ABS Sensor – Cảm biến tốc độ bánh xe trong hệ thống ABS

Bài viết này là phần 2 của 2 trong Series ABS - Anti-lock braking system

ABS Sensor – Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS) là một hệ thống an toàn của xe cho phép bánh xe của xe duy trì lực kéo tiếp xúc với mặt đường trong khi phanh, ngăn bánh xe bị bó cứng (ngừng quay) và tránh trượt bánh không kiểm soát. ABS là một hệ thống tự động sử dụng các nguyên tắc phanh theo nhịp. Phanh theo nhịp là một kỹ năng được thực hành bởi những người lái xe lành nghề trên những phương tiện không có hoặc trước đó có công nghệ ABS. Hệ thống ABS thực hiện điều này với tốc độ nhanh hơn nhiều và với khả năng kiểm soát tốt hơn nhiều mà người lái xe có thể thực hiện. ABS thường giúp cải thiện khả năng kiểm soát xe và giảm khoảng cách dừng trên bề mặt khô và trơn trượt. Tuy nhiên, trên các bề mặt có nhiều sỏi, băng hoặc tuyết, ABS có thể làm tăng quãng đường phanh, mặc dù vẫn cải thiện khả năng kiểm soát lái của xe.

Kể từ khi lần đầu tiên được giới thiệu, hệ thống chống bó cứng phanh đã được cải tiến đáng kể nhằm nâng cao hơn nữa sự an toàn và thoải mái cho người lái. Công nghệ sau này không chỉ ngăn bánh xe bị bó cứng khi phanh mà còn có thể cung cấp dữ liệu cho hệ thống định vị trên xe, hệ thống kiểm soát lực kéo, hỗ trợ phanh khẩn cấp, hỗ trợ khởi hành ngang dốc, kiểm soát ổn định điện tử và độ lệch phanh trước-sau. Và tất nhiên là sẽ không có điều nào ở trên có thể thực hiện được nếu không có cảm biến tốc độ bánh xe.

ABS Sensor – Cảm biến ABS hay cảm biến tốc độ bánh xe là thiết bị được sử dụng để xác định tốc độ của bánh xe, truyền thông tin tín hiệu tới module điều khiển ABS hoặc bộ điều khiển hệ thống phanh. Nó tuy là một thiết bị khá đơn giản nhưng lại vô cùng quan trọng, là mắt xích đầu tiên trong việc kiểm soát lực phanh.

Cảm biến tốc độ bánh xe được lắp ngay phía trên hoặc bên cạnh bánh xung, thường được gọi là vành răng xung ABS (thuật ngữ tiếng Anh: Tonewheel, pulse wheel). Vòng răng được gắn vào một bộ phận của xe quay cùng tốc độ với bánh xe trên đường, chẳng hạn như trục bánh xe, đĩa phanh, khớp CV hoặc trục truyền động.

ABS Sensor – Các loại cảm biến ABS

Cảm biến ABS được phân thành hai loại khác nhau, Bị/thụ động và Chủ động. Bị động là không có nguồn điện và Chủ động là có nguồn điện cung cấp.

Cảm biến bị động

Cảm biến bị động bao gồm một cuộn dây quấn quanh lõi từ tính và một nam châm vĩnh cửu. Chốt cực bên trong cuộn dây được nối với nam châm và từ trường kéo dài đến vành xung ABS. Chuyển động quay của vành xung ABS và sự xen kẽ liên quan của răng và khe hở ảnh hưởng đến sự thay đổi từ thông thông qua vành xung và cuộn dây. Từ trường thay đổi tạo ra một điện áp xoay chiều trong cuộn dây có thể đo được. Tần số và biên độ của điện áp xoay chiều có liên quan đến tốc độ bánh xe. Cảm biến tạo tín hiệu AC thay đổi tần số khi bánh xe thay đổi tốc độ. Bộ điều khiển ABS chuyển đổi tín hiệu AC thành tín hiệu kỹ thuật số để diễn giải.

