Hệ thống điều khiển ABS pptx

Nguyên lý điều chỉnh Hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh có điều khiển phản hồi.. Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thô

4.5 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ABS

4.5.1 Tổng quan về hệ thống ABS

4.5.1.1 Nhi ệm vụ

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh (Antilock Braking

S ystem_ABS) có nhiệm vụ tránh các bánh xe khỏi bị trượt lê trên đường khi

phanh gấp nhằm đảm bảo an toàn cho người lái xe

Khi xe chuyển động ở tốc độ không đổi thì tốc độ xe (Vx) và tốc độ bánh xe (Vbx) là như nhau.Tuy nhiên, khi người lái xe tác động lên phanh thì Vx và Vbx sẽ khác nhau Sự khác nhau đó được đặc trưng bằng hệ số trượt tương đối (λ) và được xác định theo biểu thức sau:

% 100

x

bx b x

V

r

Để đảm bảo quá trình phanh đạt hiệu quả, tính ổn định và tính dẫn hướng cao thì λ nằm trong giới hạn λ0 = (15 - 30)% ( hệ số bám dọc ϕx đạt giá trị cực đại và hệ số bám ngang ϕy cũng đạt giá trị cao)

Như vậy, nhiệm vụ cơ bản của hệ thống ABS là giữ cho độ trượt tương đối của bánh xe trong quá trình phanh đạt giá trị trong giới hạn λ0

Hình 4.59 Sự thay đổi hệ số bám dọc ϕx và ngang ϕy theo

độ trượt tương đối λ c ủa bánh xe khi phanh

4.5.1.2 Nguyên lý điều chỉnh

Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS) thực chất là một bộ điều chỉnh lực phanh có điều khiển phản hồi Sơ đồ khối điển hình của ABS có dạng như trên hình vẽ 4.61 dưới đây, bao gồm:

Hình 4.61 Sơ đồ tổng quát của một hệ thống ABS

1 C ảm biến tốc độ; 2 Bộ điều khiển; 3 Cơ cấu thực hiện; 4 Nguồn năng

l ượng; 5 Xylanh chính hoặc tổng van khí nén; 6 Xylanh bánh xe

Hình 4.60 Quá trình phanh có và không có ABS trên đoạn đường cong

Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp hành hay cơ cấu thực hiện 3 và nguồn năng lượng 4

Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số được chọn để điều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe hoặc giá trị độ trượt) và truyền tín hiệu đến bộ điều khiển 2 Bộ phận 2 sẽ xử lý tín hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp suất trong dẫn động phanh

Chất lỏng được truyền từ xylanh chính (hay tổng van khí nén) 5 qua 3 đến các xylanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép guốc phanh và thực hiện quá trình phanh

Để hiểu được nguyên lý điều khiển của hệ thống chống hãm cứng bánh xe,

ta khảo sát quá trình phanh xe như trên hình 4.62

Nếu bỏ qua mômen cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Zbx = const, thì phương trình cân bằng mô men tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi phanh, có dạng:

0 )

−

−

t

b b p

d

d J M

ϕ

Trong đó: Mp - Mô men phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh

Hình 4.62 Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh

Mφ - Mô men bám của bánh xe với đường

Jb - Mô men quán tính của bánh xe

ωb - Tốc độ góc của bánh xe

Từ đó, ta có gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh:

b p

t

b b

J

M M d

Đoạn 0 - 1 – 2 biểu diễn quá trình tăng Mp khi đạp phanh Hiệu (Mp - Mφ)

tỷ lệ với gia tốc chậm dần εb của bánh xe Hiệu trên tăng nhiều khi đường Mφ đi qua điểm cực đại Do đó sau thời điểm này, gia tốc εb bắt đầu tăng nhanh Sự tăng đột ngột của gia tốc εb chứng tỏ bánh xe sắp bị hãm cứng và được sử dụng làm tín hiệu vào thứ nhất để điều khiển làm giảm áp suất trong dòng dẫn động Do có độ chậm tác dụng nhất định nào đó (phụ thuộc vào tính chất hệ thống), sự giảm áp suất thực tế bắt đầu từ điểm 2

