MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu............................................................................................................. 3
Chương 1 : Lý thuyết cơ sở hệ thống phanh ABS có BAS ................................. 5
1. Khái niệm hệ thống ABS ............................................................................ 5
2. Nhiệm vụ ..................................................................................................... 5
3. Mục đích của việc bố trí hệ thống ABS trên ô tô ....................................... 5
4. Cơ sở lý thuyết ............................................................................................ 6
5. Cấu tạo và nguyên lý làm việc cơ bản của ABS ....................................... 12
6. Vị trí, kết cấu và hoạt động của các bộ phận trong ABS .......................... 14
7. Khái niệm cơ bản về hệ thống BAS......................................................... 21
8. Vai trò của hệ thống phanh ABS có BAS trên xe con .............................. 21
9. Đặc tính và nguyên lý hoạt động của BAS ............................................... 22
Chương 2 : Lựa chọn phương án thiết kế ........................................................ 24
1. Yêu cầu đối với xe thiết kế ...................................................................... 24
2. Một số phương án lựa chọn ..................................................................... 25
2.1 Lựa chọn cơ cấu phanh ................................................................... 25
2.2 Các phương án điều khiển hệ thống ABS ....................................... 26
2.3 Lựa chọn kết cấu BAS trên hệ thống ABS ..................................... 30
3. Lựa chọn phương án thiết kế ................................................................... 33
3.1 Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS ........................................... 34
3.2 Nguyên lý làm việc của hệ thống ABS có BAS ............................. 37
Chương 3 : Tính tốn thiết kế ............................................................................ 39
1. Tính tốn thiết kế cơ cấu phanh .............................................................. 39
1.1. Xác định mômen phanh cần thiết sinh ra ở các cơ cấu phanh ....... 39
1.2. Tính tốn cơ cấu phanh .................................................................. 41
1.3. Xác định đường kính xi lanh bánh xe ............................................ 46
2. Tính tốn thiết kế dẫn động phanh.......................................................... 47

-1-

2.1. Sơ đồ dẫn động phanh .................................................................... 47
2.2. Xác định lực bàn đạp...................................................................... 47
2.3. Kiểm tra hành trình bàn đạp ........................................................... 49
3. Tính tốn thiết kế bộ trợ lực ................................................................... 51
3.1. Nguyên lý làm việc ........................................................................ 52
3.2. Xác định hệ số trợ lực .................................................................... 53
3.3. Xác định kích thước màng trợ lực ................................................. 55
3.4. Tính lị xo màng trợ lực ................................................................. 56
4. Tính tốn thiết kế cụm van điện từ ......................................................... 59
Kết luận ................................................................................................................ 63
Tài liệu tham khảo .............................................................................................. 65

-2-


LỜI NĨI ĐẦU
Có thể nói, nền cơng nghiệp ơ tơ trên thế giới ngày càng phát triển mạnh mẽ, ô tô
trờ thành phương tiện vận chuyển vô cùng quan trọng về hành khách và hàng hoá cho
các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời đã trờ thành phương tiện giao thơng tư nhân
khơng thể thiếu ở các nước có nền kinh tế phát triển. Cùng với sự phát triển không
ngừng của ngành ô tô trên thế giới, Việt Nam cũng đang từng bước hội nhập với xu thế
phát triển ấy.
Song song với việc phát triển ngành ơtơ thì vấn đề bảo đảm an toàn cho người và
xe là một phần khơng thể thiếu. Chính vì lẽ đó các hãng xe không ngừng nâng cao và
phát triển các hệ thống bảo đảm an toàn như: hệ thống phanh, dây đai an tồn, túi
khí…trong đó hệ thống phanh chiếm một trong những vị trí quan trọng nhất. Khi thiết
kế hệ thống phanh phải đảm bảo phanh có hiệu quả cao, ổn định ở mọi tốc độ, trong
mọi tình huống, đặc biệt là những tình huống phanh gấp, qua đó nâng cao được năng
suất vận chuyển cũng như tính an tồn tối đa cho người và hàng hóa.

Trên hầu hết các xe ơ tơ con ngày nay, ngồi việc bố trí hệ thống phanh ABS như
một phần khơng thể thiếu của xe thì các xe hiện đại còn được trang bị thêm hệ thống
BAS. Hệ thống ABS có BAS khơng chỉ có khả năng tự động điều chỉnh lực phanh
nhằm tận dụng tối đa trọng lượng bám của xe mà còn là một hệ thống hỗ trợ người lái
vô cùng hữu hiệu trong những tình huống phanh khẩn cấp. Một nghiên cứu của hãng
Mercedes cho thấy, trong những tình huống phanh gấp, hơn 90 % số lái xe không
phanh kịp hoặc chỉ đạp đủ lực khi đã q muộn. Chính vì lẽ đó, người lái rất cần tới
một hệ thống có thể phát hiện tình huống phanh gấp, qua đó tăng tối đa áp lực phanh.
Xuất phát từ nhu cầu của thực tiễn, đồ án tốt nghiệp hướng tới đề tài :
“Thiết kế hệ thống phanh ABS có BAS trên ơ tơ con năm chỗ ngồi.”

3


Đây là một nội dung còn khá mới đối với điều kiện công nghệ ô tô ở Việt Nam.
Đề tài tập trung đi vào những nôi dung cơ bản sau :
✓ Lý thuyết cơ sở về hệ thống phanh ABS có BAS. Ngồi việc đưa ra khái
niệm, ý nghĩa của việc bố trí hệ thống trên xe con, đề tài cịn trình bày cấu
tạo cũng như đặc tính, ngun lý hoạt động cơ bản của hệ thống.
✓ Một số phương án thiết kế điển hình. Phân tích đánh giá ưu nhược điểm
của từng phương án để từ đó có thể tìm ra hệ thống tối ưu nhất mà đề tài sẽ
lựa chọn để thiết kế.
✓ Tính tốn thiết kế các cụm cơ bản của hệ thống như : cơ cấu phanh, dẫn
động phanh, bộ trợ lực, cụm van điện từ ABS.
Đồ án tốt nghiệp là kết quả của ba tháng cố gắng học tập và tìm hiểu các kiến thức
về hệ thống phanh nói chung cũng như hệ thống phanh ABS có BAS nói riêng. Đồ án
đã mang lại cho em những kiến thức vô cùng quý báu, giúp em tự tin hơn khi ra
trường, có thể vận dụng kiến thức đã học được trên ghế nhà trường vào thực tế.
Cho phép em được gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Xxx đã tận tình giúp đỡ em
trong suốt thời gian làm đồ án. Đồng thời cũng cho phép em được gửi lời cảm ơn tới

các thầy trong bộ mơn đã tạo điều kiện để em có thể hồn thành đồ án tốt nghiệp của
mình.

Sinh viên
Xxx

4


CHƯƠNG 1
LÝ THUYẾT CƠ SỞ HỆ THỐNG PHANH ABS CÓ BAS
1. Khái niệm hệ thống ABS
Hệ thống ABS được gọi theo các chữ viết tắt của tiếng Anh : “Anti-lock
Brake System" và được hiểu là thiết bị chống trượt lết bánh xe khi phanh.

2. Nhiệm vụ :
Duy trì hệ số trượt giữa bánh xe với mặt đường khi phanh trong mọi điều
kiện nằm trong khoảng 10 – 30 (%) để đảm bảo hệ số bám dọc và ngang đều cao.

3. Mục đích của việc bố trí thiết bị ABS trên ô tô
Hệ thống phanh ABS là một hệ thống có khả năng tự động điều chỉnh lực
phanh nhằm tận dụng tối đa trọng lượng bám của xe. Hệ thống được bố trí trên xe
với ba mục đích chính :
• Giữ ổn định hướng chuyển động của xe khi phanh trên đường vịng, hay
trên đường có trạng thái khác nhau. Với ơ tơ khơng bố trí ABS các bánh xe có thể
bị khố cứng và có thể gây xoay thân xe. Với ơ tơ bố trí ABS khi phanh ơ tơ sẽ
chuyển động ổn định đến khi nào dừng lại, kể cả khi hoạt động trên đường cong,
hoặc trên nền đường có trạng thái khác nhau.
• Duy trì khả năng điều khiển ơ tơ bằng vành lái.
• Tạo điều kiện rút ngắn quãng đường phanh đặc biệt khi sử dụng ở đường

tốt, vận tốc cao.

4. Cơ sở lý thuyết
Trên ơtơ có trang bị hệ thống phanh nhằm mục đích giảm vận tốc hoặc
dừng hẳn xe khi cần thiết. Lúc đó người lái giảm lượng nhiên liệu cung cấp vào
động cơ, đồng thời đạp phanh để hãm xe lại. Nhờ hệ thống phanh người lái có thể
nâng cao vận tốc chuyển động trung bình của ơtơ mà vẫn đảm bảo an tồn khi
chuyển động. Như ta đã biết, khi người lái xe tác dụng lực vào bàn đạp phanh thì ở
cơ cấu phanh sẽ tạo ra mômen ma sát giữa má phanh với đĩa phanh và được gọi là

5


mơmen phanh nhằm hãm bánh xe lại, lúc đó tại vị trí bánh xe tiếp xúc với mặt
đường xuất hiện phản lực tiếp tuyến Pp ngược chiều với chuyển động của xe. Phản
lực này được gọi là lực phanh và xác định theo biểu thức:
Pp =

Mp

(1-1)

rb

Trong đó:
Mp : Mơmen phanh tác dụng lên bánh xe
Pp : Lực phanh tác dụng tại điểm tiếp xúc giữa bánh xe với mặt đường
rb : Bán kính làm việc của bánh xe
Lực phanh lớn nhất bị giới hạn bởi lực bám của bánh xe với mặt đường P
tức phụ thuộc vào điều kiện bám giữa bánh xe với măt đường và phản lực pháp

tuyến giữa bánh xe với mặt đường và được thể hiện qua biểu thức:
Ppmax = P = Zb.

(1-2)

Trong đó:
Ppmax : Lực phanh cực đại có thể sinh ra từ khả năng bám của bánh xe với
mặt đường.
P : Lực bám giữa bánh xe với mặt đường
Zb : Phản lực pháp tuyến tác dụng lên bánh xe
 : Hệ số bám
Trong quá trình phanh ơ tơ, mơmen phanh sinh ra ở cơ cấu phanh tăng lên
làm lực cản trong cơ cấu phanh tăng theo, đến một lúc nào đấy lực cản trong cơ
cấu phanh sinh ra sẽ lớn hơn lực cản lốp sẽ dẫn đến sự trượt lê bánh xe. Khi bánh
xe bị trượt lê hồn tồn thì hệ số bám  có giá trị thấp nhất. Theo biểu thức (1-2)
thì khi bánh xe bị trượt lê hồn tồn thì lực phanh sinh ra giữa bánh xe và mặt
đường là nhỏ nhất, dẫn đến hiệu quả phanh thấp nhất. Không những thế, nếu các
bánh xe trước bị trượt lê sẽ làm cho hệ số bám dọc x giảm đồng thời làm cho hệ
số bám ngang y giảm khi đó mất bánh trước sẽ khơng có khả năng dẫn hướng vì
thế đầu xe sẽ chuyển động theo lực quán tính hoặc độ nghiêng của mặt đường, còn
nếu các bánh xe sau bị trượt lê thì xe sẽ bị trượt ngang theo về bên trái hoặc bên

6


phải theo độ nghiêng của mặt đương và xe sẽ có xu hướng quay ngoắt vịng trịn
khi lực qn tính đẩy trọng tâm về phía trước và tâm quay là bánh xe trước có hệ
số bám lớn. Nếu tất cả các bánh xe bị trượt lê thì xe sẽ mất hồn tồn tính ổn định.
Khi đó xe sẽ bị văng theo lực quán tính hoặc do độ nghiêng của mặt đường.
Nếu hệ số bám lớn sẽ cho phép bánh xe tiếp nhận lực dọc lớn và ngược lại.

