Hệ thống phanh ABS khí nén trên ô tô là sự kết hợp giữa hệ thống phanh khí nén và có sử dụng hệ thống ABS. Như vậy, ta có thể thấy rằng hệ thống phanh ABS khí nén bao gồm các phần chính sau:
- Phần cung cấp khí nén - Van phân phối khí
- Các đường ống dẫn khí
- Bộ điều khiển trung tâm ECU) - Các cảm biến tốc độ
- Van điều khiển áp suất khí nén Van cơ cấu chấp hành) - Bầu phanh.
2.3.4.1. Cảm biến tốc độ bánh xe:
Nhằm xác định tốc độ quay của bánh xe được phanh và chuyển thành tín hiệu điện tử chuyển đến bộ điều khiển trung tâm ECU-ABS).
Cấu tạo của cảm biến bao gồm các bộ phận chính: Nam châm vĩnh cửu và cuộn dây, đặt trong một vỏ bảo vệ chắc chắn. Vành răng chế tạo bằng thép từ, trên bề mặt phủ lớp bột đồng mỏng, đặt trên moay ơ bánh xe. Khe hở từ giữa cảm biến và vành răng nhỏ khoảng 0,2 (mm).
Cấu tạo và bố trí chung của bộ cảm biến tốc độ bánh xe thể hiện như hình 2.22
Hình 2.22: Cảm biến đo tốc độ bánh xe
Nguyên tắc làm việc của cảm biến được hình thành theo nguyên tắc làm việc của máy phát tốc xoay chiều. Khi vành răng quay, các đinh răng khép kín mạch từ và trong cuộn dây xuất hiện sức điện động xoay chiều, có tần số biến thiện theo tốc độ quay bánh xe. Tín hiệu được chuyển về ECU dưới dạng đếm đỉnh xung và xác
định tốc độ quay của bánh xe theo thời gian. Tùy thuộc số lượng xung trong một đơn vị thời gian ta xác định được tốc độ góc của bánh xe khi phanh.
Hình 2.23: Nguyên lý xác định vận tốc của cảm biến tốc độ
Cảm biến được đặt trên các bánh xe của cầu trước và cầu sau.
Hình 2.24: Cảm biến đặt ở bánh trước Hình 2.25: Cảm biến đặt ở bánh sau 2.3.4.2. Bộ điều khiển trung tâm (ECU-ABS):
Theo dõi sự thay đổi tốc độ góc quay bánh xe khi phanh, xác định tốc độ ô tô, gia tốc góc của bánh xe, cấp tín hiệu điều khiển đến các van điều chỉnh áp suất dầu để đảm bảo độ trượt tối ưu trong khoảng (15% ÷ 30%).
Bộ điều khiển trung tâm bao gồm : Bộ tiếp nhận và chuyển đổi tín hiệu vào, bộ vi xử lý, các bộ nhớ và bộ truyền tín hiệu ra, các đầu nối.
RAM , bộ nhớ lưu trữ KAM . Các thông tin đưa vào được nhớ theo địa chỉ trong các bộ nhớ này.
• Bộ vi xử lý Microprocessor) : Bộ vi xử lý còn gọi là bộ điều khiển trung tâm. Cấu trúc của nó gồm các mạch tính toán, mạch xử lý tín hiệu. Cũng giống như bộ nhớ, nó có dạng chíp điện tử, nối với mạch bằng chân rết trên giá máy. Khi bật khóa điện, bộ điều khiển trung tâm thực hiện kiểm tra toàn bộ hệ thống và sau đó ở trạng thái chờ làm việc. Khi làm việc sẽ lấy chương trình từ ROM, tính toán xử lý các số liệu theo chương trình định sẵn và lập tức cho ra các tín hiệu điều khiển thích hợp. Trước lúc tắt khóa điện, toàn bộ số liệu được giữ lại trong các bộ nhớ kể cả các số liệu bị lỗi).