Do Mp giảm, εb giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi Mp - Mφ) Vào thời điểm tương ứng với điểm 4 – mô men phanh có giá trị cực tiểu không đổi

Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mô men phanh nhỏ hơn mô men bám, nên xảy ra sự tăng tốc bánh xe Sự tăng gia tốc góc bánh xe được sử dụng làm tín hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5).Khi tốc

Hình 4.63 Sự thay đổi M p , Mφ, và εb theo λ khi phanh có ABS

độ góc bánh xe tăng lên, độ trượt giảm do đó φ và Mφ cũng tăng lên

Tiếp theo, chu trình lặp lại Như vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe lúc thì tăng tốc lúc thì giảm tốc và buộc Mφ phải thay đổi theo chu trình kín 1 - 2 -

3 - 4 - 5 - 6 - 1, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ1 ÷ λ2

(hình 4.5), đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với cực đại nhất

Trên hình 4 6 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động

và gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian

Hình 4.64 cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn (3 pha): tăng áp suất(1→2), giảm áp suất (2→4) và duy trì (giữ) áp suất (4→5) ABS làm việc với 3 giai đoạn như vậy gọi là ABS 3 pha Một số ABS có thể

không có pha duy trì áp suất gọi là ABS 2 pha

Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi trong khoảng λ1 ÷ λ2 = (15 ÷ 30)% Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí

nén khoảng (3 ÷ 8) Hz còn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz

Để thấy rõ vai trò của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 4.1 nhận được khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp có và không có ABS và đồ thị quá trình phanh trên hình 4.65a và 4.65b

Hình 4.64 Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) và gia tốc chậm dần

c ủa bánh xe (b) khi phanh có ABS

B ảng 4.1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch có trang bị ABS

Quảng đường phanh Sp(m) Loại đường Tốc độ bắt đầu

phanh V(m/s) Có ABS Không ABS

Mức tăng hiệu quả phanh (%) Đường bêtông khô

Đường bêtông ướt

13,88 13,88

10,6 18,7

13,1 23,7

19,1 21,1 Đường bêtông khô

Đường bêtông ướt

27,77 27,77

41,1 62,5

50,0 100,0

17,8 37,5

Hình 4.65b Quá trình phanh điển hình của ôtô có trang bị ABS

Hình 4.65a Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn không có ABS

4.5.2 Phân loại hệ thống ABS

Hệ thống ABS được phân loại theo các phương pháp sau:

- Theo phương pháp điều khiển, ABS có thể chia thành hai nhóm lớn: điều khiển bằng cơ khí và điều khiển điện tử

- Theo Phương pháp điều chỉnh áp suất phanh:

+ Dùng bình tích năng và bơm hồi (Hình 4.66a)

+ Dùng van xả dầu về bình chứa (Hình 4.66b)

+ Dùng Piston đối áp (Hình 4.66c)

Hình 4.66 Các phương pháp điều chỉnh áp suất phanh

a Dùng b ơm hồi dầu; b Xả dầu về đường hồi; c Dùng piston đối áp 1- B ơm dầu; 2- Bình tích năng; 3- Xi lanh chính; 4- Van nạp; 5- Van xả;

6- C ơ cấu phanh; 7- Đường hồi dầu; 8- Van điện từ chính

- Theo số lượng cảm biến và số dòng dẫn động điều khiển, ABS có thể được chia làm các loại sau:

+ 4 c ảm biến - 4 dòng dẫn động điều khiển: trên sơ đồ này bố trí 4 cảm

biến ở các bánh xe và 4 van điều khiển độc lập (sử dụng phổ biến cho xe động cơ đặt trước bánh trước chủ động).Với phương án này các bánh xe đều được tự động điều chỉnh lực phanh sao cho luôn nằm trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quả phanh là lớn nhất Tuy nhiên, khi phanh trên đường có hệ số bám trái và phải không đều thì mô men quay vòng cưỡng bức lớn tính ổn định giảm

