Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) giám sát các thông số chuyển động của xe theo số đọc của các cảm biến được lắp trên một hoặc nhiều bánh xe.Tìm hiểu về cảm biến ABS là gì và tại sao nó lại cần thiết, loại nào, cách thức hoạt động và nguyên tắc hoạt động của nó dựa trên nguyên tắc nào - hãy tìm hiểu từ bài viết.
Cảm biến ABS là gì
Cảm biến ABS (còn gọi là cảm biến tốc độ ô tô, DSA) là cảm biến không tiếp xúc về tốc độ quay (hoặc tốc độ) của bánh xe được trang bị nhiều hệ thống an toàn chủ động điện tử và hệ thống điều khiển phụ trợ.Cảm biến tốc độ là bộ phận đo lường chính đảm bảo hoạt động của hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), hệ thống kiểm soát ổn định (ESC) và kiểm soát lực kéo.Ngoài ra, số đọc cảm biến được sử dụng trong một số hệ thống điều khiển hộp số tự động, đo áp suất lốp, hệ thống chiếu sáng thích ứng và các hệ thống khác.
Tất cả các ô tô hiện đại và nhiều phương tiện có bánh xe khác đều được trang bị cảm biến tốc độ.Trên ô tô du lịch, cảm biến được lắp trên mỗi bánh xe, trên xe thương mại và xe tải, cảm biến có thể được lắp cả trên tất cả các bánh và trong bộ vi sai trục dẫn động (mỗi trục một chiếc).Do đó, hệ thống chống bó cứng phanh có thể theo dõi tình trạng của tất cả các bánh xe hoặc bánh xe của trục dẫn động và dựa trên thông tin này để thực hiện các thay đổi đối với hoạt động của hệ thống phanh.
Các loại cảm biến ABS
Tất cả các DSA hiện có được chia thành hai nhóm lớn:
• Bị động – quy nạp;
• Hoạt động — có từ trở và dựa trên cảm biến Hall.
Cảm biến thụ động không cần nguồn điện bên ngoài và có thiết kế đơn giản nhất, nhưng chúng có độ chính xác thấp và một số nhược điểm nên ngày nay chúng ít được sử dụng.Cảm biến ABS chủ động cần nguồn điện để hoạt động, có thiết kế phức tạp hơn và đắt tiền hơn, nhưng cung cấp kết quả đọc chính xác nhất và đáng tin cậy khi vận hành.Vì vậy, cảm biến chủ động ngày nay được lắp đặt trên hầu hết các ô tô.
DSA của tất cả các loại có hai phiên bản:
• Thẳng (cuối);
•Góc.
Cảm biến trực tiếp có dạng hình trụ hoặc thanh, ở một đầu được lắp đặt bộ phận cảm biến, ở đầu kia - đầu nối hoặc dây có đầu nối.Cảm biến góc được trang bị một đầu nối góc hoặc một dây có đầu nối và chúng cũng có một giá đỡ bằng nhựa hoặc kim loại có lỗ bu lông.
Thiết kế và hoạt động của cảm biến cảm ứng ABS
Đây là cảm biến tốc độ đơn giản nhất trong thiết kế và vận hành.Nó dựa trên một cuộn cảm được quấn bằng một sợi dây đồng mỏng, bên trong có một nam châm vĩnh cửu khá mạnh và một lõi từ tính bằng sắt.Đầu cuối của cuộn dây có lõi từ nằm đối diện với bánh răng kim loại (rôto xung), được gắn cố định trên trục bánh xe.Các răng rôto có hình chữ nhật, khoảng cách giữa các răng bằng hoặc lớn hơn một chút so với chiều rộng của chúng.
Hoạt động của cảm biến này dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ.Ở trạng thái nghỉ, không có dòng điện trong cuộn cảm biến vì nó được bao quanh bởi một từ trường không đổi - không có tín hiệu ở đầu ra của cảm biến.Trong khi ô tô đang chuyển động, các răng của rôto xung đi qua gần lõi từ của cảm biến, dẫn đến sự thay đổi từ trường đi qua cuộn dây.Kết quả là từ trường trở nên xen kẽ, theo định luật cảm ứng điện từ, tạo ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây.Dòng điện này thay đổi theo định luật sin và tần số thay đổi của dòng điện phụ thuộc vào tốc độ quay của rôto, tức là vào tốc độ của ô tô.
Cảm biến tốc độ cảm ứng có những hạn chế đáng kể - chúng chỉ bắt đầu hoạt động khi vượt qua một tốc độ nhất định và tạo thành tín hiệu yếu.Điều này khiến ABS và các hệ thống khác không thể hoạt động ở tốc độ thấp và thường dẫn đến lỗi.Do đó, DSA thụ động thuộc loại quy nạp ngày nay phải nhường chỗ cho loại DSA chủ động tiên tiến hơn.
Thiết kế và vận hành cảm biến tốc độ dựa trên phần tử Hall
Cảm biến dựa trên phần tử Hall là phổ biến nhất do tính đơn giản và độ tin cậy của chúng.Chúng dựa trên hiệu ứng Hall - sự xuất hiện của sự chênh lệch điện thế ngang trong một dây dẫn phẳng đặt trong từ trường.Vật dẫn như vậy là một tấm kim loại hình vuông được đặt trong một vi mạch (mạch tích hợp Hall), vi mạch này cũng chứa một mạch điện tử đánh giá tạo ra tín hiệu số.Con chip này được cài đặt trong cảm biến tốc độ.
