh xe đạt đến giá trị mong muốn, ECU cấp dòng điện 2A đến cuộn dây của van điện để giữ áp suất trong xy lanh bánh xe không đổi.

Khi cần tăng áp suất trong xy lanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt dòng điện cấp cho van điện. Vì vậy cửa “A” của van điện 3 vị trí mở, và cửa “B” đóng. Nó cho phép dầu trong xy lanh phanh chính chảy qua cửa “C” trong van điện 3 vị trí đến xy lanh bánh xe. Mức độ tăng áp suất dầu được điều khiển nhờ lặp lại các chế độ “tăng áp” và “giữ áp”.

Trong quá trình ABS làm việc, thông qua công tắc cảm biến hành trình của bàn đạp phanh, bộ điều khiển điện tử cũng đồng thời truyền tín hiệu kích hoạt cụm bơm môtơ (10) làm việc để bù lại lượng dầu xả về bình chứa, để giữ hành trình bàn đạp không bị tăng lên.

Chu trình cứ thế lặp đi lặp lại giữ cho bánh xe được phanh ở giới hạn trượt cục bộ tối ưu mà không bị hãm cứng hoàn toàn.

Trên hình 4.9 là biểu đồ mô tả quá trình điều khiển tốc độ bánh xe khi phanh (tài liệu tham khảo [6]).

ECU liên tiếp tiếp nhận tín hiệu tốc độ bánh xe từ cảm biến tốc độ bánh xe. Bằng cách tính toán tốc độ và sự giảm tốc độ của mỗi bánh xe, ECU đánh giá được tốc độ của xe. Khi đạp phanh, áp suất dầu trong mỗi xy lanh bánh xe bắt đầu tăng và tốc độ bánh xe bắt đầu giảm xuống. Nếu các bánh xe gần như bị khóa cứng ECU sẽ chuyển sang giai đoạn giảm áp suất dầu để dừng sự tăng áp suất trong xy lanh bánh xe của các bánh xe đó.

Đoạn A:

ECU đóng van điện từ để giảm áp suất dựa vào tốc độ trên mỗi bánh xe, vì thế áp suất dầu trong xy lanh bánh xe giảm xuống.

Sau sự giảm áp suất, ECU chuyển van điện từ đến vị trí giữ áp suất và tiếp theo nó theo dõi sự thay đổi tốc độ của mỗi bánh xe.

Nếu ECU thấy rằng cần phải giảm áp suất dầu trong hệ thống thêm nữa, nó sẽ quay trở lại giai đọan giảm áp suất

Đoạn B:

Khi áp suất dầu trong xy lanh bánh xe giảm xuống (đoạn A). Điều này cho phép bánh xe không bị khóa cứng và tốc độ bánh xe tăng lên. Tuy nhiên, nếu áp suất dầu giảm xuống thì lực đạp phanh cũng thấp nhất. Để ngăn cản điều này, ECU đóng van điện từ lần lượt đến vị trí tăng áp suất và giữ áp suất.

Đoạn C:

Khi áp suất từ từ tăng lên trong xy lanh bánh xe (đoạn B), bánh xe có khuynh hướng bị hãm cứng trở lại, ECU lại chuyển van điện từ sang giai đoạn giảm áp suất, để giảm áp suất trong xy lanh bánh xe.

Đoạn D:

Từ khi áp suất trong xy lanh bánh xe giảm trở lại (đoạn C), ECU bắt đầu tăng áp suất trở lại như trong đoạn B.

Chu trình giữ, giảm và tăng áp suất được lặp lại nhiều lần giữ cho bánh xe không bị trượt lê hoàn toàn mà chỉ bị trượt cục bộ trong giới hạn (10 ÷ 30)% hệ số trượt.

4.2.2. Sơ đồ điện.

Trên hình 4.10 là sơ đồ điện của hệ thống phanh ABS. Bốn cảm biến được cấp điện trực tiếp từ ECU, hai cảm biến của hai bánh sau nối mát qua pin RSS (Rear Speed Sensor), hai cảm biến của hai bánh trước nối mát qua pin FSS (Front Speed Sensor). ECU được cấp điện từ ắc quy (5) qua cầu chì chính (6) và hộp cầu chì bảo vệ (10). Khối thủy lực (19) gồm: mô tơ bơm (18) được cấp điện từ ắc quy (5) được điều khiển bởi rơle mô tơ bơm (15), nối với ECU qua pin MT và các van thủy lực được điều khiển bởi rơle điện từ (14), nối mát với ECU qua pin AST.

Cụm rơle điều khiển ABS gồm: rơle điều khiển van điện từ (14) và rơle điều khiển môtơ bơm (15). Hai rơle này không thể thay thế và chúng làm việc theo lệnh của ECU.                                   

