HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE COROLLA ALTIS 2.0
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.17 MB, 96 trang )
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
...................................................................................................................................................................
Hà Nội, Ngày……tháng……năm 2020
Giáo viên hướng dẫn
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................ i
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................ ii
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................. v
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................... 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH ................................. 2
1.1. Mục đích của đề tài .............................................................................. 2
1.2. Công dụng yêu cầu và phân loại .......................................................... 3
1.2.1. Công dụng ..................................................................................... 3
1.2.2. Yêu cầu ......................................................................................... 3
1.2.3. Phân loại hệ thống phanh .............................................................. 6
1.3. Cấu tạo chung của hệ thống phanh ....................................................... 7
1.4. Giới thiệu phanh .................................................................................. 9
1.4.1. Lịch sử ABS .................................................................................. 9
1.4.2. Khái niệm về ABS ........................................................................ 9
1.4.3. Phân loại ABS ............................................................................. 18
1.4.4. Một số sơ đồ điển hình ................................................................ 20
1.5. Kết luật chương 1............................................................................... 23
CHƯƠNG 2. SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ
THỐNG PHANH TRÊN XE Ô TÔ .............................................................. 24
2.1. Cơ cấu phanh ..................................................................................... 24
2.1.1. Cơ cấu phanh tang trống.............................................................. 24
2.1.2. Cơ cấu phanh đĩa ......................................................................... 30
2.2. Dẫn động phanh ................................................................................. 32
2.2.1. Dẫn động phanh chính bằng thủy lực .......................................... 32
2.2.2. Dẫn động phanh chính bằng khí nén............................................ 35
2.2.3. Dẫn động phanh chính bằng khí nén kết hợp thủy lực ................. 37
2.3. Hệ thống trợ lực chân không .............................................................. 38
2.3.1. Hệ thống phanh thủy lực trợ lực chân không ............................... 38
2.3.2. Hệ thống phanh thủy lực trợ lực khí nén...................................... 40
2.3.3. Hệ thống phanh thủy lực trợ lực dùng bơm và các bộ tích năng .. 41
2.4. Phanh tay ........................................................................................... 43
2.4.1. Phanh tay bố trí trên trục ra của hộp số........................................ 43
2.4.2. Phanh tay bố trí ở các bánh xe phía sau ....................................... 44
2.5. Kết luận chương 2 .............................................................................. 45
CHƯƠNG 3. ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE
COROLLA ALTIS 2.0 ................................................................................. 46
3.1. Giới thiệu tổng quan về xe Toyota Corolla Altis 2.0 .......................... 46
3.1.1. Các thông số kỹ thuật chính ........................................................ 47
3.1.2. Một số hệ thống chính ................................................................. 48
3.2. Hệ thống phanh trên xe Toyota Corolla Altis 2.0 ............................... 52
3.2.1. Sơ đồ và nguyên lý làm việc........................................................ 52
3.2.2. Kết cấu và các bộ phận chính ...................................................... 55
3.3. Kết luật chương 3............................................................................... 70
CHƯƠNG 4. QUY TRÌNH KIỂM TRA BẢO DƯỠNG VÀ SỬA CHỮA HỆ
THỐNG PHANH TRÊN XE COROLLA ALTIS 2.0................................... 71
4.1. Những công việc bảo dưỡng cần thiết ................................................ 72
4.2. Sửa chữa hư hỏng một số chi tiết, bộ phận chính ............................... 73
4.3. Kiểm tra hệ thống ABS ...................................................................... 74
4.4. Kiểm tra hệ thống chuẩn đoán............................................................ 76
4.5. Kiểm tra bộ phận chấp hành............................................................... 82
4.6. Kiểm tra cảm biến tốc độ bánh xe ...................................................... 84
4.7. Kết luận chương 4 .............................................................................. 85
KẾT LUẬN CHUNG............................................................................ 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 88
i
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Diễn giải
Đơn vị
ABS
Bộ chống bó cứng phanh
-
ECU
Bộ điều khiển trung tâm
-
EBD
Hệ thống phân phối lực phanh điện tử
-
BA
Hệ thống hỗ trợ phanh gấp
-
ESP
Hệ thống cân bằng điện tử
-
ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ các loại phanh chính ............................................................. 7
Hình 1.2. Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên ơ tơ. .................................. 7
Hình 1.3. sơ đồ hệ thống phanh ABS ............................................................. 9
Hình 1.4. Lực cản hệ thống phanh nhỏ hơn lực cản giữa lốp và mặt đường . 10
Hình 1.5. Lực cản của hệ thống phanh lớn hơn lực cản giữa lốp và mặt
đường ........................................................................................................... 10
Hình 1.6. Đạp phanh trên đường tuyết ......................................................... 11
Hình 1.7. Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt tương đối của
bánh xe ......................................................................................................... 12
Hình 1.8. Quá trình phanh có và khơng có ABS trên đoạn đường cong ....... 13
Hình 1.9. Sơ đồ tổng quát của một hệ thống chống hãm cứng bánh xe ........ 14
Hình 1.10. Các lực và mô men tác dụng lên bánh xe khi phanh ................... 14
Hình 1.11. Sự thay đổi các thơng số khi phanh có ABS ............................... 15
Hình 1.12. Q trình phanh điển hình trên mặt đường trơn khơng có ABS
....................................................................... Error! Bookmark not defined.
