Hệ thống điều khiển ABS pptx

Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS Biên soạn: ThS. Phạm Quốc Thái Trang ` 46 4.5. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ABS 4.5.1. Tổng quan về hệ thống ABS 4.5.1.1. Nhiệm vụ Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh (Antilock Braking System_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 (V x ) và tốc độ bánh xe (V bx ) là như nhau.Tuy nhiên, khi người lái xe tác động lên phanh thì V x và V bx 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 bxbx V rV ω λ − = Để đảm bảo quá trình phanh đạt hiệu quả, tính ổn định và tính dẫn hướng cao thì λ nằm trong giới hạn λ 0 = (15 - 30)% ( hệ số bám dọc ϕ x đạt giá trị cực đại và hệ số bám ngang ϕ y 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 λ 0 . Hình 4.59. Sự thay đổi hệ số bám dọc ϕ x và ngang ϕ y theo đ ộ trư ợ t tương đ ố i λ c ủ a bánh xe khi phanh Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS Biên soạn: ThS. Phạm Quốc Thái Trang ` 47 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. Cảm biến tốc độ; 2. Bộ điều khiển; 3. Cơ cấu thực hiện; 4. Nguồn năng lượng; 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 Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS Biên soạn: ThS. Phạm Quốc Thái Trang ` 48 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 Z bx = 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 bp d d JMM ω ϕ Trong đó: M p - Mô men phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh. Hình 4.62. Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh Chuyên đề 4: H ệ th ố ng đ i ề u khi ể n ABS Biên so ạ n: ThS. Ph ạ m Qu ố c Thái Trang ` 49 M φ - Mô men bám của bánh xe với đường. J b - Mô men quán tính của bánh xe. b ω - 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 MM d d )( ϕ ω ε − == Đoạn 0 - 1 – 2 biểu diễn quá trình tăng M p khi đạp phanh. Hiệu (M p - M φ ) tỷ lệ với gia tốc chậm dần ε b của bánh xe. Hiệu trên tăng nhiều khi đường M φ đi qua điểm cực đại. Do đó sau thời điểm này, gia tốc ε b bắt đầu tăng nhanh. Sự tăng đột ngột của gia tốc ε b 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 M p giảm, ε b giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi M p - M φ ). 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 , M φ , và ε b theo λ khi phanh có ABS Chuyên đề 4: H ệ th ố ng đ i ề u khi ể n ABS Biên so ạ n: ThS. Ph ạ m Qu ố c Thái Trang ` 50 độ góc bánh xe tăng lên, độ trượt giảm do đó φ và M φ 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 M φ 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 λ 1 ÷ λ 2 (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 λ 1 ÷ λ 2 = (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 của bánh xe (b) khi phanh có ABS Chuyên đề 4: H ệ th ố ng đ i ề u khi ể n ABS Biên so ạ n: ThS. Ph ạ m Qu ố c Thái Trang ` 51 Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch có trang bị ABS Quảng đường phanh S p (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 Chuyên đề 4: H ệ th ố ng đ i ề u khi ể n ABS Biên so ạ n: ThS. Ph ạ m Qu ố c Thái Trang ` 52 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 bơm hồi dầu; b. Xả dầu về đường hồi; c. Dùng piston đối áp 1- Bơm dầu; 2- Bình tích năng; 3- Xi lanh chính; 4- Van nạp; 5- Van xả; 6- Cơ cấu phanh; 7- Đường hồi dầu; 8- Van điện từ chính. Chuyên đề 4: H ệ th ố ng đ i ề u khi ể n ABS Biên so ạ n: ThS. Ph ạ m Qu ố c Thái Trang ` 53 - Theo số lượng cảm biến và số dòng dẫn động điều khiển, ABS có thể được chia làm các loại sau: + 4 cảm 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 Chuyên đề 4: H ệ th ố ng đ i ề u khi ể n ABS Biên so ạ n: ThS. Ph ạ m Qu ố c Thái Trang ` 54 + 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 Chuyên đề 4: H ệ th ố ng đ i ề u khi ể n ABS Biên so ạ n: ThS. Ph ạ m Qu ố c Thái Trang ` 55 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 phải; 5. Bầu tích năng; 6. Mô tơ bơm; 7. Xy lanh bánh xe sau bên trái; 9. Xylanh bánh xe trước bên phải; 11. Van phân phối; 12. Xy lanh chính. [...]... 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 Biên soạn: ThS Phạm Quốc Thái ` Trang 58 Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS 4.5.4 Điều khiển hệ thống ABS 9 10 11 8 7 12 ABS ECU BATT 6 STP MR SR W 5 R- 4 PKB 3 Ts Tc WA 2... 15 FSS RSS M AST MT 14 13 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 tắc bàn đạp phanh; 10- Cụm rơ le điều khiển ABS; 11- Rơ le điều khiển van điện từ; 12- Rơ le điều khiển bơm thủy lực; 13- Bơm thủy lực; 14- Cụm thủy... tốc độ bánh xe trước phải Biên soạn: ThS Phạm Quốc Thái ` Trang 59 Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS STOP LAMP Stop Lamp S/W 2 11W 4 8 8L 6 8 6 8R CONN 5 7 6B CHASSIS WR`G 6W CONN B+ Battery Relay Generator ‘L` MICRO S/W 8Y RR CHASSIS WR`G BATT S/W IG 0.85WB ABS2 0A 0.85WR 0.85YL 0.85WR 1.25WR 0.85WB 20W 0.85L EXH S/W ABS 0.85YB ASR CLUTCH S/W 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2.0B 20W 0.85YL 1...Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS Hình 4.73 Giai đoạn tăng áp suất 1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp... 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 Biên soạn: ThS Phạm Quốc Thái ` Trang 56 Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS Hình 4.74 Giai đoạn giảm áp suất 1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp... 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 Biên soạn: ThS Phạm Quốc Thái ` Trang 57 Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS Hình 4.75 Giai đoạn giữ áp suất 1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe; 4- Lò xo hồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều; 9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp... PMV 2 1 RR/LH WSS 1 2 3 RR/LH PMV 0.85GW 12 9 6 3 11 8 5 2 10 1 3 2 1 FRT/RH PMV 1.25BG ABS W/Lamp PMV Earth 1R2L PMV Input ASR Self Diagnosis ‘ L’ PMV Earth 1L2R DBR Self Diagnosis ‘ K’ ECU Earth ECU(+) 3 0.85YB × 18 12 9 17 14 11 16 13 10 7 5PIN DBR Relay 4PIN 12V Relay 0.85YB Hình 3.77 Sơ đồ mạch điều khiển ABS trên xe Bus Biên soạn: ThS Phạm Quốc Thái ` Trang 60 ... 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 . Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS Biên soạn: ThS. Phạm Quốc Thái Trang ` 46 4.5. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ABS 4.5.1. Tổng quan về hệ thống ABS 4.5.1.1. Nhiệm vụ Hệ thống chống hãm. 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 phanh có và không có ABS trên đoạn đường cong Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS Biên soạn: ThS. Phạm Quốc Thái Trang ` 48 Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp