ระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตาย

Posted on : 20-05-2013 | By : Author | In : ระบบต่าง ๆ ในรถยนต์

ระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตาย (anti-lock brake system หรือ ABS) เป็นระบบที่ถูกออกแบบมาเพื่อป้องกันล้อล็อกตายเมื่อผู้ขับขี่รถยนต์ทำการหยุดรถยนต์อย่างทันทีทันใด เมื่อความเร็วของรถยนต์สูงกว่า 5 ไมล์ต่อชั่วโมง ระบบการทำงานจะควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ที่ได้รับสัญญาณจากล้อรถยนต์เพื่อสั่งงานให้วาล์วควบคุมแรงดันระบบเบรกไฮดรอลิกทำงาน โดยจะลดแรงดันน้ำมันเบรกที่ไปยังคาลิปเปอร์ ของดิสก์เบรกให้อยู่ในระดับที่ล้อจะไม่ล็อกตาย และเมื่อความเร็วของล้อพ้นขีดอันตราย คอมพิวเตอร์จะสั่งงานให้เพิ่มแรงดันนํ้ามันเบรกแก่ล้อสลับกันไปซํ้าๆ กันตั้งแต่ 5 ถึง 15 ครั้งต่อวินาที การควบคุมการ เบรกด้วยระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตาย ยังช่วยให้อาการทรงตัวและการควบคุมรถยนต์สำหรับผู้ขับขี่รถยนต์กระทำได้โดยง่ายเมื่อทำการเบรกอย่างทันทีทันใด ตลอดจนยังทำให้รถยนต์สามารถหยุดได้อย่าง สนิทในระยะทางอันสั้น
ระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตายยังมีจุดเด่นที่ดีดังนี้
1. เมื่อผู้ขับขี่รถยนต์เบรกจนล้อล็อกตาย จะไม่เกิดขึ้นกับล้อหน้ารถยนต์ซึ่งจะทำให้ควบคุมทิศทางของรถยนต์ได้อย่างมีประสิทธิภาพทุกสภาวะของสภาพถนน
2. เมื่อเบรกจนล้อล็อกตาย จะไม่เกิดขึ้นกับล้อหลังรถยนต์ซึ่งจะทำให้รถยนต์หยุดในแนวตรง โดยท้ายรถไม่ปัด
3. การควบคุมการเบรกของรถยนต์ทั้ง 4 ล้อจะเป็นอิสระซึ่งกันและกัน จึงทำให้ควบคุมทิศทางได้อย่างมีประสิทธิภาพ แม้ล้อรถยนต์แต่ละล้อจะมีค่าความเสียดทานของพื้นถนนที่แตกต่างกัน
4. การควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์จะทำได้อย่างแม่นยำ ระยะทางการเบรกของรถยนต์จะใช้ระยะทางที่สั้น
5. ระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตายจะทำงานเป็นระบบธรรมดาได้เมื่อเกิดปัญหาขึ้นในระบบ
6. เป็นระบบที่มีการทดสอบตัวเอง การแก้ไขข้อบกพร่องจึงทำได้อย่างรวดเร็ว
ส่วนประกอบต่างๆ ของระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตาย
ส่วนประกอบต่างๆ ของระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตายมีดังนี้
1. เซนเซอร์วัดความเร็วล้อหน้า (front speed sensor) ทำหน้าที่จับสัญญาณความเร็วของล้อหน้ารถยนต์ทั้งซ้ายและขวา
2. เซนเซอร์วัดความเร็วล้อหลัง (rear speed sensor) ทำหน้าที่จับสัญญาณความเร็วของล้อหลัง ทั้งซ้ายและขวาเพื่อส่งสัญญาณไปยังกล่องควบคุม
3. หลอดไฟเตือน (ABS warning light) ทำหน้าที่เตือนให้ผู้ขับขี่ได้ทราบปัญหาข้อบกพร่องของระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตาย
4. กล่องควบคุม (ABS ECU) ทำหน้าที่รับสัญญาณจากเซนเซอร์วัดความเร็วเพื่อคำนวณความเร็วรอบของล้อที่หมุนเร็วขึ้นหรือช้าลง และวัดค่าการลื่นไถลแล้วส่งสัญญาณไปยังชุดวาล์วควบคุมแรงดัน ระบบเบรกไฮดรอลิก
5. ชุดวาล์วควบคุมแรงดันระบบไฮดรอลิก (ABS actuator) ทำหน้าที่ควบคุมแรงดันนํ้ามันเบรก ที่ส่งไปยังคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรก โดยรับสัญญาณการทำงานจากกล่องควบคุม ECU ดังรูปที่ ก.2 และดูรูปที่ ก.3


รูปที่ ก.2 ไดอะแกรมส่วนประกอบของระบบเบรค ABS


รูปที่ ก.3 ตำแหน่งการติดตั้งอุปกรณ์ของระบบเบรก ABS
ในรูปที่ ก.4 แสดงวงจรไฟฟ้าของระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตาย

รูปที่ ก.4 วงจรไฟฟ้าของระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตาย
การทำงานของส่วนประกอบต่างๆ ของระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตาย
หลักการทำงานของส่วนประกอบต่างๆ ของระบบเบรกป้องกันล้อล็อกตายมีดังนี้
1. เซนเซอร์วัดความเร็วรอบของล้อหน้าและล้อหลัง (front and rear speed sensor) เป็น เซนเซอร์วัดความเร็วรอบของล้อประกอบด้วยแม่เหล็กถาวร ขดลวด และแกนแม่เหล็ก ชุดเซนเซอร์วัด ความเร็วรอบของล้อหน้าจะยึดติดตั้งอยู่ที่คันส่งทั้งซ้ายและขวา ส่วนโรเตอร์จะมีรูปร่างลักษณะเป็นฟันเฟือง จะติดตั้งกับเพลาล้อหน้าและหมุนไปพร้อมกับดุมล้อหน้าดังรูปที่ ก.5 สำหรับชุดเซนเซอร์วัดความเร็วรอบของล้อหลังจะยึดติดตั้งอยู่กับเสื้อเพลาท้ายโรเตอร์ของล้อหลังจะติดตั้งกับเสื้อเพลาและหมุนไปพร้อมกับดุมล้อหลังดังรูปที่ ก.6


รูปที่ ก.5 ตำแหน่งการติดตั้งเซนเซอร์วัดความเร็วรอบล้อหน้า


รูปที่ ก.6 ตำแหน่งการติดตั้งเซนเซอร์วัดความเร็วรอบล้อหลัง


รูปที่ ก.7 การทำงานของชุดเซนเซอร์วัดความเร็วรอบของล้อ


รูปที่ ก.8 คลื่นความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่เกิดจากการเหนี่ยวนำ
ฟันเฟืองของชุดโรเตอร์ทั้งล้อหน้าและล้อหลังจะมีจำนวนฟันเฟืองถึง 48 ฟัน เมื่อโรเตอร์หมุนตัดแกนแม่เหล็ก ฟันเฟืองของโรเตอร์จะตัดกับสนามแม่เหล็กดังรูปที่ ก.7 เกิดการเหนี่ยวนำไฟฟ้ากระแสสลับขึ้น ความถี่ของกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากขดลวดในชุดเซนเซอร์วัดความเร็วรอบจะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความเร็วรอบของโรเตอร์ กระแสไฟฟ้าที่เกิดการเหนี่ยวนำจะถูกส่งไปยังกล่องควบคุม (ECU) ในรูปของ
คลื่นความถี่เพื่อตรวจจับความเร็วรอบของล้อรถยนต์ดังรูปที่ ก.8
2. ชุดวาล์วควบคุมแรงดันระบบไอดรอลิก (ABS actuator) ภายในชุดวาล์วควบคุมแรงดันระบบไฮดรอลิกจะประกอบด้วยวาล์วโซลีนอยด์ ปั๊ม ถังเก็บนํ้ามันสำรอง โดยจะมีหน้าที่หลักในการทำงานก็คือ
-ลดแรงดันนํ้ามันเบรกจากคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรกให้ไหลไปยังถังเก็บนํ้ามันสำรอง เพื่อให้ปั๊มส่งนํ้ามันเบรกกลับไปยังแม่ปั๊มเบรก
-ควบคุมแรงดันนํ้ามันเบรกให้คงที่ เพื่อรักษาให้แรงดันน้ำมันเบรกในคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรกคงที่อยู่
-เพิ่มแรงดันนํ้ามันเบรกให้สูงเพื่อส่งไปยังคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรก ให้มีแรงดันเท่ากับแรงดันที่แม่ปั๊มเบรกดังรูปที่ ก.9


รูปที่ ก.9 ภาพตัดแสดงส่วนประกอบต่างๆ ของชุดวาล์วควบคุมแรงดันระบบไฮดรอลิกในด้านต่างๆ
ส่วนประกอบต่างๆ ในวาล์วควบคุมแรงดันระบบไฮดรอลิกมีหน้าที่ดังนี้
ก. วาล์ว โซลีนอยด์ (three-position solinoid valve) เป็นวาล์วที่ทำหน้าที่สำคัญของชุดวาล์วควบคุมแรงดันระบบไฮดรอลิก โดยจะปรับระดับแรงดันนํ้ามันเบรกตามสภาวะการทำงานของนํ้ามันเบรก เป็น 3 ระดับ และภายในชุดวาล์วโซลีนอยด์ยังมีขดลวด ลิ้นกันกลับ (check valve) ที่จะทำงานให้สัมพันธ์กับวาล์วโซลีนอยด์เมื่อมีกระแสไฟฟ้าจากคอมพิวเตอร์ไหลผ่านขดลวด เพื่อให้ขดลวดทำงานเป็น 3 ขั้นตอน คือเมื่อมีกระแสไฟฟ้า 1 แอมแปร์ 2 แอมแปร์ และ 5 แอมแปร์ตามลำดับ ซึ่งกระแสไฟฟ้าจะทำให้ขดลวดมีความเข้มของสนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงไปตามกระแสไฟฟ้า การเปลี่ยนแปลงของความเข้มสนามแม่เหล็ก จะเป็นสาเหตุให้วาล์วโซลีนอยด์เคลื่อนตัวเลื่อนขึ้นลง เพื่อเปิดปิดช่องทางนํ้ามันเบรก A และ B ตามสภาวะ แรงดันของนํ้ามันเบรก ดังรูปที่ ก.10 รูปที่ ก.11 และรูปที่ ก.12


รูปที่ ก.10 แรงดันนํ้ามันเพิ่มขึ้น

รูปที่ ก.11 แรงดันน้ำมันคงที่


รูปที่ ก.12 แรงดันน้ำมันลดลง
ข. ถังเก็บน้ำมันสำรองและปั๊ม (reservoir and pump) ถังเก็บน้ำมันสำรองเป็นที่บรรจุน้ำมันเบรก ที่ไหลกลับจากคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรกในสภาวะการทำงานที่ระดับลดแรงดันของเบรกไว้ชั่วคราว เพื่อ ให้น้ำมันเบรกลดแรงดันลงอย่างนิ่มนวล


รูปที่ ก.13 เมื่อปั๊มเคลื่อนตัวขึ้นน้ำมันเบรกจากถังน้ำมันสำรองจะไหลเข้าปั๊ม


รูปที่ ก.14 เมื่อปั๊มถูกลูกเบี้ยวดันให้เคลื่อนตัวลงดันน้ำมันเบรกไปยังแม่ปั๊มเบรก
ปั๊มนํ้ามันจะรับนํ้ามันจากถังเก็บนํ้ามันสำรองเพื่อส่งกลับไปยังแม่ปั๊มเบรก ECU ของระบบเบรก ป้องกันล้อหลังล็อกตาย และส่งสัญญาณไปยังปั๊มเพื่อหมุนลูกเบี้ยวซึ่งติดตั้งอยู่ที่ด้านปลายสุดของปั๊ม ลูกเบี้ยว ปั๊มจะหมุนดันให้พลังเยอร์ของปั๊มเคลื่อนตัวขึ้น – ลง ทำให้นํ้ามันเบรกจากถังเก็บนํ้ามันสำรองถูกดันให้ไหลกลับไปยังแม่ปั๊มเบรก โดยที่ปั๊มจะทำงานสัมพันธ์สอดคล้องกับระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตายอย่างสมํ่าเสมอดังรูปที่ ก.13 และรูปที ก.14
ค. กล่องควบคุมระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตาย (ABS ECU) กล่องควบคุมจะทำหน้าที่รับสัญญาณจากเซนเซอร์วัดความเร็วรอบของล้อ ผ่านวงจรไมโครคอมพิวเตอร์เพื่อคำนวณความเร็วรอบของล้อที่หมุนเร็วขึ้นหรือช้าลงตลอดจนค่าลื่นไถล และส่งสัญญาณที่ได้รับในรูปของคลื่นไฟฟ้าไปยังชุดวาล์วควบคุมแรงดันระบบเบรกไฮดรอลิก ถ้าล้อหมุนช้ามากกว่าความเร็วของรถยนต์มาก คอมพิวเตอร์จะส่งสัญญาณไปยังวาล์วโซลีนอยด์ให้รักษาแรงดันนํ้ามันให้คงที่ ถ้าล้อหมุนเร็วขึ้นแต่แรงดันนํ้ามันเบรกยังคงที่ ไมโครคอมพิวเตอร์จะส่งสัญญาณไปยังวาล์วโซลีนอยด์เพื่อเพิ่มแรงดันนํ้ามันให้คาลิปเปอร์ของดิสก์เบรกมีแรงดันในการเบรกเพิ่มขึ้น วงจรควบคุมโซลีนอยด์ก็เป็นวงจรที่ใช้เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ในการควบคุมกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าขดลวดของวาล์วโซลีนอยด์ให้มีกระแสไฟฟ้า 0 แอมป์เพื่อปรับแรงดันนํ้ามันเบรกให้เพิ่มขึ้น กระแสไฟฟ้า 2 แอมป์จะปรับแรงดันน้ำมันเบรกให้คงที่ และกระแสไฟฟ้า 5 แอมป์ จะปรับแรงดันนํ้ามันเบรกลดลง สำหรับวงจรทำงานฉุกเฉินเป็นวงจรที่จะรับรู้การทำงานของเซนเซอร์ วาล์วโซลีนอยด์และ ECU ถ้าระบบใดไม่ทำงาน วงจรฉุกเฉินจะส่งสัญญาณไปยังวาล์วโซลีนอยด์และมอเตอร์จะหยุดทำงาน เพื่อให้ระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตายเป็นระบบธรรมดา ส่วนหลอดไฟเตือนนั้นจะทำหน้าที่เตือนให้ผู้ขับขี่ได้ทราบที่หน้าปัด เมื่อระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตายมีการบกพร่อง ดังรูปที่ ก.15 ซึ่งเป็นวงจรการทำงานของกล่องควบคุม และในรูปที่ ก.16 แสดงวงจรไฮดรอลิกของระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตาย


รูปที่ ก.15 วงจรการทำงานภายในกล่องควบคุม


รูปที่ ก.16วงจรไฮดรอลิกของระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตาย
การทำงานของระบบเบรกไฮดรอลิกของระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อก ตาย
การทำงานของระบบเบรกไฮดรอลิกของระบบเบรกปัองกันล้อหลังล็อกตายมีดังนี้
1. การทำงานในสภาวะปกติ (ระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตายไม่ทำงาน) ระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตายจะไม่ทำงานในระหว่างที่ผู้ขับขี่รถยนต์ทำการเบรกรถยนต์ในสภาวะปกติ ชุดกล่อง ควบคุมจะไม่จ่ายกระแสไฟฟ้าไปยังขดลวดโซลีนอยด์ เพราะฉะนั้นวาล์วโซลีนอยด์จะถูกดันให้เคลื่อนตัวลง โดยแรงดันสปริง ทำให้ช่องทาง A เปิดให้นํ้ามันไหลผ่าน ส่วนช่องทาง B จะถูกปิดไม่ให้นํ้ามันไหลผ่าน
เมื่อผู้ขับขี่รถยนต์เหยียบดันเบรกนํ้ามันเบรกในแม่ปั๊มเบรกจะมีแรงดันสูงขึ้น นํ้ามันเบรกจะถูกดันให้ไหลผ่านช่องทาง A ไปยังช่องทาง C ของวาล์วโซลีนอยด์ ไปยังคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรก ในช่วงนี้นํ้ามันเบรกจะไม่สามารถไหลผ่านไปปั๊มได้ ก็เนื่องจากในวงจรปั๊มมีลิ้นกันกลับหมายเลข 1 ติดตั้งไว้ปิดกั้นการไหลของนํ้ามันเบรกไปยังปั๊ม
เมื่อผู้ขับขี่รถยนต์ถอนคันเหยียบเบรก นํ้ามันเบรกจะไหลจากคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรกกลับไปยังแม่ปั๊มเบรก โดยไหลผ่านช่องทาง C ผ่านช่องทาง A และลิ้นกันกลับหมายเลข 3 ซึ่งติดตั้งอยู่ภายในวาล์ว โซลีนอยด์ดังรูปที่ ก.17


รูปที่ ก.17 การไหลของนํ้ามันเบรกในการทำงานสภาวะปกติ ระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตายจะไม่ทำงาน
2. เมื่อเกิดสภาวะป้องกันการล็อก (ระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตายทำงาน) พอล้อรถยนต์ทั้ง 4 ล้อเกิดการล็อกตายในระหว่างที่ผู้ขับขี่เบรกรถยนต์ในสภาวะฉุกเฉิน ชุดวาล์วควบคุมแรงดันระบบไฮดรอลิกของระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตายจะควบคุมแรงดันนํ้ามันเบรกที่ล้อรถยนต์ให้สอดคล้องกับสัญญาณที่ส่งจากกล่อง ECU ดังนั้นผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นจึงเป็นการป้องกันล้อรถยนต์ทั้ง 4 ล้อล็อกตาย การทำงานจะแบ่งออกได้เป็น 3 ขั้นตอน
3. แรงดันน้ำมันเบรกลดลง (เมื่อล้อเริ่มล็อก) เมื่อล้อเริ่มล็อก กล่องควบคุมจะส่งกระแสไฟฟ้า 5 แอมป์ผ่านขดลวดโซลีนอยด์ ทำให้ขดลวดโชลีนอยด์มีอำนาจเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าดึงให้วาล์วโซลีนอยด์เลื่อน ปิดช่องทาง A และเปิดช่องทาง B ดังรูปที่ ก.18 เป็นผลให้น้ำมันเบรกจากคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรกไหลผ่านช่องทาง C และช่องทาง B ไปยังถังเก็บนํ้ามันสำรอง


รูปที่ ก.18 การไหลของนํ้ามันเบรกในการทำงานลดแรงดันลงเมื่อล้อเริ่มล็อก (ระบบเบรกป้องกันล้อหลังล็อกตายทำงาน)
ในเวลาเดียวกันกล่องควบคุมจะส่งสัญญาณไปยังปั๊มเพื่อให้ปั๊มหมุนทำงาน ปั๊มจะดูดนํ้ามันเบรกจากถังเก็บนํ้ามันสำรอง ซึ่งจะทำให้มีแรงดันของนํ้ามันสูงกว่าแรงดันที่แม่ปั๊มเบรก นํ้ามันที่มีแรงดันสูง จากปั๊มจะถูกส่งผ่านลิ้นกันกลับหมายเลข 1 หมายเลข 2 และช่องทาง A ของวาล์วโซลีนอยด์จะปิดทำหน้าที่ปิดกั้นไม่ให้นํ้ามันเบรกไหลย้อนกลับเข้าในคาลิปเปอร์ได้ เป็นผลให้ระดับแรงดันภายในคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรกลดลง แรงดันของนํ้ามันเบรกจะถูกควบคุมให้มีระดับแรงดันที่คงที่และลดลงสลับกันอยู่ตลอดเวลา
4. แรงดันนํ้ามันคงที่ แรงดันนํ้ามันเบรกภายในคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรกจะลดลง เซนเซอร์วัดความเร็วรอบจะส่งสัญญาณความเร็วรอบล้อไปยังกล่องควบคุม และกล่องควบคุมจะจ่ายกระแสไฟฟ้า 2 แอมป์ไปยังขดลวดโซลีนอยด์
เมื่อกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้ขดลวดโซลีนอยด์จาก 5 แอมแปร์ลดลงเหลือ 2 แอมแปร์ ความเข้มของสนามแม่เหล็กที่ขดลวดโซลีนอยด์จะลดลงด้วยเช่นกัน วาล์วโซลีนอยด์จะปรับสภาวะการทำงานและเลื่อน ตํ่าลงปิดช่องทาง B ด้วยแรงดันของสปริงดังรูปที่ ก.19


รูปที่ ก.19 การรักษาระดับแรงดันนํ้ามันเบรกที่คงที่
5. แรงดันน้ำมันเบรกเพิ่มขึ้น (ล็อกตายตัว) แรงดันน้ำมันเบรกภายในคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรก จะมีความต้องการสูงมากเพื่อใช้ในการเบรก กล่องควบคุมจะหยุดส่งกระแสไฟฟ้า 0 แอมแปร์ไปยังขดลวด โซลีนอยด์ จึงทำให้ขดลวดโซลีนอยด์ไม่มีอำนาจแม่เหล็กไฟฟ้า วาล์วโซลีนอยด์จะเลื่อนลงให้ช่องทาง A เปิดและช่องทาง B ปิด นํ้ามันเบรกจากแม่ปั๊มเบรกจะมีแรงดันไหลผ่านช่องทาง A ผ่านไปยังคาลิปเปอร์ ของดิสก์เบรกทางช่องทาง C แรงดันนํ้ามันเบรกภายในคาลิปเปอร์ของดิสก์เบรกจะทำงานสลับไปมา ระหว่างแรงดันที่เพิ่มขึ้นกับแรงดันที่คงที่ดังรูปที่ ก.20


รูปที่ ก.20 การเพิ่มแรงดันของน้ำมันเบรก

บทความอื่น ๆ ที่น่าสนใจ:

Share this :

  • Stumble upon
  • twitter

Comments are closed.