Phương tiện giao thông thông minh

Phương tiện giao thông thông minh BÀI GIẢNG 2 MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH TRÊN Ô TÔ 2 1 GIỚI THIỆU CHUNG CÁC HT ĐK TM TRÊN Ô TÔ Như đã định nghĩa, ô tô thông minh (Intelligent Vehicle) là nh.

BÀI GIẢNG 2 MỘT SỐ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH TRÊN Ô TÔ 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG CÁC HT ĐK TM TRÊN Ô TÔ

Như đã định nghĩa, ô tô thông minh (Intelligent Vehicle) là những chiếc ô tô

được trang bị một số hệ thống có tính năng thông minh cho phép giao tiếp mộtcach thông minh giữa ô tô với các tín hiệu hổ trợ thông minh của mạng lưới giaothông phù hợp trên đường; qua đó ô tô thông minh có thể thực hiện một cách tựđộng mà chỉ cần sự kiểm soát hạn chế hoặc không cần đến sự can thiệp của người

lái xe khi ô tô tham gia trên đường (hình 2.1).

Hình 2.1: Minh họa hệ thống hổ trợ ADAS cho xe tham gia trên đường

Bên cạnh việc nghiên cứu hệ thống hổ trợ lái xe nâng cao ADAS (Advance Driver Assistance System) đối với hệ thống các cảm biến và camera ( xem hình minh họa 2.2) nhằm thu nhận thông tin, xử lý và truyền dữ liệu đến các hệ thốngchấp hành nhằm thực hiện việc điều khiển tự động, thì việc nghiên cứu chuyên sâutất cả các hệ thống điều khiển tự động thông minh của xe là hết sức quan trọng đối

với ô tô tự lái thông minh (Seft-Driving Cars).

Hình 2.2: Minh họa hệ thống cảm biến & camera ở xe hổ trợ tự lái.

Để thực hiện hổ trợ lái tự động, đầu tiên hệ thống sẽ tạo và duy trì bản đồmôi trường xung quanh nhờ hệ thống định vị GPS cùng với hệ thống cảm biến vàcamera bố trí quanh xe như được minh hoạ trên hình 2.2; theo đó chức năng củachúng lần lượt được giải thích theo sau

+ Cảm biến RADAR giám sát vị trí của các phương tiện gần đó Có 2 loại

RADAR được sử dụng:

- Cảm biến RADAR tầm dài (Long-Range RADAR): Điều khiển

hành trình thích ứng

- Cảm biến RADAR tấm ngắn (Short-Medium Range RADAR):

Giúp phát hiện điểm mù, cảnh báo va chạm

z+ Cảm biến LIDAR (Light + RADAR) phản xạ xung ánh sáng từ môitrường xung quanh ô tô, giám sát khoảng cách của những người đi bộ và bất kỳphương tiện nào khác phía trước nó; từ đó, ra lệnh phanh giảm tốc độ hoặc dừngkhẩn cấp

+ Cảm biến siêu âm (Ultrasonic Sensor) sử dụng sự truyền âm thanh để

phát hiện vật thể Theo dõi các chuyển động của xe, phát hiện lề đường và các

phương tiện khác khi đỗ xe Thông thường, cảm biến này được kích hoạt khi xechuyển động ngược chiều.

+ Hệ thống các camera để phát hiện các tín hiệu đèn giao thông, đọc các tín

hiệu biển báo đường bộ, phát hiện cảnh báo chệch làn đường, nhận dạng và theodõi người đi bộ và các phương tiện khác

Trong giới hạn của học phần, nội dung chương này chỉ nghiên cứu tổng quan các hệ thống điều khiển vận hành chuyển động chính cho ô tô như hệ

thống lái (Steering System), hệ thống phanh (Braking System) và bộ phận điều chỉnh vị trí chân ga (Position Throttle Control) có sự tham gia điều khiển điện

tử từ bộ xử lý trung tâm CPU của ô tô tự lái thông minh.

2.2 ĐẶC ĐIỂM CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRÊN Ô TÔ

Với sự hổ trợ của hệ thống hổ trợ lái nâng cao ADAS (xem thêm hình 2.2),

phần mềm trong máy tính siêu tốc độ sẽ xử lý các tín hiệu đầu vào của tất cả nhữngcảm biến và camera này đối với tình trạng giao thông trên đường, rồi thông quanhững thuật toán, phần mềm sẽ chỉ ra các cách vận hành tối ưu, gửi tín hiệu đếncác hệ thống chấp hành điều khiển chuyển động của ô tô

Các hệ thống chấp hành điều khiển chuyển động của ô tô trong giao thức

thực hiện lái xe tự động thông minh của xe bao gồm hệ thống lái, hệ thống phanh

và bộ phận tăng/giảm chân ga; còn các hệ thống khác chỉ tham gia phụ trợ.

2.2.1 Điều khiển tự động thông minh hệ thống lái.

Quá trình trình chuyển động của ô tô luôn luôn được theo dõi và điềukhiển bởi lái xe nhằm bảo đảm an toàn chuyển động cho ô tô, mặc dầu các bánh

xe dẫn hướng được thiết kế ràng buột bởi hệ thống lái có tính ổn định cao nhờcác góc đặt của trụ quay đứng cũng góc doãng của bánh xe dẫn hướng [1-4], [7],

[14]

Với mục đích giảm nhẹ lực điều khiển vô lăng cho lái xe, hệ thống lái trên

tất cả các loại ô tô đều có trang bị hệ thống hổ trợ lái (còn gọi là trợ lực lái); trong

đó phổ biến là hệ thống trợ lực lái bằng thủy lực nhờ có cấu tạo khá đơn giản [7],

[14]

Khi xe chuyển động thẳng (không thực hiện quay vòng ô tô), vô-lăng ở vị trí

trung gian, van phân phối (7) cũng ở vị trí trung gian và mở thông dòng dầu đi (3)tới xy lanh và cùng thông với dòng dầu về (4) để trả dầu do bơm luân chuyển vềbình chứa Bơm dầu lúc này sẽ làm việc với chế độ không tải; áp suất dòng chấtlỏng do bơm tạo ra chỉ cần đủ thắng tổn thất do sức cản thủy lực của đường ống đi,

ở cụm van phân phối và ở đường ống về bình chứa

Khi cho ô tô quay vòng, người lái quay vô lăng (6) để dẫn động thanh răng

(11) dịch chuyển sang trái (hoặc sang phải); đồng thời cũng điều khiển van phân phối (7) chia dầu cao áp về bên phải (hoặc bên trái) của piston (9) trong xy lanh

(8) nhằm tạo thêm lực đẩy lên thanh răng (12), cùng với lực do lái xe để quay các

bánh xe dẫn hướng (nhờ các đòn quay 14), thực hiện quay vòng ô tô theo yêu cầu.

Hình 2.3: Sơ đồ cấu tạo chi tiết hệ thống trợ lực lái bằng thủy lực.

Chú thích hình 2.3: 1- Truyền động đai dẫn động bơm dầu; 2- Bơm dầu và cụm

van không chế áp suất; 3- Đường ống dẫn dầu cao áp đi đến xy lanh trợ lực; Đường ống dẫn dầu thấp áp về bình chứa; 5- Bình chứa dầu; 6- Vô-lăng lái; 7- Van phân phối dầu cho xy lanh trợ lực; 8- Xy lanh trợ lực; 9-Piston trợ lực; 10- Bánh răng cơ cấu lái; 11- Thanh răng của cơ cấu lái; 12- Ống su che chắn bụi; 13- Thanh kéo ngang bên trái của hình thang lái; 14- Đòn quay bánh xe bên trái của hình thang lái; 15- Đĩa phanh bánh xe bên trái; 16- Bán trục (kiểu trục các đăng) dẫn động bánh xe chủ động bên trái.

4-Ưu điểm của hệ thống lái trợ lực thủy lực:

+ Hệ thống lái trợ lực thủy lực có cấu tạo đơn giản

+ Cảm giác lái nhẹ nhàng là ưu điểm nổi bật của hệ thống lái trợ lực thủylực

+ Tốc độ nhả vô lăng về vị trí trung gian của trợ lực thủy lực diễn ra nhanhchóng, tạo điều kiện cho xe có tính ổn định tốt

+ Làm việc tin cậy, tuổi thọ cao Việc sửa chữa, bảo dưỡng trợ lực thủy lựcdiễn ra dễ dàng với chi phí thấp.

Nhược điểm của hệ thống lái trợ lực thủy lực

- Trợ lực thủy lực chiếm nhiều không gian của xe để bố trí

- Lái xe cảm giác nặng ở tốc độ thấp và nhẹ ở tốc độ cao Nguyên nhân củavấn đề này là do tốc độ vòng quay của bơm phụ thuộc vào tốc độ vòng quay của động cơ Ở tốc độ thấp, áp suất bơm tạo ra thấp khiến trợ lực yếu

- Phải thường xuyên kiểm tra dầu trợ lực cũng như sự rò rỉ dầu của hệ thốngdầu để có phương án bảo dưỡng, thay thế khi cần

- Mặt khác, nếu so sánh với trợ lực điện thì trợ lực thủy lực có mức tiêu haonhiên liệu nhiều hơn do bơm luôn ở trạng thái hoạt động

2.2.1.2 Hệ thống trợ lực lái bằng thủy lực và điện tử

Trợ lực lái thủy lực – điện tử gọi chính xác hơn là trợ lực lái thủy lực điềukhiển điện tử Hệ thống này cũng tương tự như hệ thống trợ lực thủy lực, nhưngđiểm khác biệt ở đây là các van phân phối dầu điều hướng thủy lực sẽ được điềukhiển bởi một bộ điều khiển điện tử thông qua các cảm biến thay vì được đóng

mở một cách cơ khí do sự tác động của vô lăng trong hệ thống trợ lực thủy lực

thông thường (xem hình 2.4) [1], [14-15].

Hình 2.4: Sơ đồ cấu tạo hệ thống trợ lực lái bằng thủy lực – điện tử

Đặc biệt, trợ lực lái thủy lực – điện tử khắc phục nhược điểm lái nặng ởtốc độ thấp của ô tô vì việc bơm dầu không còn được dẫn động bởi động cơ đốttrong mà được dẫn động trực tiếp bới mô tơ điện độc lập

Hình 2.5: Đặc tính trợ lực lái của hệ thống lái thủy lực – điện

Nhờ được dẫn động độc lập bởi mô-tơ điện, nên bộ điều khiển trung tâm

sẽ kiểm soát dòng điện đến mô-tơ điện để cung cấp dòng chất lỏng đáp ứng yêu

cầu về áp suất tỷ lệ nghịch với tốc độ vận hành của xe; tức là cung cấp áp suất trợ

lực cao khi xe ở tốc độ thấp và ngược lại cung cấp áp suất thấp khi xe chạy với

tốc độ cao để bảo đảm tốt tính ôn định cho xe (xem hình 2.5) [15].

Trợ lực lái thủy lực – điện tử còn cho phép giảm tiêu hao nhiên liệu nhờbơm không hoạt động khi vô lăng ở trạng thái trung gian không quay vòng

Có thể nói đây là phương pháp trợ lực lái tương đối hiện đại đang đượcứng dụng phổ biến hiện nay trên nhiều dòng của các hãng Nissan, Infinity,Toyota, Lexus, BMW, Audi, Mercedes-Benz, Honda, Ford, Mitsubishi…

2.2.1.3 Hệ thống trợ lực lái bằng điện

Nhày nay nhờ công nghệ điều khiển điện – điện tử phát triển nhanh vàmạnh mẽ, nên hệ thống trợ lực lái bằng điện cũng ngày càng áp dụng khá phổbiến trên các loại ô tô; nhất là ô tô con

Hệ thống trợ lực lái bằng điện khắc phục nhược điểm của trợ lực thủy lựckhi chạy xe với tốc độ cao Nhờ điều khiển lập trình định trước, nên trợ lực láiđiện sẽ điều khiển giảm mô-men trợ lực khi xe chạy với tốc độ cao, do vậy ngườilái có cảm giác kiểm soát được hệ thống lái, nên tự tin duy trì tính an toàn và ổnđịnh khi ô tô vận hành trên đường cao tốc

Cấu tạo chung hệ thống trợ lực lái điện khá đơn giản (hình 2.6), gồm một

mô tơ điện (3), một bộ giảm tốc trục vít – bánh vít (4) Mô-tơ điện được điềukhiển bởi mô-dule điều khiển điện tử (7) ECM (Electronic Control Module)

thông qua các tín hiệu (6) từ cảm biến tốc độ xe, tín hiệu (5) từ cảm biến men xoắn (2) để đo chiều và góc quay vô-lăng cũng như tốc độ quay của vô lăng

mô-Khi muốn cho ô tô quay vòng, người lái quay vô lăng (1), thông qua bộ cảmbiến mô-men (2), tín hiệu (5) về chiều và góc quay cùng tốc độ quay vô lăng, cộngvới tín hiệu tốc độ xe (6) được truyền đến ECM (7) nhằm xử lý và cung cấp hiệuđiện thế cho mô-tơ điện tạo thêm mô-men quay; cùng với mô-men từ lái xe, truyềnxuống cơ cấu lái (9) để đẩy/hoặc kéo các thanh ngang (12) của hình thang lái, thựchiện quay các bánh xe dẫn hướng để quay vòng ô tô theo yêu cầu

Hình 2.6: Sơ đồ cấu tạo hệ thống trợ lực lái bằng điện

Chú thích hình 2.6: 1- Vô lăng; 2- Cảm biến mô-men xoắn; 3- Mô-tơ điện; 4- Bộ

giảm tốc trục vít - bánh vít; 5- Tín hiệu từ cảm biến mô-men xoắn; 6- Tín hiệu từ cảm biến tốc độ ô tô; 7- Bộ điều khiển trung tâm ECM; 8- Trục lái; 9- Cơ cấu lái kiểu thanh răng; 10- Thân vỏ thanh răng; 11- Ống su che chắn bụi; 12- Thanh kéo ngang bên phải của hình thang lái.

Ưu điểm hệ thống trợ lực lái bằng điện:

+ So với hệ thống lái thủy lực, trợ lực lái điện khắc phục hiện tượng láinặng ở tốc độ thấp của ô tô như đã nêu trên; mà ngược lại khi vận hành xe vớitốc độ thấp, dòng điện được điều khiển tăng cao để lái nhẹ, còn khi vận hành xevới tốc độ cao, dòng điện được điều khiển giảm thấp để giảm mô-men trợ lực,tạo cảm giác nặng tay lái nhằm kiểm soát an toàn xe quay vòng khi xe chuyển

động với tốc độ cao trên đường cao tốc (xem hình 2.7) [15].

+ Và không bị tiêu hao thêm nhiên liệu khi vô lăng ở trạng thái trung gian

không quay vòng (mô tơ điện không hoạt động).

+ Hệ thống lái ổn định khi ô tô chuyển động với tốc độ cao nhờ điều khiển

tự động giảm mô-men trợ lực

+ Khi xe di chuyển chậm hay vào bãi đỗ xe, vô-lăng nhẹ nhàng và dễ dàngđánh lái nhờ trợ lực được điều khiển tăng

+ Hệ thống trợ lực điện ít phải kiểm tra, dễ dàng sửa chữa.

Hình 2.7: Bản đồ đặc tính điều chỉnh nguồn điện (U) cho mô-tơ trợ lực lái theo tốc

độ góc quay vô-lăng (w) và theo tốc độ vận hành xe (V)

Phương pháp trợ lực lái điện được trang bị phổ biến trên các dòng xe hiệnđại như Mercedes-Benz, Audi, BMW, Lexus…, các dòng xe hạng C của Toyota,Honda, Kia, Hyundai, Mazda, Ford…

2.2.1.4 Hệ thống lái điện tử “ Steer-By-Wire”

Ngày nay, công nghệ hệ thống lái điện tử kiểu “lái bằng dây”

(Steer-By-Wire), có thể loại bỏ hoàn toàn liên kết cơ khí giữa trục lái với thước lái (cơ cấu

lái) về phương diện truyền lực [18-19] Chúng chỉ được kết nối bởi một ly hợp khi

có sự trục trặc của hệ thống lái “Steer-By-Wire” để lái xe có thể can thiệp Cấu trúcnày vì vậy có thể dễ dàng được che dấu khi xe được điều khiển lái tự động hoàn

qua bộ giảm tốc sơ cấp (7) để truyền đến bộ truyền giảm tốc thứ cấp (6) kiểu liên hợp gồm đai ốc – bi - trục vít Đai ốc quay tại chỗ sẽ đẩy trục vít dịch chuyểntrong thân võ thước lái (5), rồi đẩy/hoặc kéo thanh kéo ngang (11) bên trái của hìnhthang lái, để quay các bánh xe dẫn hướng.

Hình 2.8: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái điện tử kiểu “Steer-By-Wire”

Chú thích hình 2.8: 1- Vô lăng lái; 2- Cảm biến tích hợp tốc độ và vị trí quay vô

lăng; 3- Trục lái (kiểu trục truyền cac-đăng); 4- Ly hợp; 5- Thân vỏ hộp thước lái; 6- Cơ cấu lái thứ cấp (kiểu đai-ốc - bi - trục vít); 7- Cơ cấu lái giảm tốc sơ cấp (kiểu truyền động đai); 8- Mô tơ điện; 9- Cơ cấu lái cơ khí (kiểu bánh răng – thanh răng); 10- Ống su che chắn bụi; 11- Thanh kéo ngang bên trái của hình thang lái.

