Tài liệu về hệ thống phanh ABS Vios

TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
BỘ MƠN CƠ KHÍ Ơ TƠ - KHOA CƠ KHÍ
___O0O___

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM INVENTOR PRO MÔ PHỎNG
ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA
HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE TOYOTA VIOS

GVHD: TS. NGUYỄN VĂN NHANH
SVTH : NGUYỄN VIỆT THÀNH
KHĨA: 2009-2014

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 3/2014


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU............................................................................................................... 1
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN ....................................................... 2
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN ............................................. 3
CHƢƠNG 1- KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHANH ABS........................ 4
1.1. Tổng quan ........................................................................................................... 4
1.2. Lịch sử phát triển ................................................................................................ 5
1.3. Chức năng nhiệm vụ ABS, phân loại ABS ........................................................ 7
1.3.1. Chức năng ABS ........................................................................................... 7
1.3.2. Phân loại ABS ........................................................................................... 11
1.4. Các phƣơng án bố trí của hệ thống phanh ABS .............................................. 13
1.4.1. Phƣơng án 1 ............................................................................................... 13

1.4.2. Phƣơng án 2 ............................................................................................... 14
1.4.3. Phƣơng án 3 ............................................................................................... 14
1.5. Sơ đồ nguyên lý làm việc ................................................................................. 14
1.6. Một số sơ đồ điển hình ..................................................................................... 19
CHƢƠNG 2- HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE TOYOTA VIOS ..................... 23
2.1. Giới thiệu xe Toyota Vios ................................................................................ 23
2.2. Hệ thống truyền lực .......................................................................................... 25
2.2.1. Ly hợp ....................................................................................................... 25
2.2.2. Hộp số........................................................................................................ 26
2.3. Hệ thống phanh ................................................................................................ 26
2.4. Hệ thống treo .................................................................................................... 26
2.5. Hệ thống lái ...................................................................................................... 27
2.6. Hệ thống phanh ABS trên xe TOYOTA VIOS................................................ 28
2.6.1. Nguyên lý làm việc ................................................................................... 29
2.6.2. Kết cấu và bộ phận chính .......................................................................... 31
2.7. Bảo dƣỡng và sữa chữa hệ thống phanh ABS.................................................. 41
2.7.1. Những công việc bảo dƣỡng cần thiết ...................................................... 41


2.7.2. Sửa chữa hƣ hỏng một số chi tiết, bộ phận chính ..................................... 43
2.7.3. Kiểm tra hệ thống ABS ............................................................................. 44
2.7.4. Kiểm tra hệ thống chẩn đoán .................................................................... 45
2.7.5. Kiểm tra cảm biến tốc độ bánh xe ............................................................. 52
CHƢƠNG 3- MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN PHẦN MỀM
INVENTOR PRO ........................................................................................................ 53
3.1. Giới thiệu Phần mềm Inventor Pro .................................................................. 53
3.2. Xây dựng mơ hình 3D hệ thống phanh ABS ................................................... 54
3.2.1. Thiết kế cơ cấu phanh ............................................................................... 54
3.2.2. Thiết kế trợ lực chân không ...................................................................... 59
3.2.3. Thiết kế xy lanh chính ............................................................................... 60

3.3. Các phần mềm mơ phỏng ................................................................................. 61
3.3.1. Khái niệm .................................................................................................. 61
3.3.2. Các phần mềm mô phỏng .......................................................................... 61
3.4. Minh họa quy trình “ Thiết kế và tháo lắp xy lanh chính” .............................. 61
3.4.1. Thiết kế xy lanh chính ............................................................................... 61
3.4.2. Lắp ráp xy lanh chính ................................................................................ 64
3.4.3. Mơ phỏng chu trình lắp ráp và xuất phim ................................................. 66
3.4.4. Xử lý ảnh trên phần mềm “Ulead Gif Animatior” 5.0 .............................. 68
3.4.5. Trình diễn Macromedia Flash ................................................................... 69
3.5. Mơ phỏng hoạt động hệ thống ......................................................................... 70
3.5.1. Một số bộ phận đƣợc mô phỏng................................................................ 70
3.5.2 Giới thiệu giao diện mô phỏng ................................................................... 71
KẾT LUẬN ................................................................................................................. 76
HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ...................................................................... 77
KIẾN NGHỊ ................................................................................................................ 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 79


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 địi 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 cơng nghệ ơ tơ 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 mơi trường… trong đó vấn đề an tồn được đặt
lên hàng 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:

“ỨNG DỤNG PHẦN MỀM INVENTOR PRO MÔ PHỎNG ĐẶC ĐIỂM KẾT
CẤU VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE
TOYOTA VIOS”.
Trong thời gian thực hiện đề tài, do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên
quá trình thực hiện khơng thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Em rất mong
sự giúp đỡ, ý kiến đóng góp của q thầy cơ cùng tất cả các bạn để đề tài được
hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Văn Nhanh đã tận tình chỉ
bảo và giúp đỡ em rất nhiều.
Cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn và các bạn đã giúp em hồn thành đồ án
này.
TP Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 3 năm 2014
Sinh viên thực hiện

NGUYỄN VIỆT THÀNH
1


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
...............................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
TP. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng 3 năm 2014
Giảng Viên hƣớng dẫn

TS. Nguyễn Văn Nhanh

2


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN
...............................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
TP. Hồ Chí Minh, ngày …. tháng 3 năm 2014
Giảng Viên chấm phản biện

3


CHƢƠNG 1
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG PHANH ABS
1.1. Tổng quan
Hiện nay ô tô trở thành phƣơng tiện vận chuyển hành khách và hàng hoá quan
trọng trong các ngành kinh tế quốc dân. Ở các nƣớc phát triển, ô tô trở thành phƣơng
tiện giao thông cá nhân khá phổ biến. Ở nƣớc ta, vì số ngƣời sử dụng ơ tơ ngày càng
nhiều cùng với sự tăng trƣởng của nền kinh tế nên mật độ ô tô lƣu thông trên đƣờng
ngày càng cao dẫn đến tai nạn giao thông ngày càng nhiều. Do đó để đảm bảo tính an
tồn vấn đề tai nạn giao thông là một trong những hƣớng giải quyết cần thiết nhất,
luôn đƣợc quan tâm của các nhà thiết kế và chế tạo ô tô mà hệ thống phanh đóng vai
trị rất quan trọng.
Phanh sử dụng ABS là một trong những 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.
Cũng vì thế mà hiện nay hệ thống phanh ngày càng đƣợc cải tiến. Các 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 cơ khí ơ tơ việc khảo sát, nghiên cứu và thiết kế hệ thống
phanh ABS càng có ý nghĩa thiết thực hơn. Ðể giải quyết vấn đề này thì trƣớc 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 hƣớng và tính dẫn hƣớng 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.
Hệ thống phanh xe TOYOTA VIOS là hệ thống phanh dẫn động thủy lực sử
dụng ABS, hiện nay đang sử dụng rộng rải cho các đời xe hiện nay.
Hệ thống phanh (Brake System) là cơ cấu an toàn chủ động của ô tô, dùng để

giảm tốc độ hay dừng và đỗ ô tô trong những trƣờng hợp cần thiết. Nó là một trong
những cụm tổng thành chính và đóng vai trị quan trọng trong việc điều khiển ơ tô
trên đƣờng.
4


Chất lƣợng của một hệ thống phanh trên ô tô đƣợc đánh giá thơng qua tính hiệu
quả phanh (thể hiện qua các chỉ tiêu nhƣ quãng đƣờng phanh, gia tốc chậm dần, thời
gian phanh và lực phanh) và tính ổn định chuyển động của ô tô khi phanh.
Khi ô tô phanh gấp hay phanh trên các loại đƣờng có hệ số bám  thấp nhƣ
đƣờng trơn, đƣờng đóng băng, tuyết thì dễ xảy ra hiện tƣợng sớm bị hãm cứng bánh
xe, tức hiện tƣợng bánh xe bị trƣợt lết trên đƣờng khi phanh. Khi đó, quãng đƣờng
phanh sẽ dài hơn, tức hiệu quả phanh thấp đi; đồng thời dẫn đến tình trạng mất tính
ổn định hƣớng và khả năng điều khiển của ô tô. Nếu các bánh xe trƣớc sớm bị bó
cứng, xe khơng thể chuyển hƣớng theo sự điều khiển của tài xế; nếu các bánh sau bị
bó cứng, sự khác nhau về hệ số bám giữa bánh trái và bánh phải với mặt đƣờng sẽ
làm cho đuôi xe bị lạng, xe bị trƣợt ngang. Trong trƣờng hợp xe phanh khi đang quay
vòng, hiện tƣợng trƣợt ngang của các bánh xe dễ dẫn đến các hiện tƣợng quay vòng
thiếu hay quay vịng thừa làm mất tính ổn định khi xe quay vòng.
Để giải quyết vấn đề nêu trên, phần lớn các ô tô hiện nay đều đƣợc trang bị hệ
thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh, gọi là hệ thống “Anti-lock Braking
System” - ABS. Hệ thống này chống hiện tƣợng bị hãm cứng của bánh xe khi phanh
trên đƣờng trơn hay phanh gấp. Hệ thống ABS sẽ điều khiển thay đổi áp suất dầu tác
dụng lên các cơ cấu phanh ở các bánh xe để ngăn không cho chúng bị hãm cứng, đảm
bảo tính hiệu quả và tính ổn định của ơ tơ trong q trình phanh.
Ngày nay, hệ thống ABS đã giữ một vai trò quan trọng không thể thiếu trong
các hệ thống phanh hiện đại và nó đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối với phần lớn
các nƣớc trên thế giới.
1.2. Lịch sử phát triển
Để tránh hiện tƣợng bánh xe bị bó cứng trong quá trình phanh khi lái xe trên

đƣờng trơn, ngƣời lái xe đạp phanh bằng cách nhịp liên tục lên bàn đạp phanh để duy
trì lực bám, ngăn khơng cho bánh xe bị trƣợt lết và đồng thời có thể điều khiển đƣợc
hƣớng chuyển động của xe. Về cơ bản, chức năng của hệ thống phanh ABS cũng
giống nhƣ vậy nhƣng hiệu quả, độ chính xác và an tồn cao hơn.
5


ABS đƣợc sử dụng lần đầu tiên trên các máy bay thƣơng mại vào năm 1949,
chống hiện tƣợng trƣợt ra khỏi đƣờng băng khi máy bay hạ cánh. Tuy nhiên, kết cấu
của ABS lúc đó cịn cồng kềnh, hoạt động không tin cậy và không tác động đủ nhanh
trong mọi tình huống. Trong quá trình phát triển, ABS đã đƣợc cải tiến từ loại cơ khí
sang loại điện và hiện nay là loại điện tử.
Vào thập niên 1960, kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch điện tử (microchip)
ra đời. Hệ thống ABS lần đầu tiên đƣợc lắp trên ô tô vào năm 1969. Sau đó, hệ thống
ABS đã đƣợc nhiều công ty sản xuất ô tô nghiên cứu và đƣa vào ứng dụng từ những
năm 1970. Công ty Toyota sử dụng lần đầu tiên cho các xe tại Nhật từ năm 1971, đây
là hệ thống ABS 1 kênh điều khiển đồng thời hai bánh sau. Nhƣng phải đến thập niên
1980s hệ thống này mới đƣợc phát triển mạnh nhờ hệ thống điều khiển kỹ thuật số, vi
xử lý (digital microprocessors/microcontrollers) thay cho các hệ thống điều khiển
tƣơng tự (analog) đơn giản trƣớc đó.
Lúc đầu hệ thống ABS chỉ đƣợc lắp trên các xe du lịch cao cấp, đắt tiền, đƣợc
trang bị theo yêu cầu và theo thị trƣờng. Dần dần hệ thống này đƣợc đƣa vào sử dụng
rộng rãi hơn. Đến nay ABS gần nhƣ đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc cho tất cả các
loại xe tải, một số xe du lịch và cho phần lớn các loại xe hoạt động ở những vùng có
đƣờng băng, tuyết dễ trơn trƣợt. Hệ thống ABS không chỉ đƣợc thiết kế trên các hệ
thống phanh thủy lực, mà còn ứng dụng rộng rãi trên các hệ thống phanh khí nén của
các xe tải và xe khách lớn.
Nhằm nâng cao tính ổn định và tính an tồn của xe trong mọi chế độ hoạt động
nhƣ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột, khi đi vào đƣờng vòng với tốc độ cao,
khi phanh trong những trƣờng hợp khẩn cấp,… hệ thống ABS còn đƣợc thiết kế kết

hợp với nhiều hệ thống khác:
+ Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống kiểm soát lực kéo - Traction control (hay
ASR) làm giảm bớt công suất động cơ và phanh các bánh xe để chống hiện tƣợng các
bánh xe bị trƣợt lăn tại chỗ khi xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột. Bởi điều này làm
tổn hao vơ ích một phần cơng suất của động cơ và mất tính ổn định chuyển động của
ô tô.
6


+ Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử EBD
(Electronic Brake force Distribution) nhằm phân phối áp suất dầu phanh đến các bánh
xe phù hợp với các chế độ tải trọng và chế độ chạy của xe.
+ Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BAS (Brake Assist
System) làm tăng thêm lực phanh ở các bánh xe để có quãng đƣờng phanh là ngắn
nhất trong trƣờng hợp phanh khẩn cấp. Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống ổn định ơ
tơ bằng điện tử (ESP), khơng chỉ có tác dụng trong khi dừng xe, mà còn can thiệp
vào cả q trình tăng tốc và chuyển động quay vịng của ô tô, giúp nâng cao hiệu suất
chuyển động của ô tô trong mọi trƣờng hợp.
Các công ty nhƣ BOSCH, AISIN, DENSO, BENDIX là những công ty đi đầu
trong việc nghiên cứu, cải tiến và chế tạo các hệ thống ABS cho ô tô.
1.3. Chức năng nhiệm vụ ABS, phân loại ABS
1.3.1. Chức năng ABS
ABS thực ra là công nghệ điện tử thay thế cho phƣơng pháp phanh hiệu quả
nhất (đặc biệt trên mặt đƣờng trơn trƣợt) là đạp, nhả pêđan 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 ô tô 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 trƣờng hợp phanh gấp, nếu ECU nhận thấy một hay nhiều bánh có tốc độ
quay chậm hơn mức quy định nào đó so với các bánh cịn lại, thơng qua bơm và van

thủy lực, ABS tự động giảm áp suất tác động lên đĩa (q trình nhả), giúp bánh xe
khơng bị hãm cứng (hay cịn gọi là "bó").
Tƣơng 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 đƣợc 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" nhƣ trên các xe khơng có
ABS. Các bộ điều chỉnh lực phanh, bằng cách điều chỉnh sự phân phối áp suất trong
dẫn động phanh các bánh xe trƣớc và sau, có thể đảm bảo:
7


- Hoặc hãm cứng đồng thời các bánh xe (để sử dụng triệt để trọng lƣợng bám
và tránh quay xe khi phanh).
- Hoặc hãm cứng các bánh xe trƣớc (để đảm bảo điều kiện ổn định).

Hình 1.1- Quá trình phanh có và khơng có ABS trên đoạn đường cong
Tuy nhiên q trình phanh nhƣ vậy vẫn chƣa phải là có hiệu quả cao và an tồn
nhất vì:
- Khi phanh ngặt, các bánh xe vẫn có thể bị hãm cứng và trƣợt dọc. Các bánh
xe trƣợt lết trên đƣờng sẽ gây mòn lốp và giảm hệ số bám.
- Các bánh xe bị trƣợt dọc hồn tồn, cịn mất khả năng tiếp tục nhận lực ngang
và khơng thể thực hiên quay vịng khi phanh trên đoạn đƣờng cong hoặc đổi hƣớng
để tránh chƣớng ngại vật (hình 1.1), đặc biệt là trên các mặt đƣờng có hệ số bám
thấp. Do đó dễ gây ra những tai nạn khi phanh.
Vì vậy mục tiêu của hệ thống phanh ABS là giữ cho bánh xe trong q trình
phanh có độ trƣợt thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị λ 0, khi đó hiệu quả phanh
cao nhất (lực phanh đạt giá trị cực đại do giá trị φmax) đồng thời tính ổn định và tính
dẫn hƣớng của xe là tốt nhất (φy đạt giá trị cao), thỏa mãn các yêu cầu cơ bản của hệ
thống phanh là rút ngắn quảng đƣờng phanh, cải thiện tính ổn định và khả năng điều
khiển lái của xe trong khi phanh.

Quảng đƣờng phanh: Trong tính tốn động lực học quá trình phanh, quảng đƣờng
phanh x đƣợc xác định theo phƣơng trình sau:
8


2
2
m  V0 V f 
x=

Fp  2
2 

(1.1)

Trong đó:
x: Quãng đƣờng phanh, [m];
m: Khối lƣợng của xe, [kg];
V0: Vận tốc ban đầu khi bắt đầu phanh, [m/s];
Vf: Vận tốc cuối cùng, [m/s].
Ta thấy quãng đƣờng phanh đến khi xe dừng hẳn (Vf = 0) phụ thuộc vào vận tốc
ban đầu (V0), khối lƣợng m của xe và lực phanh Fp. Khi lực phanh đạt cực đại thì
quảng đƣờng phanh là ngắn nhất (xem các nhân tố khác giữ nguyên giá trị). Theo
hình 1.2, nếu giữ cho quá trình phanh xảy ra ở vùng lân cận λ0 thì sẽ đạt đƣợc lực
phanh cực đại, khi đó quảng đƣờng phanh là ngắn nhất. Tính ổn định chuyển động và
tính ổn định hƣớng: 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 trƣợt”. Tuy nhiên do sự khác biệt thƣờng xuyên của tải trọng và hệ số
bám trên các bánh xe và các bánh xe đƣợc điều khiển một cách độc lập với cùng một
ngƣỡng gia tốc nên lực phanh trên các bánh xe sẽ khác nhau.

