Tìm hiểu về hệ thống điều khiển phanh ABS trên xe ô tô

Để tìm hiểu hệ thống điều khiển của hệ thống phanh ABS bạn cần phải biết hệ thống điều khiển phanh ABS trên xe ô tô bao gồm những gì ? và cách thức hoạt động của nó ra sao

Hệ thống kiểm soát phanh ABS là việc kiểm soát xe có phanh bánh xe, bánh xe và ma sát giữa lốp xe và mặt đường.

Các yếu tố gây nhiễu đến hệ thống phanh abs

Điều kiện mặt đường, tình trạng phanh, tải trọng xe và lốp xe (ví dụ độ sâu ren không đủ, áp suất lốp thấp)

Bộ điều khiển: Cảm biến tốc độ bánh xe và bộ điều khiển ABS

Các biến được kiểm soát: Tốc độ của bánh xe và dữ liệu thu được từ đó về sự giảm tốc ở ngoại vi của lốp, gia tốc của bánh xe ngoại vi và độ trượt của phanh.

Biến đầu vào tham chiếu: Áp suất tác dụng lên bàn đạp phanh (đầu vào áp suất phanh của người lái)

Biến được điều khiển đó là áp suất phanh

Xử lý dữ liệu trong bộ điều khiển ABS dựa trên hệ thống điều khiển đơn giản sau:

Một bánh xe không dẫn động; một phần tư tổng khối lượng của chiếc xe được gán cho bánh xe này.

Phanh bánh xe; thể hiện sự ăn khớp ma sát giữa lốp và mặt đường.

Một đường cong lý thuyết cho hệ số ma sát và tốc độ trượt; đường cong này được chia thành một phạm vi ổn định, được đặc trưng bởi các đường tăng tuyến tính và một phần ổn định với đường phản hồi không đổi.

Các biến được kiểm soát trong hệ thống phanh abs

Lựa chọn các biến được kiểm soát phù hợp là một yếu tố chính trong việc xác định hiệu quả của kiểm soát ABS. Cơ sở được cung cấp bởi các tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe mà ECU sử dụng để tính toán gia tốc và giảm tốc ngoại vi của bánh xe, độ trượt phanh, tốc độ tham chiếu và sự giảm tốc của xe. Do không thể đo trực tiếp độ trượt của phanh nên ECU sẽ tính toán một con số đại diện. Điều này dựa trên tốc độ tham chiếu tương ứng với vận tốc đặc trưng cho các điều kiện phanh tối ưu. ECU xác định điều này dựa trên luồng tín hiệu tốc độ bánh xe liên tục mà nó nhận được từ các cảm biến tốc độ bánh xe. Nó chọn một đường chéo (ví dụ bánh trước bên phải và bên trái phía sau) và sử dụng nó làm cơ sở cho tốc độ tham chiếu. Trong trường hợp phanh vừa phải, tốc độ tham chiếu thường dựa trên bánh xe đường chéo đang quay nhanh hơn. Trong khi dừng xe hoảng loạn với hệ thống kiểm soát ABS chủ động, tốc độ bánh xe sẽ khác với tốc độ của xe và không phù hợp để tính tốc độ tham chiếu. Trong giai đoạn điều khiển, ECU tạo ra tốc độ này dựa trên phép ngoại suy tốc độ có dạng đường dốc khi bắt đầu chu kỳ.

Kiểm soát phanh trong hệ thống phanh ABS trên bề mặt có độ bám đường cao

Khi hệ thống phanh điều khiển vòng kín của ABS được kích hoạt trên mặt đường có lực kéo cao (bề mặt có hệ số ma sát cao), để tránh hiện tượng cộng hưởng hệ thống treo và hệ thống truyền động, sự gia tăng áp suất sau đó phải được kéo dài so với giai đoạn phanh ban đầu. Các đường cong thể hiện trạng thái này trong đó bộ điều khiển phanh hoạt động trong điều kiện hệ số lực phanh cao.

Giai đoạn 1:

Sự giảm tốc ngoại vi của bánh xe di chuyển vượt quá ngưỡng xác định (sự giảm tốc của bánh xe) ở cuối giai đoạn 1 và van điện từ chuyển sang vị trí “duy trì áp suất” của nó. Vẫn còn sớm để bắt đầu giảm áp suất phanh, vì ngưỡng giảm tốc của bánh xe có thể bị vượt quá trong phạm vi ổn định trên hệ số lực phanh / đường cong và quãng đường phanh có giá trị sẽ bị “hy sinh”. Tốc độ tham chiếu được giảm đồng thời theo một đoạn đường dốc xác định. Tốc độ tham chiếu là cơ sở để xác định ngưỡng chuyển mạch trượt.

Giai đoạn 2:

Vào cuối giai đoạn 2, vận tốc ngoại vi của bánh xe giảm xuống dưới ngưỡng chuyển đổi trượt. Van điện từ phản ứng bằng cách dịch chuyển đến vị trí xả áp của nó. Sau đó, áp suất phanh tiếp tục giảm cho đến khi sự giảm tốc ngoại vi của bánh xe lại vượt quá ngưỡng.

Giai đoạn 3:

Vào cuối giai đoạn 3, nó giảm trở lại dưới ngưỡng giảm tốc của bánh xe ngoại vi, tiếp theo là giai đoạn giữ áp suất trong khoảng thời gian xác định. Trong giai đoạn này, gia tốc ngoại vi của bánh xe đã tăng đủ để vượt qua ngưỡng gia tốc của bánh xe ngoại vi. Áp suất không đổi.

Giai đoạn 4-5:

Vào cuối giai đoạn 4, gia tốc ngoại vi của bánh xe vượt quá ngưỡng rõ rệt tương đối cho khả năng tăng tốc của bánh xe. Sau đó, áp suất phanh tiếp tục tăng lên miễn là gia tốc vẫn trên ngưỡng gia tốc của bánh xe.

Giai đoạn 6:

Trong giai đoạn 6, áp suất không đổi được duy trì để đáp ứng với thực tế là ngưỡng gia tốc của bánh xe đã bị vượt quá. Trạng thái này cho thấy bánh xe đã đi vào phạm vi ổn định trên hệ số phanh / đường cong trượt và bị phanh hơi thấp.

Giai đoạn 7:

Áp suất phanh hiện được tích lũy ở giai đoạn 7 trong một quá trình tiếp tục cho đến khi sự giảm tốc ngoại vi của bánh xe một lần nữa vượt quá ngưỡng giảm tốc của bánh xe

Kiểm soát phanh trong hệ thống phanh ABS trên bề mặt có lực kéo thấp

Ngược lại với các kiểu hành vi trên mặt đường có độ bám cao, trên đường trơn trượt, ngay cả khi chỉ cần nhấn nhẹ vào bàn đạp phanh cũng đủ để gây ra hiện tượng bó cứng bánh xe. Về cơ bản, các bánh xe cũng cần thêm thời gian để thoát ra khỏi giai đoạn trượt cao và tăng tốc trở lại. Các mạch logic trong ECU nhận biết điều kiện đường hiện tại và điều chỉnh các đặc tính phản ứng của ABS cho phù hợp.

Giai đoạn 1-2:

Quá trình kiểm soát phanh cũng giống như quá trình áp dụng trên bề mặt có độ bám đường cao (độ bám đường cao).

Giai đoạn 3:

Bắt đầu với một khoảng thời gian giữ áp suất ngắn, sau đó là so sánh rất nhanh giữa tốc độ bánh xe và ngưỡng chuyển đổi trượt. Tốc độ ngoại vi của bánh xe thấp hơn giá trị của ngưỡng chuyển đổi trượt, do đó áp suất phanh giảm trong một khoảng thời gian xác định ngắn. Bước tiếp theo là giai đoạn giữ áp suất ngắn thứ hai. Sau đó, hệ thống lại so sánh tốc độ ngoại vi và ngưỡng chuyển mạch trượt, dẫn đến khoảng thời gian giải phóng áp suất xác định ngắn. Trong giai đoạn giữ áp suất tiếp theo, bánh xe lại tăng tốc đến điểm mà gia tốc ngoại vi của nó vượt quá ngưỡng gia tốc của bánh xe.

Giai đoạn 4:

Điều này bắt đầu một giai đoạn giữ áp suất mới, kéo dài cho đến khi tốc độ ngoại vi giảm trở lại dưới ngưỡng tăng tốc của bánh xe.

Giai đoạn 5:

Giai đoạn 5 được đặc trưng bởi sự tăng áp suất chia độ quen thuộc từ phần trước.

Giai đoạn 6:

Cuối cùng trong giai đoạn 6, áp suất được giải phóng để bắt đầu một chu kỳ điều khiển mới.
Trong chu trình được mô tả ở trên, logic điều khiển nhận ra rằng cần có hai hoạt động giảm áp suất bổ sung để tăng tốc lại bánh xe sau khi giảm áp suất bắt đầu bằng tín hiệu giảm tốc bánh xe ngoại vi. Bánh xe vẫn ở trong phạm vi trượt cao trong một thời gian tương đối dài, có tác động tiêu cực đến sự ổn định của xe và kiểm soát tay lái. Để cải thiện cả hai yếu tố này, hệ thống liên tục theo dõi và so sánh tốc độ ngoại vi của bánh xe và ngưỡng chuyển đổi trượt trong chu kỳ điều khiển này và sau. Do đó, giai đoạn 6 được đặc trưng bởi sự giảm áp suất liên tục, bánh xe chỉ dành một khoảng thời gian tối thiểu trong phạm vi trượt cao. Kết quả cuối cùng là tăng cường độ ổn định và phản ứng lái so với những gì thu được trong chu kỳ điều khiển đầu tiên.

HECU ABS, đầu vào và đầu ra của hệ thống điều khiển phanh ABS

Ngày nay bộ điều khiển là một phần không thể thiếu của bộ ABS. Một cảm biến bánh xe ở mỗi bánh xe sẽ gửi tín hiệu tốc độ bánh xe đến mô-đun điều khiển. Các đầu vào khác cho ECU là ví dụ:
– Công tắc đèn phanh
– G-Sensor (chỉ trên một số loại xe 4WD)
Mô-đun điều khiển nhận được nguồn điện liên tục từ mạch +30 và được thiết kế cho điện áp làm việc từ 9 đến 16V. Khi bật khóa điện, mô-đun điều khiển được cấp điện và đèn cảnh báo ABS bật sáng như một phần của quá trình kiểm tra chức năng. Nếu hệ thống hoạt động theo thứ tự, đèn sẽ tắt sau 3-5 giây.

Ghi chú: Luôn tiếp đất cho chính mình (ví dụ như trên khối động cơ), trước khi chạm vào mô-đun điều khiển và tránh chạm vào các chân đầu cuối.

Tín hiệu chuyển đổi đèn dừng

Khi nhấn bàn đạp phanh, dòng điện được đưa qua công tắc đèn phanh đến mô-đun điều khiển.

Thông tin về trạng thái của công tắc đèn phanh (BẬT / TẮT) được sử dụng bởi chức năng Phân phối lực phanh điện tử (EBD), trong quá trình thử nghiệm bơm-động cơ và điều chế ABS. Mỗi khi nhấn bàn đạp phanh, tức là mô-đun điều khiển nhận dòng điện từ công tắc đèn phanh; Điều khiển ABS chuyển về chế độ mặc định. Thông tin về trạng thái của công tắc đèn phanh (ON / OFF) được mô-đun điều khiển sử dụng như sau:

– Nếu nhả bàn đạp phanh và sau đó nhấn phanh trong khi ABS đang hoạt động, mô-đun điều khiển sẽ lại bắt đầu từ đầu chu trình điều khiển.

– Công tắc đèn phanh BẬT là một trong 4 tiêu chí để mô-đun điều khiển xác định có kích hoạt chức năng EBD hay không

– Kiểm tra động cơ máy bơm thông thường được tiến hành ở tốc độ 6km / h nhưng với công tắc đèn phanh, bài kiểm tra sẽ được thực hiện ở tốc độ 15km / h

Cảm biến tốc độ bánh xe cảm ứng

ECU sử dụng các tín hiệu (tần số bánh xe) do cảm biến tốc độ bánh xe cung cấp làm cơ sở để xác định tốc độ quay của bánh xe. Điện áp và tần số sóng sin tăng khi tốc độ bánh xe tăng. Có nhiều cấu hình cảm biến khác nhau cho các điều kiện lắp đặt khác nhau trong vùng lân cận trung tâm bánh xe. Đối với mọi cảm biến tốc độ bánh xe, điều cần thiết là chốt cực phải được định vị chính xác so với vòng cảm biến. Khoảng cách giữa cảm biến tốc độ bánh xe và vòng cảm biến chỉ khoảng 1-3mm, và dung sai chính xác phải được duy trì để đảm bảo tạo ra tín hiệu đáng tin cậy.
Ghi chú: Trên một số xe, khoảng cách giữa cảm biến và bánh răng có thể điều chỉnh được và cần được kiểm tra trong trường hợp đọc cảm biến không chính xác.

Cảm biến tốc độ bánh xe chủ động

Cảm biến tốc độ bánh xe ban đầu được phát triển như các thành phần cơ bản của Phanh Antilock
Hệ thống. Tuy nhiên, các hệ thống an toàn tiên tiến hơn đòi hỏi phải có thế hệ cảm biến mới, cảm biến tốc độ bánh xe chủ động. Các cảm biến tích cực này cũng có thể là một thành phần không thể thiếu của các hệ thống quản lý tiên tiến, điều khiển truyền dẫn, hệ thống định vị và hệ thống treo chủ động.

Cảm biến tạo ra tín hiệu dựa trên mức tiêu thụ hiện tại của nó. Từ Cảm biến, một dòng điện nhỏ (khoảng 7mA +/- 20%) được chuyển đến CU. Dòng điện nhỏ này được sử dụng bởi phần tử cảm biến và được hiểu là tín hiệu thấp. MRE (Phần tử điện trở Magneto) được kết nối với một bộ so sánh. Ngay sau khi bộ so sánh bật bóng bán dẫn, dòng điện cao hơn (14mA +/- 20%) được đưa đến CU và được hiểu là tín hiệu cao. Đường tín hiệu của cảm biến được nối đất thông qua một điện trở 115Ohm bên trong CU. Cảm biến hoạt động mới này sử dụng công nghệ mới nhất trong cảm biến tốc độ, bao gồm một Mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC), các phần tử Hall làm thiết bị cảm biến, xử lý dữ liệu và giao diện điện. Những thay đổi trong từ trường là do bánh xe điều chỉnh. Các phần tử Hall tạo ra tín hiệu điện áp hình sin tỷ lệ với từ trường thay đổi. Tín hiệu hình sin được ASIC thay đổi thành tín hiệu số xoay chiều.

Cảm biến tốc độ bánh xe chủ động nên được kiểm tra như sau:

– TẮT đánh lửa
– Kết nối „T“ – Đầu nối
– BẬT đánh lửa
– Kiểm tra DTC
– Đo điện áp cung cấp (B +)
– Đo điện áp đầu ra của cảm biến khi quay bánh xe (0,5V – 1,2V)

G-Sensor

Khi hệ dẫn động 4WD được khởi động, các điều kiện mà ABS hoạt động phải thay đổi và cần có các tính năng bổ sung của ABS. Tham gia 4WDl tạo ra một khớp nối tích cực liên tục giữa bánh trước và bánh sau. Chúng quay cùng tốc độ và do đó chúng phản ứng như một vật rắn, buộc bánh trước và bánh sau phải đảm nhận tốc độ quay trung bình. Tại thời điểm này, một kết nối động tồn tại giữa tất cả các bánh xe và mômen cản của động cơ (động cơ phanh dưới van tiết lưu) và quán tính của động cơ ảnh hưởng đến phản ứng ở tất cả các bánh xe. Để đảm bảo ABS tiếp tục hoạt động với hiệu quả tối ưu trong những điều kiện đặc biệt này, cần có các chức năng bổ sung. Những điều này thay đổi tùy theo cấu hình 4-WD riêng lẻ. Cảm biến G được trang bị bổ sung của ABSCU cung cấp thông tin bổ sung để cho phép đơn vị điều khiển xác định xem hệ số ma sát thấp hay cao. Tùy thuộc vào đó, ABSCU điều chỉnh chiến lược kiểm soát của mình. Về cơ bản, điều này có nghĩa là ở chế độ 4WD, ABSCU nhạy hơn và sẽ kích hoạt chức năng ABS trong giai đoạn sớm hơn và trong thời gian dài hơn. Bằng cách này, việc khóa ổ đĩa sẽ được ngăn chặn.

Mặt đường ma sát thấp (băng)

– Điện áp đầu ra thấp (thấp + lực G)
– Mặt đường ma sát thấp được phát hiện
– ABSCM tiến bộ để giảm áp suất thủy lực
– Khóa bánh xe bị trễ
– Khoảng cách dừng tăng

Mặt đường ma sát cao

– Điện áp đầu ra cao (lực + G cao)
– Mặt đường có độ ma sát cao được phát hiện
– ABSCM trì hoãn để giảm áp suất thủy lực
– Khóa bánh xe tiên tiến
– Khoảng cách dừng giảm

4WD – Tín hiệu

4WD-Tín hiệu trên xe có Quản lý mô-men xoắn thông minh (ITM)

Trên một số phương tiện nhất định có Quản lý mô-men xoắn tương tác (ITM), chẳng hạn như Sportage với Bộ tăng áp biến đổi hình học (VGT), tín hiệu chủ động 4WD được cung cấp từ Bộ điều khiển ABS (ABSCU) đến Bộ điều khiển ITM (ITMCU) thông qua CAN-Bus. Khi ABS hoạt động, ABSCU sẽ gửi tín hiệu đến ITMCU. Sau đó, ITMCU sẽ khử năng lượng cho ly hợp từ, do đó ngăn chặn việc khóa ổ đĩa.

