2.3.1. Chức năng.
Bộ điều khiển trung tâm (ABSECU) được xem như bộ não của hệ thống phanh ABS, nĩ tự động điều chỉnh với độ chính xác cao. Khi phanh, ABSECU nhận tín hiệu gửi về từ cảm biến tốc độ nĩ sẽ so sánh, tính tốn và xác định tình trạng làm việc, khả năng bĩ cứng bánh xe. Từ sự nhận biết đĩ, bộ điều khiển trung tâm sẽ quyết định trình trạng làm việc của hệ thống.
Trong hệ thống phanh chống bĩ cứng bánh xe, bộ điều khiển điện tử phải bảo đảm các chức năng sau:
+ Chức năng điều khiển tốc độ bánh xe. + Chức năng điều khiển các rơ le. + Chức năng chẩn đốn.
+ Chức năng kiểm tra cảm biến. + Chức năng dự phịng.
2.3.1.1. Chức năng điều khiển tốc độ bánh xe.
Đây là chức năng quan trọng nhất của bộ điều khiển trung tâm. Từ việc nhận biết được tình trạng làm việc (nhờ vào tín hiệu đưa về từ cảm biến) và tính tốn khả năng hãm cứng của bánh xe, nĩ sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển định vị cho bộ phận chấp hành và bơm để cung cấp dầu tuần hồn với áp suất hợp lý (tăng áp, giữ áp hoặc giảm áp suất dầu) đến các xylanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh, tránh bĩ cứng bánh xe trong quá trình phanh gấp.
Thực chất của chức năng này là bộ điều khiển trung tâm đưa ra các tín hiệu điện với cường độ thích hợp đến các cuộn dây của van điện từ (nằm trong bộ phận chấp hành) định vị cho các van này đĩng, mở đường dầu từ xylanh chính để điều chỉnh áp suất dầu tới xylanh bánh xe.
Xét một giai đoạn của quá trình phanh, sự điều khiển tốc độ bánh xe được thể hiện như sau:
Trong quá trình phanh, bộ điều khiển trung tâm liên tục nhận được tín hiệu gửi về từ cảm biến tốc độ bánh xe và qua đĩ điều khiển bộ thực hiện để điều chỉnh áp suất dầu đặt lên xylanh bánh xe, điều khiển tốc độ bánh xe. Sự điều khiển này tuần hồn, liên tục tương tự như quá trình nhồi phanh (nhấp, nhả liên tục bàn đạp khi phanh).
• Giai đoạn A:
Khi tác động lên bàn đạp phanh, áp suất dầu trong dẫn động phanh tăng lên làm tăng áp suất dầu đặt vào xylanh bánh xe do đĩ làm tăng độ trượt của bánh xe. Khi bánh xe bắt đầu cĩ hiện tượng trượt, bộ điều khiển trung tâm gửi tín hiệu tới bộ thực hiện giảm áp suất dầu trong xylanh bánh xe. Sau khi giảm áp suất, bộ điều khiển
t (s) t (s) t (s) t (s) 0 0 0 0 V ω v ω P Mức độ tăng tốc độ bánh xe Giảm áp Tăng áp Giữ áp A B C D
H. 2- 12: Biểu đồ sự thay đổi vận tốc xe (v), tốc độ gĩc bánh xe (ω),tín hiệu điều chỉnh từ ABSECU và áp suất dầu (P) theo thời gian khi phanh.
trung tâm sẽ chuyển van điện sang trạng thái giữ áp và tiếp tục theo dõi tình trạng bánh xe. Nếu mức độ tăng gia tốc chưa lớn nĩ lại chuyển sang trạng thái giảm áp.
• Giai đoạn B:
Sau khi bánh xe gần bị bĩ cứng được hồi tốc độ, ABSECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển van điện lần lượt chuyển sang trạng thái tăng áp và giữ áp, tiếp tục làm giảm tốc độ bánh xe.
Hai giai đoạn này được thực hiện liên tục, lặp đi lặp lại (tiếp tục là giai đoạn C, D…tương tự như hai giai đoạn A và B) cho đến khi xe và bánh xe được dừng hẳn. Càng về sau thời gian bộ điều khiển trung tâm tác động để chuyển bộ thực hiện sang trạng thái làm việc khác càng giảm lại. Trung bình thì chu kỳ tác động của bộ điều khiển trung cĩ tần số khoảng 5- 15 lần trong một giây. Do tác động rất nhanh nên bánh xe sẽ loại bỏ được hiện trượng trượt lê khi phanh.
