2.2.1. Chức năng
- Hệ thống phanh ABS làm tăng độ ổn định của xe và rút ngắn quãng đường phanh. Do đó các lốp không bị bó cứng và vô lăng vẫn có thể xoay được ngay cả khi đạp phanh đột ngột, tài xế vẫn có thể điều khiển được xe và dừng xe an toàn.
2.2.2. Cấu tạo
Cơ cấu phanh:
- Cơ cấu phanh đĩa: có cấu tạo gồm càng phanh, xy lanh con, má phanh, đĩa phanh. Đĩa phanh luôn quay cùng tốc độ với bánh xe, càng phanh, piston xylanh con, má phanh được gắn cố định trên xe. Khi áp lực dầu từ đường dầu chính đến xy lanh con nó sẽ tác dụng lên xy lanh con, ép má phanh vào đĩa phanh. Giữa má phanh và đĩa phanh tiếp xúc sinh ra lực ma sát giúp phanh bánh xe.
Hình 2.16 Cấu tạo cơ cấu đĩa phanh
Dẫn động phanh
- Bàn đạp phanh: có chức năng khuếch đại lực phanh từ người lái xe đến buồng trợ lực phanh nhờ cơ cấu đòn bẩy, bàn đạp phanh có gắn công tắc báo phanh để thông báo đến người sử dụng cũng như để các hệ thống trong xe nhận tín hiệu phanh.
- Trợ lực phanh: xe Tucson sử dụng trợ lực phanh chân không, cấu tạo gồm cơ cấu trợ lực phanh và bơm chân không. Cơ cấu trợ lực phanh bao gồm các buồng áp suất, cần điều khiển van, van khí, van điều khiển, van chân không, piston trợ lực, cần đẩy.
- Bơm chân không: được nối với buồng áp suất không đổi để tạo độ chân không cho cho các buồng áp suất.
- Xy lanh chính: có nhiệm vụ biến đổi lực đạp phanh thành áp suất dầu, áp suất dầu sẽ tác động lên các má phanh để tạo ra lực phanh. Bên trong xy lanh chính có các piston, lò xo hồi, cupben.
Hình 2.18 Xy lanh chính và bình chưa dầu
Điều khiển điện tử hệ thống phanh ABS
- Cụm tín hiệu đầu vào:
+ Cảm biến tốc độ bánh xe (loại Hall) [4]:
Cảm biến Hall có cấu tạo gồm một nam châm vĩnh cửu, một phần tử bán dẫn đặt cạnh nó, một IC Hall khuếch đại và chuyển đổi tín hiệu. Cảm biến có hai dây, một dây cấp nguồn từ ECU và một dây tín hiệu ra, vừa là dây cấp mát.
Đĩa rotor là kim loại có từ tính, được khắc rãnh, được gắn trên trục đầu ra bánh xe.
Hình 2.20 Nguyên lí hoạt động của cảm biến tốc độ
Nguyên lý hoạt động: nam châm vĩnh cửu tạo ra từ trường khép kín qua phần tử bán dẫn Hall, khi bánh xe quay thì rotor cũng quay cùng tốc độ. Các răng trên rotor đi qua từ trường của nam châm làm thay đổi từ thông qua phần tử bán dẫn. Dòng điện một chiều với điện áp rất nhỏ được tạo ra do hiệu ứng Hall, IC sẽ khuyếch đại và chuyển đổi dòng điện thành dạng xung vuông, mức thấp là 7mA, mức cao là 14mA.
+ Cụm công tắc đèn phanh: được gắn ở bàn đạp phanh, có chức năng gửi thông báo tín hiệu đạp phanh của người lái đến ECU điều khiển phanh.
- ECU kiểm soát trượt (ABS ECU): ECU kiểm soát trượt là bộ điều khiển trung tâm. Nó nhận các tín hiệu từ cảm biến tốc độ và đánh giá mức trượt giữa các bánh xe và mặt đường khi phanh sau đó điều khiển các van điện từ của bộ chấp hành. ECU kiểm soát trượt sẽ tích hợp các bộ điều khiển phanh ABS, ESC, TCS,…
Hình 2.21 Ecu điều khiển trượt và bộ chấp hành
- Bộ chấp hành: 4 van điện từ giữ áp (ISV), 4 van điện từ giảm áp (OSV), 2 van một chiều điện tử (ESV), 1 motor một chiều, 2 bơm dầu, 2 buồng chứa dầu và các van một chiều khác.
Hình 2.22 Cấu tạo bộ chấp hành ABS
+ Van điện từ giữ áp (ISV): là van điện từ loại thường mở. Khi cấp điện cuộn dây sẽ sinh ra lực từ hút piston lên làm đóng van lại. Van một chiều có chức năng đưa dầu phanh về xylanh chính khi nhả bàn đạp phanh.
Hình 2.23 Mạch dầu khi van điện từ giữ áp hoạt động
+ Van điện từ giảm áp (OSV): là van điện từ loại thường đóng. Khi cấp điện, cuộn dây sẽ sinh ra lực từ hút piston trong van và mở van. Có chức năng đưa dầu từ xylanh con về buồng chứa.
Hình 2.24 Mạch dầu khi van điện từ giảm áp hoạt động
+ Van kiểm soát lực kéo (TCV): là van điện từ loại thường mở, có cấu tạo tương tự van điện từ giữ áp và van điện từ giảm áp.
Hình 2.25 Cấu tạo van kiểm soát lực kéo (TCV)
+ Van một chiều điện tử (ESV): là van điện từ thường đóng. Khi cấp điện nó sẽ mở để bơm hút dầu từ xylanh chính và tạo áp lực dầu để phanh bánh xe.
Hình 2.26 Cấu tạo van một chiều điện tử (ESV)
+ Hoạt động của bộ chấp hành phanh ABS:
Dựa vào những tín hiệu nhận được từ 4 cảm biến tốc độ bánh xe, ECU điều khiển trượt sẽ tính toán tốc độ của từng bánh và kiểm tra tình trạng trượt của bánh xe.
Ứng với tình trạng trượt, ECU điều khiển trượt điều khiển từng van điện từ trong bộ chấp hành phanh để điều chỉnh áp suất dầu mỗi xylanh bánh xe theo 3 chế độ: tăng áp, giữ áp, giảm áp.
2.2.3. Nguyên lý hoạt động hệ thống ABS
Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động)
- Lực phanh từ bàn đạp phanh thông qua trợ lực phanh làm tăng áp suất dầu ở xy lanh chính và tạo đường dầu áp suất cao đến bộ chấp hành phanh ABS.
- Vì ABS không hoạt động do đó ABS ECU không cấp điện đến 2 cuộn dây của van kiểm soát lực kéo, van giữ áp và van giảm áp. Do đó áp lực dầu sẽ lần lượt đi qua van kiểm soát lực kéo và van giữ áp để đến xylanh con, các piston sẽ đẩy các má phanh áp sát các đĩa phanh, giúp tạo ra lực phanh cho mỗi bánh xe.
Hình 2.27 Mạch điều khiển thủy lực khi phanh hoạt động bình thường
Khi ABS hoạt động
- Cảm biến tốc độ bánh xe nhận biết tốc độ của các bánh xe và đưa tín hiệu đến ECU kiểm soát trượt.
- ECU kiểm soát trượt theo dõi tình trạng các bánh xe bằng cách tính tốc độ xe và sự thay đổi tốc độ bánh xe từ tốc độ góc của bánh xe. Khi phanh gấp, ECU trượt sẽ điều khiển các bộ chấp hành để cung cấp áp suất tối ưu cho mỗi xi lanh phanh của bánh xe.
- Bộ chấp hành ABS làm việc theo sự điều khiển của ABS ECU; tăng, giảm hay giữ nguyên áp suất dầu khi cần để đảm bảo hệ số trượt tốt nhất (10 ÷ 30%), tránh bó cứng bánh xe.
Hình 2.28 Sơ đồ điều khiển phanh ABS
ABS điều chỉnh các áp lực dầu trong 3 giai đoạn.
- Giai đoạn 1: Chế độ giữ áp
+ ECU cấp điện cho cuộn dây ở van giữ áp để van giữ áp đóng, giúp ngăn chặn sự gia tăng áp lực phanh tới xylanh con, giúp duy trì lực phanh đến các bánh xe.
Hình 2.29 Mạch điều khiển thủy lực ở chế độ giảm áp
- Giai đoạn 2: Chế độ giảm áp
+ ECU điều khiển trượt cấp điện đến cuộn dây điều khiển van giảm áp làm nó mở ra, dầu từ xi lanh con được xả đến buồng chứa. Đồng thời ECU điều khiển trượt cũng cấp điện để kích hoạt bơm hoạt động để bơm dầu về đường dầu chính. Giúp áp suất ở xy lanh con giảm xuống, má phanh nhả ra khỏi đĩa phanh, lực phanh được giảm theo.
- Giai đoạn 3: Chế độ tăng áp
+ Van giảm áp đóng lại và bơm ngừng hoạt động. Sau đó các van giữ áp sẽ mở ra. Dầu từ đường dầu chính sẽ tác dụng trực tiếp đến xy lanh con ở các bánh xe và giúp tăng áp suất dầu phanh tác dụng đến bánh xe.
