nghiên cứu về hệ thống phanh abs

Mục lục
Lời nói đầu....................................................................................................................2
Chơng 1. Tổng quan về hệ thống ABS........................................................................3
1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống ABS.....................................................................3
1.2. Hệ thống ABS.........................................................................................................3
1.2.1. Nguyên lý hoạt động của ABS........................................................................3
1.2.2. Sơ đồ hệ thống phanh có ABS.........................................................................4
1.2.3. Quá trình điều khiển của ABS........................................................................7
1.2.4. Các phơng án bố trí hệ thống điều khiển của ABS........................................8
Chơng 2. Các phần tử của hệ thống ABS.................................................................11
2.1. ECU điều khiển....................................................................................................11
2.1.1. Điều chỉnh tốc độ bánh xe............................................................................11
2.2.2. Kiểm tra ban đầu...........................................................................................12
2.2.3. Chẩn đoán......................................................................................................12
2.2. Bộ chấp hành của hệ thống ABS..........................................................................12
2.2.1. Khi phanh bình thờng (hệ thống ABS không hoạt động)............................14
2.2.2. Khi phanh khẩn cấp (ABS hoạt động)..........................................................14
2.3. Cảm biến tốc độ bánh xe......................................................................................16
2.4. Cảm biến gia tốc...................................................................................................17
2.5. Cảm biến gia tốc ngang........................................................................................18
2.6. Đồng hồ táp lô......................................................................................................18
Chơng 3: Kết luận......................................................................................................20
Tài liệu tham khảo.....................................................................................................22

1


Lời nói đầu
Cùng với sự phát triển nh vũ bão của khoa học kĩ thuật nói chung và kỹ thuật
điện - điện tử, tự động hóa nói riêng chất lợng xe ô tô đã có những tiến bộ đáng kể.
Chính kỹ thuật này đã làm thay đổi hẳn nội dung truyền thống của ô tô, không chỉ đơn

thuần là những cụm kết cấu cơ khí mà là những modul điện tử tinh xảo và vì vậy ngày
nay khó có thể phân biệt rạch ròi một cơ cấu là cơ khí hay điện tử mà thay vào đó là
các cơ cấu, hệ thống cơ điện tử. Có thể nói hầu hết các thiết bị điện - điện tử trên xe
hiện nay đều là các hệ thống cơ điện tử thực hiện các chức năng về điều khiển đo lờng
và kiểm tra. Mức độ tự động hóa và máy tính hóa ngày càng cao.
Hệ thống phanh là một trong những hệ thống cơ bản và quan trọng của xe ô tô
nói chung. Hệ thống phanh nhằm mục đích giảm vận tốc hoặc dừng xe hẳn khi cần
thiết. Lúc đó, ngời lái giảm lợng nhiên liệu cung cấp vào động cơ, đồng thời phanh để
hãm xe lại. Nhờ có hệ thống phanh mà ngòi lái có thể nâng cao vận tốc chuyển động
trung bình của ô tô và bảo đảm an toàn khi chuyển động. Tuy nhiên, khi phanh mạnh
và đột ngột các bánh xe bị bó cứng và trợt lết, điều này sẽ làm cho xe mất ổn định
chuyển động. Nếu các bánh xe trớc bị bó cứng thì lái xe không thể lái, điều khiển đợc
xe. Nếu các bánh sau bị bó cứng, do lực cản ma sát giữa các bánh là khác nhau nên
các lực ngang ở các bánh này cũng khác nhau vì vậy xe bị lắc đuôi. Còn nếu các
bánh xe bị bó hoàn toàn xe xe bị mất điều khiển hoàn toàn, điều này đặc biệt nguy
hiểm khi xe chuyển động với vận tốc cao hay chuyển động trên đờng cong. Nh vậy,
việc chống hãm cứng bánh xe khi phanh là cần thiết để đảm bảo an toàn cho xe trong
mọi trờng hợp. Đây chính là nguyên nhân ra đời của hệ thống chống hãm cứng bánh
xe Anti-lock Braking System hay Antiblockiersystem (ABS).
Với sự cố gắng của bản thân và sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo T.S Đào Hoa
Việt tôi thực hiện tiểu luận Hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS. Mặc dù đã cố
gắng trình bày nhng do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm nên bài viết không thể
tránh khỏi thiếu sót. Kính mong thầy giáo và các bạn cho ý kiến đóng góp.