Đèn cảnh báo ABS (11) đặt trên bảng điều khiển được thực hiện bằng công tắc đánh lửa IGI (Ignition Switch) và được nối đến ECU ABS qua pin W, khi có tín hiệu lỗi bộ vi xử lý, bật đèn này sáng cho người lái xe biết được hệ thống ABS không làm việc và hệ thống phanh hoạt động theo phanh bình thường.

Đèn Stop Light (12) nối với ECU qua pin STP (Stop). Khi hệ thống ABS làm việc đèn này sẽ sáng lên báo cho người lái biết hệ thống ABS đã làm việc.

Trên hình 4.11 là sơ đồ rơle điều khiển ABS:

Hai rơle được cấp điện trực tiếp từ ắc quy qua cầu chì chính (3) và qua hộp cầu chì (4), khi có tín hiệu bánh xe sắp bị hãm cứng từ cảm biến tốc độ bánh xe, ECU sẽ cấp điện áp 12V đến các cuộn solenoid của mỗi rơle để điều khiển đóng sang vị trí làm việc của hai rơle này. Cụ thể là kích hoạt rơle van điện từ để đóng, mở các vị trí làm việc trong van điện từ và kích hoạt rơle môtơ bơm để điều khiển bơm hoạt động cung cấp dầu vào trong piston xy lanh chính.

ECU điều khiển Rơle van điện từ đóng sang vị trí làm việc khi gặp các điều kiện sau:

- công tắc đánh lửa bậc ở vị trí ON.

- Chức năng kiểm tra đầu tiên đã hoàn thành.

Khi không gặp các điều kiện trên thì ECU điều khiển rơle van điện từ ở vị trí OFF.

ECU điều khiển rơle môtơ bơm đóng sang vị trí làm việc khi gặp các điều kiện sau:

4.3. Kết cấu các bộ phận chính của hệ thống phanh ABS.

4.3.1. Xy lanh phanh chính.

Là loại xy lanh kép được thiết kế sao cho nếu một mạch dầu bị hỏng thì mạch dầu khác vẫn tiếp tục làm việc nhằm cung cấp một lượng dầu tối thiểu để phanh xe. Đây là một trong những thiết bị an toàn nhất của xe.

Ở vị trí chưa làm việc, các piston bị đẩy về vị trí ban đầu bởi các lò xo hồi vị, các khoang phía trước piston được nối thông với bình chứa qua lỗ cung cấp dầu (6).

Khi phanh piston bị đẩy sang trái ép dầu phía trước piston đi đến xy lanh bánh xe.

Khi nhả phanh đột ngột dầu phía sau piston chui qua lỗ bù, bù vào khoảng không gian phía trước đầu piston.

4.3.2. Trợ lực phanh.

Trợ lực phanh được dùng là loại trợ lực chân không. Nó là bộ phận rất quan trọng, giúp người lái giảm lực đạp lên bàn đạp mà hiệu quả phanh vẫn cao. Trong bầu trợ lực có các piston và van dùng để điều khiển sự làm việc của hệ thống trợ lực và đảm bảo sự tỉ lệ giữa lực đạp và lực phanh.

Nguyên lý làm việc của bộ trợ lực chân không:

Bầu trợ lực chân không có hai khoang A và B được phân cách bởi piston 1 (hoặc màng). Van chân không 2, làm nhiệm vụ: Nối thông hai khoang A và B khi nhả phanh và cắt đường thông giữa chúng khi đạp phanh. Van không khí 3, làm nhiệm vụ: cắt đường thông của khoang A với khí quyển khi nhả phanh và mở đường thông của khoang A khi đạp phanh. Vòng cao su 4 là cơ cấu tỷ lệ: Làm nhiệm vụ đảm bảo sự  tỷ lệ giữa lực đạp và lực phanh.

Bộ trợ lực chân không có hiệu quả thấp, nên thường được sử dụng trên các ô tô du lịch và tải nhỏ.

4.3.3. Cảm biến tốc độ bánh xe (Revolution sensor). là 4 cảm biến riêng biệt cho từng bánh xe, nhận và truyền tín hiệu tốc độ của bánh xe về cho khối điều khển điện tử ECU.

Cảm biến tốc độ bánh xe thực chất là một máy phát điện cỡ nhỏ. Cấu tạo của nó gồm:

- Rô to: Có dạng vòng răng, được dẫn động quay từ trục bánh xe hay trục truyền lực nào đó.

- Stato: Là một cuộn dây quấn trên thanh nam châm vĩnh cửu.

Bộ cảm biến làm việc như sau (hình 4.6):

- Khi mỗi răng của vòng răng đi ngang qua nam châm thì từ thông qua cuộn dây sẽ tăng lên và ngược lại, khi răng đã đi qua thì từ thông sẽ giảm đi. Sự thay đổi từ thông này sẽ tạo ra một suất điện động thay đổi trong cuộn dây và truyền tín hiệu này đến bộ điều khiển điện tử.

