Hệ thống phanh ABS: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Thông thường để hạn chế tình trạng bó cứng phanh, lời khuyên của các chuyên gia là chúng ta nên đạp phanh từ tốn trong các tình huống thông thường. Trong trường hợp khẩn cấp, người lái nên nhấp nhả phanh liên tục, tuy nhiên hầu hết người lái xe không đủ bình tĩnh để thực hiện. Do đó, các nhà sản xuất đã chế tạo ra những mẫu xe hơi được trang bị hệ thống phanh ABS – Anti-lock Braking System. Với chế độ này, người lái chỉ cần đạp phanh và điều khiển vô lăng. ABS duy trì trạng thái ổn định, giúp bánh xe không bị trượt, quay vòng trong những tình huống phanh gấp không an toàn.

Dựa trên cơ cấu phanh, cách bố trí, dẫn động phanh, kết cấu bộ cường hóa, hệ thống phanh được phân thành nhiều loại. Trong đó, hệ thống sử dụng nhiều nhất trong các loại ô tô hiện nay là phanh thủy lực. Một số ưu điểm của loại phanh này bao gồm: kết cấu, không gian bố trí nhỏ gọn; dễ theo dõi và quan sát, sửa chữa đơn giản; giá thành bảo dưỡng và sửa chữa thấp, truyền tải lực phanh lớn và ổn định, độ nhạy cao, khả năng chấp hành nhanh.

Hệ thống phanh ABS có cấu tạo gồm những bộ phận gì ?

Cảm biến tốc độ

Cảm biến tốc độ ở hai bánh xe bao gồm một nam châm vĩnh cữu, cuộn dây và lõi từ. Vị trí lắp cảm biến tốc độ hay rô-to cảm biến tương ứng số lượng răng của rô-to cảm biến thay đổi theo kiểu xe. Vành ngoài của các rô-to có các răng, khi xe chuyển động các bánh xe dẫn động rô-to quay sản sinh một điện áp xoay chiều có tần số tỷ lệ với tốc độ quay của rô-to. ABS ECU biết tốc độ bánh xe nhờ vào điện áp AC.

Cảm biến giảm tốc

Hệ thống này giúp ABS đo trực tiếp sự giảm tốc của bánh xe khi phanh, nhờ vậy sẽ biết được trạng thái mặt đường và điều chỉnh áp suất dầu phanh hợp lý. Hiện nay có 2 loại cảm biến giảm tốc bao gồm: cảm biến giảm tốc dặt dọc và cảm biến giảm tốc đặt ngang được trang bị hai cặp đèn LED, Transistor quang, kết hợp một đĩa xẻ rảnh và một mạch biến đổi tín hiệu.

Khi xe phanh gấp, tốc độ bánh xe giảm đột ngột khiến thân xe bị chúi về phía trước. Hai đĩa cảm biến bị lắc theo 2 chiều của thân xe. Nếu dao động mạnh thì đĩa sẽ che ánh sáng từ LED đến transistor quang, làm transistor quang đóng/mở, theo đó cảm biến giảm tốc sẽ chia làm 4 mức và gửi tín hiệu về ECU. Cảm biến kiểu bán dẫn cũng được sử dụng để đo sự giảm tốc.

Bộ chấp hành hệ thống phanh ABS

Bộ chấp hành thủy lực có chức năng cung cấp một áp suất dầu tối ưu đến khi các xi-lanh phanh bánh xe theo sự điều khiển của ABS ECU, tránh hiện tượng bị bó cứng bánh xe khi phanh. Hệ thống này được cấu tạo bởi các van điện từ, motor điện dẫn động bơm dầu, bơm dầu và bình tích áp.

• Van điện từ: gồm loại 2 vị trí và 3 vị trí. Van điện từ gồm có một cuộn dây điện, lõi van, các cửa van và van một chiều. Tác dụng của van điện từ giúp đóng mở các cửa van để điều chỉnh áp suất đến các xi-lanh dưới sự điều khiển của ECU.
• Motor điện và bơm dầu: Bơm piston dầu có chức năng vận chuyển dầu từ bình bích áp về xi-lanh chính trong các chế độ và giữ áp nhờ motor điện. Bơm được chia thành 2 buồng hoạt hoạt động độc lập nhờ hai piston trái và phải, được điều khiển bằng cam lệch tâm.
• Bình tích áp: Chứa dầu hồi về từ xi-lanh phanh bánh xe, nhất thời làm giảm áp suất dầu ở xi-lanh phanh bánh xe.