+ 4 cảm biến - 3 dòng dẫn động điều khiển: 4 cảm biến bố trí ở các bánh

xe và 4 van điều khiển Phương án này hai bánh trước được điều khiển độc lập, hai bánh sau được điều khiển chung theo modul thấp, tức là bánh xe nào có khả năng bám thấp sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau Phương án này sẽ loại bỏ được

mô men quay vòng cưỡng bức trên cầu sau tính ổn định tăng nhưng hiệu quả phanh giảm bớt Hầu hết các xe có bánh sau chủ động và nhiều xe bánh trước chủ động sử

dụng ABS 3 kênh

+ 3 cảm biến - 3 dòng dẫn động điều khiển: sử dụng hai cảm biến tốc độ bánh xe đặt ở các bánh xe cầu trước và một cảm biến tốc độ bánh xe với vòng răng cảm biến đặt trên bánh răng vành chậu của bộ vi sai cầu sau

Hình 4.67 Sơ đồ ABS 4 cảm biến – 4 kênh

Hình 4.68 Sơ đồ ABS 4 cảm biến – 3 kênh

+ 1 cảm biến - 1 dòng dẫn động điều khiển: sử dụng một cảm biến tốc độ

bánh xe với vòng răng cảm biến đặt trên bánh răng vành chậu của bộ vi sai cầu sau Sơ

đồ này hai bánh sau được điều khiển chung theo modun chọn thấp, tức là bánh xe nào

có khả năng bám thấp sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau Sơ đồ này thường được dùng trên các loại xe thể thao, xe tải nặng, vì các loại xe này rất dễ bị hãm cứng bánh sau khi phanh trong trường hợp non hoặc không tải

4.5.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Hình 4.69 Sơ đồ ABS 3 cảm biến – 3 kênh

Hình 4.70 Sơ đồ ABS 1 cảm biến – 1 kênh

Hình 4.71 Sơ đồ cấu tạo hệ thống ABS

Chu trình điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh khi ABS làm việc gồm

3 giai đoạn chính: tăng áp suất, giảm áp suất và duy trì áp suất

Giại đoạn tăng áp suất (phanh bình thường):

Trong giai đoạn này hệ thống phanh làm việc như một hệ thống phanh bình thường không có ABS Giai đoạn này còn gọi là giai đoạn tạo áp suất Người lái hoàn toàn điều khiển áp suất cung cấp cho các xi lanh bánh xe và các thiết bị liên quan khác

Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh ép dầu từ xi lanh chính đi qua cửa “A” (đang mở) rồi qua cửa “C” đến xy lanh bánh xe (cửa “B” đóng), ép má phanh vào đĩa phanh để thực hiện quá trình phanh (hình 4.73) Van một chiều (7) (thường đóng) ngăn không cho dầu đi đến bơm Áp suất trong dẫn động tỷ lệ với lực đạp Khi người lái nhả phanh, dầu đi từ xy lanh bánh xe qua cửa “C” rồi qua cửa “A“ và van một chiều (6) hồi về xy lanh chính

Hình 4.72 Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh ABS

1, 3, 8, 10 Van điện từ 3 vị trí; 2 Xy lanh bánh xe trước bên trái;

4 Xy lanh bánh xe sau bên ph ải; 5 Bầu tích năng; 6 Mô tơ bơm;

7 Xy lanh bánh xe sau bên trái; 9 Xylanh bánh xe tr ước bên phải;

11 Van phân ph ối; 12 Xy lanh chính

Giai đoạn giảm áp suất:

Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn solenoid của van điện, làm sinh ra một lực điện từ mạnh Van điện 3 vị trí chuyển động lên phía trên để đóng cửa “A” và mở cửa “B” cho chất lỏng từ xi lanh bánh xe đi vào

bộ tích năng (1) thoát về vùng áp suất thấp của hệ thống Do vậy, áp suất trong dẫn động phanh giảm xuống (hình 4.74), tránh cho các bánh xe khỏi bị hãm cứng Cùng lúc đó, môtơ bơm hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh được hồi trả về xy lanh phanh chính từ bình chứa Mặt khác van một chiều 6 và cửa

“A” đóng ngăn không cho dầu phanh từ xy lanh chính vào van điện 3 vị trí Kết quả là áp suất dầu bên trong xy lanh bánh xe giảm, ngăn không cho bánh xe bị bó cứng

Hình 4.73 Giai đoạn tăng áp suất

1- B ộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe;

4- Lò xo h ồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều;

