Hệ thống điều khiển ABS pptx

Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS

Biên soạn: ThS. Phạm Quốc Thái Trang
`
46

4.5. HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ABS
4.5.1. Tổng quan về hệ thống ABS
4.5.1.1. Nhiệm vụ
Hệ thống chống hãm cứng bánh xe khi phanh (Antilock Braking
System_ABS) có nhiệm vụ tránh các bánh xe khỏi bị trượt lê trên đường khi
phanh gấp nhằm đảm bảo an toàn cho người lái xe.
Khi xe chuyển động ở tốc độ không đổi thì tốc độ xe (V
x
) và tốc độ bánh xe
(V
bx
) là như nhau.Tuy nhiên, khi người lái xe tác động lên phanh thì V
x
và V
bx
sẽ
khác nhau. Sự khác nhau đó được đặc trưng bằng hệ số trượt tương đối (λ) và
được xác định theo biểu thức sau:
%100
.
x
bxbx
V
rV

ω
λ
−
=

Để đảm bảo quá trình phanh đạt hiệu quả, tính ổn định và tính dẫn hướng
cao thì λ nằm trong giới hạn λ
0
= (15 - 30)% ( hệ số bám dọc ϕ
x
đạt giá trị cực
đại và hệ số bám ngang ϕ
y
cũng đạt giá trị cao).

Như vậy, nhiệm vụ cơ bản của hệ thống ABS là giữ cho độ trượt tương đối
của bánh xe trong quá trình phanh đạt giá trị trong giới hạn λ
0
.
Hình 4.59. Sự thay đổi hệ số bám dọc
ϕ
x
và ngang
ϕ
y
theo
đ
ộ
trư
ợ

t tương đ
ố
i
λ
c
ủ
a bánh xe khi phanh


Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS

Biên soạn: ThS. Phạm Quốc Thái Trang
`
47


4.5.1.2. Nguyên lý điều chỉnh
Hệ thống chống hãm cứng bánh xe (ABS) thực chất là một bộ điều chỉnh lực
phanh có điều khiển phản hồi. Sơ đồ khối điển hình của ABS có dạng như trên
hình vẽ 4.61 dưới đây, bao gồm:

Hình 4.61. Sơ đồ tổng quát của một hệ thống ABS
1. Cảm biến tốc độ; 2. Bộ điều khiển; 3. Cơ cấu thực hiện; 4. Nguồn năng
lượng; 5. Xylanh chính hoặc tổng van khí nén; 6. Xylanh bánh xe
Hình 4.60. Quá trình phanh có và không có ABS trên đoạn đường cong


Chuyên đề 4: Hệ thống điều khiển ABS

Biên soạn: ThS. Phạm Quốc Thái Trang

`
48

Bộ phận cảm biến 1, bộ phận điều khiển 2, bộ phận chấp hành hay cơ cấu
thực hiện 3 và nguồn năng lượng 4.
Bộ phận cảm biến 1 có nhiệm vụ phản ánh sự thay đổi của các thông số
được chọn để điều khiển (thường là tốc độ góc hay gia tốc chậm dần của bánh xe
hoặc giá trị độ trượt) và truyền tín hiệu đến bộ điều khiển 2. Bộ phận 2 sẽ xử lý
tín hiệu và truyền lệnh đến cơ cấu thực hiện 3 để tiến hành giảm hoặc tăng áp
suất trong dẫn động phanh.
Chất lỏng được truyền từ xylanh chính (hay tổng van khí nén) 5 qua 3 đến
các xylanh bánh xe (hay bầu phanh) 6 để ép guốc phanh và thực hiện quá trình
phanh.
Để hiểu được nguyên lý điều khiển của hệ thống chống hãm cứng bánh xe,
ta khảo sát quá trình phanh xe như trên hình 4.62.

Nếu bỏ qua mômen cản lăn rất nhỏ và để đơn giản coi Z
bx
= const, thì
phương trình cân bằng mô men tác dụng lên bánh xe đối với trục quay của nó khi
phanh, có dạng:

0)( =−−
t
b
bp
d
d
JMM
ω

ϕ

Trong đó: M
p
- Mô men phanh tạo nên bởi cơ cấu phanh.
Hình 4.62. Các lực và mômen tác dụng lên bánh xe khi phanh

Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố
ng
đ
i
ề
u khi
ể
n ABS

Biên so
ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố
c Thái Trang
`
49

M
φ
- Mô men bám của bánh xe với đường.
J
b
- Mô men quán tính của bánh xe.

