Hệ thống phanh chống bó cứng ABS hoạt động như thế nào?

Nhanh hơn, mạnh hơn, tốt hơn và an toàn hơn là những yếu tố mà hầu như mọi chiếc xe hơi đều hướng đến. Khi sức mạnh và tốc độ của xe hơi được cải thiện, sự an toàn cũng không được phép đi xuống. Hệ thống chống bó cứng phanh (anti-lock braking system, ABS) là minh chứng cho bước phát triển của sự an toàn trên xe hơi.

Khi bạn lái xe trên đường cao tốc, tốc độ thường sẽ không dưới 80 km/h. Cùng với các yếu tố thời tiết không thuận lợi, tỷ lệ xảy ra tai nạn không mong muốn sẽ cao hơn rất nhiều. Khi đó, theo quán tính, con người sẽ nhấn chân phanh nhanh (và mạnh) nhất có thể trong nhiều trường hợp đột ngột xảy ra. Đây là lúc mà hệ thống ABS chứng minh công dụng thật sự của nó.

1. Hệ thống ABS trên xe hơi là gì?

ABS là một hệ thống được tích hợp vào bộ phận phanh của xe hơi, ngăn chiếc xe bị trượt bánh khi phanh và giảm quãng đường phanh một cách an toàn. Bên cạnh đó, ABS giúp người lái duy trì được khả năng kiểm soát tay lái và đánh lái một cách an toàn khi phanh.

Hệ thống này được trang bị cho hầu hết tất cả những chiếc xe hơi trong 2 thập kỷ gần đây. Với sự an toàn mà ABS mang lại, công nghệ này đã trở thành trang bị hiển nhiên phải có và không cần nhắc đến khi hãng giới thiệu một chiếc xe mới.

2. Nguyên lý hoạt động của ABS

Cả trên bề mặt khô hay trơn trượt, ABS vẫn có thể làm tốt nhiệm vụ của mình khi người lái nhấn vào chân phanh. ABS ngăn bánh xe bị khóa chặt bằng cách liên tục “nhấp nhả” má phanh vào đĩa phanh với tốc độ rất nhanh. Từ đó, hiện tượng trượt bánh (do không nhận được lực kéo) sẽ được cải thiện và hầu như rất khó xảy ra (ngoại trừ các điều kiện đường đặc biệt như trên băng).

ABS điều chỉnh áp suất dầu phanh (brake fluid pressure) mà không phụ thuộc vào lực tác dụng lên đĩa phanh. Điều này nhằm đưa tốc độ quay của bánh xe về mức cần thiết để chiếc xe có hiệu suất phanh tối ưu nhất.

3. Cấu tạo của ABS

3.1. Cảm biến tốc độ (speed sensor)

Cảm biến tốc độ giám sát tốc độ của từng bánh xe và xác định khả năng tăng giảm tốc độ cần thiết của từng bánh xe.

Khi bánh xe quay cùng với vòng điện trở (reluctor ring), cảm biến tốc độ sẽ phát ra một xung điện đến vòng điện trở. Từ đó, những gì cảm biến tốc độ thu được sẽ được gửi về ECU qua dây kết nối.

3.2. Hệ thống van

Hệ thống van điều chỉnh áp suất đến phanh khi ABS hoạt động. Ở mỗi bánh xe có một van, được điều khiển bởi ABS.

Đầu tiên, van điều chỉnh áp suất mở và cho phép áp suất từ xi lanh chủ truyền đến từng phanh. Khi van của các phanh chưa được mở ra, áp suất từ xi lanh chủ đến từng phanh còn bị hạn chế. Sau đó, van ở từng xi lanh được mở ra, tạo ra một lực tác động lên đĩa phanh.

Giai đoạn cuối cùng này được lặp đi lặp lại cho đến khi xe dừng lại hoặc đạt tốc độ an toàn mong muốn. Khi phanh ở tốc độ cao, lực cản mà người lái cảm nhận được chính là khi các van điều chỉnh áp suất thực hiện nhiệm vụ của mình.

3.3. Bộ điều khiển điện tử (ECU)

ECU là bộ phận điều khiển điện tử được dùng để nhận, khuếch đại và lọc các tín hiệu từ cảm biến gửi về để tính toán tốc độ quay và gia tốc của bánh xe. Với ABS, ECU nhận tín hiệu từ các cảm biến gửi về và điều chỉnh áp suất phanh.

3.4. Bộ điều chỉnh thủy lực (hydraulic control unit, HCU)

Sau khi ECU nhận tín hiệu từ cảm biến và đưa ra kết quả, bộ điều chỉnh thủy lực sẽ nhận tín hiệu từ ECU và thực hiện công việc của nó. Bộ điều chỉnh thủy lực điều khiển phanh bằng cách tăng áp suất cho van để tăng công suất phanh, hoặc bỏ qua lực ở chân phanh để giảm công suất phanh.

Khi ABS đang hoạt động, nếu phát hiện hoặc dự đoán được tình huống phanh bị bó cứng xảy ra, ECU sẽ cảnh báo HCU bằng cách gửi một dòng điện và ra lệnh HCU giảm áp suất phanh. Điều này cho phép bánh xe có thể lấy lại lực kéo và giảm độ trượt.

Khi xe bắt đầu phanh, hiện tượng trượt giữa lốp xe với mặt đường sẽ xảy ra. Từ đó, tốc độ di chuyển của xe sẽ khác với tốc độ quay của bánh xe. Dựa trên kết quả mà ECU nhận được từ cảm biến tốc độ, bộ điều chỉnh áp suất phanh sẽ hoạt động trên mỗi phanh của từng bánh xe. Kết quả là khi hệ thống kiểm soát được tốc độ, bánh xe sẽ không bị trượt.

Khi xe đang trong quá trình tăng tốc, ECU sẽ tăng áp suất phanh để kích hoạt ABS nhằm tránh hiện tượng bánh xe bị trượt tại chỗ.

4. Phân loại các hệ thống ABS

ABS được phân loại dựa trên số lượng cảm biến và loại phanh được sử dụng. Phanh cũng có thể được phân biệt bằng số kênh (số van được điều khiển riêng) và số lượng cảm biến tốc độ.

4.1. ABS 4 kênh, 4 cảm biến

Đây là hệ thống ABS tốt nhất và hoạt động hiệu quả nhất. Mỗi bánh xe có 1 cảm biến tốc độ và 1 van điều chỉnh áp suất riêng. Với thiết lập này, mô-đun điều khiển sẽ giám sát từng bánh xe riêng lẻ để đảm bảo mỗi bánh xe đang nhận được lực phanh mong muốn.

4.2. ABS 3 kênh, 3 cảm biến

Với hệ thống ABS này, mỗi bánh xe trước có 1 cảm biến tốc độ và 1 van điều chỉnh áp suất riêng. Trong khi đó, 2 bánh xe sau chia sẻ cùng 1 cảm biến tốc độ và 1 van điều chỉnh áp suất.

Tương tự như thế, vẫn sẽ có ABS 2 kênh và 1 kênh. Hệ thống ABS 1 kênh là hệ thống hoạt động kém hiệu quả nhất.

Theo nghiên cứu, những chiếc xe được trang bị ABS ít có nguy cơ xảy ra tai nạn hơn. ABS là công nghệ đã cách mạng hoá cả ngành công nghiệp xe hơi và cho đến nay, hệ thống này đã trở nên bắt buộc.