2


Chơng 1. Tổng quan về hệ thống ABS
1.1. Lịch sử phát triển của hệ thống ABS
Hệ thống ABS đợc sử dụng đầu tiên trên các máy bay thơng mại vào năm 1949,

chống hiện tợng trợt ra khỏi đờng băng khi máy bay hạ cánh. Nhng do công nghệ của
những năm đó còn hạn chế vì vậy kết cấu hệ thống ABS còn cồng kềnh, hoạt động
không tin cậy, quá trình làm việc cha linh hoạt trong các tình huống.
Năm 1969, công nghệ kỹ thuật điện tử phát triển, các vi mạch (microchip) ra
đời, hệ thống ABS lần đầu tiên đợc lắp trên ô tô. Công ty Toyota sử dụng lần đầu tiên
vào năm 1971, đây là hệ thống ABS 1 kênh điều khiển đồng thời 2 bánh sau. Năm
1980 kỹ thuật điều khiển điện tử, vi xử lý (digital microprocessors / microcontrollers)
thay cho các hệ thống điều khiển tơng tự (analog) đơn giản trớc đó.
Trong giai đoạn đầu, hệ thống ABS chỉ đợc lắp trên các xe du lịch cao cấp, đắt
tiền, theo yêu cầu của thị trờng, dần dần hệ thống này đợc đa vào sử dụng rộng rãi
hơn. Đến nay, ABS đã trở thành tiêu chuẩn bắt buộc đối với đối với các loại xe du lịch
và các xe hoạt động ở những vùng đờng băng tuyết dễ trơn trợt. Mặt khác, hiện nay hệ
thống ABS không chỉ thiết kế trên các hệ thống phanh dẫn động thuỷ lực mà còn ứng
dụng rộng rãi trên hệ thống phanh dẫn động khí nén của các xe tải và xe khách cỡ lớn.
Nhằm nâng cao tính ổn định và an toàn của xe khi hoạt động, hệ thống ABS còn đợc
thiết kế kết hợp với nhiều hệ thống khác:
- Hệ thống kiểm soát lực kéo Traction Regulator Control (TRS) hay Acceleraion
Slip Regulator (ASR).
- Hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử Electronic Brakeforce Distribution
(EBD) và hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp Brake Assit System (BAS).
- Hệ thống làm tăng lực phanh ở các bánh xe Brake Assist System (BAS), để
quãng đờng phanh ngắn nhất trong trờng hợp phanh gấp.
Ngày nay, với sự hỗ trợ của kỹ thuật điện tử, điều khiển tự động, các phần mềm
tính toán, lập trình mạnh nh Matlab Simulink, Matlab - Stateflow cho phép nghiên
cứu và ứng dụng các phơng pháp điều khiển mới trong hệ thống ABS nh điều khiển
mờ, điều khiển thông minh, tối u hoá quá trình điều khiển ABS.
1.2. Hệ thống ABS
1.2.1. Nguyên lý hoạt động của ABS
Nguyên lý hoạt động của ABS là điều khiển áp suất dầu trong cơ cấu chấp hành
hệ thống phanh giữ cho bánh xe trong quá trình phanh có độ trợt thay đổi trong giới

hạn hẹp quanh giá trị 0 để tận dụng đợc hết khả năng bám, khi đó hiệu quả phanh sẽ
cao nhất, đồng thời tính ổn định và tính dẫn hớng là tốt nhất.

3


1.2.2. Sơ đồ hệ thống phanh có ABS
a. Sơ đồ trạng thái đơn giản của 1 kênh ABS
Có nhiều phơng án điều khiển mô men phanh của cơ cấu phanh, phổ biến là loại
đợc trình bày dới dạng sơ đồ trạng thái không gian hình 1.1, giải thích các chế độ hoạt
động của một khối ABS đơn giản:
Phanh th
ờng

Giảm
áp
suất

KTCĐ phanh
với ABS đợc
K.hoạt

Tăng áp
chậm

Giữ hay
tăng, giảm
áp suất

Tăng áp

nhanh

Hình 1.1 : Sơ đồ trạng thái biểu diễn hoạt động của ABS
Khi phanh nhẹ, gia tốc góc của bánh xe thay đổi nhỏ thì hoạt động của hệ thống
phanh là bình thờng (Normal braking), ABS không làm việc.
Khi phanh gấp hay phanh trên đờng trơn, gia tốc góc chậm dần của bánh xe
tăng nhanh, có hiện tợng các bánh xe bị hãm cứng, thì ABS đa ra tín hiệu điều khiển
giảm áp suất phanh để chống lại sự hãm cứng các bánh xe. Sau đó áp suất phanh đợc
điều khiển ở các chế độ giữ áp hoặc tăng áp/ giảm áp (Hold or build/decay), thực hiện
chế độ tăng áp chậm hay tăng áp nhanh (Slow build or fast build) để duy trì độ trợt tối
u. Chu kỳ giảm áp giữ áp tăng áp đợc điều khiển lặp lại phụ thuộc vào tình trạng
trợt của các bánh xe với mặt đờng sau đó kết thúc chế độ phanh với ABS đợc kích hoạt
(End antilock) trở về trạng thái phanh bình thờng. Tuỳ thuộc vào điều kiện bề mặt đờng và kết cấu, khả năng đáp ứng, xử lý nhanh của bộ vi xử lý trong ECU của ABS số
chu kỳ điều khiển thờng thay đổi trong khoảng 4 10 lần /giây.
b.
Sơ đồ hệ thống
Một hệ thống phanh có ABS cũng đợc thiết kế trên cơ sở một hệ thống phanh
thờng và có thêm các cụm, bộ phận chính (hình 1.2).

4


Hình 1.2: Sơ đồ hệ thống ABS
- Cụm tín hiệu vào: có nhiệm vụ nhận biết tình trạng của bánh xe khi phanh.
Tuỳ theo sự lựa chọn nguyên lý điều chỉnh có thể có các cảm biến đo vận tốc góc của
bánh xe, áp suất dầu trong dẫn động phanh, gia tốc của ô tô và các cảm biến khác.
- Bộ điều khiển (ECU): nhận biết và xử lý các thông tin từ các tín hiệu vào để
điều khiển bộ chấp hành thuỷ lực cung cấp hay ngừng cung cấp dầu đến xy lanh công
tác hay xả bớt dầu từ xy lanh công tác đến thùng chứa dầu hồi.
- Cụm van điều khiển trong bộ chấp hành thuỷ lực hoạt động theo lệnh từ ECU

làm tăng, giảm hay giữ nguyên áp suất dầu khi cần để duy trì giá trị hệ số trợt trong
khoảng tốt nhất (10 ữ 30% ), tránh hiện tợng bánh xe bị hãm cứng.
Hình 1.3 trình bày đồ thị chỉ sự thay đổi một số thông số của quá trình phanh và
gia tốc chuyển động của bánh xe khi có ABS.

5


Hình 1.3: Sự thay đổi thông số mômen phanh ( M p ) áp suất dẫn động phanh (p
và gia tốc (a) của bánh xe khi phanh có ABS.
Khi tác dụng một lực lên bàn đạp phanh thì áp suất dẫn động tăng lên, nghĩa là
mômem phanh M p tăng lên làm giá trị của gia tốc chậm dần của bánh xe tăng lên và
làm tăng độ trợt của nó. Sau khi trợt qua điểm cực đại trên đờng cong x = f (x) thì gia
tốc chậm dần của bánh xe bắt đầu tăng đột ngột. Điều này báo hiệu bánh xe có xu h ớng bị hãm cứng. Giai đoạn này ứng với các đờng cong 0 1 trên hình vẽ 1.3. a,b,c
gọi là pha I (pha bắt đầu phanh hay pha tăng áp) trong dẫn động phanh.
Bộ điều khiển của hệ thống ABS lúc này sẽ ghi lại gia tốc tại thời điểm 1 đạt giá
trị tới hạn (đoạn C 1 trên hình vẽ 1.3.c) và ra lệnh cho bộ chấp hành thuỷ lực phải giảm
áp suất trong dẫn động phanh. Sự giảm áp suất đợc bắt đầu với độ trễ nhất định do đặc
tính của hệ thống. Quá trình tiến từ điểm 1 đến điểm 2 đợc gọi là pha II (pha giảm áp
suất trong dẫn động phanh). Gia tốc của bánh xe lúc này giảm dần và tại điểm 2 gia
tốc tiến dần đến giá trị 0. Giá trị gia tốc lúc này tơng ứng với đoạn C 2 trên hình1.3.c.
Sau khi đạt giá trị này, bộ điều khiển ra lệnh cho bộ chấp hành ổn định áp suất trong
dẫn động. Lúc này bánh xe tăng tốc trong chuyển động tơng đối và vận tốc của bánh
6


xe tiến gần đến vận tốc của ô tô, nghĩa là độ trợt sẽ giảm và nh vậy hệ số bám dọc tăng
lên (đoạn 2-3). Giai đoạn này gọi là pha III (pha giữ áp suất ổn định).
Bởi vì mômen phanh M p trong thời gian này đợc giữ cố định cho nên gia tốc
chậm dần cực đại của bánh xe trong chuyển động tơng đối sẽ phát sinh tơng ứng với

lúc hệ số bám dọc x đạt giá trị cực đại. Gia tốc chậm dần cực đại lúc này đợc chọn
làm thời điểm phát lệnh và tơng ứng với đoạn C 3 trên hình 1.3.c. Lúc này bộ điều
khiển ghi lại giá trị gia tốc này và ra lệnh cho bộ chấp hành tăng áp suất dẫn động
phanh.
Nh vậy, sau thời điểm 3 lại bắt đầu pha I chu kỳ làm việc tiếp theo của hệ thống
ABS. Từ lập luận trên thấy rằng hệ thống ABS điều khiển mômen phanh thay đổi theo
chu kỳ khép kín 1-2-3-1 (hình 1.3.a), lúc đó bánh xe làm việc ở vùng có hệ số bám
dọc cực đại x max hệ số bám ngag y cũng có giá trị cao. Trong trờng hợp bánh xe bị
hãm cứng thì các thông số sẽ diễn biến theo đờng nét đứt trên hình 1.3.a.
Trên hình 1.4 trình bày sự thay đổi tốc độ góc b của bánh xe, tốc độ ô tô (v) và
độ trợt bánh xe theo thời gian khi phanh trên xe có trang bị ABS.

Hình 1.4: Sự thay đổi tốc độ góc ( x ) của bánh xe, tốc độ ô tô (v) và
độ trợt ( ) theo thời gian (t) khi phanh có ABS.
1.2.3. Quá trình điều khiển của ABS
Một hệ thống ABS làm việc tối u, đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lợng phanh
của ô tô phải thoả nãm đồng thời các yêu cầu :
- Đáp ứng đợc yêu cầu về an toàn liên quan đến động lực học phanh và chuyển
động của ô tô. Hệ thống phải làm việc ổn định và có khả năng thích ứng cao, điều
khiển tốt trong suốt dải tốc độ của xe và ở bất kỳ loại đờng nào;

7


- Hệ thống phải khai thác một cách tối u khả năng phanh của các bánh xe trên
đờng, do đó giữ tính ổn định hớng và khả năng lái khi phanh trong lúc đang quay vòng
và giảm quãng đờng phanh
- Hệ thống phải có chế độ tự kiểm tra, chẩn đoán và an toàn. Nếu phát hiện một
lỗi nào đó có thể làm h hỏng sự làm việc của ABS thì hệ thống sẽ thông báo, khi đó
hệ thống phanh sẽ làm việc nh một hệ thống phanh bình thờng.

Nh đã đề cập ở trên, mục tiêu của hệ thống ABS là giữ cho quá trình phanh có
độ trợt thay đổi trong giới hạn hẹp quanh giá trị 0 ( = 10 ữ 30%) . Khi đó hiệu quả
phanh cao nhất, lực phanh đạt giá trị cực đại do giá trị x max , đồng thời tính ổn định
của xe là tốt nhất ( y đạt giá trị cao).
1.2.4. Các phơng án bố trí hệ thống điều khiển của ABS
Dựa trên phơng pháp điều khiển: theo ngỡng trợt, độc lập hay phụ thuộc, theo
kênh; để có các phơng án bố trí hệ thống điều khiển của ABS, nhng phơng án nào
cũng phải thoả mãn:
- Tận dụng đợc khả năng bám cực đại giữa bánh xe với mặt đờng trong quá
trình phanh, làm hiệu quả phanh tăng tức là giảm quãng đờng phanh.
- Duy trì khả năng bám ngang trong vùng có giá trị đủ lớn, nhờ vậy làm tăng
tính ổn định chuyển động và ổn định quay vòng của xe khi phanh.
Hình 1.5, trình bày 6 phơng án bố trí hệ thống điều khiển của ABS tại các bánh
xe :
a. Phơng án 1: ABS có 4 kênh với các bánh xe đợc điều khiển độc lập, có 4
cảm biến bố trí ở 4 bánh xe và 4 van điều khiển độc lập, sử dụng hệ thống phanh bố trí
dạng mạch thờng.
b. Phơng án 2. ABS có 4 kênh điều khiển và mạch phanh bố trí chéo, có 4 cảm
biến bố trí ở các bánh xe và 4 van điều khiển. Trờng hợp 2 bánh trớc đợc điều khiển
độc lập, hai bánh sau đợc điều khiển chung theo ngỡng trợt thấp.

8


a. Phơng án1 b. Phơng án 2

c. Phơng án 3

d. Phơng án 4
e. Phơng án 5

f. Phơng án 6
Hình 1.5: Các phơng án bố trí điều khiển ABS.
c. Phơng án 3. ABS có 3 kênh điều khiển, trong trờng hợp này 2 bánh xe sau đợc điều khiển độc lập theo ngỡng trợt thấp, còn ở cầu trớc chủ động có thể bố trí theo
kiểu: Lực phanh 2 bánh xe cầu trớc bằng nhau và đợc điều chỉnh theo ngỡng trợt thấp
hay sử dụng 4 cảm biến tốc độ đặt tại 4 bánh xe.
d. Phơng án 4. Tơng tự phơng án 3, cầu chủ động đợc điều khiển theo mode
chọn cao, tức là áp suất phanh đợc điều chỉnh theo ngỡng trợt của bánh xe bám tốt
hơn. Điều này làm tăng tính ổn định nhng hiệu quả phanh kém do mômen xoay xe khá
lớn.
e. Phơng án 5. Trên mỗi cầu xe chỉ đặt một cảm biến tại 2 bánh xe chéo nhau
để điều khiển áp suất phanh chung cho cả cầu xe. Cầu trớc đợc điều khiển theo ngỡng
trợt cao, còn cầu sau điều khiển theo ngỡng trợt thấp.
g. Phơng án 6. Sử dụng cho 2 mạch chéo với 2 cảm biến tốc độ đặt tại cầu sau,
áp suất phanh trên bánh xe chéo nhau sẽ bằng nhau. Ngoài ra các bánh xe cầu sau đợc
điều khiển chung theo ngỡng trợt thấp. Hệ thống này tạo sự ổn định cao nhng hiệu quả
quả phanh thấp.
Hình vẽ 1.6 minh hoạ cho mối liên hệ giữa hiệu quả phanh và sự ổn định hớng
của các phơng án bố trí điều khiển ABS .

Hình 1.6: Hiệu quả phanh và ổn định đối với các phơng án bố trí ABS.
1/ Điều khiển độc lập ở tất cả các bánh xe;
9


2/ Các bánh xe cầu trớc đợc điều khiển độc lập, các bánh xe cầu sau
điều khiển phụ thuộc; 3/ Không có ABS;
4/ Các bánh xe cầu trớc, cầu sau điều khiển phụ thuộc (theo từng cầu);
5/ Điều khiển phụ thuộc ở tất cả các cầu.

10

Chơng 2. Các phần tử của hệ thống ABS
Ngoài các cụm bộ phận chính của hệ thống phanh thì ABS gồm 3 cụm chính:
cụm tín hiệu vào, ECU điều khiển, bộ phận chấp hành.
2.1. ECU điều khiển
ECU điều khiển là tổng hợp các vi xử lý, đợc chia làm 4 cụm : phần xử lý tín
hiệu; phần lôgic; bộ phận an toàn; bộ phận chẩn đoán và lu giữ mã lỗi. Có các chức
năng chính:
2.1.1. Điều chỉnh tốc độ bánh xe
ECU liên tục nhận đợc tín hiệu từ cảm biến tốc độ và tính toán tốc độ, gia tốc
góc của mỗi bánh xe.
- Khoảng A: Khi đạp bàn đạp phanh, áp suất dầu trong xi lanh công tác tăng lên
và tốc độ của bánh xe bắt đầu giảm xuống. Nếu bánh xe nào sắp bị bó cứng, ECU điều
khiển các van điện từ ở chế độ giảm áp, nh vậy dầu xi lanh xy lanh công tác đợc xả
về thùng chứa dẫu hồi, áp suất dầu giảm xuống. Sau khi áp suất dầu giảm, ECU điều
khiển các van điện từ chuyển sang chế độ giữ áp và theo dõi sự thay đổi tốc độ của
bánh xe.

Gia tốc
bánh xe

Hình 2.1: Điều khiển chống hãm cứng bánh xe khi phanh.
- Khoảng B: Khi áp suất dầu trong xi lanh công tác giảm, làm cho bánh xe sắp
bị phanh tăng tốc độ, lúc này ECU điều khiển các van điện từ sang chế độ tăng áp
đến một giá trị nhất định lại chuyển chế độ giữ áp bánh xe bị phanh tốc độ của nó
lại giảm xuống.
- Khoảng C: Khi ECU điều khiển van điện từ làm áp suất dầu trong xi lanh công
tác tăng lên dần dần (khoảngB), bánh xe lại có xu hớng bị hãm cứng, ECU lại chuyển
các van điện từ về chế độ giảm áp suất.

