Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS, viết tắt của Anti-lock Braking System được dịch từ tiếng Đức Antiblockiersystem) là một hệ thống trên ô-tô và xe máy, giúp cho bánh xe của phương tiện không bị bó cứng trong khi phanh (phanh trượt), chống lại việc bánh xe bị trượt dài trên mặt đường
Trên xe máy, hệ thống chống bó cứng phanh ngăn không cho bánh xe hai bánh bị bó cứng trong các tình huống phanh gấp . Dựa trên thông tin từ cảm biến tốc độ bánh xe, bộ ABS sẽ điều chỉnh áp suất của dầu phanh để giữ lực kéo trong quá trình giảm tốc nhằm tránh tai nạn. ABS dành cho xe máy giúp người lái duy trì sự ổn định trong quá trình phanh và giảm khoảng cách dừng xe. Nó cung cấp lực kéo ngay cả trên bề mặt ma sát thấp. Trong khi các mẫu ABS cũ có nguồn gốc từ ô tô, thì ABS gần đây là kết quả của quá trình nghiên cứu, định hướng về các chi tiết cụ thể của xe máy trong từng trường hợp khác nhau về kích thước, trọng lượng và chức năng. Các tổ chức đánh giá ABS trên xe máy là một yếu tố quan trọng để tăng độ an toàn và giảm thiểu số vụ tai nạn xe máy. Ủy ban Châu Âu đã thông qua luật vào năm 2012 quy định việc trang bị ABS cho tất cả xe máy mới trên 125cm3 trở thành bắt buộc từ ngày 1 tháng 1 năm 2016. Báo cáo Người tiêu dùng cho biết vào năm 2016 rằng “ABS thường được cung cấp trên các mẫu xe lớn, đắt tiền, nhưng nó đã được lan sang một số xe thể thao hạng thấp và xe hạng trung “.
Lịch sử ABS xe máy
Năm 1988, BMW giới thiệu ABS điện tử / thủy lực cho xe máy, mười năm sau khi Daimler Benz và Bosch ra mắt ABS cho xe bốn bánh đầu tiên để sản xuất hàng loạt. Những chiếc mô tô thuộc dòng BMW K100 được trang bị tùy chọn hệ thống chống bó cứng phanh ABS, trọng lượng xe đã tăng thêm 11kg. Nó được phát triển cùng với FAG Kugelfischer và điều chỉnh áp suất trong hệ thống phanh thông qua một pít tông. Các nhà sản xuất Nhật Bản theo sau với tùy chọn ABS vào năm 1992 trên Honda ST1100 và Yamaha FJ1200.
Continental giới thiệu hệ thống Motorcycle Integral ABS (MIB) đầu tiên của mình vào năm 2006. Nó được phát triển với sự hợp tác của BMW và nặng 2,3 kg. Trong khi thế hệ ABS đầu tiên của xe máy nặng khoảng 11 kg. Thế hệ hiện tại (2011) được Bosch giới thiệu vào năm 2009 có trọng lượng 0,7 kg (ABS cơ sở) và 1,6 kg (ABS tăng cường) với phanh tích hợp.
Nguyên tắc cơ bản của ABS xe máy
Cảm biến tốc độ bánh xe gắn trên bánh trước và bánh sau đo tốc độ quay của từng bánh liên tục và cung cấp thông tin này đến Bộ điều khiển điện tử (ECU). ECU nhận biết hai thứ: 1) nếu sự giảm tốc của một bánh xe vượt quá ngưỡng cố định và 2) độ trượt phanh, được tính toán dựa trên thông tin của cả hai bánh, có tăng trên một tỷ lệ phần trăm nhất định và có đi vào vùng không ổn định hay không. Đây là những cảnh báo cho thấy khả năng cao bánh xe bị khóa. Để đối phó với những bất thường này, ECU ra tín hiệu cho bộ phận thủy lực để giữ hoặc giải phóng áp suất. Sau khi các tín hiệu cho thấy sự quay trở lại vùng ổn định, áp lực lại được gia tăng. Các mẫu trước đây sử dụng một piston để kiểm soát áp suất chất lỏng. Hầu hết các mẫu gần đây điều chỉnh áp suất bằng cách mở và đóng van điện từ nhanh chóng . Trong khi nguyên tắc và kiến trúc cơ bản đã được lấy từ ABS của ô tô chở khách, các đặc tính điển hình của xe máy phải được xem xét trong quá trình phát triển và ứng dụng. Một đặc điểm là sự thay đổi của tải trọng bánh xe trong quá trình phanh. So với ô tô, tải trọng bánh xe thay đổi mạnh hơn, có thể dẫn đến bánh xe bị nhấc lên và bị ngã. Điều này có thể được tăng cường bởi một hệ thống treo mềm. Một số hệ thống được trang bị chức năng giảm thiểu lực nâng bánh sau. Khi phát hiện thấy các cảnh báo về khả năng có thể nâng bánh sau, hệ thống sẽ giải phóng áp lực phanh lên bánh trước để chống lại hành vi này. Một điểm khác biệt nữa là trong trường hợp của xe máy, bánh trước đóng vai trò quan trọng đối với sự ổn định hơn nhiều so với bánh sau. Nếu bánh trước bị khóa trong khoảng thời gian từ 0,2-0,7 giây, nó sẽ mất lực hồi chuyển và xe máy bắt đầu dao động do ảnh hưởng của lực bên tác dụng lên đường tiếp xúc của bánh xe tăng lên. Xe máy trở nên mất ổn định và bị ngã.
