Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS

Vấn đề lớn nhất đặt ra của hệ thống phanh là khi gặp các chướng ngại vật bất ngờ, người lái đạp phanh gấp và giữ liên tục dẫn tới các bánh xe bị bó cứng và làm mất khả năng quay vành lái trong khi phanh gấp, người lái nên lặp lại động tác đạp và nhả bàn đạp phanh nhiều lần để tránh tình trạng trên. Tuy nhiên, không có thời gian để thực hiện việc này trong những trường hợp phanh khẩn cấp. Để giải quyết vấn đề nêu trên, các nhà sản xuất để chế tạo ra những chiếc xe với hệ thống phanh ABS – Anti-lock Braking System.

ể giải quyết vấn đề nêu trên, các nhà sản xuất để chế tạo ra những chiếc xe với hệ thống phanh ABS (Anti-lock Braking System), cơ cấu này giúp người lái không cần phải nhấp nhả bàn đạp phanh liên tục mà chỉ cần đạp phanh và điều khiển vô-lăng. ABS giúp xe chuyển định ổn định không bị trượt, quay vòng trong trường hợp phanh gấp, tăng độ an toàn cho người lái.

Ngày nay, hệ thống phanh được chia ra rất nhiều loại dựa theo cơ cấu phanh, cách bố trí, dẫn động phanh, kết cấu bộ cường hóa,….

Hệ thống được sử dụng phổ biến nhất trên các dòng xe ô tô con hiện nay là phanh thủy lực với những ưu điểm như: kết cấu, không gian bố trí nhỏ gọn; dễ theo dõi và quan sát, sửa chữa đơn giản; giá thành bảo dưỡng và sửa chữa thấp, truyền tải lực phanh lớn và ổn định, độ nhạy cao, khả năng chấp hành nhanh.

Hệ thống phanh ABS có cấu tạo gồm những bộ phận gì ?

1. Cảm biến tốc độ:

Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồm một nam châm vĩnh cữu, cuộn dây và lõi từ.Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rôto cảm biến cũng như số lượng răng của rôto cảm biến thay đổi theo kiểu xe.

Vành ngoài của các rôto có các răng, khi xe chuyển động các bánh xe dẫn động rôto quay, sinh ra một điện áp xoay chiều có tần số tỷ lệ với tốc độ quay của rôto.

Điện áp AC này báo cho ABS ECU biết tốc độ bánh xe.

2. Cảm biến giảm tốc:

Việc sử dụng cảm biến giảm tốc cho phép ABS đo trực tiếp sự giảm tốc của bánh xe trong quá trình phanh. Nhờ đó biết được trạng thái mặt đường, qua đó điều chỉnh áp suất dầu phanh hợp lý.

Trên xe có 2 loại: cảm biến giảm tốc dặt dọc và cảm biến giảm tốc đặt ngang.

Cảm biến giảm tốc bao gồm hai cặp đèn LED và Transistor quang, một đĩa xẻ rảnh và một mạch biến đổi tín hiệu.

Khi thực hiện quá trình phanh gấp, tốc độ bánh xe hạ thấp đột ngột, theo quán tính thì thân xe sẽ bị chúi về phía trước làm cho 2 đĩa cảm biến bị lắc theo chiều dọc / ngang của thân xe, nếu dao động mạnh thì đĩa sẽ che ánh sáng từ LED đến transistor quang và làm transistor quang đóng/mở, lúc này cảm biến giảm tốc sẽ chia làm 4 mức và gửi tín hiệu về ECU.

Ngoài ra, cảm biến kiểu bán dẫn cũng được sử dụng để đo sự giảm tốc, do nó có thể đo được cả gia tốc ngang và gia tốc dọc.

3. Bộchấp hành hệ thống phanh ABS:

Bộ chấp hành thủy lực có chức năng cung cấp một áp suất dầu tối ưu đến khi các xylanh phanh bánh xe theo sự điều khiển của ABS ECU, tránh hiện tượng bị bó cứng bánh xe khi phanh.

Cấu tạo của một bộ chấp hành thủy lực gồm có các bộ phận chính sau: các van điện từ, motor điện dẫn động bơm dầu, bơm dầu và bình tích áp.