Hệ số bám này được xác định bằng thực nghiệm bánh xe đang chuyển động bị hãm
cứng hoàn toàn, nghĩa là bánh xe bị trượt lê 100%.
4.1 Độ trượt dọc của bánh xe khi phanh
Trên thực tế, hệ số bám của bánh xe ôtô với mặt đường ngoài việc phụ thuộc
vào loại đường và tình trạng mặt đường cịn phụ thuộc khá nhiều bởi độ trượt của
bánh xe tương đối với mặt đường trong quá trình phanh.

Hình 1.1 : Tải trọng tác dụng lên bánh xe bị phanh
Độ trượt của bánh xe được gắn liền với khái niệm : Nếu bánh xe lăn tự do
không chịu tải trọng thẳng đứng, độ trượt bằng khơng. Khi bánh xe bị phanh bó
cứng trên nền đường, độ trượt sẽ bằng 100 %. Để đạt được hệ số bám cao khi
phanh cần thiết khảo sát mối quan hệ của hệ số bám  với độ trượt x của bánh xe.

7


Quan hệ vật lý này được biểu diễn trên hình 1.1. Quy luật như vậy cũng gần giống
giữa bánh xe bị phanh và bánh xe chủ động. Ở đây chỉ nêu lên trong trường hợp
bánh xe bị phanh.
Sự trượt dọc của bánh xe gắn liền với sự biến dạng theo chu vi lốp. Các lớp
ở vùng tiếp xúc bị biến dạng, gây nên dịch chuyển tương đối với nền, và được xác
định bằng độ trượt x
Đánh giá sự trượt dọc của bánh xe nhờ độ trượt x và được định nghĩa trong
trường hợp bánh xe bị phanh :

x =

v − rd 
r
100% = 1 − d 100%

v
v

Trong đó:
v : Vận tốc dịch dọc của bánh xe tại vết tiếp xúc.
 : Vận tốc góc của bánh xe khi phanh

rd : Bán kính làm việc của bánh xe
Như vậy sự trượt của bánh xe với nền xuất hiện kể cả khi bánh xe chịu lực
dọc nhỏ. Nếu càng gia tăng lực dọc (ở đây là lực phanh) sự trượt xảy ra càng lớn.
Khi lực dọc vượt quá giá trị của lực bám giới hạn, sự trượt hồn tồn xảy ra.
Q trình diễn biến hệ số bám dọc x theo độ trượt  xảy ra ở dạng đường
cong lồi. Trong trạng thái phanh nhẹ nhằm giảm vận tốc ô tô, giá trị độ trượt thấp.
Nếu càng tăng lực phanh, độ trượt cũng sẽ tăng, hệ số bám tăng tới một giá trị lớn
nhất và bắt đầu suy giảm. Sự suy giảm hệ số bám sẽ không cho phép tăng khả năng
tiếp nhận lực dọc và bánh xe dẫn tới bị bó cứng.
Trên các ô tô ngày nay sử dụng cả hai thông số gia tốc phanh và độ trượt
của bánh xe làm thông số ngưỡng điều chỉnh thay đổi áp suất phanh của bánh xe,
đồng thời sử dụng chế độ điều chỉnh mức thấp với mục đích đảm bảo khả năng
quản lý độ trượt ở vùng ổn định.

8


4.2 Quan hệ vật lý của bám dọc, bám ngang với độ trượt ở bánh xe
Trong thực tiễn, bánh xe đồng thời thực hiện khả năng truyền lực dọc và lực
bên, đồ thị quan hệ lực dọc, lực bên với hệ số bám như trên hình 1.2. Khi bánh xe
biến dạng chịu lực bên, còn kèm theo sự xuất hiện góc lệch bên α ở các bánh xe

Hình 1.2 : Lực dọc, lực bên và vùng tối ưu của độ trượt

Quy luật biến đổi của y với độ trượt bánh xe x :
• Hệ số y sẽ đạt giá trị cực đại khi x = 0, sau đó sẽ giảm dần và đạt đến
giá trị thấp nhất tương ứng với trạng thái bị bó cứng bánh xe hồn tồn. Điều này
có nghĩa khi bánh xe dẫn hướng bị bó cứng, khả năng điều khiển hướng ô tô bằng
vành lái sẽ khơng có hiệu quả.
• Trạng thái tối ưu cho phép để đạt được khả năng tiếp nhận lực dọc, lực
bên lớn (cả x và y đạt giá trị cao), cần thiết hạn chế giá trị độ trượt dọc của bánh
xe trong vùng x = 10 ÷ 30 % và hệ thống ABS sẽ điều chỉnh để độ trượt nằm trong
vùng tối ưu đó.
• Khi xem xét bánh xe đàn hồi có mặt của góc lệch bên α, giá trị x , y sẽ
giảm khi góc lệch tăng lên, khả năng ổn định của ô tô sẽ kém hơn.

9


Giá trị độ trượt tối ưu 0 = 10 ÷ 30 % là vùng tối ưu mà hệ thống phanh có
thiết bị ABS cần đạt được. Vùng tối ưu này được ứng dụng thực tế trên ô tô thông
qua các thực nghiệm đối với từng loại ô tô và cấu trúc ABS bố trí trên xe.
4.3 Sự quay thân xe
Sự quay thân xe khi phanh gây nên lệch hướng chuyển động của ơ tơ và làm
khó khăn cho việc kiểm sốt quỹ đạo chuyển động của ơ tơ bằng vành lái. Tuy
nhiên sự quay thân xe xuất hiện trên cầu trước và trên cầu sau sẽ ảnh hưởng khác
nhau đến quá trình phanh.
Sự quay thân xảy ra trên cầu trước. Mơ tả hiện tượng này trên ơ tơ có cầu
trước điều khiển độc lập
Mô men gây quay thân xe Mz được xác định theo biểu thức :
Mz = ( Pp1 + Pp2 )B
Trong đó :
Pp1 và Pp2 : Lực phanh sinh ra trên các bánh xe trái và phải
B : Chiều rộng của hai vết lốp

Như vậy sự quay thân xe cịn chịu ảnh hưởng của trọng lượng tồn bộ ô tô
và chiều rộng của ô tô B.
Sự quay thân xe xảy ra trên cầu trước, người lái cịn có khả năng kịp thời
điều chỉnh vành lái, lấy lại quỹ đạo chuyển động của ơ tơ.

Hình 1.3 : Sự quay thân xe do sai lệch hệ số bám giữa hai bánh xe trên cùng một cầu
Sự quay thân xe xảy ra trên cầu sau ảnh hưởng nhiều tới khả năng giữ quỹ
đạo chuyển động của ơ tơ, chỉ có các lái xe có kinh nghiệm mới có khả năng hiệu

10


chỉnh vành lái. Hạn chế khả năng quay thân xe do cầu sau sẽ đảm bảo hiệu quả ổn
định hướng chuyển động khi phanh, mặc dù phải chấp nhận yếu tố giảm khả năng
tận dụng trọng lượng bám. Do vậy trên các bánh xe cầu sau có bổ sung bộ điều
chỉnh cân bằng áp suất dầu phanh tới các bánh xe của cầu sau.
4.4 Kiểm soát độ trượt bánh xe
Việc điều chỉnh mô men phanh được thực hiện nhờ các thơng số :
•

Theo giá trị độ trượt cho trước

•

Theo gia tốc góc của bánh xe bị phanh

•

Theo giá trị tỷ số giữa vận tốc góc bánh xe với gia tốc chậm dần của


nó.
Trong thực tế, việc xác định trực tiếp độ trượt rất khó khăn, đặc biệt là khi
phanh gấp trên nền trơn, giá trị độ trượt nhanh chóng vượt qua giới hạn độ trượt tối
ưu, bộ ECU của ABS sẽ tính tốn thơng qua các giá trị khác như vận tốc góc, gia
tốc góc của bánh xe và gia tốc dài của xe.
Các hệ thống ABS ngày nay sử dụng cảm biến đo vận tốc bánh xe theo thời
gian và xác lập các mối quan hệ sau trong ECU : vận tốc tức thời của bánh xe, gia
tốc góc của bánh xe, độ trượt bánh xe.
Q trình kiểm sốt độ trượt theo gia tốc được mơ tả trên hình 1.4

Hình 1.4 : Diễn biến q trình kiểm sốt độ trượt theo gia tốc bánh xe

11


Phương pháp quản lý độ trượt của bánh xe trên cơ sở các tín hiệu tiếp nhận
từ cảm biến vận tốc bánh xe được giải thích như sau :
Vận tốc chuyển động của ơ tơ vxe được hình thành trên cơ sở các vận tốc
quay của các bánh xe vk
Việc xác định được giá trị gia tốc giới hạn (-a) được xuất phát từ giá trị vận
tốc giới hạn của bánh xe là v(1) với 1 nằm trong vùng độ trượt tối ưu. Nếu giá trị
tuyệt đối 1 càng lớn (bánh xe bị phanh bó cứng nhiều), giá trị vận tốc giới hạn
v(1) càng nhỏ và ngược lại. Giá trị giới hạn (-a) dùng để điều khiển chuyển chế độ
tăng áp sang chế độ giữ hay giảm áp. Giá trị giới hạn (+a) dùng để điều khiển
chuyển chế độ giữ áp hay giảm áp sang chế độ tăng áp.
Tại giá trị vận tốc bánh xe, thực hiện chế độ điều chỉnh, tốc độ bánh xe được
ghi nhận là tốc độ đại diện vdd và dùng để kiểm soát giá trị vận tốc giới hạn theo độ
trượt v(1). Quá trình thay đổi vdd bám sát quá trình biến đổi vận tốc ô tô, cho tới
khi giá trị vk = vdd lại lấy theo vk. Điều này đảm bảo độ trượt nằm sát vùng tối ưu
0.

Khi nhả phanh, bánh xe đạt được gia tốc dương, giá trị giới hạn (+a) thường
thấp hơn giá trị tuyệt đối của (-a), nhằm hạn chế sự tăng gia tốc góc lớn. Giá trị
giới hạn (+a) dùng để điều khiển chuyển chế độ giữ áp hay giảm áp sang chế độ
tăng áp.

5. Cấu tạo và nguyên lý làm việc cơ bản của ABS
1-

Van điều áp

2-

Xi lanh chính

3-

Xi lanh công tác tại bánh xe

4-

ECU

5-

Cảm biến vận tốc bánh xe

6-

Bánh xe
Hình 1.5 : Sơ đồ nguyên lý ABS


12


ABS trong hệ thống phanh thuỷ lực là một bộ tự điều chỉnh áp suất dầu đưa
vào xylanh bánh xe sao cho phù hợp với chế độ lăn của bánh xe nhằm loại trừ hoàn
toàn khả năng trượt lết của bánh xe khi phanh, do vậy trên hệ thống phanh ABS sử
dụng cụm van điều chỉnh, cảm biến tốc độ bánh xe và bộ điều khiển trung tâm, các
cụm này được bố trí trong dịng dẫn động phanh thuỷ lực đơn giản (đối với một
bánh xe) như hình 1.5
• Van điều chỉnh áp suất 1 được đặt giữa xy lanh chính và xy lanh bánh xe
trong hệ thống dẫn động phanh, nhiệm vụ của nó là tạo nên sự đóng, mở đường dầu
từ xy lanh chính đến xy lanh bánh xe tùy thuộc vào tín hiệu điều khiển của bộ điều
khiển trung tâm. Cấu trúc của nó là các van trượt thuỷ lực được điều khiển bằng
điện tử. Đây là cơ cấu thừa hành của ABS.
• Cảm biến tốc độ bánh xe 5 có chức năng xác định tốc độ quay của bánh
xe, làm việc như một bộ đếm số vịng quay, tín hiệu của bộ cảm biến tốc độ được
đưa về bộ điều khiển trung tâm (tín hiệu vào) của ABS. Trên xe bộ cảm biến có thể
đặt tại : đĩa phanh, bán trục, bánh răng bị động của cầu xe …
• Bộ xử lý trung tâm 4 là một máy tính cỡ nhỏ (ECU-ABS) làm việc theo
chương trình định sẵn, tín hiệu điều khiển van điện tử phụ thuộc vào tín hiệu của
cảm biến và chương trình vi xử lý.
Ngồi ra trong ABS cịn có nguồn bổ sung năng lượng như bình dự trữ áp
suất thấp, bơm dầu, các van an toàn hệ thống …
Nguyên lý làm việc cơ bản của ABS như sau :
• Khi bắt đầu phanh, bánh xe quay với tốc độ quay giảm dần, nếu bánh xe
đạt tới giá trị gần bó cứng, tín hiệu của cảm biến chuyển về bộ điều khiển trung
tâm. Máy tính lựa chọn chế độ, đưa ra tín hiệu điều khiển van điều chỉnh áp suất,
cắt đưòng dầu từ xy lanh chính tới xy lanh bánh xe. Do vậy lực phanh ở cơ cấu
phanh không tăng được nữa, bánh xe có xu hướng lăn với tốc độ cao lên, tín hiệu từ

cảm biến lại đưa về bộ điều khiển trung tâm, bộ điều khiển trung tâm điều khiển
van điều chỉnh áp suất để mở đường dầu, tăng thêm áp suất dẫn ra xy lanh bánh xe,
thực hiện tăng lực phanh cho cơ cấu phanh, nhờ đó bánh xe lại bị phanh và giảm

13


tốc độ quay tới khi gần bó cứng. Q trình xảy ra được lặp lại theo chu kỳ liên tục,
tới khi bánh xe dừng hẳn.
• Một chu kỳ điều khiển thực hiện khoảng chừng 1/10 giây, đồng thời nhờ
các bộ tích dầu áp suất thấp, cao, van một chiều và bơm dầu độ chậm trễ tác dụng
điều khiển chỉ nhỏ hơn 1/1000 giây. Do vậy ABS làm việc rất hiệu quả, tránh được
hiện tượng bó cứng bánh xe. Q trình này có thể coi như sự nhấp phanh liên tục
của người lái khi phanh, nhưng mức độ chuẩn xác cao hơn và tần số lớn hơn rất
nhiều so với ngưòi lái xe có kinh nghiệm.

6. Vị trí, kết cấu và hoạt động cơ bản của các bộ phận trong hệ thống ABS

Hình 1.6 : Sơ đồ bố trí cơ bản các bộ phận của hệ thống ABS
6.1 Cảm biến tốc độ bánh xe
Nhiệm vụ: Cảm biến tốc độ bánh xe có nhiệm vụ cơ bản là biến chuyển
động quay của bánh xe tương ứng thành tín hiệu điện áp xoay chiều có tần số tỉ lệ
thuận với tốc độ quay của bánh xe.
Cấu tạo: Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnh
cửu để từ hố cuộn dây, cuộn dây dùng để phát dịng điện xoay chiều và một lõi từ.

14


Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rơto cảm biến cũng như số lượng cảm biến thay đổi

theo kiểu xe
Thông thường cảm biến tốc độ bánh trước được lắp vào cam quay và cảm
biến tốc độ bánh sau được bắt vào mâm cầu sau.
Roto cảm biến được lắp trên trục trước chủ động và trục bánh xe sau, cùng
quay với bánh xe.

Hình 1.7 : Cấu tạo cảm biến tốc độ loại điện từ
Hình vẽ trên chỉ ra vị trí của cảm biến và rô to cảm biến. Rôto cảm biến là
một đĩa mép ngồi có răng và các răng cách đều nhau. Đĩa được lắp chặt với moay
ơ bánh xe do vậy nó sẽ quay cùng với moay ơ bánh xe

15


Nguyên lý làm việc :
Khi bánh xe quay, các cảm biến tạo ra các tín hiệu điện từ. Những cảm biến
này được ví như "con mắt" của bộ điều khiển điện tử (ECU), giúp cho ECU cảm
nhận được tốc độ và tình trạng bị khóa của bánh xe. Mỗi cảm biến có sử dụng cơ
cấu roto bánh răng, cịn được gọi là "vịng cảm biến", "vịng kích thích" hay "vịng
từ trở", được gắn trên may ơ hoặc trục bánh xe và cùng quay với bánh xe.

Hình 1.8 : Nguyên lý hoạt động của cảm biến
Khi bánh răng của vòng cảm biến đi ngang qua cuộn dây cảm biến, một tín
hiệu điện xoay chiều được tạo ra. Tần số tín hiệu tăng khi tốc độ bánh xe tăng. Nếu
bánh xe đứng yên, tần số tín hiệu cảm biến sẽ bằng 0. Hệ thống đánh giá logic
trong bộ điều khiển điện tử sẽ hình thành một tốc độ chuẩn của xe để theo đó mà
tác động trong q trình điều khiển của phanh. Các thay đổi của một hay nhiều
bánh xe sẽ được ghi nhận theo thực tế và khi chúng giảm tốc độ nhiều quá (so với
tốc độ chuẩn) thì sẽ được nhận biết như là một nguy cơ bị bó cứng. Tín hiệu điện
từ được truyền về ECU bằng một cặp dây dẫn.

