CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHANH TRÊN DÒNG XE HYBRID 1. Khái niệm xe hybrid Xe hybrid, còn có tên gọi khác là xe lai, đây là sự kết hợp giữa hai bộ truyền động, gồm một động cơ chạy bằng xăng và một mô tơ chạy bằng năng lượng điện lấy nguồn từ một ác quy cao áp. Mục đích chính là dùng môtơ điện hỗ trợ hoặc thay thế động cơ đốt trong (ĐCĐT) để kéo xe ở những thời điểm mà ĐCĐT làm việc không tối ưu trong các giai đoạn khởi động, gia tốc và tăng tốc. Hay nói cách khác là giúp cho ĐCĐT luôn làm việc trong vùng làm việc tối ưu, vận hành mạnh mẽ, khả năng tiết kiệm nhiên liệu, thân thiện với môi trường.
Xe hybrid có các ưu điểm sau: thân thiện với môi trường; kinh tế nhiên liệu cao so với xe động cơ đốt trong; đáng tin cậy hơn so với xe điện, vì có xăng là một nhiên liệu thay thế, xe điện bị hạn chế hành trình do dung lượng sạc có hạn; ít phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống; xe hybrid có động cơ đốt trong nhỏ hơn; được công nhận và đang phát triển, phổ biến trong tương lai. Bên cạnh đó, xe hybrid còn có các nhược điểm sau: giá thành cao hơn so với giá xe động cơ đốt trong cùng phiên bản; trọng lượng toàn bộ xe lớn do có thêm hệ thống pin; trong trường hợp tai nạn, có nguy cơ tiếp xúc với dây điện áp cao; xe hybrid rất phức tạp, khó sửa chữa, bảo dưỡng; phụ tùng thay thế có thể khó tìm và đắt đỏ; xe hybrid có gia tốc thấp hơn so với xe động cơ đốt trong. Với các ưu nhược điểm nổi bật như đã nêu ở trên, ô tô hybrid đang được sự quan tâm nghiên cứu và chế tạo của rất nhiều nhà khoa học và hãng sản xuất ô tô trên thế giới. Ngày càng có nhiều mẫu ô tô hybrid xuất hiện trên thị trường và càng có nhiều người tiêu dùng sử dụng loại ô tô này.
Xu hướng phát triển của dòng xe hybrid Sự phát triển của phương tiện giao thông ở từng quốc gia trên thế giới là không giống nhau, mỗi nước có một tiêu chuẩn riêng biệt đối với khí thải của ô tô, tuy nhiên nhìn chung có xu thế là từng bước cải thiện cũng như sản xuất những loại xe có mức khí thải là thấp nhất nhằm hạn chế tối thiểu sự tiêu thụ nhiên liệu. Điều đó càng cấp thiết khi mà nguồn tài nguyên dầu khí ngày một khan hiếm dẫn đến giá dầu mỏ tăng cao mà nguồn thu nhập của người dân thì tăng không tương 2 xứng. Ô tô xanh không gây hiệu ứng nhà kính là mong muốn của các nhà thiết kế và sản xuất ô tô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được đề xuất bao gồm: cải thiện quá trình cháy của động cơ đốt trong, dùng các loại nhiên liệu không truyền thống trên ô tô như LPG, ethanol, methanol, biodiesel, điện, năng lượng mặt trời và ô tô lai (hybrid).
Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp này sẽ tìm hiểu về loại ô tô hybrid (xe lai) phối hợp giữa ĐCĐT và mô-tơ điện là loại ô tô hybrid phổ biến nhất. Giới thiệu xe Lexus RX 450h Lexus RX 450h là một chiếc xe SUV (Sport Utility Vehicle) của hãng xe hơi Nhật Bản Lexus, thuộc tập đoàn Toyota. Được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2005 và hiện đang được sản xuất tại Nhật Bản, Mỹ và Canada. Xe Lexus RX 450h 2012 Lexus RX 450h là một chiếc hybrid hoàn toàn, có khả năng vận hành riêng ở cả hai chế độ xăng và điện hoặc kết hợp cả hai.
