Chương 3 HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG (ANTILOCK BRAKING SYSTEM - ABS)

Chương 3
HỆ THỐNG PHANH CHỐNG HÃM CỨNG
(ANTILOCK BRAKING SYSTEM - ABS)
1. Giới thiệu về hệ thống phanh
Để giảm tốc độ của một xe đang chạy và dừng xe, cần thiết phải tạo ra một lực làm cho các
bánh xe quay chậm lại. Khi người lái đạp bàn đạp phanh, cơ cấu phanh tạo ra một lực (phản
lực của mặt đường) làm cho các bánh xe dừng lại và khắc phục lực (quán tính) đang muốn
giữ cho xe tiếp tục chạy, do đó làm cho xe dừng lại. Nói khác đi, năng lượng (động năng)
của các bánh xe quay được chuyển thành nhiệt do ma sát (nhiệt năng) bằng cách tác động
lên các phanh làm cho các bánh xe ngừng quay.
Hệ thống phanh chính được sử dụng khi xe đang chạy là hệ thống phanh chân. Có loại
phanh kiểu tang trống và phanh đĩa, thường được điều khiển bằng áp suất thuỷ lực. Hệ
thống phanh đỗ xe được sử dụng khi đã đỗ xe. Hệ thống phanh đỗ xe tác động vào các
phanh bánh sau qua các dây kéo để xe không dịch chuyển được.
Một hệ thống phanh thông thường gồm có các bộ phận như hình vẽ.

Hình 1: Sơ đồ bố trí hệ thống phanh
- Xi lanh phanh chính
Xi lanh chính là một cơ cấu chuyển đổi lực tác động của bàn đạp phanh thành áp suất thuỷ
lực. Hiện nay, xi lanh chính kiểu hai buồng có hai piston tạo ra áp suất thuỷ lực trong đường
1


ống phanh của hai hệ thống. Sau đó áp suất thuỷ lực này tác động lên các càng phanh đĩa
hoặc các xi lanh phanh của phanh kiểu tang trống. Bình chứa dùng để loại trừ sự thay đổi
lượng dầu phanh do nhiệt độ dầu thay đổi.

Hình 2: Xi lanh chính
Bình chứa có một vách ngăn ở bên trong để chia bình thành phần phía trước và phía sau như
thể hiện ở hình bên trái. Thiết kế của bình chứa có hai phần để đảm bảo rằng nếu một mạch
có sự cố rò rỉ dầu, thì vẫn còn mạch kia để dừng xe. Cảm biến mức dầu phát hiện mức dầu

trong bình chứa thấp hơn mức tối thiểu và sau đó báo cho người lái bằng đèn cảnh báo của
hệ thống phanh. Khi ta đạp lên bàn đạp phanh, xi lanh chính sẽ biến đổi lực đạp này thành
áp suất thuỷ lực. Vận hành của bàn đạp dựa vào nguyên lý đòn bẩy, và biến đổi một lực nhỏ
của bàn đạp thành một lực lớn tác động vào xi lanh chính.
Theo định luật Pascal, lực thuỷ lực phát sinh trong xi lanh chính được truyền qua đường
ống dẫn dầu phanh đến các xi lanh phanh riêng biệt. Nó tác động lên các má phanh để tạo ra
lực phanh. Áp suất bên ngoài tác động lên dầu chứa trong không gian kín được truyền đi
đồng đều về mọi phía. Áp dụng nguyên lý này vào mạch thuỷ lực trong hệ thống phanh áp
suất tạo ra trong xi lanh chính được truyền đều đến tất cả các xi lanh phanh.
Khi đạp bàn đạp phanh, lực đạp được truyền qua cần đẩy vào xi lanh chính để đẩy piston
trong xi lanh này. Lực của áp suất thuỷ lực bên trong xi lanh chính được truyền qua các
đường ống dầu phanh đến từng xi lanh phanh.
1. Hoạt động bình thường
2


(1) Khi không tác động vào các phanh.
Các cúppen của piston số 1 và số 2 được đặt giữa cửa vào và cửa bù tạo ra một đường đi
giữa xi lanh chính và bình chứa. Piston số 2 được lò xo hồi số 2 đẩy sang bên phải, nhưng
bu lông chặn không cho nó đi xa hơn nữa.

Hình 3: Xi lanh chính khi chưa hoạt động
(2) Khi đạp bàn đạp phanh
Piston số 1 dịch chuyển sang bên trái và cúppen của piston này bịt kín cửa bù để chặn
đường đi giữa xi lanh này và bình chứa. Khi piston bị đẩy thêm, nó làm tăng áp suất thuỷ
lực bên trong xi lanh chính. áp suất này tác động vào các xi lanh phanh phía sau. Vì áp suất
này cũng đẩy piston số 2, nên piston số 2 cũng hoạt động giống hệt như piston số 1 và tác
động vào các xi lanh phanh của bánh trước.

Hình 4: Xi lanh chính khi đạp phanh

(3) Khi nhả bàn đạp phanh.
3


Các piston bị đẩy trở về vị trí ban đầu của chúng do áp suất thuỷ lực và lực của các lò xo
phản hồi. Tuy nhiên do dầu phanh từ các xi lanh phanh không chảy về ngay, áp suất thuỷ
lực bên trong xi lanh chính tạm thời giảm xuống (độ chân không phát triển). Do đó, dầu
phanh ở bên trong bình chứa chảy vào xi lanh chính qua cửa vào, và nhiều lỗ ở đỉnh piston
và quanh chu vi của cúppen piston. Sau khi piston đã trở về vị trí ban đầu của nó, dầu phanh
dần dần chảy từ xi lanh phanh về xi lanh chính rồi chảy vào bình chứa qua các cửa bù. Cửa
bù này còn khử các thay đổi về thể tích của dầu phanh có thể xảy ra ở bên trong xi lanh do
nhiệt độ thay đổi. Điều này tránh cho áp suất thuỷ lực tăng lên khi không sử dụng các
phanh.

Hình 5: Xi lanh chính khi nhả bàn đạp phanh

- Đường ống dẫn dầu phanh
Nếu đường ống dẫn dầu phanh bị nứt và dầu phanh rò rỉ ngoài, các phanh sẽ không làm việc
được nữa. Vì lý do này, hệ thống thuỷ lực của phanh được chia thành hai hệ thống đường
dẫn dầu phanh. Áp suất thuỷ lực truyền đến hai hệ thống này từ xi lanh chính được truyền
đến các cành phanh đĩa hoặc các xi lanh phanh. Sự bố trí đường ống dẫn dầu phanh ở các xe
FR khác ở các xe FF. Ở các xe FR các đường ống dầu phanh được chia thành hệ thống bánh
trước và hệ thống bánh sau, nhưng ở xe FF sử dụng đường ống chéo.

4


Hình 6: Bố trí đường dẫn dầu phanh
Vì ở các xe FF, tải trọng tác động vào các bánh trước lớn nên lực phanh tác động vào các
bánh trước lớn hơn các bánh sau. Vì vậy, nếu sử dụng cùng các đường ống dầu phanh của

xe FR cho xe FF thì lực phanh sẽ quá yếu nếu hệ thống phanh bánh trước bị hỏng, do đó
người ta dùng một hệ thống đường ống chéo cho bánh trước bên phải và bánh sau bên trái
và một hệ thống cho bánh trước bên trái và bánh sau bên phải để nếu một hệ thống bị hỏng,
thì hệ thống kia vẫn duy trì được một lực phanh nhất định.
- Bộ trợ lực phanh
Bộ trợ lực phanh là một cơ cấu sử dụng độ chênh lệch giữa chân không của động cơ và áp
suất khí quyển để tạo ra một lực mạnh (tăng lực) tỷ lệ thuận với lực ấn của bàn đạp để điều
khiển các phanh. Bộ trợ lực phanh sử dụng chân không được tạo ra trong đường ống nạp
(bơm chân không trong trường hợp động cơ điêzel).

5


Hình 7: Bộ trợ lực phanh
- Phanh đĩa
Phanh đĩa đẩy piston bằng áp suất thuỷ lực truyền qua đường dẫn dầu phanh từ xilanh chính
làm cho các má phanh đĩa kẹp cả hai bên của rotor phanh đĩa và hãm các lốp dừng quay. Do
đó, vì các rotor của phanh đĩa và các má phanh đĩa cọ vào nhau, phát sinh nhiệt do ma sát.
Tuy nhiên, vì rotor phanh đĩa và thân phanh để hở, nên nhiệt do ma sát sinh ra dễ bị tiêu tán.

Hình 8: Phanh đĩa
- Phanh trống
6


Phanh trống làm lốp ngừng quay bằng áp suất thuỷ lực truyền từ xilanh chính đến xilanh
phanh để ép guốc phanh vào trống phanh, trống này quay cùng với lốp. Khi áp suất đến
xilanh phanh của bánh xe không xuất hiện, lực của lò xo phản hồi đẩy guốc rời khỏi mặt
trong của trống trở về vị trí ban đầu của nó. Khi áp suất đến xilanh phanh của bánh xe
không xuất hiện, lực của lò xo phản hồi đẩy guốc rời khỏi mặt trong của trống trở về vị trí

ban đầu của nó.

Hình 8: Phanh trống
Khi áp suất thuỷ lực tác động vào xilanh của bánh xe, các guốc phanh ở cả hai bên trống bị
ép vào mặt trong của trống bằng một lực tương ứng với áp suất thuỷ lực do piston tác động.
Như thể hiện ở hình bên trái, các lực nén khác nhau phát sinh ở các guốc bên phải và bên
trái.
Lực ma sát làm cho guốc ở bên trái miết vào trống theo chiều quay, ngược lại guốc ở bên
phải phải chịu lực đẩy của trống quay làm giảm lực nén.Tác động làm tăng lực ma sát miết
vào trống được gọi là chức năng tự cấp năng lượng, và guốc nhận chức năng đó gọi là guốc
dẫn, và guốc không nhận được chức năng này được gọi là guốc kéo.

7


Hình 9: Guốc dẫn và guốc kéo
2. Hệ thống phanh chống hãm cứng (ABS)
Để tránh cho các lốp không bị bó cứng và làm mất khả năng quay vô lăng trong khi phanh
khẩn cấp, nên lặp lại động tác đạp và nhả bàn đạp phanh nhiều lần. Tuy nhiên, không có
thời gian để thực hiện việc này trong khi phanh khẩn cấp. Hệ thống ABS dùng một máy
tính để xác định tình trạng quay của 4 bánh xe trong khi phanh và có thể tự động đạp và nhả
phanh.
Sự khác nhau về tỷ lệ giữa tốc độ của xe và tốc độ của các bánh xe được gọi là “hệ số
trượt”. Khi sự chênh lệch giữa tốc độ của xe và tốc độ của các bánh xe trở nên quá lớn, sự
quay trượt sẽ xảy ra giữa các lốp và mặt đường. Điều này cũng tạo nên ma sát và cuối cùng
có thể tác động như một lực phanh và làm chậm tốc độ của xe.
Mối quan hệ giữa lực phanh và hệ số trượt có thể hiểu rõ hơn qua đồ thị ở bên trái. Lực
phanh không tỷ lệ với hệ số trượt, và đạt được cực đại khi hệ số trượt nằm trong khoảng 10
- 30%. Vượt quá 30%, lực phanh sẽ giảm dần. Do đó, để duy trì mức tối đa của lực phanh,
cần phải duy trì hệ số trượt trong giới hạn 10 - 30% ở mọi thời điểm.

Ngoài ra, cũng cần phải giữ lực quay vòng ở mức cao để duy trì sự ổn định về hướng. Để
thực hiện điều này, người ta thiết kế hệ thống ABS để tăng hiệu suất phanh tối đa bằng cách
sử dụng hệ số trượt là 10 - 30% bất kể các điều kiện của mặt đường, đồng thời giữ lực quay
vòng càng cao càng tốt để duy trì sự ổn định về hướng.

8


Hình 10: Lực phanh và hệ số trượt
Dựa vào tín hiệu của các cảm biến tốc độ, ECU ABS cảm nhận tốc độ quay của các bánh xe
cũng như tốc độ của xe.

Hình 12: Sơ đồ bố trí ABS
Trong khi phanh, mặc dù tốc độ quay của các bánh xe giảm xuống, mức giảm tốc sẽ thay
đổi tuỳ theo cả tốc độ của xe trong khi phanh và các tình trạng của mặt đường, như mặt
đường nhựa khô, ướt hoặc có băng.
9


Nói khác đi, ECU đánh giá mức trượt giữa các bánh xe và mặt đường từ sự thay đổi tốc độ
quay của bánh xe trong khi phanh và điều khiển các van điện từ của bộ chấp hành của
phanh theo 3 chế độ: giảm áp suất, giữ áp suất và tăng áp suất để điều khiển tối ưu tốc độ
của các bánh xe.

Hình 13: Sơ đồ điều khiển ABS
ECU liên tục nhận được các tín hiệu tốc độ của bánh xe từ 4 cảm biến tốc độ, và ước tính
tốc độ của xe bằng cách tính toán tốc độ và sự giảm tốc của mỗi bánh xe. Khi đạp bàn đạp
phanh, áp suất thuỷ lực trong mỗi xilanh ở bánh xe bắt đầu tăng lên, và tốc độ của bánh xe
bắt đầu giảm xuống. Nếu bất kỳ bánh xe nào dường như sắp bị bó cứng, ECU sẽ giảm áp
suất thuỷ lực trong xilanh của bánh xe đó.

Khoảng A
ECU ABS đặt các van điện từ vào chế độ giảm áp suất theo mức giảm tốc của các bánh xe,
như vậy sẽ giảm áp suất thuỷ lực trong xilanh của bánh xe. Sau khi áp suất hạ xuống, ECU
chuyển các van điện từ sang chế độ “giữ” để theo dõi sự thay đổi tốc độ của bánh xe. Nếu
ECU cho rằng cần tiếp tục giảm áp suất thuỷ lực, nó sẽ lại giảm áp suất này.
Khoảng B
Khi áp suất thuỷ lực bên trong xilanh của bánh xe giảm (khoảng A), áp suất thuỷ lực tác
động vào bánh xe này giảm xuống. Điều này làm cho bánh xe sắp bị khoá chặt sẽ tăng tốc
độ. Tuy nhiên, nếu áp suất thuỷ lực giảm xuống, lực phanh tác động vào bánh xe này sẽ trở
nên quá thấp. Để tránh điều này, ECU đặt các van điện từ lần lượt vào chế độ “tăng áp suất”
và chế độ “giữ” để bánh xe sắp bị khoá sẽ hồi phục tốc độ.
Khoảng C

10


Khi áp suất thuỷ lực trong xilanh của bánh xe được ECU tăng lên dần dần (khoảng B), bánh
xe lại có xu hướng bị khoá. Do đó, ECU lại chuyển các van điện từ về chế độ “giảm áp
suất” để giảm áp suất bên trong xilanh của bánh xe này.
Khoảng D
Vì áp suất thuỷ lực trong xilanh của bánh xe này lại giảm (khoảng C), ECU lại bắt đầu tăng
áp suất như trong khoảng B.

Hình 14: Chu trình điều khiển ABS
ECU ABS điều khiển các van điện từ và các môtơ bơm theo trình tự để kiểm tra hệ thống
điện của ABS. Chức năng này hoạt động mỗi khi bật khoá điện sang vị trí ON và xe đang
chạy ở tốc độ lớn hơn 6 km/h, với đèn phanh tắt OFF. Nó chỉ hoạt động một lần sau mỗi khi
khoá điện bật ON.