6.2 Bơm cấp dầu
Nhiệm vụ : Bơm tuần hoàn được dùng để chuyển dung dịch từ các van giảm
áp trở về các đường ống, và để khắc phục tình trạng mất áp suất phanh do ảnh
hưởng từ quá trình làm việc của các van sẽ rút dung dịch từ hệ thống

16


Bơm có thể tạo ra áp suất bằng với áp suất trong hệ thống phanh, một số hệ
thống rút dung dịch này trở về tới bình chứa ở xilanh chính. Đa số các hệ thống
bơm sử dụng một hoặc hai piston, được điều khiển bởi ECU, ECU nhận tín hiệu từ
cơng tắc hành trình bàn đạp phanh hoặc từ cơng tắc áp suất của bộ tích trữ rồi phát
tín hiệu điều khiển bơm. Một số hệ thống lưu trữ dung dịch từ các van trong một
bộ tích trữ trước khi khởi động bơm.
6.3 Bộ điều khiển điện tử
Bộ điều khiển điện tử ECU (có tài liệu viết là EBCM ) là một bộ vi xử lý, có
bộ nhớ khoảng 8kb.
ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến tốc độ và tạo tín hiệu điều khiển tác
động lên các van điều tiết. ECU sẽ so sánh tốc độ của mỗi bánh xe với nhau và với
dữ liệu của chương trình lưu trong bộ nhớ của nó. Khi ECU nhận thấy tần số tín
hiệu của một bánh xe nào đó giảm rất nhanh, nó sẽ phát tín hiệu điều khiển đến van
điều tiết của các bánh xe đó. Bộ điều tiết sẽ tác động để phanh ở bánh xe đó nhả ra,
cho phép tốc độ bánh xe tăng lên. Khi tần số tín hiệu từ các bánh xe nằm trong
phạm vi chấp nhận được, ECU sẽ phát tín hiệu đến bộ điều tiết để ép phanh trở lại.
Vì tín hiệu điện rất nhanh nên những tác động nói trên xảy ra rất nhanh chóng.
Các thiết bị đầu ra của ECU thường là các solenoid trong bộ điều tiết, đèn
báo sự cố ABS và motor bơm. Đầu vào của ECU thông thường là các cảm biến tốc
độ và trong một vài hệ thống là cảm biến áp suất bơm, mức dung dịch, công tắc
đèn dừng xe và cảm biến hành trình của bàn đạp phanh.
6.4 Bộ điều tiết điện tử

Bộ điều tiết còn được gọi là bộ điều khiển thủy lực, là thiết bị tạo ra chu kì
phanh. Trong khi phanh dừng bình thường, bộ điều tiết khơng làm thay đổi hoạt
động bình thường của phanh. Trong khi phanh gấp, áp suất trong cụm phanh sẽ
tăng bình thường, nếu bánh xe bắt đầu bị khóa, bộ điều tiết sẽ dừng mọi sự gia tăng
áp suất thủy lực ở xilanh hoặc calip bánh xe. Nếu tác động này không đủ để cho
bánh xe quay ở tốc độ thích hợp, bộ điều tiết sẽ giảm áp suất. Ngay sau khi bánh xe
quay, bộ điều tiết lại tác động làm tăng áp suất trong xilanh bánh xe hoặc calip.
Chu kì trên được lặp lại với tần số khoảng 5-15 lần trong một giây

17

.


6.5 Hệ thống van
Các mô đun điểu khiển ABS là các van điện tử điều chỉnh áp suất dẫn tới xy
lanh bánh xe. Mỗi kênh điều khiển của xe bố trí các mơ đun điểu khiển theo hai
dạng
• Mỗi kênh sử dụng 1 van 3 vị trí ( mơ đun 3 vị trí )
• Mối kênh sử dụng 2 van 2 vị trí ( mơ đun gồm 2 van 2 vị trí ).
6.6.1 Mơ đun 3 vị trí :
Tồn bộ các cụm van được bố trí trong blok thủy lực. Tách riêng một mạch
điều khiển của van 3 vị trí được mơ tả trên hình 1.9

Xi lanh chÝnh

Cưa "A"®ãng
Van mét
chiỊu sè 3


Van mét
chiỊu sè 1
5A
12 V

B¬m

ABS
ECU

Van mét
chiỊu sè 2

Cưa "B"më
Cưa "C"
Cụm phanh
bánh xe

Cảm biến
tốc độ
bánh xe

Bình dầu

Hỡnh 1.9 : S đồ nguyên lý làm việc của một cụm van 3 vị trí
Cụm van thủy lực điện từ 3 vị trí đặt nằm giữa xy lanh chính và xy lanh
bánh xe. Van làm việc gắn liền với bơm và van điều tiết áp suất, bầu tích năng. Mơ
tơ bơm có nhiệm vụ cung cấp dầu có áp suất cao (120÷130) bar cho van khi cần
thiết. Cuộn dây của van được điều khiển nhờ tín hiệu điều khiển của ECU-ABS.
Mạch thủy lực của bơm dầu nối song song với mạch thủy lực điều khiển xy lanh