Hình 1.13. Quá trình phanh điển hình của ơ tơ có trang bị ABS............ Error!
Bookmark not defined.
Hình 1.14. Sơ đồ phân loại hệ thống ABS ................................................... 18
Hình 1.15. Các phương pháp điều chỉnh áp suất phanh ................................ 19
Hình 1.16. Sơ đồ ABS 1 kênh 1 cảm biến .................................................... 20
Hình 1.17. Sơ đồ ABS 3 kênh 3 cảm biến .................................................... 21
Hình 1.18. Sơ đồ ABS 3 kênh 4 cảm biến .................................................... 21
Hình 1.19. Sơ đồ ABS 4 kênh 4 cảm biến .................................................... 22
Hình 2.1. Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua trục .................................................... 25
Hình 2.2. Cơ cấu phanh guốc đối xứng qua tâm .......................................... 26
Hình 2.3. Cơ cấu phanh guốc loại bơi .......................................................... 28
Hình 2.4. Cơ cấu phanh guốc loại tự cường hóa .......................................... 29
Hình 2.5. Phanh đĩa có giá đỡ cố định ......................................................... 31
iii
Hình 2.6. Phanh đĩa có giá đỡ di động ......................................................... 32
Hình 2.7. Dẫn động phanh chính bằng thủy lực ........................................... 33
Hình 2.8. Các sơ đồ phân dịng dẫn động phanh thuỷ lực ............................ 35
Hình 2.9. Sơ đồ dẫn động phanh khí nén ..................................................... 36
Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống phanh dẫn động thủy khí kết hợp ....................... 37
Hình 2.11. Sơ đồ ngun lý bộ trợ lực chân khơng ...................................... 39
Hình 2.12. Sơ đồ nguyên lý dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực khí nén .......... 40
Hình 2.13. Sơ đồ ngun lý dẫn động phanh thủy lực dùng bơm và các tích
năng ............................................................................................................. 42
Hình 2.14. Phanh tay lắp trên trục ra hộp số ................................................ 43
Hình 2.15. Phanh tay bố trí ở các bánh xe sau.............................................. 44
Hình 3.1. Sơ đồ tổng thể xe Toyota Corolla Altis .................................................. 46
Hình 3.2. Hình ảnh tổng thể xe .................................................................... 47
Hình 3.3. Cấu tạo hộp số tự động................................................................. 49
Hình 3.4. Bộ phận dẫn hướng loại một địn của hệ thống treo độc lập kiểu
Macpherson .................................................................................................. 50
Hình 3.5. Hệ thống treo phụ thuộc kiểu dầm xoắn chữ H............................. 51
Hình 3.6. Sơ đồ hệ thống phanh ABS trên xe Toyota Corolla Altis ............. 52
Hình 3.7. Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh ABS .......................................... 53
Hình 3.8. Sơ đồ giai đoạn tăng áp suất ......................................................... 53
Hình 3.9. Sơ đồ giai đoạn giảm áp suất ........................................................ 54
Hình 3.10. Sơ đồ giai đoạn giữ áp suất ........................................................ 55
Hình 3.11. Sơ đồ kết cấu phanh đĩa loại má kẹp tùy động sử dụng trên xe ... 56
Hình 3.12. Kết cấu xi lanh chính.................................................................. 58
Hình 3.13 Cảm biến tốc độ bánh xe trước .................................................... 59
