BRAKE ASSIST - BA
A. Cấu tạo hệ thống trợ lực phanh gấp BA:
Phanh đĩa kích thước lớn và hệ thống chống bó cứng phanh ABS là các yếu tố hỗ trợ hiệu quả tình huống phanh gấp mà vẫn có thể kiếm soát được ôtô. Tuy nhiên, yếu tố quyết định vẫn là người điều khiển. Một chút do dự đạp phanh có thể quyết định sự sống chết của những người ngồi trong xe.
Đôi khi những người chưa quen lái xe hoặc những người dễ hốt hoảng mặc dù đã quen lái xe không đạp bàn đạp phanh đủ mạnh trong khi phanh khẩn cấp để tận dụng tính năng của hệ thống phanh.
BA (Brake Assist) là một hệ thống sử dụng cảm biến áp suất ở bên trong bộ chấp hành ABS để phát hiện tốc độ và lực khi đang nhấn phanh để cho phép máy vi tính dự kiến ý muốn phanh khẩn cấp của người lái để tăng lực phanh nhằm đạt được tính năng tối đa của hệ thống phanh.
Hệ thống BA (Brake Assist) thường đi cùng với EBD. BA hoạt động dựa trên các cảm biến kiểm soát trạng thái pê-đan phanh, bộ phận khuếch đại lực phanh bằng khí nén và các van điện được điều khiển bởi máy tính trung tâm.
Nếu phát hiện ra tài xế có hành động phanh gấp, BA sẽ tự động trợ giúp để quá trình diễn ra nhanh hơn. Bộ xử lý trung tâm kích hoạt van điện cấp khí nén vào bộ khuếch đại lực phanh, giúp lái xe phanh gấp kịp thời và đủ mạnh. BA sẽ tự động ngừng kích hoạt ngay khi tài xế nhả chân phanh.
Hệ thống BA (Break Assist) có thiết bị nhận biết tốc độ đạp phanh cũng như thời điểm rời chân ga đột ngột
BA (Brake Assist) cũng đặt thời gian hỗ trợ và mức hỗ trợ để làm cho cảm giác về phanh càng tự nhiên càng tốt bằng cách điều chỉnh hỗ trợ theo yêu cầu như thể hiện trên đồ thị ở hình vẽ dưới.
Giản dồ phanh ABS có trợ lực phanh BA Bố trí các cảm biến:
• Cảm biến áp suất có cấu trúc tương tự như các loại cảm biến dùng cho hệ thống phanh ABS khác, tín hiệu từ cảm biến thường xuyên được cấp về ECU – ABS. Cảm biến áp suất gây nên do trạng thái đạp phanh khẩn cấp được bối trí sau xi lanh chính ngay sát với blok thủy lực nhằm phản ánh đúng trạng thái áp suất của hệ thống. Các van mở đường dầu hỗ trợ được bố trí trực tiếp trong ống thủy lực.
• Cảm biến hành trình được bố trí trong buồng xi lanh trợ lực bằng chân không của xi lanh chính, và tín hiệu thu được là sự dịch chuyển của màng trợ lực. Cảm biến thường là dạng cảm biến điện trở biến thiên. Sự biến đổi của điện áp tín hiệu tỉ lệ với hành trình bàn đạp.
B. Nguyên lý hoạt động hệ thống trợ lực phanh gấp BA:
Nguyên tắc hoạt động cơ bản của BA là xác định được thời điểm phanh gấp căn cứ vào tốc độ đạp phanh. Thiết bị sử dụng là các cảm biến điện tử hoặc lợi dụng quán tính của chân phanh, qua đó xác định vận tốc chuyển động của nó. Một khi tốc độ này đạt tới mức nhất định, BA sẽ kích hoạt cụm khuếch đại chân không hoặc thuỷ lực để tăng tối đa áp suất phanh, tạo đủ lực phanh gấp, bù đắp cho phản ứng đạp phanh chậm chạp và chưa đủ độ của người lái. Cả quá trình này chỉ diễn ra trong vòng vài phần trăm giây.
Khi ECU điều khiển trượt xác định rằng người lái đang phanh khẩn cấp, van điện từ chuyển mạch hỗ trợ phanh được đóng mạch, tạo thành một đường thông giữa xilanh chính và bình chứa, và chuyển dầu đến bơm.
• Hỗ trợ trực tiếp xi lanh chính (kiểu A):
Bơm hút dầu và đẩy đến xilanh ở bánh xe. Van an toàn 4 mở ra để bảo đảm rằng áp suất của xilanh ở bánh xe không vượt áp suất của xilanh chính quá một mức đã đặt trước để duy trì độ chênh áp suất này.