• Van điện từ: Van điện từ trong bộ chấp hành có hai loại, loại 2 vị trí và 3 vị trí. Cấu tạo chung của một van điện gồm có một cuộn dây điện, lõi van, các cửa van và van một chiều. Van điện từ có chức năng đóng mở các cửa van theo sự điều khiển của ECU để điều chỉnh áp suất dầu đến các xylanh bánh xe.
• Motor điện và bơm dầu: Một bơm dầu kiểu piston được dẫn động bỡi một motor điện, có chức năng đưa ngược dầu từ bình tích áp về xylanh chính trong các chế độ giảm và giữ áp. Bơm được chia ra làm hai buồng làm việc độc lập thông qua hai piston trái và phải được điều khiển bằng cam lệch tâm. Các van một chiều chỉ cho dòng dầu đi từ bơm về xylanh chính.
• Bình tích áp: Chứa dầu hồi về từ xylanh phanh bánh xe, nhất thời làm giảm áp suất dầu ở xylanh phanh bánh xe.

Chúng ta có thể phân loại ABS (Van điện 2 vị trí có van điều khiển lưu lượng, Van điện 2 vị trí có van điều khiển tăng áp, Van điện 3 vị trí có van cơ khí, Van điện 3 vị trí) cũng như nhận biết ABS hoạt động có bao nhiêu kênh điều khiển dựa vào đường dầu vào và đường dầu ra.

4. ABS Control Module:

Chức năng của hộp điều khiển hệ thống phanh ABS (ABS Control Module):

•  Nhận biết thông tin về tốc độ góc các bánh xe, từ đó tính toán ra tốc độ bánh xe và sự tăng giảm tốc của nó, xác định tốc độ xe, tốc độ chuẩn của bánh xe và ngưỡng trượt để nhận biết nguy cơ bị hãm cứng của bánh xe.
• Cung cấp tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành thủy lực
• Thực hiện chế độ kiểm tra, chẩn đoán, lưu giữ mã code hư hỏng và chế độ an toàn.

Cấu tạo của ECU là một tổ hợp các vi xử lý, được chia thành 4 cụm chính đảm nhận các vai trò khác nhau:

• Phần xử lý tín hiệu
• Phần logic
• Bộ phận an toàn
• Bộ chẩn đoán và lưu giữ mã lỗi.

– Giai đoạn A

• ECU đặt van điện 3 ở chế độ giảm áp theo mức độ giảm tốc của các bánh xe,vì vậy giảm áp suất dầu trong xi lanh của mỗI xi lanh phanh bánh xe.
• Sau khi áp suất giảm,ECU chuyển van điện 3 vị trí sang chế độ “giữ” để theo dõi sự thay đổI về tốc độ của bánh xe.nếu ECU thấy áp suất dầu cần giảm hơn nữa nó sẽ lạI giảm áp suất.

– Giai đoạn B

• Khi áp suất dầu bên trong xi lanh bánh xe giảm (giai đoạn A) áp suất dầu cấp cho bánh xe cũng giảm.
• Nó cho phép bánh xe gần bị bó cứng lạI tăng tốc độ.Tuy nhiên,nếu áp suất dầu giảm, lực phanh tác dụng lên bánh xe trở nên quá nhỏ.Để tránh hiện tượng này ECU liên tục đặt van điện 3 vị trí lần lượt ở các chế độ”tăng áp”và chế độ “giữ” khi bánh xe gần bị bó cứng phục hồi tốc độ.

– Giai đoạn C

• Khi áp suất dầu bên trong xi lanh bánh xe tăng từ từ bởI ECU(giai đoạn B)bánh xe có xu hướng lại bị bó cứng.
• Vì vậy, ECU lại chuyển van điện 3 vị trí đến chế độ “giảm áp” để giảm áp suất dầu bên trong xi lanh bánh xe.

– Giai đoạn D
Do áp suất dầu bên trong xi lanh bánh xe lạI giảm(giai đoạn C),ECU bắt đầu lạI tăng áp như giai đoạn B

Hệ thống phanh ABS hoạt động như thế nào ? 

Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động)

• ABS không hoạt động trong quá trình phanh bình thường và ECU không gửi dòng điện đến cuộn dây của van. Do đó, van 3 vị trí ấn xuống bởi lò xo hồi vị và cửa “A” vẫn mở trong khi cửa “B” vẫn đóng.
• Khi đạp phanh, áp suất dầu trong xi lanhh phanh chính tăng, dầu phanh chảy từ cửa “A” đến cửa “C” trong van điện 3 vị trí rồi tới xi lanh bánh xe. Dầu phanh không vào được bơm bởi van một chiều gắn trong mạch bơm.
• Khi nhả chân phanh, dầu phanh hồi về từ xi lanh bánh xe về xi lanh chính qua cửa “C” đến cửa “A” và van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trí.