Hình 3.14. Cảm biến tốc độ bánh xe sau ...................................................... 59
Hình 3.15. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cảm biến tốc độ bánh xe
..................................................................................................................... 60
Hình 3.16. Khối điều khiển điện tử của ABS ............................................... 63
iv
Hình 3.17. Lược đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của khối điều khiển điện tử
..................................................................................................................... 65
Hình 3.18. Bầu trợ lực ................................................................................. 68
v
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Kết quả thí nghiệm khi phanh ơ tơ du lịch có trang bị ABS ............. 17
Bảng 3.1. Các thơng số kỹ thuật chính của Toyota Corolla Altis 2.0 ................ 47
Bảng 3.2. Bảng giới thiệu các trang thiết bị hệ thống của xe ............................ 48
Bảng 4.1. Mã chẩn đoán .................................................................................. 77
Bảng 4.2. Mã chẩn đoán .................................................................................. 81
1
LỜI NĨI ĐẦU
Lịch sử ngành cơng nghiệp ơ tơ đã trải qua hơn một trăm năm, nó khơng
ngừng đánh dấu bước phát triển từ những dòng xe sơ khai nhất chạy bằng hơi
nước đến những loại xe hiện đại như ngày nay, nhằm đáp ứng và phục vụ nhu
cầu ngày càng phát triển của đời sống con người trong cuộc sống hiện đại.
Ngày nay ô tô được các hãng sản xuất hàng đầu trên thế giới quan tâm,
trong đó sự an toàn cho người và xe bao giờ cũng được quan tâm và chú trọng
hàng đầu trong công việc nghiên cứu và chế tạo, do đó việc phát triển ơ tơ
ngày càng an tồn, tiện dụng, cho phép lái xe điều chỉnh được tốc độ chuyển
động hoặc dừng xe theo ý muốn. Nhờ vậy mà nâng cao được năng suất vận
chuyển.
Do sự phát triển của ngành ô tô dẫn đến hệ thống phanh ngày càng hồn
thiện để đảm bảo tính năng an tồn cho người sử dụng ơ tơ. Do đó sự phát
triển từ hệ thống phanh guốc dẫn đến sự ra đời của hệ thống phanh đĩa, hệ
thống chống bó cứng bánh xe (hệ thống ABS) … Các hệ thống phanh đó đã
trở thành một trong những bộ phận quan trọng nhất trong cấu tạo ô tô và ngày
nay nó cũng trở thành một trong những tiêu chuẩn để đánh giá về đời ơ tơ.
Xuất phát từ vai trị quan trọng của hệ thống phanh, em đã thực hiện
nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu hệ thống phanh xe
Toyota Corolla Altis 2.0 ”.
Các nội dung chính của đề tài là:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống phanh trên ô tô;
Chương 2: Giới thiệu hệ thống phanh ABS;
Chương 3: Khảo sát hệ thống phanh ABS trên xe TOYOTA
COROLLA ALTIS 2.0";
Chương 4: Các hư hỏng và bảo dưỡng-sửa chữa hệ thống.
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PHANH
1.1. Mục đích của đề tài
Hiện nay ở nước ta, số người sử dụng ô tô ngày càng nhiều cùng với sự
tăng trưởng của nền kinh tế, giao thông vận tải, cho nên mật độ ô tô lưu
thông trên đường ngày càng cao dẫn đến tai nạn giao thơng ngày càng nhiều.
Do đó để đảm bảo tính an tồn vấn đề tai nạn giao thông là một trong những
hướng giải quyết cần thiết nhất, luôn được quan tâm của các nhà thiết kế và
chế tạo ơ tơ mà hệ thống phanh đóng vai trò rất quan trọng.
Phanh sử dụng ABS là một trong hai công nghệ bổ sung cho hệ thống
phanh hữu dụng nhất của ngành công nghiệp ô tô 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, giữ cho các bánh xe không bị hãm cứng hồn tồn khi
phanh ngặt. Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy hiểm nhờ điểu khiển
quá trình phanh một cách tối ưu.
Cũng vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng được cải tiến, tiêu
chuẩn về thiết kế chế tạo và sử dụng hệ thống phanh ngày càng nghiêm ngặt
và chặt chẽ.
Ðối với sinh viên ngành công nghệ ô tô việc nghiên cứu về hệ thống
phanh càng có ý nghĩa thiết thực hơn. Ðó là lý do em chọn đề tài “NGHIÊN
CỨU HỆ THỐNH PHANH TRÊN XE TOYOTA COROLLA ALTIS 2.0”.
Ðể giải quyết vấn đề này thì trước hết ta cần phải hiểu rõ về nguyên lý hoạt
động, kết cấu các chi tiết, bộ phận trong hệ thống phanh. Từ đó tạo tiền đề
cho việc thiết kế, cải tiến hệ thống phanh nhằm tăng hiệu quả phanh, tăng
tính ổn định hướng và tính dẫn hướng khi phanh, tăng độ tin cậy làm việc
với mục đích đảm bảo an toàn chuyển động và tăng hiệu quả chuyển động
của ô tô.
3
1.2. Công dụng yêu cầu và phân loại
1.2.1. Công dụng
* Hệ thống phanh dùng để:
- Giảm tốc độ của ô tô máy kéo cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một
tốc độ cần thiết nào đó;
- Ngồi ra hệ thống phanh cịn có nhiệm vụ giữ cho ơ tơ máy kéo
đứng yên tại chỗ trên các mặt dốc nghiêng hay trên mặt đường ngang.
* Với công dụng như vậy, hệ thống phanh là một hệ thống đặc biệt quan
trọng:
- Nó đảm bảo cho ô tô máy kéo chuyển động an tồn ở mọi chế độ
làm việc;
- Nhờ đó ơ tơ máy kéo mới có thể phát huy hết khả năng động lực,
nâng cao tốc độ và năng suất vận chuyển của xe máy.
1.2.2. Yêu cầu
Hệ thống phanh cần đảm bảo các yêu cầu chính sau:
- Làm việc bền vững, tin cậy;
- Có hiệu quả phanh cao khi phanh đột ngột với cường độ lớn trong
trường hợp nguy hiểm;
- Phanh êm dịu trong những trường hợp khác, để đảm bảo tiện nghi và
an tồn cho hành khách và hàng hóa;
- Giữ cho ô tô máy kéo đứng yên khi cần thiết, trong thời gian khơng
hạn chế;
- Đảm bảo tính ổn định và điều khiển của ô tô máy kéo khi phanh;
- Khơng có hiện tượng tự phanh khi các bánh xe dịch chuyển thẳng
đứng và khi quay vòng;
- Hệ số ma sát giữa má phanh với trống phanh cao và ổn dịnh trong
mọi điều kiện sử dụng;
- Có khả năng thốt nhiệt tốt;
4
- Điều khiển nhẹ nhàng, thuận tiện, lực tác dụng lên bàn đạp hay địn
điều khiển nhỏ.
Để có độ tin cậy cao, đảm bảo an toàn chuyển động trong mọi trường
hợp, hệ thống phanh của ô tô máy kéo bao giờ cũng phải có tối thiểu ba loại
phanh:
- Phanh làm việc: phanh này là phanh chính, được sử dụng thường
xuyên ở mọi chế độ chuyển động, thường được điều khiển bằng bàn đạp nên
còn được gọi là phanh chân;
- Phanh dự trữ: dùng phanh ô tô máy kéo khi phanh chính hỏng;
- Phanh dừng: Cịn gọi là phanh phụ. Dùng để giữ cho ô tô máy kéo
đứng yên tại chỗ khi dừng xe hoặc khi không làm việc. Phanh này thường
được điều khiển bằng tay đòn nên còn được gọi là phanh tay;
- Phanh chậm dần: trên các ô tô máy kéo tải trọng lớn (như: xe tải,
trọng lượng toàn bộ lớn hơn 12 tấn; xe khách, trọng lượng lớn hơn 5 tấn) hoặc
làm việc ở vùng đồi núi, thường xun phải chuyển động xuống các dốc dài,
cịn phải có loại phanh thứ tư là phanh chậm dần, dùng để:
+ Phanh liên tục, giữ cho tốc độ ô tô máy kéo không tăng quá giới
hạn cho phép khi xuống dốc;
+ Để giảm dần tốc độ ô tô máy kéo trước khi dừng hẳn.
Các loại phanh trên có thể có các bộ phận chung và kiêm nhiệm chức
năng của nhau nhưng chúng phải có ít nhất là hai bộ phận là điều khiển và
dẫn động độc lập.
Ngồi ra cịn để tăng thêm độ tin cậy, hệ thống phanh chính cịn được
phân thành các dòng độc lập để nếu một dòng nào đó bị hỏng thì các dịng
cịn lại vẫn làm việc bình thường.
Để có hiệu quả phanh cao:
- Dẫn động phanh phải có độ nhạy lớn;
- Phân phối mơ men phanh trên các bánh xe phải đảm bảo tận dụng
được toàn bộ trọng lượng bám để tạo lực phanh. Muốn vậy lực phanh trên các
5
bánh xe phải tỷ lệ thuận với phản lực pháp tuyến của mặt đường tác dụng lên
chúng;
- Trong trường hợp cần thiết, có thể sử dụng các bộ trợ lực hay dùng
dẫn động khí nén hoặc bơm thủy lực để tăng hiệu quả phanh đối với các xe có
trọng lượng lớn.
Để đánh giá hiệu quả phanh người ta sử dụng hai chỉ tiêu chính: gia tốc
chậm dần và quãng đường phanh.Ngồi ra cũng có thể sử dụng các chỉ tiêu
khác như: lực phanh hay thời gian phanh.
Các chỉ tiêu quy định về hiệu quả phanh cho phép do từng quốc gia hay
từng hiệp hội qui định riêng dựa vào nhiều yếu tố, như: nguồn gốc và chủng
loại các ô tô đang lưu hành, điều kiện đường xá, trình độ tổ chức kiểm tra kỹ
thuật, các trang thiết bị kiểm tra…
Khi phanh bằng phanh dữ trữ hoặc bằng các hệ thống khác thực hiện
chức năng của nó, gia tốc chậm dần cần phải đạt 3m/s2 đối với ô tô khách và
2,8m/s2 đối với ô tô tải.
Đối với hệ thống phanh dừng, hiệu quả phanh được đánh giá bằng tổng
lực phanh thực tế mà các cơ cấu phanh của nó tạo ra. Khi thử (theo cả hai
chiều: đầu xe hướng xuống dốc và ngược lại) phanh dừng phải giữ được ô tô
máy kéo chở đầy tải và động cơ tách khỏi hệ thống truyền lực, đứng yên trên
mặt dốc có độ nghiêng không nhỏ hơn 25%.
Hệ thống phanh chậm dần phải đảm bảo cho ô tô máy kéo khi chuyển
động xuống các dốc dài 6km, độ dốc 7%, tốc độ không vượt quá 30 km/h, mà
không cần sử dụng các hệ thống phanh khác. Khi phanh bằng phanh này, gia
tốc chậm dần của ơ tơ máy kéo thường đạt khoảng 0,6÷2,0 m/s2.
Để quá trình phanh được êm dịu và để người lái được cảm giác, điều
khiển được đúng cường độ phanh, dẫn động phanh cần phải có cơ cấu đảm
bảo quan hệ tỷ lệ thuận giữa lực tác dụng lên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với
lực phanh tạo ra ở bánh xe. Đồng thời khơng có hiện tượng tự siết khi phanh.
6
Để đảm bảo tính ổn định và điều khiển cảu ô tô máy kéo khi phanh, sự
phân bố lực phanh giữa các bánh xe phải hợp lý, cụ thể phải thỏa mãn các
điều kiện sau:
- Lực phanh trên các bánh xe phải và trái của cùng một cầu phải bằng
nhau. Sai lệch cho phép không được vượt quá 15% lực phanh lớn nhất;
- Khơng xảy ra hiện tượng khóa cứng, trượt các bánh xe khi phanh. Vì
các bánh xe trước trượt sẽ làm cho ô tô máy kéo bị trượt ngang, các bánh xe
sau trượt có thể làm ơ tơ máy kéo mất tính điều khiển, quay đầu xe. Ngồi ra
các bánh xe bị trượt còn gây mòn lốp, giảm hiệu quả phanh do giảm hệ số
bám.
Để đảm bảo yêu cầu này, trên ô tô máy kéo hiện đại người ta sử dụng
các bộ điều chỉnh lực phanh hay hệ thống chống hãm cứng bánh xe (Antilock
Braking System-ABS).
1.2.3. Phân loại hệ thống phanh
* Theo công dụng
-Theo công dụng, hệ thống phanh được chia thành:
+ Hệ thống phanh chính (phanh chân);
+ Hệ thống phanh dừng (phanh tay);
+ Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc
điện tử).
* Theo kết cấu của cơ cấu phanh
- Theo kết cấu của cơ cấu phanh, hệ thống phanh chia thành 2 loại:
+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh tang trống;
+ Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa.
* Theo dẫn động phanh
- Theo dẫn động phanh có các loại sau:
+ Hệ thống phanh dẫn động khí nén;
+ Hệ thống phanh dẫn động cơ khí;
+ Hệ thống phanh dẫn động thủy lực;
7
+ Hệ thống phanh dùng khống khí nén để tạo mô men phanh;
+ Hệ thống phanh dẫn động kết hợp khí nén và thủy lực.
a)
c)
b)
Hình 1.1. Sơ đồ các loại phanh chính
a) Phanh trống guốc; b) Phanh đĩa; c) Phanh dải
1.3. Cấu tạo chung của hệ thống phanh
7
1
2
3
4
8
5
6
Hình 1.2. Cấu tạo chung của hệ thống phanh trên ô tô
1. Van điều hịa; 2. Phanh đĩa; 3. Xi lanh chính; 4. Bàn đạp phanh;
5. Cáp phanh tay; 6. Phanh tang trống; 7. Bộ trợ lực phanh; 8. Cần
phanh tay
Hệ thống phanh trên ơ tơ gồm có phanh chính (thường gọi là phanh
chân) và hệ thống phanh dừng (thường gọi là phanh tay). Sở dĩ phải làm cả
phanh chính và phanh dừng là để đảm bảo an tồn khi ơ tơ chuyển động.
8
Phanh chính và phanh dừng có thể có cơ cấu phanh và dẫn động phanh hồn
tồn riêng rẽ hoặc có thể có chung cơ cấu phanh (đặt ở bánh xe) nhưng dẫn
động hồn tồn riêng rẽ.
Hệ thống phanh cơng tác bao gồm: Cơ cấu phanh và dẫn động phanh (có
thể phanh có trợ lực hoặc phanh khơng có trợ lực)
* Cơ cấu phanh: Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mô
men hãm trên bánh xe khi phanh ô tô. Cơ cấu phanh thường dùng loại phanh
tang trống (phanh guốc) và phanh đĩa. Trong đó phanh tang trống thường
được dùng cho xe có trọng tải vừa và lớn, còn phanh đĩa thường được dùng
cho xe con.
* Dẫn động phanh: Dẫn động phanh dùng để truyền và khuếch đại lực
điều khiển từ bàn đạp phanh đến cơ cấu phanh. Dẫn động phanh chính thường
dùng truyền động thuỷ lực (gọi là phanh dầu) hoặc truyền động loại khí (gọi
là phanh hơi). Khi dùng phanh dầu thì lực tác dụng lên bàn đạp phanh sẽ lớn
hơn so với phanh hơi, vì lực này là để sinh ra áp suất của dầu trong xi lanh
dầu của hệ thống phanh, cịn ở phanh khí lực này chỉ cần thắng lực cản lò xo
để mở van phân phối của hệ thống phanh. Vì vậy phanh dầu thường được
dùng ở ơ tơ du lịch, vận tải cỡ nhỏ và trung bình vì ở các loại ô tô này mô
men phanh ở các bánh xe bé, do đó lực trên bàn đạp cũng nhỏ. Ngồi ra
phanh dầu thường gọn gàng hơn phanh khí vì nó khơng có các bầu chứa khí
kích thước lớn và độ nhạy khi phanh tốt, cho nên bố trí nó dễ dàng và sử dụng
thích hợp với các ơ tơ kể trên. Phanh khí thường sử dụng trên ơ tơ vận tải
trung bình và lớn. Ngồi ra các loại ơ tơ vận tải trung bình và lớn cịn dùng
dẫn động phanh thuỷ khí. Dùng dẫn động phanh này ta có thể kết hợp ưu
điểm của phanh khí và phanh dầu là lực bàn đạp phanh nhỏ, độ nhạy tốt, tạo
ra mô men phanh lớn.
