CHƯƠNG 5 HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN TỬ

Sơ đồ, cấu tạo và hoạt động của các phần tử và hệ thống ABS Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động trên Ôtô Trang 135 Cảm biến tốc độ bánh xe ECU – ABS và TRC Bộ chấp hành phanh Đèn

CHƯƠNG 5: HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN BẰNG ĐIỆN TỬ

5.1 PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC PHANH ĐIỀU

KHIỂN BẰNG ĐIỆN TỬ

5.1.1 Hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe

ABS:

Hệ thống phanh chống hãm cứng (ABS) là một trongcác hệ thống an toàn chủ động trên ôtô Nó cónhiệm vụ giảm tối thiểu các hiểm nguy về tai nạnbằng điều khiển quá trình phanh một cách tối ưu Ưuđiểm của hệ thống phanh ABS so với hệ thống phanhdầu bình thường (không có hệ thống chống hãmcứng) là:

Ở hệ thống phanh dầu bình thường, khi phải thắnggấp và mạnh thì thường là các bánh xe sẽ bị hãmcứng và xe có nguy cơ bị trượt lết Hệ thống thắngABS khắc phục được vấn đề này bằng cách điềukhiển áp suất thắng sao cho ở tất cả kiểu bốthắng đều không có sự hãm cứng các bánh xe vàgiúp cho xe luôn giữ được hướng lái Sự vận hànhổnđịnh này phải thể hiện trên mọi loại mặt đường

5.1.1.1 Phân loại:

- Kiểu điều khiển các bánh sau

Hình 5.1: Sơ đồ hệ thống phanh ABS điều khiển các

Hình 5.2: Sơ đồ hệ thống phanh ABS điều khiển tất

cả các bánh

Hình 5.3 : Sơ đồ hệ thống phanh ABS van điện 2 vị

n

ba

vị trí

bá

Xi lanh bán

h xe trươ

ùc bên

Xi lanh bán

h xe trươ

ùc bên

Xi lanh bán

h xe sau bên phả

Xi lanh bán

h xe sau bên trái

Va

n đi ệ

n

ba

vị trí

Mo

â

tơ bơ m

PGS-TS Đỗ Văn Dũng

Hình 5.4: Sơ đồ hệ thống phanh ABS van 3 vị trí 5.1.1.2 Cấu trúc hệ thống phanh ABS:

1

1

Hình 5.5: Sơ đồ hệ thống thắng ABS trên xe

và cụm thủy lực

4 Hộp điều khiển 5 Đèn báo an toàn

Hộp điều khiển điện tử (4) nhận các thông tin đầuvào từ các cảm biế độ

Hệ thống thắng ABS bao gồm hệ thống thắng dầu nhưtrước đây và các bộ phận thêm vào như sau:

bá

nh

xe

lanh bán

h xe trươ

ùc bên phả i

bánh xe không trượt) Tuy nhiên khi người lái đạpphanh để giảm tốc độ, tốc độ của các bánh xegiảm từ từ và không thể bằng tốc độ thân xe lúcnày đang chuyển động nhờ quán tính của nó

Sự khác nhau giữa tốc độ thân xe và tốc độ bánh

xe được biểu diễn bằng một hệ số gọi là hệ sốtrượt

Tốc độ xe – tốc độ bánh xe x100%Hệ số trượt = 

Tốc độ xe

Khi sự khác nhau giữa tốc độ xe và tốc độ bánh xe trởnên quá lớn, sự trượt sẽ xảy ra giữa lốp và mặtđường Nó cũng sinh ra ma sát và kết quả là có thểtác dụng như một lực phanh và giảm tốc độ của xe

Bê tông khô

Nhựa asphalt ướt

Bê tông khô

Tuyết Tuyết

Dung sai trượt ABS :Lực phanh :Lực quay vòng

Hệ số trượt(%)

lực phanh giảm từ từ Vì vậy, để đảm bảo lực phanhlớn nhất phải luôn giữ hệ số trượt trong khoảng 10đến 30% Thêm vào đó, cũng cần phải giữ lực quayvòng ở mức cao để đảm bảo tính ổn định dẫnhướng.

Nhằm thực hiện mục đích này, ABS được thiết kế đểtạo ra tính năng phanh tối ưu bằng cách lợi dụng hệsố trượt 10% đến 30% mà không phụ thuộc vàođiều kiện đường sá, trong khi giữ lực quay vòng ởmức cao nhất có thể để đảm bảo tính ổn định dẫnhướng

Nguyên lý cơ bản:

-Cảm biến tốc độ bánh xe đo tốc độ góc củabánh xe và gởi tín hiệu đến ABS ECU

tính tốc độ xe và sự thay đổi tốc độ bánh xe từtốc độ góc của bánh xe

-Khi phanh gấp ABS ECU điều khiển các bộ chấphành để phân phối áp suất tối ưu cho mỗixilanh thắng

theo mệnh lệnh từ ECU, tăng, giảm hay giữnguyên áp suất dầu khi cần, để đảm bảo hệsố trượt tốt nhất (10-30%), tránh bó cứng bánhxe

5.1.2 Hệ thống phanh chống bó cứng bánh xe

và điều khiển ổn định tự động (ABS + TRC)

- Hệ thống điều khiển lực kéo (traction control system)được thiết kế để ngăn ngừa sự trượt quay (spinning)của bánh xe chủ động

làm việc trên mặt đường có hệ số bám thấp Kếtquả là sẽ làm xấu đi tính năng lái và giảm tính ổnđịnh của ôtô

thấp (đường bóng quá hoặc trơn, ướt), dễ dẫn tớisự không đồng đều lực kéo ở hai bánh xe trái vàphải Dưới những điều kiện này, hiệu quả gia tốccủa cả hai bánh xe bị giới hạn bởi khả năng bámcủa bên bánh xe có lực kéo nhỏ

- Hệ thống điều khiển lực kéo (TRC) ngăn chặn sựtrượt quay của các bánh xe cho phép các bánh xecó lực bám trên bề mặt đường để tận dụng đượctối đa lực gia tốc khi chạy trên đường

là tối ưu hóa độ ổn định của ôtô (đối với ôtôdẫn động cầu sau – RWD) và khả năng kiểm soáttay lái (đối với ôtô dẫn động cầu trước FWD)

Bộ chấp hành TRC Cảm biến vị trí

tốc độ sau trái

Công tắc cắt TRC

ABS & TRC ECU

Engine &

ECT ECU Van

Hình 5.7: Sơ đồ tổng quát hệ thống TRC+ ABS.

Sơ đồ khối

5.2 SƠ ĐỒ, CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA

CÁC PHẦN TỬ VÀ HỆ THỐNG

5.2.1 Sơ đồ, cấu tạo và hoạt động của các

phần tử và hệ thống ABS

Hệ thống điện thân xe & điều khiền tự động trên Ôtô Trang 135

Cảm biến tốc độ

bánh xe ECU – ABS và TRC Bộ chấp hành phanh

Đèn

b a ù

o A B S

Bộ chấp hành

Cảm biến tốc độ bánh sau

Rô to

ca û

m bi ế

n

ABS ECU

Hình 5.8: Sơ đồ bố trí các chi tiết

5.2.1.1 Các cảm biến

Cấu tạo:

Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau bao gồmmột nam châm vĩnh cửu, cuộn dây và lõi từ Vị trílắp cảm biến tốc độ hay rôto cảm biến cũng nhưsố răng của rôto cảm biến thay đổi theo kiểu xe

Nam châm

Lõi

Rô to cảm biến

Cảm biến tốc độ

Hình 5.9: Cấu tạo cảm biến tốc độ

Hoạt động:

Vành ngoài của các rôto có các răng, nên khi rôtoquay, sinh ra một điện áp xoay chiều có tần số tỷlệ với tốc độ quay của rôto Điện áp này báo choABS ECU biết tốc độ của bánh xe

Hình 5.10: Mô tả sự hoạt động của cảm biến tốc

độ bánh xe

Việc sử dụng cảm biến giảm tốc cho phép ABS ECU

đo trực tiếp sự giảm tốc của xe trong quá trình phanh

Vì vậy cho phép nó biết rõ hơn trạng thái của mặtđường Kết quả là độ chính xác khi phanh được cảithiện để các bánh xe không bị bó cứng

Cấu tạo:

Cảm biến giảm tốc bao gồm 2 cặp đèn LED vàphototransistor, một đĩa xẻ rãnh và một mạch biếnđổi tín hiệu Cảm biến giảm tốc nhận biết mức độgiảm tốc độ của xe và gởi các tín hiệu về ABSECU ECU dùng những tín hiệu này để xác định chínhxác tình trạng mặt đường và thực hiện các biệnpháp điều khiển thích hợp

Nam châm vĩnh cửu

Ra

A

Cuộn dây

Rô to cảm biến

- V

+ V0

Ở tốc độ caoỞ tốc

độ thấp

Transitor quang

Đĩa xẻ rãnhLEDs

Trước

Hình 5.11: Cấu tạo cảm biến giảm tốc

Hoạt động:

Khi mức độ giảm tốc của xe thay đổi, đĩa xẻ rãnhlắc theo chiều dọc xe tương ứng với mức giảm tốcđộ Các rãnh trên đĩa cắt ánh sáng từ đèn LEDđến phototransistor đóng, mở Tổ hợp tạo bởi cácphototransistor này tắt và bật, chia mức độ giảmtốc thành 4 mức và gởi về ABS ECU dưới dạng tínhiệu

5.2.1.2 Bộ chấp hành ABS

Bộ chấp hành ABS cấp hay ngắt áp suất dầu từ xilanh phanh chính đến mỗi xilanh phanh đĩa theo tín hiệutừ ECU để điều khiển tốc độ bánh xe

Hình 5.12: Vị trí bộ chấp hành ABS

Cấu tạo bộ chấp hành ABS:

Từ xi lanh phanh chính

Bộ chấp hành ABSTừ ABS ECU

Đến xi lanh phanh

Có thể chia bộ chấp hành chức năng thành 2 cụmsau:

Hình 5.13: Cụm van điện 3 vị trí

Hình 5.14: Cụm bình chứa và bơm

Hoạt động:

ABS không hoạt động trong quá trình phanh bìnhthường và ABS ECU không gởi dòng điện đến cuộndây của van Do đó, van ba vị trí bị ấn xuống bởi lò

xo hồi vị và cửa “A” vẫn mở trong khi cửa “B” vẫnđóng

Van điện 3 vị trí

(cụm điều khiển)

Trong quá trình hoạt động củahệ thống ABS, ABS ECU lựa chọnmột trong 3 chế độ (tăng áp,giảm áp, và giữ) tùy theo tín

hiệu từ ABS ECU

bằng mô tơ

Van điện 3 vị trí

Bình dầu

Piston Cam

Môtơ bơm

Khi đạp phanh, áp suất dầu trong xi lanh phanh chínhtăng, dầu phanh chảy từ cửa “A” đến cửa “C” trongvan điện ba vị trí rồi tới xilanh bánh xe Dầu phanhkhông vào được bơm bởi van một chiều số 1 gắntrong mạch bơm.

Khi nhả chân phanh, dầu phanh hồi từ xi lanh bánh xevề xi lanh chính qua cửa “C” đến cửa “A” và van mộtchiều số 3 trong van điện ba vị trí

Van điện ba vị

trí Cửa “B” đóngCửa “A” mở

Hình 5.15: Sơ đồ bộ chấp hành ABS khi phanh bình

Bình chứa

Van 1 chiều số 2

Xi lanh chính

- Khi phanh gấp (ABS hoạt động)

Nếu có bất kỳ bánh xe nào gần bị bó cứng khiphanh gấp, bộ chấp hành ABS điều khiển áp suấtdầu phanh tác dụng lên xi lanh bánh xe đó theo tínhiệu từ ECU Vì vậy bánh không bị bó cứng

Có ba chế độ sau:

+ Chế độ “giảm áp”

Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU gởi dòngđiện 5A đến cuộn dây của van điện, làm sinh ramột lực từ mạnh Van ba vị trí chuyển động lên phíatrên, cửa “A” đóng trong khi cửa “B” mở Kết quả làdầu phanh từ xilanh bánh xe qua cửa “C” tới cửa “B”trong van điện ba vị trí và chảy về bình dầu

Cùng lúc đó, môtơ hoạt động nhờ tín hiệu từ ECU,dầu phanh được hồi trả về xi lanh phanh chính từ bìnhchứa Mặt khác cửa “A” đóng ngăn không cho dầuphanh từ xi lanh chính vào van điện ba vị trí và vanmột chiều số một và số ba Kết quả là áp suấtdầu bên trong xi lanh bánh xe giảm, ngăn không chobánh xe bị bó cứng Mức độ giảm áp suất dầuđược điều chỉnh bằng các chế độ giảm áp và giữáp

Van điện ba vị

trí

Cửa “A”

đóngcửa “B” mở

Cửa“A”

đ o ù n

Bình chứa

Bơm

Hình 5.16: Sơ đồ hoạt động của hệ thống ABS ở

chế độ giảm áp

+ Chế độ “giữ áp”:

Khi áp suất bên trong xi lanh bánh xe giảm hay tăng,cảm biến tốc độ gởi tín hiệu báo rằng tốc độbánh xe đạt đến giá trị mong muốn ECU cấp dòngđiện 2A đến cuộn dây của van điện để giữ ápsuất trong xi lanh bánh xe không đổi

Khi dòng điện cấp cho cuộn dây của van bị giảm từ5A xuống còn 2A, lực điện từ sinh ra trong cuộn dâycũng giảm Van điện ba vị trí dịch chuyển xuống vị trígiữa nhờ lực của lò xo hồi vị làm đóng cửa “B”

Van điện ba vị

trí

Cửa “A”

đóngCửa “B”

Hình 5.17: Sơ đồ hoạt động bộ chấp hành ABS ở

chế độ giữ áp

+ Chế độ “tăng áp”:

Khi cần tăng áp suất trong xi lanh bánh xe để tạo lựcphanh lớn, ECU ngắt dòng điện cấp cho cuộn dâyvan điện Vì vậy cửa “A” của van điện ba vị trí mở vàcửa “B” đóng Nó cho phép dầu trong xi lanh phanhchính chảy qua cửa “C” trong van điện ba vị trí đến xilanh bánh xe Mức độ tăng áp suất dầu được điềukhiển nhờ lập lại các chế độ tăng áp và giữ áp

Van điện ba vị trí Cửa “A” mởCửa “ B “

ABS ECU

Cửa “A”

mởVan 1 chiều số

Hình 5.18: Sơ đồ hệ thống thắng ABS ở chế độ

tăng áp

5.2.1.3 ABS ECU

Trên cơ sở tín hiệu từ các cảm biến tốc độ củabánh xe, ABS ECU biết được tốc độ góc của cácbánh xe cũng như tốc độ xe Trong khi phanh mặc dùtốc độ góc của của bánh xe giảm, mức độ giảmtốc sẽ thay đổi phụ thuộc vào cả tốc độ xe khiphanh và tình trạng mặt đường, như đường nhựaasphalt khô, mặt đường ướt hoặc đóng băng

Nói cách khác, ECU đánh giá được mức độ trượtgiữa các bánh xe và mặt đường do sự thay đổi tốcđộ góc của các bánh xe khi phanh và điều khiểnbộ chấp hành ABS để cung cấp áp suất dầu tối ưuđến các xi lanh bánh xe nhằm điều khiển tốt nhấttốc độ các bánh xe

ABS ECU cũng bao gồm chức năng khiểm tra ban đầu,chức năng chẩn đoán, chức năng kiểm tra cảmbiến tốc độ và chức năng dự phòng

Sơ đồ mạch điện:Đ e øn b a ùo p h a n h

Hình 5.19: Sơ đồ mạch điện ABS

Điều khiển tốc độ bánh xe

ECU liên tục nhận các tín hiệu tốc độ bánh xe từ 4cảm biến tốc độ và phán đoán tốc độ xe bằngcách tính tốc độ và sự giảm tốc của mỗi bánh xe.Khi đạp phanh, áp suất dầu trong xi lanh chính tại mỗibánh xe bắt đầu tăng và tốc độ bánh xe bắt đầugiảm

Nếu có bất kỳ bánh xe nào sắp bị bó cứng, ECUgiảm áp suất dầu trong xi lanh của bánh xe đó

Tốc độ xe

Tốc độ bánh xeTốc độ

Mức độ tăng tốc độ bánh

xe Giảm GiữTăng

(s)

Hình5.21:Đồ thị mô tả hoạt động của ABS ECU

điều khiển tốc độ bánh xe

ECU đặt van điện 3 vị trí ở chế độ giảm áp theo mứcđộ giảm tốc của các bánh xe, vì vậy giảm áp suấtdầu trong xi lanh của mỗi xi lanh phanh bánh xe Sau khiáp suất giảm, ECU chuyển van điện 3 vị trí sang chế độgiữ áp để theo dõi sự thay đổi về tốc độ của bánhxe

Nếu ECU thấy áp suất dầu cần giảm hơn nó sẽ lạigiảm áp suất

Điều khiển relay

Relay điều khiển ABS

Rơle môtơ

Rơle van điện

Bộ chấp hànhABS

Mơtơ bơm

Hình 5.22: Sơ đồ điều khiển các relay

ECU bật relay của điện khi tất cả các van điện khi tấtcả các điều kiện sau được thỏa mãn:

Bật công tắc máy

Chức năng kiểm tra ban đầu (nó hoạt động ngay lậptức khi bật công tắc máy) đã hoàn thành

Không tìm thấy hư hỏng trong quá trình chẩn đoán.ECU tắt relay của điện nếu một trong các điều kiệntrên không được thỏa mãn

ECU bật relay môtơ khi tất cả các điều kiện sau thỏamãn:

ABS đang hoạt động hay chức năng kiểm tra ban đầuđang thực hiện

Relay van điện bật

ECU tắt relay môtơ nếu bất kỳ điều kiện nào ở trênkhông thỏa mãn

Chức năng kiểm tra ban đầu

ABS ECU kích hoạt van điện và mô tơ bơm theo thứ tựđể kiểm tra hệ thống điện của ABS Chức năngnày hoạt động khi tốc độ xe lớn hơn 6km/h với đènphanh tắt Nó chỉ hoạt động một lần sau mỗi lầnbật khóa điện.