Phần cơ khí sử dụng xilanh có trợ lực chân không tiếp nhận yêu cầu phanh của lái xe. Trong trạng thái điều khiển bình thường của bàn đạp phanh lực trợ lực phanh thông thường xuất hiện. Khi người lái đạp phanh nhanh khẩn cấp, van điện từ 7 làm việc tăng thêm lực đẩy cho cần đẩy pittông xi lanh chính tạo áp lực dầu tới có mức cao hơn.
Sơ đồ hoạt động ABS + BA trợ lực phanh gấp
Hệ thống sử dụng 8 van 2 vị trí với bộ trợ lực có bố trí cảm biến tốc độ bàn đạp, cảm biến áp suất và một cụm van điện từ bên trong bộ trợ lực phanh.
Hệ thống không có gì sai khác về nguyên lý so với hệ thống ABS thông thường.
Đặc tính làm việc của hệ thống phụ thuộc vào sự kích hoạt làm việc của cụm van điện từ.
• Hỗ trợ từ bơm dầu (kiểu B):
Cảm biến đóng mạch phanh, cảm biến hành trình bàn đạp, cảm biến áp suất sau xi lanh chính giống như kiểu A, ở kết cấu này sự tiếp nhận yêu cầu phanh của ngườ lái xảy ra nhờ hành trình bàn đạp và áp suất trên đường dầu kích hoạt hiệu quả của trợ lực phanh.
Trong trạng thái điều khiển bình thường của bàn đạp phanh, lực trợ lực phanh thông thường xuất hiện. Khi sự thay đổi hành trình bàn đạp phanh nhanh hơn các giá trị yêu cầu thiết bị hỗ trợ được kích hoạt làm việc. Nếu người lái hạ thấp lực bàn đạp dưới hành trình kích hoạt, thiết bị hỗ trợ được ngắt. Người lái lại có thể phanh xe không có tác dụng hỗ trợ phụ.
Bộ phận chấp hành của hệ thống ABS có thêm một cụm van điện từ chuyển mạch hỗ trợ phanh khẩn cấp được điều khiển bởi ECU – ABS. Van chuyển mạch BA được đặt trong blok thủy lực nằm giữa xi lanh chính và blok thủy lực.
Khi ECU điều khiển trượt xác định người lái đang thực hiện chế độ phanh khẩn cấp, ECU – ABS ngắt dòng điện cấp đến van điện từ chuyển mạch hỗ trợ phanh, đóng mạch dầu từ xi lanh chính. Bơm dầu cung cấp dầu từ xi lanh các bánh xe tạo nên áp lực dầu lớn để hỗ trợ phanh khẩn cấp. Các bánh xe đượ làm việc với áp suất cao, đồng thời với mạch điều khiển ABS thông thường.
Sau khi xác địng hết thời gian hỗ trợ phanh, ECU gửi dòng điện đến đóng van chuyển mạch để ngắt dòng thủy lực từ bơm đến xi lanh của bánh xe. Trạng thái phanh trở lại như chưa phanh gấp.
Van an toàn BA có kết cấu là van điều áp, sẽ được mở phụ thuộc vào diễn biến của sự thay đổi áp suất theo quá trình giữ giảm áp yêu cầu, nhằm báo đảm áp suất dầu trong xi lanh bánh xe không vượt quá mức giới hạn.
BA loại này cũng đặt thời gian hỗ trợ để làm cho cảm giác phanh càng tự nhiên càng tốt bằng cách điều chỉnh hỗ trợ theo yêu cầu:
+ Trong trường hợp phanh khẩn cấp (thời gian ngắn) nhưng áp suất dầu phanh mong muốn không đủ lớn.
+ Khi có hỗ trợ của BA, dựa trên tốc độ đạp phanh, bộ điều khiển trung tâm tính toán để bộ chấp hành thực hiện tăng lực phanh lớn trong thời gian ngắn.
Trong thời gian tiếp theo áp suất dầu phanh có thể giảm nhỏ hơn giai đoạn đầu.
+ Khi BA hoạt động, nếu người lái nhả bàn đạp chân phanh có chủ ý hệ thống sẽ giảm mức độ trợ giúp.