- Bộ điều khiển điện tử sử dụng tín hiệu là tần số của điện áp này như một đại lượng đo tốc độ bánh xe. Bộ điều khiển điện tử kiểm tra tần số truyền về của tất cả các cảm biến và kích hoạt hệ thống điều khiển chống hãm cứng nếu một hoặc một số cảm biến cho biết bánh xe có khả năng bị hãm cứng.

4.3.4. Cảm biến giảm tốc.

Việc sử dụng cảm biến giảm tốc cho phép ABS ECU đo trực tiếp sự giảm tốc của xe trong quá trình phanh. Vì vậy cho phép nó biết rõ hơn trạng thái của mặt đường. Kết quả là mức độ chính xác khi phanh được cải thiện để tránh cho các bánh xe không bị bó cứng.

Cấu tạo của cảm biến giảm tốc gồm hai cặp đèn LED (diod phát quang) và phototransistor (transistor quang), một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín hiệu

ECU dùng những tín hiệu này để xác định chính xác tình trạng mặt đường và thực hiện các biện pháp điều khiển thích hơp.

Hoạt động của cảm biến giảm tốc như sau: Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẽ rảnh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức độ giảm tốc. Các rãnh trên đĩa cắt ánh sáng từ đèn LED đến phototransistor và làm phototransistor đóng mở. Người ta sử dụng hai cặp đèn LED và phototransistor. Tổ hợp tạo bởi các phototransistor này tắt và bật, chia mức độ giảm tốc thành bốn mức và gởi về ECU dưới dạng tín hiệu.

4.3.5. Cảm biến gia tốc ngang. là một cảm biến

4.3.6. Khối điều khiển điện tử ECU. ECU là não bộ, trung tâm điều khiển của hệ thống, gồm hai bộ vi xử lý và các mạch khác cần thiết cho hoạt động của nó.

ECU nhận biết được tốc độ quay của bánh xe, cũng như tốc độ chuyển động tịnh tiến của xe nhờ tín hiệu truyền về từ các cảm biến tốc độ bánh xe. Trong khi phanh sự giảm tốc độ xe tùy theo lực đạp phanh, tốc độ xe lúc phanh, và điều kiện mặt đường. ECU giám sát điều kiện trượt giữa bánh xe và mặt đường nhờ bộ kiểm tra sự thay đổi tốc độ bánh xe trong khi phanh. Nó xử lý và phát tín hiệu điều khiển cho khối thuỷ lực cung cấp những giá trị áp suất tốt nhất trong xi lanh bánh xe để điều chỉnh tốc độ bánh xe, duy trì lực phanh lớn nhất từ 10 ÷ 30% tỷ lệ trượt.

Ngoài ra ECU còn thực hiện chức năng tự kiểm tra và cho ngừng chức năng ABS nếu phát hiện hệ thống có trục trặc (như: Thiếu dầu, không đủ áp suất trợ lực hoặc mất tín hiệu từ các cảm biến tốc độ, …) lúc đó hệ thống điều khiển điện tử ngưng hoạt động nó cho phép hệ thống phanh tiếp tục làm việc như một hệ thống phanh bình thường, không có ABS. Những trục trặc trong hệ thống sẽ được cảnh báo bằng đèn ABS trên bảng điều khiển. Việc xác định chính xác vị trí và tình trạng hư hỏng sẽ được tiến hành thông qua mã chẩn đoán theo tần suất và thời gian thể hiện ở đèn cảnh báo. Các tín hiệu vào đến bộ vi xử lý được xử lý một cách độc lập. Chỉ khi nào kết quả có tính đồng nhất thì ECU mới điều khiển khối thủy lực - điện tử. Nếu các tín hiệu vào không đồng nhất – chẳn hạn khi hệ thống khóa cứng bánh xe bị lỗi thì các cầu chì và phanh đảm bảo hoạt động theo phanh bình thường. Đồng thời, đèn cảnh báo trên táp-lô sẽ sáng lên để báo cho người lái biết.

Trong điều kiện giảm lực phanh và phân chia mômen không đúng (trượt- aquaplaning), ECU nhận biết nhờ các cảm biến số vòng quay trên mỗi bánh xe với điều kiện bất thường, như sự truyền động và bánh xe chủ động có khuynh hướng quay ở tốc độ khác nhau.

ECU được trang bị mạch an toàn hệ thống kiểm soát có hiệu lực khi khởi động và vận hành.

4.3.7. Khối thuỷ lực- điện tử (Electric-hydraulic Unit).

Gồm có 2 hai phần gắn liền nhau: Khối điện tử và khối thủy lực-điện tử (hình 4.10).