b
ω
- Tốc độ góc của bánh xe.
Từ đó, ta có gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh:

b
p
t
b
b
J
MM
d
d
)(
ϕ
ω
ε
−
==

Đoạn 0 - 1 – 2 biểu diễn quá trình tăng M
p
khi đạp phanh. Hiệu (M
p
- M
φ
)
tỷ lệ với gia tốc chậm dần ε
b
của bánh xe. Hiệu trên tăng nhiều khi đường M
φ
đi
qua điểm cực đại. Do đó sau thời điểm này, gia tốc ε
b
bắt đầu tăng nhanh. Sự tăng
đột ngột của gia tốc ε
b
chứng tỏ bánh xe sắp bị hãm cứng và được sử dụng làm tín
hiệu vào thứ nhất để điều khiển làm giảm áp suất trong dòng dẫn động. Do có độ
chậm tác dụng nhất định nào đó (phụ thuộc vào tính chất hệ thống), sự giảm áp
suất thực tế bắt đầu từ điểm 2.
Do M
p
giảm, ε
b
giảm theo và bằng không ở điểm 3 (khi M
p
- M
φ
). Vào

thời điểm tương ứng với điểm 4 – mô men phanh có giá trị cực tiểu không đổi.
Trên đoạn từ điểm 3 đến điểm 6, mô men phanh nhỏ hơn mô men bám,
nên xảy ra sự tăng tốc bánh xe. Sự tăng gia tốc góc bánh xe được sử dụng làm tín
hiệu vào thứ hai để điều khiển tăng áp suất trong hệ thống phanh (điểm 5).Khi tốc
Hình 4.
63
. Sự thay đổi
M
p
, M
φ
, và
ε
b
theo
λ
khi phanh có ABS


Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố
ng
đ
i
ề
u khi

ể
n ABS

Biên so
ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố
c Thái Trang
`
50

độ góc bánh xe tăng lên, độ trượt giảm do đó φ và M
φ
cũng tăng lên.
Tiếp theo, chu trình lặp lại. Như vậy, trong quá trình điều khiển, bánh xe
lúc thì tăng tốc lúc thì giảm tốc và buộc M
φ
phải thay đổi theo chu trình kín 1 - 2 -
3 - 4 - 5 - 6 - 1, giữ cho độ trượt của bánh xe dao động trong giới hạn λ
1
÷ λ
2
(hình 4.5), đảm bảo cho hệ số bám có giá trị gần với cực đại nhất.
Trên hình 4. 6 là đồ thị biểu diễn quá trình thay đổi áp suất trong dẫn động
và gia tốc chậm dần của bánh xe khi phanh có ABS theo thời gian.

Hình 4.64 cho thấy, quá trình phanh với ABS nói chung có 3 giai đoạn
(3 pha): tăng áp suất(1→2), giảm áp suất (2→4) và duy trì (giữ) áp suất (4→5).

ABS làm việc với 3 giai đoạn như vậy gọi là ABS 3 pha. Một số ABS có thể
không có pha duy trì áp suất gọi là ABS 2 pha.
Với các hệ thống chống hãm cứng bánh xe hiện nay, hệ số trượt thay đổi
trong khoảng λ
1
÷ λ
2
= (15 ÷ 30)%. Tần số thay đổi áp suất trong dẫn động khí
nén khoảng (3 ÷ 8) Hz còn trong dẫn động thủy lực đến 20Hz.
Để thấy rõ vai trò của ABS có thể tham khảo số liệu trong bảng 4.1 nhận
được khi thử nghiệm xe du lịch trong hai trường hợp có và không có ABS và đồ
thị quá trình phanh trên hình 4.65a và 4.65b.

Hình 4.64. Sự thay đổi áp suất trong dẫn động (a) và gia tốc chậm dần
của bánh xe (b) khi phanh có ABS

Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố
ng
đ
i
ề
u khi
ể
n ABS

Biên so
ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố
c Thái Trang
`
51

Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm khi phanh ôtô du lịch có trang bị ABS
Quảng đường phanh S
p
(m)
Loại đường
Tốc độ bắt đầu
phanh V(m/s)
Có ABS Không ABS
Mức tăng hiệu
quả phanh (%)
Đường bêtông khô
Đường bêtông ướt
13,88
13,88
10,6
18,7
13,1
23,7
19,1
21,1

Đường bêtông khô
Đường bêtông ướt
27,77
27,77
41,1
62,5
50,0
100,0
17,8
37,5


Hình 4.65b. Quá trình phanh điển hình của ôtô có trang bị ABS
Hình 4.65a. Quá trình phanh điển hình trên mặt đường trơn không có ABS

Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố
ng
đ
i
ề
u khi
ể
n ABS

Biên so

ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố
c Thái Trang
`
52

4.5.2. Phân loại hệ thống ABS
Hệ thống ABS được phân loại theo các phương pháp sau:
- Theo phương pháp điều khiển, ABS có thể chia thành hai nhóm lớn: điều
khiển bằng cơ khí và điều khiển điện tử.
- Theo Phương pháp điều chỉnh áp suất phanh:
+ Dùng bình tích năng và bơm hồi (Hình 4.66a).
+ Dùng van xả dầu về bình chứa (Hình 4.66b).
+ Dùng Piston đối áp (Hình 4.66c).

