TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THỰC HIỆN MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE GẮN MÁY SVTH NGUYỄN NGỌC ĐĂNG KHOA 14145122 NGUYỄN NGỌC LÂN 14145135 KHÓA 2014 NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ GVHD Th S NGUYỄN VĂN THÌNH Tp Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU, THỰC HIỆN MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE GẮN MÁY SVTH NGUYỄN.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ABS TRÊN Ô TÔ
Lịch sử phát triển hệ thống ABS
Vào năm 1920, Gabriel Voisin, một nhà tiên phong về ô tô và máy bay người Pháp, đã thử nghiệm hệ thống điều chỉnh áp lực phanh thủy lực trên máy bay để giảm rủi ro trượt lốp khi đáp cánh Hệ thống này bao gồm một bánh đà và van kết nối với nhau qua một đường ống thủy lực cung cấp dầu cho các xy lanh phanh Khi phanh bình thường, bánh đà và trống quay cùng tốc độ, nhưng khi một bánh xe quay chậm lại, trống cũng giảm tốc độ, cho phép bánh đà quay nhanh hơn Điều này làm van mở, cho phép dầu phanh chảy vào bình tích, giảm áp lực phanh và giải phóng phanh.
Vào năm 1958, chiếc mô tô Royal Enfield Super Meteor đã được thử nghiệm bởi Phòng thí nghiệm nghiên cứu giao thông để kiểm tra khả năng chống bó cứng phanh Kết quả cho thấy rằng hệ thống chống bó cứng phanh mang lại giá trị lớn cho xe máy, đặc biệt khi liên quan đến việc giảm tỷ lệ tai nạn giao thông do trượt xe Các thử nghiệm chỉ ra rằng quãng đường phanh được rút ngắn đáng kể so với phanh bị bó cứng, nhất là trên các bề mặt đường có hệ số bám thấp.
Hình 1.1: Hãng xe Royal Enfield Super Meteor
Hệ thống phanh chống bó cứng phanh trên ô tô lần đầu tiên được sử dụng vào năm
Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) được giới thiệu lần đầu trên các xe Nhật vào năm 1971 và nhanh chóng phát triển ABS hai bánh giúp giảm hiện tượng mất ổn định khi phanh trên bề mặt trơn trượt Đến năm 1983, hệ thống này đã được cải tiến thành ABS bốn bánh Hiện nay, ABS đã trở thành tiêu chuẩn hoặc tùy chọn cho hầu hết các xe du lịch và xe tải nhẹ trên toàn cầu.
Giới thiệu về hệ thống ABS
Muốn nâng cao hiệu quả và ổn định của ô tô khi phanh thì phải đảm bảo đuợc
Trong quá trình phanh, cần đảm bảo rằng lực phanh Fp phải luôn nhỏ hơn hoặc bằng lực ma sát Fφ để duy trì hiệu quả phanh và ổn định cho xe Nếu Fp1 nhỏ hơn Fφ1 và Fp2 nhỏ hơn Fφ2, quãng đường phanh sẽ tăng Ngược lại, nếu Fp1 lớn hơn Fφ1, bánh xe phía trước sẽ bị bó cứng, gây mất tính dẫn hướng Tương tự, nếu Fp2 lớn hơn Fφ2, bánh xe phía sau sẽ bị bó cứng và trượt Khi bánh xe trượt, xe sẽ mất ổn định và có thể thay đổi quỹ đạo chuyển động, dẫn đến nguy cơ lật xe nếu lực quán tính quá lớn.
Hiện tượng nguy hiểm nêu trên thường gặp ở hệ thống phanh thường khi phanh gấp hoặc phanh trên đường trơn có hệ số bám thấp.
Hiện nay, với sự gia tăng tốc độ của ô tô, hệ thống phanh trên xe đời mới cần phải khắc phục nhược điểm của phanh truyền thống Do đó, nhiều ô tô phổ thông hiện đã được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh ABS để đảm bảo an toàn khi lái xe.
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS giúp ngăn chặn việc bánh xe bị khóa cứng khi phanh, cho phép người lái điều khiển tốt hơn trong điều kiện phanh bình thường Khi gặp bề mặt đường trơn trượt hoặc phanh gấp, ABS sẽ tự động can thiệp để điều chỉnh áp suất phanh mà không phụ thuộc vào lực đạp phanh, giữ cho tốc độ bánh xe trong phạm vi trượt tối ưu Hệ thống này bao gồm bộ điều khiển thủy lực, cảm biến tốc độ bánh xe và bộ điều khiển điện tử, hoạt động như một hệ thống điều khiển phản hồi để ngăn chặn việc bó cứng bánh xe ABS sẽ ngưng hoạt động khi tốc độ xe giảm xuống dưới ngưỡng đã được cài đặt.
1.2.1 Mục đích của hệ thống ABS.
Hệ thống ABS có ba mục đích chính: giảm quãng đường phanh, nâng cao sự ổn định của xe khi phanh gấp và cải thiện khả năng điều khiển xe trong quá trình phanh.
Quãng đường phanh phụ thuộc vào vận tốc ban đầu, khối lượng xe và lực phanh Để giảm thiểu quãng đường phanh, cần tối đa hóa lực phanh trong khi giữ các yếu tố khác ổn định Trên mọi bề mặt, tồn tại một điểm cực đại của hệ số ma sát Khi hệ thống chống bó cứng duy trì tất cả các bánh xe gần với điểm cực đại này, lực ma sát tối đa sẽ đạt được, giúp quãng đường phanh ngắn nhất Tuy nhiên, hệ thống chống bó cứng còn có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự ổn định và khả năng điều khiển của xe.
