2.2.1. Chức năng.
Cảm biến tốc độ bánh xe cĩ chức năng xác định tốc độ quay của bánh xe, làm việc như một bộ đếm số vịng quay. Tín hiệu từ cảm biến tốc độ được đưa về bộ điều khiển trung tâm, từ các tín hiệu gửi về mà bộ điều khiển trung tâm cĩ thể biết được tình trạng làm việc của bánh xe từ đĩ tính tốn khả năng bĩ cứng của bánh xe và đưa ra tín hiệu điều khiển thích hợp tới bộ thực hiện.
2.2.2. Đặc điểm cấu tạo.
Trong hệ thống phanh chống bĩ cứng bánh xe người ta cĩ thể sử dụng kết hợp nhiều loại cảm biến khác nhau như: Cảm biến tốc độ, cảm biến gia tốc, cảm biến trọng lượng… để tăng thêm hiệu quả giám sát bánh xe. Trong các loại cảm biến này thì cảm biến tốc độ là khơng thể thiếu được trong hệ thống phanh ABS. Tùy theo kiểu bố trí của hệ thống phanh ABS sử dụng mà cảm biến tốc độ cĩ thể được gắn ở bánh xe (trên một bánh hoặc trên tất cả các bánh xe), cầu chủ động. Cảm biến tốc độ cũng cĩ rất nhiều loại như: loại từ trở biến thiên, loại quang…
H. 2- 3 : Cảm biến tốc độ bánh xe.
Đầu cảm biến
Trên mơ hình của hệ thống phanh chống bĩ KFZ- 2004D chỉ sử dụng cảm biến tốc độ (mơ hình bố trí kiểu 2222- mối bánh xe cĩ một cảm biến và một van điều khiển riêng). Cảm biến tốc độ sử dụng trong mơ hình là cảm biến tốc độ loại từ trở biến thiên.
Cảm biến từ trở biến thiên cĩ cấu tạo đơn giản, chắc chắn, chịu đựng tốt trong mơi trường khắc nghiệt. Bên cạnh đĩ tín hiệu ra của cảm biến là tần số nên cĩ khả năng chống suy giảm, chống nhiễu và dễ biến đổi sang dạng số.
Cảm biến dạng từ trở biến thiên cĩ cấu tạo như hình vẽ:
Cảm biến gồm một cuộn dây cuấn quanh lõi thép, một nam châm vĩnh cửu đặt đối diện với lõi thép để tạo từ thơng trong cuộn dây. Đầu cảm biến được phủ một lớp cao su mỏng, nhờ lớp cao su này mà tránh được bụi bẩn (chủ yếu là các hạt mài bắn ra trong quá trình phanh) tăng hiệu quả của cảm biến. Đầu ra của cảm biến là hai dây dẫn đưa tín hiệu của cảm biến về bộ điều khiển trung tâm. Trên vỏ cảm biến cĩ một mặt bích để cố định cảm biến, giữ khoảng cách giữa cảm biến và moay ơ bánh xe.
H. 2- 4: Cảm biến tốc độ
1- Vỏ cao su; 2. Lõi thép từ; 3. Cuộn dây; 4. Vỏ cảm biến; 5. Dây dẫn; 6. Nam châm vĩnh cửu; 7. Mặt bích. 1 2 3 4 5 6 7
Trong cảm biến tốc độ dạng từ trử biến thiên, vật trung gian là một bánh răng gắn liền với moay ơ bánh xe. Bánh răng (hay cịn gọi là vịng cảm biến) làm bằng vật liệu sắt từ, cĩ cấu tạo như hình vẽ:
Vịng cảm biến quay cùng với bánh xe và được đặt đối diện với cảm biến. Trong hệ thống phanh ABS cĩ rất nhiều cách đặt cảm biến và vịng cảm biến: trục cảm biến vuơng gĩc với trục vịng răng, đầu cảm biến đối diện với niềng răng, niềng răng nằm bên hơng cảm biến… trên mơ hình KFZ- 2004D cảm biến được bố trí sao cho niềng răng nằm bên hơng cảm biến.
Vị trí tương đối của cảm biến và vịng răng như sau:
H. 2- 5: Vịng cảm biến
H. 2- 6: Vị trí tương đối giữa cảm biến và vịng răng
Cảm biến
Trong hệ thống phanh ABS cũng như trên mơ hình KFZ- 2004D vị trí giữa cảm biến và vịng cảm biến phải nằm trong một giới hạn cho phép, đảm bảo cho sự cảm ứng điện từ cĩ thể sảy ra. Khoảng cách này gọi là khe hở từ hay khe hở làm việc của cảm biến.
Để đảm bảo hiệu quả của cảm biến thì khe hở này nằm trong khoảng 0.4 đến 1 mm.