Nó mang lại lợi ích tiết kiệm năng lượng của hệ thống hybrid nối tiếp và hiệu suất tăng tốc của hệ thống hybrid song song. Hệ thống truyền động hybrid kết hợp các bộ dẫn động phía trước và phía sau riêng biệt. Bộ dẫn động cầu trước là hệ thống hybrid nối tiếp/song song bao gồm động cơ xăng V6 [3,5l], động cơ điện, máy phát điện, pin hiệu suất cao, bộ điều khiển công suất và thiết bị phân chia công suất với bộ bánh răng hành tinh để phân bổ lại năng lượng từ động cơ, động cơ điện và máy phát điện theo yêu cầu của 3 điều kiện lái xe. Bộ phận phía sau cung cấp hệ dẫn động bốn bánh bằng động cơ điện thứ hai và độc lập so với bộ phận phía trước.
Động cơ được kích hoạt và điều chỉnh liên tục bởi hệ thống quản lý tích hợp động lực xe (VDIM), hoạt động cùng với bộ điều khiển công suất. Trong đó, hệ thống phanh được thiết kế có tính năng mới so với hệ thống phanh trên các dòng xe thông thường, do hệ thống phanh trên xe có sự kết hợp giữa phanh cơ khí và phanh tái sinh (Regenergative Brake). Hệ thống phanh trên Lexus RX 450h Lexus RX 450h sử dụng phanh đĩa cho cả bánh trước và bánh sau, phanh tang trống cho phanh đỗ, sử dụng hệ thống dẫn động phanh thủy lực, trợ lực bằng mô tơ bơm và bình tích năng, bộ điều chỉnh lực phanh kiểu hạn chế áp suất cùng với các hệ thống chống bó cứng phanh (Anti-lock Braking System), hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp (Emergency Brake Assist), hệ thống phân phối lực phanh điện tử (Electronic Brakeforce Distribution), hệ thống kiểm soát độ bám đường (Traction Control), hệ thống cân bằng thân xe điện tử (Vehicle Stability Control), hệ thống điều khiển tích hợp ổn định thân xe (Vehicle Dynamics Intergrated Management), phanh tái sinh (Regenerative Brake). Hệ thống phanh cơ khí Vị trí của các phần tử cấu tạo nên hệ thống phanh cơ trên thân xe: Hình 1.Vị trí các phần tử của hệ thống phanh trên thân xe 1, Bơm trợ lực ABS ; 2, Bộ chấp hành ABS ; 3, Bình dầu phanh ; 4, Xylanh phanh chính ; 5, Roto; 6, Bộ chuyển nguồn điều khiển phanh ; 7, Hộp cầu chì ; 9, Cảm biến tốc độ bánh xe sau ; 10, Cảm biến tốc độ bánh xe trước (trái) ; 11, Roto ; 12, Hộp rơ- le 1 ; 13, Hộp rơ-le 2 ; 14, Roto ; 15, Cảm biến tốc độ bánh xe trước (phải).
Vị trí các hộp điều khiển hệ thống phanh 1, Buzzer kiểm soát trượt ; 2, Công tắc phanh đỗ ; 3, Cảm biến hành trình bàn đạp phanh ; 4, Công tắc đèn phanh đỗ ; 5, Đồng hồ tablo ; 6, ECU kiểm soát trượt ; 7, Thân xe ; 8, Công tắc VSC OFF ; 9, Cảm biến góc quay thân xe và gia tốc ; 10, Cảm biến góc lái ; 11, DLC3 ; 12, ECU chính thân xe và ECU kiếm soát hybrid ; 13, Rơ-le điều khiển đèn phanh đỗ. Hệ thống phanh cơ khí (dẫn động thủy lực) trên xe Lexus RX 450h được bố trí như hình dưới đây: Hình 1. Hệ thống phanh cơ khí trên xe Lexus RX450h năm sản xuất 2012 5 1, Má phanh ; 2, Càng phanh ; 3, Khung càng phanh ; 4, Đĩa phanh ; 5, Đường dầu ; 6, Bơm trợ lực ABS ; 7, Bình dầu phanh ; 8, Xylanh phanh chính ; 9, Bơm trợ lực ; 10, Cần đẩy ; 11, Bàn đạp phanh ; 12, Khớp nối ; 13, Bộ chấp hành ABS ; 14, Càng phanh sau ; 15, Chốt định vị ; 16, Đĩa phanh sau ; 17, Guốc phanh ; 18, Vít chỉnh ; 19, Tấm lưng ; 20, Lò xo hồi vị ; 21, Thanh chống. Cấu tạo hệ thống phanh cơ khí Hệ thống phanh cơ khí (dẫn động thủy lực) được sơ đồ hóa như hình 1.