 ECU điều khiển khối thủy lực-điện tử theo các tín hiệu truyền về từ các cảm biến và được so với các bản đồ mà chương trình đã được nạp sẵn trong bộ nhớ của nó. Khối thủy lực được nối đến xy lanh chính và các chi tiết hệ thống phanh ABS bằng các ống dẫn chính của hệ thống phanh. Như vậy, khối thủy lực điện tử có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh theo tín hiệu điều khiển của ECU, tránh cho các bánh xe khỏi bị hãm cứng khi phanh.

Hệ thống bơm hồi dầu gồm có rơle và mô tơ bơm, hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU bơm dầu đến pittông xy lanh chính để bù lại lượng dầu xả về bình chứa khi ABS làm việc.

5. Tính toán hệ thống phanh ABS.

5.1. Các thông số dùng để tính toán.

Khi xe đầy tải:

- Trọng lượng toàn bộ  : G_a = 1680 [kg]   =  16800[N]

- Phân bố cầu trước     :  G1 = 890 [kg]    =  8900[N]

- Phân bố cầu sau        :  G2 = 790 [kg]    =  7900[N]

- Chiều dài cơ sở         :  Lo = 2850 [mm]

- Chiều rộng cơ sở      :  S =  1534 [mm]

5.2. Mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu trước và cầu sau.   

Ta có:

m₁, m₂ : Hệ số phân bố tải trọng.

G₁, G₂: Trọng lượng phân bố lên cầu trước và sau.

G_a : Trọng lượng không tải của xe.

a, b: Tọa độ trọng tâm theo chiều dọc.

Theo sơ đồ trên hình 5.1 ta quy ước chiều dương là chiều ngược chiều kim đồng hồ.

Lấy mô men tại điểm O₁  ta có:

G₂.a – Z₂.L₀ = 0     

Mặt khác Z₂ = G₂             

Từ sơ đồ hình 5.1 ta thấy:

+ b = L₀

b = L₀ – a = 2850 – 1340,2= 1509,8 (mm)

Từ hình 5.1 ta viết được phương trình cân bằng mô men như sau:

+ Đối với cầu trước:

Z₂.L₀ – G_a.a + P_j.h_g = 0                                 (5.3)

+ Đối với cầu sau:

Z₁.L₀ – G_a.b + P_j.h_g = 0                                 (5.4)

Mặt khác ta có:

P_j  =  J_p.m_a = J_p                       (5.5)

Trong đó:

P_j: Lực quán tính.

m_a:  Khối lượng của ôtô.

g : Gia tốc trọng trường.

+ Lực bám  của mỗi bánh xe ở cầu trước với mặt đường:

 P_φ1 = φ                (5.8)

+ Lực bám  của mỗi bánh xe ở cầu sau với mặt đường:                                                

P_φ2 = φ                  (5.9)

Ta có:

M_φ1: Mômen bám của mỗi bánh xe ở cầu trước.

M_φ2: Mômen bám của mỗi bánh xe ở cầu sau.

P_φ2: Lực bám của mỗi bánh xe ở cầu sau với mặt đường.

Z₁: Phản lực của mặt đường tác dụng lên cầu trước.

Z₂: Phản lực của mặt đường tác dụng lên cầu sau.

r_bx: Bán kính làm việc của bánh xe.

Theo tài liệu [1] ta có:

r_bx = λ.r₀  [mm].

r₀: Bán kính thiết kế của bánh xe.

Ta có kí hiệu lốp: 225/50R17.

Λ: Hệ số kể đến sự biến dạng của lốp.

Theo [1] đối với xe du lịch ta chọn lốp có áp suất thấp λ = 0.93 ÷ 0.935. Chọn λ = 0,93

r_bx = (225 +25,4).0,93 = 410,037 [mm].

hg - Tọa độ trọng tâm theo chiều cao. Theo tài liệu [2] ta có:

hg = 0,5.S,  với S = 1534 [mm].             

Vậy:    hg = 0,5.1534 = 767 [mm].

Thay các giá trị vào các công thức (5-13) và (5.15) ta được:

Mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu trước M_φ1:                                   

 M_φ1 =1824,64j + 926,94.j²                        (5.17)

Mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu sau M_φ2:

M_φ2 = 1619,67.j - 926,94.j²                     (5.18)

Từ hai phương trình (5.17) và (5.18) ta thấy mô men bám của các bánh xe ở cầu trước và cầu sau là một hàm số bậc hai theo hệ số bám φ.

Để lập được mối quan hệ giữa mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu trước và cầu sau theo độ trượt λ, dựa vào đồ thị giả sử các giá trị của hệ số bám dọc φ_x theo độ trượt tương đối λ như trong bảng 5.1.

Ứng với các giá trị của φ_x ta xác định được mô men bám M_φ trên các cầu như trong bảng 5.2, và đồ thị biểu diễn quan hệ giữa mô men bám M_φ và độ trượt λ khi phanh như hình 5.3.

5.3. Xác định mô men phanh do các cơ cấu phanh sinh ra.   

5.3.1. Đối với cơ cấu phanh trước.

Trên vòng ma sát ta xét một vòng phần tử nằm cách tâm O bán kính R với chiều dày dR. Mômen lực ma sát tác dụng trên vòng phần tử đó là :

dM_ms = m.q.2.pR.dR.R =m.q.2.p .R².dR

Hình 5-3 Sơ đồ để tính toán bán kính trung bình của đĩa ma sát

Ta có:

m: Hệ số ma sát. m = 0,35 .

R₁: Bán kính trong của đĩa ma sát. R₁ = 0,085         [m]

R₂: Bán kính ngoài của đĩa ma sát. R₂ = 0,15          [m]

P: Lực ép lên đĩa má phanh [N]

M_pt = 2,01.10^-4.p                               (5.12)

Từ phương trình (5.12) ta thấy M_pt tỷ lệ bậc nhất với áp suất dầu làm việc trong hệ thống. Để các bánh xe không bị hãm cứng khi phanh thì mô men phanh ở mỗi cơ cấu phanh luôn thay đổi tùy thuộc vào sự thay đổi áp suất trong dòng dẫn động theo chu trình đóng mở các cửa van của van điện từ được điều khiển từ ECU.

Trong khi phanh mô men phanh thay đổi tương ứng với độ trượt λ. Giả sử các giá trị mô men ở các giai đoạn tăng áp suất, giảm áp suất, giữ áp suất, và tăng áp suất tiếp theo tương ứng với độ trượt λ như trong bảng 5.3, 5.4, 5.5, và được biểu diễn trên đồ thị ở hình 5.4.

Khi đạp phanh áp suất tăng lên đến giá trị p₁=10,2.10⁶ (N/m²), thì ECU điều khiển giảm áp suất, do có độ chậm tác dụng của hệ thống giả sử thời gian chậm tác dụng là 0.5s, áp suất vẫn còn tăng đến giá trị p₂=10,3.10⁶ (N/m²) mới thật sự giảm xuống. Giai đoạn tăng áp suất được biễu diễn bằng đoạn O-1-2 trên đồ thị hình 5.4.

5.3.2. Đối với cơ cấu phanh sau.

Tương tự như cơ cấu phanh trước:

Trên vòng ma sát ta xét một vòng phần tử nằm cách tâm O bán kính R với chiều dày dR. Mômen lực ma sát tác dụng trên vòng phần tử đó là:

dM_ms = m.q.2.pR.dR.R =m.q.2.p .R².dR

Hình 5-4 Sơ đồ để tính toán bán kính trung bình của đĩa ma sát

Ta có:                

m: Hệ số ma sát . m = 0,35.

R₁: Bán kính trong của đĩa ma sát. R₁ = 0,09           [m]

R₂: Bán kính ngoài của đĩa ma sát. R₂ = 0,13          [m]

P_s: Lực ép lên đĩa má phanh [N]

Xác định lực ép lên đĩa má phanh:

i: Số lượng xi lanh, i = 1.

d’: Đường kính xi lanh bánh xe sau, d’ = 58            [mm ] .

p’: Áp suất dầu trong xy lanh bánh xe sau.   [N/m²]

Vậy mô men phanh mà cơ cấu phanh sau có thể sinh ra là:                         

M_ps = 1,8.10^-4.p_’                               (5.15)

Giả sử các giá trị mô men ở các giai đoạn tăng áp suất, giảm áp suất, giữ áp suất, và tăng áp suất tiếp theo tương ứng với độ trượt λ như trong bảng 5.7, 5.8, 5.9, 5.10 và được biểu diễn trên đồ thị ở hình 5.6.

Khi đạp phanh áp suất tăng lên đến giá trị p’₁=4,45.10⁶(N/m²) thì ECU điều khiển giảm áp suất, do có độ chậm tác dụng của hệ thống nên áp suất vẫn còn tăng đến giá trị p’₂=4,46.10⁶ (N/m²) mới thật sự giảm xuống. Giai đoạn tăng áp suất được biễu diễn bằng đoạn O’-1’-2’ trên đồ thị hình 5.6.           

Áp suất giảm từ giá trị p’₂=4,46.10⁶ đến giá trị cực tiểu không đổi p’₄= 3,2.10⁶, thì ECU điều khiển tăng áp suất. Giai đoạn này được biểu diễn bằng đoạn 2’-3’-4’ trên đồ thị hình 5.6.