+ Các giai đoạn sẽ được lặp đi lặp lại cho đến khi nào quá trình phanh được hoàn thành hoặc có đủ độ ma sát giữa bánh xe và mặt đường. Trong trường hợp một mạch phanh bị rò rỉ xảy ra, các van điện từ sẽ trở về vị trí không hoạt động, và phanh sẽ hoạt động thường mà không có điều khiển bởi ABS.
Hình 2.31 Mạch dầu điều khiển thủy lực ở chế độ tăng áp
2.2.4. Sử dụng và bảo dưỡng hệ thống phanh ABS
- ABS sẽ không tránh được tai nạn do thao tác lái xe sai hoặc nguy hiểm. Ngay cả khi khả năng điều khiển xe được cải thiện khi phanh, hãy luôn duy trì khoảng cách an toàn với chướng ngại vật phía trước. Nên giảm tốc độ trong các điều kiện đường xấu.
- Quãng đường phanh của xe có ABS có thể dài hơn các xe không có ABS trong các điều kiện sau đây:
+ Mặt đường gồ ghề có cát, sỏi hay tuyết
- Để hệ thống phanh ABS hoạt động có hiệu quả cao trong trường hợp khẩn cấp, không nên cố gắng điều chỉnh áp suất dầu phanh và đừng đạp nhả phanh liên tục mà hãy đạp bàn đạp phanh mạnh nhất có thể, và hệ thống ABS sẽ tự điều chỉnh lực phanh tại các bánh xe.
- Sau khi động cơ khởi động và xe bắt đầu chuyển động thì sẽ có một tiếng động nhỏ phát ra trong khoang động cơ. Hiện tượng này là bình thường và cho thấy hệ thống ABS đang hoạt động bình thường.
- Khi lái xe nếu đèn cảnh báo ABS sáng liên tục xe có thể có sự cố trong hệ thống ABS. Trong trường hợp này hệ thống phanh có thể hoạt động như khi không có ABS.
- Khi bật công tắc IG ON, đèn cảnh báo ABS sẽ sáng lên khoảng 3s để kiểm tra sau đó tắt nếu hệ thống bình thường. Còn nếu đèn vẫn sáng thì hệ thống ABS có thể có sự cố cần phải kiểm tra kĩ.
- Khi lái xe trên đường trơn trượt nếu chúng ta tác động phanh liên tục ABS sẽ hoạt động liên tục và đèn cảnh báo ABS có thể sáng. Hãy kéo xe đến nơi an toàn và tắt động cơ. Sau đó khởi động lại và nếu như đèn cảnh báo ABS tắt thì hệ thống ABS hoạt động bình thường. Còn nếu đèn vẫn sáng liên tục thì hệ thống ABS có thể bị lỗi cần phải kiểm tra kĩ lại.
2.3. Hệ thống cân bằng điện tử ESC (Electronic Stability Control) 2.3.1. Chu trình điều khiển hệ thống ESC 2.3.1. Chu trình điều khiển hệ thống ESC
Hình 2.32 Chu trình điều khiển hệ thống ESC
- Mong muốn của tài xế được nhận biết thông qua cảm biến góc lái.
- Những giá trị đầu vào được so sánh với các tín hiệu của các cảm biến gia tốc ngang và cảm biến góc lệch thân xe:
+ Nếu hướng chuyển động thực tế của xe phù hợp với mong muốn của tài xế, thì tình huống được đánh giá là hoạt động bình thường và ESC sẽ không hoạt động.
+ Nếu có một sự khác biệt lớn giữa chuyển động thực tế của xe và mong muốn của tài xế, thì trường hợp này được đánh giá là tình trạng xe không ổn định.
+ Trong trường hợp thừa lái, ECU kiểm soát trượt điều khiển phanh một trong các bánh xe tạo ra mô men quay theo hướng ngược lại với hướng quay của xe.
+ Trong trường hợp thiếu lái, ECU kiểm soát trượt điều khiển phanh một trong các bánh xe tạo ra mô men quay theo hướng quay của xe.
- Mômen quay được tạo ra bằng cách tác dụng lực phanh riêng biệt lên từng bánh xe. Khi lực phanh trên mỗi bánh xe khác nhau, một mô men quay xuất hiện trên thân xe và làm cho xe quay theo hướng điều khiển của người lái.
- Đối với việc tạo ra thêm mô men quay trong điều kiện người lái đánh lái về bên phải, quay vòng thiếu, lực phanh được áp dụng:
+ Bánh xe bên trong phía sau. + Bánh xe bên trong phía trước.