Về mặt cấu trúc, DSA với phần tử Hall rất đơn giản: nó dựa trên một vi mạch, phía sau có một nam châm vĩnh cửu và một lõi từ tính tấm kim loại có thể được đặt xung quanh.Tất cả những thứ này được đặt trong một hộp, phía sau có một đầu nối điện hoặc một dây dẫn có đầu nối.Cảm biến được đặt đối diện với rôto xung, có thể được chế tạo ở dạng bánh răng kim loại hoặc một vòng có các phần được từ hóa, rôto xung được gắn chắc chắn trên trục bánh xe.
Nguyên lý hoạt động của cảm biến Hall như sau.Mạch tích hợp Hall liên tục tạo ra tín hiệu số ở dạng xung vuông có tần số cụ thể.Ở trạng thái nghỉ, tín hiệu này có tần số tối thiểu hoặc hoàn toàn không có.Khi ô tô bắt đầu chuyển động, các phần từ hóa hoặc răng rôto đi qua cảm biến, dẫn đến sự thay đổi dòng điện trong cảm biến - sự thay đổi này được theo dõi bởi mạch đánh giá, tạo ra tín hiệu đầu ra.Tần số của tín hiệu xung phụ thuộc vào tốc độ quay của bánh xe được hệ thống chống bó cứng phanh sử dụng.
DSA loại này không có nhược điểm của cảm biến cảm ứng, chúng cho phép bạn đo tốc độ quay của bánh xe theo đúng nghĩa đen ngay từ những cm đầu tiên chuyển động của ô tô, chính xác và đáng tin cậy khi vận hành.
Thiết kế và vận hành cảm biến tốc độ từ điện trở dị hướng
Cảm biến tốc độ từ điện trở dựa trên hiệu ứng từ điện trở dị hướng, đó là sự thay đổi điện trở của vật liệu sắt từ khi hướng của chúng thay đổi so với từ trường không đổi.
Phần tử nhạy cảm của cảm biến là một "bánh lớp" gồm hai hoặc bốn tấm permalloy mỏng (một hợp kim sắt-niken đặc biệt), trên đó đặt các dây dẫn kim loại, phân phối các đường sức từ theo một cách nhất định.Các tấm và dây dẫn được đặt trong một mạch tích hợp, mạch này cũng chứa mạch đánh giá để tạo thành tín hiệu đầu ra.Con chip này được lắp vào một cảm biến nằm đối diện với rôto xung - một vòng nhựa có các phần được từ hóa.Vòng được gắn chắc chắn vào trục bánh xe.
Hoạt động của cảm biến AMR tóm tắt như sau.Ở trạng thái nghỉ, điện trở của các tấm sắt từ của cảm biến không thay đổi nên tín hiệu đầu ra do mạch tích hợp tạo ra cũng không thay đổi hoặc hoàn toàn không có.Trong khi ô tô đang chuyển động, các phần từ tính của vòng xung đi qua phần tử cảm biến, dẫn đến một số thay đổi về hướng của đường sức từ.Điều này gây ra sự thay đổi điện trở của các tấm permalloy, được theo dõi bởi mạch đánh giá - kết quả là tín hiệu xung kỹ thuật số được tạo ra ở đầu ra của cảm biến, tần số của tín hiệu này tỷ lệ thuận với tốc độ của ô tô.
Cần lưu ý rằng cảm biến từ điện trở cho phép bạn theo dõi không chỉ tốc độ quay của bánh xe mà còn cả hướng quay của chúng và thời điểm dừng.Điều này có thể thực hiện được nhờ sự hiện diện của rôto xung với các phần được từ hóa: cảm biến không chỉ giám sát sự thay đổi hướng của từ trường mà còn theo dõi trình tự di chuyển của các cực từ qua phần tử cảm biến.
DSA loại này là đáng tin cậy nhất, chúng cung cấp độ chính xác cao trong việc đo tốc độ quay của bánh xe và hoạt động hiệu quả của các hệ thống an toàn chủ động trên xe.
Nguyên lý hoạt động chung của cảm biến tốc độ trong hệ thống ABS và các hệ thống khác
Hệ thống chống bó cứng phanh, bất kể cảm biến được lắp trong đó, đều có nguyên lý hoạt động giống nhau.Bộ điều khiển ABS giám sát tín hiệu đến từ các cảm biến tốc độ và so sánh nó với các chỉ số tính toán trước về tốc độ và khả năng tăng tốc của xe (các chỉ số này là riêng cho từng xe).Nếu tín hiệu từ cảm biến và các thông số ghi trong bộ điều khiển trùng khớp thì hệ thống không hoạt động.Nếu tín hiệu từ một hoặc nhiều cảm biến sai lệch so với thông số thiết kế (tức là bánh xe bị chặn), thì hệ thống sẽ được đưa vào hệ thống phanh, ngăn ngừa hậu quả tiêu cực của việc khóa bánh xe.
Thông tin thêm về hoạt động của hệ thống chống bó cứng phanh và các hệ thống an toàn chủ động khác trên ô tô có thể được tìm thấy trong các bài viết khác trên trang web.
Thời gian đăng: 24-08-2023