TĨM TẮT
Ngày nay, sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật cùng với nhu cầu sử
dụng ô tô ngày càng tăng đã dẫn đến số lượng ô tô tham gia giao thơng tăng lên nhanh
chóng, tai nạn giao thơng xảy ra càng nhiều và càng nghiêm trọng, địi hỏi phải có các hệ
thống an tồn chủ động lẫn bị động có độ chính xác cao để hạn chế các tai nạn đáng tiếc
do các phương tiện giao thông gây ra. Việc trang bị thêm các kiến thức liên quan đến các
hệ thống an tồn này trên phanh ơ tô là hết sức cần thiết giúp người sử dụng đúng cách,
người thợ nắm được nguyên lý làm việc cơ bản để đề ra phương hướng sửa chữa thích
hợp, giúp xe tham gia giao thông được ổn định và an tồn để giảm thiểu tai nạn.
Vì vậy với đề tài “Nghiên cứu và biên soạn các hệ thống an toàn trên hệ thống
phanh thủy lực ơ tơ” nhằm mục đích xây dựng tài liệu tham khảo hữu ích một cách dễ
hiểu và tổng quát về các hệ thống an toàn trên hệ thống phanh thủy lực ô tô.
Trong đề tài này, chúng em trình bày về cơ sở lý thuyết, cấu tạo và nguyên lý hoạt
động và sơ đồ của các hệ thống an toàn trên hệ thống phanh thủy lực như: ABS, EBD,
BA, TRC, ESP, DAC, HAC và SBC.
Trong thời gian nghiên cứu và thực hiện, chúng em đã hoàn thành nhiệm vụ đồ án
đã đặt ra. Nội dụng thể hiện rõ qua 6 chương như sau:
-

Chương 1: Tổng quan

-

Chương 2: Các cảm biến được trang bị trong các hệ thống an tồn trên hệ thống
phanh thủy lực ơ tô

-

Chương 3: Hệ thống ABS kết hợp với hệ thống EBD và BA

-

Chương 4: Hệ thống kiểm soát lực kéo TRC và hệ thống cân bằng điện tử ESP

-

Chương 5: Hệ thống chống trượt khi xuống dốc DAC và hệ thống khởi hành
ngang dốc HAC

-

Chương 6: Hệ thống phanh tích hợp điều khiển điện tử SBC (Sensotronic Brake
Control)

12


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ 11
TĨM TẮT

........................................................................................................ 12

DANH SÁCH KÍ HIỆU VÀ TÊN VIẾT TẮT............................................................. 17
DANH SÁCH HÌNH ẢNH ........................................................................................ 18
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................ 22
CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN .................................................................................. 23

1.1


Tính cần thiết ................................................................................................ 23

1.2

Mục tiêu đề tài .............................................................................................. 23

1.3

Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 23

1.4

Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 23

1.5

Phạm vi nghiên cứu....................................................................................... 24

CHƯƠNG 2.

CÁC CẢM BIẾN ĐƯỢC TRANG BỊ TRONG CÁC HỆ THỐNG AN

TỒN TRÊN HỆ THỐNG PHANH THỦY LỰC Ơ TÔ ............................................. 25
2.1

Cảm biến tốc độ bánh xe: .............................................................................. 26

2.1.1


Cảm biến tốc độ thụ động (loại điện từ có nam châm đứng yên): .............26

2.1.2

Cảm biến tốc độ loại chủ động: .................................................................27

2.2

Cảm biến gia tốc theo chiều dọc (hay cảm biến giảm tốc hoặc cảm biến G) ..... 29

2.3

Cảm biến gia tốc theo chiều ngang:................................................................ 30

2.4

Cảm biến góc tay lái (SAS – steering angle sensor) ........................................ 33

2.4.1

Loại Hall: ...................................................................................................33

2.4.2

Loại Photodiot: ...........................................................................................36

2.5

Cảm biến góc xoay thân xe (Yaw rate sensor): ............................................... 37


2.5.1

Loại vi cơ: Trong phiên bản của Bosch .....................................................37

2.5.2

Loại áp điện: Trong phiên bản của ITT Automotive: ................................37

2.6

Cảm biến áp suất dầu phanh: ......................................................................... 40

2.6.1

Kiểu áp điện trở: Trong phiên bản của Bosch...........................................41

2.6.2

Kiểu tụ: Trong phiên bản của ITT Automotive ........................................42

13


2.7

Cảm biến vị trí bướm ga phụ: ........................................................................ 42

CHƯƠNG 3.

HỆ THỐNG ABS KẾT HỢP VỚI HỆ THỐNG EBD VÀ BA ............ 45


3.1 HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG BÁNH XE KHI PHANH (ABS - ANTILOCK BRAKING SYSTEM): ............................................................................... 45
3.1.1

Giới thiệu chung về hệ thống ABS: ...........................................................45

3.1.2

Cơ sở lí thuyết ............................................................................................45

3.1.3

Đồ thị đặc tính trượt khi phanh ..................................................................46

3.1.4

Q trình điều khiển của ABS ...................................................................48

3.1.5

Phân loại theo phương thức điều khiển ......................................................52

3.1.6

Cấu tạo hệ thống ABS: ...............................................................................54

3.1.7

Bộ chấp hành thủy lực: ..............................................................................56


3.1.8

ABS ECU ...................................................................................................61

3.1.9

Một số hệ thống ABS khác: .......................................................................63