- Đối với việc tạo ra thêm mô men quay trong điều kiện người lái đánh lái về bên phải, quay vòng thừa, lực phanh được áp dụng:
+ Bánh xe bên ngoài phía trước. + Bánh xe bên ngoài phía sau.
2.3.2. Cấu tạo
- Bộ điều khiển ESC (tích hợp trong ABS ECU): tiếp nhận thông tin từ cảm biến sau đó tính toán, gửi tín hiệu điều khiển bộ chấp hành thủy lực để phanh các bánh xe ở các chế độ khác nhau, gửi tín hiệu đến ECU động cơ để điều khiển bộ chấp hành bướm ga, thay đổi công suất động cơ.
- Cảm biến tốc độ bánh xe: bốn cảm biến tốc độ bánh xe dùng để đo tốc độ của từng bánh xe.
- Cảm biến góc lái (loại Hall): giúp xác định vị trí góc quay vô lăng, hướng lái cũng như tốc độ thay đổi hướng lái thực tế của xe, tín hiệu này được sử dụng cho ECU kiểm soát trượt thông qua mạng CAN. Gồm 3 bộ phận chính: vòng nam châm đa cực được lắp đặt trên trục
lái, có thể xoay theo trục lái; hai cảm biến Hall được gắn cố định, không di chuyển; hai đĩa Stato có rãnh đặt lệch để xác định vị trí và thay đổi từ thông qua cảm biến [4].
Hình 2.33 Cảm biến góc lái loại Hall
+ Hoạt động: Vị trí trung gian được xác định là vị trí tương quan giữa vòng nam châm đa cực và cảm biến trong quá trình lắp đặt và hiệu chỉnh ban đầu. Khi người lái thực hiện đánh lái, vòng nam châm quay làm thay đổi từ thông qua cảm biến Hall làm sinh ra một dòng điện một chiều, dòng điện này được IC chuyển đổi trực tiếp thành tín hiệu xung vuông và được gửi tới ECU kiểm soát trượt. Dựa vào tín hiệu này, ECU kiểm soát trượt có thể tính toán được vị trí, hướng quay và tốc độ quay của vô lăng. Do cảm biến và vòng nam châm không có sự tiếp xúc cũng như ít phụ thuộc vào các yếu tố bụi bẩn nên cảm biến loại Hall cho tín hiệu chính xác hơn rất nhiều so với cảm biến quang. Dữ liệu hoạt động của cảm biến có thể được hiển thị bằng máy chuẩn đoán.
- Cảm biến góc xoay xe kết hợp cảm biến gia tốc: các tín hiệu từ cảm biến góc xoay xe, cảm biến gia tốc ngang, cảm biến gia tốc dọc sẽ được gửi đến ABS ECU (tích hợp bộ điều khiển ESC) thông qua mạng CAN, từ đó các hệ thống phanh như TCS, HAC, DBC có thể sử dụng các tín hiệu đó cho hoạt động của nó.
Hình 2.35 Cảm biến xoay xe kết hợp cảm biến gia tốc
+ Cảm biến góc xoay xe: có cấu tạo gồm các khung di động, khung dao động, lược xoay, khung coriolis và một mạch điện. Khi xe đi thẳng, cảm biến góc xoay được cấp điện sẽ làm cho lược xoay quay quanh trục của nó, dẫn đến 2 khung truyền động di chuyển tịnh tiến, điện áp lúc này xuất ra bằng 2.5V, ứng với góc xoay của xe bằng 0°. Khi xe chuyển hướng, xe sẽ xuất hiện lực coriolis làm khung coriolis tịnh tiến ngang, dẫn đến khung dao động cũng tịnh tiến ngang. Khung dao động tịnh tiến ngang sẽ làm biến thiên từ thông trên mạch điện, nhờ sự thay đổi này mà mạch điện sẽ gửi tín hiệu điện áp về cho ABS ECU để xác định góc xoay, tốc độ góc.
Hình 2.36 Cấu tạo cảm biến góc xoay xe
Hình 2.37 Biểu đồ đặc tính điện áp của cảm biến góc xoay xe
+ Cảm biến gia tốc ngang: cấu tạo gồm 2 tụ điện K1, K2. Giữa 2 điện cực của mỗi tụ là lớp silicon. Điện dung của tụ thay đổi theo khoảng cách giữa 2 bản cực của tụ. Bình thường xe chạy thẳng thì điện áp ở hai tụ là bằng nhau. Tín hiệu gửi về ABS ECU xác định được xe đang chuyển động thẳng và không có trượt ngang. Khi xe đánh lái thì lực quán tính có chiều
ngược lại làm cho khối dao động chuyển động ngược chiều. Như hình bên dưới khối dao động