Tìm hiểu về Hệ thống phanh ABS

Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti-lock Braking Systems) nằm trong hệ thống an toàn chủ động của ô tô hiện đại. Nó có tác dụng giảm thiểu các nguy hiểm bằng sự điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu. Hệ thống chống bó phanh ABS giúp khắc phục tình trạng này mà không phụ thuộc vào kỹ thuật phanh của người lái.

Giáo trình dạy lái xe có phần lưu ý về cách sử dụng phanh hiệu quả nhất (đặc biệt là trên mặt đường trơn trượt) là đạp - nhả pedan liên tục, cảm nhận dấu hiệu rê bánh để xử lý. Chính vì việc thực hiện kỹ thuật này không đơn giản, mà các chuyên gia ôtô đã nghiên cứu chế tạo cơ cấu ABS. Thiết bị của hệ thống ABS gồm: cảm biến lắp trên bánh xe (ghi nhận tình trạng hoạt động); bộ xử lý điện tử và thiết bị điều áp (đảm nhiệm thay đổi áp suất trong piston phanh).

Trong những thiết kế ABS mới nhất, đặc biệt là bộ ABS sản xuất đầu năm 2005, các thông số về tình trạng chuyển động của xe, độ bám đường, kết quả kiểm soát hành trình, được bộ điều khiển điện tử đánh giá để quyết định cường độ và tần số của lực tác động lên các má phanh. Áp suất dầu trong hệ thống không chỉ do lực đạp phanh tạo nên mà còn có sự hỗ trợ của bơm.

Kiểu ABS hiệu quả nhất và đắt tiền nhất (thường lắp trên các loại ôtô sang trọng) có thể tự động điều chỉnh áp suất dầu phanh trên từng cụm bánh, số cảm biến đo vận tốc góc, module áp suất, đường điều khiển bằng số bánh xe bằng kỹ thuật số. Các ABS rẻ tiền hơn thường chỉ có 2 cảm biến gắn trên bánh sau, 1 thiết bị điều áp chung và 1 đường điều khiển.

Tình trạng hoạt động của ABS được hiển thị qua đèn báo trên bảng điều khiển, nó sáng lên khi bật chìa khóa khởi động và tắt sau khi máy đã nổ 2-3 giây. Nếu đèn này tiếp tục sáng khi động cơ đang hoạt động, tức là hệ thống có trục trặc, cần kiểm tra ngay.

Khi xe đã được lắp ABS thì tài xế không nên thao tác kiểu đạp - nhả liên tục.

Trong khoảng 15 năm trở lại đây, ABS được ứng dụng ngày càng rộng rãi và hiện nay giữ vị trí quan trọng trong danh mục thiết bị tiêu chuẩn của xe hơi vì nó bảo đảm an toàn cho người và xe.

Bảng so sánh xe có trang bị ABS và không trang bị ABS

Cấu tạo & nguyên lý hoạt động

1- Bộ cảm biến tốc độ

Cảm biến tốc độ bánh xe

Khi bánh xe quay, các sensors tạo ra các tín hiệu điện tử. Những sensor này được ví như "con mắt" của bộ điều khiển điện tử (EBCM), giúp cho EBCM cảm nhận được tốc độ và tình trạng bị khóa của bánh xe. Mỗi cảm biến có sử dụng cơ cấu rotor bánh răng, còn được gọi là "vòng cảm biến", "vòng kích thích" hay "vòng từ trở", được gắn trên moayơ hoăch trục bánh xe và cùng quay với bánh xe.
Cảm biến (sensor) là một cuộn dây cảm ứng, gồm một cuộn dây được quấn quanh một lõi sắt từ. Sensor được đăt bên cạnh vòng cảm biến, khe hở giữa sensor và vòng cảm biến được xác định chính xác để đảm bảo sự cảm biến điện từ có thể xảy ra. Ở một số xe, bộ cảm biến có thể được đặt trong bộ phân phối hoặc trong trục sau.

Khi bánh răng của vòng cảm biến đi ngang qua cuộn dây cảm biến, một tín hiệu điện xoay chiều được tạo ra. Tần số tín hiệu tăng khi tốc độ bánh xe tăng. Nếu bánh xe đứng yên, tần số tín hiệu cảm biến sẽ bằng 0. Hệ thống đánh giá logic trong bộ điều khiển điện tử sẽ hình thành một tốc độ chuẩn của xe để theo đó mà tác động trong quá trình điều khiển của phanh. Các thay đổi của một hay nhiều bánh xe sẽ được ghi nhận theo thực tế và khi chúng giảm tốc độ nhiều quá (so với tốc độ chuẩn) thì sẽ được nhận biết như là một nguy cơ bị bó cứng. Tín hiệu điện từ được truyền về EBCM bằng một cặp dây dẫn.

2- Bơm tuần hoàn

Bơm thủy lực

Bơm tuần hoàn được dùng để chuyển dung dịch từ các valve giảm áp trở về các đường ống, và để khắc phục tình trạng mất áp suất phanh do ảnh hưởng từ quá trình làm việc của các valve sẽ rút dung dịch từ hệ thống.

Bơm có thể tạo ra áp suất bằng với áp suất trong hệ thống phanh, một số hệ thống rút dung dịch này trở về tới bình chứa ở xilanh chính. Đa số các hệ thống bơm sử dụng một hoặc hai piston, được điều khiển bởi EBCM, EBCM nhận tín hiệu từ contac hành trình pedan phanh hoặc từ contac áp suất của bộ tích trữ rồi phát tín hiệu điều khiển bơm. Một số hệ thống lưu trữ dung dịch từ các valve trong một bộ tích trữ trước khi khởi động bơm.