Độ ổn định của xe.
Mặc dù hệ thống phanh chủ yếu nhằm giảm tốc độ và dừng xe, việc áp dụng lực phanh tối đa ở cả bốn bánh không phải lúc nào cũng là điều mong muốn Khi lực phanh tối đa được áp dụng, có thể xảy ra hiện tượng lệch mômen, gây mất ổn định cho xe và buộc người lái phải điều chỉnh tay lái để khắc phục Do đó, hệ thống chống bó cứng phanh đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự ổn định của xe.
Kiểm soát lực ma sát hiệu quả là yếu tố quan trọng để đạt được lực bên tối ưu, từ đó cải thiện khả năng điều khiển xe Đặc biệt, khả năng lái khi phanh trở nên cần thiết khi đối mặt với các chướng ngại vật trên đường.
1.2.2 Khái quát về hệ thống ABS.
Hệ thống phanh thông thường có chức năng giảm tốc độ hoặc dừng xe bằng cách sử dụng hai loại lực cản Lực cản đầu tiên là sự tương tác giữa má phanh và đĩa phanh.
Phanh có thể được điều khiển ổn định khi mối liên hệ giữa lực cản trong hệ thống phanh và lực cản giữa lốp và mặt đường xảy ra
Lực cản hệ thống phanh < Lực cản giữa lốp xe và mặt đường
Tuy nhiên, nếu mối quan hệ này bị đảo ngược lại, bánh xe sẽ bó cứng khi phanh và bắt đầu trượt.
Lực cản hệ thống phanh > Lực cản giữa lốp xe và mặt đường
Nếu bánh trước của xe bị bó cứng, xe sẽ không thể lái được Ngược lại, nếu bánh sau bị bó cứng, sự chênh lệch ma sát giữa bánh bên phải và bên trái sẽ khiến đuôi xe văng ra khỏi quỹ đạo, dẫn đến mất lái.
Hệ thống ABS điều chỉnh áp suất dầu tác động lên các xy lanh bánh xe, ngăn chặn hiện tượng bó cứng khi phanh trên bề mặt trơn hoặc khi phanh gấp Hệ thống này cũng đảm bảo tính ổn định trong quá trình phanh, giúp người lái duy trì khả năng điều khiển xe và tránh mất lái.
1.2.3 Cấu tạo của hệ thống ABS trên ô tô.
Hệ thống ABS gồm các bộ phận sau:
Hình 1.2: Các bộ phận của hệ thống ABS trên ô tô
Bộ phận này xác định mức độ trượt giữa bánh xe và mặt đường thông qua tín hiệu từ các cảm biến gắn trên bốn bánh xe, từ đó điều khiển bộ chấp hành của hệ thống phanh.
2 Bộ chấp hành của phanh.
Bộ chấp hành của phanh điều khiển áp suất thủy lực của các xy lanh ở bánh xe bằng tín hiệu ra của ECU điều khiển trượt.
Cảm biến tốc độ phát hiện tốc độ của từng bánh xe và truyền tín hiện đến ECU điều khiển trượt.
Khi ECU phát hiện thấy trục trặc ở ABS hoặc hệ thống hỗ trợ phanh, đèn này bật sáng để báo cho người lái hệ thống đang bị lỗi.
Đèn báo hệ thống phanh.
1.2.4 Cấu tạo và hoạt động của từng bộ phận trên hệ thống ABS.
1.2.4.1 Cảm biến tốc độ bánh xe.
Có 2 kiểu cảm biến đo tốc độ bánh xe đó là loại Inductive (cảm biến từ tính - hay còn gọi là loại 2 dây) sẽ cho tín hiệu dạng xung hình sin và cảm biến Hall (cảm biến dựa vào hiệu ứng Hall - loại 3 dây) cho tín hiệu dạng xung vuông
Hình 1.3: Hai dạng tín hiệu xung của cảm biến tốc độ bánh xe
Vành ngoài của rotor được trang bị các răng, giúp tạo ra điện áp xoay chiều khi rotor quay Tần số của điện áp AC này tỷ lệ thuận với tốc độ quay của rotor, cho phép hệ thống ABS ECY xác định chính xác tốc độ của bánh xe.
Bộ chấp hành trong hệ thống phanh ABS có nhiệm vụ cung cấp và điều chỉnh khí nén áp suất, từ tổng van phanh đến từng bầu phanh bánh xe Dựa trên tín hiệu từ bộ điều khiển ABS ECU, bộ chấp hành điều chỉnh tốc độ phanh cho từng bánh xe ôtô, giúp tăng cường hiệu quả phanh Hệ thống ABS có khả năng điều chỉnh áp suất phanh tới 15 lần mỗi giây, đảm bảo an toàn và ổn định khi phanh.
Trong quá trình hoạt động của hệ thống ABS, van điện ba vị trí đóng vai trò quan trọng khi ABS ECU lựa chọn giữa ba chế độ: tăng áp, giữ áp và giảm áp, dựa vào tín hiệu từ ABS ECU.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS trên ô tô
Khi xe di chuyển với gia tốc không đổi, tốc độ của xe và bánh xe tương đương nhau Tuy nhiên, khi người lái đạp phanh, tốc độ của các bánh xe giảm dần và không còn bằng tốc độ của thân xe do tác động của lực quán tính Sự khác biệt giữa tốc độ thân xe và tốc độ bánh xe được thể hiện qua một hệ số gọi là “hệ số trượt”.
