Hệ thống chống bó cứng phanh ABS là một trong những thành phần đảm bảo an toàn chủ động thiết yếu trên ô tô ngày nay, giúp quá trình phanh được trơn tru và an toàn, tránh hiện tượng bánh dẫn hướng bị khóa cứng và không thể điều khiển được khi tài xế nhấn chân phanh một cách đột ngột.
Trong ngành công nghệ sản xuất ô tô trên toàn cầu, hệ thống chống bó cứng phanh Anti-Locking Brake System (ABS) đã trở thành một phần không thể thiếu khi trang bị cho những mẫu xe mới ra lò từ nhà máy. Đây được xem là một trong những hệ thống thiết yếu nhất trong việc giúp bảo vệ an toàn cho người lái cũng như phương tiện trong quá trình di chuyển trên đường.
Ngày nay, hệ thống chống bó cứng phanh ABS được các hãng xe trang bị cho hầu hết các phương tiện giao thông hiện đại. Đặc biệt ở một số quốc gia, đây được xem là một hệ thống bắt buộc phải trang bị trên những chiếc xe ô tô hiện hành, nếu không thì sẽ không được cấp phép để lưu thông hợp pháp trên đường phố. Tất cả nhằm đảm bảo mọi mẫu xe khi tham gia giao thông sẽ có lượng trang bị an toàn cơ bản như nhau.
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS hiện đại ngày nay bắt đầu xuất hiện từ thập niên 1950, tuy nhiên những ý tưởng sơ khởi về cách thức hoạt động đã có từ trước đó khá lâu và được thử nghiệm trong nhiều lĩnh vực di chuyển, như đường sắt hay hàng không. Một số biến thể của hệ thống chống bó cứng phanh ở dạng nguyên thủy, chẳng hạn như chỉ có tác dụng ở các bánh sau, xuất hiện vào thập niên 1960 trên xe Mỹ.
Đến năm 1971, hệ thống mang tên Antiskid được Mario Palazzetti tại viện nghiên cứu Fiat Research Center hoàn thiện và thương mại hóa vào năm 1971, sau đó bán bản quyền sử dụng cho Bosch và từ đó chính thức dùng tên ABS. Mercedes-Benz W116 1978 được coi là chiếc xe sản xuất thương mại hàng loạt đầu tiên có ABS hoàn toàn điện tử, đa kênh, tất cả các bánh. Hãng xe Đức này đã trang bị ABS tiêu chuẩn cho tất cả các xe của mình từ năm 1987.
Một hệ thống để được coi là ABS cần phải có 4 thành phần chính:
- Cảm biến tốc độ: chúng được gắn trên từng bánh xe, theo dõi tốc độ để giúp phát hiện tình trạng khóa bánh sắp xảy ra
- Van dầu: những thành phần này cho phép, chặn hoặc giải phóng áp suất lên bánh xe sắp bị khóa để giữ cho nó quay. Điều này có thể được thực hiện với tốc độ cực cao, lên đến nhiều lần mỗi giây
- Bơm dầu: tạo ra áp suất phanh và khôi phục nó khi bất kỳ van nào giải phóng một phần áp suất đó. Lượng dầu phanh được lưu trữ trong bộ tích lũy luôn luôn được giữ ở mức đủ để dùng cho mục đích này
- ECU: bộ điều khiển trung tâm, một mô-đun điện tử nhận tất cả dữ liệu từ các cảm biến và đưa ra quyết định khi nào cần đóng/mở van dầu
ABS xác định khi nào bánh xe sắp bị khóa cứng khi phanh đột ngột và ngăn chặn điều đó – cũng như tình trạng trượt không kiểm soát được sẽ xảy ra sau đó. Cách thức hoạt động của ABS là sử dụng dữ liệu thu thập được từ các cảm biến tốc độ đặt tại từng bánh xe để theo dõi quá trình vận hành, sau đó sẽ đưa ra lệnh đóng/mở van dầu khi cần thiết.