Chúng ta phân biệt các loại ABS cũng như nhận biết ABS hoạt động bao nhiêu kênh điều khiển dựa vào đường dầu vào – ra. Hiện nay, nhà sản xuất tạo ra 4 loại van điện từ: Van điện 2 vị trí có van điều khiển lưu lượng, Van điện 2 vị trí có van điều khiển tăng áp, Van điện 3 vị trí có van cơ khí, Van điện 3 vị trí.

Hộp điều khiển hệ thống phanh ABS Control Module

ABS có chứng năng nhận biết thông tin về tốc độ góc các bánh xe, từ đó tính toán ra tốc độ bánh xe và sự tăng giảm tốc của nó, xác định tốc độ xe, tốc độ chuẩn của bánh xe và ngưỡng trượt để nhận biết nguy cơ bị hãm cứng của bánh xe. Bên cạnh đó, ABS cũng cung cấp tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành thủy lực, kiểm tra, chẩn đoán, lưu giữ mã code hư hỏng và chế độ an toàn.

ECU là một tổ hợp các vi xử lý với 4 cụm chính đảm nhận các vai trò: Phần xử lý tín hiệu; Phần logic; Bộ phận an toàn; Bộ chẩn đoán và lưu giữ mã lỗi.

• Giai đoạn A

ECU đặt van điện 3 ở chế độ giảm áp theo mức độ giảm tốc của các bánh xe để làm giảm áp suất dầu trong xi-lanh của mỗi phanh xe. Khi áp suất dầu giảm, ECU chuyển van điện 3 qua chế độ “giữ”. Theo dõi sự thay đổi của áp suất, ECU sẽ tự động điều chỉnh giảm nếu ECU nhận thấy cần giảm hơn nữa.

• Giai đoạn B

Khi áp suất dầu bên trong xi-lanh giảm ở giai đoạn A, áp suất dầu cấp cho bánh xe cũng giảm.

Nó chuyển đổi trạng thái của bánh xe gần bị bó cứng sang tăng tốc độ. Khi áp suất dầu giảm, lực phanh tác dụng lên bánh xe khá nhỏ. Nhằm ngăn chặn tình trạng này không xảy ra, ECU đặt van điện 3 liên tục ở các vị trí có chế độ “tăng áp” và “giữ” khi bánh xe gần bị bó cứng phục hồi tốc độ.

• Giai đoạn C

Sau khi thiết lập ECU ở giai đoạn B, bánh xe có xu hướng bó cứng lại. Do đó, ECU lại chuyển van điện 3 vị trí đến chế độ “giảm áp” để giảm áp suất dầu bên trong xi lanh bánh xe.

• Giai đoạn D

ECU bắt đầu tăng áp như giai đoạn B do áp suất dầu bên trong xi-lanh bị giảm.

Hoạt động của hệ thống phanh ABS

• Khi phanh bình thường (ABS không hoạt động)

Trong trạng thái bình thường, ABS ở chế độ “tĩnh”, ECU không truyền điện tới cuộn dây của van. Vì vậy, vị trí ấn xuống bởi lò xo hồi vị và cửa “A” vẫn mở còn cửa “B” vẫn đóng.

Khi nhấn phanh, áp suất dầu trong xi-lanh phanh chính tăng, dầu phanh chảy từ cửa “A” qua “C” trong van điện 3 vị trí rồi tới xi-lanh. Dầu phanh bị cản lại vào bởi van một chiều gắn trong mạch bơm.

Khi nhả phanh, dầu phan hồi về từ xi-lanh bán xe về xi-lanh chính qua cửa “C” đến cửa “A”, van một chiều số 3 trong van điện 3 vị trí.

• Khi phanh gấp (ABS hoạt động)

ABS điều khiển áp suất dầu phanh tác dụng lên xi-lanh bánh xe đó theo tín hiệu từ ECU nếu nhận thấy bánh xe nào đang bị bó cứng lại khi phanh gấp.

