3.1. Sơ đồ cấu tạo và nguyờn lý làm việc 3.1.1. Sơ đồ cấu tạo 3.1.1. Sơ đồ cấu tạo
126
ECU điều khiển trượt xỏc định mức trượt giữa bỏnh xe và mặt đường dựa vào cỏc tớn hiệu từ cỏc cảm biến và điều khiển bộ chấp hành của phanh, một số kiểu xe cú ECU điều khiển trượt lắp trong bộ chấp hành của phanh.
Hỡnh 3.2. Sơđồhệ thống phanh ABS
Bộ chấp hành của phanh điều khiển ỏp suất thuỷ lực của cỏc xy lanh ở bỏnh xe bằng tớn hiệu ra của ECU điều khiển trượt.
Cảm biến tốc độ phỏt hiện tốc độ của từng bỏnh xe và truyền tớn hiệu đến ECU điều khiển trượt.
Khi ECU phỏt hiện thấy sự trục trặc ở ABS hoặc hệ thống hỗ trợ phanh, đốn bỏo của ABS bật sỏng để bỏo cho người lỏi.
3.1.2. Nguyờn lý hoạt động
Hỡnh 3.3. Sơđồ nguyờn lý phanh ABS.
1.Bộchấp hành thủy lực; 2. Xy lanh phanh chớnh; 3. Xy lanh phanh bỏnh xe; 4. Bộ điềukhiển ECU; 5. Cảm biến tốcđộ bỏnh xe
Quỏ trỡnh điều khiển của hệ thống ABS được thực hiện theo một chu trỡnh kớn (như hỡnh vẽ). Cỏc cụm của chu trỡnh bao gồm:
127 qua ỏp suất dầu tạo ra trong xy lanh phanh chớnh.
- Tớn hiệu điều khiển bao gồm cỏc cảm biến tốc độ bỏnh xe và hộp điều khiển (ECU). Tớn hiệu tốc độ cỏc bỏnh xe và cỏc thụng số nhận được từ nú như gia tốc và độ trượt liờn tục được nhận biết và phản hồi về hộp điều khiển để xử lý kịp thời.
- Tớn hiệu tỏc động được thực hiện bởi bộ chấp hành, thay đổi ỏp suất dầu cấpđến cỏc xy lanh làm việc ở cỏc cơ cấu phanh bỏnh xe.
- Đối tượng điều khiển là lực phanh giữa bỏnh xe và mặtđường. ABS hoạtđộng tạo ra mụ men phanh thớch hợp ở cỏc bỏnh xe để duy trỡ hệ số bỏm tối ưu giữa bỏnh xe với mặt đường, tận dụng khả năng bỏm cực đại để lực phanh là lớn nhất.
Cỏc nhõn tố ảnh hưởng: như điều kiện mặt đường, tỡnh trạng phanh, tải trọng của xe, và tỡnh trạng của lốp (ỏp suất, độ mũn,...)
Nguyờn lý hoạt động
Cỏc cảm biến tốc độ bỏnh xe nhận biết tốc độ gúc của cỏc bỏnh xe và gửi tớn hiệu về ABS ECU dưới dạng cỏc xung điện ỏp xoay chiều. ABS ECU theo dừi tỡnh trạng cỏc bỏnh xe bằng cỏch tớnh tốc độ xe và sự thay đổi tốc độ bỏnh xe, xỏc định mức độ trượt dựa trờn tốc độ cỏc bỏnh xe. Khi phanh gấp hay phanh trờn những đường ướt, trơn trượt cú hệ số bỏm thấp, ECU điều khiển bộ chấp hành thủy lực cung cấp ỏp suất dầu tối ưu cho mỗi xy lanh phanh bỏnh xe theo cỏc chế độ tăng ỏp, giữ ỏp hay giảm ỏp để duy trỡ độ trượt nằm trong giới hạn tốt nhất, trỏnh bị hóm cứng bỏnh xe khi phanh.
3.2. Cỏc chi tiờ́t chớnh
3.2.1. Cảm biờ́n tốc độ bỏnh xe
Cỏc cảm biến tốc độ bỏnh xe nhận biết tốc độ gúc của cỏc bỏnh xe và gửi tớn hiệu về ABS ECU dưới dạng cỏc xung điện ỏp xoay chiều.
3.2.1.1.Cấu tạo
Tựy theo cỏch điều khiển khỏc nhau, cỏc cảm biến tốc độ bỏnh xe thường được gắn ở mỗi bỏnh xe để đo riờng rẽ từng bỏnh hoặc được gắn ở vỏ bọc của cầu chủ động. Đo tốc độ trung bỡnh của hai bỏnh xe dựa vào tốc độ của bỏnh răng vành chậu. Ở bỏnh xe, cảm biến tốc độ được gắn cố định trờn cỏc bỏn trục của cỏc bỏnh xe, vành răng cảm biến được gắn trờn đầu ngoài của bỏn trục, hay trờn cụm moay ơ bỏnh xe, đối diện và cỏch cảm biến tốc độ một khe hởnhỏ, gọi là khe hở từ.
Cảm biến tốc độ bỏnh xe cú hai loại: cảm biến điện từ và cảm biến Hall. Trong đú loại cảm biếnđiện từđược sửdụng phổ biến hơn.
Cảm biến tốc độ bỏnh xe loại điện từ trước và sau bao gồm một nam chõm vĩnh cửu, cuộn dõy và lừi từ. Vị trớ lắp cảm biến tốc độ hay rụto cảm biến cũng như số răng của rụto cảm biến thay đổi theo kiểu xe.
128
Cảmbiến tốcđộ bỏnh trước Cảmbiến tốcđộ bỏnh sau Hỡnh 3.4. Cảm biến tốcđộ bỏnh xe.
3.2.1.2.Nguyờn lý hoạt động
Khi bỏnh xe quay, vành răng quay theo, khe hở A giữa đầu lừi từ và vành răng thay đổi, từ thụng biến thiờn làm xuất hiện trong cuộn dõy một sức điện động xoay chiều dạng hỡnh sin cú biờn độ và tần số thay đổi tỉ lệ theo tốc độ gúc của bỏnh xe (hỡnh vẽ). Tớn hiệu này liờn tục được gửi về ECU. Tựy theo cấu tạo của cảm biến, vành răng và khe hở giữa chỳng, cỏc xung điện ỏp tạo ra cú thể nhỏ dưới 100 mV ở tốc độ rất thấp của xe, hoặc cao hơn 100V ở tốc độ cao.
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. Hệ thống ABS sẽ khụng làm việc tốt nếu khe hở nằm ngoài giỏ trị tiờu chuẩn.
Hỡnh 3.5. Khe hở giữa rotor và cảm biến tốc độ.
3.2.2. Cảm biờ́n giảm tốc
Việc sử dụng cảm biến giảm tốc cho phộp ABS đo trực tiếp sự giảm tốc của bỏnh xe trong quỏ trỡnh phanh.Vỡ vậy cho phộp nú biết rừ hơn trạng thỏi của mặt
129
đường do đú mức độ chớnh xỏc khi phanh được cải thiện để trỏnh cho cỏc bỏnh xe khụng bị bú cứng.
3.2.2.1. Cảm biờ́n giảm tốc đặt dọc
a. Cấu tạo: cảm biến giảmtốc bao gồm hai cặp đốn LED và phototransitor, một đĩa xẻ rónh và một mạch biến đổi tớn hiệu.
Cảm biến giảmtốc nhận biết mức độ giảmtốc độ bỏnh xe và gửi cỏc tớn hiệu về ABS ECU. ECU dựng những tớn hiệu này để xỏc định chớnh xỏc tỡnh trạng mặtđường và thực hiện cỏc biện phỏp điều khiển thớch hợp.
b. Nguyờn lý: khi mức độ giảmtốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rónh lắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức độ giảm tốc độ. Cỏc rónh trờn đĩa cắt ỏnh sỏng từ đốn LED đến phototransitor và làm phototransitor đúng, mở.
Tổ hợp tạo bởi cỏc phototransitor này tắt và bật, chia mức độ giảm tốc làm 4 mức và gửi về ABS ECU dưới dạng tớn hiệu.
Hỡnh 3.6. Cảm biến giảm tốcđặt dọc
130
3.2.2.2. Cảm biờ́n giảm tốc ngang
Cảm biến giảm tốc ngang được trang bị trờn một vài kiểu xe, giỳp tăng khả năng ứng xử của xe khi phanh trong lỳc đang quay vũng, cú tỏc dụng làm chậm quỏ trỡnh tăng mụ men xoay xe. Trong quỏ trỡnh quay vũng, cỏc bỏnh xe phớa trong cú xu hướng nhấc lờn khỏi mặt đất do lực ly tõm và cỏc yếu tố gúc đặt bỏnh xe. Ngược lại, cỏc bỏnh xe bờn ngoài bị tỳ mạnh xuống mặt đường, đặc biệt là cỏc bỏnh xe phớa trước bờn ngoài. Vỡ vậy, cỏc bỏnh xe phớa trong cú xu hướng bú cứng dễ dàng hơn so với cỏc bỏnh xe ở ngoài. Cảm biến gia tốc ngang cú nhiệm vụ xỏc định gia tốc ngang của xe khi quay vũng và gửi tớn hiệu về ECU.
Hỡnh 3.8. Cảm biến gia tốc ngang.
Trong trường hợp này, một cảm biến kiểu phototransitor giống như cảm biến giảm tốc được gắn theo trục ngang của xe hay một cảm biến kiểu bỏn dẫn được sử dụng để đo gia tốc ngang. Ngoài ra, cảm biến kiểu bỏn dẫn cũng được sử dụng để đo sự giảm tốc, do nú cú thểđo đượccả gia tốc ngang và gia tốc dọc.
3.2.3. Bộ chấp hành thủy lực
Bộ chấp hành thủy lực cú chức năng cung cấp một ỏp suất dầu tối ưu đến cỏc xy lanh phanh bỏnh xe theo sự điều khiển của ABS ECU, trỏnh hiệntượng bị bú cứng bỏnh xe khi phanh.
3.2.3.1. Sơ đồ cấu tạo
Bộ chấp hành thủy lực gồm cú cỏc bộ phận chớnh sau: cỏc van điện từ, mụ tơ điện dẫn động bơm dầu, bơm dầu và bỡnh tớch ỏp
131 a. Van điện từ gồm loại 2 vị trớ và loại 3 vị trớ
Cấu tạo chung của một van điện từgồm cú một cuộn dõy điện, lừi van, cỏc cửa van và van một chiều. Van điện từ cú chức năng đúng mở cỏc cửa van theo sự điều khiển của ECU để điều chỉnh ỏp suất dầu đến cỏc xy lanh bỏnh xe.
b. Mụ tơ điện và bơm dầu
Một bơm dầu kiểu piston được dẫn động bởi một mụ tơ điện, cú chức năng đưa ngược dầu từ bỡnh tớch ỏp về xy lanh chớnh trong cỏc chế độ giảm và giữ ỏp.
Bơm được chia ra hai buồng làm việc độc lập thụng qua hai piston trỏi và phải được điều khiển bằng cam lệch tõm.. Cỏc van một chiều chỉ cho dũng dầu đi từ bơm về xy lanh chớnh.
c. Bỡnh tớch ỏp
Chứa dầu hồi về từ xy lanh phanh bỏnh xe, nhất thời làm giảm ỏp suất dầu ở xy lanh phanh bỏnh xe.
3.2.3.2. Nguyờn lý hoạt động
Sơ đồ hoạtđộng của một bộ chấp hành thủy lực loại 4 van điện 3 vị trớ: hai van điện điều khiển độc lập hai bỏnh trước, hai van cũn lại điều khiển đồng thời hai bỏnh sau, vỡ vậy hệ thống này gọi là ABS 3 kờnh.
a. Khi phanh bỡnh thường (ABS khụng hoạt động)
ABS khụng hoạt động trong quỏ trỡnh phanh bỡnh thường và ECU khụng gửi dũng điện đến cuộn dõy của van điện. Bỡnh thường van 3 vị trớ bị ấn xuống bởi lũ xo và cửa A mở, cửa B đúng
132
Hỡnh 3.11. Hoạtđộngcủacơcấu chấp hành khi phanh bỡnh thường.
Khi đạp phanh, ỏp suất dầu trong xy lanh phanh chớnh tăng, dầu phanh chảy từ xi lanh phanh chớnh qua cửa A đến cửa C trong van điện 3 vị trớ rồi tới xy lanh bỏnh xe.
Dầu phanh khụng vào được bơm bởi van một chiều số 1 gắn trong mạch bơm. Khi nhả chõn phanh, dầu phanh hồi từ xy lanh bỏnh xe về xy lanh chớnh qua cửa C đến cửa A và van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trớ.
b. Khi phanh gấp (ABS hoạt động)
Nếu cú bất kỳ bỏnh xe nào gần bị bú cứng khi phanh gấp, bộ chấp hành thủy lực điều khiển giảm ỏp suất dầu phanh tỏc dụng lờn xy lanh bỏnh xe đú theo tớn hiệu từ ECU. Vỡ vậy bỏnh xe khụng bị hóm cứng.
* Chờ́ độ giảm ỏp
Khi một bỏnh xe gần bị hóm cứng, ECU gửi dũng điện (5A) đến cuộn dõy của van điện từ, làm sinh ra một lực từ mạnh. Van 3 vị trớ chuyển động lờn phớa trờn đúng cửa A và làm mở cửa B.
133
Kết quả là dầu phanh từ xy lanh bỏnh xe qua cửa C tới cửa B trong van điện 3 vị trớ và chảy về bỡnh tớch ỏp. Cựng lỳc đú mụ tơ bơm hoạt động nhờ tớn hiệu điện ỏp 12V từ ECU, dầu phanh được hồi trả về xy lanh phanh chớnh từ bỡnh chứa. Mặt khỏc cửa A đúng ngăn khụng cho dầu phanh từ xy lanh phanh chớnh vào van điện 3 vị trớ và van 1 chiều số 1 và số 3, ỏp suất dầu bờn trong xy 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 chếđộ giảm ỏp và giữ ỏp.
* Chờ́ độ giữ ỏp
Khi ỏp suất trong xy lanh bỏnh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ gửi tớn hiệu bỏo rằng tốc độ bỏnh xe đạtđến giỏ trị mong muốn, ECU cấp dũng điện 2A đến cuộn dõy của van điện để giữ ỏp suất trong xy lanh bỏnh xe khụng đổi.
Hỡnh 3.13. Hoạtđộngcủacơcấu chấp hành ở chếđộgiữ ỏp.
Khi dũng điện cấp cho cuộn dõy của van điện bị giảm từ 5A (ở chếđộ giảm ỏp) xuống cũn 2A (ở chế độ giữ ỏp) 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 A và cửa B đềuđúng lỳc này bơm dầu vẫn cũn làm việc
* Chờ́ độ tăng ỏp
Khi cần tăng ỏp suất trong xy lanh bỏnh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt dũng điện cấp cho cuộn dõy van điện .Vỡ vậy cửa A của van điện 3 vị trớ mở và cửa B đúng. Nú cho phộp dầu trong xy lanh phanh chớnh chảy qua cửa C trong van điện 3 vị trớ đến xy lanh bỏnh xe, mức độ tăng ỏp suất dầu được điều khiển nhờ lặp lại cỏc chế độ“tăng” và “giữ ỏp”.
134
Hỡnh 3.14. Hoạtđộngcủacơcấu chấp hành ở chếđộ tăng ỏp
3.2.4. ABS ECU
Chức năng của hộp điều khiển ABS (ABS - ECU): nhận biết thụng tin về tốc độ gúc cỏc bỏnh xe, từ đú tớnh toỏn ra tốc độ bỏnh xe và sự tăng giảm tốc của nú, xỏc định tốc độ xe, tốc độ chuẩn của bỏnh xe và ngưỡng trượt để nhận biết nguy cơ bị hóm cứng của bỏnh xe.
Cung cấp tớn hiệu điều khiển đến bộ chấp hành thủy lực. Thực hiện chế độ kiểm tra, chẩnđoỏn, lưu giữ mó code hư hỏng và chế độ an toàn.
3.2.4.1. Cấu tạo
ECU là một tổ hợp cỏc vi xử lý, được chia thành 4 cụm chớnh, đảm nhận cỏc vai trũ khỏc nhau.
-Phần xử lý tớn hiệu -Phần logicđiều khiển -Bộ phận an toàn
-Bộ chuẩn đoỏn và lưu giữ mó lỗi
1. Cảm biến tốc độ bỏnh xe; 2. Xy lanh phanh bỏnh xe; 3. Áp suất dầu phanh; 4. Tỡnh trạng mặt đường; 5. Bộđiều khiển thủy lực;
6. Xy lanh phanh chớnh. Hỡnh 3.15. Hoạtđộngcủacơcấu chấp
135
+ Phõ̀n xử lý tớn hiệu
Trong phần này cỏc tớn hiệu được cung cấp đến bỡi cỏc cảm biến tốc độ bỏnh xe sẽ được biến đổi thành dạng thớch hợp để sử dụng cho phần logic điều khiển.
Để ngăn ngừa sự trục trặc khi đo tốc độ cỏc bỏnh xe, sự giảm tốc của xe,… cú thể phỏt sinh trong quỏ trỡnh thiết kế và vận hành của xe, thỡ cỏc tớn hiệu vào được lọc trước khi sử dụng. Cỏc tớn hiệu được xử lý xong được chuyển qua phần logic điều khiển
+ Phõ̀n logic điều khiển
Dựa trờn cỏc tớn hiệu vào, phần logic tiến hành tớnh toỏn để xỏc định cỏc thụng sốcơ bản như gia tốc của bỏnh xe, tốc độ chuẩn, ngưỡng trượt, gia tốc ngang.
Cỏc tớn hiệu ra từ phần logic điều khiển cỏc van điện từ trong bộ chấp hành thủy lực, làm thay đổi ỏp suất dầu cung cấp đến cỏc cơ cấu phanh theo cỏc chế độ tăng, giữ và giảm ỏp suất.
+ Bộ phận an toàn
Một mạch an toàn ghi nhận những trục trặc của cỏc tớn hiệu trong hệ thống cũng như của bờn ngoài cú liờn quan. Nú cũng can thiệp liờn tục vào trong quỏ trỡnh điều khiển của hệ thống. Khi cú một lỗi được phỏt hiện thỡ hệ thống ABS được ngắt và được bỏo cho người lỏi thụng qua đốn bỏo ABS được bật sỏng.
Mạch an toàn liờn tục giỏm sỏt điện ỏp bỡnh accu. Nếu điện ỏp nhỏ dưới mức qui định (dưới 9 hoặc10V) thỡ hệ thống ABS được ngắt cho đến khi điện ỏp đạt trở lại trong phạm vi qui định, lỳc đú hệ thống lại được đặt trong tỡnh trạng sẵn sàng hoạt động
Mạch an toàn cũng kết hợp một chu trỡnh kiểm tra được gọi là BITE (Built In Test Equipment). Chu trỡnh này kiểm tra khi xe bắt đầu chạy với tốc độ từ 5 đến 8 km/h, mục tiờu kiểm tra trong giai đoạn này là cỏc tớn hiệu điện ỏp từ cỏc cảm biến tốc độ bỏnh xe
+ Bộ chuẩn đoỏn và lưu giữ mã lỗi
Để giỳp cho việc kiểm tra và sửa chữa được nhanh chúng và chớnh xỏc, ECU sẽ tiến hành kiểm tra ban đầu và trong quỏ trỡnh xe chạy của hệthống ABS, ghi và lưu lại cỏc lỗi hư hỏng trong bộ nhớ dưới dạng cỏc mó lỗi hư hỏng. Một số mó lỗi cú thể tự xúa khi đó khắc phục xong lỗi hư hỏng, nhưng cũng cú những mó lỗi khụng tự xúa được kể cả khi thỏo cực bỡnh acu. Trong trường hợp này, sau khi sửa chữa xong