Ví dụ, khi người lái đạp mạnh vào chân phanh, dầu phanh sẽ được đẩy đến các bộ phanh ở mỗi bánh xe, khiến chúng ngừng quay. Lúc này ECU sẽ thu thập, xử lý thông tin từ các cảm biến và khi thấy dấu hiệu có bánh xe sắp bị khóa cứng, van sẽ đóng lại để ngăn không cho cấp dầu phanh đến nữa, bánh xe tiếp tục quay. Tuy nhiên do người lái vẫn cần giảm tốc độ xe, nên ECU lại ra lệnh mở van trở lại để dầu phanh lưu thông tiếp, rồi lại tiếp tục ra lệnh ngắt khi nhận thấy sắp có nguy cơ bị khóa cứng…
Trên thực tế, cách thức hoạt động của một hệ thống ABS không khác mấy so với việc người lái tự mình “phanh theo ngưỡng”: đạp vào bàn đạp phanh, rồi nhấc chân lên nhả ra hoàn toàn, rồi lại đạp, rồi lại nhấc lên… liên tục. Đối với người lái mô-tô 2 bánh, cũng tương tự như vậy khi bóp phanh ở ghi-đông. Tuy nhiên điểm khác biệt của ABS là nó có thể làm điều này ở mức cường độ “siêu nhanh”, có những loại lên tới 15 lần mỗi giây, sức người thuần túy không thể nào làm được nhanh như vậy. Chính vì thế, xe có ABS gần như “miễn nhiễm” với hiện tượng khóa cứng bánh xe, ngay cả khi người lái đạp phanh với tâm thế hoảng loạn trong các điều kiện vận hành ngặt nghèo nhất.
Hiện tượng trượt lết của bánh xe trên mặt đường (tạo ra vết trượt bánh xe sau khi phanh) xảy ra khi lực phanh tại các bánh xe (lực ma sát) lớn hơn lực kéo (lực làm cho bánh xe di chuyển). Khi đã xảy ra hiện tượng này tức là các bánh xe bị bó cứng hoàn toàn, đối với các bánh xe dẫn hướng thì không còn khả năng điều khiển được nữa (không thực hiện việc đánh lái được), điều đó đặc biệt gây nguy hiểm cho xe nếu trong trường hợp phía trước có vật cản. Đó chính là nhược điểm lớn nhất của hệ thống phanh thông thường trang bị trên ô tô. Còn đối với hệ thống phanh ABS những nhược điểm trên được khắc phục hoàn toàn nhờ kỹ thuật điểu khiển điện tử, công nghệ vi tính hóa…
Nếu bạn đang chạy tốc độ cao và phanh gấp thì xe sẽ bị trượt theo quán tính. Nếu không có hệ thống chống bó cứng phanh ABS, bánh xe sẽ bị khóa cứng, cho dù bạn có đánh lái thì cũng vô nghĩa, bánh xe không lăn nên xe cứ trượt tới trước. Nếu có ABS, thì cho dù đạp phanh liên tục thì hệ thống cũng nhả phanh ra rồi phanh tiếp (với tốc độ rất nhanh). Như vậy bánh xe không bị khóa cứng sau đó vẫn có thể lăn chút rồi bị khóa lại và cứ lặp lại lăn rồi khóa, nhờ vậy đánh lái mới có tác dụng.
Giả sử xe đang chạy nhanh, đạp phanh gấp tránh xe trước. Nếu xe không có ABS thì cho dù bạn đánh lái tránh xe trước, xe vẫn bị trượt tới trước và lao vào xe trước. Nếu có ABS thì xe vừa giảm tốc độ và việc bạn đánh lái tránh xe trước vẫn có tác dụng và tránh được xe trước. Bạn hoàn toàn có thể nhận biết hệ thống ABS đang hoạt động lúc đạp phanh hết cỡ khi có tiếng kêu “kịch kịch” phát ra và có rung động rõ rệt truyền từ bàn đạp phanh lên chân.
ECU được lập trình để bỏ qua sự khác biệt về tốc độ quay của bánh xe dưới ngưỡng tới hạn vì khi ô tô đang quay đầu, hai bánh về phía tâm đường cong quay chậm hơn hai bánh bên ngoài. Vì lý do tương tự, bộ vi sai được sử dụng ở hầu hết các phương tiện giao thông đường bộ. Nếu xảy ra lỗi ở bất kỳ bộ phận nào của ABS, đèn cảnh báo thường sẽ sáng trên bảng điều khiển của xe và ABS sẽ bị tắt cho đến khi lỗi được khắc phục.
Trong lịch sử phát triển của mình, ABS có 3 loại:
- ABS bốn kênh: Được coi là hệ thống tốt nhất hiện có, ABS 4 bánh giám sát riêng từng bánh xe bằng các van và cảm biến riêng biệt ở mỗi góc. Điều này giúp đảm bảo lực phanh lớn nhất được áp dụng khi cần thiết.
- ABS ba kênh: Ở đây, mỗi bánh trước có van và cảm biến riêng, trong khi cả hai bánh sau dùng chung một van, nằm ở trục sau. Mặc dù vẫn hoạt động hiệu quả nhưng hệ thống này yêu cầu cả hai bánh sau phải khóa cùng lúc để ABS hoạt động.
- ABS một/hai kênh: Các hệ thống này sử dụng một cặp cảm biến (một cho bánh trước, một cho bánh sau) hoặc chỉ một cảm biến, nằm ở trục sau và phổ biến hơn cho xe bán tải và xe tải có ABS bánh sau. Chúng đã khá lỗi thời, xe hiện đại không còn sử dụng.
Hệ thống cân bằng điện tử (ESC) hiện đại thời nay là một sự phát triển nối tiếp ý tưởng về ABS. Bằng cách sử dụng hệ thống ABS để áp dụng phanh cho từng bánh xe khi cần thiết, ESC cho phép người lái dẫn hướng cho một chiếc xe mất kiểm soát đã bắt đầu bị trượt trở lại đường thẳng an toàn.
Thiết bị ABS cũng có thể được sử dụng để triển khai hệ thống kiểm soát lực kéo (TCS) khi xe tăng tốc. Đây là một hệ thống bổ sung chỉ có tác dụng ngăn bánh xe quay, sử dụng ABS để dừng bánh xe quay và khôi phục lực kéo. Các phiên bản phức tạp hơn của hệ thống này cũng có thể kiểm soát đồng thời mức ga và phanh.
ABS cùng với ESC, TCS đã trở thành các trang bị bắt buộc trên tất cả ô tô bán ra ở Mỹ kể từ năm 2013, từ một chiếc sedan giá rẻ bình dân như Chevrolet Sonic đến chiếc SUV to lớn sang trọng như Lincoln Navigator. Nhiều quốc gia tuy chưa có quy định về việc bắt buộc trang bị các hệ thống an toàn chủ động này, nhưng do phần lớn các hãng xe đã mặc định trang bị cho xe của họ để đủ điều kiện kinh doanh ở Mỹ, nên chúng là những thành phần gần như không thể thiếu trên ô tô ngày nay.
Rất nhiều nghiên cứu về ABS đã được thực hiện và đã chỉ ra thực tế: ABS làm giảm nguy cơ va chạm và/hoặc mức độ nghiêm trọng của va chạm. Trên các bề mặt có độ bám đường cao như nhựa đường hoặc bê tông, phần lớn xe trang bị ABS có thể đạt được hiệu quả khoảng cách ngắn hơn từ điểm bắt đầu phanh cho đến khi dừng hẳn so với xe không có ABS. Trong điều kiện thực tế, ngay cả một người lái xe nhiều kinh nghiệm và cảnh giác cao độ nhưng dùng xe không có ABS thì sẽ khó có thể sánh kịp hoặc cải thiện hiệu năng lái so với một tay lái thông thường trên chiếc xe được trang bị ABS hiện đại.
Kỹ thuật được khuyến nghị dành cho những người lái xe không thành thạo trên ô tô được trang bị ABS, trong trường hợp phanh khẩn cấp điển hình là nhấn bàn đạp phanh càng mạnh càng tốt và nếu thích hợp, hãy đánh lái tránh chướng ngại vật. Trong những tình huống như vậy, ABS sẽ giảm đáng kể khả năng trượt bánh và mất kiểm soát sau đó.
Tổng hợp