Tùy theo dạng dẫn động: cơ khí, thủy lực, khí nén, hay kết hợp thủy –
khí, mà trong dẫn động phanh có thể bao gồm các phần tử khác nhau. Ví dụ:
Dẫn động cơ khí thì dẫn động phanh bao gồm bàn đạp và các thanh, đòn cơ
9
khí. Nếu là đẫn động thủy lực thì dẫn động phanh bao gồm: bàn đạp, xi lanh
chính (tổng phanh), xi lanh công tác (xi lanh bánh xe) và các ống dẫn.
1.4. Giới thiệu phanh
1.4.1. Lịch sử ABS
Hệ thống phanh chống bó cứng của TOYOTA được sử dụng lần đầu tiên
vào năm 1971 cho các loại xe tại Nhật Bản. Đây là hệ thống bánh xe sau
(ABS hai bánh) nhằm mục đích giảm hiện tượng mất tính ổn định dẫn hướng
trong quá trình phanh trên bề mặt trơn. Hệ thống này đã được cải tiến ABS
bốn bánh vào năm 1983. Ngày nay ABS trở thành tiêu chuẩn hay tùy chọn
cho hầu hết các xe du lịch và xe tải nhẹ.
Hình 1.3. sơ đồ hệ thống phanh ABS
1.4.2. Khái niệm về ABS
Chức năng của hệ thống phanh thông thường là để giảm tốc độ hay dừng
xe bằng cách sử dụng 2 lực cản. Loại thứ nhất là lực cản giữa má phanh và
đĩa phanh (Hay giữa má phanh và trống phanh) và loại thứ 2 là giữa lốp và
mặt đường. Phanh có thể được điều khiển ổn định nếu mối liên hệ sau giữa
lực cản và mặt đường sảy ra.
* Lực cản hệ thống phanh nhỏ hơn lực cản giữa lốp và mặt đường
10
Tuy nhiên, nếu mối liên hệ trên bị đảo ngược lại bánh xe bị bó cứng xe
bắt đầu bị trượt.
* Lực cản của hệ thống phanh lớn hơn lực cản giữa lốp và mặt
đường
Kết quả là nếu các bánh trước bị bó cứng, nó sẽ làm cho xe khơng thể lái
được. Nếu các bánh xe sau bị bó cứng, do sự khác nhau giữa hệ số ma sát
giữa bánh bên phải và bánh bên trái với mặt đường nên sẽ làm cho đi xe bị
lạng.
Hình 1.4. Lực cản hệ thống phanh nhỏ hơn lực cản giữa lốp và mặt đường
ABS điều khiển áp suất dầu tác dụng lên các xi lanh bánh xe để ngăn
khơng cho nó bị bó cứng khi phanh trên đường trơn hay khi phanh gấp. Nó
cũng đảm bảo tính ổn định dẫn hướng trong q trình phanh, nên xe vẫn có
thể lái được
Hình 1.5. Lực cản của hệ thống phanh lớn hơn lực cản giữa lốp và mặt đường
11
Ở hệ thống phanh thơng thường khơng có ABS, nếu đạp phanh trên
đường tuyết, rất dễ mất tính ổn định dẫn hướng và người lái xe.Với xe có
ABS, ABS tự động thực hiện chức năng này vì vậy phanh được điều khiển
chính xác và hiệu quả hơn.
Hình 1.6. Đạp phanh trên đường tuyết
1.3.3. Chức năng nhiệm vụ và nguyên lý làm việc
1.3.3.1. 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 >> trước (để đảm bảo điều kiện
ổn định).
Tuy nhiên q trình phanh như vậy vẫn chưa phải là có hiệu quả cao và
an tồn nhất, vì:
λ = (Va- b . rb ) .100 % / Va=(15÷25)%
Ở đây:
Va
- Tốc độ chuyển động tịnh tiến của ơ tơ;
b
- Tốc độ góc của bánh xe;
12
rb
- Bán kính lăn của bánh xe.
- Cịn ơ tơ, khi phanh với tốc độ 180km/h trên đường khô, bề mặt lốp
có thể bị mịn vẹt đi một lớp dày tới 6mm.
