Lý do chọn đề tài
Ngành ô tô tại Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ và khẳng định vai trò quan trọng trong nền công nghiệp quốc gia Sự gia tăng này đã dẫn đến việc nhiều trường đại học, cao đẳng và trung học tích cực đưa chương trình giảng dạy về công nghệ ô tô vào hệ thống giáo dục của họ.
Ngành công nghệ ôtô hiện đại đang ứng dụng nhiều hệ thống tiên tiến nhằm đảm bảo an toàn và tiện nghi cho người sử dụng, đồng thời tối ưu hóa công suất động cơ và tốc độ xe Để đối phó với các tình huống khẩn cấp, như phanh gấp khi có chướng ngại vật hoặc khi di chuyển trên đường trơn trượt, hệ thống phanh ABS (Anti-lock Braking System) đã được trang bị cho các xe đời mới Hệ thống này giúp ngăn chặn hiện tượng trượt lết ở bánh xe, duy trì ổn định khi phanh và nâng cao hiệu quả phanh, từ đó giảm thiểu nguy cơ tai nạn ABS đã trở thành tiêu chuẩn cho hầu hết các loại xe của các hãng nổi tiếng, khẳng định tầm quan trọng của nó trong việc bảo vệ an toàn cho tài xế và hành khách.
Trong đào tạo hệ thống phanh ABS, hiện có nhiều tài liệu và mô hình hỗ trợ giảng dạy, nhưng chúng thường cồng kềnh và thiếu tính trực quan, không phù hợp cho việc giảng dạy thực hành tại xưởng Do đó, nhóm thực hiện đồ án đã quyết định chọn đề tài này.
Nghiên cứu về việc thi công và cải tạo mô hình hệ thống điều khiển phanh chống hãm cứng ABS nhằm thiết kế và chế tạo một mô hình điều khiển phanh ABS có kích thước gọn nhẹ, thuận tiện cho việc giảng dạy trong lớp học và tại xưởng thực tập.
Mục tiêu đề tài
Nghiên cứu thi công cải tạo mô hình hệ thống điều khiển phanh chống hãm cứng ABS
Nhiệm vụ đề tài
- Nghiên cứu tổng quan về hệ thống phanh chống hãm cứng trên ô tô
- Thiết kế, cải tạo mô hình hệ thống điều khiển phanh ABS
- Thi công và thực nghiệm mô hình
Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu kết cấu, cấu tạo của bộ điều khiển phanh ABS
Nghiên cứa nghuyên lý hoạt động, hư hỏng cách sữa chữa của hệ thống ABS.
Phạm vi nghiên cứu
Do hạn chế về thời gian và ngân sách, nghiên cứu này chỉ tập trung vào hệ thống phanh thủy lực trang bị hệ thống phanh ABS kiểu van điện 3 vị trí của Toyota.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu chính ở đây là phương pháp tham khảo tài liệu kết hợp với phương pháp thực nghiệm phù hợp với nhiệm vụ đề tài.
Các nghiên cứu trong nước và nước ngoài
Hệ thống mô phỏng trạng thái hoạt động thực tế của ABS được sử dụng trong đào tạo và thử nghiệm, bao gồm các thành phần giống như ABS thực tế như ECU, bơm thủy lực, cảm biến tốc độ và 4 bánh xe Các thiết bị đặc biệt trong hệ thống này được thiết kế để xem xét quán tính và trượt trong quá trình lái xe và phanh, đảm bảo chất lượng giáo dục cao Hệ thống lái xe của ABS được cài đặt bên trong với tiêu chuẩn an toàn và kiểm soát RPM hiệu quả.
Hệ thống 4 bánh xe được điều khiển bằng biến tần, với ABS hoạt động để kiểm soát phanh tị bánh xe thông qua điều khiển thủy lực dựa trên sự khác biệt tốc độ bánh xe Các mạch thủy lực và điện của ABS được in màu và lắp đặt tại bảng điều khiển, bao gồm thiết bị đo áp lực, đồng hồ rpm kỹ thuật số cho từng bánh xe, cũng như thiết bị đo áp lực cho hệ thống chân không và xi lanh chủ Đèn ABS chỉ được cài đặt và sản phẩm được cung cấp bởi CÔNG TY CỔ PHẦN ĐẦU TƯ VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHIỆP SJC VIỆT NAM.