Điểm đặc biệt trong hệ thống lái điện tử “Steer-By-Wire” là có ly hợp cơ khíđiều khiển điện từ (4); nó được dùng để ngắt hoặc nối cơ khí trục vô-lăng với cơ

cấu lái (9) Ly hợp được thiết lập trạng thái mở (ngắt liên kết cơ khí trục lái) trong

phần lớn thời gian ô tô làm việc Khi điện năng gặp vấn đề, ly hợp sẽ được kíchhoạt để đóng liên kết cơ khí vô-lăng với cơ cấu lái Điều này sẽ đảm bảo rằng ngay

cả khi ECU không hoạt động thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường, giúp nângcao tính an toàn cho xe khi vận hành

Một ưu điểm nối trội nữa của hệ thống lái điện tử “Steer-By-Wire” là khả

năng đáp ứng nhanh cả về mô-men xoắn cũng như tốc tốc độ quay vòng xe khi

vận hành xe chuyển động với tốc độ cao trên đường cao tốc

Ngoài khả năng phản ứng nhanh thì hệ thống này còn có khả năng hạn chếphản lực va đạp từ mặt đường; nghĩa là khi xe di chuyển vào mặt đường xấu, gậpghềnh thì các rung động từ mặt đường tác động ngược lên vô lăng sẽ được loại bỏ,qua đó giúp người lái dễ dàng điều khiển xe hơn, tránh tình trạng mỏi tay

Bên cạnh đó, hệ thống lái điện tử cũng như trợ lực lái điện còn có sự hổ trợcuả các hệ thống hỗ trợ nâng cao nhằm bảo đảm tốt các tính năng an toàn cho xe tự

lái như: hệ thống hỗ trợ giữ làn đường LKAS (Lane Keep Assistance System), hổ trợ đỗ xe tự động APA (Automated Parking Assistance), thậm chí là tự lái (Self Driving), điều mà hệ thống trợ lực lái thủy lực không thể làm được.

2.2.2 Điều khiển tự động hệ thống phanh

Song song với hệ thống hổ trợ lái cho các phương tiện ôt ô hiện đại thôngminh ngày nay, thì hệ thống phanh cũng được áp dụng các công nghệ tiên tiến cótính điều khiển tự động và từng bước nâng cao thông minh

Trên hình 2.9 minh họa cấu tạo chung hệ thống phanh dẫn động dầu thủylực phổ biến trên các loại ô tô truyền thống

Hình 2.9: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh dẫn động dầu truyền thống

Chú thích hình 2.9: 1- Cơ cấu phanh (kiểu đĩa); 2- Ống dẫn dầu (loại ống mềm);

3- Dầu nối ống; 4- Đường ống dẫn dầu phanh (ống thép hoặc đồng); 5- Xy-lanh chính; 6- Bình chứa dầu phanh; 7- Bầu trợ lực phanh; 8- Bàn dạp phanh; 9- Cần điều khiển phanh dừng; 10- Cáp kéo của phanh dừng; 11- Van điều chỉnh phân bố lực phanh cầu sau; 12- Cơ cấu phanh sau (kiểu trống guốc).

Cấu trúc hệ thống phanh truyền thống khá đơn giản; tuy nhiên hiệu quảphanh không cao và dễ có nguy cơ không an toàn khi phanh khẩn cấp do lực phanh

lớn hơn lực bám giữa lốp với mặt đường, các bánh xe sẽ bị trượt làm xoay xe, dễdẫn đến lật đỗ Để tránh điều này, hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS đã được

áp dụng!

2.2.2.1 Điều khiển tự động phanh dầu chống hãm cứng bánh xe ABS

Công nghệ tự động điều khiển điện tử áp dụng cho hệ thống phanh trước hếtphải ghi nhận là công nghệ hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe ABS (Anti-

lock Brake System) Theo đó, khi phanh với lực phanh lớn, vượt quá lực bám giữa

bánh xe với mặt đường, bánh xe có xu hướng bị lực phanh bó cứng, bánh xe khôngthể chuyển động quay quanh trục bánh xe được nữa và bị trượt lê trên mặt đường

Việc bánh xe bị hãm cứng và trượt lê trên mặt đường khi phanh sẽ gây racác hậu quả vô cùng có hại: ngoài sự mòn lốp còn có thể có sự trượt dịch chuyểntheo phương bất kỳ Kết quả làm xe có thể bị xoay, thậm chí lật đỗ xe rất nguyhiểm

Để khắc phục hiện thượng này, công nghệ phanh chống bó cứng bánh xeABS ra đời bởi hãng Bosh của Cọng hòa Liên bang Đức (1985) [1] Theo đó, hệ

thống ABS cho phép điều khiển tự động nhả phanh (để chống bó cứng) rồi tự động phanh trở lại với tấn số khá cao, có thể lên đến khoảng 30Hz (phanh dầu).

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh dầu với trang bị hệthống điều khiển ABS có thể được trình bày trên hình 2.9

Hình 2.10: Sơ đồ cấu tạo hệ thống phanh ABS dẫn động dầu.

Chú thích hình 2.10: 1- Bàn dạp phanh; 2- Bầu trợ lực phanh; 3- Xy-lanh chính;

4- Bình chứa dầu phanh; 5- Ống dẫn dầu (loại ống mềm); 6- Đường ống dẫn dầu phanh (ống thép); 7- Cơ cấu phanh (kiểu đĩa); 8- Cảm biến tốc độ bánh xe; 9- Mô- đun thủy lục ; 10- Bộ điều khiển điện tử ABS; 11- Đèn báo chẩn đoán ABS.

Sơ đồ mạch quy ước minh họa cấu trúc mô-đun thủy lực của hệ thống ABS

có thể trình bày trên hình 2.11

Hình 2.11: Sơ đồ mạch thủy lực mô-đun phanh ABS dẫn động thủy lực

Chú thích hình 2.11: 1- Xy-lanh chính và bình chứa (Master cylinder with

reservoir); 2- Bầu trợ lực phnah (Brake booster); 3- Bàn đạp phanh (Brake pedal); 4- Cơ cấu phanh bánh xe (Wheel brake); 5- Bình ổn áp (Damping chamber); 6- Bơm điện (pump electric); 6b- Van một chiều; 7- Van cấp thường mở (Input Valve in open setting); 7b (*)- Van áp suất dư ở nhánh cấp; 8- Van xả thường đóng (Output Valve in closed setting); 8b (**)- Van điều chỉnh áp suất giới hạn; 9- Bình tích năng (Brake-fluid acculator)

Chú ý 1(*): Đối với nhánh cấp, có sử dụng thêm van tạo áp suất dư (pilot valve)

trong hệ thống để chống lọt khí vào hệ thống (nhờ 2 van một chiều: một cho chiều

đi, một cho chiều về (7b – xem hình 2.9) Van có thể bố trí ở cửa ra xy lanh chính hoặc tích hợp ngay trong van cấp IV.

Chú ý 2(**): Để tránh áp suất do bơm tạo ra vượt quá giới hạn lớn nhất theo thiết

kế (hoặc do lái xe đạp phanh quá mạnh đột ngột), thì hệt hống có thêm van điều

chỉnh áp suất làm việc giới hạn nối giữa mạch cao áp trả về thấp áp ở bầu tích năng.

Van duy trì áp suất dư ở van cấp IV của ABS (hoặc bố trí ở cửa ra xy lanh chính); bao gồm hai van một chiều (một cho chiều đi và một cho chiều về) nhằm

luôn luôn để duy trì một áp suất dư trong hệ thống để tránh lọt không khí vào hệ

thống phanh dầu thủy lực (làm mất tác dụng phanh) có thể minh họa trên hình

2.12

Chú thích hình 2.12:

1- Cửa dẫn dầu vào của van duy trì áp suất dư; 2- Lò xo van áp suất dư (áp uất dầu về nếu không thắng lực lò xo này để về thì tồn tại một áp suất dư được duy trì trên mô-đun thủy lực và trên đường ống cho đến xy lanhh phanh bánh xe ; 3- Van để tạo áp suất

dư cho hệ thống; có đủ diện tích cùng với áp suất dư cân bằng với lực lò xo 2 (van này đồng thời là đế van của van

bi cấp dầu đi đến hệ thống; 4- Đế van

áp suất dư; 5- Van bi của van cấp dầu chiều đi; 6- Giá đỡ lò xo cho van bi 5; 7- Lò xo van bi cấp dầu đi; 8- Cửa ra của hệ van duy trì áp suất dư trên hệ thống phanh dầu.