11


- Khoảng D: Khi áp suất dầu trong xi lanh công tác giảm (khoảng C), ECU điều
khiển van điện từ chuyển sang chế độ tăng áp, áp suất dầu nh trong khoảng B.
Quá trình nh vậy cứ lặp đi lặp lại cho đến khi bánh xe bị phanh dừng lại không
bị trợt lết trên mặt đờng.
2.2.2. Kiểm tra ban đầu
Chức năng này hoạt động mỗi khi bật khoá điện (sang vị trí ON), xe đang chạy
ở tốc độ lớn hơn 6km/h, đèn phanh tắt (OFF), nó chỉ hoạt động một lần sau mỗi khi
bật khoá điện.
2.2.3. Chẩn đoán
Nếu một sự cố xảy ra ở bất cứ một vị trí nào của hệ thống, đèn báo của ABS
trong đồng hồ táp lô sẽ sáng lên và báo cho ngời lái rằng sự cố đã xảy ra và lu giữ
trong bộ nhớ dới dạng mã chẩn đoán h hỏng (DTC).
2.2. Bộ chấp hành của hệ thống ABS
Bộ chấp hành của hệ thống ABS có van điện từ, bơm, mô tơ và bình chứa. Khi
bộ chấp hành nhận đợc tín hiệu từ ECU điều khiển van điện từ đóng hoặc ngắt và áp
suất cơ cấu phanh bánh xe tăng lên, giảm xuống hoặc giữ nguyên để tối u hoá mức độ
trợt của bánh xe. Bộ chấp hành của phanh có nhiều loại nh:
- Van điện từ 2 vị trí có van điều khiển lu lợng bằng cơ học, vận hành không
theo chỉ thị trực tiếp từ ECU để điều khiển áp suất thuỷ lực của từng phanh.

Hình 2.2: Van điện từ 2 vị trí điều khiển lu lợng.
- Van điện từ 3 vị trí điều khiển áp suất dầu của mỗi cơ cấu phanh bánh xe dựa
vào tín hiệu ECU.
12


Hình 2.3: Van điện từ 3 vị trí điều khiển áp suất thuỷ lực

mỗi phanh dựa vào tín hiệu ECU.
- Bộ chấp hành phanh ABS & VSC &TRC&BA: Mạch thuỷ trong ABS đợc chia
thành hệ thống bánh trớc bên phải và bánh sau bệ trái; bánh trớc bên trái và bánh sau
bên phải nh trên sơ đồ hình 2.4.

Hình 2.4: Bộ chấp hành phanh ABS & VSC &TRC&BA
Sau đây chỉ trình bày hoạt động của hệ thống bánh trớc bên phải và bánh sau
bên trái.

13


2.2.1. Khi phanh bình thờng (hệ thống ABS không hoạt động)
Khi phanh xe ở tốc độ chậm (dới 20km/h) hay phanh từ từ, ECU điều khiển cơ
cấu chấp hành của ABS không làm việc; cửa A van điện từ giữ áp suất mở, cửa B van
điện từ giảm áp suất đóng. Dầu từ xi lanh chính qua cửa A van điện từ giữ đến xy lanh
công tác ở các bánh xe, lúc này van một chiều 2 ngăn không cho dầu đến bơm.
ở chế độ phanh thờng: ECU cung cấp tín hiệu điện 0 ampe; van điện mở cửa A,
đóng của B; Bơm điện không hoạt động; bộ thủy lực không hoạt động.
2.2.2. Khi phanh khẩn cấp (ABS hoạt động)
- Chế độ giảm áp: ECU điều khiển cơ cấu chấp hành của hệ thống ABS đóng
mạch van điện từ giữ và giảm áp suất, cửa A ở van điện từ giữ đóng và mở cửa B ở van
điện từ giảm, làm cho dầu phanh chảy qua cửa B đến bình chứa để giảm áp suất thuỷ
lực trong xi lanh công tác ở bánh xe. Bơm dầu làm việc dầu phanh chảy vào bình chứa
đợc hút trở về xi lanh chính.