ABS Sensor — Kết cấu của cảm biến bị động ABS

Sóng đầu ra của cảm biến bị động (thụ động) ABS

Cảm biến bị động lớn hơn và kém chính xác hơn cảm biến chủ động và chỉ bắt đầu hoạt động khi bánh xe đạt đến một tốc độ nhất định, do đó chúng bị hạn chế hoạt động ở tốc độ thấp hơn. Chúng cũng không thể hoạt động ngược lại, do đó không thể xác định hướng di chuyển.

Cảm biến chủ động

Mặt khác, các cảm biến chủ động chính xác hơn rất nhiều và có thể phát hiện tốc độ thấp hơn 0.1km/h, điều này rất quan trọng đối với các hệ thống kiểm soát lực kéo hiện đại. Một số cảm biến hoạt động thậm chí có thể phát hiện hướng quay của các bánh xe. Cảm biến chủ động yêu cầu nguồn điện bên ngoài để hoạt động và hoạt động cùng với vành xung ABS có răng hoặc từ tính. Các cảm biến hoạt động tạo ra tín hiệu kỹ thuật số được truyền đến thiết bị điều khiển dưới dạng tín hiệu dòng điện bằng cách sử dụng điều chế độ rộng xung (pulse width modulation).

Có hai loại cảm biến chủ động. Cảm biến Hall và cảm biến từ trở.

Cảm biến Hall – Cảm biến Hall sử dụng hiệu ứng Hall, là sự tạo ra một điện áp (điện áp Hall) trên một vật dẫn điện, ngược chiều với dòng điện trong vật dẫn và từ trường vuông góc với dòng điện. Chúng phản ứng với những thay đổi trong từ trường bằng sự chênh lệch điện áp được gửi đến bộ điều khiển ABS dưới dạng tín hiệu sóng vuông. Sử dụng một cảm biến bán dẫn được ghép nối với một mạch điện tử, bảo vệ cảm biến khỏi các đột biến điện áp có thể xảy ra và một nam châm vĩnh cửu.

Cảm biến Hall ghi lại tốc độ bánh xe thông qua bộ mã hóa răng hoặc từ tính (vành xung ABS) thường được tìm thấy trên trục bánh xe, đĩa phanh hoặc ổ trục. Các cảm biến này rất chính xác, nhưng phải được cài đặt chính xác.

Ưu điểm của việc sử dụng vòng từ tính so với vòng răng là cảm biến có thể nhỏ hơn rất nhiều vì không cần nam châm vĩnh cửu trong cảm biến. Thay vào đó, nó nằm trong ‘vành xung ABS’ gần như phẳng. Vòng từ tính đó có thể được đặt trong ổ trục bánh xe, cho phép chúng được sử dụng trong không gian hạn chế. Sự thay đổi trong từ trường hiện được tạo ra bởi các phần cực trong vòng (vành xung).

Cảm biến điện trở từ trường (cảm biến từ trở) – Những cảm biến này sử dụng một vòng mã hóa từ tính có bề ngoài tương tự như vòng mã hóa được kết hợp với cảm biến Hall. Tuy nhiên, vòng mã hóa kết hợp với cảm biến này có các cung phân đoạn từ gây ra sự thay đổi rõ ràng về điện trở khi đi qua cảm biến. Chính điều này giúp bộ phận điều khiển xác định được chiều quay của bánh xe. Cảm biến điện trở từ tính chính xác hơn nhiều, nhưng thường đắt hơn cảm biến Hall và yêu cầu vị trí lắp đặt kém chính xác hơn, do đó nó có thể được đặt cách xa ‘vành xung ABS’ hơn so với các loại cảm biến khác.

Cả hai cảm biến chủ động đều ít nhạy cảm với nhiễu điện từ, rung động và biến động nhiệt độ hơn so với cảm biến thụ động.

Chẩn đoán lỗi

Nếu bất kỳ đèn cảnh báo nào ở trên sáng, bàn đạp phanh bị rung khi phanh ở tốc độ thấp hoặc bánh xe bị khóa cứng khi phanh, thì có thể có lỗi ở đâu đó trong hệ thống ABS. Các nguyên nhân có thể là: