IV. HỆ THỐNG PHANH ABS:
3. Các bộ phận trong hệ thống phanh ABS: (Xe Toyota Celica)
- Cảm biến tốc độ bánh xe : Phát hiện tốc độ gĩc của bánh xe và gửi tín hiệu đến ABS ECU.
- ABS ECU theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách tính tốc độ bánh xe từ tốc độ gĩc của bánh xe.
- Khi phanh gấp, ABS ECU điều khiển các bộ chấp hành để cung cấp áp suất tối ưu cho mỗi xilanh phanh bánh xe.
- Cụm điều khiển thủy lực hệ thống phanh hoạt động theo mệnh lệnh từ ECU tăng, giảm hay giữ nguyên áp suất dầu khi cần. Để đảm bảo hệ số trượt tốt nhất (10 ÷ 30%), tránh bĩ cứng bánh xe.
a)- Cảm biến tốc độ bánh xe :
+ Cấu tạo :
Tốc độ của Ơtơ trong hệ thống ABS sử dụng ở 4 bánh được xác định bằng một cảm biến được giữ cố định và một vịng răng cảm biến quay ở mỗi bánh xe, số lượng răng của vịng răng cảm biến thay đổi theo kiểu xe. Mỗi bộ cảm biến được nối với mơđun điện tử bằng một bĩ dây điện.
+ Nguyên lý hoạt động :
Khối cảm biến sẽ làm việc theo nguyên tắc cảm ứng điện từ. Bộ cảm biến giữ cố định chứa nam châm vĩnh cửu và cuộn dây cảm ứng. Khi vịng răng quay ngang qua bộ cảm biến giữ cố định nĩ sẽ tạo ra một tần số điện áp xoay chiều và cường độ dịng điện tỷ lệ một cách trực tiếp với tốc độ bánh xe. Tín hiệu này được gởi đến khối điện tử, mơđun điện tử này sẽ xử lý nĩ để xác định tốc độ quay của bánh xe. Các bộ cảm biến thay đổi theo kiểu xe cĩ thể điều chỉnh được hoặc khơng điều chỉnh được khe hở điều chỉnh giữa đầu bộ cảm biến và các răng của vịng cảm biến.
Hình: Bộ cảm biến ở bánh xe gồm vịng răng cảm biến và một cảm biến namchâm vĩnh cửu. Việc ngắt từ trường nam châm cảm biến bởi các răng sẽ
b)- Cảm biến giảm tốc : (chỉ cĩ ở một vài kiểu xe)
Việc sử dụng cảm biến giảm tốc cho phép ABS ECU đo trực tiếp sự giảm tốc của xe trong quá trình phanh. Vì vậy, nĩ cho phép biết rõ hơn trạng thái của mặt đường. Kết quả là mức độ chính xác khi phanh được cải thiện để tránh cho các bánh xe khơng bị bĩ cứng. Cảm biến giảm tốc độ cịn gọi là “cảm biến G”.
+ Cấu tạo :
Cảm biến giảm tốc độ bao gồm hai cập đèn LED (diod phát quang) và phototransistor (transitor quang), một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín hệu. Cảm biến giảm tốc độ nhận biết mức độ giảm tốc độ của bánh xe và gửi các tín hiệu về ABS ECU. ECU dùng những tín hiệu này để xác định chính xác tình trạng mặt đường và thực hiện các biện pháp điều khiển thích hợp.
+ Hoạt động :
Khi mức độ giảm tốc độ của bánh xe thay đổi, đĩa xẻ rãnh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức giảm tốc độ. Các rãnh trên đĩa cắt ánh sáng từ đèn LED đến phototransistor, và làm cho phototransistor đĩng, mở. Người ta sử dụng hai cập đèn LED và phototransistor. Tổ hợp tạo bởi các phototransistor này tắt và bật, chia mức độ giảm tốc thành bốn mức và gửi về ABS ECU dưới dạng tín hiệu.
c)- Bộ chấp hành ABS :
Bộ chấp hành ABS cấp hay ngắt áp suất dầu từ xilanh chính đến mỗi xilanh theo tín hiệu từ ECU để điều khiển tốc độ bánh xe. Cĩ nhiều kiểu bộ chấp hành ABS.
- Nguồn là bơm trợ lực lái → van điện hai vị trí. - Nguồn là một mơtơ riêng → van điện hai vị trí. → van điện ba vị trí.
+ Cấu tạo :
Cĩ thể chia bộ chấp hành theo chức năng thành 2 cụm : Cụm 1 :
- Van điện 3 vị trí (cụm điều khiển).
- Chức năng : Trong quá trình hoạt động của hệ thống ABS, ABS ECU lựa chọn một trong 3 chế độ (tăng áp, giảm áp và giữ áp) tùy theo tín hiệu từ ABS ECU.
Cụm 2 :
- Bình chứa và bơm (cụm giảm áp).
- Chức năng : Khi áp suất giảm, dầu phanh hồi về từ các xilanh bánh xe và nĩ được đưa đến xilanh chính nhờ bơm và vào bình dầu bộ chấp hành. Đây là bơm kiểu piston được dẫn động bằng mơtơ.
+ Hoạt động của bộ chấp hành :
* Chế độ phanh bình thường: (ABS khơng hoạt động).
ABS khơng hoạt động trong quá trình phanh bình thường và ABS ECU khơng gởi dịng đến cuộn dây của van điện. Do đĩ, van ba vị trí ấn xuống bởi lị xo hồi vị và cửa “A” vẫn mở trong khi cửa “B” vẫn đĩng, mơtơ bơm khơng hoạt động.
Khi đạp phanh, áp suất dầu trong xilanh phanh chính tăng, dầu phanh chảy từ cửa “A” đến cửa “C” trong van điện ba vị trí rồi tới xilanh bánh xe. Dầu phanh khơng vào được bơm bởi van một chiều số 1 gần trong mạch bơm. Khi nhả phanh, dầu phanh hồi từ xilanh bánh xe về xilanh chính qua cửa “C” đến cửa “A” và van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trí.
* Chế độ phanh khẩn cấp: (ABS hoạt động) :
Nếu cĩ bất cứ bánh xe nào gần bị bĩ cứng khi phanh gấp, bộ chấp hành ABS điều khiển áp suất dầu phanh tác dụng lên xilanh bánh xe khơng bị bĩ cứng.
* Chế độ giảm áp suất phanh :
Khi một bánh xe gần bị bĩ cứng, ECU gởi dịng điện (5A) đến cuộn dây của van điện, làm sinh ra một lực từ mạch. Van ba vị trí chuyển động lên phía trên cửa “A” đĩng trong khi cửa “B” mở.
Kết quả là dầu phanh từ xilanh bánh xe qua cửa “C” tới cửa “B” trong van điện ba vị trí và chảy về bình dầu. Cùng lúc đĩ, mơtơ hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh được hồi trả về xilanh phanh chính từ bình chứa. Mặt khác, cửa “A” đĩng khơng cho dầu phanh từ xilanh chính vào van điện ba vị trí và van một chiều số 1 và số 3. Do đĩ áp suất dầu trong xilanh bánh xe giảm, ngăn khơng cho bánh xe bị bĩ cứng. Mức độ giảm áp suất dầu được điều chỉnh bằng cách lập lại các chế độ “giảm áp suất” và “cố định áp suất”.
* Chế độ cố định áp suất phanh :
Khi áp suất bên trong xilanh bánh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ gửi tín hiệu báo rằng tốc độ bánh xe đạt đến giá trị mong muốn, ECU cấp dịng điện 2A đến cuộn dây của van điện để giữ áp suất trong xilanh bánh xe khơng đổi.
Khi dịng điện cấp cho cuộn dây của van bị giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp suất phanh) xuống cịn 2A (ở chế độ cố định áp suất phanh), lực điện từ sinh ra trong cuộn dây cũng giảm. Van điện ba vị trí dịch chuyển xuống vị trí giữa nhờ lực của lị xo hồi vị làm đĩng cửa “B”.
* Chế độ tăng áp suất phanh :
Khi cần tăng áp suất trong xilanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt dịng điện cấp cho cuộn dây van điện. Vì vậy cửa “A” của van điện ba vị trí mở, và cửa “B” đĩng. Nĩ cho phép dầu trong xilanh phanh chính chảy qua cửa “C” trong van điện ba vị trí đến xilanh bánh xe. Mức độ tăng áp dầu được điều khiển nhờ lặp lại các chế độ “Tăng áp suất” và “Cố định áp suất” Mơtơ bơm vẫn hoạt động.
d)- Tổ hợp điều khiển điện tử ECU (Electronic Control Unit) :
Trên cơ sở nhận những tín hiệu từ các bộ cảm biến tốc độ của bánh xe ABS ECU biết được tốc độ gĩc của các bánh xe cũng như tốc độ của xe. Trong phi phanh mặc dù tốc độ gĩc của bánh xe giảm, mức độ giảm tốc sẽ thay đổi phụ thuộc vào cả tốc độ xe khi phanh và tình trạng mặt đường như nhựa asphalt khơ, mặt đường ướt hoặc đĩng băng...
Nĩi cách khác, ECU đánh giá được mức độ trượt giữa các bánh xe và mặt đường do sự thay đổi tốc độ gĩc của các bánh xe khi phanh và điều khiển bộ chấp hành ABS để cung cấp áp suất dầu tối ưu đến các xilanh bánh xe nhằm điều khiển tốt nhất tốc độ các bánh xe.
ABS ECU cũng bao gồm chức năng kiểm tra ban đầu, chức năng kiểm tra phân tích chẩn đốn, chức năng bảo vệ an tồn khi cĩ sự cố, chức năng điều khiển các rơle, chức năng kiểm tra cảm biến.
+ Sơ đồ mạch điện hệ thống ABS :
+ Chức năng điều tiết tốc độ bánh xe :
ECU liên tục nhận được các tín hiệu tốc độ bánh xe từ bốn cảm biến tốc độ và nĩ phân tích tốc độ bánh xe bằng các tính tốn tốc độ và sự giảm tốc của mỗi bánh xe.
Khi đạp phanh bộ điều khiển điện tử được lệnh từ “Cơng tắc đèn thắng”, nhận tín hiệu tốc độ của cả 4 bánh xe, ra lệnh cho bộ chấp hành ABS (bộ phân lượng áp suất ) phân phối áp suất dầu thắng theo định lượng khác nhau cho từng ống thắng ở mỗi bánh xe. Mỗi bánh xe nhận một áp suất dầu thắng cao hay thấp tùy ý theo tốc độ vịng của bánh xe đĩ. Bánh xe quay nhanh thì phải thắng mạnh với áp suất cao, bánh xe quay chậm thì thắng nhẹ với áp suất thấp hơn, để quân bình 4 bánh phải cùng một tốc độ và khi 4 bánh xe đứng hẳn thì trong mỗi giây cả 4 bánh đềâu được thắng đứng rồi nhả nhiều lần, động tác này nhằm khơng cho xe trượt trên mặt đường.
+ Chức năng điều khiển các rơle :
• Điều khiển rơle van điện :
ECU bật rơle của van điện khi tất cả các điều kiện sau đều thỏa mãn : - Khĩa điện bật.
- Chức năng kiểm tra ban đầu (nĩ hoạt động ngay lập tức sau khi khĩa điện bật) đã hồn thành.
- Khơng tìm thấy hư hỏng trong quá trình chẩn đốn.
ECU tắt rơle van điện nếu một trong các điều kiện trên khơng được thỏa mãn.
• Điều khiển rơle mơtơ bơm :
ECU bật rơle mơtơ khi tất cả các điều kiện sau đều thỏa mãn :
- ABS đang hoạt động hay chức năng kiểm tra ban đầu đang được thực hiện.
- Rơle van điện bật.
ECU tắt rơle mơtơ bơm nếu bất kỳ điều kiện nào ở trên khơng thỏa mãn.
Chức năng kiểm tra ban đầu :
ABS ECU kích hoạt van điện và mơtơ bơm theo thứ tự để kiểm tra hệ thống điện của ABS. Chức năng này hoạt động khi tốc độ xe lớn hơn 6km/h với đèn phanh tắt. Nĩ chỉ hoạt động một lần sau mỗi lần bật khĩa điện.
* Lưu ý : Chức năng kiểm tra ban đầu bao gồm những mục được tiến hành sau khi xe khởi hành như được mơ tả như trên hay những mục được tiến hành vài giây sau khĩa điện bật.
+ Chức năng kiểm tra phân tích chẩn đốn :
Khi cơng tắc hệ thống đánh lửa được mở lên, bộ điều khiển sẽ vận hành việc kiểm tra chức năng ở các bộ phận logic, các mạch điện chống kẹt thắng và các thiết bị. Nếu cĩ bất kỳ sự cố nào hoặc sự phát hiện nào được ghi nhận, bộ điều khiển sẽ vơ hiệu hĩa hệ thống ABS và sẽ bật sáng đèn cảnh báo ở nhĩm khí cụ đo. Bộ điều khiển cũng cĩ một chương trình chuẩn lỗi mà cĩ thể được kích hoạt bằng việc nối một bộ kiểm tra đặc biệt vào hệ thống hoặc là bằng việc tiếp đất đầu nối chuẩn lỗi để truy tìm những mã lỗi được lưu trữ bằng việc nhấp nháy đèn biểu thị chống kẹt thắng. Nếu hệ thống bị vơ hiệu hĩa bởi sự cố đèn biểu thị chống kẹt thắng sẽ bật sáng. Để xác định nguyên nhân hư hỏng, bộ điều khiển phải được tháo ra khỏi hệ thống và được kết nối với bộ kiểm tra ABS với màn hình VFD, sử dụng với bảng ngắt. Khi bộ kiểm tra được bật mở, nĩ sẽ đưa vào kiểm tra trạng thái các đường dẫn nhập sau đĩ thực hiện kiểm tra liên tục các bộ cảm biến ở bánh xe. Khi sự cố được xác định nĩ sẽ được hiển trị trên màn hình ở bộ kiểm tra. Những lỗi ở bộ kiểm tra được sử dụng để chọn biểu đồ chẩn đốn cần thiết.
Khi bộ vi xử lý xác định cĩ một vấn đề bất thường trong hệ thống, nĩ cĩ thể tạo ra một mã chuẩn lỗi để cĩ thể truy tìm lỗi đĩ.
Bên cạnh chức năng chẩn đốn, ABS ECU cũng bao gồm chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ (nĩ chẩn đốn tính năng của các cảm biến tốc độ và rơto). Một vài kiểu xe cũng bao gồm chức năng kiểm tra cảm biến giảm tốc độ để chẩn đốn cảm biến giảm tốc.
• Chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ :
- Kiểm tra điện áp ra của tất cả các cảm biến.
- Kiểm tra dao động điện áp ra của tất cả các cảm biến.
• Chức năng kiểm tra cảm biến giảm tốc : (chỉ cảm biến giảm tốc kiểu phototransistor).
- Kiểm tra điện áp ra của cảm biến giảm tốc. - Kiểm tra hoạt động đĩa xẻ rãnh.
+ Chức năng bảo vệ an tồn khi cĩ sự cố :
Khi ơtơ đang chuyển động, mỗi bộ vi xử lý sẽ nhận được những tín hiệu ở bộ cảm biến bánh xe. Những tín hiệu này được sử dụng để tính tốn đốc độ bánh xe riêng biệt, sự gia tốc và trị số trượt của mỗi bánh xe. Nếu dữ liệu nhập vào rơi vào trong giới hạn qui định các bộ vi xử lý sẽ so sánh với sự phân tích dữ liệu của chúng. Nếu chúng đồng ý tín hiệu chống kẹt thắng sẽ được gửi đến van solenoid thích hợp trong khối thủy lực để bắt đầu việc tạo xung áp lực thắng trong mạch điện đĩ. Nếu dữ liệu nhập vào khơng nằm trong giới hạn quy định ở chương trình của bộ vi xử lý hay là sự phối kiểm phân tích khác nhau, chức năng chốc kẹt thắng ngay lập tức bị vơ hiệu hĩa và thơng báo đến cho người lái xe. Việc vơ hiệu hĩa chức năng chống kẹt thắng sẽ khơng ảnh hưởng đến sự hoạt động của hệ thống thắng thường.
Nếu tất cả 4 bộ cảm biến đều khơng hoạt động hoặc là những tín hiệu của nĩ khơng đến được bộ điều khiển do một vài lý do nào khác, bộ điều khiển sẽ khơng cĩ phương tiện để cảm nhận được là ơtơ đang di chuyển. Khi đĩ bộ điều khiển sẽ nghĩ rằng ơtơ đang ở trạng thái khơng hoạt động, chức năng chống kẹt thắng sẽ bị vơ hiệu hĩa mà khơng cĩ việc bậc sáng đèn chỉ báo.
Cấu hình mã lỗi sử dụng ở hệ thống ABS của Toyota trên ơtơ hiệu Celica.
Câu hỏi ơn tập:
- Câu 1: Nêu cơng dụng, phân loại, yêu cầu của hệ thống phanh dùng trên ơtơ? - Câu 2: Hãy phân tích kết cấu hệ thống phanh ?
- Câu 3: Trình bày kết cấu và hoạt động của hệ thống phanh dẫn động bằng thủy lực ?
- Câu 4: Trình bày kết cấu và hoạt động của hệ thống phanh trợ lực bằng khí nén ?
- Câu 5: Trình bày kết cấu và hoạt động của hệ thống phanh trợ lực bằng khí nén-thủy lực ?
- Câu 6: Trình bày kết cấu và hoạt động của hệ thống phanh trợ lực bằng chân khơng-thủy lực ?