Hình 1.2: Mô hình đào tạo hệ thống phanh ABS - EBD - BAS - TCS - VSC
Sản phẩm của công ty: CÔNG TY THƯƠNG MẠI DỊCH VỤ XÂY DỰNG SONG HƯNG THUẬN
Chú ý: Điện áp sử dụng 380V
Mô hình hoạt động hiệu quả với moay ơ gắn bánh xe được dẫn động bởi mô tơ điện 3 pha công suất lớn, cho phép hiển thị và điều chỉnh tốc độ thông qua biến tần Tải trọng tác động lên bánh xe có thể thay đổi, trong khi tổng phanh được hỗ trợ bởi bơm hút chân không Trên mặt panel 1, có các thiết bị như khoá điện, đèn Check ABS, giắc chẩn đoán OBD, bộ giắc điện đo kiểm, bàn đạp phanh, công tắc khẩn cấp và rơle cầu chì Mặt panel 2 được bố trí sơ đồ mạch điện điều khiển, sơ đồ hệ thống thủy lực và các đồng hồ đo áp suất, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả cho người sử dụng.
- Mô tả đầy đủ hoạt động của một hệ thống trên xe hoàn chỉnh
- Chạy ở các chế độ, mô phỏng các loại mặt đường
- Thường to, nặng, cồng kềnh
- Điện áp sử dụng là 3 pha, có thể gây nguy hiểm nếu không cẩn thận
Hình 1.3: Hệ thống kiểm soát phanh ABS
Hệ thống điều khiển lực phanh ABS được lắp đặt trên khung di động bằng nhôm có bánh xe, phục vụ cho các hoạt động trong phòng thí nghiệm Mô hình này là công cụ đào tạo hữu ích cho sinh viên, giúp họ làm quen với cấu trúc, các thành phần, chế độ vận hành và khả năng đo lường, chẩn đoán của hệ thống kiểm soát lực phanh Mô hình ABS cho phép quan sát lực phanh thông qua đồng hồ đo, hiển thị tổng áp lực của xi lanh chính và từng xi lanh phanh, giúp phân tích khả năng phân phối lực phanh Hệ thống phanh thủy lực gốc của xe được lắp đặt, thay thế đĩa phanh bằng má phanh trống, giúp quan sát rõ hơn khi áp suất tăng và phanh hoạt động Sơ đồ mạch điện với các mạch dầu và tiếp điểm đo được thiết lập trên giá đỡ, cùng với khả năng mô phỏng lỗi để theo dõi các thay đổi trong chế độ làm việc của hệ thống.
- Gọn nhẹ, dể di chuyển
- Cách vận hành dễ dàng, dễ quan sát các chế độ hoạt động cảu hệ thống
- Mô hình ở nước ngoài nên giá thành cao
- Khó vận chuyển về Việt Nam
Lý thuyết hệ thống ABS
Hệ thống ABS giúp ngăn chặn hiện tượng bó cứng bánh xe và mất kiểm soát khi phanh mạnh, đặc biệt trên đường trơn ướt hoặc băng tuyết Nhờ đó, tài xế có thể duy trì khả năng điều khiển và đưa xe về vị trí an toàn trong tình huống khẩn cấp.
2.1.2 Lịch sử phát triển hệ thống phanh ABS
Phanh ABS lần đầu tiên được giới thiệu vào thập niên 1960 trên các máy bay thương mại, giúp cải thiện an toàn khi hạ cánh Khi một máy bay nặng 50 tấn hạ cánh ở tốc độ 210 km/h trên đường băng bị đóng băng, việc không thể phanh hiệu quả có thể dẫn đến việc máy bay trị giá 20 triệu đô la trượt khỏi đường băng Để ngăn chặn tình trạng này, công nghệ phanh ABS đã được áp dụng cho máy bay, mang lại khả năng kiểm soát tốt hơn trong các điều kiện thời tiết xấu.
Nhằm cải tiến an toàn cho xe hơi, các nhà sản xuất ô tô hàng đầu đã nỗ lực trang bị hệ thống phanh ABS, mặc dù cụm phanh này trên máy bay thường lớn và cồng kềnh Tuy nhiên, nhờ sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử, chip và vi mạch đã giúp thu nhỏ kích thước của cụm phanh ABS, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt trên ô tô.
Hệ thống phanh ABS lần đầu tiên được áp dụng trên xe sản xuất hàng loạt vào năm 1978 Qua thời gian, ABS đã được cải tiến liên tục và hiện nay trở thành trang bị tiêu chuẩn trên hầu hết các mẫu xe mới tại Tây Âu.
Cơ cấu phanh ABS nhằm duy trì độ trượt của bánh xe trong quá trình phanh ở mức tối ưu, xung quanh giá trị λo, giúp tối đa hóa khả năng bám đường Điều này không chỉ nâng cao hiệu quả phanh mà còn cải thiện tính ổn định và khả năng dẫn hướng của bánh xe, từ đó rút ngắn quãng đường phanh và tăng cường an toàn khi lái xe.
Để ngăn chặn hiện tượng bánh xe bị hãm cứng và nâng cao hiệu quả phanh, hệ thống phanh ABS điều chỉnh áp suất phanh nhằm duy trì độ trượt của bánh xe với mặt đường trong khoảng giá trị λo một cách chặt chẽ.