Sự khác biệt lực phanh trên các bánh xe trái phải sẽ tạo ra mơ men quay vịng
cƣỡng 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 cƣỡng bức sẽ làm lệch hƣớng chuyển động của xe khi phanh, làm
giảm ổn định chuyển động.
Đối với xe du lịch mơ men qn tính của khối lƣợng nhỏ, vận tốc đâm xe lớn có
thể gây nguy hiểm khi phanh. Ngoài ra trạng thái trƣợt của các bánh xe ở các cầu
khác nhau cũng làm thay đổi đặc tính quay vòng của xe khi phanh. Nếu độ trƣợt của
bánh xe cầu trƣớc lớn hơn cầu sau dẫn đến góc lệch hƣớng trƣớc lớn hơn góc lệch
hƣớng sau thì xe có xu hƣớng quay vịng thiếu. Nếu độ trƣợt của bánh xe sau lớn hơn
bánh xe trƣớc thì xe có xu hƣớng quay vòng thừa.

9


Hình 1.2 - Sơ đồ biểu diễn hệ số trượt trên các loại đường
 Tỉ số trƣợt: Tỉ số khác biệt giữa tốc độ xe và tốc độ bánh xe
 Tỉ số trượt 0% : Trạng thái bánh xe quay tự do khơng có lực cản.
 Tỉ số trượt 100%: Trạng thái trong đó bánh xe bị bó cứng hồn toàn và trượt
trên mặt đường.
 Tỉ số trượt = (tốc độ xe – tốc độ bánh xe).100%/tốc độ xe
 Hay

λ=(1-v/v0). 100%

(1.2)

Mối quan hệ giữa lực phanh và tỉ số trƣợt đƣợc biểu diễn bởi đồ thị. Bằng đồ thị ta
có thể dễ dàng hiểu đƣợc mối liên hệ giữa lực phanh và hệ số trƣợt. Lực phanh không
nhất thiết cân đối với tỷ số trƣợt. Vì vậy để đảm bảo lực phanh lớn nhất thì tỷ số trƣợt

nằm trong vùng dung sai trƣợt 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.
10


Các hệ thống hãm cứng bánh xe khi phanh có thể sử dụng nguyên lý điều chỉnh
sau đây:
 Theo gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh.
 Theo giá trị độ trƣợt cho trƣớc.
 Theo giá trị của tỷ số vận tốc góc của bánh xe với gia tốc chậm dần của nó.
Ở các loại đƣờng nhựa khơ, hệ số bám dọc vẫn tƣơng đối cao. Tuy nhiên hệ số
bám ngang φy nhỏ, do đó khơng đảm bảo đƣợc lực bám ngang, làm cho xe mất tính
ổn định hƣớng 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:
● Đƣờng nhựa khô: Hiệu quả phanh đạt khoảng 115% (tăng 15% so với khơng
có ABS).
● Đƣờng đóng băng: Hiệu quả phanh đạt khoảng 150% (tăng 50% so với khơng
có ABS).
Tóm lại khi có trang bị hệ thống ABS:
 Lợi về hiệu quả phanh (lực phanh lớn hơn do hệ số bám luôn ở phạm vi giá trị
φmax ).
 Lợi về tính ổn định ngang do φy còn đủ lớn giúp cho xe ổn định ngang.
1.3.2. Phân loại ABS
Mặc dù có chung một nguyên lý làm việc, nhƣng các ABS có thể đƣợc thiết kế

theo nhiều sơ đồ kết cấu và biện pháp điều chỉnh áp suất khác nhau. Phân loại theo
kiểu điều khiển:
 Điều khiển theo ngưỡng trượt
- Điều khiển theo ngƣỡng trƣợt thấp (slow mode):
ECU chọn thời điểm bắt đầu bị hãm cứng của bánh xe có khả năng bám thấp, để
điều khiển áp suất phanh chung cho cả cầu xe. Lúc này, lực phanh ở các bánh xe là
bằng nhau, bằng chính giá trị lực phanh cực đại của bánh xe có hệ số bám thấp. Bánh
xe bên phần đƣờng có hệ số bám cao vẫn còn nằm trong vùng ổn định của đƣờng đặc

11


tính trƣợt và lực phanh chƣa đạt cực đại. Vì vậy, cách này cho tính ổn định cao,
nhƣng hiệu quả phanh thấp vì lực phanh nhỏ.
- Điều khiển theo ngƣỡng trƣợt cao (high mode): ECU chọn thời điểm bánh
xe có khả năng bám cao bị hãm cứng để điều khiển chung cho cả cầu xe. Trƣớc đó,
bánh xe ở phần đƣờng có hệ số bám thấp đã bị hãm cứng khi phanh. Cách này cho
hiệu quả phanh cao vì tận dụng hết khả năng bám của các bánh xe, nhƣng tính ổn
định kém.
 Điều khiển độc lập hay phụ thuộc
Trong loại điều khiển độc lập, bánh xe nào đạt tới ngƣỡng trƣợt, tức bắt đầu có xu
hƣớng bị bó cứng thì điều khiển riêng bánh đó.
Trong loại điều khiển phụ thuộc, ABS điều khiển áp suất phanh chung cho hai
bánh xe trên một cầu hay cả xe theo một tín hiệu chung, có thể theo ngƣỡng trƣợt
thấp hay ngƣỡng trƣợt cao.
 Điều khiển theo kênh
- Loại 1 kênh: Hai bánh sau đƣợc điều khiển chung (có ở ABS thế hệ đầu, chỉ
trang bị ABS cho hai bánh sau vì dễ bị hãm cứng hơn hai bánh trƣớc khi phanh).
- Loại 2 kênh: Một kênh điều khiển chung cho hai bánh xe trƣớc, một kênh điều
khiển chung cho hai bánh xe sau.

- Loại 3 kênh: Hai kênh điều khiển độc lập cho hai bánh trƣớc, kênh còn lại điều
khiển chung cho hai bánh sau.
- Loại 4 kênh: Bốn kênh điều khiển riêng rẽ cho 4 bánh.
Hiện nay loại ABS điều khiển theo 3 và 4 kênh đƣợc sử dụng rộng rãi. Ƣu và
nhƣợc điểm của từng loại đƣợc thể hiện qua các phƣơng án bố trí sau.

12


1.4. Các phƣơng án bố trí của hệ thống phanh ABS

a-Phương án 1

b-Phương án 2

c-Phương án 3

Hình 1.3 - Sơ đồ các phương án bố trí của hệ thống phanh ABS
Việc bố trí sơ đồ điều khiển của ABS phải thỏa mãn đồng thời hai yếu tố:
- Tận dụng đƣợc khả năng bám cực đại giữa bánh xe với mặt đƣờng trong quá
trình phanh, nhờ vậy làm tăng hiệu quả phanh tức là làm giảm quãng đƣờng phanh.
- Duy trì khả năng bám ngang trong vùng có giá trị đủ lớn nhờ vậy làm tăng tính
ổn định chuyển động (driving stability) và ổn định quay vòng (steering stability) của
xe khi phanh (xét theo quan điểm về độ trƣợt).
Kết quả phân tích lý thuyết và thực nghiệm cho thấy: đối với ABS, hiệu quả
phanh và ổn định khi 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 tính ổn định phanh
của xe là khá phức tạp, tùy theo phạm vi và điều kiện sử dụng mà chọn các phƣơng
án điều khiển khác nhau.

1.4.1. Phƣơng án 1
Hệ thống phanh ABS 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 thƣờng ( một mạch dẫn động cho
hai bánh xe cầu trƣớc, một mạch đẫn động cho hai bánh xe cầu sau). Với phƣơng án
này, các bánh xe đều đƣợc 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 đƣờng có hệ số bám trái và phải khơng đều thì moment xoay xe sẽ rất lớn và khó
13


có thể duy trì ổn định hƣớng bằng cách hiệu chỉnh tay lái. Ổn định khi quay vòng
cũng giảm nhiều. Vì vậy với phƣơng án này cần phải bố trí thêm cảm biến gia tốc
ngang để kịp thời hiệu chỉnh lực phanh ở các bánh xe để tăng cƣờng tính ổn định
chuyển động và ổn định quay vòng khi phanh.
1.4.2. Phƣơng án 2
ABS có 4 kênh điều khiển và mạch phanh bố trí chéo. Sử dụng cho hệ thống
phanh có dạng bố trí mạch chéo (một buồng của xy lanh chính phân bố cho một bánh
trƣớc và một bánh sau chéo nhau). ABS có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4 van
điều khiển. Trong trƣờng hợp này, 2 bánh trƣớc đƣợc điều khiển độc lập, 2 bánh sau
đƣợc điều khiển chung theo ngƣỡng trƣợt thấp, tức là bánh xe nào có khả năng bám
thấp sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau. Phƣơng án này sẽ loại bỏ đƣợc
mơ men quay vịng trên cầu sau, tính ổn định tăng nhƣng hiệu quả phanh giảm bớt.
1.4.3. Phƣơng án 3
ABS có 3 kênh điều khiển. Trong trƣờng hợp này 2 bánh xe sau đƣợc điều khiển
theo ngƣỡng trƣợt thấp, còn ở cầu trƣớc chủ động có thể có hai phƣơng án sau:
- Đối với những xe có chiều dài cơ sở lớn và moment quán tính đối với trục
đứng đi qua trọng tâm xe cao – tức là có nhiều khả năng cản trở độ lệch hƣớng khi
phanh, thì chỉ cần sử dụng một van điều khiển chung cho cầu trƣớc và một cảm biến
tốc độ đặt tại vi sai. Lực phanh trên hai bánh xe cầu trƣớc sẽ bằng nhau và đƣợc điều
chỉnh theo ngƣỡng trƣợt thấp. Hệ thống nhƣ vậy cho tính ổn định phanh rất cao