3- Hệ thống Valves

Một sơ đồ hệ thống thủy lực

Là thiết bị đóng/mở dòng áp lực thủy lực, được điều khiển bởi hệ thống ABS. Ở một vài hệ thống, valve có ba vị trí.
- Vị trí thứ nhất, valve mở, áp lực từ xilanh chính được truyền thẳng tới phanh.
- Vị trí thứ hai, van khóa. Cô lập phanh khỏi xilanh chính, ngăn chặn áp lực gia tăng do người điều khiển đạp quá mạnh lên pedan.
- Vị trí thứ ba, valve điều tiết áp suất phanh.

4- Bộ điều khiển điện tử

Bộ điều khiển điện tử EBCM (Electronic Brake Control Module, *có tài liệu viết là ECU) là một bộ vi xử lý, có bộ nhớ khoảng 8kb. EBCM nhận tín hiệu từ các cảm biến tốc độ và tạo tín hiệu điều khiển tác động lên các valve điều tiết. EBCM sẽ so sánh tốc độ của mỗi bánh xe với nhau và với dữ liệu của chương trình lưu trong bộ nhớ của nó. Khi EBCM nhận thấy tần số tín hiệu của một bánh xe nào đó giảm rất nhanh, nó sẽ phát tín hiệu điều khiển đến valve điều tiết của các bánh xe đó. Bộ điều tiết sẽ tác động để phanh ở bánh xe đó nhả ra, cho phép tốc độ bánh xe tăng lên. Khi tần số tín hiệu từ các bánh xe nằm trong phạm vi chấp nhận được, EBCM sẽ phát tín hiệu đến bộ điều tiết để ép phanh trở lại. Vì tín hiệu điện rất nhanh nên những tác động nói trên xảy ra rất nhanh chóng.

Các thiết bị đầu ra của EBCM thường là các solenoid trong bộ điều tiết, đèn báo sự cố ABS và motor bơm. Đầu vào của EBCM thông thường là các sensor tốc độ và trong một vài hệ thống là sensor áp suất bơm, mức dung dịch, contac đèn dừng xe và cảm biến hành trình của pedan phanh.

5- Bộ điều tiết điện tử

Bộ điều tiết còn được gọi là bộ điều khiển thủy lực, là thiết bị tạo ra chu kì phanh. Trong khi phanh dừng bình thường, bộ điều tiết không làm thay đổi hoạt động bình thường của phanh. Trong khi phanh gấp, áp suất trong cụm phanh sẽ tăng bình thường, nếu bánh xe bắt đầu bị khóa, bộ điều tiết sẽ dừng mọi sự gia tăng áp suất thủy lực ở xilanh hoặc calip bánh xe. Nếu tác động này không đủ để cho bánh xe quay ở tốc độ thích hợp, bộ điều tiết sẽ giảm áp suất. Ngay sau khi bánh xe quay, bộ điều tiết lại tác động làm tăng áp suất trong xilanh bánh xe hoặc calip. Chu kì trên được lặp lại với tần số khoảng 5-15 lần trong một giây.

6- Các hệ thống ABS

ABS được sản xuất ở nhiều nơi như: Mỹ, Nhật Bản và Châu ÂU..., nên có những sự khác nhau về thiết kế.

Một số nhà sản xuất tiêu biểu như: Bendix, Bosch, Delphi, Kelsey-Hayes và Teves.

Các hệ thống đầu tiên của Teves dùng booster điện-thủy lực, ở đó áp suất booster cũng là nguồn áp suất cho các phanh sau và các valve điều tiết được kết hợp với xilanh chính thành một khối. Một vài phiên bản thiết kế này có cách bố trí valve khác nhau nhưng cũng dùng áp suất booster để vận hành các phanh sau. Nhiều hệ thống dùng một xilanh chính với booster chân không, cụm điều tiết được đặt riêng rẽ và nối chúng với nhau bằng các đường ống.

Một số thiết kế khác dùng cụm valve điều tiết riêng rẽ với ba hoặc bốn cặp valve. Trong quá trình phanh bình thưồngdngf dung dịch chảy ra bộ điều tiết tới các phanh không thay đổi. Nếu bánh xe bắt đầu bị khóa, valve giảm áp của bộ điều tiết sẽ mở để giảm áp suất.

Nhiều hệ thống sử dụng bộ tích trữ để lưu trữ dòng dung dịch được xả ra này và bơm tuần hoàn sẽ đưa dung dịch này trở về bình chứa xilanh chúnh hoặc trở về đường ống áp suất.

Những bộ điều tiết mới dùng phương pháp khác. Một số loại dùng một valve hoặc một cặp valve cho mỗi mạch thủy lực, và mỗi valve được vận hành bởi một solenoid. Valve mơ cửa nạp là valve thường mở, cho phépdòng dung dịch lưu thông giữa xilanh chính và xilanh bánh xe hay calip. Valve khác ở cửa ra là valve thường đóng, khi nó mở dung dịch sẽ chảy từ xilanh bánh xe hoặc calip tới bình chứa xilanh chính. Nếu xảy ra sự khóa bánh xe, EBCM sẽ điều khiển đóng valvecửa nạp để ngăn sự gia tăng áp suất. Nếu bánh xe vẫn bị khóa, valve cửa ra sẽ được mở để giảm áp suất phanh.

Với hệ thống của Bosch, valve cửa ra được thay thế bằng một bơm. Trong pha giảm áp suất dung dịch được bơm từ phía xilanh bánh xe về xilanh chính. Khi bánh xe quay trở lại, các valve được trở về vị trí bình thường.