3.2 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI LỰC PHANH ĐIỆN TỬ (EBD - ELECTRONIC
BRAKE-FORCE DISTRIBUTION): ...................................................................... 65
3.2.1

Giới thiệu chung về EBD: ..........................................................................65

3.2.2

Cấu tạo hệ thống EBD bao gồm: ...............................................................66

3.2.3

Nguyên lí hoạt động của EBD: ..................................................................67

3.2.4

Nguyên lý hoạt động của EBD: .................................................................69

3.2.5

Điều kiện làm việc của hệ thống EBD: ......................................................72


3.2.6

Ưu điểm của hệ thống EBD: ......................................................................72

3.3

HỆ THỐNG PHANH KHẨN CẤP (BA- BRAKE ASSIST SYSTEM): .......... 72

3.3.1

Giới thiệu chung về BA: ............................................................................72

3.3.2

Cấu tạo của hệ thống BA: ..........................................................................73

3.1

Nguyên lý hoạt động của hệ thống BA: .......................................................... 74

3.2

Ưu điểm của hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp: ................................................ 77

CHƯƠNG 4.

HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LỰC KÉO TRC VÀ HỆ THỐNG CÂN

BẰNG ĐIỆN TỬ ESP ............................................................................................... 78
4.1 HỆ THỐNG KIỂM SOÁT LỰC KÉO (TRC - TRACTION CONTROL

SYSTEM): ............................................................................................................ 78
4.1.1

Giới thiệu chung về TRC: ..........................................................................78

14


4.1.2

Cấu tạo và hoạt động của các phần tử hệ thống TRC: ...............................79

4.1.3

Ưu, nhược điểm của hệ thống TRC: ..........................................................90

4.2 HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ (ESP - ELECTRONIC STABILITY
PROGRAM): ........................................................................................................ 91
4.2.1

Giới thiệu chung hệ thống ESP: .................................................................91

4.2.2

Cấu tạo của hệ thống ESP: .........................................................................92

4.2.3

Nguyên lý hoạt động của hệ thống ESP:....................................................94


4.2.4

Ưu điểm của hệ thống ESP: .....................................................................102

CHƯƠNG 5.

HỆ THỐNG CHỐNG TRƯỢT KHI XUỐNG DỐC (DAC) VÀ HỆ

THỐNG KHỞI HÀNH NGANG DỐC (HAC).......................................................... 103
5.1 HỆ THỐNG CHỐNG TRƯỢT KHI XUỐNG DỐC (DAC - DOWN HILL
ASSIST CONTROL) ........................................................................................... 103
5.1.1

Giới thiệu chung về DAC: .......................................................................103

5.1.2

Điều kiện để hệ thống hoạt động: ............................................................104

5.1.3

Cấu tạo và chức năng từng chi tiết trong hệ thống DAC .........................107

5.1.4

Nguyên lí hoạt động: ................................................................................108

5.2 HỆ THỐNG KHỞI HÀNH NGANG DỐC (HAC - HILL START ASSISST
CONTROL) ........................................................................................................ 109
5.2.1


Giới thiệu chung về HAC: .......................................................................109

5.2.2

Cấu tạo hệ thống HAC: ............................................................................110

5.2.3

Các điều kiện để kích hoạt hệ thống HAC. ..............................................111

5.2.4

Nguyên lí điều khiển hệ thống HAC:.......................................................111

CHƯƠNG 6.

HỆ THỐNG PHANH TÍCH HỢP ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN TỬ SBC

(SENSOTRONIC BRAKE CONTROL) ................................................................... 119
6.1

Giới thiệu chung về SBC: ............................................................................ 119

6.2

Chức năng của SBC: ................................................................................... 119

6.2.1


Chức năng Soft-stop:................................................................................119

6.2.2

Chức năng tự làm khô đĩa phanh: ............................................................119

6.2.3

Chức năng điền sẵn: .................................................................................120

6.2.4

Đặc tính biến đổi của bàn đạp phanh: ......................................................120

6.2.5

Chức năng khởi động trước: ....................................................................120

15


6.2.6

Chức năng tắt muộn: ................................................................................120

6.2.7

Chức năng giới hạn áp suất: .....................................................................120

6.2.8


Chức năng bù nhiệt: .................................................................................121

6.3

Cấu tạo và nguyên lí điều khiển các cụm thành phần trong hệ thống SBC...... 121

6.3.1

Bộ điều khiển: ..........................................................................................121

6.3.2

Bộ thủy lực: ..............................................................................................125

KẾT LUẬN

...................................................................................................... 133

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 134

16


DANH SÁCH KÍ HIỆU VÀ TÊN VIẾT TẮT
Ký
hiệu
ABS
EBD


Tiếng Anh

Tiếng Việt

Anti-Lock Braking System

Hệ thống chống bó cứng bánh xe

Electronic Brake-force
Distribution

Hệ thống phân phối lực phanh điện tử
Hệ thống phanh khẩn cấp

BA

Braking Assist System

TCS

Traction Control System

TRC

Traction Control

ESP

Electronic Stability Program


ESC

Electronic Stability Control

VSC

Vehicle Stability Control

ASR

Anti Slip Regulator

HAS

Hill-start Assist System

HAC

Hill-start Assist Control

DAC

Downhill Assist Control System

HDC

Hill Descent Control

SBC


Sensotronic Brake Control

Hệ thống phanh thông minh

ECU

Electronic Control Unit

Bộ điều khiển điện tử

ECM

Engine Control Module

Bộ điều khiển động cơ

BCM

Body Control Module

Bộ điều khiển thân xe

TCM

Transmission Control Module

Bộ điều khiển hộp số

CAN


Controller Area Network

Mạng điều khiển cục bộ

ABD

Automatic Braking Differential

Bộ khóa vi sai tự động

P

Proportioning Valve

Van điều hịa lực phanh

4WD

4-Wheel-Drive

Xe dẫn động 4 bánh bán thời gian

AWD

All-Wheel-Drive

Xe dẫn động 4 bánh toàn thời gian

Hệ thống điều khiển lực kéo


Hệ thống cân bằng điện tử

Hệ thống hổ trợ khởi hành ngang dốc
Hệ thống chống trượt khi xuống dốc

17


DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Sơ đồ bố trí các cảm biến hỗ trợ hệ thống phanh thủy lực .................................25
Hình 2.2 Cấu tạo cảm biến tốc độ loại điện từ ..................................................................26
Hình 2.3 Cấu tạo của cảm biến tốc độ loại nam châm quay .............................................27
Hình 2.4 Tín hiệu đầu ra của cảm biến tốc độ chủ động...................................................28
Hình 2.5 Cấu tạo cảm biến giảm tốc .................................................................................29
Hình 2.6 Các chế độ hoạt động của cảm biến giảm tốc ....................................................30
Hình 2.7 Cảm biến gia tốc theo chiều ngang của Bosch. ..................................................30
Hình 2.8 Hoạt động của cảm biến gia tốc theo chiều ngang. ...........................................31
Hình 2.9 Điện áp đầu ra của cảm biến góc gia tốc ngang. ...............................................32
Hình 2.10 Cảm biến gia tốc theo chiều ngang của ITT Automotive..................................32
Hình 2.11 Nguyên lý hoạt động cảm biến gia tốc theo chiều ngang của ITT Automotive
............................................................................................................................................33
Hình 2.12 Sơ đồ cấu tạo cảm biến góc lái loại Hall .........................................................33
Hình 2.13 Tín hiệu góc lái từ hai cảm biến Hall ...............................................................34
Hình 2.14 Sơ đồ mạch điện của cảm biến góc tay lái trên xe Lexus RX 450H .................35
Hình 2.15 Sơ đồ mạch điện cảm biến góc lái trên xe Toyota RAV4 ..................................35
Hình 2.16 Cấu tạo của cảm biến góc lái loại Photodiot ...................................................36
Hình 2.17 Điện áp sinh ra khi đánh lái. ............................................................................36
Hình 2.18 Cấu tạo của cảm biến góc xoay thân xe loại vi cơ ...........................................37
Hình 2.19 Cấu tạo cảm biến góc xoay thân xe loại áp điện ..............................................38
Hình 2.20 Nguyên lý hoạt động cảm biến Yaw của ITT Automotive .................................39

Hình 2.21 Điện áp đầu ra của cảm biến góc xoay thân xe ................................................39
Hình 2.22 Sơ đồ mạch điện yaw rate sensor trên xe Toyota RAV4 ...................................40
Hình 2.23 Các chân của một cảm biến áp suất dầu phanh ...............................................40
Hình 2.24 Cấu tạo của cảm biến áp suất dầu phanh kiểu áp điện trở. .............................41
Hình 2.25 Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất dầu phanh kiểu áp điện trở ..........41
Hình 2.26 Cấu tạo cảm biến áp suất dầu phanh kiểu tụ....................................................42
Hình 2.27 Nguyên lý hoạt động cảm biến áp suất dầu kiểu tụ. .........................................42
Hình 2.28 Cảm biến vị trí bướm ga phụ kiểu tuyến tính ...................................................43

18


Hình 2.29 Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí bướm ga phụ trên xe Lexus SC300 ...............44
Hình 3.1 Đồ thị đặc tính trượt. ..........................................................................................46
Hình 3.2 Đồ thị đặc tính trượt trên các loại đường...........................................................47
Hình 3.3 Chu trình điều khiển ABS....................................................................................48
Hình 3.4 Qúa trình điều khiển ABS ...................................................................................51
Hình 3.5 Phân loại hệ thống ABS theo kênh......................................................................53
Hình 3.6 Sơ đồ cấu tạo ABS...............................................................................................54
Hình 3.7 Sơ đồ ngun lí ABS ............................................................................................55
Hình 3.8 Sơ đồ khối ngun lí điều khiển ABS ..................................................................56
Hình 3.9 Bộ chấp hành thủy lực của BOSCH....................................................................56
Hình 3.10 Van giữ áp loại 2 vị trí ......................................................................................57
Hình 3.11 Van giảm áp loại 2 vị trí ...................................................................................57
Hình 3.12 Sơ đồ bộ chấp hành 8 van 2 vị trí .....................................................................58
Hình 3.13 Chế độ làm việc bình thường của bộ chấp hành thủy lực ................................59
Hình 3.14 Chế độ giữ áp ....................................................................................................60
Hình 3.15 Chế độ giảm áp .................................................................................................60
Hình 3.16 Chế độ tăng áp ..................................................................................................61
Hình 3.17 Các chức năng điều khiển của ECU .................................................................62

