CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CHỐNG BÓ CỨNG PHANH ABS TRÊN XE TẢI
2.2. Hệ thống phanh ABS dẫn động khí nén
2.2.2. Sơ đồ cấu tạo và hoạt động của các phần tử hệ thống ABS khí nén
a. Cảm biến tốc độ góc
Cấu tạo và bố trí chung của bộ cảm biến tốc độ bánh xe thể hiện nhƣ hình vẽ:
Hình 2.9: Cảm biến đo tốc độ góc
37
Hình 2.10: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh ABS trên xe thí nghiệm
38
1: Máy nén khí 2: Van điều áp
3: Bộ lọc tách nước 4: Van an toàn kép
5: Bầu phanh trước 6:Bình chưa khí nén (3 bình)
7: Van phân phối 8: Van gia tốc
9: Van điểu chỉnh áp suất khí nén
10: Bầu phanh sau( bầu phanh tích năng) 11: Van xả nhanh hệ thống phanh tay 12: Cơ cấu phanh tang trống cầu sau 13: Van điều khiển từng phanh( van lốc kê) 14: Van an toàn 3 ngã( two-way check) 15: Van xả nhanh cầu trước
16: Cơ cấu phanh tang trống cầu trước
17: Cảm biến đo tốc độ góc( vành rang cảm biến và đầu thu tín hiệu) 18: Bộ điều khiển điện tử ECU
- Cảm biến bao gồm: một lõi thép từ (nam châm vĩnh cửu), trên lõi thép có cuộn dây tín hiệu, một rô to dạng vành răng đƣợc phủ đồng gắn và cùng quay với bánh xe. Giữa lõi thép từ và các vành răng của rô to có khoảng cách nhỏ (khe hở từ).
- Nguyên lý làm việc: khi bánh xe ô tô quay cùng rô to của cảm biến làm cho từ thông của nam châm vĩnh cửu đi qua cuộn day luôn thay đổi về chiều và giá trị.
Trong cuộn dây phát sinh suất điện động xoay chiều có đặc tính thể hiện nhƣ hình vẽ trên (hình sin có chu kỳ phụ thuộc tốc độ vành răng). Tùy thuộc số lƣợng xung trong một đơn vị thời gian ta xác định đƣợc tốc độ góc của bánh xe khi phanh.
b. Cơ cấu chấp hành.
- Có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ ECU thực hiện điều khiển các van điện từ đóng, mở đường khí nén từ bình tới các bầu phanh phù hợp với chế độ tăng áp, giữ áp hay giảm áp, bảo đảm cho bánh xe làm việc trong vùng có độ trƣợt tối ƣu
% 30 15
tránh hãm cứng bánh xe.
39
- Kết cấu: là tổ hợp gồm các van điện từ, cấu trúc của các van điều khiển dạng van con trƣợt thuỷ lực, điều khiển điện từ. Hệ thống dẫn động bố trí 8 van loại 2 vị trí. Tín hiệu điều khiển các van điện từ là các tín hiệu điện. Van 2 vị trí điều khiển bằng tín hiệu điện áp 24V theo nguyên lý đóng (ON), ngắt (OFF). Ở trạng thái bình thường, van điện từ cửa nạp (van cửa A - van giữ) ở trạng thái thường đóng, còn van điện từ cửa xả (van cửa B - van giảm) ở trạng thái thường mở.
- Nguyên lý làm việc của bộ chấp hành.
Hinh 2.11: Trạng thái tăng áp của van điều chỉnh áp suất
Trạng thái tăng áp: Ở trạng thái tăng áp, van giữ đóng, van giảm mở. Hệ thống phanh làm việc như chế độ bình thường (không có ABS), áp suất trong bầu phanh tăng theo mức độ mở của van phân phối. Dòng khí từ bình qua van gia tốc vào cửa nạp, đẩy màng cao su mở cửa nạp. Lúc này, do cửa B mở nên dòng khí theo của B vào phía sau màng cao su cửa xả, do áp suất hai bên màng cửa xả nhƣ nhau nên cửa xả đƣợc đóng, dòng khí nén có áp suất phù hợp đi vào bầu phanh thực hiện quay
40
cam ép ép cơ cấu phanh thực hiện quá trình phanh xe.
Trạng thái giữ áp: ECU thu thập tín hiệu từ các cảm biến dưới bánh xe, kiểm tra và phát hiện sự bó cứng, khi bánh xe bắt đầu có biểu hiện bó cứng, ECU phát tín hiệu cấp điện áp điều khiển cuộn dây điện từ của van giữ, mở cửa A. Lúc này, áp suất hai bên màng cao su cửa nạp nhƣ nhau, nên đóng kín cửa nạp. Vậy 2 cửa nạp và xả đƣợc đóng kín, áp suất trong bầu phanh đƣợc giữ không đổi.
Hình 2.12-a: Trạng thái giữ áp của van điều chỉnh áp suất khí nén
41
Trạng thái giảm áp: Khi bánh xe bị bó cứng, ECU điều khiển cấp điện áp tới cả 2 cuộn dây điện từ của 2 van, thực hiện đóng van nạp, mở van xả. Lúc này, van xả đƣợc đóng, áp suất hai bên màng cao su chênh lệch nhau, thực hiện mở van cửa xả, và van cửa nạp đƣợc đóng kín, do đó, khí trong bầu phanh đƣợc xả nhanh ra ngoài, thực hiện quá trình giảm áp.
Hình 2.12-b : Trạng thái giảm áp của van điều chỉnh áp suất
Ba chế độ làm việc này đƣợc điều khiển bởi ECU điện tử, phụ thuộc vào tín hiệu cảm biến tốc độ góc từ các bánh xe, chế độ hoạt động của các van đƣợc mô tả theo bảng dưới đây.
42
Chế độ hoạt động Van giữ áp Van giảm áp
Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động)
Cửa A
đóng(OFF) Cửa B mở(OFF) Khi phanh gấp
hoặc trên đường có hệ số bám khác nhau.(ABS hoạt động)
Chế độ giảm áp Cửa A mở (ON) Cửa B đóng(ON) Chế độ giữ áp Cửa A mở (ON) Cửa B mở(OFF) Chế độ tăng áp Cửa A
đóng(OFF) Cửa B mở(OFF)
Hình 2.13: Cơ cấu chấp hành của hệ thống ABS.
c. ECU-ABS
Bộ điều khiển trung tâm (ECU- ABS ) là một máy tính cỡ nhỏ làm việc theo sơ đồ định sẵn, tín hiệu điều khiển van điện từ phụ thuộc vào tín hiệu cảm biến và chương trình vi xử lý.
Trong ECU-ABS có bố trí bộ tạo xung để đảm bảo nhịp độ làm việc của hệ thống. Các thông tin đƣa vào đƣợc nhớ theo địa chỉ trong các bộ nhớ của ECU và liên tục xử lý. Điều khiển hệ thống là bộ vi xử lý. Cấu trúc bộ vi xử lý là một mảng
43
vi mạch điện tử chứa các thuật toán và mạch xử lý logic…
Tại ECU –ABS: gia tốc góc bánh xe, vận tốc ô tô đƣợc xác định. Cùng với các giá trị xác lập sẵn của độ trƣợt, gia tốc giới hạn, ECU-ABS đƣa các tín hiệu điều khiển van điện từ, điều khiển áp suất dầu phanh, điều khiển lực phanh ở bánh xe.
Nếu một sự cố xảy ra ở bất cứ bộ phận nào trong hệ thống tín hiệu, đèn báo ABS trên đồng hồ táp lô sẽ sang báo sự cố xảy ra. Các tín hiệu sai lệch so với mức chuẩn được bộ nhớ lưu trữ và chuyển thành tín hiệu báo lỗi. Các lỗi được mã hóa và có thể đọc đƣợc khi cần. Bộ điều khiển điện tử bao gồm các thành phần sau:
Khối thu và xử lí tín hiệu từ cảm biến: các tín hiệu gửi về ECU từ tín hiệu của bốn cảm biến vận tốc góc bánh xe, tín hiệu bàn đạp phanh, tín hiệu IG, tín hiệu SR báo trạng thái rơ le van điện từ. Tín hiệu vận tốc góc bánh xe là tín hiệu điện hình sin xoay chiều có biên độ và tần số thay đổi, vì vậy trước khi đưa vào vi điều khiển cần đƣợc chuẩn hóa thành xung vuông 5V. Bộ phận này đƣợc tích hợp sẵn trong cảm biến.
Hình 2.14: Sơ đồ tín hiệu từ cảm biếm đo vận tốc góc bánh xe
Các tín hiệu bàn đạp phanh (ST), công tắc phanh tay, đều là dạng tín hiệu số gián đoạn với mức cao là 24V, mức thấp là 0V do công tắc hành trình tạo ra. Do đó, để xử lý các tín hiệu này phù hợp với mức làm việc của vi điều khiển, dùng điện trở phân áp sao cho phù hợp với mức logic của vi điều khiển (mức cao 2,5V, mức
thấp < 1V).
Khối cấp nguồn cho bộ điều khiển: linh kiện điện tử trong mạch ECU đều làm việc ở mức điện áp là 5V, trong khi điện áp cung cấp trên xe là 24V. Do đó để mạch
44
điều khiển làm việc đƣợc thì phải có nguồn nuôi ổn định ở mức điện áp 5V.
Khối điều khiển van điện từ: bộ chấp hành ABS trên xe là loại van điện từ 8 van 2 vị trí (4 van giữ áp và 4 van giảm áp); tín hiệu điều khiển các van điện từ là dạng tín hiệu điện áp (24V), làm việc theo nguyên tắc ON –OFF; tần số điều khiển dao động 7 - 10Hz.