2.2.3. Nguyên lý cảm biến.
Cảm biến tốc độ hoạt động theo nguyên lý cảm ứng điện từ. Cuộn dây của cảm biến cĩ lõi sắt từ chịu tác động từ trường của nam châm vĩnh cửu, nĩ được đặt đối
Khe hở từ
H. 2- 8: Khe hở giữa cảm biến và vịng răng
Cảm biến tốc độ
Đĩa phanh
Vành răng cảm biến
diện với vành răng làm bằng vật liệu sắt từ. Do chịu tác động từ trường của nam châm vĩnh cửu nên trong cuộn dây luơn tồn tại một từ thơng φ0.
Khi vành răng quay do khe hở từ giữa vành răng và cảm biến thay đổi nên từ trở của cuộn dây biến thiên tuần hồn (do vành răng cĩ cấu tạo tuần hồn- bề mặt vành chia ra thành các răng bằng nhau). Sự biến đổi tuần hồn từ trở làm cho từ thơng trong cuận dây cũng biến đổi tuần hồn.
φω =φ0.f(ω) (2 . 1) Trong đĩ:
φx- Từ thơng trong mạch.
ω- Biến số của vị trí thay đổi theo gĩc quay.
Theo định luật Faraday: sự biến đổi từ thơng qua mạch kín sẽ sinh ra một suất điện động cảm ứng e: dt d e=− φ (2 . 2) Trong đĩ: e – Suất điện động. t – Thời gian. Từ cơng thức (2. 1) và (2. 2) ta cĩ: dt df e ( ) 0 ω φ − = Hay: dt d d df e ω ω ω φ ( ) 0 − = (2 . 3)
Từ biểu thức (2. 3) ta thấy: Suất điện động sinh ra trong cuộn dây phụ thuộc vào hai yếu tố:
- Khoảng cách giữa cuộn dây và vành răng- khe hở từ: Khe hở này càng lớn thì biên độ của suất điện động càng nhỏ.
- Tốc độ quay: Biên độ của suất điện động tỷ lệ thuận với tốc độ quay (cường độ của tín hiệu luơn đồng bộ với việc tăng/ giảm tốc độ bánh xe).
Khi tốc độ quay nhỏ thì suất điện động sinh ra cĩ biên độ bé và ngược lại, khi tốc độ bánh xe cao thì suất điện động sinh ra cĩ biên độ lớn.
Sự biến đổi từ thơng (φ) và suất điện động (e) trong mạch theo biến số của vị trí (gĩc quay của bánh xe- vị trí của răng) hoặc thời gian được thể hiện như sau:
Tốc độ bánh xe thấp Tốc độ bánh xe cao t(s) 0 0 +e -e
H. 2- 9: Sự phụ thuộc của suất điện động vào tốc độ bánh xe ) (t ω ) (t ω 5 4 3 2 1 e 1 2 3 4 5 Cảm biến Vành răng φ
H. 2- 10: Sự biến đổi từ thơng (φ) và suất điện động (e) theo vị trí của cảm biến và vịng răng
Khi vành răng cùng bánh xe quay làm cho khe hở từ thay đổi, sự thay đổi khe hở từ làm cho từ trở thay đổi dẫn đến thay đổi tín hiệu ra của cảm biến tốc độ bánh xe.
Ta xét sự thay đổi khe hở từ tại năm vị trí như trên (H. 2- 10).
- Ở vị trí 1 khe hở giữa cảm biến và vành răng là lớn nhất do đĩ từ trở lớn làm cho từ thơng trong cuộn dây nhỏ (≈φ0).
- Tại vị trí 2 khe hở này giảm dần làm cho từ trở giảm do đĩ từ thơng trong cuộn dây tăng lên (φω).
- Tại vị trí 3 khe hở từ nhỏ nhất nên từ thơng trong cuộn dây đạt giá trị cực đại (φmax).
- Tại vị trí 4 và vị trí 5 tương tự như vị trí 2 và vị trí 1 nhưng lúc này do khe hở từ cĩ xu hướng tăng nên từ thơng trong cuộn dây sẽ giảm.
Từ đồ thị của từ thơng (φ) ta vi phân theo biến số vị trí hoặc thời gian ta sẽ được đồ thị chỉ sự biến đổi của suất điện động (e) theo vị trí hoặc thời gian. Tại vị trí 1 và 5 do từ thơng nhỏ nên suất điện động sinh ra cĩ biên độ rất nhỏ (≈0). Tại vị trí 2 và vị trí 4 do đồ thị chỉ sự biến đổi của từ thơng là điểm uốn nên trên đồ thị suất điện động e cĩ biên độ cực đại. Do tại điểm 2 giá trị từ thơng đang tăng nên biên độ của suất điện động mang dấu dương, ở vị trí 4 từ thơng trong cuộn dây đang giảm nên suất điện động cĩ biên độ mang dấu âm. Tại vị trí 3 do từ thơng cực đại nên đạo hàm của nĩ trên đồ thị biểu diễn sự thay đổi suất điện động bằng khơng.