BA kết hợp với ABS thành một hệ thống hoàn thiện. Độ khuếch đại lực phanh do BA gần như ngay lập tức đẩy lực phanh đạt tới mức tối đa nên nguy cơ bị bó cứng phanh và xe bị trượt bánh rất cao. Lúc này tính năng chống bó cứng phanh của ABS kịp thời phát huy tác dụng, đảm bảo sự tối ưu khi phanh gấp ngay cả trên những mặt đường trơn trượt.
So sánh quãng đường phanh khi có BA và không có BA hỗ trợ phanh.
Ở tốc độ 100 km/h, với các điều kiện tương đương, thử nghiệm so sánh cho thấy việc sử dụng BA giúp rút ngắn quãng đường phanh từ 46 m (không hỗ trợ trợ lực phanh) còn 40 m (có hỗ trợ trợ lực phanh).
Các thử nghiệm trên phạm vi rộng cho thấy BA giúp rút ngắn đáng kể quãng đường phanh 45%. Không chỉ giúp ngăn ngừa tai nạn giữa xe với xe, BA còn tăng đáng kể độ an toàn cho người đi bộ. Thử nghiệm với 55 người, cả nam và nữ, trên thiết bị mô phỏng cho thấy: Trong tình huống bất ngờ có một đứa trẻ chạy qua đường, tai nạn chỉ có thể tránh được nếu đạp phanh gấp, thì những người lái sử dụng loại xe được trang bị BA giảm được 26% nguy cơ tai nạn.
C. Ứng dụng mới nhất của hãng xe Mercedes:
Mercedes giới thiệu thế hệ trợ lực phanh mới gọi là Brake Assist Plus (BAS Plus). Thiết bị chuẩn BAS Plus đầu tiên cũng xuất hiện trên chiếc S-Class.
Hệ thống hoạt động dựa trên công nghệ radar, BAS Plus xác định khoảng cách với những xe chạy phía trước, cảnh báo lái xe thông qua đèn hiệu và âm thanh nếu khoảng cách này quá gần, đồng thời tính toán một lực phanh hỗ trợ cần thiết để ngăn ngừa va chạm.
Trường hợp phanh gấp, BAS Plus sẽ tăng áp lực phanh tới mức cần thiết ngay khi lái xe đạp phanh để kiểm soát tình hình. Với BA trước đây, cần phải có chuyển động nhất định của chân phanh để qua đó kích hoạt cho BA hoạt động.
Nhưng nhờ công nghệ radar, BAS Plus có thể xác định được ý định phanh của người điều khiển ngay khi đạp vào pê-đan phanh và tự động gia tăng áp lực phanh một cách thích hợp. Điều này đáp ứng một trong những tiêu chí quan trọng để ngăn ngừa tai nạn với xe chạy phía trước. Cụ thể, quá trình phanh sẽ kịp thời hơn và đạt hiệu quả tối ưu.
Bộ phận chính của BAS Plus gồm 2 hệ thống radar quan sát chuyển động của ôtô chạy phía trước. Một radar tầm ngắn tần số 24 GHz và kết hợp với một radar tần số 77 GHz của hệ thống hành trình thích ứng Distronic Plus. Các hệ thống này sẽ bổ sung cho nhau, trong khi thiết bị radar tần số cao hơn của Distronic Plus thực hiện chức năng quan sát 3 làn đường phía trước trong tầm 150m với góc quét 9 độ thì cụm radar tần số thấp hơn (24 GHz) có nhiệm vụ ghi lại tình hình ngay phía trước mũi xe, trong tầm 30m ở góc quét 80 độ.
Các tín hiệu này sẽ được truyền về bộ xử lý trung tâm (ECU) để đánh giá các chướng ngại vật, qua đó đưa ra những xử lý phanh thích hợp. Mercedes đã thử nghiệm rộng rãi công nghệ này, cả trên thiết bị lái mô phỏng được tiến hành với 100 người, bao gồm cả nam và nữ. Những người này phải điều khiển ôtô trong thời gian 40 phút, trải qua một số tình huống khẩn cấp trên quốc lộ và trên các đoạn đường nông thôn.
Trong những tình huống như vậy, khả năng duy nhất để tránh khỏi tai nạn là phanh gấp. Nhờ có BAS Plus, tỷ lệ tai nạn trong các cuộc thử nghiệm đã giảm tới 75% so với tỷ lệ trung bình 44% nếu sử dụng phanh thông thường.
BAS Plus còn cho thấy những lợi thế đặc biệt của nó trong trường hợp các xe nối đuôi nhau với vận tốc 80 km/h trên đường hẹp. Trong trường hợp này, nếu xe chạy trước bỗng nhiên phanh gấp, BAS Plus sẽ giúp ngăn ngừa tai nạn tới 93%. Nếu tai nạn
là điều không thể tránh khỏi, BAS Plus có thể giúp giảm tốc độ va chạm từ mức chênh lệc 47 km/h xuống còn 26 km/h.