nhƣng hiệu quả phanh lại thấp.
- Đối với những xe có chiều dài cơ sở nhỏ và moment qn tính thấp thì để tăng
hiệu quả phanh mà vẫn đảm bảo tính ổn định, ngƣời ta để cho hai bánh trƣớc đƣợc
điều khiển độc lập. Tuy nhiên phải sử dụng bộ phận làm chậm sự gia tăng moment
xoay xe. Hệ thống khi đó sử dụng 4 cảm biến tốc độ đặt tại 4 bánh xe.
1.5. Sơ đồ 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 ngƣợc. Sơ đồ khối điển hình của một ABS có dạng nhƣ trên
14


hình 1.6 gồm:

Hình 1.4- Sơ đồ tổng quát của hệ thống chống hãm cứng bánh xe
1-Cảm biến tốc độ; 2- Bộ phận điều khiển; 3- Cơ cấu thực hiện; 4- Nguồn năng
lượng; 5- Xi-lanh chính hoặc tổng van khí nén; 6- Xi-lanh bánh xe hoặc bầu phanh
- Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số đƣợc
chọn để điều khiển (thƣờng là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá
trị độ trƣợt) 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 đƣợc 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.
Để hiểu đƣợc nguyên lý làm việc của hệ thống chống hãm cứng bánh xe, ta khảo
sát quá trình phanh xe nhƣ trên Hình 1.5.

Hình 1.5- Các lực và mơmen tác dụng lên bánh xe khi phanh
15

Nếu bỏ qua mômen cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Z bx = const, thì phƣơng
trình cân bằng mô men tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi phanh, có
dạng:
M p  M  Jb (

d b
)0
dt

(1.3)

Ở đây: Mp - Mômen phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh, [N.m];
Mφ - Mômen bám của bánh xe với đƣờng, [N.m];
Jb - Mơmen qn tính của bánh xe, [m/s2];
b

- Tốc độ góc của bánh xe, [rad/s].

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

d b ( M p  M  )

dt
Jb

(1.4)

Hình 1.6 - Sự thay đổi các thơng số khi phanh có ABS
Sự thay đổi Mp, Mφ, và εb theo độ trƣợt đƣợc thể hiện trên Hình 1.6

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 đƣờng 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 đƣợc sử dụng
làm tín hiệu vào thứ nhất để điều khiển làm giảm áp suất trong dịng 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.
16


Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi Mp - Mφ). Vào thời điểm
tƣơng ứng với điểm 4 – mơ 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 đƣợc 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 trƣợt giảm và bởi vậy φ và Mφ cũng tăng lên.
Tiếp theo, chu trình lặp lại. Nhƣ 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 trƣợt của bánh xe dao động trong giới hạn λ 1 † λ2, đảm bảo cho hệ số bám
có giá trị gần với cực đại nhất.
Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trƣợt thay đổi trong
khoảng λ1 † λ2 = (15 † 30)%. Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí nén khoảng
(3 † 8) Hz cịn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz.

Hình 1.7- Sơ đồ nguyên lý điều khiển của ECU
ECU liên tục nhận đƣợc các tín hiệu tốc độ của bánh xe từ 4 cảm biến tốc độ, và
ƣớc tính tốc độ của xe bằng cách tính tốn tốc độ và sự giảm tốc của mỗi bánh xe.
Khi đạp bàn đạp phanh, áp suất thuỷ lực trong mỗi xi lanh ở bánh xe bắt đầu tăng lên,
17