11

Hình 15: Chức năng kiểm tra ban đầu
Bộ chấp hành của phanh
Bộ chấp hành của phanh gồm có van điện từ giữ áp suất, van điện từ giảm áp suất, bơm,
môtơ và bình chứa. Khi bộ chấp hành nhận được tín hiệu từ ECU ABS, van điện từ đóng
hoặc ngắt và áp suất thuỷ lực của xilanh ở bánh xe tăng lên, giảm xuống hoặc được giữ để
tối ưu hoá mức trượt cho mỗi bánh xe. Ngoài ra, mạch thuỷ lực còn thay đổi để đáp ứng yêu
cầu của mỗi loại điều khiển.
Mạch thuỷ lực trong ABS của các xe FF được chia thành hệ thống của bánh trước bên phải
và bánh sau bên trái và hệ thống của bánh trước bên trái và bánh sau bên phải như thể hiện
ở sơ đồ. Sau đây chỉ trình bày hoạt động của một hệ thống trong các hệ thống này, vì các hệ
thống khác cũng hoạt động như vậy.
Mạch thuỷ lực trong ABS của các xe FF được chia thành hệ thống của bánh trước bên phải
và bánh sau bên trái và hệ thống của bánh trước bên trái và bánh sau bên phải như thể hiện
ở sơ đồ. Sau đây chỉ trình bày hoạt động của một hệ thống trong các hệ thống này, vì các hệ
thống khác cũng hoạt động như vậy.

12


Phanh bình thường (khi hệ thống không hoạt động)
Trong khi phanh bình thường, tín hiệu điều khiển từ ECU ABS không được đưa vào. Vì vậy
các van điện từ giữ và giảm ngắt, cửa (a) ở bên van điện từ giữ áp suất mở, còn cửa (b) ở
phía van điện từ giảm áp suất đóng. Khi đạp bàn đạp phanh, dầu từ xilanh chính chảy qua
cửa (a) ở phía van điện từ giữ và được truyền trực tiếp tới xilanh ở bánh xe. Lúc này hoạt
động của van một chiều (2) ngăn cản dầu phanh truyền đến phía bơm.

Hình 16: ABS phanh bình thường

13


Chế độ giảm áp suất
Tín hiệu điều khiển từ ECU ABS đóng mạch các van điện từ giữ và giảm áp suất bằng cách
đóng cửa (a) ở phía van điện từ giữ áp suất, và mở cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp suất.
Việc này làm cho dầu phanh chảy qua cửa (b) đến bình chứa để giảm áp suất thuỷ lực trong
xilanh ở bánh xe. Lúc đó, cửa (e) đóng lại do dầu chảy xuống bình chứa. Bơm tiếp tục chạy
trong khi ABS đang hoạt động, vì vậy dầu phanh chảy vào bình chứa được bơm hút trở về
xilanh chính.

Hình 17: ABS giảm áp suất

14


Chế độ giữ
Tín hiệu điều khiển từ ECU ABS đóng mạch van điện tử giữ áp suất và ngắt van điện từ
giảm áp suất bằng cách đóng kín cửa (a) và cửa (b). Điều này ngắt áp suất thuỷ lực ở cả hai
phía xilanh chính và bình chứa để giữ áp suất thuỷ lực của xilanh ở bánh xe không đổi.

Hình 18: ABS giữ áp suất

15


Chế độ tăng áp suất
Tín hiệu điều khiển từ ECU ABS ngắt các van điện từ giữ và giảm áp suất bằng cách mở
cửa (a) ở phía van điện từ giữ áp suất và đóng cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp giống như
trong khi phanh bình thường. Điều này làm cho áp suất thuỷ lực từ xilanh chính tác động

vào xilanh ở bánh xe, làm cho áp suất thuỷ lực của xilanh ở bánh xe tăng lên.

Hình 19: ABS tăng áp suất

16