Hệ thống chống bó cứng phanh (ABS)
Hệ thống sử dụng piston: Việc giải phóng áp suất trong hệ thống này được thực hiện thông qua chuyển động của một piston được căng bằng lò xo. Khi áp suất phải được giải phóng, một mô tơ tuyến tính sẽ kéo pít tông và tạo ra nhiều không gian hơn cho chất lỏng. Hệ thống này đã được sử dụng ví dụ như trong ABS I (1988) và ABS II (1993) của BMW. ABS II có kích thước khác nhau và có một bộ côn (ly hợp) điều khiển điện tử được gắn trên trục thay vì dùng pít tông. Các cảm biến thể tích ghi lại khoảng cách di chuyển của piston để cho phép bộ phận điều khiển điều chỉnh chính xác hơn. Honda cũng sử dụng hệ thống điều biến áp suất này cho các loại xe thể thao và xe touring.
Hệ thống dùng van và bơm: Các bộ phận chính là một phần của hệ thống điều áp là van đầu vào và đầu ra điện từ, một máy bơm, mô tơ và bộ bình nén/bình chứa. Số lượng van khác nhau giữa các mẫu do các chức năng bổ sung và số lượng kênh phanh. Dựa trên đầu vào của ECU, các cuộn dây vận hành các van đầu vào và đầu ra. Trong quá trình xả áp suất, dầu phanh được lưu trữ trong các bình chứa. Trong cách tiếp cận hệ thống mở này, chất lỏng sau đó được đưa trở lại mạch phanh thông qua một máy bơm được vận hành bởi một mô tơ được cảm nhận thông qua xung động trên cần phanh.
Hệ thống phanh kết hợp (CBS)
Khác với ô tô hay tàu hỏa, bánh sau và bánh trước của xe máy được điều khiển riêng biệt. Nếu người lái chỉ phanh bằng một bánh, bánh này có xu hướng bó cứng nhanh hơn so với khi cả hai phanh đều được áp dụng. Do đó, Hệ thống phanh kết hợp cũng phân phối lực phanh đến bánh xe không phanh để giảm khả năng bị bó cứng, tăng khả năng giảm tốc và giảm độ cao của hệ thống treo .
Với một CBS [phía sau], áp suất phanh tác dụng lên phanh sau (bàn đạp phanh) được phân bổ đồng thời cho bánh trước. Một van trễ cắt áp suất thủy lực để đảm bảo rằng chỉ khi phanh mạnh, áp suất cũng được tạo ra ở bánh trước. Chiếc xe máy đường phố đầu tiên của Honda có hệ thống phanh kết hợp (sau đó được gọi là phanh thống nhất – Unified Braking) là chiếc GL1100 năm 1983. Hệ thống này có nguồn gốc từ xe đua đường dài thế giới RCB1000 những năm 1970.
Các mẫu xe lớn hơn với hai đĩa phanh trước sử dụng Hệ thống CBS kép. Hệ thống này được Moto Guzzi lắp đặt lần đầu tiên vào năm 1975. Tại đây, lực phanh tác dụng ở phía trước cũng được áp dụng cho bánh sau và ngược lại. Nếu tác động của tay phanh phía trước, áp suất sẽ được tạo ra ở 4 trong số 6 bình trong 2 caliper ở phía trước. Một xi lanh chính thứ cấp ở bánh trước phân phối áp suất còn lại đến bánh sau thông qua một van điều khiển tỷ lệ và tác động lên 2 trong 3 bộ caliper. Nếu tác dụng lực phanh mạnh ở bánh sau thì lực cũng phân bố cho 2 trong 6 pít tông ở bánh trước. CBS kép hiện đại hơn sử dụng caliper phía trước và phía sau (và tất cả các pít tông) theo một tỷ lệ trọng tâm đặt trước của phía trước và phía sau. Tỷ lệ ban đầu được kiểm soát bởi các hệ thống thủy lực phức hợp liên kết phía trước và phía sau, với độ trễ cố định hoặc bằng cách cảm nhận sự thay đổi phân bổ trọng lượng. Ngay từ năm 2001, BMW đã giới thiệu một hệ thống điện thủy lực.
