Khảo sát hệ thống phanh trên xe toyota corolla altis 2008

HỆ THỐNG CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ
Khảo sát hệ thống phanh trên Xe Toyota Corolla Altis 2008


I.Khái quát hệ thống phanh trên xe Toyota Corolla 2008.

Trên xe Toyota Corolla 2008 sử dụng hệ thống phanh ABS loại bốn kênh điều
khiển độc lập.
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS với cơ chế phân bổ lực phanh điện tử EBD
giúp bánh xe không bị bó cứng và ổn định ngay cả khi phanh gấp trên đường trơn
trượt; Phanh đĩa ở cả 4 bánh cùng hệ thống hỗ trợ lực phanh khẩn cấp (BA) giúp
phanh chính xác và hiệu quả ở những tình huống khẩn cấp. Phanh đĩa trên cả 4
bánh tạo lực phanh hiệu quả và chính xác. Phanh đĩa thông gió ở bánh trước giúp
tránh hiện tượng mất phanh.


II.Hệ thống phanh ABS.
1.Bố trí hệ thống trên xe.
Do hệ thống phanh của xe Toyota Corolla sử dụng hệ thống phanh ABS có 4 kênh
với các bánh xe được điều khiển độc lập nên có 4 cảm biến bố trí ở bốn bánh xe và
4 van điều khiển độc lập, sử dụng cho hệ thống phanh bố trí dạng mạch thường
(một mạch dẫn động cho hai bánh xe cầu trước, một mạch đẫn động cho hai bánh
xe cầu sau). Với kết cấu này, các bánh xe đều được tự động hiệu 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
moment xoay xe sẽ rất lớn và khó có thể duy trì ổn định hướng bằng cách hiệu
chỉnh tay lái. Ổn định khi quay vòng cũng giảm nhiều.

2. Các chi tiết trong hệ thống :
a.Cảm biến tốc độ bánh xe.


Nhiệm vụ :

Cảm biến tốc độ bánh xe được gắn ở gần bánh xe, có nhiệm vụ nhận biết về tốc độ
góc của bánh xe trong quá trình ô tô hoạt động và báo về cho bộ xử lý trung tâm
ABS ECU. Có nhiều loại cảm biến tốc độ góc bánh xe khác nhau, trên xe Toyota
Corolla 2008 sử dụng loại cảm biến điện từ, loại cảm biến này ngày nay được sử
dụng khá phổ biến.


Cấu tạo :


Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gôm một nam châm vĩnh cửu, một cuộn
dây và lõi từ.
Vị trí cảm biến tốc độ hay roto cảm biến, số lượng răng của roto cảm biến phụ
thuộc vào từng loại xe và đời xe.


Trên xe Toyota Corolla Altis 2008 thì cảm biến tốc độ bánh trước được lắp vào
cam quay và cảm biến tốc độ bánh sau được lắp vào mâm cầu sau.
Roto cảm biến được lắp lên trục trước chủ động và trục bánh xe sau, cùng quay với
bánh xe.



Nguyên lý làm việc của cảm biến.

Phía ngoài của roto cảm biến có các răng, nên khi roto cảm biến quay cùng với
bánh xe, từ thông trong cuộn dây biến thiên nó sinh ra một điện áp xoay chiều.
Điện áp xoay chiều này có tần số tỷ lệ với tốc độ quay của roto cảm biến, và tỏng
quá trình haotj động nó báo cho ABS ECU biết tốc độ quay của bánh xe.

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ
b.Bộ chấp hành ABS (còn gọi là van Modulator ABS) :


Nhiệm vụ :


Bộ chấp hành ABS (van Modulator ABS) dùng để cấp hay ngắt áp suất dầu từ
xylanh phanh chính đến mỗi xylanh phanh bánh xe theo tín hiệu điều khiển từ ABS
ECU, để điều khiển tốc độ bánh xe tránh không cho bánh xe bị bó cứng.


Cấu tạo :

Theo chức năng bộ chấp hành ABS được chia làm hai cụm :
+ Cụm điều khiển ( Van điện từ ba vị trí) : Trong quá trình hoạt động của hệ thống
ABS. Bộ chấp hành ABS lựa chọn một trong ba chế độ : tăng áp, giảm áp và giữ
áp, tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển từ ABS ECU.
-

Van điện từ 3 vị trí:


Cấu tạo: Gồm các phần một cuộn dây điện, lõi van, các cửa van và van một chiều

Nguyên lý: Van điện từ nhận tín hiệu từ ECU ABS sẽ điều chỉnh việc đóng mở các
cửa van để điều chỉnh áp suất dầu đến các xi lanh bánh xe
+Cụm giảm áp (Bình chứa và bơm) : Khi áp suất giảm, dầu phanh hồi về từ các
xylanh bánh xe, nó được đưa đến vị trí xylanh phanh chính nhờ bơm và bình dầu
bộ chấp hành, đây là loại bơm piston được dẫn động bằng motor.


Bơm dầu :

Chức năng : đưa ngược dầu từ bình tích áp về xi lanh chính trong các chế độ giảm
áp và giữ áp.
Van một chiều :
Chỉ cho dòng dầu từ bơm về xy lanh chính
 Bình tích áp (bình chứa):

-

Chứa dầu hồi từ xi lanh phanh bánh xe , nhất thời làm giảm áp suất dầu

3.Sơ đồ nguyên lý :


Các chế độ làm việc của ABS
a.Khi phanh bình thường ( ABS không hoạt động )

Khi phanh ở tốc độ thấp nhỏ hơn 12km/h ABS không hoạt động lúc này ECU
không gửi dòng điên tới cuộn dây của van điện do đó van 3 vị trí bị ấn xuống bởi
lò xo hồi vị và cửa A vẫn mở trong khi cửa B vẫn đóng lúc này dầu phanh chính

qua cửa A đến cửa C trong van điện rùi tới xy lanh phanh . Dầu phanh không vào
được bơm bởi van 1 chiều số 1 gắn trong mạch bơm .khi nhả chân phanh, dầu
phanh hồi từ xi lanh bánh xe về xy lanh chính thông qua cửa C đến của A và van 1
chiều số 3 trong van điện 3 vị trí.
b.Chế độ phanh gấp ( ABS hoạt động )


Chế độ giảm áp

Khi bánh xe gần bị hãm cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn dây của van điện
từ sinh ra lực từ hút van điện từ 3 vị trí lên trên đóng cửa A và mở cửa B. lúc này
dầu từ xi lanh bánh xe qua cửa C tới cửa B trong van điện 3 vị trí và chảy về bình
tích áp. Cùng lúc đó mô tơ bơm hoạt động nhờ tín hiệu điện áp 12V từ ECU hút
ngược dầu phanh từ bình tích áp về xi lanh phanh chính.
Mặt khác của A đóng ngăn dòng dầu từ xi lanh phanh chính vào van điện 3 vị trí và
van một chiều số 1, số 3. Kết quả làm áp suất dầu trong xy lanh phanh bánh xe
giảm ngăn cho bánh xe không bị hãm cứng




Chế độ giữ áp

Khi áp suất dầu 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 , lúc này ECU cấp dòng điện
2A đến cuộn dây của van điện để giữ áp suất trong xy lanh bánh xe không đổi .

Do dòng điện cấp cho cuộn dây giảm từ 5A xuống 2A vì vậy lực sinh ra ở cuộn dây
cũng giảm van điện 3 vị trí chuyển đến vị trí giữa nhờ lực của lò xo hồi vị làm cửa
A và cửa B đều đóng . Lúc này bơm dầu vẫn còn hoạt động



Chế độ tăng áp

Khi cần tăng áp suất dầu trong xi lanh bánh xeđể tạo lực phanh lớn. ECU ngắt
dòng điện không cấp nguồn cho cuộn dây 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 ở các chế độ tăng và giữ áp
Kết luận khi ABS làm việc bánh xe sẽ có hiện tượng nhấp nhả và có sự rung động
nhẹ của xe đồng thời ở bàn đạp phanh có sự rung động do dầu phanh hồi từ bơm
dầu