Khi phanh gấp (ABS hoạt động)

Nếu có bất kỳ bánh xe nào bị bó cứng khi phanh gấp, bộ chấp hành ABS điều khiển áp suất dầu phanh tác dụng lên xy lanh bánh xe đó theo tín hiệu từ ECU.Vì vậy bánh xe không bị bó cứng.

a) Chế độ giảm áp

• Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn dây của van điện, làm sinh ra một lực từ mạnh. Van 3 vị trí chuyển động lên phía trên, cửa “A” đóng trong khi cửa “B” mở .
• Kết quả là, dầu phanh từ xi lanh bánh xe qua cửa “C” tới cửa “B” trong van điện 3 vị trí này và chảy về bình dầu.
• Cùng lúc đó, mô tơ bơm hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh được hồi trả về xi lanh phanh chính từ bình chứa. Mặt khác cửa “A” đóng ngăn không cho dầu phanh từ xi lanh chính vào van điện 3 vị trí và van một chiều số 1 và 3. Kết quả là, áp suất dầu bên trong xi lanh bánh xe giảm, ngăn không cho bánh xe bó cứng. Mức độ giảm áp suất dầu được điều chỉnh bằng cách lặp lại chế độ “ giữ áp” và “giữ”.

b) Chế độ “Giữ”

• Khi áp suất bên trong xi lanh bánh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ gửi tín hiệu báo rằng tốc độ bánh xe đạt đến giá trị mong muốn, ECU cấp dòng điện 2A đến cuộn dây của van điện để giữ áp suất trong xi lanh bánh xe không đổi.
• Khi dòng điện cấp cho cuộn dây của van bị giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp) xuống còn 2A (ở chế độ giữ), lực từ sinh ra trong cuộn dây cũng giảm. Van điện 3 vị trí chuyển xuống vị trí giữa nhờ lực của lò xo hồi vị làm đóng cửa”B”.

c) Chế độ “Tăng áp”

• Khi tăng áp suất trong xi lanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt dòng điện cấp cho cuộn dây van điện. Vì vậy, cửa “A” của van điện 3 vị trí mở, và cửa “B” đóng. Nó cho phép dầu trong xi lanh phanh chính chảy qua cửa “C” trong van điện 3 vị trí đến xi llanh bánh xe. Mức độ tăng áp suất dầu được điều khiển nhờ lặp lại các chế độ “Tăng áp” và “Giữ”.

Những lưu ý về hệ thống phanh ABS

• Nhiều người lầm tưởng tác động chủ yếu của ABS là giảm quãng đường phanh. Thực tế không phải như vậy. Giảm quãng đường phanh không giúp xe an toàn hơn và trên thực tế, có vô số phương pháp thực hiện điều này mà không cần ABS.
• Lợi ích hàng đầu của ABS là cho phép tài xế tiếp tục kiểm soát được hướng lái và chống hiện tượng trượt khi phanh gấp.
• Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy tỷ lệ tai nạn giữa xe có và không có ABS gần như không khác biệt. Điều này được giải thích là nhiều người sử dụng, hoặc ít nhất là quan niệm về ABS không đúng. Ngoài ra, tâm lý ỉ lại vào ABS khiến một số người phóng nhanh vượt ẩu trong khi nếu đi xe không có thiết bị này, họ lại rất cẩn thận.

Xe không có ABS sẽ bị mất lái (hình trái) trong khi xe có ABS vẫn giữ được hướng đi theo ý muốn. Tuy nhiên, ABS không làm hộ tài xế điều này mà hoàn toàn phụ thuộc kỹ năng của người điều khiển. ABS chỉ là công cụ trợ giúp.

Một quan chức của Cơ quan an toàn giao thông quốc gia Mỹ NHTSA nói: “ABS là Công Nghệ xa lạ với hầu hết mọi người”. Vì thế, lái xe phải được đào tạo để thực hiện động tác phanh một cách nhẹ nhàng trên những đoạn đường trơn để tránh hiện tượng trượt, trước khi nghĩ tới sự trợ giúp của ABS.
Trong tình huống khẩn cấp, tài xế phải loại bỏ kiểu phanh truyền thống “nhấn rồi nhả”. Phương pháp tốt nhất lúc đó là “nhấn và lái”, bởi ABS đã làm hộ việc chống bó cứng bánh, nhiệm vụ lúc đó của tài xế chỉ là điều khiển sao cho xe an toàn nhất.
Vì vậy, bạn nên tìm một nơi nào đó để thử nghiệm cách lái xe khi phanh gấp mà có ABS. Sự thành thạo trong xử lý tình huống là cơ hội khai thác tối đa hiệu quả của thiết bị này.