Hình 3.18 Cơ cấu chấp hành sử dụng 3 van điện 3 vị trí. .................................................63
Hình 3.19 Bộ chấp hành thủy lực loại 4 van 4 vị trí..........................................................64
Hình 3.20 Cơ cấu chấp hành sử dụng 4 van điện 3 vị trí. .................................................64
Hình 3.21 Cơ cấu chấp hành sử dụng áp suất trợ lực lái .................................................64
Hình 3.22 Đồ thị thể hiện đường áp suất dầu lý tưởng cho các bánh trước và bánh sau.65
Hình 3.23 Minh họa phân phối lực phanh theo tải trọng khi có EBD. .............................66
Hình 3.24 Sơ đồ hệ thống EBD ..........................................................................................66
Hình 3.25 Phân phối lực phanh khi xe đang thực hiện quá trình phanh ..........................68
Hình 3.26 Phân phối lực phanh khi xe đang quay vịng ....................................................69
Hình 4.1 Lợi ích của hệ thống TRC. ..................................................................................78
Hình 4.2 Sơ đồ bố trí các chi tiết hệ thống TRC trên xe Toyota Camry năm 1997. ..........79
Hình 4.3 Sơ đồ khối nguyên lý điều khiển hệ thống TRC. .................................................81
Hình 4.4 Bộ chấp hành bướm ga phụ ................................................................................83

19


Hình 4.5 Cấu tạo bộ chấp hành bướm ga phụ ...................................................................83
Hình 4.6 Bướm ga phụ mở hồn tồn ................................................................................84
Hình 4.7 Bướm ga phụ mở 50% ........................................................................................84
Hình 4.8 Bướm ga phụ đóng hồn tồn .............................................................................84
Hình 4.9 Q trình phanh bình thường .............................................................................85
Hình 4.10 Chế độ tăng áp ..................................................................................................87
Hình 4.11 Chế độ giữ áp ....................................................................................................88
Hình 4.12 Chế độ giảm áp .................................................................................................89
Hình 4.13 Minh họa nhược điểm của bộ vi sai khi đường có hệ số bám khác nhau làm
ảnh hưởng đến lực kéo .......................................................................................................90
Hình 4.14 Lợi ích của hệ thống ESP khi vào cua. .............................................................92
Hình 4.15 Sơ đồ cấu tạo hệ thống ESP ..............................................................................92
Hình 4.16 Bộ điều khiển.....................................................................................................93

Hình 4.17 Bộ chấp hành thủy lực ......................................................................................93
Hình 4.18 Cơng tắc ESP. ...................................................................................................94
Hình 4.19 Sơ đồ điều khiển của hệ thống ESP. .................................................................94
Hình 4.20 Chu trình điều khiển hệ thống ESP ...................................................................96
Hình 4.21 Trường hợp xe bị quay vịng thiếu. ...................................................................96
Hình 4.22 Sơ đồ hoạt động của hệ thống khi quay vịng thiếu. .........................................98
Hình 4.23 Trường hợp xe bị quay vịng thừa .....................................................................99
Hình 4.24 Sơ đồ hoạt động của hệ thống khi xe bị quay vịng thừa. ...............................100
Hình 4.25 Mơ tả ơ tơ được trang bị ESP khi tránh chướng ngại vật. .............................101
Hình 5.1 Hệ thống hỗ trợ xuống dốc HDC/DAC .............................................................103
Hình 5.2 Vị trí L4 .............................................................................................................104
Hình 5.3 Cơng tắc khóa vi sai cầu sau ............................................................................104
Hình 5.4 cơng tắc DAC ....................................................................................................105
Hình 5.5 Đèn DAC trên đồng hồ taplo ............................................................................105
Hình 5.6 Đèn báo trượt ....................................................................................................105
Hình 5.7 Sơ đồ điều khiển DAC .......................................................................................108
Hình 5.8 Sơ đồ điều khiển DAC trên xe Toyota RAV4 ....................................................109
Hình 5.9 Tính hiệu quả của HAC ....................................................................................110

20


Hình 5.10 Sơ đồ ngun lí HAC.......................................................................................111
Hình 5.11 Mơ tả q trình tăng áp suất lên.....................................................................112
Hình 5.12 Mơ tả mơ men phanh quá trình tăng áp suất lên ............................................113
Hình 5.13 Hoạt động mạch dầu quá trình tăng áp. .........................................................113
Hình 5.14 Mơ tả q trình duy trì áp suất. ......................................................................114
Hình 5.15 Mơ men phanh q trình duy trì áp suất. .......................................................114
Hình 5.16 Hoạt động mạch dầu quá trình giữ áp. ...........................................................115
Hình 5.17 Mơ tả q trình giảm bớt áp suất ...................................................................116

Hình 5.18 Mơ men phanh q trình giảm bớt áp suất .....................................................116
Hình 5.19 Hoạt động mạch dầu quá trình giảm bớt áp suất. ..........................................117
Hình 5.20 Mơ tả q trình giảm áp suất..........................................................................117
Hình 5.21 Mơ men phanh q trình giảm bớt áp suất ....................................................118
Hình 6.1 Vị trí các cụm chi tiết của SBC .........................................................................121
Hình 6.2 Cấu tạo bộ điều khiển .......................................................................................122
Hình 6.3 Cấu tạo xy lanh chính .......................................................................................122
Hình 6.4 Cấu tạo mơ phỏng lực phanh ............................................................................123
Hình 6.5 Cảm biến hành trình bàn đạp phanh ................................................................123
Hình 6.6 Bình chứa dầu phanh ........................................................................................124
Hình 6.7 Khi đạp bàn đạp phanh .....................................................................................124
Hình 6.8 Cấu tạo bộ thủy lực ...........................................................................................125
Hình 6.9 Sơ đồ bộ thủy lực ..............................................................................................127
Hình 6.10 Khi đạp bàn đạp phanh ...................................................................................128
Hình 6.11 Hoạt động ở mạch phanh trước mạch phanh sau...........................................129
Hình 6.12 Khi nhả phanh .................................................................................................129
Hình 6.13 Khi đạp phanh .................................................................................................130
Hình 6.14 Khi nhả bàn đạp phanh ...................................................................................131
Hình 6.15 Phân phối lực phanh ở bánh sau. ...................................................................132
Hình 6.16 Phân phối lực phanh ở bánh trước. ................................................................132

21


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 3.1 Các chế độ hoạt động của bộ chấp hành thủy lực 8 van 2 vị trí ........................58
Bảng 3.2 Các chế độ hoạt động của bộ chấp hành thủy lực xét trên 1 bánh xe................59
Bảng 3.3 Các chế độ hoạt động của bộ chấp hành thủy lực ABS & EBD ........................71
Bảng 3.4 Trạng thái các van và bơm của bộ chấp hành thủy lực khi BA không hoạt động
............................................................................................................................................76

Bảng 3.5 Trạng thái các van và bơm của bộ chấp hành thủy lực khi BA hoạt động ........77
Bảng 4.1 Trạng thái các van và bơm của bộ chấp hành thủy lực ABS&TRC khi phanh
hoạt động bình thường .......................................................................................................86
Bảng 4.2 Trạng thái các van và bơm bộ chấp hành thủy lực ABS & TRC khi tăng áp .....87
Bảng 4.3 Trạng thái các van và bơm bộ chấp hành thủy lực ABS & TRC khi giữ áp ......88
Bảng 4.4 Trạng thái các van và bơm bộ chấp hành thủy lực ABS & TRC khi giảm áp ....89
Bảng 4.5 Hoạt động của hệ thống ở chế độ quay vòng thiếu ............................................98
Bảng 4.6 Hoạt động của hệ thống ở chế độ quay vòng thừa ...........................................100

22


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Tính cần thiết
Từ khi xe ơ tô xuất hiện, hệ thống phanh đã trở thành một phần khơng thể thiếu trong
việc đảm bảo tính an tồn, hiệu quả và ổn định khi vận hành xe. Bên cạnh sự phát triển
của động cơ và các hệ thống khác như hệ thống lái, hệ thống giảm chấn,… giúp nâng cao
hiệu suất của ô tô, hệ thống phanh cũng được các hãng xe tập trung nghiên cứu và phát
triển, cùng với đó là các hệ thống an tồn ra đời. Trãi qua một quá trình lâu dài đổi thay
và cải tiến từ một chiếc xe chỉ được trang bị ABS cho đến những mẫu xe hiện đại được
trang bị đầy đủ các hệ thống ABS, EBD, BA, TRC, ESP, HAC, DAC, SBC. Do đó nhu
cầu tìm hiểu và nghiên cứu về các hệ thống an toàn trên hệ thống phanh ơ tơ cũng ngày
càng tăng. Chính vì vậy, nhóm chúng em chọn thực hiện đề tài “nghiên cứu và biên soạn
các hệ thống an toàn trên hệ thống phanh thủy lực ơ tơ” với mong muốn có thể góp phần
vào nguồn tài liệu phục vụ cho các bạn sinh viên, kĩ thuật viên trong ngành công nghệ kĩ
thuật ô tơ nói riêng cũng như những người muốn tìm tịi và tham khảo về chủ đề này nói
chung.
1.2 Mục tiêu đề tài
-


Mục tiêu hàng đầu của nhóm khi thực hiện biên soạn “chuyên đề các hệ thống an toàn

trên hệ thống phanh thủy lực ơ tơ” là có thể xây dựng được tài liệu tham khảo cho sinh
viên, kỹ thuật viên đang học tập và làm việc trong ngành công nghệ kỹ thuật ơ tơ và mọi
người có nhu cầu tìm hiểu về chủ đề này.
-

Củng cố và mở rộng các kiến thức về các hệ thống an toàn được trang bị kèm theo hệ

thống phanh trên ô tô
-

Rèn luyện các kĩ năng tra cứu thông tin, tổng hợp, phân tích vấn đề và nâng cao vốn

từ vựng tiếng anh chuyên ngành.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Tìm hiểu, nghiên cứu chức năng, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các hệ thống an
tồn chủ động trên ơ tơ như hệ thống ABS, EBD, BA, TRC, ESP, HAC, DAC, SBC.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Kết hợp nhiều phương pháp, trong đó có các phương pháp chính sau:

23


-

Sưu tầm các tài liệu về các hệ thống ABS, EBD, BA, TRC, ESP, HAC, DAC,
SBC từ các hãng khác nhau như một vài hãng xe: Toyota, Nissan, Mercedes,…và
các hãng công nghệ như BOSCH, ITT Automotive.


-

Chọn lọc, nghiên cứu và biên dịch tài liệu về cấu tạo, nguyên lý và sơ đồ các hệ
thống an toàn trên hệ thống phanh thủy lực ô tô.

-

Tổng hợp và biên soạn lại một cách tổng quát và dễ hiểu.

1.5 Phạm vi nghiên cứu
Hệ thống phanh được phân thành nhiều loại khác nhau: phanh cơ khí, phanh hơi,
phanh điện….Tuy nhiên hiện nay hệ thống phanh thủy lực được trang bị phổ biến trên
nhiều dòng xe khác nhau. Do đó chúng em đã chọn nghiên cứu về các hệ thống ABS,
EBD, BA, TRC, ESP, HAC, DAC, SBC trang bị trên phanh thủy lực.

24


CHƯƠNG 2. CÁC CẢM BIẾN ĐƯỢC TRANG BỊ TRONG
CÁC HỆ THỐNG AN TỒN TRÊN HỆ THỐNG
PHANH THỦY LỰC Ơ TƠ
2.1 Giới thiệu chung
Với tốc độ phát triển nhanh chóng của các công nghệ hiện đại, hàng loạt các cảm
biến được nghiên cứu và phát triển đa dạng về hình dạng, chức năng và số lượng. Chúng
được xem là các “giác quan” trên các hệ thống điện tử nói chung và các hệ thống phanh
an tồn nói riêng. Các cảm biến đóng vai trị cực kì quan trọng trong việc ghi nhận các
biến đổi về vật lý hay hóa học sau đó chuyển thành tín hiệu điện áp gửi về bộ điều khiển
trung tâm. Dưới đây là một số cảm biến cơ bản được trang bị trên các hệ thống phanh an
toàn phổ biến hiện nay như ABS, EBD, BA, TRC, ESP, HAC, DAC, SBC.


Hình 2.1 Sơ đồ bố trí các cảm biến hỗ trợ hệ thống phanh thủy lực

25


2.2 Cảm biến tốc độ bánh xe:
Cảm biến tốc độ thơng thường có hai loại, một là loại thụ động (loại điện từ), còn
lại là loại chủ động (loại Hall).
2.2.1 Cảm biến tốc độ thụ động (loại điện từ có nam châm đứng n):
Loại cảm biến này khơng có nguồn cung cấp riêng biệt, dẫn đến có tên là cảm biến
thụ động. Chúng hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ.
Vùng từ trường

Ở tốc độ
cao
Ở tốc độ
thấp

Vành răng

Nam châm
Phần tử
Cuộn dây vĩnh cửu
cảm biến
Hình 2.2 Cấu tạo cảm biến tốc độ loại điện từ

 Cấu tạo
Cảm biến gồm một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây quấn quanh lõi từ, hai đầu
cuộn dây nối đến ECU một chân là nguồn cấp đồng thời là chân tín hiệu, một chân là nối
mass. Bên cạnh đó cịn có một vành răng được gắn vào bánh xe.

 Nguyên lí hoạt động:
Khi bánh xe quay, vành răng sẽ quay theo, việc thay đổi liên tục khoảng cách giữa
vành răng và lõi từ gây ra sự thay đổi từ thông trong từ trường không đổi. Những dao
động này tạo ra một suất điện động xoay chiều dưới dạng hình sin có biên độ và tần số
trong cuộn dây. Tần số và biên độ của suất điện động xoay chiều này tỷ lệ với tốc độ góc
bánh xe và khi bánh xe khơng quay thì hiệu điện thế cảm ứng bằng không. Thông thường
các xung điện áp tạo ra có thể nhỏ dưới 100mV ở tốc độ thấp của xe hoặc cao hơn 100V

26


ở tốc độ cao. Bên cạnh đó khe hở giữa vành răng và lõi từ thông thường khoảng 1mm và
độ sai lệch nằm trong giới hạn cho phép.
Ưu điểm của cảm biến tốc độ cảm ứng thụ động là thiết kế đơn giản . Điểm bất lợi
là chúng phụ thuộc vào một khoảng trống chính xác giữa rơto và cảm biến. Thêm vào đó,
các cảm biến tốc độ cảm ứng thụ động nặng hơn và yêu cầu nhiều không gian lắp đặt
hơn. Vì khơng chỉ tần số, mà cả tín hiệu điện áp đều phụ thuộc vào tốc độ của rơto, cảm
biến thụ động chỉ cung cấp tín hiệu điện áp thấp hơn ở tốc độ thấp, trái ngược với cảm
biến chủ động.
2.2.2 Cảm biến tốc độ loại chủ động:
Ngược lại với các cảm biến thụ động, các cảm biến chủ động có một nguồn cung
cấp điện áp riêng biệt khoảng 12 V. Nguyên lí hoạt động của cảm biến tốc độ loại chủ
động dựa trên nguyên tắc Hall hoặc hiệu ứng từ tính.

Rotor cực

Cảm biến từ trường
Phần điện tử
cảm biến


Các cực từ đối lập

Dây nguồn Dây
và tín hiệu mass

Hình 2.3 Cấu tạo của cảm biến tốc độ loại nam châm quay
 Cấu tạo
Cảm biến chủ động bao gồm một phần tử cảm biến và một vòng nhựa với các khu
vực bề mặt được gắn nam châm xen kẽ cực với nhau (rôto cực). Phần tử cảm biến được

27


hình thành bởi cảm biến từ trường và phần điện tử cảm biến . Thơng thường cảm biến sẽ
có 2 chân, 1 chân là dây nguồn cũng là dây tín hiệu, 1 chân nối mass.
 Nguyên lí hoạt động
Nếu một cảm biến từ trường được đặt trong một từ trường xoay chiều thì điện áp
Hall của nó thay đổi. Trong trường hợp của nguyên tắc từ trở, điện trở thay đổi. Từ
trường của rotor đi qua cảm biến từ trường càng nhanh thì điện áp Hall càng thay đổi
nhiều hơn. Loại cảm biến này cũng sử dụng tần số của điện áp thay đổi để tính tốn tốc
độ bánh xe.

Tín hiệu ở tốc độ thấp

Tín hiệu ở tốc độ cao

Hình 2.4 Tín hiệu đầu ra của cảm biến tốc độ chủ động
Cảm biến tốc độ loại chủ động cung cấp liên tục kết quả đo chính xác trong tồn
bộ phạm vi đo lường, vì cường độ tín hiệu khơng phụ thuộc vào tốc độ, nhưng được chỉ
định thông qua xác định các dịng điện. Nhược điểm là khó kiểm tra bằng ohm kế.

Đối với những xe đời cũ vẫn sử dụng dây cáp xoắn truyền động từ hộp số lên đồng
hồ tap lơ thì cảm biến tốc độ xe là loại công tắc lưỡi gà hoặc loại quang nằm ngay tại
đồng hồ kim báo Km. Các dòng xe đời mới hiện nay sẽ sử dụng tín hiệu từ 4 cảm biến
tốc độ bánh xe thông qua mạng giao tiếp CAN.

28


2.3 Cảm biến gia tốc theo chiều dọc (hay cảm biến giảm tốc hoặc cảm biến G)
Trên một số xe, ngồi cảm biến tốc độ bánh xe cịn được trang bị thêm cảm biến
giảm tốc cho phép ECU xác định chính xác hơn sự giảm tốc của xe trong quá trình
phanh. Nó được sử dụng nhiều trên xe 4WD vì nếu một trong các bánh hãm cứng thì các
bánh khác cũng có xu hướng bị hãm cứng theo, do tất cả các bánh được nối với hệ thống
truyền lực nên có tốc độ ảnh hưởng lẫn nhau. Dưới đây là cảm biến giảm tốc loại quang.

Hình 2.5 Cấu tạo cảm biến giảm tốc
 Cấu tạo:
Cảm biến giảm tốc bao gồm 1 cặp đèn LED và 1 cặp photo transistor, một đĩa xẻ
rãnh và một mạch chuyển đổi tín hiệu.
-

Cảm biến gia tốc xác định gia tốc của xe và gửi tín hiệu đó cho ECU. ECU so sánh
giá trị của gia tốc và vận tốc xe để xác định chính xác điều kiện mặt đường và tính
tốn giá trị điều khiển thích hợp.

-

Cả hai đèn LED đều được bố trí nằm ở một phía của đĩa xẻ rãnh và cả hai photo
transistor nằm ở bên phía đối diện.


 Nguyên lí hoạt động:
Đèn LED sáng khi công tắc máy ở vị trí ON. Khi xe thay đổi độ giảm tốc, đĩa xẻ
rãnh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức độ giảm tốc. Các rãnh trên đĩa cắt ánh sáng
phát ra từ đèn LED đến photo transistor và làm photo transistor đóng mở (LED phát sáng
khi cấp điện và photo diode dẫn điện khi có ánh sáng chiếu vào). Tổ hợp tạo ra bởi các

29


photo transistor này tắt và bật, chia mức độ giảm tốc làm 4 mức và gửi về ABS ECU
đưới dạng tín hiệu.

Hình 2.6 Các chế độ hoạt động của cảm biến giảm tốc
2.4 Cảm biến gia tốc theo chiều ngang:
Trong phiên bản của Bosch, cảm biến này được đặt ở trọng tâm xe. Cảm biến gia tốc
ngang xác định độ lớn của lực ngang tác dụng lên xe và độ lớn nào của lực ngang khiến
xe bị mất ổn định hướng.

Hình 2.7 Cảm biến gia tốc theo chiều ngang của Bosch.

30


 Cấu tạo: bao gồm nam châm vĩnh cửu (1), lò xo (2), tấm giảm chấn (3) và
cảm biến Hall (4). Nam châm được gắn chặt với lò xo và dao động qua lại với
tấm giảm chấn.
 Nguyên lý hoạt động:
Khi lực ngang tác dụng lên xe, nam châm cố định di chuyển sau 1 độ trễ thời gian
tạo ra bởi chuyển động của lực qn tính.


a)
b)
c)
Hình 2.8 Hoạt động của cảm biến gia tốc theo chiều ngang.
Chuyển động này tạo ra dòng điện Fuco trong tấm giảm chấn. Dòng điện Fuco tạo
ra một từ trường chống lại từ trường của nam châm vĩnh cửu. Làm giảm từ trường của
nam châm. Điều này làm cho điện áp Hall thay đổi. Điện áp thay đổi tỉ lệ thuận với gia
tốc ngang. Điện áp Hall khơng đổi nếu khơng có gia tốc ngang tác dụng.