4. Sơ đồ mạch điện hệ thống :



Ý nghĩa các kí hiệu trên sơ đồ mạch điện :
ECU – Electronic Control Unit
ABS – Anti-lock Brakes System
BATT – Battery : chân dương bình
STP – Stop : Tín hiệu công tắc đèn phanh
PKB – Parking Brake : Tín hiệu phanh tay và tín hiệu báo mực dầu thắng
W – warning : Chân đèn báo check


IG – igniton : Chân dương sau công tắc máy

MR – Motor Relay : Chân điều khiển Rơle bơm
MT – Motor Test : Chân kiểm tra bơm
AST – Actuator Solenoid Test :Chân kiểm tra bộ chấp hành
SFR – Solenoid Front Right : Cuộn dây điện từ trước phải
SFL – Solenoid Front Left : Cuộn dây điện từ trước trái
SRR – Solenoid Rear Right : Cuộn dây điện từ sau phải
SRL – Solenoid Rear left : Cuộn dây điện từ sau trái
SR – Solenoid Relay : Chân điều khiển Rơle Cuộn dây bộ chấp hành
R– Relay : Chân “ - ” điều khiển rơle
FR+ – Front Right : Chân dương cảm biến tốc độ trước phải
FR- – Front Right : Chân âm cảm biến tốc độ trước phải
FL+ – Front Left : Chân dương cảm biến tốc độ trước trái
FL- – Front Left : Chân âm cảm biến tốc độ trước trái
RR+ – Rear Right : Chân dương cảm biến tốc độ sau phải
RR- – Rear Right : Chân âm cảm biến tốc độ sau phải
RL+ – Rear Left : Chân dương cảm biến tốc độ sau trái
RL- – Rear Left : Chân âm cảm biến tốc độ sau trái
GND – ground : Mass hộp ECU ABS
TC : Chân chẩn đoán
TS : Chân chẩn đoán


Nguyên lý hoạt động :

-ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến tốc độ ở 4 bánh xe,cảm nhận ngưỡng trượt của
bánh xe.
-Khi bánh xe nào đến gần ngưỡng trượt ECU sẽ đưa tín hiệu ,đóng rơ le van điện
từ thông qua cuộn hút.cùng lúc đó rơ le mơ tơ bơm cũng được đóng.
-Van điện từ nhận tín hiệu từ ECU ABS sẽ điều chỉnh việc đóng mở các cửa van để
điều chỉnh áp suất dầu đến các xylanh bánh xe.

III.Hệ thống ABS kết hợp với EBD.
1)Lịch sử phát triển của EBD kết hợp với ABS.


Ta biết rằng lực phanh lý tưởng được phân phối ở các bánh xe tỉ lệ với sự phân bố
tải trọng tác dụng lên chúng. Phần lớn các xe có động cơ đặt ở phía trước, tải trọng
tác dụng lên các bánh xe trước là lớn hơn. Đồng thời khi phanh, do lực quán tính
nên tải trọng cũng được phân bố lại, càng tăng ở các bánh xe trước và giảm đi ở
các bánh xe sau. Vì vậy lực phanh ở các bánh xe sau cần được phân phối nhỏ hơn
so với bánh trước để chống hiện tượng sớm bị bó cứng bánh xe. Khi xe có tải thì
tải trọng ở các bánh sau tăng lên, vì vậy cũng cần phải tăng lực phanh ở các bánh
sau lớn hơn so với trường hợp xe không có tải.Việc phân phối lực phanh này trước
đây được thực hiện hoàn toàn bởi các van cơ khí như van điều hoà lực phanh, van
bù tải, van giảm tốc… Trên các hệ thống ABS đơn giản mà ta đã xét, vẫn còn tồn
tại van điều hòa lực phanh bằng cơ khí. Một trường hợp nữa là khi xe quay vòng,
tải trọng cũng tăng lên ở các bánh xe phía ngoài, còn phía trong giảm đi, nên lực
phanh cũng cần phải phân phối lại, nhưng các van điều hòa lực phanh cơ khí không
giải quyết được vấn đề này.
Trên một số xe hiện nay, các van điều hòa lực phanh bằng cơ khí đã được thay thế
bỡi một hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử (EBD). Việc phân phối lực
phanh bằng điện tử này cho độ chính xác và hiệu quả cao hơn.


