a) Phương án 4S/3K
* Với mơ đun ABS điều chỉnh trực tiếp
Sơ đồ trên hình 2.20 trình bày các cụm cơ bản và đƣờng dẫn khí nén của hệ thống ABS bố trí cho ơ tơ 3 cầu. Sơ đồ với 4 cảm biến (Sensor - S) và 3 kênh (kanal - K) điều chỉnh áp suất khí nén (2 cảm biến đặt tại bánh xe cầu trƣớc và 2 cảm biến đặt trên các vành răng bị động của cầu xe). Kênh điều khiển áp suất đƣợc phân bố riêng biệt cho các cầu xe thơng qua 3 mơ đun ABS.
1.Cảm biến; 2. Nguồn khí nén; 3. Bầu phanh; 4.Van phanh 2 dịng; 5. Mơ đun ABS điều chỉnh trực tiếp.
Hình 2.20. Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 4S/3K
Hệ thống phanh khí nén cơ bản thuộc loại hai dịng dẫn động độc lập: một dịng cho cầu trƣớc với bầu phanh dạng màng, dịng cịn lại bố trí cho các cầu sau thơng qua bình phanh tích năng. Nguồn cung cấp khí nén bao gồm: máy nén khí, bộ tự động điều tiết áp suất sau bơm, bầu lọc khí ẩm, van bảo vệ và chia dịng nhiều ngả, các bình chứa và van xả dầu và nƣớc.
Mơ đun ABS 5 mắc nối tiếp sau van phân phối 2 dịng trên đƣờng dẫn khí ra các cầu. Mơ đun làm việc nhờ sự điều khiển ECU-ABS, cĩ đƣờng dẫn khí vào và đƣờng dẫn khí ra bầu phanh 3. Ngồi ra, trên thân mơ đun cịn cĩ lỗ thốt khí khi điều chỉnh áp suất.
Ba kênh điều khiển ở ba cầu thực hiện theo hai phƣơng pháp khác nhau:
Ở cầu trƣớc: Cĩ 2 cảm biến xác định tốc độ bánh xe, nhƣng chỉ cĩ một mơ
đun ABS. Tín hiệu tốc độ trên bánh xe đƣợc ECU tính tốn so với tốc độ ơ tơ, từ đĩ xác định sự trƣợt riêng biệt của từng bánh xe. Tại một thời điểm nhất định, nếu bĩnh xe nào (trong hai bánh phải và trái) cĩ độ trƣợt tới giới hạn cho phép trƣớc, mơ đun sẽ đƣợc điều khiển theo tín hiệu này.
Điều đĩ cĩ nghĩa bánh xe cĩ độ trƣợt lớn nằm trên đƣờng cĩ hệ số bám thấp hơn, và mơ đun đƣợc điều khiển cĩ khả năng tiếp nhận lực bên cao, giúp cho các
bánh xe dẫn hƣớng thực hiện điều khiển hƣớng chuyển động của ơ tơ. Nhƣ vậy trên cầu trƣớc lựa chọn điều khiển SL cho phép ƣu tiên khả năng ổn định chuyển động.
Trên các cầu sau: Sử dụng một cảm biến và một kênh điều khiển cho cả hai
bánh xe trên cùng một cầu. Giá trị độ trƣợt đƣợc tính tốn từ vận tốc gĩc quay của vành răng bị động trong truyền lực chính, tức là vận tốc gĩc trung bình giữa hai bĩnh xe. ECU tính tốn độ trƣợt từ vận tốc gĩc trung bình của vành răng bị động do cảm biến chuyển tín hiệu về và tốc độ ơ tơ, xác định độ trƣợt và gia tốc gĩc trung bình của hai bánh xe.
Do vậy các giá trị đƣợc lựa chọn (độ trƣợt, gia tốc gĩc) để làm giới hạn thực hiện điều khiển độc lập từng bánh xe. Trong trƣờng hợp này, hiệu quả giảm tốc độ ơ tơ khơng cao, song lại giải quyết cho phép cĩ khả năng sau đều lực phanh đảm bảo hạn chế gĩc quay ngang thân xe.
Với sơ đồ bố trí nhƣ vậy cĩ những ƣu nhƣợc điểm sau:
Ƣu điểm: Sơ đồ bố trí ít cảm biến, cầu trúc đơn giản. Lực phanh đƣợc điều
chỉnh đều cho hai phía bánh xe, đáp ứng điều kiện ổn định cần thiết cho ơ tơ.
Nhƣợc điểm: Vận tốc gĩc ở trên các cầu sau chỉ xác định với giá trị trung
bình, do vậy giá trị giới hạn điều chỉnh đƣợc chọn thấp, khơng tận dụng đƣợc tối đa lực bám giữa các bánh xe riêng biệt, dẫn tới làm giảm hiệu quả của hệ thống ABS.
Khi bắt đầu phanh, các mơ đun ABS đặt nối tiếp yêu cầu nạp đầy khí trên đƣờng ống từ van phân phối 2 dịng tới bầu phanh (với áp suất tăng dần từ 0 Kpa đến 750 Kpa). Chiều dài đƣờng ống càng lớn, càng làm tăng độ trễ làm việc của hệ thống, do vậy sẽ ảnh hƣởng tới thời gian chậm tác dụng cho phép (0.56s).
Tuy nhiên với ƣu điểm: kết cấu đơn giản và đảm bảo khả năng ổn định nên hệ thống đƣợc sử dụng trên ơ tơ tải nhiều cầu cĩ chiều dài thân xe nhỏ và đƣờng dẫn khí ngắn.
Cấu trúc nhƣ vậy cũng cũng thấy trên một số ơ tơ tải cĩ tải trọng vừa và lớn, với lí do hạn chế giá thành chế tạo, nâng cao khả năng cạnh tranh trên thị trƣờng.
* Với mơ đun ABS cĩ van R12
Sơ đồ tổng quát của hệ thống khơng cĩ gì thay đổi lớn, ngoại trừ việc sử dụng mơ đun điều chỉnh cĩ van R12. Sơ đồ bố trí các cụm và đƣờng dẫn khí trình bày trên hình 2.20. Từ các bình chứa khí nén riêng biệt dẫn động riêng cho hai dịng phanh, khí nén đƣợc chia thành 2 ngả: một đƣờng tới van phanh 4 và một đƣờng dẫn tới mơ đun ABS 5. Khi phanh, van phân phối cấp tín hiệu khí nén cho mơ đun ABS, mở thơng đƣờng khí nén tới các bầu phanh bánh xe.
Nhƣ vậy, trên mơ đun ABS cĩ 3 đƣờng khí: đƣờng nối với bình chứa khí nén, đƣờng nối với van phân phối, đƣờng nối tới bầu phanh bánh xe. Ngồi ra, trên mơ đun cũng cĩ lỗ thốt khí điều chỉnh áp suất. Các mơ đun ABS đƣợc bố trí gần bầu phanh bánh xe, nhằm thu ngắn chiều dài nạp khí. Do vậy sơ đồ sử dụng mơ đun cĩ van R12 cho phép giảm nhỏ thời gian nạp khí trên đƣờng ống và giảm thời gian chậm tác dụng của hệ thống.
Các ƣu nhƣợc điểm cơ bản giống nhƣ sơ đồ trên hình 2.20. Tuy nhiên, nổi bật hơn là hệ thống phanh khí nén cho phép cĩ khả năng thỏa mãn tiêu chuẩn về độ trễ tác dụng, sơ đồ này thƣờng dùng cho các ơ tơ nhiều cầu cĩ chiều dài xe lớn.
Ngày nay phần lớn các xe tải nhiều cầu cĩ chiều dài lớn và đồn xe sử dụng mơ đun ABS cĩ van R12, với lợi thế về khả năng đồng hĩa linh kiện và giảm nhỏ thời gian chậm tác dụng.
b) Phương án 6S/3K
Phƣơng án sử dụng 6 cảm biến 3 kênh điều khiển đƣợc trình bày trên hình 2.21.
Trên cầu trƣớc: 2 cảm biến tốc độ bánh xe trên cùng một cầu, mơ đun ABS
điều khiển lực phanh cho hai bánh xe dẫn hƣớng. Cấu trúc và phƣơng pháp điều khiển ở cầu trƣớc tƣơng tự nhƣ phƣơng án trƣớc trên hình 2.20 .
1.Cảm biến; 2. Nguồn khí nén; 3. Bầu phanh; 4.Van phanh 2 dịng; 5. Mơ đun ABS cĩ van R12
Hình 2.21. Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 6S/3K
Trên các cầu sau: Sử dụng 4 cảm biến riêng rẽ cho từng bánh xe, hai mơ
đun ABS bố trí điều khiển các bánh xe khác cầu ở cùng một phía. Tín hiệu điều khiển mơ đun ABS cho hai bánh xe cùng phía theo nguyên tắc SL.
Sơ đồ đƣợc ứng dụng cho các đầu kéo thƣờng xuyên kéo bán rơ mooc nặng, trên đƣờng tốt và dài ở tốc độ khơng cao. Khi đầu kéo cần di chuyển một mình cĩ thể nâng một cầu sau mà khơng ảnh hƣởng lớn đến sự hoạt động của hệ thống ABS. Đầu kéo cĩ khoảng lệch hệ số bám giữa hai bánh xe cùng phía khơng đáng kể, do vậy cho phép tận dụng khả năng bám của các bánh xe cao.
Việc sử dụng một kênh điều khiển cho cầu trƣớc dẫn hƣớng cho phép lực phanh trên 2 bánh xe gần bằng nhau, vì vậy ít phát sinh mơmen phụ tác dụng lên vành lái. So với phƣơng án khác, phƣơng án này cĩ số lƣợng kênh điều khiển nhỏ, giá thành thấp.
Sự quay thân xe do chênh lệch tải trọng phanh trên cầu sau giữa hai phía cĩ thể xảy ra, nhƣng đầu kéo thƣờng cĩ tỷ lệ Jz/B (mơ men quán tính khối lƣợng/ chiều rộng cơ sở) lớn, nên gia tốc quay thân xe nhỏ, ngƣời lái cĩ thể kịp thời điều chỉnh vành lái khi phanh.
c) Phƣơng án 6S/4K
Sơ đồ phƣơng án 6 cảm biến và 4 kênh điều khiển đƣợc trình bày ở hình 2.22. Sơ đồ này đƣợc phát triển trên cơ sở sơ đồ miêu tả ở hình 2.20.
1. Cảm biến; 2. Nguồn khí nén; 3. Bầu phanh; 4. Van phanh 2 dịng; 5. Mơ đun ABS cĩ van R12.
Hình 2.22. Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 6S/4K
Trên cầu trƣớc: Sử dụng hai mơ đun ABS 5 điều khiển độc lập cho từng
bánh xe với cảm biến 1 đo vận tốc riêng biệt. Để hạn chế khả năng sai lệch lực phanh trên cầu trƣớc, hệ thống điều khiển đƣợc thiết lập trên nguyên tắc IRM, do vậy cho phép tăng đƣợc lực phanh cho cầu trƣớc (điều này là hết sức cần thiết vì khi phanh tải trọng thẳng đứng của cầu trƣớc tăng cao).
Trên các cầu sau: Bố trí 4 cảm biến và 2 kênh điều chỉnh, làm việc dựa trên
nguyên tắc SL. Việc bố trí mỗi cầu xe một kênh điều khiển và với SL sẽ giúp xe ổn định hƣớng tốt khi đi trên đƣờng cĩ hệ số bám khác nhau, hay khi quay vịng. Nhờ cấu trúc nhƣ vậy lực phanh trên các cầu sau phân bố tƣơng đối đồng đều cho phép hạn chế sự quay thân xe.
Sơ đồ đƣợc ứng dụng trên các ơ tơ buýt hai tầng cĩ tải trọng lớn, các loại ơ tơ tải chuyên dụng chở hàng đặc chủng địi hỏi tính ổn định cao.
Trên ơ tơ buýt lớn (cĩ 1 cầu sau chủ động với cơng thức bánh xe 4×2) sử dụng 4S/3K: cầu trƣớc bố trí 2 cảm biến và 1 kênh điều khiển. Cấu trúc nhƣ vậy trong một số tài liệu đƣợc gọi tên là “ hệ thống ABS tiêu chuẩn ”, với phƣơng pháp
bố trí 3 nút điều chỉnh, đảm bảo khả năng ổn định chuyển động của ơ tơ đồng thời cho hiệu quả phanh tốt.
d) Phƣơng án 6S/6K
Sơ đồ phƣơng án 6 cảm biến và 6 kênh điều khiển đƣợc trình bày ở hình 2.23. Mỗi bánh xe cĩ cảm biến và mơ đun ABS điều chỉnh độc lập.
1. Cảm biến; 2. Nguồn khí nén; 3. Bầu phanh; 4. Van phanh 2 dịng; 5. Mơ đun ABS cĩ van R12.
Hình 2.23. Sơ đồ hệ thống phanh khí nén ABS loại 6S/6K
Hệ thống sử dụng điều khiển độc lập cải biên IRM cho mỗi cầu xe. Với cấu trúc này lực phanh trên tất cả các cầu xe đƣợc phát huy tối đa, đáp ứng tốt nhất khả năng tiêu hao động năng ơ tơ khi phanh. Mặt khác khi xuất hiện sự sai lệch lực phanh trên các bánh xe của cùng một cầu, bên bánh xe cĩ hệ số bám cao sẽ đƣợc chậm tăng áp suất phanh, đảm bảo hạn chế tối đa sự chênh lực phanh, đồng thời giảm gia tốc gĩc quay thân xe, giúp cho ngƣời lái cĩ khả năng điều chỉnh vành lái, tránh rơi vào tình trạng khĩ điều khiển.
Tuy vậy hệ thống rất phức tạp, nhiều đƣờng dẫn, giá thành của sản phẩm cao, chỉ đƣợc sử dụng trên các loại xe yêu cầu cao về ổn định và chất lƣợng phanh.
Trên ơ tơ buýt cĩ cơng thức bánh xe 4×2, sử dụng sơ đồ 4S/4K: các bánh xe bố trí theo quy luật điều khiển IRM cũng đƣợc phân tích tƣơng tự. Xe buýt hiện đại thƣờng xuyên hoạt động trên đƣờng xa lộ với vận tốc vận tải lớn nhất trên 100km/h sử dụng sơ đồ điều khiển 4S/4K này, kèm theo các thiết bị tiện nghi cao cấp, giúp cho việc vận tải hành khách nhanh chĩng và an tồn.
Ngày nay các hệ thống ABS khí nén khá đa dạng, và đang trong giai đoạn hồn thiện, đặc biệt là các nguyên tắc điều khiển đang thực nghiệm theo hƣớng tối ƣu với các tiêu chí yêu cầu của quá trình phanh.