18


bánh xe và cung cấp dầu hay chuyển dầu qua hai van một chiều. Bầu tích năng bố
trí song song với bơm làm nhiệm vụ ổn áp đường dầu trong q trình điều khiển và
là nơi tích trữ năng lượng khi xy lanh bánh xe giảm áp. Điện áp điều khiển cuộn
dây ở 3 mức (0, 2, 5 A).
Cụm van bao gồm : cuộn dây điện bố trí trong vỏ của cụm van, cuộn dây tạo
nên từ trường khi cho dòng điện đi qua, lõi thép từ đặt trong cuộn dây có khả năng
di chuyển theo cường độ từ trường tạo ra, lõi thép từ luôn chịu tác động tác động
của lò xo định vị, các cửa A, cửa B bố trí nằm trong lõi thép từ, liên kết với nhau
thơng qua các lị xo nhỏ. Cửa A có nhiệm vụ đóng mở mạch cấp dầu cho xy lanh
bánh xe, cửa B có nhiệm vụ đóng mở mạch thốt dầu sang bình tích dầu. Trong lõi
thép từ có một cửa dầu C cấp dầu thông qua lõi thép
Các trạng thái điều khiển cho một bánh xe bao gồm : chế độ phanh trước
điều chỉnh, chế độ giữ áp, chế độ giảm áp, chế độ tăng áp trở lại.
6.6.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của một mô đun 2 van 2 vị trí
Ngày nay trên ơ tơ con phần lớn chuyển sang sử dụng cầu trúc mô đun điều
chỉnh áp suất dạng 2 van 2 vị trí do đó đồ án tốt nghiệp cũng lựa chọn sử dụng loại
van 2 ví trí này. Sơ đồ cấu tạo của các van dùng trong các tài liệu kỹ thuật hiện nay
trình bày trên hình 1.10
Cấu trúc cụ thể van 2 vị trí của các nhà chế tạo có thể khác nhau, song đều
dựa trên các loại van con trượt thủy lực, điều khiển bằng lực từ trường của cuộn
dây. Các nhà sản xuất van thủy lực này đều chế tạo theo tiêu chuẩn, nhằm giảm
thiểu sự phức tạp trong công nghệ

19



Hình 1.10 : Sơ đồ biểu diễn của các van dùng trong các tài liệu kĩ thuật
Các van thủy lực điện từ ngày nay trên ô tô con đều bố trí trong một khối
(blok) thủy lực. Khối này đặt gọn bên cạnh (hay đặt tách rời) với ECU-ABS. Như
vậy cả hai van được làm việc trên cơ sở tín hiệu điện của ECU-ABS, ở mỗi van có
hai vị trí tương ứng với trạng thái điện áp cấp : ON, OFF. Tổ hợp các trạng thái
mạch điểu khiển thực hiện chức năng tăng áp, giữ áp, giảm áp (tương tự như mơ
đun điều khiển của loại van 3 vị trí).
Hai van 2 vị trí bố trí với các nhiệm vụ khác nhau : van A đảm nhận việc
cấp dầu và ngắt đường dầu từ cho xy lanh bánh xe, van B ngắt dầu và thông mạch
dầu về bơm. Tổ hợp 2 van 2 vị trí tạo nên các trạng thái tăng, giữ, giảm áp suất dầu
của xy lanh bánh xe.
Nguồn năng lượng sử dụng khi phanh (cấp dầu có áp suất) được thực hiện từ
lực bàn đạp và bộ trợ lực phanh. Khi cần bổ sung dầu có áp suất cho mạch điều
khiển ABS, năng lượng có thể được cấp từ bơm. Bơm dầu làm việc nhờ mô tơ điện
một chiều với điện áp 12 V. Mô tơ điện được làm việc bởi sự kiểm soát của ECUABS.
Khi phanh xe, áp suất dầu được cung cấp bởi xy lanh chính tăng đem đi qua
van dầu A đến từng xy lanh bánh xe và một phần được cấp cho bầu tích năng qua
một van tiết lưu.

20


7. Khái niệm cơ bản về BAS
Thiết bị hỗ trợ phanh BAS (Braking Assistant System) là thiết bị hỗ trợ
người lái khi phanh gấp (do hoảng hốt). Thiết bị này có thể nâng cao áp suất dầu
phanh dưới tác động của người lái.
Hệ thống hỗ trợ phanh thực hiện như sau : yêu cầu phanh của người lái
được kích hoạt (cảm nhận) nhờ lực phanh (hay hành trình) trên bàn đạp phanh, và
giá trị tín hiệu được đưa về bộ điều khiển điện tử. Thiết bị hỗ trợ phanh BAS có
các chức năng sau :

- Nhận được tình trạng phanh gấp, để tăng áp suất phanh được theo yêu
cầu của lái xe đến mức áp suất phanh cao ở các bánh xe sao cho tất cả các bánh xe
có thể đạt tới giá trị độ trượt giới hạn.
- Cung cấp dầu có áp suất cao tới các xy lanh bánh xe
- Kết hợp với hệ thống ABS để đảm bảo các bánh xe khơng xảy ra hiện
tượng bó cứng khi phanh.

8. Vai trị của hệ thống phanh ABS có BAS trên ô tô con
Khi xe chuyển động trên đường, những tình huống bất ngờ có thể xảy ra và
người lái tiến hành đạp phanh khẩn cấp với mong muốn phát huy hết hiệu quả
phanh. Bình thường, nếu nhấn hết bàn đạp phanh, hệ thống ABS có thể phát huy
tối đa tính hiệu quả, nhưng nó có thể khơng đáp ứng nếu áp suất phanh chưa đủ
lớn. Chính vì lẽ đó, người lái rất cần tới một hệ thống có thể phát hiện những tình
huống phanh gấp để từ đó gia tăng nhanh áp lực phanh.
Xuất phát từ nhu cầu của thực tiễn, hệ thống phanh ABS liên hợp với BAS
được giới thiệu lần đàu tiên vào năm 1996 nhằm mục đich tăng tính an tồn trong
chuyển động và đạt hiệu quả phanh tốt nhất theo yêu cầu của người sử dụng.
Với xe có trang bị bộ ABS liên hợp với BAS, các cảm biến nhận được tín
hiệu yêu cầu của lái xe và so sánh quá trình biến đổi áp suất với giá trị áp suất định
sẵn trong ECU-ABS, từ đó thực hiện gia tăng nhanh áp suất phanh hỗ trợ lái xe ở
chế độ phanh khần cấp. Bằng cách đó sẽ tạo điều kiện cho người lái xe ít kinh
nghiệm có được quãng đường phanh ngắn nhất trong trường hợp phanh khẩn cấp,

21


lái xe xuống dốc hay khi xe kéo theo khoang chở hành khách, hàng hóa. Tất nhiên
trong khi phanh lái xe phải đặt chân lên bàn đạp phanh.

9. Đặc tính và nguyên lý hoạt động cơ bản của hệ thống BAS

Đặc tính phanh và nguyên tắc hoạt động của hệ thống ABS + BAS được mơ
tả trên đồ thị hình 1.11
Phần cơ khí sử dụng xy lanh có trợ lực chân không tiếp nhận yêu cầu phanh
của lái xe. Khi lái xe đạp phanh bình thường, áp suất phanh tăng dần theo quy luật
trợ lực do lái xe tác động.

Hình 1.11 : Đặc tính của BAS
1.Bắt đầu tác động của BAS, 2. Giảm phanh, 3. Ngắt tác động của BAS
Khi lái xe đạp phanh khẩn cấp, áp suất sinh ra sau xylanh chính khơng tăng
kịp, hệ thống điều khiển nhanh chóng chuyển mạch tới mức áp suất cao hơn. Q
trình xảy ra do sự chậm trễ chuyển mạch rất ngắn và áp suất dầu gia tăng nhanh tới
ngưỡng của giá trị điều chỉnh độ trượt. Quá trình giảm áp, giữ áp và tăng áp xảy ra
trong một vài chu trình điều chỉnh ở vùng lân cận độ trượt yêu cầu, tốc độ ơ tơ
nhanh chóng giảm xuống, cho tới khi đảm bảo sự tương thích giữa hành trình bàn
đạp và áp suất của hệ thống. Trong thời gian thực hiện này, áp suất phanh đạt ở giá

22


trị cao, độ trượt bánh xe trong giới hạn tối ưu của ABS nên giảm nhỏ được quãng
đường phanh.
Mỗi khi áp suất đo được nhỏ hơn giá trị yêu cầu (nhả chân phanh), hệ thống
nhận biết được yêu cầu của lái xe và giảm dần áp suất phanh. Trong trường hợp đó,
ECU-BAS tác dụng chuyển mạch điều khiển sang chế độ phanh thông thường. Sự
điều chỉnh được chuyển êm dịu theo tín hiệu áp suất đo được. Lái xe tiếp tục phanh
xe với hệ thống khơng có thiết bị hỗ trợ.

23



CHƯƠNG 2
LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
1. Yêu cầu đối với xe thiết kế
✓ Đề tài lựa chọn thiết kế xe con 5 chỗ ngồi, hoạt động thường xuyên trên
đường tốt, có vận tốc cao, phân bố tải trọng 50/50 do đó xe được lựa chọn để thiết kế là
loại xe có động cơ đặt trước, cầu trước chủ động.
✓ Đảm bảo khả năng phanh xe, tiêu hao động năng là lớn nhất.
✓ Xe con thường yêu cầu tính tiện nghi cao, đảm bảo khả năng tạo cảm giác
thoải mái nhất cho người lái do đó cần bố trí bộ trợ lực lái để giảm nhẹ lực điều khiển
cho người sử dụng.
✓ Xe được thiết kế sử dụng hệ thống ABS có BAS. Hệ thống có yêu cầu mở
rộng chức năng :TRC, VSC…
BẢNG SỐ LIỆU
Thơng số

Kí hiệu

Giá trị

Đơn vị đo

Trọng lượng đầy tải

G

19700

N

Trên cầu trước


G1

9650

N

Trên cầu sau

G2

10050

N

Chiều dài cơ sở

L

2,775

m

Chiều cao trọng tâm đầy tải

h

0,512

m


a

1,416

m

b

1,359

m

Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm
trục cầu trước
Khoảng cách từ trọng tâm xe tới tâm
trục cầu sau
Lốp xe

215/60R16

24


2. Một số phương án lựa chọn :
2.1 Lựa chọn cơ cấu phanh
Cơ cấu phanh được bố trí ở các bánh xe nhằm tạo ra mômen hãm trên bánh xe
khi phanh trên ôtô.
Cơ cấu phanh được lựa chọn để thiết kế trong đồ án tốt nghiệp là cơ cấu phanh
đĩa truớc và sau. Cơ cấu phanh đĩa loại đĩa quay là loại đĩa phanh được bắt chặt với

may ơ bánh xe nhờ các bu lông. Khi người lái tác dụng lực vào bàn đạp phanh thì dầu
phanh từ xi lanh chính với áp suất cao được đưa vào xi lanh chính làm piston đẩy má
phanh ép vào đĩa phanh, đồng thời với áp suất dầu cao làm cho giá đỡ được đẩy với
chiều lực đẩy ngược lại, làm giá đỡ trượt trên chốt trượt ép má phanh còn lại vào tấm
ma sát và thực hiện quá trình phanh. Khi người lái nhả phanh làm áp suất dầu trong xi
lanh chính giảm dầu phanh từ xi lanh bánh xe hồi về xi lanh chính. Piston và giá đỡ
được hồi về vị trí ban đầu dưới tác dụng của phớt piston (cao su). Do khe hở phanh
được điều chỉnh tự động bởi phớt piston nên khe hở phanh không cần phải điều chỉnh
bằng tay.
Cơ cấu phanh dạng đĩa có các dạng chính và kết cấu trên hình 2.1

a) Loại hai pit tong

b) Loại một pit tong

Hình 2.1 - Kết cấu của cơ cấu phanh đĩa
Ưu điểm : Toả nhiệt tốt do phần lớn đĩa phanh được tiếp xúc với khơng khí,
nhiệt sinh ra bởi ma sát dễ dàng toả ra ngồi khơng khí, sự chai bề mặt má phanh khó
xảy ra. Đảm bảo khả năng ổn định phanh ở tốc độ cao. Phanh đĩa có cấu tạo tương đối
đơn giản nên việc kiểm tra và thay thế má phanh đặc biệt dễ dàng. Phanh đĩa cịn có ưu

25