CBS và ABS
CBS giúp giảm nguy cơ bị khóa bánh xe và ngã xe nhưng trong một số tình huống nhất định, CBS có thể gây ngã. Nếu áp lực phanh được phân bổ từ bánh sau sang bánh trước và ma sát của các bề mặt thay đổi đột ngột (vũng nước, băng trên đường) thì bánh trước có thể bị khóa ngay cả khi chỉ đạp phanh sau. Điều này sẽ dẫn đến sự mất ổn định và bị ngã. Do đó, CBS được kết hợp với ABS để tránh điều này trên xe máy. Có thể thực hiện các cách tiếp cận khác nhau để thực hiện sự kết hợp này: Không cần kích hoạt áp lực tích lũy Phiên bản đơn: Một kênh bổ sung thứ ba liên kết mạch bánh sau thông qua van trễ với phanh trước. Áp suất phanh mạnh ở bánh sau (hoặc cả hai bánh) làm tăng áp suất cả hai mạch phanh, tuy nhiên áp suất này được điều chỉnh tùy theo tốc độ bánh xe và độ trượt của phanh.
Phiên bản kép kết hợp Hondas Dual CBS với một xi lanh chính thứ cấp và một van điều khiển tỷ lệ [với Pít tông ABS] Một bộ điều chế điều chỉnh áp suất cho mỗi Tích hợp áp suất chủ động Vào năm 2009, Honda đã giới thiệu ABS kết hợp điều khiển điện tử cho xe đạp thể thao hiệu suất cao sử dụng công nghệ phanh bằng dây. Đầu vào phanh của người lái được đo bằng cảm biến áp suất và thông tin được cung cấp cho ECU. Cùng với thông tin của cảm biến tốc độ bánh xe, ECU sẽ tính toán sự phân bổ áp suất tối ưu để ngăn chặn hiện tượng bó cứng và giảm tốc tốt nhất có thể. Dựa trên kết quả đầu ra này, một động cơ cho mỗi bánh xe vận hành một máy bơm tích tụ và điều chỉnh áp suất phanh trên bánh xe. Hệ thống này cung cấp thời gian phản ứng nhanh vì chức năng phanh bằng dây.
MIB (Hệ thống Motorcycle integral Braking – tạm dịch: hệ thống phanh tích hợp cho xe máy) của Continental Teves và eCBS (CBS điện tử) trong ABS dành cho xe máy nâng cao của Bosch là kết quả của một cách tiếp cận khác. Các hệ thống này dựa trên cách tiếp cận của máy bơm và van. Thông qua các van bổ sung, máy bơm mạnh hơn và động cơ mạnh hơn, hệ thống có thể chủ động tăng áp suất. Áp suất đầu vào của người lái được đo bằng cảm biến áp suất ở cần gạt và bàn đạp. Sau đó, máy bơm tạo ra áp suất bổ sung được điều chỉnh theo điều kiện lái xe. Hệ thống tích hợp từng phần được thiết kế để chỉ làm việc theo một hướng: phía trước → phía sau hoặc phía sau → phía trước. Một hệ thống tích hợp đầy đủ hoạt động theo cả hai hướng.
Bởi vì các hệ thống này được điều khiển điện tử và có thể chủ động tăng áp suất, chúng mang lại cơ hội điều chỉnh hành vi phanh xe máy cho người lái. CBS và ABS có thể được tắt bởi những tay đua có kinh nghiệm và cũng có thể chọn các chế độ điều chỉnh khác nhau với ngưỡng cao hơn và thấp hơn, chẳng hạn như chế độ mưa hoặc trơn trượt trên BMW S1000RR.
An toàn và luật pháp
Viện Bảo hiểm An toàn Đường cao tốc (IIHS) đã tiến hành một nghiên cứu về hiệu quả của ABS đối với xe máy và đưa ra kết luận rằng xe máy trên 250cc không có ABS có nguy cơ gây tai nạn chết người cao hơn 37% và một nghiên cứu của Tổng cục Đường bộ Thụy Điển đưa ra kết luận rằng có thể tránh được 48% tổng số vụ tai nạn xe máy nghiêm trọng và chết người trên 125cc nhờ hệ thống ABS trên xe máy.
Những nghiên cứu này đã khiến ủy ban EU bắt đầu quy trình lập pháp vào năm 2010 và được thông qua vào năm 2012 và dẫn đến việc áp dụng ABS cho xe máy trên 125cc trở thành bắt buộc từ năm 2016 trở đi. Các tổ chức như Fédération Internationale de l’Automobile (FIA) và Viện các nhà lái xe tiên tiến (Institute of advanced Motorists – IAM) đã yêu cầu thực hiện luật này đã có từ năm 2015. Mặt khác, một số người đi xe máy đang phản đối ABS bắt buộc cho tất cả xe máy vì họ yêu cầu khả năng tắt hệ thống, để sử dụng trên đường off-road hoặc vì các lý do khác. Năm 2011, Liên hợp quốc bắt đầu Thập kỷ hành động vì an toàn đường bộ. Mục tiêu chính là cứu sống 5 triệu người cho đến năm 2020 thông qua hợp tác toàn cầu. Một phần trong kế hoạch toàn cầu của họ là: Khuyến khích triển khai phổ biến các công nghệ tránh va chạm với hiệu quả đã được chứng minh như Hệ thống kiểm soát ổn định điện tử và Hệ thống chống bó cứng phanh trên xe máy.