2.3.1.2. Chức năng điều khiển các rơle.
Trong hệ thống phanh chống bĩ cứng bánh xe, ngồi việc điều khiển tốc độ bánh xe (thơng qua việc điều khiển van điện) thì bộ điều khiển trung tâm cịn phải đảm bảo hoạt động của các rơle điều khiển ABS. Các rơle này bao gồm: rơle van điện và rơle mơ tơ bơm của bộ phận chấp hành.
Bơm Các cuộn dây của van điện của Rơle van điện Rơle mơ tơ bơm A B S E C Accu
Khi hệ thống phanh ABS hoạt động thì ABSECU điều khiển đĩng các rơle, nhờ vậy mà khi xe dừng, tắt máy hoặc cĩ hư hỏng trong quá trình chẩn đốn thì dịng điện từ ắc quy được ngắt ra khỏi bộ phận chấp hành, van điện và bơm khơng hoạt động, đảm bảo an tồn cho hệ thống.
Rơle của van điện hoạt động khi thỏa mãn các yêu cầu sau:
• Khĩa điện bật.
• Chức năng kiểm tra ban đầu hồn thành.
• Khơng tìm thấy hư hỏng trong quá trình chẩn đốn.
Nếu một trong các điều kiện trên khơng thỏa mãn thì thì ABSECU sẽ ngắt rơle van điện.
ABSECU sẽ bật rơle mơ tơ bơm khi tất cả các điều kiện sau được thỏa mãn:
• ABS đang hoạt động hoặc chức năng kiểm tra ban đầu đang thực hiện.
• Rơle van điện bật.
Khi khĩa điện bật, bộ điều khiển trung tâm sẽ điều khiển các rơle và kích hoạt van điện và mơ tơ bơm hoạt động theo thứ tự để kiểm tra hệ thống. Nếu trường hợp hệ thống điện của hệ thống phanh cĩ hư hỏng thì đèn báo lỗi sẽ báo sáng.
2.3.1.3. Chức năng chẩn đốn.
Khi trong hệ thống phanh ABS cĩ xuất hiện hư hỏng, đền báo lỗi sẽ sáng và báo cĩ lỗi trong hệ thống phanh ABS. Tùy tín hiệu báo lỗi được hiển thị trên đèn mà người sử dụng cĩ thể biết được lỗi đĩ là lỗi nào và cĩ phương án khắc phục kịp thời.
Các lỗi xảy ra trong hệ thống sẽ được xĩa hết khỏi bộ nhớ của bộ điều khiển trung tâm khi tách ắc quy ra khỏi hệ thống.
2.3.1.4. Chức năng kiểm tra cảm biến.
Tín hiệu điện áp gửi về từ cảm biến sẽ được ABSECU kiểm tra. Sự dao động điện áp ra của cảm biến nếu vượt quá giới hạn thì bộ điều khiển trung tâm sẽ báo bằng tín hiệu trên đèn báo lỗi.
2.3.1.5. Chức năng dự phịng.
Chức năng này được thể hiện khi hệ thống phanh ABS cĩ hư hỏng. Nếu trong bộ phận hãm cứng cĩ xuất hiện hư hỏng trong quá trình phanh thì bộ điều khiển trung tâm sẽ ngắt dịng điện tới bộ phận chấp hành (thơng qua các rơle) do đĩ hệ thống phanh lúc này hoạt động như hệ thống phanh thường.
2.3.2. Đặc điểm cấu tạo.
Bộ điều khiển trung tâm của hệ thống phanh ABS cũng cĩ cấu trúc tương tự các bộ điều khiển khác được trang bị trên ơtơ. Nhìn chung, đĩ là bộ tổ hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, lưu trữ thơng tin, tính tốn và quyết định chức năng hoạt động và gửi đi các tín hiệu điều khiển thích hợp. Cấu trúc của một bộ điều khiển được mơ tả như sau.
• Bộ nhớ thường trực (ROM): Bộ nhớ này chỉ đọc thơng tin từ đĩ ra, thơng tin này được cài đặt sẵn trong bộ nhớ.
• Bộ nhớ truy xuất ngẫu nhiên (RAM): Thơng tin trong bộ nhớ được lưu mới, nĩ sẽ mất khi ngắt dịng điện ra khởi hệ thống.
• Tín hiệu vào (INPUT) được gửi về từ cảm biến, tín hiệu ra (OUTPUT), được đưa tới bộ phận chấp hành.
• Bộ vi xử lý (CPU): Tính tốn và ra quyết định hoạt động của cả hệ thống. Đây là bộ phận quan trọng nhất của bộ điều khiển trung tâm .Nĩ bao gồm cơ cấu đại số
CPU ROM
RAM
INPUT OUTPUT
logic để tính tốn dữ liệu, các bộ ghi nhận lưu trữ tạm thời dữ liệu và bộ điều khiển các chức năng khác nhau. Cấu trúc của bộ xử lý được mơ tả như sau:
Trong hệ thống phanh ABS, bộ xử lý trung tâm cĩ cấu tạo rất phức tạp. Mỗi hãng sản xuất, tùy từng loại xe mà ABSECU mang một đặc trưng riêng. Trên mơ hình của hệ thống phanh chống bĩ cứng bánh xe KFZ- 2004D, bộ xử lý trung tâm là loại điều khiển bốn kênh (sử dụng bốn cảm biến và bộ phận chấp hành gồm bốn van điện từ điều khiển tốc độ bánh xe).
Bộ xử lý trung tâm cĩ cấu tạo như hình vẽ:
Bộđiều khiển Bộ ghi nhận lưu trữ Tính tốn đại số và logic Tín hiệu điều khiển Dữ liệu H. 2- 15 : Cấu trúc CPU
Cũng tương tự như các bộ điều khiển thơng thường, bộ điều khiển trung tâm của hệ thống phanh ABS cũng cĩ cấu trúc tương tự với đầy đủ các bộ phận cần thiết. Các linh kiện điện tử của bộ điều khiển trung tâm được xếp trong một mạch in và được đặt trong một vỏ kim loại để giải nhiệt tốt và được bố trí nơi ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt và độ ẩm. Các linh kiện cơng xuất của tầng cuối- nơi điều khiển bộ phận chấp hành được gắn trên khung kim loại của vỏ ABSECU với mục đích giải nhiệt. Sự tổ hợp các chức năng trong IC giúp bộ điều khiển đạt độ chính xác cao.
Bộ điều khiển trung tâm hoạt động trên cơ sở tín hiệu số nhị phân với điện áp cao biểu hiện cho số 1, điện áp thấp biểu hiện cho số 0.
H. 2- 16: Bộ điều khiển trung tâm của hệ thống phanh ABS
e t t 0 0 Tín hiệu từ cảm biến
Tín hiệu so sánh trong bộđiều khiển trung tâm
1
Mạch bố trí trong bộ điều khiển trung tâm được bố trí theo sơ đồ nguyên lý sau:
- Mạch cổng vào: Mạch cổng vào bao gồm: bộ lọc để loại nhiễu và mạch khuếch đại tín hiệu được gửi về từ cảm biến tốc độ bánh xe, làm cơ sở để bộ điều chỉnh so sánh và tính tốn khả năng hãm cứng bánh xe.
- Bộ điều chỉnh Digital: Bộ điều chỉnh Digital gồm hai mạch lớn (5) và (6) độc lập với nhau. Mỗi mạch xử lý thơng tin của hai bánh xe một cách song song và thực hiện các quá trình logic. Một bộ phận tính tốn mắc nối tiếp sẽ so sánh tính tốn từ tín hiệu gửi về của cảm biến và chuẩn bị các thơng số điều chỉnh độ trượt bánh xe. Một logic điều chỉnh sẽ biến đổi tín hiệu điều chỉnh thành lệnh định vị cho các van từ.
H. 2- 17: Sơ đồ nguyên lý của bộ xử lý trung tâm.
1. Accu; 2. Cảm biến tốc độ; 3. Mạch cổng vào; 4. Bộđiều chỉnh Digital; 5. Mạch lớn 1; 6. Mạch lớn 2; 7. Bộổn định điện áp và lưu trữ lỗi;8. Mạch cổng ra 1; 9. Mạch cổng ra 2; 10. Cấp cuối cùng;11. Van điện từ; 12. Rơle an tồn; 13. Đèn an tồn. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 11
- Mạch cổng ra: Hai mạch cổng ra (8) và (9) cĩ tác dụng là bộ điều chỉnh dịng và đĩn từ hai mạch lớn các lệnh định vị để kích thích van từ.
- Cấp cuối cùng: Sau khi nhận tín hiệu định vị từ hai mạch cổng ra, cấp cuối cùng sẽ tác động qua bộ điều chỉnh dịng trong hai mạch cổng ra, định ra các dịng điện yêu cầu để kích thích các van từ.
- Bộổn định điện áp và lưu trữ lỗi: Khối chức năng này dùng để ổn định điện áp cung cấp và giám sát điện áp này trong khoảng giới hạn thay đổi cho phép. Ngồi việc nhận dạng thiếu điện áp nhờ việc ngắt mạch điện khi điện áp từ accu quá thấp, khối chức năng này cịn cĩ bộ lưu trữ lỗi, mạch điều khiển rơle an tồn và một mạch cho đèn báo an tồn.