EBD là chữ viết tắt của Electronic Brake Distribution, nghĩa là hệ thống phân phối
lực phanh giữa các bánh trước và sau hoặc giữa các bánh xe bên phải và bên trái.
Như ta đã biết, ABS là một hệ thống phanh hết sức an toàn. Trong những tình
huống khẩn cấp, ABS có tác dụng chống bó cứng phanh và duy trì khả năng lái để
giảm thiểu tai nạn có thể xảy ra. Nhưng để có một hệ thống phanh hiệu quả và ổn
định trong mọi điều kiện địa hình, đường xá, các nhà chế tạo đã lắp thêm vào hệ

thống phanh ABS các cảm biến EBD để điều khiển việc phân phối lực phanh giữa
các bánh xe, tăng hiệu quả và tận dụng triệt để tính năng phanh.
EBD có vai trò không kém ABS trong việc trợ giúp quá trình phanh. Nó hoạt động
hoàn toàn tự động và không cần tài xế kích hoạt. Giống như tên gọi, EBD phân bổ
lực phanh tới các bánh để đảm bảo xe dừng một cách cân bằng nhất. Sự kết hợp
giữa hai công nghệ ABS và EBD sẽ giúp quá trình phanh trở nên tối ưu hơn.
Với những xe không trang bị EBD, có những tình huống mà lực phanh lệch hẳn về
một bên khiến xe bị lệch, thậm chí có thể gây trượt bánh. Nếu có EBD, máy tính
trung tâm sẽ tự động tính toán và phân bổ lực phanh dựa theo thông số về tốc độ,
tải trọng xe, độ bám đường
2.Nguyên lý hoạt động :


Khi di chuyển trên đường thẳng, các hệ thống phanh ABS không có EBD thì lực
phanh phân phối giữa các bánh trước và bánh sau không thay đổi khi tải trọng tác
dụng lên các bánh trước và sau thay đổi. Khi lắp EBD vào, nó dùng EBD để phân
phối lực phanh đến các bánh trước và bánh sau phù hợp với điều kiện chạy xe và
đường xá. Cụ thể như trong hình vẽ phân tích ở trên, lực phanh đến bánh sau sẽ
tăng lên khi tải trọng tác dụng lên bánh sau tăng và giúp rút ngắn quãng đường
phanh đáng kể so với hệ thống không có EBD.
Ngoài ra khi phanh xe ở những khúc cua, nó cũng điều khiển các lực phanh của
bánh bên phải và bên trái khác nhau giúp duy trì sự ổn định của xe.

Có thể mô tả khái quát hoạt động của EBD qua biểu đồ trên như sau:
Các chế độ làm việc của EBD :
 Phân phối lực phanh của các bánh trước và sau.

Nếu tác động các phanh trong khi xe đang chạy tiến thẳng, bộ chuyển tải trọng sẽ
giảm lực phanh tác động lên các bánh sau và tăng lực tác động lên các bánh trước.
ECU điều khiển trượt xác định điều kiện này bằng các tín hiệu từ các cảm biến tốc

độ và điều khiển bộ chấp hành ABS để điều chỉnh tối ưu sự phân phối lực phanh
đến các bánh sau.