Các tín hiệu vào đều có giá trị ngưỡng trên và dưới, các giá trị này được lưu trữ và có riêng môđun so sánh tự chuẩn đoán và chỉ ra các lỗi của hệ thống. Các lỗi này được thông báo bằng đèn trên tablô và đèn phát mã trên ECU.
Tín hiệu vận tốc góc bánh xe là tín hiệu điện hình sin xoay chiều có biên độ và tần số thay đổi, vì vậy trước khi đưa vào vi điều khiển cần được chuẩn hóa thành xung vuông 5V. Các tín hiệu ra dạng digital được đưa đến các thiết bị thừa hành thông qua các cụm van điện từ điều khiển các van tự động đóng mở.
Hình 2.26:Sơ đồ tín hiệu từ cảm biến đo vận tốc góc bánh xe 2.3.4.3. Cơ cấu chấp hành:
a. Đặc điểm:
- Van cơ cấu chấp hành ABS Modulator Valve được lắp trên khung xe ứng với việc bố trí các đường ống dẫn khí.
- Van có nhiệm vụ cung cấp hay ngắt khí nén có áp suất từ tổng van phanh đến mỗi bầu phanh bánh xe tùy theo tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển trung tâm (ECU – ABS để điều chỉnh tốc độ thích hợp cho từng bánh xe ô tô khi phanh, bảo đảm cho bánh xe làm việc trong vùng có độ trượt tối ưu 1530%, tránh hiện tượng hãm cứng bánh xe.
- Van cơ cấu chấp hành là tổ hợp gồm các van điện từ, cấu trúc của các van điều khiển dạng van con trượt thuỷ lực, điều khiển điện từ. Hệ thống dẫn động bố trí 8 van loại 2 vị trí. Tín hiệu điều khiển các van điện từ là các tín hiệu điện. Van 2 vị trí điều khiển bằng tín hiệu điện áp 24V theo nguyên lý đóng ON , ngắt (OFF). Ở trạng thái bình thường, van điện từ cửa nạp (van giữ) ở trạng thái thường đóng, còn van điện từ cửa xả (van giảm) ở trạng thái thường mở.
b. Cấu tạo van cơ cấu chấp hành:
1. Cửa dẫn khí nén vào (từ tổng phanh) 2. Cửa dẫn khí nén ra (tới các bầu phanh) 3. Đầu nối điện
4. Cửa xả khí
Hình 2.27: Hình ảnh mô phỏng van cơ cấu chấp hành
Van cơ cấu chấp hành gồm có cửa dẫn khí nén vào 1 , cửa dẫn khí nén ra 2 , đầu nối điện 3 và cửa xả 4 . Bên trong van cơ cấu chấp hành gồm có 2 van điện từ van vị trí điều khiển bằng tín hiệu điện áp 24V theo nguyên lý đóng ON , ngắt OFF và 2 van kiểu màng.
c. Nguyên lý làm việc của van:
Nguyên lý làm việc đối với một mạch điều khiển qua van điều khiển áp suất khí nén cho cầu sau có bầu phanh tích năng. Các trạng thái điều chỉnh phanh có sự tham gia của hệ thống điều khiển điện tử ABS. Các cụm van điện từ điều khiển áp suất khí nén bố trí sau van tự động của hệ thống, nên khi phanh trước giới hạn điều chỉnh thì các van này cho phép khí nén thông qua.
• Trạng thái tăng áp :
- Tín hiệu điều khiển từ ECU ở trạng thái ban đầu là trạng thái đóng OFF). Khi phanh, van A sẽ đóng và van B sẽ được mở.
- Khí nén từ cửa dẫn vào V sẽ tác động lên mặt dưới của van màng (2), mở thông khí nén sang cửa dẫn ra R tới bầu phanh bánh xe để tiến hành phanh. Một dòng khác qua van B tác động lên mặt dưới của van màng (4), ngăn không cho khí nén thoát ra ngoài. Lúc này bánh xe bị phanh do được cấp khí nén vào bầu phanh bánh xe. Bánh xe được phanh nên tốc độ quay của bánh xe sẽ giảm dần.