Quá trình này được lặp đi lặp lại liên tục khi bánh xe chuyển động nên trong cuộn dây sinh ra một suất điện động biến đổi dạng hình sin.
Do mạch cảm biến được khép kín nên trong mạch sẽ xuất hiện một dịng điện cảm ứng. Dịng điện này cĩ tần số tỷ lệ với tốc độ quay của bánh xe. Ở đầu ra của cảm biến ta sẽ thu được một hiệu điện thế xoay chiều và đây chính là tín hiệu đưa về bộ điều khiển trung tâm. Tín hiệu này được bộ điều khiển trung tâm đọc thơng qua số lượng các xung theo thời gian và qua đĩ chuyển đổi thành tốc độ bánh xe. Do đĩ mà bộ điều khiển trung tâm cĩ thể xác định được tình trạng làm việc và khả năng bĩ cứng của bánh xe.
Trong cảm biến tốc độ dạng từ trở biến thiên, dải tín hiệu thu được phụ thuộc vào số lượng răng của vành răng.
-Tốc độ tối thiểu Vmin cĩ thể đo được sẽ nhỏ khi số lượng răng của vành răng (p) lớn.
- Tốc độ tối đa Vmax cĩ thể đo được sẽ lớn khi p nhỏ.
2.2.4. Chú ý khi sử dụng.
Đối với loại cảm biến sử dụng trên mơ hình hay được lắp trên xe, do đầu cảm biến và vành răng cĩ khe hở nên trong quá trình sử dụng rất dễ bẩn do bám bụi do bụi cát bắn lên hay do các mảnh kim loại từ phanh bắn vào. Những mảnh kim loại cĩ thể làm ảnh hưởng đến hoạt động của cảm biến do chúng cĩ thể làm biến đổi dịng cảm ứng từ thu được. Do đĩ trong quá trình sử dụng cảm biến phải được bảo dưỡng thường xuyên (trên xe thơng thường sau 50000 km thì thay cảm biến tốc độ mới). Khi bảo dưỡng ta tiến hành tháo rời và lau chùi cảm biến, vành răng bằng chất tẩy rửa. Khi lau cần chú ý đến dịng điện vì nĩ cĩ thể làm hỏng bộ điều khiển trung tâm. Bộ Xử lý Bộ chuyển đổi ABSECU Vịng dây cảm biến Tín hiệu dạng xung Tín hiệu dạng số
2.3. BỘĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM (ABSECU). 2.3.1. Chức năng. 2.3.1. Chức năng.
Bộ điều khiển trung tâm (ABSECU) được xem như bộ não của hệ thống phanh ABS, nĩ tự động điều chỉnh với độ chính xác cao. Khi phanh, ABSECU nhận tín hiệu gửi về từ cảm biến tốc độ nĩ sẽ so sánh, tính tốn và xác định tình trạng làm việc, khả năng bĩ cứng bánh xe. Từ sự nhận biết đĩ, bộ điều khiển trung tâm sẽ quyết định trình trạng làm việc của hệ thống.
Trong hệ thống phanh chống bĩ cứng bánh xe, bộ điều khiển điện tử phải bảo đảm các chức năng sau:
+ Chức năng điều khiển tốc độ bánh xe. + Chức năng điều khiển các rơ le. + Chức năng chẩn đốn.
+ Chức năng kiểm tra cảm biến. + Chức năng dự phịng.
2.3.1.1. Chức năng điều khiển tốc độ bánh xe.
Đây là chức năng quan trọng nhất của bộ điều khiển trung tâm. Từ việc nhận biết được tình trạng làm việc (nhờ vào tín hiệu đưa về từ cảm biến) và tính tốn khả năng hãm cứng của bánh xe, nĩ sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển định vị cho bộ phận chấp hành và bơm để cung cấp dầu tuần hồn với áp suất hợp lý (tăng áp, giữ áp hoặc giảm áp suất dầu) đến các xylanh bánh xe để thực hiện quá trình phanh, tránh bĩ cứng bánh xe trong quá trình phanh gấp.
Thực chất của chức năng này là bộ điều khiển trung tâm đưa ra các tín hiệu điện với cường độ thích hợp đến các cuộn dây của van điện từ (nằm trong bộ phận chấp hành) định vị cho các van này đĩng, mở đường dầu từ xylanh chính để điều chỉnh áp suất dầu tới xylanh bánh xe.
Xét một giai đoạn của quá trình phanh, sự điều khiển tốc độ bánh xe được thể hiện như sau:
Trong quá trình phanh, bộ điều khiển trung tâm liên tục nhận được tín hiệu gửi về từ cảm biến tốc độ bánh xe và qua đĩ điều khiển bộ thực hiện để điều chỉnh áp suất dầu đặt lên xylanh bánh xe, điều khiển tốc độ bánh xe. Sự điều khiển này tuần hồn, liên tục tương tự như quá trình nhồi phanh (nhấp, nhả liên tục bàn đạp khi phanh).
• Giai đoạn A:
Khi tác động lên bàn đạp phanh, áp suất dầu trong dẫn động phanh tăng lên làm tăng áp suất dầu đặt vào xylanh bánh xe do đĩ làm tăng độ trượt của bánh xe. Khi bánh xe bắt đầu cĩ hiện tượng trượt, bộ điều khiển trung tâm gửi tín hiệu tới bộ thực hiện giảm áp suất dầu trong xylanh bánh xe. Sau khi giảm áp suất, bộ điều khiển
t (s) t (s) t (s) t (s) 0 0 0 0 V ω v ω P Mức độ tăng tốc độ bánh xe Giảm áp Tăng áp Giữ áp A B C D
H. 2- 12: Biểu đồ sự thay đổi vận tốc xe (v), tốc độ gĩc bánh xe (ω),tín hiệu điều chỉnh từ ABSECU và áp suất dầu (P) theo thời gian khi phanh.
trung tâm sẽ chuyển van điện sang trạng thái giữ áp và tiếp tục theo dõi tình trạng bánh xe. Nếu mức độ tăng gia tốc chưa lớn nĩ lại chuyển sang trạng thái giảm áp.
• Giai đoạn B:
Sau khi bánh xe gần bị bĩ cứng được hồi tốc độ, ABSECU sẽ gửi tín hiệu điều khiển van điện lần lượt chuyển sang trạng thái tăng áp và giữ áp, tiếp tục làm giảm tốc độ bánh xe.
Hai giai đoạn này được thực hiện liên tục, lặp đi lặp lại (tiếp tục là giai đoạn C, D…tương tự như hai giai đoạn A và B) cho đến khi xe và bánh xe được dừng hẳn. Càng về sau thời gian bộ điều khiển trung tâm tác động để chuyển bộ thực hiện sang trạng thái làm việc khác càng giảm lại. Trung bình thì chu kỳ tác động của bộ điều khiển trung cĩ tần số khoảng 5- 15 lần trong một giây. Do tác động rất nhanh nên bánh xe sẽ loại bỏ được hiện trượng trượt lê khi phanh.
2.3.1.2. Chức năng điều khiển các rơle.
Trong hệ thống phanh chống bĩ cứng bánh xe, ngồi việc điều khiển tốc độ bánh xe (thơng qua việc điều khiển van điện) thì bộ điều khiển trung tâm cịn phải đảm bảo hoạt động của các rơle điều khiển ABS. Các rơle này bao gồm: rơle van điện và rơle mơ tơ bơm của bộ phận chấp hành.
Bơm Các cuộn dây của van điện của Rơle van điện Rơle mơ tơ bơm A B S E C Accu
Khi hệ thống phanh ABS hoạt động thì ABSECU điều khiển đĩng các rơle, nhờ vậy mà khi xe dừng, tắt máy hoặc cĩ hư hỏng trong quá trình chẩn đốn thì dịng điện từ ắc quy được ngắt ra khỏi bộ phận chấp hành, van điện và bơm khơng hoạt động, đảm bảo an tồn cho hệ thống.
Rơle của van điện hoạt động khi thỏa mãn các yêu cầu sau:
• Khĩa điện bật.
• Chức năng kiểm tra ban đầu hồn thành.
• Khơng tìm thấy hư hỏng trong quá trình chẩn đốn.
Nếu một trong các điều kiện trên khơng thỏa mãn thì thì ABSECU sẽ ngắt rơle van điện.
ABSECU sẽ bật rơle mơ tơ bơm khi tất cả các điều kiện sau được thỏa mãn:
• ABS đang hoạt động hoặc chức năng kiểm tra ban đầu đang thực hiện.
• Rơle van điện bật.
Khi khĩa điện bật, bộ điều khiển trung tâm sẽ điều khiển các rơle và kích hoạt van điện và mơ tơ bơm hoạt động theo thứ tự để kiểm tra hệ thống. Nếu trường hợp hệ thống điện của hệ thống phanh cĩ hư hỏng thì đèn báo lỗi sẽ báo sáng.
2.3.1.3. Chức năng chẩn đốn.
Khi trong hệ thống phanh ABS cĩ xuất hiện hư hỏng, đền báo lỗi sẽ sáng và báo cĩ lỗi trong hệ thống phanh ABS. Tùy tín hiệu báo lỗi được hiển thị trên đèn mà người sử dụng cĩ thể biết được lỗi đĩ là lỗi nào và cĩ phương án khắc phục kịp