Hệ số trượt có thể tính theo công thức sau:
Hệ số trượt = Tốc độ xe – Tốc độ bánh xe / Tốc độ xe x 100%
Hệ số trượt 0% biểu thị tình trạng bánh xe quay trơn tru mà không gặp sức cản, trong khi hệ số trượt 100% cho thấy bánh xe bị bó cứng hoàn toàn và lốp xe trượt trên mặt đường Khi sự chênh lệch giữa tốc độ bánh xe và tốc độ xe trở nên quá lớn, hiện tượng trượt giữa lốp và mặt đường sẽ xảy ra.
Ma sát sinh ra lực phanh, giúp giảm tốc độ của xe Lực phanh không tỷ lệ thuận với hệ số trượt và đạt cực đại khi hệ số trượt nằm trong khoảng 10-30% Khi hệ số trượt vượt quá 30%, lực phanh sẽ giảm dần Do đó, để duy trì lực phanh hiệu quả nhất, cần giữ hệ số trượt trong khoảng 10-30%.
Để đảm bảo tính ổn định dẫn hướng, cần duy trì tính ổn định ngang và lực quay vòng ở mức cao Hệ thống ABS được thiết kế nhằm tối ưu hóa tính năng phanh, giữ hệ số trượt trong khoảng 10-30% bất kể điều kiện đường xá, đồng thời tối đa hóa lực quay vòng để tăng cường tính ổn định dẫn hướng.
1 Trên mặt đường trơn có hệ số ma sát thấp, do quản đường phanh sẽ tăng nếu so sánh với mặt đường có hệ số ma sát cao ngay cả khi ABS hoạt động, phải giảm tốc độ xe khi chạy trên những loại đường này.
2 Trên đường xóc, đường rải đá hay đường tuyết, hoạt động của ABS có thể làm cho quãng đường phanh dài hơn so với xe không có ABS.
Thêm vào đó, tiếng ồn và sự rung động sinh ra khi ABS hoạt động báo cho người lái biết nó đang hoạt động.
ECU điều khiển trượt sử dụng thông tin từ các cảm biến tốc độ để theo dõi tốc độ quay của bánh xe và tốc độ của xe Khi phanh, mức giảm tốc sẽ thay đổi tùy thuộc vào tốc độ của xe và điều kiện mặt đường, chẳng hạn như đường nhựa khô, ướt hoặc có băng.
Hình 1.8: Sơ đồ hoạt động của hệ thống ABS ECU
ECU điều khiển trượt liên tục thu thập tín hiệu từ các cảm biến bánh xe để tính toán tốc độ của từng bánh và ước lượng tốc độ xe hiện tại Ngoài ra, ECU còn nhận tín hiệu từ công tắc mức dầu phanh để theo dõi lượng dầu phanh trong hệ thống và đưa ra cảnh báo khi cần thiết.
Trong quá trình phanh, ECU nhận tín hiệu từ công tắc đèn phanh và cảm biến tốc độ bánh xe để đánh giá mức trượt giữa các bánh xe và mặt đường Dựa trên sự thay đổi tốc độ quay của bánh xe, ECU điều khiển các van điện từ của bộ chấp hành phanh theo ba chế độ: giảm áp suất, giữ áp suất và tăng áp suất Mục tiêu là tối ưu hóa tốc độ của các bánh xe và duy trì hệ số trượt trong khoảng cho phép (10-30%) nhằm tránh tình trạng bó cứng xảy ra.
Khi hệ thống ABS gặp lỗi, ECU điều khiển trượt sẽ kích hoạt đèn báo ABS để thông báo cho người lái về sự cố Người dùng có thể chẩn đoán lỗi thông qua giắc DLC3.
Sơ đồ mạch điện ABS trên ô tô
1.4.1 Sơ đồ mạch điện ABS chung trên ô tô hiện nay.
Hình 1.9: Sơ đồ mạch điện chung hệ thống ABS trên ô tô
KÝ HIỆU CHÂN HỘP ECU ABS:
ABS – Anti-lock Brakes System.
BATT – Battery : chân dương bình.
STP – Stop : Tín hiệu công tắc đèn phanh.
PKB – Parking Brake : Tín hiệu phanh tay và tín hiệu báo mực dầu phanh.
W – warning : Chân đèn báo check.
IG – igniton : Chân dương sau công tắc máy.
MR – Motor Relay : Chân điều khiển Rơle bơm.
MT – Motor Test : Chân kiểm tra bơm.
AST – Actuator Solenoid Test :Chân kiểm tra bộ chấp hành.
SFR – Solenoid Front Right : Cuộn Solenoild trước phải.
SFL – Solenoid Front Left : Cuộn Solenoild trước trái.
SRR – Solenoid Rear Right : Cuộn Solenoild sau phải.
SRL – Solenoid Rear left : Cuộn Solenoild sau trái.
SR – Solenoid Relay : Chân điều khiển Rơle Cuộn dây bộ chấp hành.
R– Relay : Chân “ - ” điều khiển rơle.
FR- – Front Right : Chân âm cảm biến tốc độ trước phải.
FL+ – Front Left : Chân dương cảm biến tốc độ trước trái.
FL- – Front Left : Chân âm cảm biến tốc độ trước trái.
RR+ – Rear Right : Chân dương cảm biến tốc độ sau phải.
RR- – Rear Right : Chân âm cảm biến tốc độ sau phải.
RL+ – Rear Left : Chân dương cảm biến tốc độ sau trái.
RL- – Rear Left : Chân âm cảm biến tốc độ sau trái.
GND – ground : Mass hộp ECU ABS.
KÝ HIỆU ĐƯỜNG DẦU BỘ CHẤP HÀNH:
R – Rear : Đường dầu sau từ xylanh chính đến.