Qua hai đồ biểu diễn mối quan hệ giữa mô men phanh và mô men bám của các bánh xe ở cầu trước và cầu sau theo độ trượt λ ta thấy: Khi phanh bánh xe lúc thì tăng tốc lúc thì giảm tốc buộc mômen phanh thay đổi theo chu trình kín, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ = (10÷30)%, đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với cực đại nhất, do đó hiệu quả phanh đạt tối ưu nhất.

5.3.3. Gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh.

Gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh là một trong những thông số được dùng làm tín hiệu để khiển áp suất trong quá trình phanh bánh xe, nó được xác định từ phương trình cân bằng mô men tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của bánh xe như sau:

Ta có:

M_p1: Mô men phanh tạo nên bởi mỗi cơ cấu phanh trước.

M_φ1: Mô men bám của mỗi bánh xe ở cầu trước.

J_b: Mô men quán tính của bánh xe.

M: Là khối lượng bánh xe, M=60(kg).

R_bx: Bán kính bánh xe, R_bx=202(mm).

Như vậy gia tốc chậm dần của mỗi bánh xe ở cầu trước được xác định theo mô men phanh M_p1 và mô men bám M_φ1 như trong bảng 5.11.

Từ sự thay đổi các giá trị của gia tốc chậm dần, các cảm biến sẽ truyền tín hiệu này về bộ xử lý trung tâm ECU để xác định độ trượt thực tế của bánh xe, từ đó bộ xử lý trung tâm phát tín hiệu điều khiển đến các van điện từ để điều khiển tăng, giảm, giữ áp suất trong dẫn động phanh. Như vậy trong khi phanh áp suất làm việc của chất lỏng lúc thì tăng , lúc thì giảm giữ cho lực phanh đạt giá trị cực đại, hiệu quả phanh cao nhất đảm bảo độ ổn định tốt nhất khi phanh.

6. Kiểm tra hệ thống ABS.

Trước khi sửa chữa ABS, đầu tiên phải xác định xem hư hỏng là trong ABS hay là trong hệ thống phanh. Về cơ bản, do hệ thống ABS được trang bị chức năng dự phòng, nếu hư hỏng xảy ra trong ABS, ABS ECU dừng hoạt động của ABS ngay lập tức và chuyển sang hệ thống phanh thong thường.

Do ABS có chức năng tự chuẩn đoán, đèn báo ABS bật sang để báo cho người lái biết khi có hư hỏng xảy ra. Nên sử dụng giắc sữa chửa để xác định nguồn gốc của hư hỏng.

Nếu hư hỏng xảy ra trong hệ thống phanh, đèn báo ABS sẽ không sang nên tiến hành những thao tác kiểm tra như sau.

1. LỰC PHANH KHÔNG ĐỦ:

Kiểm tra dầu phanh rò rỉ từ các đường ống hay lọt khí.

● Kiểm tra xem độ rơ chân phanh có quá lớn không.

● Kiểm tra chiều dày má phanh và xem có dầu hay mở dính trên má phanh không.

● Kiểm tra trợ lực phanh xem có hư hỏng không.

● Kiểm tra xy lanh phanh chính xem có hư hỏng không.

CHỈ CÓ MỘT PHANH HOẠT ĐỘNG HAY BÓ PHANH:

● Kiểm tra má phanh mòn không đều hay tiếp xúc không đều.

● Kiểm tra xem xy lanh phanh chính có hỏng không.

● Kiểm tra sự điều chỉnh hay hồi vị kém của phanh tay.

● Kiểm tra xem van điều hòa lực phanh có hỏng không.

2. CHÂN PHANH RUNG (KHI ABS KHÔNG HOẠT ĐỘNG):

● Kiểm tra độ rơ đĩa phanh.

● Kiểm tra độ rơ moayơ bánh xe.

3. KIỂM TRA KHÁC:

● Kiểm tra góc đặt bánh xe.

● Kiểm tra các hư hỏng trong hệ thống treo.

● Kiểm tra lớp mòn không đều.

● Kiểm tra sự rơ lỏng của các thanh dẫn động lái.

Trước tiên tiến hành các bước kiểm tra trên. Chỉ sau khi chắc chắn rằng hư hỏng không xảy ra ở các hệ thống đó thì mới kiểm tra ABS.

Khi kiểm tra ABS cần chú ý những hiện tượng dặc biệt ở xe ABS. Mặc dù không phải là hỏng nhưng những hiện tượng đặc biệt sau có thể xảy ra ở xe có ABS.

● Trong quá trình kiểm tra ban đầu, một tiếng động làm việc có thể phát ra từ bộ chấp hành. Việc đó bình thường.

● Rung động và tiếng ồn làm việc từ thân xe và chân phanh sinh ra khi ABS hoạt động tuy nhiên nó báo rằng ABS hoạt động bình thường.