9- Xy lanh chính; 10- B ơm cao áp

Giai đoạn giữ áp suất:

Sơ đồ làm việc của giai đoạn này như trên hình 4.75: Khi áp suất bên trong

xy 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 xy lanh bánh xe không đổi

Khi dòng điện cung cấp cho cuộn Solenoid giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp) xuống 2A (ở chế độ giữ) thì lực từ phát ra trong cuộn Solenoid cũng giảm xuống, lúc này dưới tác dụng của lực lò xo viên bi bị ép chặt trên đế van làm cho cửa

“A” và cửa “B” đóng lại Các van một chiều (6) và (7) chịu tác dụng của áp suất

do lực đạp phanh cũng đóng lại Nhờ đó mà áp suất trong dẫn động phanh được giữ không đổi mặc dù người lái vẫn tiếp tục đạp phanh

Hình 4.74 Giai đoạn giảm áp suất

1- B ộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe;

4- Lò xo h ồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều;

9- Xy lanh chính; 10- B ơm cao áp

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

Chu trình cứ thế lặp đi lặp lại giữ cho bánh xe được phanh ở giới hạn trượt cục bộ tối ưu mà không bị hãm cứng hoàn toàn

Hình 4.75 Giai đoạn giữ áp suất

1- B ộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo h ồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều;

9- Xy lanh chính; 10- B ơm cao áp

4.5.4 Điều khiển hệ thống ABS

ABS ECU BATT STP

W

PKB

IG

FR+

FR-FL+

FL-RR+

RR-RL+

RL-FSS RSS

MR SR

R-T s

T c

MT AST

W A Ws

M

1

2

3

4

5

6

7

8

12

18 17 16 15

Data Link Connector

Hình 4.76 Sơ đồ mạch điều khiển ABS trên ôtô du lịch

1- Ăcquy; 2- Cầu chì chính; 3- Công tắc đèn báo nguy; 4- Công tắc phanh tay; 5- Đèn cảnh báo phanh tay; 6- Công tắc máy; 7- Đèn cảnh báo ABS; 8- Đèn phanh(stop light); 9- Công t ắc bàn đạp phanh; 10- Cụm rơ le điều khiển ABS; 11- R ơ le điều khiển van điện từ; 12- Rơ le điều khiển bơm thủy lực; 13- Bơm thủy

l ực; 14- Cụm thủy lực (bộ phận chấp hành); 15- Cảm biến tốc độ bánh xe sau trái; 16- C ảm biến tốc độ bánh xe sau phải; 17- Cảm biến tốc độ bánh xe trước trái;

18- C ảm biến tốc độ bánh xe trước phải

ASR ABS

ABS20A

× 1(18 PIN)

× 2(9 PIN)

× 3(12 PIN)

× 4(15 PIN)

4 3 2

8 7 6 5

4 3 2

8 7 6 5

2 1

2 3

EXH S/W

CLUTCH S/W

0.85YB 2.0B 20W 0.85YL 1.25B 0.85BR 0.85GL 1.25B 1.25LW

0.85YB 0.85YL

0.85YB

1.25BR 1.25BW 1.25LY TWIST TWIST 1.25LW 1.25LgY TWIST TWIST 1.25LgW

1.25BG

1.25BY 1.25LY TWIST TWIST 1.25LB 1.25LgR 1.25LgB

0.85L 0.85LR 0.85WB

0.85WR 0.85WB

8Y RR CHASSIS WR`G CONN

6B CHASSIS WR`G CONN

ABS W/Lamp PMV Earth 1R2L PMV Input ASR Self Diagnosis ‘ L’ PMV Earth 1L2R DBR Self Diagnosis ‘ K’ ECU Earth ECU(+)

Stop Lamp

PMV 1R Earth PMV 1L Earth EV1R WSS 1R WSS 1L

EV 1L

AV 1R WSS 1R WSS 1L

AV 1L

PCV2R Earth WSS 2R WSS 2L PCV2L Earth

EV 2R WSS 2R WSS 2L

EV 2L

AV 2R

AV 2L

TWIST TWIST

Hình 3.77 Sơ đồ mạch điều khiển ABS trên xe Bus