31


Điện áp (V)

Giới hạn trên
4.5
4.3

4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5

1 g = 9.8 m/s2

1


0.7

0.5
0.5

Giới hạn dưới
-1.8

0

Bên trái

0

Bên phải

1.8

Gia tốc ngang (g)

Hình 2.9 Điện áp đầu ra của cảm biến góc gia tốc ngang.
Trong phiên bản của ITT Automotive:

Hình 2.10 Cảm biến gia tốc theo chiều ngang của ITT Automotive
 Cấu tạo: bao gồm 2 tụ điện mắc nối tiếp, bản tụ điện trung tâm mang điện cực (-)
có thể được di chuyển bằng cách tác dụng một lực.
 Nguyên lý hoạt động:

32



Khi khơng có gia tốc bên nào tác dụng lên bản trung tâm thì khe hở giữa bản trung
tâm và bản ngồi khơng thay đổi, kết quả là điện dung của 2 tụ điện bằng nhau (hình a).
Nếu gia tốc bên tác dụng lên bản trung tâm thì khe hở này tăng lên và khe hở kia giảm
(hình b). Lúc này, điện dung của 2 tụ điện thay đổi, bộ điều khiển có thể xác định hướng
và giá trị của gia tốc ngang từ sự thay đổi đó.

a)

b)

Hình 2.11 Ngun lý hoạt động cảm biến gia tốc theo chiều ngang của ITT Automotive
2.5 Cảm biến góc tay lái (SAS – steering angle sensor)
2.5.1 Loại Hall:
 Cấu tạo:

Đầu trục lái
Đĩa stator 2
Đĩa stator 1

Vịng nam châm
Cảm biến Hall

Thanh xoắn

Trục lái
Hình 2.12 Sơ đồ cấu tạo cảm biến góc lái loại Hall

33



Cảm biến này gồm 3 bộ phận chính:
-

Vịng nam châm đa cực được lắp đặt trên trục lái, có thể xoay theo trục lái.

-

Hai cảm biến Hall được gắn cố định, khơng di chuyển.

-

Hai đĩa Stato có rãnh đặt lệch để xác định vị trí và thay đổi từ thơng qua cảm biến.
 Nguyên lí hoạt động:
Vị trí trung gian được xác định là vị trí tương quan giữa vịng nam châm đa cực và

cảm biến trong quá trình lắp đặt và hiệu chỉnh ban đầu.
Khi người lái thực hiện đánh lái, vòng nam châm quay làm thay đổi từ thơng qua
cảm biến Hall làm sinh ra một dịng điện một chiều, dòng điện này được IC chuyển đổi
trực tiếp thành tín hiệu xung vng và được gửi tới ECU kiểm sốt trượt. Dựa vào tín
hiệu này, ECU kiểm sốt trượt có thể tính tốn được vị trí, hướng quay và tốc độ quay
của vơ lăng.

Hình 2.13 Tín hiệu góc lái từ hai cảm biến Hall
2 cảm biến Hall xử lý tín hiệu của 2 vịng chắn từ (Đĩa Stator), 2 Đĩa này có các
cạnh khuyết khơng đều nhau và được gắn lệch nhau 1 góc cố định (có 1 vị trí 2 cạnh
khuyết trùng nhau) sao cho khi trục lái quay thì cho ra 2 xung tín hiệu như hình trên
Khi đó:
-


ECU nhận diện điểm trung gian (center) khi thấy 2 cạnh xuống của 2 xung trùng
nhau

-

ECU nhận diện quay trái khi gặp cạnh lên của xung 1 trước

-

ECU nhận diện quay phải khi gặp cạnh lên của xung 2 trước

Thơng thường loại cảm biến này có 5 chân (1 chân nguồn dương từ bình ACCU, 1
chân từ cơng tắc đánh lửa, 1 chân mass và 2 chân tín hiệu truyền về ECU thông qua
CANbus)

34


Hình 2.14 Sơ đồ mạch điện của cảm biến góc tay lái trên xe Lexus RX 450H

Hình 2.15 Sơ đồ mạch điện cảm biến góc lái trên xe Toyota RAV4
Do cảm biến và vịng nam châm khơng có sự tiếp xúc cũng như ít phụ thuộc vào
các yếu tố bụi bẩn nên cảm biến loại Hall cho tín hiệu chính xác hơn rất nhiều so với cảm
biến quang. Dữ liệu hoạt động của cảm biến có thể được hiển thị bằng máy chuẩn đoán.

35


2.5.2 Loại Photodiot:
Ở phiên bản Bosch và ITT Automotive đều giống nhau. Cảm biến góc lái nằm trên

cột lái giữa cơng tắc cột lái và vơ-lăng. Cảm biến truyền tín hiệu góc lái cho bộ điều
khiển. Góc lái +- 720 độ tương ứng với 4 vịng quay của vơ-lăng.
 Cấu tạo:
Bao gồm một nguồn sáng (a), một đĩa chắn sáng (b), cảm biến quang (c, d), bộ
đệm (e)

Hình 2.16 Cấu tạo của cảm biến góc lái loại Photodiot
 Nguyên lý hoạt động:
Ánh sáng đi đến cảm biến thông qua một khe hở tạo ra tín hiệu điện áp. Nếu
nguồn sáng bị che, điện áp bằng 0.
Khi đánh lái, đĩa chắn sáng di chuyển sinh ra hai tín hiệu điện áp khác nhau. Cảm
biến tăng dần (c) cung cấp tín hiệu đồng nhất, vì các khoảng trống trên đĩa chắn sáng
cách nhau một khoảng không đổi. Cảm biến tuyệt đối (d) sinh ra tín hiệu khơng đều, ánh
sáng đi qua khe hở tại các khoảng thời gian không đều (khoảng cách giữa các khe hở trên
đĩa chắn sáng không đồng đều). Bằng cách so sánh cả hai tín hiệu, hệ thống có thể tính
tốn các lỗ di chuyển bao xa.

Hình 2.17 Điện áp sinh ra khi đánh lái.

36