6.1. Kiểm tra hệ thống chuẩn đoán.

* CHỨC NĂNG KIỂM TRA BAN ĐẦU:

Kiểm tra tiếng động làm việc của bộ chấp hành.

a) Nổ máy và lái xe với tốc độ lớn hơn 6 km/h.

b)  Kiểm tra xem có nghe thấy tiếng động làm việc của bộ chấp hành không.

Lưu ý: ABS ECU tiến hành kiểm tra ban đầu mổi khi nổ máy và tốc độ ban đầu vượt qua 6 km/h. Nó cũng kiểm tra chức năng của van điện 3 vị trí và bơm điện trong bộ chấp hành. Tuy nhiên, nếu đạp phanh, kiểm tra ban đầu sẽ không được thực hiện nhưng nó xẽ bắt đầu khi nhả chân phanh.

Nếu không có tiếng động làm việc, chắc chắn rằng bộ chấp hành đã được kết nối. Nếu không có gì trục trặc, kiểm tra bộ chấp hành.

* CHỨC NĂNG CHẨN ĐOÁN:

- ĐỌC MÃ CHẨN ĐOÁN.

1. KIỂM TRA ĐIỆN ÁP ẮC QUY:

Kiểm tra điện áp ác quy khoảng 12 V.

2. KIỂM TRA ĐÈN BÁO BẬT SÁNG:

a) Bật khoá điện.

b) Kiểm tra rằng đèn ABS bật sáng trong 3 giây, nếu không kiểm tra và sửa chữa hay thay thế cầu chì, bóng đèn báo hay dây điện.

- XÓA MÃ CHẨN ĐOÁN:

Bật khoá điện ON.

a) Dùng SST, nối chân Tc với E1 của giắc kiểm tra.

b) Xoá mã chẩn đoán chứa trong ECU bằng cách đạp phanh 8 lần hay nhiều hơn trong vòng 3 giây.

c) Kiểm tra rằng đèn báo chỉ mã bình thường.

d) Tháo SST ra khỏi cực Tc và E1 của giắc kiểm tra.

e) Kiểm tra rằng đèn báo ABS tắc.

*  CHỨC NĂNG KIỂM TRA CẢM BIẾN:

- CHỨC NĂNG KIỂM TRA CẢM BIẾN TỐC ĐỘ:

1. KIỂM TRA ĐIỆN ÁP ẮC QUY:

Kiểm tra rằng điện áp ắc quy khoảng 12 V

2. KIỂM TRA ĐÈN BÁO ABS.

a) Bật khoá điện ON.

b) Kiểm tra rằng đèn báo ABS sáng trong vòng 3 giây. Nếu không, kiểm tra và sửa chửa hay thay cầu chì, bóng đèn hay dây điện.

c) Kiểm tra rằng đèn ABS tắt.

d) Tắt khoá điện.

e) Dùng SST, nối chân E1 với chân Tc và Ts của giắc kiểm tra.

f) Kéo phanh tay và nổ máy.      

g) Kiểm tra rằng đèn ABS nháy trong khoảng 4 lần /giây

3. KIỂM TRA MỨC TÍN HIỆU CẢM BIẾN.

Lái xe chạy thẳng ở tốc độ 4-6 km/h và kiểm tra xem đèn ABS có bật sáng sau khi ngừng 1 giây không.

Nếu đèn sáng nhưng không nháy khi tốc độ xe không nằm trong khoảng tiêu chuẩn, dừng xe và đọc mã chẩn đoán, sau đó sửa các chi tiết hỏng.

Nếu đèn bật sáng trng khi tốc độ xe từ 4 -6 km/h, việc kiểm tra đã hoàn thành. Khi tốc độ xe vượt quá 6 km/h, đèn ABS nháy lại. Ở trạng thái này cảm biến tốc độ tốt.

4. KIỂM TRA SỰ THAY ĐỔI TÍN HIỆU CẢM BIẾN Ở TỐC ĐỘ THẤP.

Lái xe chạy thẳng với tốc độ 45-55 km/h và kiểm tra xem đèn ABS có sáng sau khi tạm ngừng 1 giây không.

Nếu đèn báo bật sáng mà không nháy khi tốc độ xe nằm ngoài khoảng tiêu chuẩn. Dừng xe và đọc mã chẩn đoán. Sau đó sửa các chi tiết hỏng.

Nếu đèn báo bật sáng mà không nháy khi tốc độ xe nằm trong khoảng tiêu chuẩn, việc kiểm tra đã hoàn thành. Khi tốc độ xe nằm trong dải tiêu chuẩn, đèn ABS lại nháy. Ở trạng thái này rôto cảm biến tốc độ tốt.

7. SỬA CÁC CHI TIẾT HỎNG.

Sửa hay thay thế các chi tiết bị hỏng.

8. ĐƯA HỆ THỐNG VỀ TRẠNG THÁI BÌNH THƯỜNG.