- Các bánh xe bị trượt dọc hoàn toàn, cịn mất khả năng tiếp nhận lực
ngang, và khơng thể thực hiện quay vòng khi phanh trên đoạn đường cong
hoặc đổi hướng để tránh chướng ngại vật, đặc biệt là trên các mặt đường có
hệ số bám thấp. Do đó dễ gây ra những tai nạn nguy hiểm khi phanh.
Hình 1.7. Sự thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt tương đối của bánh xe
Vì thế để đảm bảo đồng thời hiệu quả phanh và tính ổn định cao. Ngồi
ra cịn giảm mịn và nâng cao tuổi thọ cho lốp, cần tiến hành quá trình phanh
ở giới hạn bắt đầu hãm các bánh xe, nghĩa là đảm bảo sao cho các bánh xe
trong q trình phanh khơng bị trượt lê hoàn toàn mà chỉ trượt cục bộ trong
giới hạn λ = 15÷25%. Đó chính là chức năng và nhiệm vụ của hệ thống chống
hãm cứng bánh xe.
Để giữ cho các bánh xe khơng bị hãm cứng hồn toàn khi phanh ngặt,
cần phải điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh sao cho độ trượt của bánh
xe với mặt đường thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị tối ưu. Các hệ
thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng các nguyên lý điều
chỉnh khác như:
- Theo gia tốc chậm dần của bánh xe được phanh;
13
- Theo độ trượt cho trước.
- Theo tỷ số vận tốc góc của bánh xe và gia tốc chậm dần của nó.
Như vậy hệ thống chống hãm cứng bánh xe là một trong các hệ thống an
toàn chủ động của một ơ tơ hiện đại. Nó góp phần giảm thiểu các tai nạn nguy
hiểm nhờ điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu.
Hình 1.8. Q trình phanh có và khơng có ABS trên đoạn đường cong
1.3.3.2. Ngun 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 vẽ 1.8 dưới đây, gồm:
- 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 điều khiển 2. Bộ phận
2 sẽ xử lý tín hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm
hoặc tăng áp suất trong dẫn động phanh;
14
- 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 guốc phanh và thực hiện
quá trình phanh.
Hình 1.9. Sơ đồ tổng quát của một 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
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 1.9
Hình 1.10. Các lực và mơ men tác dụng lên bánh xe khi phanh
Nếu bỏ qua mô men cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Zbx = const, thì
phương trình cân bằng mơ men tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó
khi phanh, có dạng:
M p M Jb (
d b
)0
dt
15
Ở đây:
Mp - Mô men phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh;
Mφ - Mô men bám của bánh xe với đường;
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
Hình 1. 11. Sự thay đổi các thơng số khi phanh có ABS
Sự thay đổi Mp, Mφ, và εb theo độ trượt được thể hiện trên hình 1.10
- 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 Mφ 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.
- Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi Mp - Mφ).
Vào thời điểm tương ứng với điểm 4 – mơ men phanh có giá trị cực tiểu
khơng đổi.
16
- 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).
- Khi tốc độ góc bánh xe tăng lên, độ trượt giảm và bởi vậy φ và Mφ
cũng 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 Mφ 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 1.10), đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với cực đại
nhất.
Trên hình 1.11 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 1.11. Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) và gia tốc chậm dần
của bánh xe (b) khi phanh có ABS
Hình 1.11a cho thấy, q 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
khơng 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÷25%. Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí
nén khoảng (3÷8) Hz cịn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz.
17
Để thấy rõ vai trị của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 1.1 nhận
được khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp có và khơng có ABS.
Bảng 1.1. Kết quả thí nghiệm khi phanh ơ tơ du lịch có trang bị ABS
(Mỗi bánh xe có một cảm biến và điều khiển riêng)
Quảng đường
Tốc độ bắt
STT
Loại đường
đầu phanh
V(m/s)
1
2
3
Đường bê tông
khô
Đường bê tông
ướt
Đường bê tông
khô
Đường bê tông
4
ướt
phanh Sp(m)
Có ABS
Khơng
Mức tăng hiệu
quả phanh (%)
ABS
13,88
10,6
13,1
19,1
13,88
18,7
23,7
21,1
27,77
41,1
50,0
17,8
27,77
62,5
100,0
37,5