F – Front : Đường dầu trước từ xylanh chính đến.
FR – Front Right : Đường dầu đến bánh trước phải.
FL – Front Left : Đường dầu đến bánh trước trái.
RR – Rear Right : Đường dầu đến bánh sau phải.
RL – Rear Left : Đường dầu đến bánh sau trái.
1.4.2 Sơ đồ mạch điện hệ thống ABS trên xe Toyota Innova 2015.
Hình 1.10: Sơ đồ mạch điện hệ thống ABS trên xe Toyota Innova 2015
IG1 – GND: 10 -14V khi công tắc IG ở vị trí ON.
WA – GND: 0 - 2V khi công tắc IG ở vị trí ON và đèn cảnh báo ABS ON.
10 -14V khi công tắc IG ở vị trí ON và đèn cảnh báo ABS OFF.
STP – GND: 0 -1.5V khi công tắt đèn phanh ở vị trí OFF.
8 -14V khi công tắt đèn phanh ở vị trí ON.
D/G – GND: 10 -14V khi công tắc IG ở vị trí ON và đèn cảnh báo ABS ON.
TS, TC – GND: 8 -14V khi công tắc IG ở vị trí ON.
M+ - GND: 0-1.5V khi công tắc IG ở vị trí ON.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS trên xe Toyota Innova
Các tín hiệu đầu vào:
Cảm biến tốc độ bánh xe được xác định và gửi tín hiệu về thông qua các chân
FR+, FL+, RR+, RL+ của ABS ECU.
Tín hiệu công tắc đèn phanh của ABS ECU thông qua chân STP khi phanh hoạt động.
Tín hiệu công tắc cảnh báo mức dầu phanh và tín hiệu công tắc phanh tay của ABS ECU thông qua chân PKB.
Khi bật công tắc IG, nguồn điện sẽ được cung cấp từ Accu(+) qua công tắc IG đến IG và ABS ECU, đảm bảo các thiết bị này nhận được nguồn 12V Đồng thời, nguồn Accu(-) cũng được cấp qua chân GND, tạo ra mạch điện hoàn chỉnh.
Công tắc IG – BS và BM cung cấp nguồn cho rơ le solenoid và rơ le bơm với điện áp 12V từ GND Quá trình kiểm tra ban đầu bắt đầu khi bật công tắc IG, lúc này ECU cấp nguồn cho chân WA kết nối với GND, tạo ra dòng điện từ IG đến đèn báo ABS và chân WA.
Trong quá trình kiểm tra, đèn báo ABS sáng lên, cho thấy ECU đang điều khiển rơ le solenoid và rơ le bơm đóng lại Khi rơ le bơm ngừng hoạt động, bơm sẽ khởi động, trong khi các solenoid vẫn không hoạt động ECU sẽ kết nối các chân SFRR, SFRH, SFLR, SFLH và SRRR.
Khi SRRH kết nối với GND, các solenoid bắt đầu hoạt động Sau khi kiểm tra, ECU điều khiển rơ le bơm mở nhưng không có nguồn 12V, dẫn đến bơm ngừng hoạt động và các chân SFRR, SFRH, SFLR, SFLH, SRRR, SRRH không còn kết nối.
Khi không có nguồn âm GND, các solenoid sẽ không hoạt động, nhưng rơ le solenoid vẫn đóng, giúp nguồn 12V đến các solenoid để sẵn sàng hoạt động Lúc này, đèn cảnh báo ABS sẽ tắt (WA – GND là 12V) Các chân TS và TC được sử dụng để chẩn đoán lỗi hệ thống ABS thông qua giắc DLC3.
Khi xe di chuyển, tín hiệu từ bốn bánh xe được gửi liên tục về hộp ECU để tính toán tốc độ của từng bánh Khi người lái đạp phanh, ECU nhận tín hiệu từ công tắc đèn phanh qua chân STP, với STP – GND ở mức 12V khi công tắc đóng Đồng thời, ECU cũng nhận tín hiệu từ công tắc cảnh báo mức dầu phanh và công tắc đèn phanh tay qua chân PKB, cùng với tín hiệu từ các cảm biến qua các chân FL+, FR+, RL+, và RR- Dựa vào những thông tin này, ECU xác định mức độ giảm tốc của các bánh xe.
Khi phát hiện một bánh xe có tốc độ giảm hơn 25% so với các bánh xe khác, có nguy cơ xảy ra trượt Lúc này, ECU ABS sẽ cấp nguồn âm qua chân WA, tạo ra dòng điện từ IG đến đèn ABS và GND, khiến đèn ABS sáng lên để thông báo rằng hệ thống ABS đang hoạt động.
ABS ECU điều khiển rơ le bơm để cấp nguồn dương cho chân M+, cho phép dòng điện đi từ IG qua BM đến M+, kích hoạt mô tơ bơm và tạo áp suất trong hệ thống phanh Đồng thời, ABS ECU cũng cung cấp nguồn âm qua các chân SFRR, SFRH, SFLR, SFLH, SRRR, SRRH để các solenoid hoạt động hiệu quả.
Hệ thống ABS điều chỉnh tốc độ giữa các bánh xe để giữ cho sự chênh lệch không vượt quá 25% do sự thay đổi của hệ số bám mặt đường Khi chênh lệch tốc độ nhỏ hơn 25% và người lái không đạp phanh, hệ thống ABS ngừng hoạt động, ECU mở rơ le bơm, dẫn đến bơm ngừng hoạt động và các solenoid không được cấp nguồn âm Kết quả là chân WA không thông với chân GND, khiến đèn báo ABS tắt.
