Để thấy rừ hiệu quả của hệ thống phanh cú trang bị ABS chỳng ta xem xột kết quả thớ nghiệm sau. [1]
Loại đường
Tốc độ bắt đầu phanh v (m/s)
Quóng đường phanh Sp (m) Lợi về hiệu quả phanh % Cú trang bị ABS Khụng trang bị ABS Đường bờ tụng khụ Đường bờ tụng ướt 13.88 13.88 10.6 18.7 13.1 23.7 19.1 21.1 Đường bờ tụng khụ Đường bờ tụng ướt 27.77 27.77 41.1 62.5 50.0 100.0 17.8 37.5
Bảng 1.5. Kết quả thớ nghiệm trờn ụtụ du lịch cú trang bị hệ thống ABS (trong trường hợp mỗi bỏnh xe đều cú cảm biến và bộ van điều khiển riờng rẽ)
Từ kết quả thớ nghiệm trờn ta nhận thấy đường trơn và tốc độ xe càng lớn thỡ hiệu quả phanh của hệ thống cú trang bị ABS lớn hơn nhiều so với hệ thống phanh khụng trang bị ABS.
Hệ thống ABS làm tăng tớnh ổn định và tớnh dẫn hướng của ụtụ khi phanh. Ở giỏ trị độ trượt của bỏnh xe so với mặt đường khoảng 15 –25 % thỡ giỏ trị độ bỏm dọc xấp xỉ giỏ trị max cũn độ bỏm ngang cũng đạt giỏ trị khỏ cao. Do đú vừa đảm bảo hiệu quả hanh tốt và vừa đảm bảo tớnh ổn định dẫn hướng khi phanh.
1.5.4. Một số phƣơng ỏn điều khiển của hệ thống ABS. 1.5.4.1. Cỏc phƣơng ỏn theo nguồn dầu cú ỏp suất
Phương ỏn 1: Kiểu dựng ỏp suất dầu trợ lực lỏi (xe tải 4 Runner )
Cảm biến tốc độ Xi lanh bánh xe sau
Hộp cơ cấu lái Cảm biến giảm tốc
Cơ cấu chấp hành Bộ điều hoà
lực phanh
Bơm trợ lực lái, bình dầu
ABS ECU
Trong kiểu ABS này, ỏp suất dầu từ hệ thống lỏi được sử dụng để điều khiển ỏp suất phanh. Hệ thống ABS này chỉ điều khiển chống bú cứng cho cỏc bỏnh sau. Đú là đặc điểm chớnh của hệ thống này.
Trong hệ thống nú chỉ cú một cảm biến tốc độ được gắn ở vỏ cầu cảm nhận tốc độ quay của bỏnh răng vành chậu. Vỡ vậy một cảm biến giảm tốc được sử dụng để giỳp cho ABS ECU cú thể đỏnh giỏ được mức độ giảm tốc một cỏch chớnh xỏc hơn.
Hệ thống này cú ưu điểm là kết cấu đơn giản, nhưng cú nhược điểm là khụng điều khiển chống bú cứng cho cỏc bỏnh trước nờn hiờu quả phanh chưa cao khi phanh xe ở tốc độ cao và hệ số bỏm nhỏ, xe rất rễ bị mất hướng chuyển động, nờn với hệ thống này thường chỉ được bố trớ cho xe tải do tải trọng đặt lờn cỏc bỏnh sau thường thay đổi. Nguồn dầu dựng chung với hệ thống lỏi nờn bị ảnh hưởng của hệ thống lỏi.
Cảm biến bánh xe Bộ chấp hành phanh TRC Bộ chấp hành ABS ABS / T ECU Bộ chấp hành b-ớm ga phụ Công tắc TRC ECU động cơ
Trong kiểu ABS này, ỏp suất dầu được tạo từ bơm của bộ chấp hành ABS , ỏp suất phanh được điều khiển cho tất cả cỏc bỏnh do vậy mà cú hiệu quả cao hơn so với phương ỏn trờn. Nguồn dầu độc lập nờn khả năng hư hỏng nguồn dầu là thấp
1.5.4.2. Cỏc phƣơng ỏn theo số van trong bộ chấp hành
Phương ỏn 3: Cơ cấu chấp hành dựng 4 van 3 vị trớ
Với phương ỏn này tớn hiệu được đưa từ cỏc cảm biến bỏnh xe đến hộp ABS ECU. Đồng thời một tớn hiệu được đưa từ cụng tắc đốn phanh đến hộp để bỏo cho biết xe đang trong quỏ trỡnh phanh. Căn cứ vào cỏc tớn hiệu được đưa tới, chương trỡnh sẽ tớnh toỏn và quyết định cấp tớn hiệu để điều khiển cỏc van mỗi van điện cú ba vị trớ để thực hiện ba chế độ khỏc nhau đú là tăng ỏp, giữ và giảm ỏp phụ thuộc vào giỏ trị điện ỏp mà hộp ABS ECU cấp cho cỏc van.
Bộ chấp hành ABS ABS ECU Cảm biến tốc độ Xi lanh bánh xe Bơm Bình dầu Cửa A Cửa B Cửa C Cửa D Xi lanh chính Van giữ áp suất Van giảm áp Công tắc phanh Xi lanh chính Van P Xi lanh bánh xe Cảm biến bánh xe Bình dầu Van điện 3 vị trí ABS ECU Cút nối 3 đầu
Phương ỏn 4: Cơ cấu chấp hành dựng 8 van 2 vị trớ.
Trạng thỏi của mỗi cửa van và mụ tơ bơm
Chế độ hoạt động Van giữ ỏp suất Van giảm ỏp Mụtơ bơm
Khi phanh bỡnh thường Cửa A mở Cửa D đúng OFF (ABS khụng hoạt động)
Khi phanh gấp
- Chế độ giảm ỏp Cửa A đúng Cửa D mở ON
-Chế độ giữ Cửa A đúng Cửa D đúng ON
-Chế độ tăng ỏp Cửa A mở Cửa D đúng ON
1.5.5. Giải phỏp kết cấu và điều khiển hệ thống ABS
1.5.5.1. Sơ đồ mạch cơ bản và cỏc bộ phận chủ yếu của hệ thống ABS a. Sơ đồ mạch điện a. Sơ đồ mạch điện
Ta cú sơ đồ mạch điện của hệ thống phanh ABS cho xe CELICA đời 89 Khoá điện Đèn báo phanh Công tắc đèn phanh FR FL RR RL Giắc chẩn đoán TC TS CB giảm tốc (4WD) Môtơ bơm Bộ chấp hành ABS ABS ECU
Rơ le điều khiển ABS
Rơle môtơ
Rơle van điện CT. mức dầu Đèn báo sự cố CT.phanh tay Đèn phanh CB.báo đèn hỏng
b. Cảm biến tốc độ bỏnh xe
- Nhiệm vụ: Cảm biến tốc độ bỏnh xe cú nhiệm vụ cơ bản là biến chuyển động quay của bỏnh xe tương ứng thành tớn hiệu điện ỏp xoay chiều cú tần số tỉ lệ thuận với tốc độ quay của bỏnh xe.
Hỡnh 1.17. Vị trớ lắp đặt cảm biến
- Cấu tạo: Cảm biến tốc độ bỏnh xe trước và sau bao gồm một nam chõm vĩnh cửu để từ hoỏ cuộn dõy, cuộn dõy dựng để phỏt dũng điện xoay chiều và một lừi từ. Vị trớ lắp cảm biến tốc độ hay rụto cảm biến cũng như số lượng cảm biến thay đổi theo kiểu xe
Hỡnh vẽ dưới đõy chỉ ra vị trớ của cảm biến và rụ to cảm biến. Rụto cảm biến là một đĩa mộp ngoài cú răng và cỏc răng cỏch đều nhau. Đĩa được lắp chặt với moay ơ bỏnh xe do vậy nú sẽ quay cựng với moay ơ bỏnh xe
- Hoạt động: Vành ngoài của rụ to cú cỏc răng cỏch đều nhau nờn khi rụ to quay sẽ làm thay đổi khe hở khụng khớ thay đổi theo vị trớ của răng rụ to tương đối so với cuộn dõy nhận tớn hiệu làm cho mật độ từ thụng qua cuộn dõy thay đổi, mật độ từ thụng thay đổi này sinh ra điện ỏp xoay chiều trong cuộn dõy. Điện ỏp xoay chiều này cú tần số tỉ lệ thuận với tốc độ quay của rụ to cú nghĩa tỉ lệ thuận với tốc độ quay của bỏnh xe và như vậy tớn hiệu điện ỏp xoay chiều này bỏo cho ABS ECU biết tốc độ của bỏnh xe.
Hỡnh 1.18. Tớn hiệu điện ỏp ở tốc độ bỏnh xe
Khe hở khụng khớ giữa lừi từ và đỉnh răng của vành răng cảm biến chỉ khoảng 1mm và độ sai lệch phải nằm trong giới hạn cho phộp. Cơ cấu ABS sẽ khụng làm việc tốt nếu khe hở nằm ngoài giỏ trị tiờu chuẩn.
c. Cảm biến giảm tốc (chỉ đƣợc trang bị ở một vài kiểu xe)
- Nhiệm vụ: Cảm biến giảm tốc cú nhiệm vụ cho phộp ABS ECU đo trực tiếp sự giảm tốc của xe trong quỏ trỡnh phanh. Vỡ vậy cho phộp nú biết rừ hơn trạng thỏi của mặt đường. Kết quả là mức độ chớnh xỏc khi phanh được cải thiện để trỏnh cho cỏc bỏnh xe khụng bị bú cứng. Cảm biến giảm tốc cũn được gọi là " cảm biến G". Cảm biến giảm tốc được sử dụng nhiều ở kiểu xe 4WD do tốc độ của bỏnh xe khụng thay đổi đồng thời với sự giảm tốc độ của xe vỡ trong trường hợp xe 4WD, nếu một trong cỏc bỏnh xe bị hóm cứng trờn mặt đường cú hệ số ma sỏt ỡ cực thấp thỡ bỏnh bị hóm cứng cũng làm cỏc bỏnh khỏc bị hóm cứng theo. Hiện tượng này xảy ra bởi vỡ tất cả cỏc bỏnh xe được nối với hệ thống truyền lực nờn tốc độ của cỏc bỏnh xe ảnh hưởng lẫn nhau.
- Cấu tạo: Cảm biến giảm tốc bao gồm 2 cặp đốn LED (diod phỏt quang) và 2 phototransistor (diod cảm quang), một đĩa xẻ rónh và một mạch biến đổi tớn hiệu.
Hỡnh 1.19. Vị trớ và cấu tạo cảm biến giảm tốc
- Hoạt động: Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rónh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức độ giảm tốc độ của xe. Cỏc rónh trờn đĩa cắt từ đốn LED đến phototransistor làm phototransistor thay đổi trạng thỏi đúng, mở. Người ta sử dụng 2 cặp đốn LED và phototransistor. Tổ hợp tạo bởi 2 cặp đốn LED và phototransistor chia mức độ giảm tốc thành 4 khoảng và gửi tớn hiệu về ABS ECU. ABS ECU xử lý những tớn hiệu này để xỏc định chớnh xỏc tỡnh trạng mặt đường và thực hiện cỏc biện phỏp điều khiển thớch hợp.
Chân đế
Gía đỡ
Bình tích năng
Rơ le mô tơ
Mô tơ điện
1.5.5.2. Bộ chấp hành ABS
- Nhiệm vụ: Bộ chấp hành ABS cú nhiệm vụ cấp hay ngắt ỏp suất dầu từ xi lanh phanh chớnh đến mỗi xi lanh bỏnh xe hoặc giảm ỏp suất trong xi lanh phanh bỏnh xe theo tớn hiệu từ ABS ECU để điều khiển mụ men phanh bỏnh xe.
- Cấu tạo: Cú nhiều kiểu bộ chấp hành ABS tuỳ thuộc vào kiểu xe, đời xe cũng như hóng xe nhưng bộ chấp hành ABS thường bao gồm cỏc van điện, bơm dầu bỡnh dầu tớch năng và cỏc van 1 chiều. Hỡnh 2.6 Cho biết cấu tạo của bộ chấp hành với loại 4 van 3vị trớ.
Hỡnh 1.20. Bộ chấp hành ABS
- Hoạt động:
+ Khi phanh bỡnh thường (ABS khụng hoạt động)
ABS khụng hoạt động trong quỏ trỡnh phanh bỡnh thường và ABS ECU khụng gửi dũng điện đến cuộn dõy của van. Do đú van 3 vị trớ bị đẩy xuống dưới tỏc dụng của lũ xo hồi vị và cửa "A" vẫn mở trong khi cửa "B" vẫn đúng.
Khi đạp phanh bỡnh thường, ỏp suất dầu trong xi lanh phanh chớnh tăng, dầu phanh đi từ xi lanh chớnh đến cửa "A" rồi đến cửa "C" trong van điện 3 vị trớ rồi tới xi lanh bỏnh xe. Dầu phanh khụng vào được bơm bởi van một chiều số 1 gắn trong mạch bơm. Khi nhả chõn phanh, ỏp suất trong xi lanh chớnh giảm làm dầu phanh
được hồi từ xi lanh bỏnh xe về xi lanh chớnh qua cửa "C" đến cửa "A" và một phần qua van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trớ.
ABS ECU Cảm biến tốc độ bánh xe Bình dầu Cụm phanh bánh xe Van một chiều số 2 Van một chiều số 1 Xi lanh chính Cửa "A"mở Cửa "B"đóng Cửa "C" Van một chiều số 3 0 A 0 V Bơm
Tờn chi tiết Hoạt động Cửa "A" mở Van điện 3 vị trớ Cửa "B" đúng Mụ tơ bơm Khụng hoạt động
- Khi phanh gấp (ABS hoạt động)
Nếu cú bất kỳ bỏnh xe nào gần bị bú cứng khi phanh gấp, bộ chấp hành ABS sẽ điều khiển ỏp suất dầu phanh tỏc dụng lờn xi lanh bỏnh xe đú theo tớn hiệu từ ECU. Vỡ vậy bỏnh xe khụng bị bú cứng. Chế độ giảm ỏp: ABS ECU Cảm biến tốc độ bánh xe Bình dầu Cụm phanh bánh xe Van một chiều số 2 Van một chiều số 1 Xi lanh chính Cửa "A"đóng Cửa "B"mở Cửa "C" Van một chiều số 3 5 A 12 V Bơm
Tờn chi tiết Hoạt động
Van điện 3 vị trớ
Cửa "A" đúng Cửa "B" mở
Khi một bỏnh xe gần bị bú cứng, ECU gửi dũng điện 5A đến cuộn dõy của van điện, làm sinh ra một lực từ mạnh. Van 3 vị trớ chuyển động lờn phớa trờn. cửa "A" đúng trong khi cửa "B" mở. Kết quả là dầu phanh từ xi lanh bỏnh xe qua cửa "C " tới cửa "B" trong van điện 3 vị trớ và chảy về bỡnh dầu. Cựng lỳc đú, mụtơ bơm hoạt động nhờ tớn hiệu từ ECU, dầu phanh được hồi trả về xi lanh phanh chớnh từ bỡnh chứa. Mặt khỏc cửa "A" đúng ngăn khụng cho dầu phanh từ xi lanh chớnh vào van điện 3 vị trớ, đồng thời van một chiều số 1 và van một chiều số 3 cũng ngăn khụng cho dầu qua. Kết quả là ỏp suất dầu bờn trong xi lanh bỏnh xe giảm, ngăn khụng cho bỏnh xe bị bú cứng. Mức độ giảm ỏp suất dầu được điều chỉnh bằng cỏch lặp lại cỏc chế độ "giảm ỏp" và "giữ".
Chế độ giữ: ABS ECU Cảm biến tốc độ bánh xe Bình dầu Cụm phanh bánh xe Van một chiều số 2 Van một chiều số 1 Xi lanh chính Cửa "A"đóng Cửa "B"đóng Cửa "C" Van một chiều số 3 2 A 12 V Bơm
ABS ECU Cảm biến tốc độ bánh xe Bình dầu Cụm phanh bánh xe Van một chiều số 2 Van một chiều số 1 Xi lanh chính Cửa "A"đóng Cửa "B"đóng Cửa "C" Van một chiều số 3 0 A 12 V Bơm
Tờn chi tiết Hoạt động Van điện 3 vị trớ Cửa "A" đúng
Cửa "B" đúng
Mụ tơ bơm Hoạt động
Khi ỏp suất bờn trong xi lanh bỏnh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ bỏnh xe gửi tớn hiệu bỏo rằng tốc độ bỏnh xe đó đạt đến giỏ trị mong muốn. ABS ECU sẽ cấp dũng điện 2A đến cuộn dõy của van điện để giữ ỏp suất trong xi lanh bỏnh xe khụng đổi.
Khi dũng điện cấp cho cuộn dõy của van bị giảm từ 5A (ở chế độ giảm ỏp) xuống cũn 2A (ở chế độ giữ), lực điện từ sinh ra trong cuộn dõy cũng giảm. Van điện 3 vị trớ dịch chuyển xuống vị trớ giữa nhờ lực của lũ xo hồi vị làm cửa "B" đúng.
Tờn chi tiết Hoạt động Van điện 3 vị trớ Cửa "A" mở Cửa "B" đúng
Mụ tơ bơm Hoạt động
Khi thụng tin được đưa về ABS ECU từ cỏc cảm biến bỏnh xe nếu ABS ECU nhận thấy tốc độ bỏnh xe tăng lờn thỡ ABS ECU sẽ quyết định tăng ỏp suất trong xi lanh bỏnh xe để tạo lực phanh lớn ABS ECU sẽ ngắt dũng điện cấp cho cuộn dõy van điện. Vỡ vậy cửa "A" của van điện 3 vị trớ sẽ mở cũn cửa "B" của van điện 3 vị trớ đúng. Nú cho phộp dầu trong xi lanh phanh chớnh chảy qua cửa "A" đến cửa "C" trong van điện 3 vị trớ đến xi lanh bỏnh xe, mức độ tăng ỏp suất cần được điều khiển nhờ lặp lại cỏc chế độ tăng ỏp và giữ.
a. Van điện
Trong hệ thống phanh chống hóm cứng thụng thường được trang bị hai loại van điện:
- Van điện hai vị trớ (2- positsion solenoid valve) điều khiển ỏp lực phanh từ xilanh chớnh đến xilanh bỏnh xe chỉ tăng hoặc giảm mà thụi.
- Van điện ba vị trớ (3-position solenoid valve) điều khiển ỏp lực phanh từ xi lanh chớnh đến xilanh bỏnh xe ngoài tăng và giảm cũn cú thờm trường hợp ỏp lực phanh trong cỏc xilanh con khụng đổi. Về mặt cấu tạo thỡ van điện hai vị trớ và van điện ba vị trớ khụng cú gỡ khỏc nhau chỳng bao gồm cỏc bộ phận chớnh sau:
- Cuộn dõy: dựng tạo ra lực từ đúng mở cỏc van dầu khi nhận được sự điều khiển của ECU.
- Lừi thộp từ và cơ cấu cỏc lũ xo để đúng mở cỏc mạch dầu do tỏc động của cuộn dõy.
Mối quan hệ giữa cường độ dũng điện điều khiển, ỏp lực phanh, gia tốc xe, tốc độ bỏnh xe trong hệ thống phanh ABS sử dụng van điện ba vị trớ như sau:
Khi phanh bỡnh thường thỡ ECU chưa hoạt động nhưng khi ỏp lực phanh tăng và tốc độ bỏnh xe giảm, nếu khả năng hóm cứng xảy ra thỡ ECU sẽ làm việc.
Hỡnh 1.21. Mối quan hệ cỏc yếu tố trong hệ thống phanh ABS
Khoảng A trờn hỡnh vẽ khụng thể hiện ECU nhận biết bỏnh xe bị trượt lờ nờn điều khiển van điện ở vị trớ giảm ỏp lực phanh, dũng điện ECU gửi đến cuộn dõy khoảng 5A, vỡ vậy mà ỏp lực phanh ở xilanh con giảm sau đú ECU tiếp tục điều khiển van điện giữ ỏp lực phanh và tiếp tục nhận biết sự thay đổi của tốc độ bỏnh