Cơ cấu chống hãm cứng được thiết kế trên cơ sở cơ cấu phanh thường và được trang bị các cụm bộ phận chính sau:
Cụm tín hiệu vào có vai trò quan trọng trong việc nhận biết tình trạng của các bánh xe khi thực hiện phanh Tùy thuộc vào nguyên lý điều chỉnh, có thể sử dụng các cảm biến như cảm biến đo vận tốc góc của bánh xe, cảm biến áp suất trong hệ thống phanh, cảm biến giảm tốc của ô tô và nhiều loại cảm biến khác.
Bộ điều khiển (ECU) là thiết bị nhận và xử lý thông tin từ cụm tín hiệu đầu vào, nhằm điều khiển bộ chấp hành thủy lực Nó cung cấp áp suất dầu được tính toán tối ưu cho từng xy lanh phanh bánh xe, đảm bảo hiệu suất phanh an toàn và hiệu quả.
Cụm van điều khiển trong bộ chấp hành thủy lực nhận lệnh từ bộ điều khiển để điều chỉnh áp suất dầu, nhằm duy trì hệ số trượt dao động trong khoảng tối ưu từ 10% đến 30% Điều này giúp ngăn chặn tình trạng hãm cứng bánh xe, đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Các cơ cấu chống hãm cứng bánh xe hiện nay sử dụng nguyên lý điều chỉnh áp suất trong hệ thống phanh, dựa trên gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh.
2.2 Nghiên cứu hệ thống ABS
2.2.1 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
Lực phanh của ô tô phụ thuộc vào khả năng bám của bánh xe với mặt đường, được đặc trưng bởi hệ số bám φ.
Z: Tải trọng tác dụng lên bánh xe φ: Hệ số bám
Khi phanh gấp với lực phanh lớn (Fp) hoặc trên các bề mặt đường trơn như đường băng và tuyết, phần lớn lực phanh dư thừa không được mặt đường tiếp nhận sẽ khiến bánh xe bị bó cứng và trượt Mức độ trượt này được thể hiện qua hệ số trượt tương đối λ.
Va: Vận tốc của xe ωb: Tốc độ góc của bánh xe rb: Bán kính tính toán của bánh xe
Hình 2.1 Sự thay đổi của hệ số bám dọc φX và hệ số bám ngang φy theo độ trượt tương đối λ của bánh xe
Từ đồ thị 1.1, hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại φmax tại độ trượt tương đối λ0, thường nằm trong khoảng (10-30)% Tại giá trị λ0 này, không chỉ hệ số bám dọc đạt cực đại mà hệ số bám ngang cũng cao Khi λ0% đạt mức này, bánh xe ở trạng thái bó cứng và trượt lết hoàn toàn trên mặt đường.
Để đạt được lực phanh cực đại và hiệu quả phanh cao nhất, quá trình phanh cần được duy trì ở độ trượt của bánh xe khoảng λ0 (10-30) % Điều này giúp đảm bảo ổn định tốt nhất khi phanh.
2.2.2 Mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt
Hình 2.2 Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt
Mối quan hệ giữa lực phanh và tỉ số trượt được thể hiện qua đồ thị 1.2, cho thấy rằng lực phanh không luôn tỉ lệ thuận với tỉ số trượt Để đạt được lực phanh tối ưu, tỉ số trượt cần nằm trong vùng dung sai của hệ thống phanh ABS.
Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của hệ thống phanh ABS
2.3.1 Cấu tạo hệ thống ABS
Cơ cấu ABS được thiết kế dựa trên cấu tạo của phanh thường và bao gồm các bộ phận chính như xy lanh chính, bầu trợ lực, cơ cấu phanh bánh xe và các van điều hòa lực phanh Để thực hiện chức năng chống hãm cứng bánh xe khi phanh, ABS cần trang bị thêm cảm biến tốc độ bánh xe, hộp điều khiển điện tử (ECU), bộ chấp hành thủy lực, bộ chẩn đoán và hệ thống báo lỗi.
Một cơ cấu ABS bao gồm 3 cụm bộ phận chính :
Cụm tín hiệu vào bao gồm các cảm biến tốc độ bánh xe và công tắc báo phanh, có chức năng truyền tải thông tin về tốc độ bánh xe và tín hiệu phanh đến hộp điều khiển điện tử (ECU) dưới dạng tín hiệu điện.
Hộp điều khiển điện tử (ECU) đóng vai trò quan trọng trong việc nhận và xử lý tín hiệu vào, từ đó gửi tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành thủy lực Chức năng chính của ECU là điều khiển quá trình phanh, đặc biệt là trong hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe.