HỆ THỐNG ABS TRÊN XE GẮN MÁY
Tình hình sử dụng hệ thống ABS trên xe gắn máy
Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiệu quả của hệ thống chống bó cứng phanh ABS trên xe máy trong việc giảm thiểu tai nạn giao thông Kể từ năm 2016, Nghị viện châu Âu đã yêu cầu tất cả xe máy có dung tích xy lanh lớn hơn 125cc phải được trang bị hệ thống ABS, dẫn đến khả năng gia tăng tỷ lệ xe trang bị ABS trong những năm tới Mặc dù các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào xe mô tô phân khối lớn, nghiên cứu này dựa trên các báo cáo từ cảnh sát Tây Ban Nha (2006-2009), Ý (2009) và Thụy Điển (2003).
2012) để phân tích nhiều loại xe máy, bao gồm xe tay ga và so sánh các quốc gia có thói quen lái xe máy khác nhau.
Hệ thống ABS trên xe gắn máy đã chứng minh hiệu quả giảm thiểu tai nạn, với tỷ lệ giảm từ 24% ở Ý, 29% ở Tây Ban Nha đến 34% ở Thụy Điển Đặc biệt, tỷ lệ giảm các tai nạn nghiêm trọng và tử vong còn cao hơn, đạt 34% ở Tây Ban Nha và 42% ở Thụy Điển Tổng số vụ va chạm liên quan đến xe tay ga trang bị ABS (từ 250cc trở lên) giảm 27% ở Ý và 22% ở Tây Ban Nha, trong khi các vụ va chạm nghiêm trọng và gây tử vong giảm tới 31% tại Tây Ban Nha.
Bảng 2.1: Thống kê tai nạn trên các điều kiện mặt đường khác nhau (2000 - 2011)
Theo số liệu từ Bảng 2.1 trong tài liệu đánh giá hiệu quả của hệ thống ABS trên xe máy tại Úc, hầu hết các tai nạn xảy ra trên bề mặt đường khô, với 2739 trường hợp tai nạn liên quan đến xe máy không trang bị hệ thống ABS, gấp 6,2 lần so với xe có ABS Đối với mặt đường ướt, tai nạn ở xe không có hệ thống ABS cũng cao gấp khoảng 4 lần so với xe có trang bị ABS.
Bài nghiên cứu cung cấp thống kê về tai nạn xe máy ở các tốc độ khác nhau, cho thấy tai nạn thường xảy ra nhiều nhất ở tốc độ 60 km/h và trên 100 km/h Cụ thể, tại tốc độ 60 km/h, tỷ lệ tai nạn ở xe không trang bị hệ thống ABS cao gần 7 lần so với xe có hệ thống ABS.
Bảng 2.2: Thống kê dải tốc độ xảy ra tai nạn ở Victoria, Úc ( 2000 – 2011)
Hệ thống ABS trên xe máy đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu tai nạn và nâng cao an toàn cho người lái Do đó, việc trang bị hệ thống ABS ngày càng trở nên phổ biến Biểu đồ dưới đây dự đoán xác suất xe máy trên 125cc được trang bị hệ thống ABS tại Úc từ năm 2004 đến 2025.
Hình 2.1: Biểu đồ dự đoán tốc độ phát triển của hệ thống ABS trên xe máy có dung tích trên 125cc từ 2004 – 2025 ở Úc
Tỷ lệ trang bị hệ thống ABS cho xe máy trên 125cc đang tăng mạnh, với mức cao hơn dự đoán trong các năm 2012 và 2013, đặc biệt là năm 2013 đạt khoảng 37% Dự báo đến năm 2024, gần 95% xe đăng ký sẽ được trang bị hệ thống ABS, cho thấy sự cải tiến đáng kể trong công nghệ và an toàn xe máy, giúp giảm thiểu tai nạn.
Các số liệu thống kê cho thấy việc triển khai hệ thống ABS trên tất cả các loại xe máy, bao gồm cả xe máy dung tích nhỏ, là cần thiết Nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào việc đánh giá tác động của hệ thống ABS trong việc giảm thiểu chấn thương và tai nạn, đồng thời có thể kết hợp với hệ thống phanh thông thường.
Giới thiệu hệ thống ABS trêncho xe gắn máy
Hệ thống ABS trên xe gắn máy cũng gồm những bộ phận giống hệ thống ABS trên ô tô như:
Bộ chấp hành phanh ABS.
Cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống ABS trên xe gắn máy
Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) là rất cần thiết trong những tình huống như phanh gấp, khi đường có hệ số bám thấp hoặc khi gặp phải các tình huống phanh bất ngờ Trong những trường hợp này, bánh xe dễ bị bó cứng và trượt do lực phanh vượt quá lực bám giữa mặt đường và bánh xe.
Vai trò của hệ thống ABS trên máy tương tự như trên ô tô, giúp phân phối lực phanh cần thiết đến các bánh xe Điều này đảm bảo rằng sự trượt được tối ưu hóa dựa trên tốc độ quay của bánh xe, thông qua các cảm biến được lắp đặt tại từng bánh xe và gửi tín hiệu về hộp ECU ABS.
ECU ABS điều khiển các solenoid để điều chỉnh lực phanh với tần số từ 10Hz đến 15Hz, tùy thuộc vào từng loại xe, nhằm hạn chế lực tác động vào đĩa phanh khi lái xe phanh gấp Khi sự trượt giữa bánh xe và mặt đường đạt hiệu quả tối ưu, ECU ABS sẽ duy trì lực phanh ổn định nhất cho đến khi xe dừng hoàn toàn.
Một số hệ thống khác kết hợp với hệ thống ABS
Phanh CBS – Combi Brake System hoạt động bằng cách tác động lực phanh trực tiếp lên cả hai bánh trước và sau của xe máy, giúp bánh xe dừng lại hiệu quả hơn Với cơ chế này, lực phanh được phân bổ đều cho cả hai bánh, tăng cường khả năng dừng và đảm bảo an toàn hơn, tránh tình trạng một bánh dừng còn bánh kia vẫn chuyển động.
Hình 2.3: Sơ đồ phanh CBS
Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh bắt đầu khi lực tác động lên phanh sau, làm áp suất dầu từ xy lanh chính đi qua Delay Valve đến xy lanh bánh sau, giúp giảm tốc độ bánh sau Khi lực tác dụng lên xy lanh phanh chính tăng, áp suất cũng tăng cho đến khi vượt quá lực lò xo, dẫn đến việc piston dịch chuyển xuống và mở cửa dầu đến xy lanh bánh trước, làm tăng lực phanh bánh trước Khi áp suất trong đường ống giảm, áp suất thủy lực sẽ nhỏ hơn lực lò xo, khiến piston dịch chuyển lên và đóng cửa dầu đến bánh trước, làm giảm lực phanh bánh trước.
2.3.2 Hệ thống ABS kết hợp CBS (C-ABS)
Hiện nay, Honda sử dụng hai loại hệ thống phanh ABS cho xe máy: ABS vòng lặp kín, thường thấy trên ô tô, và ABS duy nhất điều khiển trực tiếp bằng mô tơ Một số mẫu xe còn tích hợp một trong hai loại ABS này với phanh thường hoặc CBS để nâng cao độ an toàn khi phanh.
2.3.2.1 C-ABS cho các xe tay ga cỡ lớn
C-ABS bao gồm hai hệ thống là CBS và ABS kiểu vòng lặp kín Loại này được tích hợp trên một bộ phận bao gồm bộ điều khiển ABS, một mô tơ bơm để tạo ra áp suất thủy lực và áp suất sẽ được điều khiển bởi các van solenoid Ưu điểm của hệ thống này là có cấu tạo đơn giản cho phép lực phanh được phân phối lên hai bánh xe cùng lúc nhằm tăng hiệu quả phanh.
C-ABS hoạt động tương tự như hệ thống ABS truyền thống, nhưng được cải tiến với việc tích hợp CBS, bao gồm hai solenoid điều khiển áp suất thủy lực và một van trễ Một số mẫu xe còn được trang bị Dual CBS, với cách bố trí tương tự cho phanh trước.
Hình 2.4: Bộ C-ABS kiểu vòng lặp kín
2.3.2.2 C-ABS cho các xe mô tô thể thao
C-ABS cho các xe thể thao bao gồm hai hệ thống là Dual CBS và ABS điều khiển trực tiếp bằng mô tơ Bộ chấp hành ABS sẽ điều chỉnh áp suất thủy lực bằng cách nâng hạ vị trí của piston trực tiếp bằng mô tơ Ở loại này một bộ điều khiển chỉ thay đổi áp suất được của một bánh xe Vì thế bộ chấp hành sẽ được bố trí ở trước và sau.
2.3.2.3 So sánh đặc tính của hai loại ABS
Hình 2.5: Biểu đồ thể hiện đặc tính của hai loại C-ABS
Hình 2.5 cho thấy sự khác nhau trong việc điều khiển áp suất phanh giữa hai loại
C-ABS Đường màu đỏ biểu thị áp suất thủy lực, đường màu đen là tốc độ xe và đường màu xanh là tốc độ bánh xe. Đối với C-ABS vòng lặp kín khi áp suất thủy lực tăng, dẫn đến lực phanh tăng lên làm tốc độ bánh xe giảm xuống Tuy nhiên, khi tốc độ bánh xe giảm xuống quá nhiều so với tốc độ hiện tại của xe nghĩa là các bánh xe sắp bị trượt, thông qua các tín hiệu từ cảm biến khi đó ECU sẽ điều khiển bộ chấp hành ABS giảm áp suất tới các bánh xe. Khi tốc độ bánh xe gần bằng với tốc độ xe, ECU điều khiển tiếp tục tăng lực phanh lên các bánh xe, và quá trình này diễn ra với tần số khoảng 8 – 10Hz.
Hệ thống C-ABS điều khiển bằng mô tơ có ưu điểm là giảm dao động áp suất thủy lực so với C-ABS vòng lặp kín, giúp tốc độ bánh xe được kiểm soát mượt mà và ổn định hơn Điều này dẫn đến việc giảm sự dịch chuyển trọng tâm của xe, mang lại cảm giác êm dịu và ổn định cho người lái khi thực hiện phanh.
2.3.2.4 Các hệ thống khác kết hợp phanh ABS
Ngoài hệ thống CBS, các xe mô tô hiện đại còn được trang bị nhiều công nghệ an toàn tiên tiến như MSC (Kiểm soát ổn định xe mô tô), TRC (Kiểm soát lực kéo) và HHC (Kiểm soát giữ xe trên dốc) Những hệ thống này không chỉ nâng cao khả năng vận hành mà còn tăng cường độ an toàn, mang lại trải nghiệm lái thoải mái cho người sử dụng.
Hệ thống phanh nâng cao C-ABS do Honda phát triển hiện nay không chỉ nâng cao hiệu quả vận hành của xe mà còn bảo vệ an toàn cho người lái.
Hình 2.6: Sự so sánh gia tốc phanh đạt được của các hệ thống
Hệ thống phanh nâng cao cho thấy sự khác biệt rõ rệt về gia tốc phanh so với hệ thống phanh thường Cụ thể, gia tốc phanh đạt được với phanh thường là 0.4G (1G = 9.8 m/s²), trong khi với hệ thống phanh CBS, gia tốc này cao hơn 1.7 lần Đặc biệt, hệ thống C-ABS mang lại gia tốc phanh lớn hơn 2.3 lần so với phanh thường Điều này chứng minh sự cần thiết của việc phát triển các hệ thống phanh nâng cao.
Một số mạch điện về hệ thống ABS trên xe máy
Dưới đây là những sơ đồ mạch điện hệ thống ABS trên xe gắn máy của các hãng xe.
Hình 2.7: Mạch điện hệ thống ABS trên xe máy BMW 1100LT
Các bộ phận của hệ thống ABS trên xe máy BMW 1100LT
ABS ECU gồm các chân:
F+, F- (Front): cảm biến tốc độ bánh trước.
R+, R- (Rear): cảm biến tốc độ bánh sau.
FM (Front Motor): mô tơ bơm ABS bánh trước.
RM (Rear Motor): mô tơ bơm ABS bánh sau.
FSH (Front Solenoid Holding valve): van giữ áp bánh trước.
FSR (Front Solenoid Releasing valve): van giảm áp bánh trước.
RSH (Rear Solenoid Holding valve): van giữ áp bánh sau.
RSR (Rear Solenoid Releasing valve): van giảm áp bánh sau.
IG (Ignition): Cấp nguồn dương cho ECU.
GND (Ground): Cấp nguồn âm cho ECU.
WLR (Warning Light Relay): Rơ le đèn cảnh báo ABS.
AR (ABS Relay): Rơ le ABS.
STP (STOP): Tín hiệu đèn phanh.
ASW (ABS Switch): Công tắc ABS.
RL-: Được nối thông với chân GND
Cảm biến tốc độ bánh trước và cảm biến tốc độ bánh sau.
Front Pressure Regulator (FPR): Bộ chấp hành phanh ABS bánh trước:
Chân số 1: van giữ áp
Chân số 2: van giảm áp.
Rear Pressure Regulator (RPR): Bộ chấp hành phanh ABS bánh sau:
Chân số 1: van giữ áp.
Chân số 2: van giảm áp.
ABS Switch: Công tắc để bật hay tắt hệ thống ABS.
Diagnostic plug: Giắc chẩn đoán lỗi hệ thống ABS.
Bulb Monitor Device: Điều khiển đèn báo phanh và đèn phanh phía sau.
Khi bật công tắc IG, nguồn điện 12V được cấp cho hộp ECU và kết nối âm với Accu(-) qua chân GND Đồng thời, nguồn 12V cũng được cung cấp cho relay ABS và relay cảnh báo ABS ECU ABS nhận tín hiệu từ công tắc ABS qua chân ASW để hoạt động.
ASW – GND là 5V thì hệ thống ABS có thể được kích hoạt, ngược lại nếu công tắc
ABS đóng thì điện áp ASW – GND là 0V thì hệ thống không được kích hoạt.
Sau khi bật công tắc IG, quá trình chẩn đoán lỗi ban đầu sẽ bắt đầu, trong đó ABS ECU cung cấp nguồn 12V qua chân WRL, cho phép dòng điện chạy từ chân WRL đến ABS.
Relay cảnh báo ABS (RL-) kết nối với GND, và khi relay này đóng lại, dòng điện từ ắc quy (+) đi qua relay ABS và đèn cảnh báo ABS, dẫn đến đèn cảnh báo sáng để thông báo rằng hệ thống đang trong quá trình kiểm tra ban đầu ECU ABS điều khiển nguồn 12V cho cuộn dây relay ABS qua chân AR; dòng điện chảy từ AR đến cuộn dây (relay ABS), RL- và GND, tạo ra lực từ trong cuộn dây để đóng tiếp điểm của relay ABS Khi đó, dòng điện từ ắc quy (+) đi qua công tắc IG.
Relay ABS kết nối với nguồn (+) của FPR và RPR từ ắc quy (-), cung cấp nguồn 12V cho các solenoid và mô tơ bơm trong bộ chấp hành phanh trước và sau ECU điều khiển các chân FSH, FSR, RSH, RSR, FM, RM nối với nguồn âm của hộp, kích hoạt các mô tơ bơm và solenoid trong hệ thống phanh ABS Sau khi hoàn tất quá trình chẩn đoán ban đầu, ECU ABS tắt đèn cảnh báo ABS và các chân FSH, FSR, RSH, RSR, FM, RM không còn kết nối với nguồn âm, khiến các mô tơ bơm và solenoid ngừng hoạt động, nhưng relay ABS vẫn duy trì nguồn 12V cho bộ chấp hành phanh ABS, giữ hệ thống ở trạng thái sẵn sàng Nếu có lỗi trong hệ thống, đèn cảnh báo ABS vẫn sáng sau khi chẩn đoán Việc chẩn đoán lỗi được thực hiện qua giắc chẩn đoán nối với chân D của hộp ECU.
Khi xe bắt đầu di chuyển, cảm biến tốc độ bánh xe trước và sau sẽ liên tục gửi tín hiệu xung hình sin (hoặc xung vuông tùy loại cảm biến) về hộp ECU ABS thông qua chân F+ và R+ để tính toán tốc độ bánh xe Tốc độ di chuyển của xe càng nhanh, số lượng xung gửi về hộp ECU càng tăng Điện áp dao động của cảm biến tốc độ bánh xe thường nằm trong khoảng -0.6 đến 0.6V, tuy nhiên giá trị này có thể khác nhau tùy thuộc vào loại cảm biến của từng hãng.