Tắt khoá điện OFF.

Tháo SST ra khỏi cực E1, Tc và Ts của giác kiểm tra.

6.2. Kiểm tra bộ phận chấp hành.

1. KIỂM TRA ĐIỆN ÁP ẮC QUY:

Điện áp ắc quy khoảng 12 V.

2. THÁO VỎ BỘ CHẤP HÀNH.

3. THÁO CÁC GIẮC NỐI:

Tháo 4 giắc nối ra khỏ bộ chấp hành và rơ le điều khiển.

4. NỐI THIẾT BỊ KIỂM TRA BỘ CHẤP HÀNH (SST) VÀO BỘ CHẤP HÀNH:

a) Nối thiết bị kiểm tra bộ chấp hành (SST) vào rơ le điều khiển bộ chấp hành và dây điện phía thân xe qua bộ dây điện phụ.

b) Nối dây đỏ của thiết bị kiểm tra với cực dương ắc quy và dây đen với cực âm. Nối dây đen của bộ dây điện phụ vào cực âm ắc quy hay mát thân xe.

7. NHẤN CÔNG TẮC MÔ TƠ:

Nhấn và giữ công tắc motor trong vài giây.

8. THÁO THIẾT BỊ KIỂM TRA (SST) RA KHỎI BỘ CHẤP HÀNH:

Tháo phiếu A (SST) và ngắt thiết bị kiểm tra (SST) và bộ dây điện phụ (SST) ra khỏi bộ chấp hành, rơle điều kiển và dây điện phía thân xe.

9. NỐI CÁC GIẮC BỘ CHẤP HÀNH:

Nối 4 giắc vào bộ chấp hành và rơle điều khiển.

10. LẮP CÁC GIẮC NỐI:

Lắp các giắc nối lên giá đỡ bộ chấp hành.

11. LẮP VỎ BỘ CHẤP HÀNH.

12. XÓA MÃ CHẨN ĐOÁN.

6.3. Kiểm tra cảm biến tốc độ bánh xe. 

1. KIỂM TRA CẢM BIẾN TỐC ĐỘ BÁNH XE:

a) Tháo giắc cảm biến tốc độ.

b) Đo điện trở giữa các điện cực.

 Điện trở: 0,8 ÷ 1,3 k (cảm biến tốc độ bánh trước)

 Điện trở: 1,1 ÷ 1.7 k (cảm biến tốc độ bánh sau)

2. KIỂM TRA SỰ LẮP CẢM BIẾN.

a) Chắc chắn rằng bu lông lắp cảm biến được xiết đúng.

b) Phải không có khe hở giữa cảm biến và giá đở cầu.

3. QUAN SÁT PHẦN RĂNG CƯA CỦA RÔ TO CẢM BIẾN.

a) Tháo cụm moayơ (sau) hay bán trục (trước).

b) Kiểm tra các răng của rôto cảm biến xem có bị nứt, vặn hay mất răng.ớc).   

7. Kết luận.

   Qua việc phân tích nguyên lý và tính toán phanh ABS ta thấy quá trình phanh của các xe có trang bị ABS đạt hiệu quả tối ưu, có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các xe không trang bị ABS, nó đảm bảo đồng thời hiệu quả phanh và tính ổn định cao, ngoài ra còn giảm mài mòn và nâng cao tuổi thọ cho lốp.

   Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS (Anti-lock Braking System) ngày càng trở nên phổ biến. Nó là hệ thống an toàn chủ động của ôtô, góp phần giảm thiểu tai nạn nguy hiểm có thể xảy ra khi vận hành vì nó điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu.

   Tìm hiểu hệ thống phanh ABS của xe con 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.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Hữu Cẩn - Dư Quốc Thịnh - Phạm Minh Thái - Nguyễn Văn Tài - Lê Thị Vàng. “Lý thuyết ôtô máy kéo”. NXB khoa học và kỹ thuật - Hà Nội; 1998.

[2]. Nguyễn Hoàng Việt. “Kết cấu và tính toán ôtô”. Tài liệu lưu hành nội bộ   khoa Cơ Khí Giao Thông; Đại Học Đà Nẵng; Đà Nẵng 1998.

[3]. Nguyễn Hữu Cẩn - Phan Ðình Kiên. “Thiết kế và tính toán ôtô máy kéo” NXB Ðại học và trung học chuyên nghiệp - Hà Nội; 1985.

[4]   Nguyễn Hoàng Việt. “Bộ điều chỉnh lực phanh -hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh ABS”. Tài liệu lưu hành nội bộ của khoa cơ khí Giao Thông; Ðại Học Ðà Nẵng; Ðà Nẵng 2003.

[5]. http://www.lexus.com.

[6]. http://www.autoshop101.com.

[7]. http://www.antilock braking system.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"