Hình 2.5: Chế độ giảm áp suất.
ở chế độ phanh khẩn cấp, pha giảm áp suất: ECU cung cấp tín hiệu điện 5
ampe; van điện mở cửa B, đóng cửa A; Bơm điện hoạt động ; bộ thuỷ lực giảm áp suất.
- Chế độ giữ áp: ECU điều khiển cơ cấu chấp hành của hệ thống ABS đóng

mạch van điện từ giữ và ngắt mạch van điện từ giảm áp suất, bằng cách đóng kín cửa
A và cửa B. Cả hai phía xy lanh chính và bình chứa không thông với nhau để giữ áp
suất dầu ở xi lanh bánh xe không đổi.
14


ở chế độ phanh khẩn cấp, pha giữ áp suất: ECU cung cấp tín hiệu điện 2 ampe;
van điện đóng cửa A, cửa B; Bơm điện hoạt động; bộ thuỷ lực giữ áp suất.

Hình 2.6: Chế độ giữ áp.
- Chế độ tăng áp: ECU điều khiển cơ cấu chấp hành của hệ thống ABS ngắt
mạch van điện từ giữ áp và giảm áp suất bằng cách mở a ở phía van điện từ giữ áp suất
và đóng cửa b ở phía van điện từ giảm áp suất giống nh khi phanh bình thờng; làm cho
áp suất dầu của xi lanh bánh xe tăng lên.
ở chế độ phanh khẩn cấp, pha tăng áp suất: ECU cung cấp tín hiệu điện 0 ampe;
van điện mở cửa A, đóng cửa B; Bơm điện hoạt động; bộ thuỷ lực tăng áp suất.

15


Hình 2.7: Chế độ tăng áp.
2.3. Cảm biến tốc độ bánh xe
Cảm biến tốc độ bánh xe dùng để đo vận tốc góc của bánh xe và gửi về ECU d ới dạng tín hiệu điện. Cảm biến tốc độ bánh xe có hai loại: cảm biến từ và cảm biến
Hall.

Hình 2.8: Cảm biến tốc độ bánh xe loại điện từ.
Khi bánh xe quay tuỳ theo tốc độ góc của bánh xe, tín hiệu liên tục đợc gửi về
ECU, các xung điện áp đợc tạo ra ở tốc độ thấp có thể nhỏ hơn 100mV hoặc ở tốc độ
cao lớn hơn 100 mV của xe. Để hệ thống ABS làm việc tốt khe hở giữa lõi từ và đỉnh
răng của vành răng chỉ khoảng 1mm và độ sai lệch nằm trong giới hạn cho phép. Ta có

tín hiệu điện áp cảm biến tốc độ bánh xe.

16


Hình 2.9: Tín hiệu điện áp của cảm biến tốc độ bánh xe.
2.4. Cảm biến gia tốc
Trên một số xe ngoài cảm biến tốc độ bánh xe, còn đợc trang bị thêm một cảm
biến gia tốc cho phép ECU xác định chính xác hơn sự biến thiên vận tốc của bánh xe
trong quá trình phanh. Cảm biến gia tốc còn gọi là cảm biến G.
Cảm biến gia tốc gồm 2 cặp đèn LED (Light Emited Diod) và phototransistors
(transitstor quang), một đĩa xẻ rãnh và một mạch biến đổi tín hiệu. Khi gia tốc của xe
thay đổi, các đĩa xẻ rãnh lắc theo chiều dọc xe tơng ứng với mức độ thay đổi của gia
tốc.

Hình 2.10: Vị trí cấu tạo của cảm biến gia tốc.
Các rãnh trên đĩa ngắt hay cho ánh sáng từ đèn LED đến phototransistors, làm
phototransistors đóng mở báo tín hiệu về ECU. ECU nhận tín hiệu này để xác định
chính xác tình trạng mặt đờng và điều chỉnh các tín hiệu thích hợp. Tín hiệu này đợc
dùng để ECU điều khiển làm chậm sự tăng mômen xoay xe.
Sử dụng hai cặp đèn LED và phototransistors sẽ tạo ra sự đóng mở của các
phototransistor, chia mức độ giảm tốc thành 4 mức hình 2.11.

17


Hình 2.11: Các chế độ hoạt động của cảm biến gia tốc.
2.5. Cảm biến gia tốc ngang
Cảm biến gia tốc ngang đợc trang bị trên một vài kiểu xe, giúp tăng khả năng
ứng xử của xe khi phanh trong lúc đang quay vòng, có tác dụng làm chậm quá trình

tăng mô men xoay xe.

Hình
2.12:
Cảm biến gia tốc ngang.
Trong trờng hợp này một cảm biến phototransistors giống nh cảm biến giảm tốc
đợc gắn ở trục ngang của xe hay một cảm biến bán dẫn đợc sử dụng để đo gia tốc
ngang. Ngoài ra, cảm biến bán dẫn cũng đợc sử dụng để đo sự giảm tốc, do nó có thể
đo đợc cả gia tốc ngang và gia tốc dọc hình 2.12.
2.6. Đồng hồ táp lô
Đồng hồ táp lô gồm: đèn báo ABS và đèn báo hệ thống phanh.
18


- Đèn báo ABS: Khi ECU phát hiện thấy có sự cố của hệ thống ABS hoặc hệ
thống hỗ trợ phanh thì đèn này bật sáng để báo cho ngời lái.
- Đèn báo hệ thống phanh: Khi đèn này sáng lên đồng thời với đèn báo ABS, nó
báo cho ngời lái biết rằng có sự cố ở hệ thống ABS và EBD.

19


Chơng 3: Kết luận
Trên đây đã trình bày về nguyên lý hoạt động hệ thống chống bó cứng bánh xe
ABS cũng nh các phần tử của hệ thống. Trong nội dung của tiểu luận chỉ trình bày một
cách định tính, để hiểu rõ hơn quá trình hoạt động của hệ thống cũng nh những phản
ứng (quá trình vật lý) của hệ thống trong quá trình đó chúng ta phải tính toán định lợng và trực quan hơn là mô phỏng quá trình hoạt động. Quá trình tính toán thực chất
là quá trình thiết lập các hệ phơng trình vi phân - đại số và giải chúng. Có nhiều phơng
pháp để giải các hệ phơng trình này, song hiện tại sử dụng phần mềm Matlab
Simulink để giải là một trong những phơng pháp thờng đợc sử dụng. Trong phần mềm

này có công cụ (Toolboxes) mô phỏng các trạng thái làm việc của hệ thống rất hiệu
quả đó là Simulink và Stateflow. Ngay trong phần mềm cũng cung cấp mô hình mô
phỏng động lực học của ô tô khi sử dụng hệ thống ABS ở dạng đơn giản. Chúng ta
hoàn toàn có thể thay đổi mô hình này để phù hợp với bài toán cần sử dụng. Hình 3.1
là mô hình do phần mềm Matlab Simulink cung cấp
ABS Braking Model

100

0.2

1
s

T B.s+1
Desired
relative
slip

Bang-bang
controller

Kf

Brake
pressure

Hydraulic Lag

1/I

brake torque

Force &
torque

tire torque

ctrl
-Kmu-slip
friction curve

Weight

1
s

-1/m

slp

Wheel
Speed
1/Rr

Rr

Ff

1

s

Vehicle
speed

Mux

yout

Vehicle speed
(angular)
ST OP
1
s
Stopping distance

1.0 - u(1)/(u(2) + (u(2)==0)*eps)
Relative Slip
Double click to
run model and
plot the results

Hình 3.1: Mô hình mô phỏng động lực học ô tô khi sử dụng ABS
Tuy nhiên, chúng ta cũng có thể mô phỏng một cách hoàn toàn khác bằng việc
thiết lập và giải các hệ phơng trình vi phân đại số. Hình 3.2 là mô hình mô phỏng
động lực học của ô tô 1/2 xe với xe dẫn động phanh 1 dòng và khi xe chuyển động
trên đờng thẳng.

20

Hình 3.2: Mô hình mô phỏng hệ thống phanh thuỷ lực có ABS
Tóm lại, tiểu luận đã trình bày nguyên lý hoạt động cũng nh các phần tử cơ bản
của hệ thống ABS cũng nh phơng hớng thiết lập và mô phỏng các quá trình vật lý của
hệ thống khi hoạt động. Do trình độ còn có những hạn chế nhất định, kính mong sự
đóng góp ý kiến của các thầy giáo và các bạn đồng nghiệp.

21


Tài liệu tham khảo
1. Thiết bị điện - điện tử trên xe, Đào Hoa Việt, Học viện Kỹ thuật quân sự,
năm 2005.
2. Cấu tạo gầm xe con, Nguyễn Khắc Trai, NXB Giao thông vận tải, năm 2003.
3. Cấu tạo gầm ô tô tải và ô tô buýt, Nguyễn Khắc Trai, NXB Giao thông vận
tải, năm 2007.
4. Lý thuyết ô tô máy kéo, Nguyễn Hữu Cẩn, D Quốc Thịnh, Phạm Minh Thái,
Nguyễn Văn Tài, Lê Thị Vàng, NXB Khoa học và kỹ thuật, năm 2005.

22