Hình 2.12: Van duy trì áp suất dư cho hệ thống phanh ABS

Khi phanh, áp suất cao theo cửa vào (1), mở van bi ra để dòng dầu dễ dàngqua van rồi theo cửa ra (8) đến các xy lanh phanh Khi thôi phanh, dòng dầu đingược về thì van bi đóng lại, áp suất dòng dầu phải đủ thắng lò xo (2) mở van (3)

để trở về

Nếu với áp suất không đủ lớn để thằng lò xo (2) và mở van (3) thì dòng dầukhông thể về xy-lanh và bình chứa; nghĩa là van đã duy trì một áp suất dư trên hệthống để chống lọt không khí vào đường ống, cụm mô-đun thủy lực cũng nhưtrong các xy lanh công tác ở bánh xe

Ngoài van duy trì áp suất dư, trong mô-đun thủy lực ABS còn có van điềuchỉnh áp suất làm việc giới hạn kèm theo van xả OV để giới hạn áp suất làm việc

lớn nhất khi phanh vượt quá giá trị thiết kế (do bơm tạo ra trong khi điều khiển ABS hoặc do lái xe khi dập mạnh phanh khẩn cấp đột ngột) Van nối mạch áp suất

cao về mạch áp suất thấp của bình tích năng Cấu tạo và nguyên lý làm việc củavan điều chỉnh áp suất làm việc giới hạn có thể được minh họa trên hình 2.13

Hình 2.13: Cấu atoj và nguyên lý van điều chỉnh áp suất giới hạn phanh

Chú thích hình 2.13: 1- Cửa dầu cao áp vào van; 2- Cửa dẫn dầu vào điều khiển;

3- Đỉnh piston trượt xác định diện tích điều khiển; 4- Thân van điều chỉnh; 5- Lò

xo điều chỉnh van; 6- Dế tỳ lò xo điều chỉnh; 7- Viết điều chỉnh lực lò xo F2; Cửa dầu về thấp áp; 9- Cửa thông áp suất thấp

8-Khi phanh nếu có áp suất cao vượt quá giới hạn thiết kế, thì chúng sẽ theo

cửa vào (1) để sẵn sàng trở về buồng áp suất thấp (chẳng hạn về bình tích năng của ABS) tại cửa thông về (8) Cửa thông về buồng áp suất thấp (8) chỉ mở khi

dòng áp suất điều khiển (2) tác dụng lên đỉnh piston (3) để tạp lực đẩy F1 đủ thằnglực lò xo F2

Nguyên lý làm việc cụ thể ABS được trình bày trên các hình 2.14 đến 2.18.

Hình 2.14: Sơ đồ mạch phanh ABS khi phanh bình thường (ABS chưa làm việc)

Chú thích hình 2.14: 1- Bàn đạp phanh; 2- Công tắc đèn phanh; 3- Bầu trợ lực

phanh; 4- Xy lanh chính và bình chưa dầu; 5- Bơm dầu; 6- ECU (ABS) là đơn vị/mô-dun điều khiển điện tử của ABS; 7- Bình tích năng (bình tích trữ áp suất điều chỉnh min); 8- Van nạp (kiểu van phân phối thủy lực 2 trạng thái và ở trạng thái thường mở nhờ lò xo); 9- Van giới hạn áp suất điều chỉnh; 10-Van xả (kiểu van phân phối thủy lực 2 trạng thái và đang ở trạng thái thường đóng nhờ lò xo); 11- Ắc qui; 12- Cảm biến tốc độ bánh xe; 13- Đĩa phanh; 14- Cơ cấu phanh Chú ý rằng (*) để tránh lọt không khí vào hệ thống làm mất tác dụng hệ thống phanh dầu, trong các cấu trúc van cấp IV phải có van tạo áp suất dư (kiểu van ngược chiều với hai chiều dầu đi theo hai van một chiều khác nhau)

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống phanh dầu với trang bị hệthống điều khiển ABS có thể được trình bày trên hình 2.14

Theo đó van cấp (8) luôn luôn mở, van xả (10) luôn luôn đóng để có thể

thực hiện các chế độ phanh bình thường (chưa cần đến sự làm việc của ABS) Theo

đó, khi người lái xe tác dụng lên bàn đạp (1), ép dầu từ xy lanh chính (4) qua vannạp thường mở (8) đến các xy lanh của cơ cấu phanh bánh xe (14), ép các máphanh vào đĩa phanh (13) nhằm thực hiện quá trình phanh

Lúc này van xả (10) ở trạng thái thường đóng (nhờ lò xo của van) và áp suấttrong dẫn động được tạo ra bởi lực tổng hợp do lái xe tác dụng lên bàn đạp phanhcùng với lực do hệ thống trợ lực phanh hổ trợ

Bơm dầu (5) sẵn sàng làm việc để cung cấp dầu cao áp trở lại cho cơ cấuphanh sau khi ABS làm việc mở van xả (10) để xả dầu về áp suất giới hạn ở bình

tích năng (7) nhằm chống bó cứng bánh xe (nếu có) khi phanh khẩn cấp hoặc khi

hệ số bám giữa lốp với mặt đường giảm thấp

Việc nhận biết bánh xe có xu hướng bị bó cứng là nhờ cảm biến tốc độ bánh

xe (12) luôn luôn thu nhận được tính hiệu và truyền về cho bộ điều khiển điện tửECU (6) sẵn sàng cho hệ thống ABS làm việc