Chức năng chẩn đoán

Nếu như hư hỏng xảy ra trong bất cứ hệ thống tínhiệu nào, đèn báo ABS trên bảng đồng hồ sẽ bậtsáng để báo cho tài xế biết hư hỏng đã xảy ra,ABS ECU cũng sẽ lưu mã chẩn đoán của bất kỳ hưhỏng nào

Chức năng kiểm tra cảm biến

Bên cạnh chức năng chẩn đoán, ABS ECU cũng baogồm chức năng kiểm tra cảm biến tốc độ Một vàikiểu xe cũng bao gồm chức năng kiểm tra cảm biếngiảm tốc để chẩn đoán cảm biến giảm tốc

Kiểm tra điện áp ra của tất cả các cảm biếnKiểm tra sự dao động điện áp ra của tất cả cáccảm biến

Kiểm tra điện áp ra của cảm biến giảm tốc

Kiểm tra hoạt động của đĩa xẻ rãnh

Chức năng dự phòng

Nếu xảy ra hư hỏng trong hệ thống truyền tín hiệuđến ECU, dòng điện từ ECU đến bộ chấp hành bịngắt Kết quả là hệ thống phanh hoạt động như khiABS không hoạt động, do đó đảm bảo được cácchức năng phanh bình thường

5.2.2 Sơ đồ, cấu tạo và hoạt động của các

phần tử và hệ thống ABS +TRC

5.2.2.1 Các bộ phận và chức năng của

chúng

Sơ đồ:

Hình 5.23: Sơ đồ bố trí các chi tiết ABS+TRC

Chức năng:

Đánh giá điều kiện chuyển động dựa trên tín hiệutừ cảm biến tốc độ trước và sau, và dựa vào tínhiệu vị trí bướm ga từ ECU động cơ rồi gửi tín hiệuđiều khiển đến bộ chấp hành bướm ga phụ và bộchấp hành phanh TRC cùng lúc đó nó gửi tín hiệuđến ECU động cơ để báo rằng TRC hoạt động

Nếu hệ thống TRC hỏng, nó bật đèn TRC để báocho người lái biết

Khi đặt ở chế độ chẩn đoán, nó hiển thị mỗi hưhỏng bằng mã số

-Bộ chấp hình bướm ga phụ: Điều khiển góc mởbướm ga phụ theo tín hiệu từ ECU – ABS và TRC, vìvậy điều khiển được công suất động cơ

ABS & TRC Động cơ và ECT ECU

Cảm biến tốc độ bánh sau

Rô to cảm biến tốc độ bánh sau

Công tắc đèn phanh

Công tắc khởi động số trung gian

Bộ chấp hành phanh TRC

Rơ le mô tơ TRC

Rơ le bướm ga TRC

Rô to cảm biến tốc độ bánh trước

Rơ le phanh chính TRC

Cảm biến tốc độ

bánh trước

Bộ chấp hành bướm ga phụ Cảm biến vị

-Cảm biến vị bướm ga chính: Phát hiện góc mởbướm ga chính và gửi tín hiệu đến ECU – ABS vàTRC thông qua ECU động cơ.

với trục bướm ga phụ.Nó biến đổi góc mởbướm phụ thành tín hiệu điện áp và gởi tín hiệunày đến ECU ABS và TRC qua ECU ECT và động cơ

chính rồi gửi đến ECU – ABS và TRC

chính rồi gửi đến ECU – ABS và TRC

suất dầu đến bộ chấp hành ABS theo tín hiệu từECU ABS và TRC

đến các xi lanh phanh bánh xe sau bên phải vàtrái một cách riêng rẽ theo tín hiệu từ ECU – ABSvà TRC

đang hoạt động và báo cho người lái biết hệthống TRC có hư hỏng

TRC không hoạt động do hư hỏng trong ABS hay hệthống điều khiển động cơ, hay công tắc cắt TRCđã tắt

phanh TRC và rơ le môtơ TRC

-Rơ le bướm ga TRC: Cấp điện đến bộ chấp hànhbướm ga phụ qua ECU – ABS và TRC

cần số đến ECU – ABS và TRC

đạp phanh hay không) và gửi tín hiệu này đếnECU – ABS và TRC