Sơ đồ khối hệ thống phanh thủy lực (phần cơ khí) 1, Cảm biến tốc độ bánh xe ; 2, Đĩa phanh ; 3, Má phanh ; 4, Bình dầu phanh ; 5, Đường dầu ; 6, Xylanh phanh chính ; 7, Bơm trợ lực ; 8, Bàn đạp phanh ; 9, Phanh tay ; 10, Đường dầu ; 11, Bộ chấp hành ABS ; 12, Bơm trợ lực ABS. Sơ đồ hệ thống phanh trên hình 1.4 bao gồm đường dầu trải dài trong hệ thống phanh và đường tín hiệu từ các bộ chấp hành đến các bộ phận điều khiển trên xe, đường truyền bao gồm tín hiệu điện áp và mạng CAN. Đường ống dẫn dầu trên hệ thống phanh được bố trí như hình trên, kiểm soát hệ thống phanh làm việc ổn định thông qua các tín hiểu khác nhau được gửi về ECU kiểm soát trượt. Từ đó điều khiển lực phanh tốt hơn giúp xe ổn định, chống trơn trượt khi cần giảm tốc độ.
Các van điện từ có chức năng đóng ngắt dường dầu, giúp thân xe luôn ổn định trong quá trình giảm tốc, việc điều khiển được lập trình sẵn trên ECU. Bên cạnh đó, phanh đỗ được dẫn động bằng 2 sợi cáp độc lập với nhau, được nối từ cần gạt đến cơ cấu guốc phanh ở cầu sau, được điều khiển bằng cần gạt phanh đỗ. 6 Từ sơ đồ trên có thể rút ra được sơ đồ mạch điện như hình 1. Sơ đồ khối hệ thống phanh thủy lực (phần mạch điện) 1, Cảm biến tốc độ bánh xe ; 2, Bơm ; 3, Bộ chấp hành ABS ; 4, Xylanh phanh chính ; 5, Bàn đạp phanh.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh cơ khí Chế độ phanh cơ khí: tất cả các van điện từ ở bộ chấp hành đều mở, khi ta dùng lực tác dụng vào bàn đạp phanh, dầu sẽ bị ép từ xylanh phanh chính đi đến các ống dẫn dầu, qua các van điện từ và phân phối đều lực dầu đến các xylanh công tác ở 4 bánh xe, từ đó tốc độ xe sẽ được giảm dần hoặc tốc độ sẽ được kiểm soát cho phù hợp với tình huống hiện tại. Chế độ phanh chống bó cứng (Anti-lock Braking System): Để điều khiển chống bó cứng bánh xe, trên xe được trang bị bốn cảm biến tốc độ bánh xe, ECU chứa chương trình chống bó cứng và bộ chấp hành ABS. Bộ chấp hành được bố trí trên đường dầu thủy lực đóng vai trò trung gian giữa bàn đạp phanh và cơ cấu phanh. Khi phát hiện bó cứng, ECU có nhiệm vụ điều khiển bộ chấp hành thay đổi giá trị áp lực dầu đến cơ cấu phanh theo 3 chế độ: - Giai đoạn tăng áp lực phanh: ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý và điều khiển bộ chấp hành ABS mở các van điện SMC1, SMC2, SLARF, SLARL, SLAFL, SLARR.
Dầu sẽ từ bình chứa và xylanh phanh chính sẽ đi thẳng đến các 7 xy lanh công tác ở 4 bánh xe thông qua áp lực từ bàn đạp phanh điều khiển lực dầu ở xylanh phanh chính và nguồn áp lực thứ 2 đến từ bơm trợ lực. - Giai đoạn giữ áp lực phanh: ECU điều khiển bộ chấp hành ABS đóng tất cả van điện để giữ áp lực dầu không đổi. - Giai đoạn giảm áp lực phanh: Các van điện SLRFR, SLRRL, SLRFL, SLRRR sẽ được mở ra.