Van khống chế áp suất max (9) để giới hạn áp suất phanh cho cơ cấu phanh(14) đồng thời cho phép dòng dầu luân chuyển tuần hoàn khi bơm dầu (5) hoạtđộng theo mạch vòng kín gồm: bơm (5) => qua van cấp (8) => qua van giới hạn ápsuất max (9) => về bơm (5); trong khi dòng dầu không thể đi ngược về bình chứadầu (4) vì lái xe đang duy trì việc giữ piston trong xy lanh (4) ngăn dòng dầu vềbình chứa

Nguyên lý làm việc hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe ABS:

Trong trường hợp phanh bình thường mà lực phanh của bánh xe vượt quágía trị lực bám trên bánh xe đó, làm cho bánh xe có xu hướng bị hãm cứng, đơn vịđiều khiển trung tâm ECU (6) sẽ nhận biết nhờ cảm biến tốc độ bánh xe (12) Ngaylập tức lệnh điều khiển cho hệ thống ABS làm việc; và các giai đoạn của một chu

kỳ điều khiển tăng giảm áp suất phanh diễn ra như sau:

+ Pha duy trì áp suất max: Khi nhận biết các bánh xe có xu hướng bị hãm

cứng khi phanhh, trước hết, ECU (6) lệnh cho van nạp (8) đóng lại; lúc này có sự trùng điệp của việc đóng đồng thời cả hai van cấp (8) và van xả (1), nghĩa là tồn tạigiai đoạn áp suất max trong hệ thống phanh được duy trì, giai đoạn này được gọi là

pha duy trì áp suất max (xem hình 2.15: cả hai van đều đóng)

Hình 2.15: Sơ đồ mạch phanh ABS duy trì áp suất max

Chú ý rằng giai đoạn duy trì áp suất max trong xy lanh bánh xe có thể diễn

ra ngay cả khi người lái đang trong quá trình tăng lực đạp để tăng áp suất mà bánh

xe đã có xu hướng bị hãm cứng do hệ số bám của bánh xe bị giảm thấp

+ Pha điều khiển giảm áp suất max về min

Nếu sau khi van nạp đã đóng mà ECU vẫn phát hiện sự gia tăng gia tốc

phanh làm cho mô-men phanh vẫn còn tăng); điều đó báo hiệu bánh xe sẽ bị hãm

ứng hoàn toàn, thì ECU sẽ ngay lập tức truyền tín hiệu điều khiển cho rơ-le điện

từ mở van xả (10) để xả nhanh dầu phanh từ xy lanh cơ cấu phanh bánh xe (14) về

bộ tích năng (7) nơi mà đang duy trì sẵn một áp suất tối thiểu cho vòng kín củadòng dầu phanh, và có khả năng giữa áp suất min theo thiết kế của hệ thống ABS

(xem hình 2.16).

Hình 2.16: Sơ đồ mạch phanh ABS ở pha giảm áp suất

+ Giai đoạn duy trì áp suất min tạm thời: Ngay sau khi mở van xả (1), áp

suất suất trong hệ thống giảm nhanh về giá trị tối thiểu, thì van xả (10) lập tức

được đóng lại (xem hình 2.17); nghĩa là có giai đoạn trùng điệp đóng cả hai van với

áp suất min trong hệ thống Giai đoạn này được gọi là giai đoạn duy trì áp suất min

tạm thời (không chủ đích).

Hình 2.17: Sơ đồ mạch phanh ABS ở tráng thái áp suất min

+ Pha điều khiển tăng áp suất min lên max

Để không làm giảm hiệu quả phanh, đồng thời với việc đóng lại van xả (10)

là việc mở lại van cấp (8) và kích hoạt bơm dầu (5) hoạt động để tăng áp suất trởlại lên giá trị max cho cơ cấu phanh (xem hình 2.18), trường hợp này được gọi là

pha tăng áp suất từ min lên max

Ngay sau khi đạt chế độ max của lầm điều chỉnh đầu tiên, thì chu trình điều

khiển của hệ thống ABS cứ thế lặp đi lặp lại: pha duy trì áp suất max (hình 2.14)

=> pha giảm áp suất từ max về min (hình 2.16) => (giai đoạn duy trì áp suất min tạm thời – hình 2.17) => rồi pha tăng áp suất từ min lên max (hình 2.18).