Rơ le động cơ

Động cơ DC được kết nối với các phần tử bơm nằm bên trong khối Thủy lực. Với các hệ thống khác nhau, việc điều khiển động cơ có thể khác nhau.
Các mô hình lên đến MY´98 sử dụng rơ le bơm động cơ có thể được đặt trên đỉnh HECU hoặc bên trong hộp tiếp điện riêng biệt bên trong khoang động cơ. Rơ le được điều khiển bởi Mô-đun Điều khiển Hệ thống Phanh Antilock (ABSCM). Nếu đang có sự can thiệp của ABS, ABSCM sẽ nối đất vào cuộn dây rơ le, do đó đóng tiếp điểm và cho phép động cơ điều khiển các phần tử của máy bơm. Ngày nay, Động cơ được điều khiển bởi một Rơle (Transistor) nằm bên trong ABSCM.

Rơ le động cơ bên trong ABSCM

Rơ le van cung cấp dòng điện cho các van điện từ. Tùy thuộc vào loại ABS, van có thể được đặt bên trong ABSCM hoặc có thể được lắp đặt riêng bên trong hộp tiếp điện.

Van thủy lực bock

Bộ phận van, là một phần không thể thiếu của bộ thủy lực, điều khiển áp suất phanh đến cụm thước cặp trong quá trình phanh có điều khiển bằng ABS. Khối van bao gồm tám van điện từ: bốn đầu vào và bốn đầu ra (một cặp cho mỗi bánh xe). Ở vị trí nghỉ, van đầu vào mở và van đầu ra đóng. Khối van kết hợp hai bộ tích lũy áp suất thấp và hai bộ tích lũy áp suất cao (1 bộ mỗi mạch). Mô-đun điều khiển thực hiện kiểm tra van mỗi khi bật đánh lửa. Thử nghiệm này diễn ra cùng lúc với thử nghiệm động cơ bơm và các van được kích hoạt trong 20ms.

Bơm hồi lưu

Bơm hồi lưu, được tích hợp vào bộ thủy lực, bao gồm một động cơ D.C. để kích hoạt bơm thủy lực. Bộ phận bơm, chỉ được kích hoạt khi van đầu ra mở, đưa dầu phanh dư trở lại xi lanh chính. Áp suất phanh trong xi lanh chủ xác định áp suất trong đường hồi chất lỏng, đến lượt nó, tỷ lệ với áp suất bàn đạp. Công suất máy bơm khoảng 250bar là đủ cho mọi điều kiện phanh. Mỗi khi đánh lửa và tốc độ đường vượt quá 6km / h, mô-đun điều khiển sẽ kiểm tra hoạt động của bơm hồi lưu, kích hoạt nó trong 200ms. Nếu đóng công tắc đèn phanh, bài thi sẽ được thực hiện ở tốc độ 15km / h. Bơm thủy lực và động cơ điện là một phần không thể thiếu của khối van và không thể thay thế tách rời nhau.

Van điện từ

Sau khi máy bơm bắt đầu bơm dầu, hệ thống cần một số loại giá đỡ, điều này sẽ định hướng và điều chỉnh chất lỏng. Một số van kết nối các đoạn với nhau, hướng chất lỏng đi đâu. Mặt khác, các van khác kiểm soát hoặc điều chỉnh áp suất và lưu lượng. Van điện từ đầu vào kết nối hoặc ngắt đường dẫn thủy lực giữa xi lanh chính và xi lanh bánh xe. Nó vẫn mở bình thường nhưng nó sẽ đóng lại khi chế độ đổ và giữ bắt đầu trong quá trình hoạt động của ABS.

Van một chiều được sử dụng để giúp dầu phanh quay trở lại từ xi lanh bánh xe về xi lanh chủ khi nhả bàn đạp phanh. Van điện từ đầu ra là van thường đóng nhưng nó được mở để giải phóng áp suất xi lanh bánh xe khi bắt đầu chế độ đổ.

Bộ tích lũy

Hai bộ tích lũy nằm bên trong khối van. Dầu phanh được điều áp tác dụng lên đỉnh của một piston chống lại một lực lò xo. Bộ tích lũy áp suất thấp nằm giữa van đầu ra và bơm hồi lưu, tích tụ dầu phanh cho đến khi bơm hồi lưu bắt đầu chạy. Chức năng của bộ tích lũy áp suất cao, nằm giữa bơm hồi lưu và xi lanh chính, là làm giảm cả tiếng ồn và dao động áp suất khi bơm hồi lưu hoạt động (chế độ ABS).