- Bộ phận chấp hành gồm có bộ điều khiển thuỷ lực, bộ phận hiển thị đèn báo phanh ABS, bộ phận kiểm tra, chẩn đoán
+ Bộ điều khiển thuỷ lực nhận tín hiệu điều khiển từ ECU thực hiện quá trình phân phối áp suất dầu đến các cơ cấu phanh bánh xe
Bộ phận hiển thị đèn báo phanh và hệ thống kiểm tra chẩn đoán có vai trò quan trọng trong việc thông báo cho người lái xe khi hệ thống ABS gặp sự cố, thông qua các xung điện hoặc tín hiệu nhấp nháy của đèn báo.
Hình 2.4 Sơ đồ điều khiển cơ cấu phanh thường
1.Bàn đạp phanh; 2.Bình đựng dầu; 3 Xylanh chính; 4 Ống dẫn dầu 5,6 Cơ cấu phanh
Hình 2.5 Sơ đồ khối các cụm chức năng của cơ cấu ABS
Hình 2.6 Sơ đồ điều khiển của cơ cấu ABS
2.3.2 Nguyên tắc điều khiển cơ bản của cơ cấu ABS như sau:
Các cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ nhận diện tốc độ góc của bánh xe và truyền tín hiệu đến ECU dưới dạng xung điện áp xoay chiều.
ECU theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách phân tích tốc độ xe và sự thay đổi tốc độ của từng bánh Nó xác định mức độ trượt thông qua việc so sánh tốc độ giữa các bánh xe, giúp cải thiện hiệu suất và an toàn khi lái xe.
Khi phanh gấp hoặc phanh trên các bề mặt ướt và trơn trượt, ECU điều khiển bộ chấp hành thủy lực sẽ cung cấp áp suất dầu tối ưu cho từng xy lanh phanh bánh xe Hệ thống này hoạt động theo các chế độ tăng áp, giữ áp và giảm áp, nhằm duy trì độ trượt trong giới hạn tốt nhất, giúp tránh tình trạng hãm cứng bánh xe khi phanh.
2.3.3 Các bộ phận chính trong hệ thống
- Cảm biến tốc độ bánh xe
Cảm biến tốc độ bánh xe đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện sự thay đổi tốc độ của bánh xe Nó gửi tín hiệu đến ECU, giúp ECU nhận diện và xử lý thông tin để điều khiển các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiệu quả.
Cảm biến tốc độ bánh xe bao gồm một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây quấn quanh lõi từ, và hai đầu cuộn dây được kết nối với ECU.
Hình 2.7 Cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ
Khi bánh xe quay, vành răng cũng quay theo, dẫn đến sự thay đổi khe hở A giữa lõi từ và vành răng, tạo ra từ thông biến thiên Điều này gây ra sức điện động xoay chiều dạng hình sin trong cuộn dây, với biên độ và tần số thay đổi tỉ lệ với tốc độ góc của bánh xe Tín hiệu này liên tục được gửi về ECU Tùy thuộc vào cấu tạo của cảm biến, vành răng và khe hở giữa chúng, các xung điện áp tạo ra có thể dưới 100mV ở tốc độ thấp hoặc vượt quá 100mV ở tốc độ cao.
Khe hở không khí giữa lõi từ và đỉnh răng của vành răng cảm biến chỉ khoảng 1mm, và độ sai lệch phải nằm trong giới hạn cho phép Nếu khe hở vượt quá giá trị tiêu chuẩn, cơ cấu ABS sẽ không hoạt động hiệu quả.
Hình 2.8 Tín hiệu điện áp ở cảm biến tốc độ bánh xe
Trên một số xe, ngoài cảm biến tốc độ bánh xe, còn có cảm biến giảm tốc giúp ECU xác định chính xác sự giảm tốc trong quá trình phanh, từ đó cải thiện mức độ đáp ứng của hệ thống ABS Cảm biến này thường được sử dụng trên xe 4WD, vì khi một bánh xe bị hãm cứng, các bánh xe khác cũng có xu hướng bị ảnh hưởng do chúng được kết nối với cơ cấu truyền lực Cảm biến giảm tốc còn được gọi là cảm biến “G”.
- Cảm biến gia tốc ngang
Cảm biến gia tốc ngang, được trang bị trên một số mẫu xe, nâng cao khả năng xử lý khi phanh trong quá trình quay vòng, giúp làm chậm quá trình tăng mô men xoay Khi xe quay, bánh xe phía trong có xu hướng nhấc khỏi mặt đất do lực ly tâm, trong khi bánh xe bên ngoài, đặc biệt là bánh trước bên ngoài, bị tỳ mạnh xuống mặt đường Điều này khiến bánh xe phía trong dễ bị bó cứng hơn so với bánh xe bên ngoài Nhiệm vụ của cảm biến gia tốc ngang là xác định gia tốc ngang của xe trong quá trình quay và gửi tín hiệu về ECU.
2.3.3.2 Hộp điều khiển điện tử (ABS ECU)
Dựa vào tín hiệu từ các cảm biến tốc độ bánh xe, ECU ABS có khả năng xác định tốc độ góc của từng bánh xe và tốc độ của xe trong quá trình phanh Mặc dù tốc độ góc của bánh xe có thể giảm, mức độ giảm tốc sẽ thay đổi tùy thuộc vào tốc độ xe khi phanh và điều kiện mặt đường, như nhựa asphalt khô, mặt đường ướt hoặc bị đóng băng.
ECU có khả năng đánh giá mức độ trượt giữa các bánh xe và mặt đường thông qua sự thay đổi tốc độ góc của bánh xe khi phanh Dựa trên thông tin này, ECU điều khiển bộ chấp hành ABS để cung cấp áp suất dầu tối ưu cho các xi lanh bánh xe.
ABS ECU cũng bao gồm chức năng kiểm tra ban đầu, chức năng chẩn đoán, chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ và chức năng dự phòng
2.3.3.3 Điều khiển tốc độ xe
Lựa chọn phương án thiết kế
Quan sát các mẫu thiết kế trước
Hình 3.1: Mô hình ABS ở xưởng Ưu điểm: Gọn nhẹ, dễ di chuyển
Khuyết điểm: Khó quan sát được tất cả các cụm chi tiết khi phanh hoạt động
Hình 3.2: Mô hình ABS kiểu truyền thống Ưu điểm: Nhìn rõ các cụm chi tiết
Khuyết điểm: Cồng kềnh, nặng, khó di chuyển
Sau khi phân tích và đánh giá các mô hình có sẵn trong xưởng, nhóm đã quyết định thiết kế bằng cách đặt các cụm chi tiết lên bảng.
27 Ưu điểm: gọn nhẹ, dễ di chuyển, cách vận hành và quan sát các cụm chi tiết trực quan hơn
Hình 3.3: Mẫu ý tưởng thiết kế.
Thiết kế mô hình
Hình 3.4: Kích thước khung mô hình trên bản vẽ thiết kế
- Vật liệu thép hộp vuông 30x30, thép vuông 30x60
- Kích thước cơ bản: dài x rộng x cao = 1530x600x1200 (mm)
3.2.2 Bố trí các cụm chi tiết trên bảng
- Vật liệu làm bảng: phíp cam
Hình 3.5: Các cụm chi tiết trên bảng
Bảng 2: Các cụm chi tiết bố trí
Stt Tên chi tiết Số lượng (cái)
5 Công tắc nguốn IG/SW 1
7 Van điều hòa lực phanh, bộ chấp hành 1
11 Giắc đo điện áp và công tắc pan 42
Các bộ phận chính
3.3.1 Hệ thống phanh thủy lực:
- Sơ đồ khối hệ thống:
Hình 3.6: Sơ đồ tổng quan một hệ thống phanh thủy lực
- Bàn đạp phanh, xi lanh chính loại kép (2 dòng), bình dầu và bầu trợ lực chân không
Hình 3.7: Xi lanh chính, bầu trợ lực, bình dầu, bàn đạp
Xilanh chính trong hệ thống phanh chuyển đổi lực từ bàn đạp phanh thành áp suất thủy lực Áp suất này được truyền đến các xilanh con ở bánh xe, điều khiển guốc phanh hoặc tấm má phanh để hãm bánh xe hiệu quả.
Hình 3.8: Xilanh chính và bình dầu
Bầu trợ lực phanh là thiết bị giúp khuếch đại lực tác động khi đạp chân phanh, giảm thiểu lực cơ học cần thiết để vận hành hệ thống phanh Trong hầu hết các hệ thống phanh ô tô, bầu trợ lực phanh thường được kết hợp với xi lanh tổng phanh để đảm bảo hiệu suất phanh tối ưu.
Hình 3.9: Cấu tạo của bầu trợ lực phanh
Bầu trợ lực phanh là một bộ phận quan trọng trên ô tô, được lắp đặt giữa xi lanh chính và bàn đạp phanh Thiết bị này có hình dạng hộp tròn bằng kim loại và bao gồm các thành phần như màng trợ lực, van khí trời, van chân không và các lò xo, giúp tăng cường hiệu quả phanh.
Dùng để giảm nhẹ cường độ của người lái khi đạp phanh trên ô tô
- Cơ cấu phanh tang trống:
Trống phanh bao gồm các thành phần chính như đĩa đỡ, guốc phanh, trống phanh và xi-lanh bánh xe, cùng với lò xo hồi và một số cơ cấu tự động Khi phanh được kích hoạt, lực tác động lên dầu phanh tạo áp lực, đẩy vào xi-lanh bánh xe, khiến guốc phanh tiếp xúc với bề mặt bên trong trống phanh Khi nhả phanh, áp suất giảm và lò xo hồi kéo guốc phanh trở lại vị trí ban đầu Tuy nhiên, do trống phanh bao quanh guốc phanh, việc tiêu tán nhiệt trở nên khó khăn, dẫn đến khả năng chịu nhiệt kém của loại phanh này.
Hình 3.10: Cấu tạo phanh tang trống
Hệ thống phanh dẫn động thủy lực phân chia chia chéo thường sử dụng van điều hòa kép, được thiết kế tương tự như hai van điều hòa đơn lắp ghép song song Một van điều khiển áp suất cho bánh sau bên phải và một van điều khiển áp suất cho bánh sau bên trái.
- Đường ống dầu phanh: Được làm bằng đồng hoặc thép không gỉ, không chỉ đẹp mà còn duy trì áp suất ổn định bên trong hệ thống
- Đồng hồ đo áp suất: Đồng hồ đo áp suất cơ khí
Cấu tạo của thiết bị bao gồm một ống đồng dẹt uốn cong hình dấu hỏi, với một đầu bịt kín và đầu còn lại nối với lưu thể cần đo áp suất, có thể là khí hoặc chất lỏng Đầu bịt kín được liên kết mềm với một đầu của cặp bánh răng, trong khi trục bánh răng còn lại gắn lò xo đàn hồi và kim đồng hồ để hiển thị kết quả đo.
Nguyên lý hoạt động của đồng hồ áp suất dựa trên sự co – giãn của ống đồng dưới áp suất của lưu thể Khi áp suất đủ, kim đồng hồ sẽ quay nhờ cơ cấu bánh răng để chỉ ra mức áp suất tương ứng Ngược lại, nếu áp suất không đủ, kim sẽ quay về vị trí “0” nhờ vào lò xo đàn hồi.
Hình 3.12: đồng hồ đo áp suất
3.3.2 Hệ thống điều khiển ABS:
- Sơ đồ khối hệ thống điều khiển ABS:
Hình 3.13: sơ đồ điều khiển của ECU ABS
Hình 3.14: Hộp ECU ABS o Chức năng:
- Công tắ c phanh, phanh tay
ABS ECU có khả năng nhận diện tốc độ góc của tất cả các bánh xe và tốc độ của xe thông qua hệ thống cảm biến Nó gửi tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành để điều chỉnh áp suất trong các xy lanh bánh xe một cách tối ưu Ngoài ra, ABS ECU còn đảm nhiệm một số chức năng quan trọng khác.
Chức năng kiểm tra ban đầu
- Cảm biến tốc độ và vòng răng cảm biến
Cảm biến tôc độ bánh xe nhận biết tốc độ góc của các bánh xe và gửi tín hiệu về ABS ECU dưới dạng xung điện áp xoay chiều
Hình 3.15: Cảm biến tốc độ và vòng răng cảm biến
Khi bánh xe quay, vành răng cũng quay theo, dẫn đến sự thay đổi khe hở A giữa đầu lõi từ và vành răng Sự biến thiên này tạo ra từ thông, gây ra sức điện động xoay chiều dạng hình sin với biên độ và tần số thay đổi theo tốc độ góc của bánh xe Tín hiệu này được gửi liên tục về ECU.
Hình 3.16: Cách bố trí các cảm biến, vòng răng cảm biến
- Bộ chấp hành thủy lực loại 4 van điện 3 vị trí
Hình 3.17: Bộ chấp hành ABS
Cấp hay ngắt áp suất dầu từ xilanh phanh chính đến mỗi xi lanh phanh đĩa theo tín hiệu từ ECU để điều tốc độ bánh xe
Cấu tạo: o Van điện 3 vị trí o Bình tích năng và bơm
Công tắc máy khởi động mô hình hoạt động, trong khi cầu chì đảm bảo an toàn cho hệ thống bằng cách ngắt khi xảy ra hiện tượng quá dòng Ngoài ra, giắc chuẩn đoán giúp đọc mã lỗi khi có sự cố xảy ra trong hệ thống.
3.3.3 Hệ thống điều khiển mô phỏng hoạt động mô hình:
- Sơ dồ khối hệ thống:
Tín hiệu vào Tín hiệu ra
Hình 3.18: Sơ đồ khối hệ thống mô phỏng hoạt động
- Motor dẫn động vòng răng cảm biến:
Hai vòng răng cảm biến được nối với trục của motor, nhằm mô phỏng hoạt động của 4 bánh xe Motor được sử dụng là loại 12V DC
Hình 3.19: Motor và vòng răng cảm biến
Module này được thiết kế dành cho các ứng dụng điều khiển tốc độ và vị trí dùng
Hình 3.20: Mạch cầu H IR 2184 o Đặc tính kỹ thuật:
Có Led báo nguồn cho mạch
Có Led báo chiều động cơ
Board được thiết kế nhỏ gọn
Dùng ic kích FET chuyên dụng IR2184 o Hướng dẫn sử dụng board IR2184
Cấp nguồn cho Board theo sơ đồ hình vẽ trên bao gồm:
Hình 3.21: Sơ đồ mắc dây
GND o Có hai cách điều khiển như sau:
- Nếu ta cấp MASS của Board VDK cho chân DIR- và chân PWM- thì lúc đó
Ta sẽ điều khiển tốc độ bằng PWM dương, nghĩa là:
Độ rộng xung mức 1 của PWM ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ động cơ; khi PWM đạt giá trị tối đa, tốc độ động cơ sẽ nhanh nhất, ngược lại, khi PWM ở mức tối thiểu, động cơ sẽ chậm lại và dừng hẳn.
Chân PWM+ lúc này nối với chân PWM của VDK
Chân DIR+ lúc này cấp mức 1 thì động cơ quay thuận, cấp mức 0 thì động cơ quay nghịch
- Nếu ta cấp +5V của Board VDK cho chân DIR+ và chân PWM+ thì lúc đó:
Ta sẽ điều khiển tốc độ bằng PWM âm, nghĩa là:
Độ rộng xung mức 0 của PWM ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ của động cơ; khi độ rộng xung mức 0 lớn, tốc độ động cơ tăng nhanh và đạt tối đa khi PWM ở mức Min Ngược lại, nếu độ rộng xung mức 0 nhỏ, tốc độ động cơ sẽ chậm lại và dừng hoàn toàn khi PWM ở mức Max.
Chân PWM- lúc này nối với chân PWM của VDK
Chân DIR- lúc này cấp mức 1 thì động cơ quay thuận, cấp mức 0 thì động cơ quay nghịch
Arduino là một board mạch vi xử lý mở, giúp xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau và với môi trường Phần cứng của nó được thiết kế dựa trên vi xử lý AVR Atmel 8bit hoặc ARM Atmel 32-bit, với các model hiện tại trang bị 1 cổng USB, 6 chân đầu vào analog và 14 chân I/O kỹ thuật số, tương thích với nhiều board mở rộng khác.
Vi điều khiển ATmega 328 họ 8 bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)
Tần số hoạt động 16MHz
Dòng tiêu thụ Khoảng 30mA Điện áp khuyên dùng 7 – 12V DC Điện áp vào giới hạn 6 – 20V DC
Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)
Số chân Analog 6 (độ phân giải 10 bit)
Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA
Dòng ra tối đa (5V) 500mA
Dòng ra tối đa (3.3V) 50mA
Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader
Thi công
- Dựa trên bản vẽ thiết kế thì nhóm tiến hành làm dựa trên nó
- Sau khi hoàn thành và sơn màu (xanh dương)
4.1.2 Bảng đặt cụm chi tiết
- Dựa trên bản thiết kế
- Sơn lại các cụm chi tiết
- Tiến hành lắp đặt lên mặt bảng
Hình 4.2: Mặt bố trí các cụm chi tiết
4.1.3 Thiết kế, thi công lại đường dây điện
Hình 4.3 Sơ đồ mạch điện
Bao gồm: đèn IG/SW (màu vàng), đèn ABS (màu đỏ), đèn phanh (màu đỏ), đèn bơm (màu xanh)
Hình 4.4: Bố trí hệ thống đèn báo
Mắc 2 dây motor vào 2 mạch cầu H IR2814
2 chân PWM + và DIR + của mạch cầu lần lợt mắc vào các chân 3 4 5 6 của Arduino
Chân PWM - và DIR - của mạch cầu nối vào chân GND của Arduino
Tín hiệu đạp phanh nối với chân 11 của Arduino
Hình 4.5: Bố trí motor và cảm biến
- Giắc đo và công tắc tạo pan
Hình 4.6 Bảng pan và giắc đo
Hình 4.7: Bố trí ống dầu.
Hình 4.8: Tổng quan mô hình.
Thực nghiệm
Cấp nguồn ắc quy 12v cho toàn hệ thống
Cấp nguồn ắc quy cho mô hình Lưu ý phải cấp đúng âm dương cho mạch, đỏ vào dương và đen vào âm ắc quy
Chế độ tự kiểm tra và chẩn đoán của ABS:
Bật công tắc nguồn IG/SW để đèn báo IG/SW sáng, cho biết nguồn 12V đã được cấp cho mô hình Đèn báo ABS sáng kèm theo tiếng kêu từ rơ le và van điện, sau đó đèn LED sẽ sáng rồi tắt Đèn báo phanh cũng sáng trong 3 giây rồi tắt, đánh dấu sự khởi đầu của quá trình tự kiểm tra và chẩn đoán ban đầu.