và tốc độ của bánh xe bắt đầu giảm xuống. Nếu bất kỳ bánh xe nào dƣờng nhƣ sắp bị
bó cứng, ECU sẽ giảm áp suất thuỷ lực trong xi lanh của bánh xe đó.
Điều chỉnh tốc độ của bánh xe
 Khoảng A
ECU điều khiển trƣợt đặt các van điện từ vào chế độ giảm áp suất theo mức
giảm tốc của các bánh xe, nhƣ vậy sẽ giảm áp suất thuỷ lực trong xi lanh của bánh xe.
Sau khi áp suất hạ xuống, ECU chuyển các van điện từ sang chế độ “giữ” để theo
dõi sự thay đổi tốc độ của bánh xe. Nếu ECU cho rằng cần tiếp tục giảm áp suất
thuỷ lực, nó sẽ lại giảm áp suất này.
 Khoảng B
Khi áp suất thuỷ lực bên trong xi lanh của bánh xe giảm (khoảng A), áp suất
thuỷ lực tác động vào bánh xe này giảm xuống. Điều này làm cho bánh xe sắp bị
khoá chặt sẽ tăng tốc độ. Tuy nhiên, nếu áp suất thuỷ lực giảm xuống, lực
phanh tác động vào bánh xe này sẽ trở nên quá thấp. Để tránh điều này, ECU đặt các
van điện từ lần lƣợt vào chế độ “tăng áp suất” và chế độ “giữ” để bánh xe sắp bị khoá
sẽ hồi phục tốc độ.
 Khoảng C
Khi áp suất thuỷ lực trong xi lanh của bánh xe đƣợc ECU tăng lên dần dần
(khoảng B), bánh xe lại có xu hƣớng bị khố. Do đó, ECU lại chuyển các van điện từ
về chế độ “giảm áp suất” để giảm áp suất bên trong xilanh của bánh xe này.
 Khoảng D
Vì áp suất thuỷ lực trong xilanh của bánh xe này lại giảm (khoảng C), ECU lại
bắt đầu tăng áp suất nhƣ trong khoảng B.
Để thấy rõ vai trị của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 1.1 nhận đƣợc khi
thử nghiệm xe du lịch trong hai trƣờng hợp có và khơng có ABS và đồ thị q trình
phanh trên hình 1.8 và 1.9.

18

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)
Loại đường

Tốc độ bắt đầu
phanh V(m/s)

Quảng đường phanh

Mức tăng

Sp(m)

hiệu quả

Có ABS

Khơng ABS

phanh (%)

Đƣờng bêtơng khơ

13,88

10,6

13,1

19,1

Đƣờng bêtơng ƣớt

13,88

18,7

23,7

21,1

Đƣờng bêtơng khơ

27,77

41,1

50,0

17,8

Đƣờng bêtơng ƣớt

27,77

62,5

100,0

37,5

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

Hình 1.9- Q trình phanh điển hình của ơ tơ có trang bị ABS
1.6. Một số sơ đồ 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.
19


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
đƣợc 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 trƣờng hợp non hoặc khơng tải.
5

6

7

ECU

4

3

2

1

Hình 1.10 - Sơ đồ ABS 1 kênh 1 cảm biến
1- Cảm biến tốc độ; 2- Xylanh chính; 3- Khối thủy lực; 4- Cơ cấu cung cấp năng
lượng; 5- Bơm cao áp; 6- Rơle điện ; 7- Xylanh bánh xe
Sơ đồ hình 1.10 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. Sơ đồ này hai bánh sau đƣợc điều
khiển chung theo modun 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.

Hình 1.11 - Sơ đồ ABS 3 kênh 3 cảm biến
Sơ đồ hình 1.11 sử dụng hai cảm biến tốc độ bánh xe đặt ở các bánh xe cầu trƣớc
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.
20


Hình 1.12- Sơ đồ ABS 3 kênh 4 cảm biến
Trên hình 1.12 là sơ đồ ABS 3 kênh có 4 cảm biến bố trí ở các bánh xe và 4 van
điều khiển. Phƣơng án này hai bánh trƣớc đƣợc điều khiển độc lập, hai bánh sau đƣợc
điều khiển chung theo modun 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. Phƣơng án này sẽ loại bỏ
đƣợc mơ men quay vịng cƣỡng bức trên cầu sau tính ổn định tăng nhƣng hiệu quả
phanh giảm bớt. Hầu hết các xe có bánh sau chủ động và nhiều xe bánh trƣớc chủ
động sử dụng ABS 3 kênh.
ABS 4 kênh điều khiển phanh 4 bánh xe một cách riêng biệt. Đây là hệ thống hoàn
chỉnh nhƣng đắt tiền nhất và yêu cầu mỗi bánh xe phải có một cảm biến tốc độ riêng.

Hình 1.13- Sơ đồ ABS 4 kênh 4 cảm biến
Trên hình 1.13 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 trƣớc bánh trƣớc chủ động).
Với phƣơng án này các bánh xe đều đƣợc tự động điều chỉnh lực phanh sao cho luôn
21


nằm trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quả phanh là lớn nhất. Tuy nhiên
khi phanh trên đƣờng có hệ số bám trái và phải khơng đều thì mơ men quay vịng
cƣỡng bức lớn tính ổn định giảm.

22