Chẳng hạn như lực phanh tác động lên các bánh sau trong khi phanh sẽ thay đổi
tuỳ theo xe có mang tải hay không. Lực phanh tác động lên các bánh sau cũng thay
đổi tùy theo mức giảm tốc. Như vậy, sự phân phối lực phanh đến bánh sau được
điều chỉnh tối ưu để sử dụng có hiệu quả lực phanh của các bánh sau theo những
điều kiện này.
 Phân phối lực phanh giữa các bánh bên phải và bên trái (phanh trong khi

đang vào cua).
Nếu tác động các phanh trong khi xe đang vào cua, lực phanh tác động vào bánh
bên trong sẽ tăng lên. ECU điều khiển trượt xác định điều kiện này bằng các tín
hiệu từ các cảm biến tốc độ và cảm biến từ hệ thống lái để điều khiển bộ chấp
hành điều chỉnh tối ưu sự phân phối lực phanh đến bánh xe bên trong.

+A Trạng thái bình thường +B Trạng thái có tải +C Khi quay vòng


Hình 2: Sơ đồ hệ thống ABS với EBD và BAS.
IV.Hệ thống ABS kết hợp với BAS.
1)

Sự phát triển hệ thống BAS kết hợp ABS

Tháng 12/1996, Mercedes chính thức ứng dụng BAS trên 2 phiên bản S-class
và SL-class. Hai năm sau, hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp trở thành trang bị
tiêu chuẩn cho tất cả các mẫu của hãng xe Đức này. Tiếp sau Mercedes, m ột số
hãng như Volvo, BMW… cũng đã mua bản quyền và phát triển hệ th ống tương

tự.
Các thống kê cho thấy các nguyên nhân gây tai nạn:
- Đi ngược chiều
- Đi không phù hợp tốc độ cho phép của đường
- Không đảm bảo khoảng cách các xe
- Gặp chứng ngại vật bất ngờ
Các tai nạn này hoàn toàn có thể giảm bớt nếu thời gian phanh ngắn đi
2)

Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BAS (The Brake Assist System)


Hệ thống hỗ trợ phanh trong trường hợp khẩn cấp để đạt được quãng đường phanh
ngắn nhất mà vẫn đảm bảo khả năng lái .

Xét trường hợp tài xế phía trước phanh đột ngột .
Trong trường hợp phanh khẩn cấp như gặp chướng ngại vật đột ngột, người lái xe đặc biệt là những người thiếu kinh nghiệm, thường hoang mang, phản ứng không
kịp thời nên đạp chân lên bàn đạp phanh không đủ mạnh, do đó không tạo đủ lực
phanh để dừng xe. Đồng thời lực tác dụng của người lái xe lên bàn đạp cũng yếu
dần đi trong quá trình phanh, làm lực phanh giảm đi. Bằng cách nhận biết tốc độ và
lực tác dụng lên bàn đạp phanh của người lái xe, một hệ thống trợ lực phanh khẩn
cấp (BAS) sẽ tự động cung cấp thêm một lực phanh lớn hơn nhiều so với lực
phanh do người lái tạo ra để dừng gấp xe. Hình (1) so sánh lực phanh tạo ra trong
hai trường hợp có và không có trợ lực phanh khẩn cấp.

Hình 1: Đồ thị so sánh lực phanh khi có và không có trợ lực phanh khẩn cấp.


Người lái xe phía sau sử dụng xe phía sau sử dụng hệ thống phanh động cơ thông
thường người lái cảm thấy khó khăn khi phanh do lực phanh lớn nhất không tác

dụng ngay vào hệ thống.

Ngày nay tùy thuộc thiết kế từng hãng sản xuất mà áp dụng các hệ thống phanh
khẩn cấp khác nhau
Hiện nay có hai hệ thống hố trợ phanh khẩn cấp chính là :
-

Hệ thống phanh thủy lực
Hệ thống phanh cơ khí

Trên xe Toyota Corolla 2008 sử dụng hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp thủy lực
3)

Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp thủy lực (The hydraulic brake assist system)

Hệ thống được kết hợp với hệ thống phanh chống bó cứng hệ thống ABS điều
khiển áp lực phanh khi sảy ra hiện tượng bó cứng .

Để xác định một trường hợp phanh khẩn cấp ECU dựa vào các tín hiệu : đèn
phanh, gia tốc đạp phanh ,vận tốc xe , khoảng cách.