Khi không nhấn phanh, thiết bị giám sát Bulb sẽ không cấp nguồn âm cho đèn báo dừng, dẫn đến việc không xảy ra sụt áp Lúc này, điện áp tại chân STP – GND sẽ ổn định.
Khi đạp phanh, thiết bị giám sát Bulb điều khiển nguồn âm cho đèn Stop light sáng lên, dẫn đến sụt áp với điện áp chân STP – GND là 0V ABS ECU nhận tín hiệu từ chân STP và tín hiệu tốc độ bánh xe qua chân R+ và F+ Từ đó, ABS ECU tính toán mức độ giảm tốc của bánh xe; nếu tần số xung tăng, bánh xe đang tăng tốc Nếu một trong hai bánh có mức giảm tốc quá lớn trong thời gian ngắn hoặc hệ số trượt vượt quá 25% so với bánh còn lại, hoặc khi tốc độ bánh xe về 0 (tần số xung bằng 0), ABS ECU sẽ nhận diện tình trạng trượt hoàn toàn của bánh xe.
Điều khiển cấp nguồn 12V thông qua chân WRL, dòng điện đi từ chân WRL –
Rơle cảnh báo ABS – RL- – GND, hoạt động khi rơle cảnh báo ABS đóng lại, cho phép dòng điện từ ắc quy (+) đi qua rơle cảnh báo ABS và đèn cảnh báo ABS, rồi trở về ắc quy (-) Quá trình này làm cho đèn cảnh báo ABS sáng lên, cho biết rằng hệ thống đang hoạt động.
Điều khiển cấp nguồn âm cho các solenoid hoạt động theo ba chế độ “Giảm - Giữ - Tăng” thông qua các chân FSR, FSH, RSH, RSR nhằm thay đổi áp suất dầu trong xylanh bánh xe, từ đó điều chỉnh lực phanh tác dụng lên các bánh xe Tín hiệu từ các chân này có dạng xung vuông, và trong quá trình phanh, tải trọng chủ yếu tác động lên bánh trước, do đó ECU sẽ tăng cường lực phanh cho bánh trước và giảm cho bánh sau Hệ số bám của mặt đường liên tục biến đổi, dẫn đến gia tốc phanh và quãng đường phanh cũng thay đổi, yêu cầu tần số hoạt động của các solenoid phải điều chỉnh liên tục để đảm bảo hiệu suất trượt tối ưu Quá trình điều chỉnh lực phanh diễn ra cho đến khi không còn sự giảm tốc quá lớn (trên 25%) giữa các bánh xe, dựa vào tín hiệu từ các cảm biến tốc độ bánh xe gửi về ECU ABS.
ECU ABS điều khiển hoạt động của mô tơ bơm thông qua chân FM và RM bằng cách cung cấp nguồn âm Dòng điện sẽ đi từ Accu (+) qua ABS Relay, FPR, FM và cuối cùng là GND.
Accu(+) – ABS Relay – RPR – RM – GND Trong chế độ tăng áp, bơm tạo ra áp suất phanh, giúp tăng nhanh áp suất tại các xy lanh bánh xe Ngược lại, trong chế độ giảm áp, bơm có nhiệm vụ đưa dầu phanh từ bình chứa về xy lanh chính và tạo áp suất dầu phanh cho chu kỳ tăng áp Khi phanh thường được sử dụng, nếu sự chênh lệch tốc độ giữa các bánh xe không vượt quá 25%, mô tơ bơm sẽ không hoạt động.
Khi xe không còn đạp phanh hoặc đã dừng hẳn, hệ thống ABS sẽ ngừng hoạt động Lúc này, ECU sẽ điều khiển mô tơ bơm, các solenoid sẽ dừng hoạt động và đèn cảnh báo ABS sẽ tắt.
Hình 2.8: Mạch điện hệ thống ABS trên xe máy Triumph Tiger 800XC
Các bộ phận của hệ thống ABS trên xe Triumph Tiger 800XC:
ABS ECU with Actuator gồm các chân:
F+, F- (Front): cảm biến tốc độ bánh trước.
R+, R- (Rear): cảm biến tốc độ bánh sau.
TS, TC (Diagnosis): Giắc chẩn đoán.
STP (STOP): Tín hiệu đèn phanh.
WA (ABS Warning): Đèn báo ABS
BM (Motor power supply): Nguồn 12V cho mô tơ bơm hoạt động.
BS (Solenoid power supply): Nguồn 12V cho solenoid hoạt động.
IG (Ignition): cấp nguồn 12V cho hộp.
Cảm biến tốc độ bánh trước và cảm biến tốc độ bánh sau.
Công tắc đèn phanh trước và sau.
Instruments: bảng táp-lô hiển thị đèn báo ABS.
Giắc chẩn đoán: chẩn đoán lỗi hệ thống ABS và các hệ thống khác.
Khi bật chìa khóa IG, dòng điện từ ắc quy được cấp nguồn 12V cho khóa IG, ABS ECU, và nguồn âm của hộp được kết nối với ắc quy qua chân GND Đồng thời, dòng điện cũng đi từ ắc quy (+) qua khóa IG đến BM.
Khi BS hoạt động, mô tơ bơm và các solenoid trong hộp ECU sẽ nhận được nguồn điện và sẵn sàng làm việc Lúc này, điện áp đo được tại các chân BM sẽ được kiểm tra để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả.
Sau khi kích hoạt khóa IG, ECU sẽ tiến hành quá trình chẩn đoán ban đầu, cung cấp nguồn điện thông qua chân WA của hộp, tạo ra dòng điện từ WA.