Chế độ "giảm" áp

Khi một bánh xe gần bị bó cứng, ECU truyền dòng điện 5A cho cuộn dây của van diện, tạo ra một lực từ mạnh. Van 3 vị trí chuyển động lên phía trên, cửa A đóng, cửa B mở.

Dầu phanh trong xi-lanh bánh xe qua cửa C tới cửa B trong van điện 3 vị trí này và chảy về bình dầu.

Đồng thời, tín hiệu ECU phát ra cho mô tô bơm hoạt động, dầu phanh được trả hồi về xi-lanh phanh chính từ bình chứa. Trong khi đó, dầu phanh trong xi-lanh chính bị ngăn không cho vào van điện 3 vị trí và van một chiều số 1 và 3 bởi tại cửa “A”. Vì vậy, áp suất dầu bên trong xi-lanh bánh xe giảm làm cho bánh xe không bị bó cứng. Áp suất dầu được điều chỉnh cân bằng bằng cách lạp lại chế độ “giữ áp” và “giữ”.

Chế độ “Giữ”

Khi có sự thay đổi áp suất bên trong xi-lanh bánh xe, cảm biến tốc độ phát tín hiệu báo tốc độ bánh xe đạt giá trị mong mong, ECU cấp dòng điện 2A đến cuộn dây của van điện để duy trì áp suất trong xi-lanh bánh xe.

Khi dòng điện trong cuộn giây từ 5A (theo chế độ giảm áp) giảm xuống còn 2A (theo chế độ giữ), lượng từ trong cuộn dây cũng giảm theo. Van điện 3  vị trí giữ nhờ lực của lò xò hồi vị làm đóng cửa “B”.

Chế độ “Tăng áp”

Để tạo lực phanh lớn, áp suất trong xi-lanh cần tăng, ECU sẽ ngưng cấp điện cho cuộn dây van diện. Khi đó, cửa “A” của van điện 3 vị trí mở, còn cửa “B” đóng. Nó cho phép dầu xi-lanh phanh chính chảy qua cửa “C” trong van điện 3 vị trí đến xi-lanh bánh xe. Mức độ áp suất dầu thay đổi được điều khiển nhờ chế độ lặp lại các chế độ “Tăng áp” và “Giữ”.

Những lưu ý về hệ thống phanh ABS

Một số người cho rằng ABS chỉ có tác dụng chính là giảm quãng đường phanh. Tuy nhiên, hãng xe không tạo ra 1 hệ thống phức tạp như vậy chỉ cho một mục đích. Thực tế cho thấy nó không giúp xe an toàn hơn, có nhiều phương pháp thực hiện điều này ngoài hệ thống phanh ABS. ABS giúp tài xế có thể kiểm soát được hướng lái và không bị trượt phanh khi phanh gấp.

Tuy nhiên, những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng tỷ lệ tai nạn giữa xe có và không có phanh ABS gần như nhau. Lý giải cho điều này là do người sử dụng ABS sai cách. Không những vậy, một số người ỉ lại vào phanh ABS để phóng nhanh vượt ẩu bất chấp. Ngược lại, họ lái xe an toàn hơn nếu xe ô tô không được trang bị chức năng này.

Mặc dù ABS là công nghệ phổ biến nhưng còn xa lạ với nhiều người. Người lái xe cần được đào tạo để thực hiện động tác phanh thuần thục trên những con đường trơn trước khi làm quen với ABS.

Tài xế thường có thói quen sử dụng phanh truyền thống theo kiểu “nhấn, nhả liên tục”. Hành động này thực sự không hiệu quả vì ABS đã làm hộ việc chống bó cứng bánh, lúc này tài xế chỉ cần tập trung điều khiển xe sao cho an toàn nhất. Làm quen với kĩ năng này và luyện tập thường xuyên sẽ giúp cho tài xế dễ dàng xử lý mọi tình huống, đồng thời tận dụng triệt để chức năng của thiết bị này.

Carmudi Vietnam là website hàng đầu trong việc cung cấp thông tin và trao đổi mua bán ô tô đáng tin cậy nhất tại Việt Nam!