Hình 4.66. Các phương pháp điều chỉnh áp suất phanh
a. Dùng bơm hồi dầu; b. Xả dầu về đường hồi; c. Dùng piston đối áp
1- Bơm dầu; 2- Bình tích năng; 3- Xi lanh chính; 4- Van nạp; 5- Van xả;
6- Cơ cấu phanh; 7- Đường hồi dầu; 8- Van điện từ chính.

Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố
ng

đ
i
ề
u khi
ể
n ABS

Biên so
ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố
c Thái Trang
`
53

- Theo số lượng cảm biến và số dòng dẫn động điều khiển, ABS có thể
được chia làm các loại sau:
+ 4 cảm biến - 4 dòng dẫn động điều khiển: trên sơ đồ này bố trí
4 cảm
biến ở các bánh xe và 4 van điều khiển độc lập (sử dụng phổ biến cho xe động cơ đặt
trước bánh trước chủ động).Với phương án này các bánh xe đều được tự động điều
chỉnh lực phanh sao cho luôn nằm trong vùng có khả năng bám cực đại nên hiệu quả
phanh là lớn nhất. Tuy nhiên, khi phanh trên đường có hệ số bám trái và phải không
đều thì mô men quay vòng cưỡng bức lớn tính ổn định giảm.


+ 4 cảm biến - 3 dòng dẫn động điều khiển:
4 cảm biến bố trí ở các bánh

xe và 4 van điều khiển. Phương án này hai bánh trước được điều khiển độc lập, hai
bánh sau được điều khiển chung theo modul thấp, tức là bánh xe nào có khả năng bám
thấp sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau. Phương án này sẽ loại bỏ được
mô men quay vòng cưỡng bức trên cầu sau tính ổn định tăng nhưng hiệu quả phanh
giảm bớt. Hầu hết các xe có bánh sau chủ động và nhiều xe bánh trước chủ động sử
dụng ABS 3 kênh.


+ 3 cảm biến - 3 dòng dẫn động điều khiển:
sử dụng hai cảm biến tốc độ
bánh xe đặt ở các bánh xe cầu trước và một cảm biến tốc độ bánh xe với vòng răng cảm
biến đặt trên bánh răng vành chậu của bộ vi sai cầu sau.
Hình 4.67. Sơ đồ ABS 4 cảm biến – 4 kênh
Hình 4.68. Sơ đồ ABS 4 cảm biến – 3 kênh

Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố
ng
đ
i
ề
u khi
ể
n ABS

Biên so

ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố
c Thái Trang
`
54


+ 1 cảm biến - 1 dòng dẫn động điều khiển:
sử dụng một cảm biến tốc độ
bánh xe với vòng răng cảm biến đặt trên bánh răng vành chậu của bộ vi sai cầu sau. Sơ
đồ này hai bánh sau được điều khiển chung theo modun chọn thấp, tức là bánh xe nào
có khả năng bám thấp sẽ quyết định áp lực phanh chung cho cả cầu sau. Sơ đồ này
thường được dùng trên các loại xe thể thao, xe tải nặng, vì các loại xe này rất dễ bị hãm
cứng bánh sau khi phanh trong trường hợp non hoặc không tải.

4.5.3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Hình 4.69. Sơ đồ ABS 3 cảm biến – 3 kênh
Hình 4.70. Sơ đồ ABS 1 cảm biến – 1 kênh
Hình 4.71. Sơ đồ cấu tạo hệ thống ABS

Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố

ng
đ
i
ề
u khi
ể
n ABS

Biên so
ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố
c Thái Trang
`
55


Chu trình điều chỉnh áp suất trong dẫn động phanh khi ABS làm việc gồm
3 giai đoạn chính: tăng áp suất, giảm áp suất và duy trì áp suất
 Giại đoạn tăng áp suất (phanh bình thường):
Trong giai đoạn này hệ thống phanh làm việc như một hệ thống phanh
bình thường không có ABS. Giai đoạn này còn gọi là giai đoạn tạo áp suất.
Người lái hoàn toàn điều khiển áp suất cung cấp cho các xi lanh bánh xe và các
thiết bị liên quan khác.
Khi người lái tác dụng lên bàn đạp phanh ép dầu từ xi lanh chính đi qua
cửa “A” (đang mở) rồi qua cửa “C” đến xy lanh bánh xe (cửa “B” đóng), ép má
phanh vào đĩa phanh để thực hiện quá trình phanh (hình 4.73). Van một chiều (7)
(thường đóng) ngăn không cho dầu đi đến bơm. Áp suất trong dẫn động tỷ lệ với

lực đạp. Khi người lái nhả phanh, dầu đi từ xy lanh bánh xe qua cửa “C” rồi qua
cửa “A“ và van một chiều (6) hồi về xy lanh chính.
Hình 4.72. Sơ đồ dẫn động hệ thống phanh ABS
1, 3, 8, 10. Van điện từ 3 vị trí; 2. Xy lanh bánh xe trước bên trái;
4. Xy lanh bánh xe sau bên phải; 5. Bầu tích năng; 6. Mô tơ bơm;
7. Xy lanh bánh xe sau bên trái; 9. Xylanh bánh xe trước bên phải;
11. Van phân phối; 12. Xy lanh chính.


Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố
ng
đ
i
ề
u khi
ể
n ABS

Biên so
ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố
c Thái Trang

`
56


 Giai đoạn giảm áp suất:
Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gửi dòng điện 5A đến cuộn solenoid
của van điện, làm sinh ra một lực điện từ mạnh. Van điện 3 vị trí chuyển động lên
phía trên để đóng cửa “A” và mở cửa “B” cho chất lỏng từ xi lanh bánh xe đi vào
bộ tích năng (1) thoát về vùng áp suất thấp của hệ thống. Do vậy, áp suất trong
dẫn động phanh giảm xuống (hình 4.74), tránh cho các bánh xe khỏi bị hãm cứng.
Cùng lúc đó, môtơ bơm hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU, dầu phanh được
hồi trả về xy lanh phanh chính từ bình chứa. Mặt khác van một chiều 6 và cửa
“A” đóng ngăn không cho dầu phanh từ xy lanh chính vào van điện 3 vị trí. Kết
quả là áp suất dầu bên trong xy lanh bánh xe giảm, ngăn không cho bánh xe bị bó
cứng.
Hình 4.73. Giai đoạn tăng áp suất
1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe;
4- Lò xo hồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều;
9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp.

Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố
ng
đ
i
ề

u khi
ể
n ABS

Biên so
ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố
c Thái Trang
`
57


 Giai đoạn giữ áp suất:
Sơ đồ làm việc của giai đoạn này như trên hình 4.75: Khi áp suất bên trong
xy lanh bánh xe giảm hay tăng, cảm biến tốc độ gửi tín hiệu báo rằng tốc độ bánh
xe đạt đến giá trị mong muốn, ECU cấp dòng điện 2A đến cuộn dây của van điện
để giữ áp suất trong xy lanh bánh xe không đổi.
Khi dòng điện cung cấp cho cuộn Solenoid giảm từ 5A (ở chế độ giảm áp)
xuống 2A (ở chế độ giữ) thì lực từ phát ra trong cuộn Solenoid cũng giảm xuống,
lúc này dưới tác dụng của lực lò xo viên bi bị ép chặt trên đế van làm cho cửa
“A” và cửa “B” đóng lại. Các van một chiều (6) và (7) chịu tác dụng của áp suất
do lực đạp phanh cũng đóng lại. Nhờ đó mà áp suất trong dẫn động phanh được
giữ không đổi mặc dù người lái vẫn tiếp tục đạp phanh.
Hình 4.74. Giai đoạn giảm áp suất
1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe;
4- Lò xo hồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều;
9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp.

Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố
ng
đ
i
ề
u khi
ể
n ABS

Biên so
ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố
c Thái Trang
`
58


Khi cần tăng áp suất trong xy lanh bánh xe để tạo lực phanh lớn, ECU ngắt
dòng điện cấp cho van điện. Vì vậy cửa “A” của van điện 3 vị trí mở, và cửa “B”
đóng. Nó cho phép dầu trong xy lanh phanh chính chảy qua cửa “C” trong van
điện 3 vị trí đến xy lanh bánh xe. Mức độ tăng áp suất dầu được điều khiển nhờ

lặp lại các chế độ “tăng áp” và “giữ áp”.
Chu trình cứ thế lặp đi lặp lại giữ cho bánh xe được phanh ở giới hạn trượt
cục bộ tối ưu mà không bị hãm cứng hoàn toàn.


Hình 4.75. Giai đoạn giữ áp suất
1- Bộ tích năng; 2- Xy lanh bánh xe; 3- Cảm biến tốc độ bánh xe;
4- Lò xo hồi vị; 5- Cuộn Solenoid; 6,7,8- Van một chiều;
9- Xy lanh chính; 10- Bơm cao áp.

Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố
ng
đ
i
ề
u khi
ể
n ABS

Biên so
ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố

c Thái Trang
`
59

4.5.4. Điều khiển hệ thống ABS



ABS ECU
BATT
STP
W
PKB
IG
FR+
FR-
FL+
FL-
RR+
RR-
RL+
RL-
FSS
RSS
MR
SR
R-
T
s
T

c
MT
AST
W
A
Ws
M
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12
18
17
16
15
14 13
Data Link Connector
Hình 4.76. Sơ đồ mạch điều khiển ABS trên ôtô du lịch
1- Ăcquy; 2- Cầu chì chính; 3- Công tắc đèn báo nguy; 4- Công tắc phanh tay;
5- Đèn cảnh báo phanh tay; 6- Công tắc máy; 7- Đèn cảnh báo ABS; 8- Đèn
phanh(stop light); 9- Công tắc bàn đạp phanh; 10- Cụm rơ le điều khiển ABS;
11- Rơ le điều khiển van điện từ; 12- Rơ le điều khiển bơm thủy lực; 13- Bơm thủy
lực; 14- Cụm thủy lực (bộ phận chấp hành); 15- Cảm biến tốc độ bánh xe sau trái;

16- Cảm biến tốc độ bánh xe sau phải; 17- Cảm biến tốc độ bánh xe trước trái;
18- Cảm biến tốc độ bánh xe trước phải.

Chuyên
đề
4: H
ệ
th
ố
ng
đ
i
ề
u khi
ể
n ABS

Biên so
ạ
n: ThS. Ph
ạ
m Qu
ố
c Thái Trang
`
60


Stop
Lamp

S/W
ASR
ABS
IG
ABS20A
3 11 8 10 16912 258 5 2 4 111312 71017 14 11 10 791218 1316 3
1(18 PIN)
2(9 PIN)
3(12 PIN)
4(15 PIN)
1
6
8
14
1
2
2
1
2
1
RR/RH WSS
1
2
3
RR/RH PMV
RR/LH WSS
1
2
3
RR/LH PMV

FRT/RH
WSS
3 2 1
FRT/LH
PMV
12
3 2 1
FRT/RH
PMV
21
FRT/LH
WSS
4
3
2
1
8
7
6
5
9
4
3
2
1
8
7
6
5
9

3
2
4
1
1
2
4
3
EXH S/W
2
4
8
6
8
5
7 6
STOP LAMP
B+
Battery Relay
Generator
‘L`
MICRO S/W
Self Diagnosis S/W
11W
8L
8R
6W
BATT S/W
CLUTCH S/W
0.85RW

0.85WR
1.25WB
0.85B
5PIN
4PIN
12V Relay
0.85WR
1.25WR
0.85WB
20W
0.85L
Self
Diagnosis
Connector
16P
0.85YB
2.0B
20W
0.85YL
1.25B
0.85BR
0.85GL
1.25B
1.25LW
0.85YB
0.85YL
0.85YB
1.25BR
1.25BW
1.25LY

TWIST
TWIST
1.25LW
1.25LgY
TWIST
TWIST
1.25LgW
1.25BG
1.25BY
1.25LY
TWIST
TWIST
1.25LB
1.25LgR
1.25LgB
0.85L
0.85LR
0.85BR
0.85WB
0.85WR
0.85WB
8Y
RR CHASSIS WR`G CONN
6B
CHASSIS WR`G CONN
0.85G
0.85B
0.85BR
0.85W
0.85GW

DBR Relay
ABS W/Lamp
PMV Earth 1R2L
PMV Input
ASR
Self Diagnosis ‘ L’
PMV Earth 1L2R
DBR
Self Diagnosis ‘ K’
ECU Earth
ECU(+)
Stop Lamp
PMV 1R Earth
PMV 1L Earth
EV1R
WSS 1R
WSS 1L
EV 1L
AV 1R
WSS 1R
WSS 1L
AV 1L
PCV2R Earth
WSS 2R
WSS 2L
PCV2L Earth
EV 2R
WSS 2R
WSS 2L
EV 2L

AV 2R
AV 2L
TWIST
TWIST
Hình 3.77. Sơ đồ mạch điều khiển ABS trên xe Bus