Khi hệ thống hoạt động bình thường, đèn ABS sẽ tắt trong vòng 3 giây, cho thấy hệ thống đã sẵn sàng Khi bạn đạp phanh, đèn báo phanh sẽ sáng lên.
Nếu đèn ABS không tắt sau 3 giây, điều này cho thấy có hư hỏng trong hệ thống, khiến ABS không hoạt động và phanh chỉ ở chế độ bình thường Để khắc phục, cần đọc mã lỗi và kiểm tra, sửa chữa hệ thống Hệ thống ABS chỉ hoạt động hoàn chỉnh khi đèn ABS tắt sau 3 giây từ lúc bật công tắc nguồn IG/SW.
Chế độ đọc và xóa mã lỗi:
Chú ý: Khi bật công tắc phải chắc chắn đèn báo ABS sáng, nếu không phải kiểm tra mạch đèn báo ABS
- Đọc mã lỗi o Khi không nối TC với Mass
Bật công tắc sang vị trí IG
Nếu hệ thống ABS bình thường đèn báo ABS sáng lên khoảng 3s rồi tắt
Nếu hệ thống ABS có sự cố (hư hỏng) thì đèn báo ABS sáng để cảnh báo có sự cố hệ thống
Nếu có hư hỏng xảy ra thì chúng ta kiểm tra mạch nguồn, mạch đèn ABS, bóng đèn,… o Khi nối TC với E1 trên giắc chẩn đoán
Nối chân TC với Mass
Bật công tắc sang vị trí IG
Nếu hệ thống ABS bình thường thì đèn báo ABS nháy đều với chu kì 0.25s
Nếu hệ thống ABS có sự cố (hư hỏng) thì đèn báo ABS nháy báo mã lỗi
Hình 4.9 ABS hoạt động bình thường
Bảng 4: Mã lỗi của các hư hỏng trong hệ thống ABS
Mã lỗi Chuẩn đoán Vùng hư hỏng
11 Hở mạch trong relay van điện Mạch bên trong của bộ chấp hành
12 Chập mạch trong relay van điện
Role điều khiển Dây điện, giắc nối của role van điện
13 Hở mạch trong mạch relay van motor bơm Mạch bên trong của bộ chấp hành
Role điều khiển Dây điện, giắc nối của role van điện
21 Hở hay ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe trước phải
Van điện bộ chấp hành Dây điện, giắc nối của mạch điện bộ chấp hành
22 Hở hay ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe trước trái
23 Hở hay ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe sau phải
24 Hở hay ngắn mạch van điện 3 vị trí của bánh xe sau trái
31 Cảm biến tốc độ bánh xe trước phải hỏng
Cảm biến tốc độ bánh xe Vòng răng cảm biến tốc độ bánh xe
Dây dẫn và giắc nối của cảm biến tốc độ bánh xe
32 Cảm biến tốc độ bánh xe trước trái hỏng
33 Cảm biến tốc độ bánh xe sau phải hỏng
34 Cảm biến tốc độ bánh xe sau trái hỏng
35 Hở mạch cảm biến tốc độ bánh xe sau phải hay trước trái
36 Hở mạch cảm biến tốc độ bánh xe trước phải hay sau trái
37 Hỏng cả 2 roto cảm biến tốc độ Vòng răng cảm biến tốc độ bánh xe
41 Điện áp ác qui không bình thường (nhỏ hơn 9,5V hay lớn hơn 16,2V)
51 Motor bơm của bộ chấp hành bị kẹt hay hở mạch motor bơm của bộ chấp hành
Motor bơm, ac qui và role Dây điện, giắc nối và bu
48 lông tiếp mass hay hở mạch motor bơm của bộ chấp hành
Luôn sáng ABS ECU hỏng ECU
- Xóa mã lỗi Để xóa mã lỗi ta còn có thể tháo cực ắc quy để xóa hoàn toàn tất cả mã lỗi trong ECU
Khi đạp phanh, đèn phanh sáng lên, guốc phanh bung ra và bám vào thành trống phanh, cho thấy xe đang giảm tốc Motor dừng quay và bơm hoạt động, đèn bơm màu xanh sáng, phát ra tiếng kêu nhỏ cùng áp lực đẩy về bàn đạp phanh, trong khi đèn ABS nháy sáng, chứng tỏ hệ thống ABS hoạt động bình thường.
Khi đó áp suất dầu ở các bánh xe như sau:
Hình 4.11: Tổng phanh Hình 4.12: 2 bánh trước
Hình 4.13: Bánh sau trái Hình 4.14: Bánh sau phải
Kiểm tra hoạt động của hệ thống
- Nhận biết các tình huống mà hệ thống ABS không hoạt động
- Xác định trạng thái của hệ thống phanh khi ABS không hoạt động
1 Đạp phanh khi bánh xe chưa quay ( ứng với trường hợp xe đỗ) hay đang chạy ở tốc độ thấp (