3.1.4.1 Chu trình điều khiển của ABS:
Hình 3.3 Chu trình điều khiển ABS
1. Bộ chấp hành thủy lực 2. Xy lanh phanh chính 3. Xy lanh tại các bánh xe
4. ECU
49 Quá trình điều khiển của ABS được thực hiện theo 1 chu trình kín:
- Tín hiệu đầu vào: lực tác dụng lên bàn đạp phanh của người lái xe thể hiện qua áp suất dầu ở xylanh phanh chính.
- Tín hiệu điều khiển bao gồm các cảm biến tốc độ bánh xe và hộp điều khiển ECU. Tín hiệu tốc độ bánh xe và các bánh xe và các thông số như gia tốc và độ trượt lien tục được gửi về ECU xử lý.
- Đối tượng điều khiển là lực phanh giữa bánh xe và mặt đường.
- Các yếu tố ảnh hưởng: điều kiện mặt đường, tình trạng phanh, tải trọng của xe, tình trạng lốp xe,…
3.1.4.2 Tín hiệu điều khiển ABS
Trên các xe hiện nay đều sử dụng cảm biến tốc độ bánh xe để tạo ra tín hiệu điều khiển chính và cơ bản nhất cho quá trình điều khiển của ABS. Dựa vào tín hiệu này, ECU sẽ tính được tốc độ mỗi bánh xe, sự tăng tốc và giảm tốc của nó, tốc dộ chuẩn của bánh xe, tốc độ xe và độ trượt khi phanh.
Một trong những tín hiệu đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình điều khiển của ABS là sự thay đổi gia tốc của bánh xe, ECU sẽ tính toán được giá trị giới hạn của sự tăng tốc (- a) và sự giảm tốc (+a) cho phép có thể của xe để điều khiển các chế độ hoạt động của các van điện từ trong bộ chấp hành.
Tốc độ chuẩn của bánh xe khi phanh (vRef) là một tốc độ tương ứng với tốc độ
bánh xe dưới điều kiện phanh tối ưu (độ trượt tối ưu λ0). Để tính tốc độ chuẩn này, ECU sẽ nhận liên tục tín hiệu từ cả bốn cảm biến tốc độ bánh xe. ECU sẽ chọn các giá trị chéo ví dụ như bánh trước trái và bánh sau phải, một trong hai bánh bánh nào quay nhanh hơn sẽ được chọn để tính tốc độ chuẩn trong từng giai đoạn của quá trình phanh.
Độ trượt khi phanh là giá trị không thể đo được một cách trực tiếp nên phải dùng một tín hiệu tương tự được tính toán trong ECU là ngưỡng trượt λl (ngưỡng trượt là một
giá trị vận tốc). Ngưỡng trượt là tín hiệu hiệu quan trọng thứ hai trong quá trình điều khiển của ABS, dựa trên cơ sở là tốc độ chuẩn của bánh xe. ECU sẽ so sánh vận tốc thực tế của bánh xe (vR) với giá trị ngưỡng trượt (λl) để quyết định các chế độ điều khiển tăng, giữ hay giảm áp trong bộ chấp hành.
50 Đối với các bánh xe bị động hoặc các bánh xe chủ động khi phanh có cắt ly hợp thì chỉ cần tín hiệu gia tốc của bánh xe là đủ để điều khiển cho quá trình hoạt động của ABS. Điều này tuân theo quy tắc ứng xử trái ngược của hệ thống phanh trong vùng ổn định (độ trượt từ 0-20%) và vùng không ổn đinh (độ trượt từ 20-100%) của đồ thị đặc tính trượt. Trong vùng ổn định thì sự giảm tốc của bánh xe là rất nhỏ, tức là lực phanh càng tăng thì xe giảm tốc càng nhiều nhưng vẫn chưa bị hãm cứng. Nhưng trong vùng không ổn định, chỉ cần áp suất phanh tăng lên một ít thì cũng dễ dàng làm bánh xe bị bó cứng tức thời, tức là gia tốc biến thiên rất nhanh. Dựa trên gia tốc của bánh xe, ECU sẽ điều chỉnh thích hợp để duy trì độ trượt khi phanh nằm trong khoảng tối ưu.
Đối với các bánh xe chủ động khi phanh không cắt ly hợp và cần số đặt ở vị trí số 1 hay số 2 động cơ sẽ tác động lên bánh xe chủ động và tăng đáng kể momen quán tính khối lượng ở bánh xe. Điều này dẫn đến gia tốc chậm dần của bánh xe thường chưa đủ lớn để ECU có thể xác định được mức độ hãm cứng của bánh xe. Như vậy việc điều khiển cua ECU sẽ trở nên không chính xác. Vì vậy cần sử dụng một tín hiệu tương tự với độ trượt của bánh xe khi phanh để làm tín hiệu điều khiển phụ, và kết hợp tín hiệu này với tín hiệu gia tốc bánh xe. Đó là tín hiệu ngưỡng trượt λ0.
51
3.1.4.3 Quá trình điều khiển của ABS
Hình 3.4 Qúa trình điều khiển ABS
Trong đó:
- Đường VF là đường biểu diễn sự giảm dần của tốc độ xe khi phanh. - VRef là tốc độ chuẩn của bánh xe khi phanh.
- λl là ngưỡng trượt được tính dựa trên VRef. - VR là vận tốc thực tế của bánh xe.
Mục tiêu của hệ thống ABS là điều khiển sao cho vận tốc thực tế của bánh xe càng gần với vận tốc chuẩn của bánh xe càng tốt. VRef là vận tốc của bánh xe ứng với độ trượt tối ưu nên phải nằm trên ngưỡng trượt.
Khi bắt đầu quá trình phanh, áp suất dầu trong các xy lanh bánh xe tăng lên và sự giảm tốc của bánh xe cũng tăng lên. Giai đoạn này ứng với vùng ổn định (độ trượt từ 0-
52 20%) trong đồ thị đặc tính trượt, lúc này vận tốc thực tế của bánh xe (VR) bằng vận tốc chuẩn (VRef).
Cuối giai đoạn 1, sự giám tốc của bánh xe thấp hơn ngưỡng đã chọn (-a). Ngay lập tập ECU sẽ điều khiển các van điện của bộ chấp hành thủy lực chuyển sang chế độ “giữ áp”. Áp suất trong các xy lanh của bánh xe sẽ không giảm liền do sự trễ trong quá trình điều khiển, nên sự giảm tốc vẫn tiếp tục vượt qua ngưỡng đã chọn (-a).
Cuối giai đoạn 2, tốc độ thực tế của bánh xe VR giảm xuống mức ngưỡng trượt đã chọn λl. Van điện trong bộ chấp hành chuyển sang chế độ “giảm áp”, áp suất phanh giảm cho đến khi bánh xe tăng tốc trở lại gần ngưỡng (-a).
Ở cuối giai đoạn 3, gia tốc bánh xe lại vượt qua ngưỡng (-a). Van điện từ được điều khiển sang chế độ “giữ áp”, lúc này gia tốc bánh xe tiếp tục tăng và vượt qua ngưỡng (+a). Áp suất phanh vẫn giữ nguyên không đổi.
Cuối giai đoạn 4, gia tốc của bánh xe vượt qua ngưỡng giới hạn (+A), lúc này ECU điều khiển van điện từ trong bộ chấp hành sang chế độ “tăng áp” trong giai đoạn 5.
Cuối giai đoạn 6, áp suất phanh trong xy lanh được giữ nguyên không đổi nên gia tốc bánh xe giảm dần. Cuối giai đoạn 6, gia tốc bánh xe giảm xuống dưới ngưỡng (+a). Lúc này tốc độ thực tế của bánh xe đã đi vào vùng ổn định của đường đặc tính trượt, tức là tốc độ thực tế của bánh xe nằm trên ngưỡng trượt λl và nằm gần hoặc trùng đường vận tốc chuẩn của bánh xe VRef.
Ở giai đoạn 7, áp suất phanh vừa được tăng vừa được giữ theo từng nấc cho đến khi gia tốc của bánh xe giảm xuống dưới ngưỡng (-a). Lúc này áp suất phanh giảm ngay lập tức mà không cần tín hiệu ngưỡng trượt λl điều khiển. Các giai đoạn sau lại được tiến hành theo nguyên lí trên.