Với hệ thống này, người điều khiển không cần phải phản ứng với các tín hiệu cảnh báo về nguy cơ tai nạn đang đến gần. Lực hãm này tương đương với khoảng 40%
lực phanh tối đa. Khả năng tự động hãm vận tốc như vậy giúp người điều khiển có thêm thời gian xử lý tình huống một khi đèn báo động cũng như âm thanh cảnh báo xuất hiện. Nếu người điều khiển lập tức đạp phanh, lực phanh sẽ ở mức tối đa và tuỳ thuộc vào tình hình, hệ thống có thể ngăn ngừa tai nạn vào phút chót.
Hệ thống BA ngày nay đã trở thành công nghệ chuẩn ở hầu hết các mác xe.
Trong tương lai, hệ thống trợ lực phanh sẽ ngày càng tinh vi hơn.
D. Sơ đồ hệ thống và sơ đồ hoạt động của ABS kết hợp với EBD và BAS:
Các hệ thống EBD và BAS được thiết kế trên cơ sở kết hợp với hệ thống ABS.
Cấu tạo của cả hệ thống cũng gồm 3 cụm bộ phận chính như của hệ thống ABS. Hệ thống EBD làm việc cũng dựa trên các tín hiệu vào của ABS như cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến giảm tốc, cảm biến gia tốc ngang,… và chức năng xử lý của ECU.
Để nhận biết trường hợp phanh khẩn cấp, một cảm biến áp suất dầu xy lanh phanh chính được lắp thêm trong bộ chấp hành thủy lực. Cảm biến này nhận biết được trường hợp phanh gấp thông qua sự gia tăng áp suất dầu. Trên một vài kiểu xe của châu Âu, một cảm biến gia tốc được gắn trong bầu trợ lực chân không, đo gia tốc của cần đẩy xy lanh phanh chính để nhận biết trường hợp phanh gấp thay cho cảm biến áp suất dầu. Sơ đồ hệ thống ABS kết hợp với các hệ thống EBD và BAS thực hiện đồng thời các chức năng sau :
• Hệ thống ABS làm nhiệm vụ chống hiện tượng hãm cứng bánh xe khi phanh.
• Hệ thống EBD sẽ phân phối lực phanh đến các bánh xe phù hợp với sự phân bố tải trọng và các chế độ lái xe.
• Hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp giúp tạo ra một lực phanh lớn để dừng gấp xe trong trường hợp phanh khẩn cấp.
Sơ đồ hệ thống ABS với EBD và BAS.
Sơ đồ hoạt động của bộ chấp hành thủy lực như hình bên dưới, cũng tương tự như một bộ chấp hành thông thường loại van điện hai vị trí, gồm: 4 van giữ áp (5,6,7,8), 4 van giảm áp (9,10,11,12), các bơm dầu, bình tích áp. Ngoài ra còn có thêm 2 van cắt xy lanh chính (1,4) và hai van hút dầu (2,3) sử dụng trong trợ lực phanh khẩn cấp.
Sơ đồ hoạt động của ABS với EBD và BAS.
Hoạt động của ABS với EBD
Dựa trên các tín hiệu nhận được từ 4 cảm biến tốc độ bánh xe. Hộp ECU tính toán tốc độ và sự giảm tốc ở từng bánh xe. Trường hợp bánh xe bị hãm cứng và trượt, hộp ECU sẽ điều khiển các van giảm áp và giữ áp điều chỉnh áp suất dầu cung cấp cho các bánh xe theo 3 chế độ giảm áp, giữ áp và tăng áp giống như trong hệ thống ABS bình thường.
Các chế độ hoạt động của hệ thống ABS với EBD.
Hoạt động của ABS với BAS
Một áp suất dầu được tạo bởi bơm dầu trong bộ chấp hành, hút dầu từ xy lanh chính và cấp thẳng đến các xy lanh con bánh xe. Ap suất này lớn hơn nhiều so với áp suất được tạo bởi xy lanh chính do người lái tác dụng, kết quả là một lực phanh lớn được cung cấp.
Các chế độ hoạt động của trợ lực phanh khẩn cấp.
Các van sẽ điều khiển áp suất dầu giữa hai chế độ đóng và mở phù hợp với từng điều kiện làm việc bằng cách điều chỉnh liên tục.