Cấu trúc và nguyên lý làm việc của các mô đun ABS khí nén

Cấu trúc và nguyên lý làm việc của các mô đun ABS khí nén

Trên hệ thống điều khiển điện tử của phanh khí nén có ABS, bộ phận thừa
hành là các van điều khiển áp suất khí nén (mô đun ABS khí nén). Các van
điều chỉnh áp suất khí nén được bố trí trên khung xe, theo các mạch dẫn
động điều khiển. Mỗi cụm van điều chỉnh áp suất khí nén được chế tạo thành
các mô đun độc lập.
1.1 Nguyên lý chung:
Nhiệm vụ của các mô đun ABS là thực hiện điều khiển áp suất khí nén tối ưu theo tín
hiệu điều khiển của ECU – ABS.
Trên các sơ đồ dẫn động phanh ABS, van điều chỉnh áp suất khí nén bằng điện tử sử
dụng với hai dạng kết cấu cơ bản như trên hình 1:

Hình (1) : Các sơ đồ nguyên lý của mô đun điều khiển áp suất của ABS
- Sơ đồ a: Dạng van điều chỉnh áp suất trực tiếp, sử dụng hai van màng (1), (2), hai
rơ le điện từ làm việc theo chế độ mạch điều khiển xung 2 mức ( ON, OFF). Van làm
việc như một van nối tiếp đóng mở đường cấp khí nén trực tiếp dẫn tới bầu phanh
bánh xe.
- Sơ đồ b: Dạng van điều chỉnh áp suất cùng với van tự động điều khiển R12. Ở loại
này, các van điện từ (3) và (4) đóng mở đường khí cấp tín hiệu điều khiển dòng cấp
khí nén ( thường trực tại van ) tới bầu phanh bánh xe. Kết cấu như vậy cho phép
giảm tác động trễ của hệ thống.
1.2. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÔ ĐUN ĐIỀU CHỈNH TRỰC TIẾP.
Đối với cầu sau có bầu phanh tích năng, một mạch khí nén cấp cho bầu phanh tích
năng qua van điều khiển áp suất khí nén, một mạch nhả phanh tay không biểu thị
trên hình 2 ( sơ đồ đã nêu ở số trước).


Mạch khí nén cung cấp cho các bầu phanh đi qua mô đun điều khiển áp suất khí nén
cho bầu phanh bánh xe từ: nguồn cấp khí nén, van chia 4 ngả, bình chứa khí nén,
van phân phối 2 dòng, van tự động (R12), mô đun ABS nối tiếp, bầu phanh bánh xe.

Khí nén từ cửa dẫn vào P tác động lên mặt dưới của van màng 1, mở thông khí nén
sang cửa dẫn ra B, tới bầu phanh bánh xe, tiến hành phanh.
Các trạng thái điều chỉnh phanh có sự tham gia của hệ thống điều khiển điện tử ABS
được trình bày trên hình 3.
Các cụm van điện tử điều khiển áp suất khí nén bố trí sau van tự đông của hệ thống,
nên khi phanh trước giới hạn điều chỉnh, các van này cho phép khí nén thông qua,
như trong trạng thái trên hình 3a.
a) Trạng thái phanh (tăng áp – hình 3a)
Khi phanh, các van điện từ A, van điện từ B không được cấp tín hiệu điều khiển từ
ECU (ở trạng thái ban đầu – OFF). Van điện từ A đóng, van điện từ B mở.
Khí nén di vào cửa P tác động vào van màng A. Khí nén cấp sang cửa B đi tới bầu
phanh. Một dòng khí đi trong vỏ qua van B tác động lên van màng B, đóng cửa van,
ngăn không cho khí nén thoát ra ngoài.
Áp suất khi nén cấp đến bầu phanh tăng dần, bánh xe bị phanh. Bánh xe bi phanh
với mômen phanh tăng dần, tốc độ quay giảm, gia tốc phanh tăng dần


b) Trạng thái nhả phanh (giảm áp – hình 3b):
Khi tăng áp, gia tốc phanh của bánh xe tăng tới giới hạn tính toán sẵn trong bộ điều
khiển, tín hiệu nhả phanh của ECU-ABS được đưa đến cuộn dây B (ON). Van A giữ
nguyên ở trạng thái đóng, van B chuyển sang ở trạng thái đóng kín.
Khí nén sau van màng B xả ra khí quyển, van màng B mở, van màng A đóng lại. Khí
nén từ đường dẫn vào P không cấp qua cửa dẫn B. Khí nén từ bầu phanh bánh
xe,qua van màng B xả một phần qua đường xả R ra khí quyển. Bầu phanh giảm áp,
thực hiện nhả bớt phanh.
c) Trang thái giữ phanh (giữ áp – hình 3c):


Trong quá trình phanh, khi gia tốc phanh tăng chậm tới gần giá trị xác định, ECUABS đưa tín hiệu tới van điện từ A(ON), van A mở, tín hiệu ở van điện từ B bị ngắt
(OFF), van điện từ B mở. Khí nén từ cửa P, một mặt vẫn tác dụng lên hai mặt phải

của van màng A, van màng A đóng. Mặt khác khí nén đi qua van điện từ B tác dụng
lên mặt phải của van màng B đóng kín đường dẫn B với đường xã R. Khí nén bầu
phanh bánh xe giữ nguyên áp suất, thực hiện quá trình giữ phanh.
Quá trinh nhả phanh hay giữ phanh xảy ra liên tục, tùy thuộc vào vị trí của các van
màng A, van màng B, hay là phụ thuộc vào vị trí của van điện từ A, van điện từ B.
Điều đó có thể hiểu là: Quá trình nhả phanh, giữ phanh hay tăng phanh phụ thuộc
vào việc cấp tín hiệu (điện áp đưa vào cuộn dây A, B) do ECU-ABS điều khiển.
d)Trạng thái tăng phanh (hình 3d):
Trong trường hợp gia tốc bánh xe tăng lên, bánh xe lại tăng tốc độ, ECU-ABS điều
khiển bộ điều chỉnh áp suất bằng cách ngắt tín hiệu vào cả hai van điện từ (cả hai
van OFF), van trở lại trạng thái tăng áp suất điều khiển theo mạch dẫn khí như trên
hình 3a.
Khi trong hệ thống có sự cố các tín hiệu đưa vào ECU ABS vượt quá các giá trị
ngưỡng hay không có tín hiệu, hệ thống lưu trữ và lập tức đóng mạch điện báo trên
bảng tablo của xe. Hệ thống thực hiện chức năng chuẩn đoán (Self-Diagnosis). Khi
thấy đèn báo sang, cần thiết dừng xe và đưa vào kiểm tra đọc mã chuẩn đoán và
khắc phục kịp thời.
1.3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC MÔĐUN ĐIỀU CHỈNH VỚI VAN TỰ ĐỘNG ĐIỀU
KHIỂN R12
Một dạng van điều chỉnh áp suất của ABS khác sử dụng hai van điện từ và một van
tự động R12 cũng thực hiện các trạng thái phanh tương tự của ABS: trạng thái phanh
trước điều chỉnh, trạng thái giảm áp, giữ áp, tăng áp trở lại.
Cấu trúc của hệ thống phanh khí nén có ABS sử dụng mô đun điều chỉnh với van R12
được trình bày theo sơ đồ của hình 4.

Mạch dẫn khí cho một mô đun điều chỉnh áp suất khí nén và nguyên lý làm việc được
trình bày trên hình 5.
Van R12 được cấp khí theo hai đường:
- Đường khí nén từ bình chứa tới nằm chờ tại cửa dẫn vào P của van R12. Nếu có áp
suất khí mở van R12, khí nén sẽ đi từ bình chứa qua van R12 tới cửa dẫn ra B, bầu

phanh bánh xe, thực hiện phanh.
- Đường khí nén từ van phân phối tới các van điện từ A và B, đi vào phía trên của
pittông trong van R12. Đường khí nén này có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển đóng
mở van R12 (đường cấp khí nén – tín hiệu phanh).
Thân van bố trí lỗ xả khí nhằm mục đích xả khí nhanh ở trạng thái thôi phanh hay
giảm áp.
a) Trạng thái phanh (tăng áp – hình 5a)
Khi bắt đầu phanh, các cuộn dây A và B không có tín hiệu điều khiển (OFF), van điện
từ A và van điện từ B mở, áp suất khí nén từ van phân phối tới mặt trên của pittông,
đẩy pittông đi xuống mở van thông khí nén cấp từ bình chứa qua cửa P sang cửa B
tới bầu phanh bánh xe. Mức độ mở van phụ thuộc vào áp suất khí nén của đường cấp
khí nén – tín hiệu phanh thông qua các van điện từ.
Quá trình phanh thực hiện tăng áp suất phanh cho tới khi gia tốc phanh của bánh xe
tăng tới giới hạn cần điều chỉnh.


b) Trạng thái giữ phanh (giữ áp – hình 5b).
Gia tốc phanh bánh xe đạt tới ngưỡng giá trị cần tiến hành giữ phanh. ECU ABS cấp
tín hiệu cho cuộn dây A, van điên từ A đóng lại, tín hiệu ở cuộn dây B bị ngắt, van
điện từ B mở . Khí nén đẩy pittông đi lên, ngắt đường cấp khí từ P sang B. Đường cấp
khí tín hiệu phanh bị ngắt, đường thoát khí ra khí quyển chưa mở. Áp suất trong bầu
phanh giữ nguyên tạo nên trạng thái giữ phanh.
c) Trạng thái nhả phanh (giảm áp – hình 5c).


Khi gia tốc phanh đat tới mức độ điều chỉnh nhả phanh, ECU ABS cấp tín hiệu điện
điều khiển tới cuộn dây A và B (ON), các van điện từ A và B đều đóng. Đường cấp tín
hiệu phanh bị ngắt, van B đồng thời mở thông khí nén ở vùng trên của pittông ra

ngoài, áp lực khí nén phía dưới pittông đẩy pittông đi lên, thực hiện xả bớt khí nén
trong bầu phanh ra khí quyển (mũi tên trăng – xả khí). Bầu phanh giảm áp suât và
lực phanh ở cơ cấu phanh bánh xe giảm nhỏ.
Van có thể chuyến sang chế độ tăng áp và giữ áp tiếp theo tùy thuộc vào tín hiệu
điều khiển của ECU thông các van điện từ. Ở chế độ giảm áp, chỉ một phần áp suất
bầu phanh được xả ra khí quyển, và sau đó van sẽ chuyển về chế độ giữ hay tăng áp
suất.
d) Trạng thái tăng phanh (tăng áp trở lại – Hình 5d)
Trạng thái tăng áp suất phanh thực hiện như trạng thái ban đầu khi phanh.
Quá trình thay đổi áp suất phanh xảy ra liên tục phụ thuộc vào sự trượt của bánh xe
trên đường, tức là phụ thuộc vào hệ số bám giữa bánh xe và nền đường cho tới khi
vận tốc ô tô giảm nhỏ và xe dừng lại. Nhờ hệ thống thường xuyên được điều chỉnh
áp suất khí nén phanh nên bánh xe sẽ được phanh ở giá trị độ trượt tối ưu và do đó
khả năng tạo nên lực phanh được nâng cao tới mức có thể.
Trên cơ sở các loại mô đun điều chỉnh áp suất khí nén, trên ô tô buýt và ô tô tải ngày
nay sử dụng nhiều dạng sơ đồ cấu trúc khác nhau, tuy nhiên các dạng sơ đồ đều có
thể sử dụng các cụm linh kiện chế tạo theo tiêu chuẩn bố trí trên ô tô. Mô đun điều
khiển áp suất khí nén cũng được lắp ráp và chế tạo theo hướng này.
PGS.TS Nguyễn Khắc Trai, ĐHBK Hà Nội