Hình 2.29: Sơ đồ làm việc của van ở trạng thái tăng áp
V: Cửa khí vào; R: Cửa khí ra; X: Cửa xả khí; A,B: Các van điện từ; 1: Nắp van; 2,4: Van dạng màng; 3,5: Các cuộn dây điện từ
• Trạng thái giảm áp :
- Với quán tính chuyển động của xe, bánh xe xuất hiện trượt lết tới giới hạn tính toán sẵn trong bộ điều khiển trung tâm ECU. Khi đó tín hiệu nhả phanh sẽ được đưa đến các cuộn dây CA và CB, các van A và B đóng kín ở trạng thái ON).
- Khí nén từ đường dẫn vào V) sẽ tác động lên mặt trên của van màng (2), đóng kín đường nối thông với cửa dẫn khí ra R . Khí nén có trên bầu phanh qua cửa dẫn (R) tác động lên mặt trên của van màng (4), mở cửa khí thoát qua đường xả (X) ra ngoài khí quyển. Lúc này bầu phanh không được cấp khí nén nên thực hiện việc giảm áp.
Hình 2.30: Sơ đồ làm việc của van ở trạng thái giảm áp
• Trạng thái giữ áp :
- Trong quá trình phanh, nếu bàn đạp phanh duy trì ở mức thích hợp với khả năng bám mặt đường, bánh xe không bị trượt lớn hơn giới hạn độ trượt cho phép. Giới hạn độ trượt có thể nằm trong vùng không cần điều chỉnh thông thường độ trượt khoảng từ 15 ÷ 30%).
- Tín hiệu đưa tới cuộn dây 3 bằng 0 trạng thái OFF , thực hiện mở van B. Tín hiệu đưa tới cuộn dây 5 ở trạng thái ON. Khí nén từ cửa dẫn vào V , một mặt vẫn tác dụng lên mặt trên của van màng 2 , mặt khác đi qua van B tác dụng lên mặt
dưới của van màng 4 để đóng kín đường dẫn R với đường xả X . Khí nén không được cung cấp cho bầu phanh bánh xe, nhưng cũng không thoát được ra ngoài khí quyển, do đó quá trình phanh không có sự thay đổi.
Hình 2.31: Sơ đồ làm việc của van ở trạng thái giữ áp
Quá trình nhả phanh hay giữ phanh xảy ra liên tục, tùy thuộc vào vị trí của các van màng 1 và van màng 2 hay là phụ thuộc vào vị trí của van A, van B. Điều đó cũng có thể hiểu là phụ thuộc vào việc cấp tín hiệu mức điện áp đưa váo các cuộn dây 3 và 5 do bộ điều khiển trung tâm ECU- ABS đưa ra.
Bộ điều khiển trung tâm cho phép tính toán tức thời các tín hiệu đưa vào từ các cảm biến tốc độ quay bánh xe. Các thông số tốc độ bánh xe cho phép xác định độ trượt của từng bánh xe và điều khiển áp suất khí nén dẫn tới các bánh xe độc lập tương ứng với độ trượt cho phép.
Sự phanh và nhả phanh cũng có thể coi như việc nhấp phanh liên tục của người lái xe khi phanh, nhưng khả năng chính xác và độ nhạy cao hơn nhiều. Do vậy các bánh xe làm việc khi phanh không bị xảy ra trượt lết.
Khi trong hệ thống có sự cố các tín hiệu đưa vào ECU- ABS vượt quá các giá trị ngưỡng hay không có tín hiệu, hệ thống sẽ lưu trữ và lập tức đóng mạch điện báo trên bảng tablo của xe. Khi thấy đèn báo sáng, cần thiết dừng xe và đưa vào kiểm tra đọc mã chuẩn đoán để khắc phục kịp thời. Hệ thống tự chuẩn đoán hỗ trợ người
sử dụng và là công cụ hữu hiệu giúp cho công việc quản lý chất lượng hệ thống phức tạp.
2.3.5. Các phương pháp dẫn động hệ thống phanh ABS khí nén trên một số ô tô tải và ô tô buýt: