Bài giảng cơ điện tử ô tô

Giáo trình dành cho đại học - cao đẳng

MỤC LỤC CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN Ô TÔ 1.1 Khái niệm điện tử 1.1.1 Khái niệm chung 1.1.2 Vai trò điện tử 1.2 Lịch sử phát triển điện tử 1.3 Sơ đồ hệ thống điện tử ô tô 10 Chương CÁC THÀNH PHẦN CỦA CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 13 2.1 Cảm biến 13 2.1.1 Khái niệm 13 2.1.2 Phân loại cảm biến 14 2.1.3 Cảm biến ô tô 17 2.2 Bộ xử lý trung tâm, ECU 33 2.2.1 Vai trò ECU điều khiển 33 Cấu tạo ECU 33 2.3 Cơ cấu chấp hành 38 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN CÁC HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ 41 3.1 Hệ thống phun xăng điện tử 41 3.1.1 Khái niệm 41 3.1.2 Hệ thống phun xăng điện tử gián tiếp 41 3.1.3 Hệ thống phun xăng trực tiếp GDI 53 3.2 Hệ thống phun nhiên liệu Diesel điện tử 55 3.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống Commonrail điện tử 56 3.2.2 Cấu tạo cụm chi tiết 57 3.3 Điều khiển hệ thống phân phối khí 68 3.3.1 Hệ thống hãng Nissan 69 3.3.2 Bộ điều khiển VVT-i Toyota 71 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN CÁC HỆ THỐNG THUỘC GẦM Ô TÔ 76 4.1 Điều khiển hệ thống treo 76 4.1.1 Điều khiển phần tử đàn hồi dạng khí 77 4.1.2 Điều khiển giảm chấn 80 4.1.3 Ứng dụng khí, thủy khí hệ thống treo điều khiển độ cao 83 4.1.4 Điều khiển ổn định 87 4.2 Điều khiển hộp số tự động 88 4.3 Điều khiển hệ thống phanh ABS 96 4.3.1 Khái niệm 96 4.3.3 Các phận hệ thống phanh ABS 99 4.4 Vi sai điện tử điều khiển động lực học ô tô 103 4.5 Điều khiển hệ thống lái 105 4.6 Hệ thống ổn định xe điện tử (ESP) 107 CHƯƠNG KHÁI QUÁT VỀ CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN Ô TÔ 1.1 Khái niệm điện tử 1.1.1 Khái niệm chung Hình 1.1 Khái niệm Cơ điện tử Khái niệm Cơ điện tử mở từ định nghĩa ban đầu công ty điện tử Yasakawa Trong tài liệu xin bảo hộ thương hiệu mình, Yasakawa định nghĩa Cơ điện tử sau: “Thuật ngữ mechatronics (Cơ điện tử) tạo thành “mecha” mechanism (cơ cấu) “tronics” electronics (điện tử) Nói cách khác, công nghệ sản phẩm phát triển ngày kết hợp chặt chẽ hữu thành phần điện tử vào cấu, khó ranh giới chúng” Khái niệm Cơ điện tử tiếp tục phát triển sau Yasakawa đưa định nghĩa Một định nghĩa khác Cơ điện tử thường hay nói tới Harashima, Tomizuka Fukada đưa năm 1996 Theo họ, Cơ điện tử hiểu là: “Sự tích hợp chặt chẽ kỹ thuật khí với điện tử điều khiển máy tính thơng minh thiết kế chế tạo sản phẩm quy trình cơng nghiệp” Cùng năm đó, Auslander Kempf đưa định nghĩa khác sau [4]: “Cơ điện tử ứng dụng định liên hợp tạo nên hoạt động hệ vật lý.” Năm 1997, Shetty Kolk lại quan niệm: “Cơ điện tử phương pháp luận dùng để thiết kế tối ưu sản phẩm điện.” Và gần đây, Bolton đề xuất định nghĩa: “Một hệ Cơ điện tử không kết hợp chặt chẽ hệ khí, điện khơng đơn hệ điều khiển; tích hợp đầy đủ tất hệ trên.” Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống chống va chạm ô tô Tất định nghĩa phát biểu Cơ điện tử xác có giá trị, nhiên thân chúng, đứng riêng lẻ lại không định nghĩa đầy đủ thuật ngữ Cơ điện tử Mặc dù có nỗ lực việc tiếp tục định nghĩa thuật ngữ Cơ điện tử, phân loại sản phẩm Cơ điện tử phát triển chương trình giảng dạy Cơ điện tử chuẩn, chưa có quan điểm thống việc định nghĩa cách toàn diện “thế Cơ điện tử” Tuy nhiên thiếu trí lại tín hiệu đáng mừng Nó cho thấy lĩnh vực tồn tại, chủ đề mẻ Thậm chí khơng có định nghĩa thống Cơ điện tử, kỹ sư hiểu chất triết học Cơ điện tử từ định nghĩa từ thân kinh nghiệm sống họ 1.1.2 Vai trò điện tử Hệ thống điện tử thực việc điều khiển toàn động cơ, hệ thống truyền lực, hệ thống phanh hệ thống khác với độ xác cao ECU (bộ vi xử lí) Đây hệ thống điều khiển tổng hợp hệ thống điều khiển ECU khác đảm bảo tính ôtô Việc phát triển hệ thống điện tử ô tô nhằm giải vấn đề: - Tối ưu hóa q trình làm việc động nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm phát thải khí độc hại tăng cơng suất động - Tăng tính an tồn chuyển động tơ (bao gồm an tồn chủ động an tồn thụ đơng) - Tăng tính tiện nghi sử dụng nhằm giảm mệt mỏi cho người ngồi xe… 1.2 Lịch sử phát triển điện tử Sự phát triển điện tử ô tô hệ thống Mạng điện xe vào khoảng năm 1950 bao gồm khoảng 40 đường dây Về bản, dây điện dùng cho pin, khởi động, đánh lửa hệ thống ánh sáng tín hiệu Đến tận thập niên 1960, có rađiơ thiết bị điện tử đáng kể ô tô Tất các chức khác túy mang tính khí điện ví dụ động khởi động hệ thống nạp ắc quy Vào đầu thập niên 1960, dây đai an toàn đời nhằm tăng độ an toàn cho người sử dụng vận hành hồn tồn khí Tất hệ thống động điều khiển người lái và/hoặc hệ điều khiển khí khác Chẳng hạn, trước có xuất cảm biến vi điều khiển, phân phối khí dùng để lựa chọn bugi đánh lửa hỗn hợp nhiên liệu-khơng khí nén lại Thời gian cho việc đốt cháy nhiên liệu biến điều khiển Q trình đốt cháy điều khiển khí khơng phải tối ưu đứng phương diện tiết kiệm nhiên liệu Mơ hình q trình đốt cháy nhiên liệu rằng, để tăng hiệu nhiên liệu, tồn thời điểm tối ưu để đốt nhiên liệu Thời điểm phụ thuộc vào tải, tốc độ, đại lượng đo khác Đến năm 1966, hãng BOSCH thành công việc chế tạo hệ thống phun xăng kiểu khí Trong hệ thống phun xăng này, nhiên liệu phun liên tục vaò trước supap hút nên có tên gọi K – Jetronic (K- Konstant – liên tục, Jetronic – phun) K – Jetronic đưa vào sản xuất ứng dụng xe hãng Mercedes số xe khác, tảng cho việc phát triển cho hệ thống phun xăng hệ sau KE –Jetronic, Mono-Jetronic, L-Jetronic, Motronic … Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống điều khiển động Tên tiếng Anh K-Jetronic CIS (Continuous Injection System) đặc trưng cho hãng xe Châu Âu có loại cho CIS là: K – Jetronic, K – Jetronic – với cảm biến oxy KE – Jetronic (có kết hợp điều khiển điện tử) KE – Motronic (kèm điều khiển góc đánh lửa sớm) Do hệ thống phun khí cịn nhiều nhược điểm nên đầu năm 80, BOSCH cho đời hệ thống phun sử dụng kim phun điều khiển điện Có hai loại: hệ thống L-Jetronic (lượng nhiên liệu xác định nhờ cảm biến đo lưu lượng khí nạp) D-Jetronic (lượng nhiên liệu xác định dựa vào áp suất đường ống nạp) Đến năm 1984 người Nhật (mua quyền BOSCH) ứng dụng hệ thống phun xăng L-Jetronic D-Jetronic xe hãng Toyota ( dùng với động 4A – ELU) Đến năm 1987 hãng Nissan dùng L – Jetronic thay cho chế hoà khí xe Nissan Sunny Hệ thống đánh lửa điện tử hệ điều khiển điện tử ứng dụng ngành công nghiệp ô tô vào cuối thập niên 1970 Hệ thống đánh lửa điện tử bao gồm cảm biến vị trí trục khuỷu, cảm biến vị trí trục cam, tốc độ luồng khí, vị trí van tiết lưu, tốc độ thay đổi vị trí van tiết lưu cảm biến, vi điều khiển định thời điểm buji đánh lửa Những ứng dụng ban đầu gồm cảm biến Hall nhằm xác định cách xác vị trí rơto phân phối Những ứng dụng sau loại bỏ hoàn toàn chia điện dùng trực tiếp vi xử lý để điều khiển trình đốt cháy Song song với phát triển hệ thống phun xăng, hệ thống điều khiển đánh lửa theo chương trình (ESA – Electronic Spark Advance) đưa vào sử dụng vào năm đầu thập kỷ 80 Sau vào đầu năm 90, hệ thống đánh lửa trực tiếp (DIS – Direct Ignition System) đời, cho phép không sử dụng delco hệ thống có mặt hầu hết xe hệ Ngày nay, gần tất ô tô trang bị hệ thống điều khiển động xăng diesel theo chương trình chúng giúp động đáp ứng yêu cầu gắt gao khí xả tính tiết kiệm nhiên liệu Thêm vào đó, cơng suất động cải thiện rõ rệt Vào cuối thập niên 1970, hệ thống phanh chống bó (ABS–Antilock Brake System) ứng dụng ô tô Hệ thống ABS hoạt động thông qua việc phát tượng khóa cứng bánh xe nào, sau điều chỉnh áp suất thủy lực cần thiết để giảm thiểu loại bỏ trượt Hệ thống điều khiển sức kéo (TCS – Traction Control System) ứng dụng ô tô vào cuối thập niên 1990 Hệ thống TCS hoạt động thông qua việc phát trượt q trình tăng tốc sau điều chỉnh cơng suất truyền cho bánh xe trượt Q trình đảm bảo cho xe tăng tốc với vận tốc lớn với điều kiện đường xe cho trước Hình 1.4 Sơ đồ hệ thống điều khiển gầm Hệ thống điều khiển động lực ô tô (VDC – Vehicle Dynamics Control) ứng dụng ôtô vào cuối năm 1990 VDC hoạt động tương tự TCS với việc thêm cảm biến tốc độ lệch cảm biến gia tốc ngang Mục đích bánh xe phát động xác định vị trí bánh lái so sánh với hướng thực tế chuyển động Sau đó, hệ thống TCS kích hoạt để điều khiển công suất truyền cho bánh xe điều khiển vận tốc ô tô giảm thiểu khác hướng bánh lái hướng chuyển động ô tô Trong số trường hợp, ABS dùng để giảm tốc độ ô tô để thực việc điều khiển mong muốn Trong ô tô nay, CPU 8, 16, hay 32-bit dùng để vận hành hệ điều khiển khác Bộ vi điều khiển có nhớ (EEPROM/EPROM), đầu số tương tự, biến đổi A/D, điều chế độ rộng xung (PWM), chức thời gian, ví dụ dùng để đếm kiện đo độ rộng xung, đầu ưu tiên, số trường hợp xử lý tín hiệu số Bộ xử lý 32-bit dùng để quản lý động cơ, điều khiển truyền động, túi khí; xử lý 16-bit dùng cho ABS, TCS, VDC, cụm thiết bị, hệ thống điều hồ khơng khí; xử lý 8-bit dùng cho điều khiển ghế, gương hệ thống nâng hạ cửa Ngày nay, có khoảng 30 – 60 vi điều khiển ô tô Điều tăng lên nhờ việc mơđun hóa hệ điện tử tương lai Cơ điện tử trở thành yếu tố để phân biệt ô tô Kể từ khái niệm động đốt đưa cách gần kỷ, điểm khác thiết kế động cho xe không cịn dấu hiệu nhằm phân biệt loại ơtơ khác Trong năm 1970, nhà chế tạo Nhật Bản thành công việc tạo dựng chỗ đứng vững thị trường xe Mỹ việc chào bán xe nhỏ tiết kiệm lượng với chất lượng không thua loại xe khác Trong suốt thập niên 1980, chất lượng xe dấu hiệu phân biệt sản phẩm Trong năm 1990, hệ thống điện xe hạng sang lên tới khoảng km Con số cho thấy rõ ràng hệ thống xe trở nên phức tạp Sự tăng trưởng tỷ lệ thiết bị điện tử xe giới chủ yếu tăng trưởng cơng nghệ vi điện tử cảm biến Trong năm này, chất lượng độ tin cậy ô tô mà người tiêu dùng mong đợi từ phía nhà sản xuất Lúc đầu, nhiều hệ thống tích hợp vào xe thiết bị điều khiển điện tử chuyên dụng riêng hệ thống Phần lớn, đơn vị điều khiển điện tử riêng lẻ hoạt động độc lập lẫn Tất giống nhau, đường kết nối ngày trở nên cần thiết đơn vị điều khiển điện tử phép trao đổi liệu tín hiệu PWM, chẳng hạn Tùy thuộc vào loại xe, có từ 20 đến 80 đơn vị điều khiển điện tử trang bị xe ngày Họ điều khiển thiết bị động cơ, hệ thống phanh chống bó cứng túi khí Do đó, số lượng vi điều khiển xe tăng liên tục năm gần Tỷ lệ điện điện tử xe giới tiếp tục tăng Trong hệ thống truyền động, số lượng thành phần đường ống xả (ví dụ: cảm biến khí thải) tăng lên luật khí thải nghiêm ngặt Ví dụ, yêu cầu giảm mức tiêu thụ nhiên liệu đáp ứng khái niệm thiết bị van mới, chí điều địi hỏi thành phần điện tử bổ sung Một nguyên nhân dẫn đến gia tăng tỷ lệ điện tử chủ yếu từ phát triển hệ thống điện tử lĩnh vực an tồn, thoải mái thuận tiện, thơng tin giải trí 1.3 Sơ đồ hệ thống điện tử ô tô 10 4.3 Điều khiển hệ thống phanh ABS 4.3.1 Khái niệm Hình 4.22 Vai trò ABS đến ổn định ô tô Hệ thống phanh chống hãm cứng bánh xe viết tắt hệ thống ABS sử dụng vào năm cuối thập niên 60, đầu chúng trang bị xe đại, đến thập niên 80 trở thành phổ biến ngày trở thành trang bị tiêu chuẩn Với phát triển mạnh mẽ ngành tin học, ngành điện tử ngành tự động hoá tạo điều kiện cho ngành ôtô thiết kế, chế tạo thành công hệ thống chống hãm cứng bánh xe ngày nhỏ gọn có độ tin cậy vàhiệu cao Hệ thống phanh trống trượt (ABS) hệ thống phanh thiết kế để ngăn việc bánh xe bị khóa gây trượt trì điều khiển người lái xe nhờ sử dụng cảm biến điện tử gắn bốn bánh xe 96 Ngoài yêu cầu hệ thống phanh bình thường hệ thống ABS cần phải có thêm yêu cầu sau: - Khi phanh gấp phải đảm bảo tính ổn định phanh tính ổn định lái cho xe( giữ xe chuyển động quỹ đạo) - Nếu có cố hệ thống ABS làm việc hệ thống phanh thường; - Thích ứng nhanh áp suất phanh với giá trị độ bám khác nhau, làm việc ổn định mặt đường có hệ số bám thấp; - Phải giảm quãng đường phanh tối ưu nhờ tận dụng lực bám lớn bánh xe với mặt đường Khi xe chạy ta tác động phanh làm cho bánh xe bị khoá cứng xe trượt mặt đường xe điều khiển Như dễ xảy tai nạn Do hệ thống ABS thiết kế để ngăn cản trượt xe trì điều khiển người lái Đối với mặt đường khô tốt, khoảng dừng xe sau tác động phanh xe có trang bị hệ thống ABS xe khơng có trang bị hệ thống ABS tương tự Nhưng mặt đường ẩm, ướt có hệ số ma sát nhỏ xe có trang bị hệ thống ABS có khoảng dừng xe ngắn khơng điều khiển Hệ thống ABS cho phép bánh xe quay theo chu kỳ tạo công suất phanh đầy đủ Hệ thống ABS dựa hệ thống phanh tiêu chuẩn thêm vào 1, 2, 3, điều tiết hay van điều khiển, đến cảm biến tốc độ điều khiển van điện tử Bộ điều tiết dùng để tạo chu kỳ áp suất thuỷ lực cụm phanh; cảm biến tốc độ xác định tốc độ quay bánh xe điều khiển điện tử kiểm tra tốc độ vỏ xe vận hành van điều tiết nhằm ngăn cản việc bánh xe bị hãm cứng Khi bánh xe bị hãm cứng bắt đầu trượt, hệ thống ABS tạo việc nhả phanh theo chu kỳ bánh xe quay tốc độ thích hợp Sau tạo chu kỳ phanh trở lại Nếu bánh xe bị hãm cứng, chu kỳ nhả, phanh lặp lại Chu kỳ xảy nhanh, lên đến đến 15 lần giây 97 4.3.2 Nguyên lý điều khiển ABS Hình 4.23 Quá trình điều khiển ABS vF - Tốc độ xe ; vRef - Tốc độ chuẩn bánh xe; vR - Tốc độ thực tế bánh xe; 1 – Ngưỡng trượt Đồ thị hình 4.23 biểu diễn trình điều khiển điển hình hệ thống ABS Đường vF biểu diễn tốc độ xe giảm dần phanh; đường vRef tốc độ chuẩn bánh xe; vR thể tốc độ thực tế bánh xe phanh; đường 1 ngưỡng trượt xác định từ tốc độ chuẩn vRef Mục tiêu ABS điều khiển cho trình phanh giá trị tốc độ thực tế bánh xe vR sát với tốc độ chuẩn vRef tốt (nhớ vRef tốc độ bánh xe phanh điều kiện phanh tối ưu), tức phải nằm ngưỡng trượt 1 Trong giai đoạn đầu trình phanh, áp suất dầu xylanh bánh xe tăng lên giảm tốc bánh xe tăng lên Giai đoạn tương ứng với vùng ổn định (a) đường đặc tính trượt, lúc tốc độ bánh xe vR với tốc độ chuẩn vRef 98 Ở cuối giai đoạn 1, giảm tốc bánh xe bắt đầu thấp ngưỡng chọn (- a) Lập tức van điện chấp hành ABS chuyển sang chế độ giữ áp suất Ap suất dầu xy lanh phanh bánh xe chưa giảm trễ trình điều khiển, nên giảm tốc tiếp tục vượt qua ngưỡng (- a) Ở cuối giai đoạn 2, tốc độ bánh xe vR giảm xuống ngưỡng 1 Van điện chấp hành chuyển sang chế độ giảm áp, kết áp suất phanh giảm bánh xe tăng tốc trở lại lên gần ngưỡng (- a) Ở cuối giai đoạn 3, gia tốc bánh xe vượt lên ngưỡng (- a) lần nữa, van điện chấp hành lại chuyển sang chế độ giữ áp với thời gian dài Do đó, thời điểm này, gia tốc xe tăng lên vượt qua ngưỡng (+a) Ap suất phanh giữ không đổi Ở cuối giai đoạn 4, gia tốc xe vượt qua ngưỡng giới hạn (+a), hộp ECU điều khiển van điện chuyển sang chế độ tăng áp giai đoạn Trong giai đoạn 6, áp suất phanh giữ khơng đổi lần gia tốc bánh xe ngưỡng (+a) Ở cuối giai đoạn gia tốc bánh xe xuống ngưỡng (+a), điều cho thấy bánh xe vào vùng ổn định đường cong đặc tính trượt, tức nằm ngưỡng trượt 1 Áp suất phanh tiếp tục tăng lên nấc giai đoạn để giảm tốc độ xe gia tốc giảm dần bánh xe xuống ngưỡng (- a) cuối giai đoạn Lúc áp suất phanh giảm tức mà khơng cần tín hiệu 1 điều khiển Các chu kỳ tiếp tục điều khiển theo nguyên lý kết thúc trình phanh 4.3.3 Các phận hệ thống phanh ABS Hệ thống ABS ngày bố trí xe đa dạng, hãng xe có cách thiết kế riêng Chính mà loại xe có cách bố trí cấu tạo hệ thống ABS khác Các cụm hệ thống phanh ABS gồm có: - Bàn đạp phanh, cường hố lực phanh, xi-lanh - Cụm điều khiển điện tử (ECU: electronic control unit): Được xem não hệ thống ABS Tiếp nhận thông tin từ hệ thống cảm biến 99 tức xác định tốc độ bánh xe gia tốc chậm dần phanh … cảm biến gởi đến từ xử lý thơng tin gởi tín hiệu đến điều khiển thuỷ lực (HCU) - Cụm điều khiển thuỷ lực (HCU: Hydraulic Control Unit) nhận tín hiệu từ ECU gởi đến, HCU đóng mở mạch dầu để tăng, giảm hay giữ áp lực phanh đến bánh xe cho phù hợp nhằm thực chức chống hãm cứng - Hệ thống cảm biến (sensor): nhận tín hiệu gởi ECU, từ ECU có thơng tin điều khiển q tìrnh chống hãm cứng Thơng thường xe có trang bị số loại cảm biến sau: ✓ Cảm biến tốc độ bánh xe (wheel speed sensor) ✓ Cảm biến gia tốc phanh (acceleration sensor) ✓ Cảm biến trọng lực G (force sensor) ✓ Cảm biến mức dầu (fluid level switch) ✓ Cảm biến hành trình pedal bàn đạp phanh Hình 4.24 Sơ đồ hệ thống phanh ABS 100 Thông thường cần cảm biến tốc độ bánh xe đủ để tăng tính ưu việt hệ thống phanh số xe trang bị thêm cảm biến gia tốc (acceleration sensor) hay cảm biến trọng lực G (force sensor) Hình 4.25 Sơ đồ hệ thống phanh ABS Trong ABS cịn có nguồn lượng bổ sung bình dự trữ dầu thấp áp, bơm dầu, van an toàn…Cụm điều khiển xem “bộ não“ hệ thống phanh ABS tự động điều chỉnh với độ xác cao Nhiệm vụ ECU nhận biết tình trạng làm việc của xe từ cảm biến cung cấp vào mà tính tốn khả hãm cứng bánh xe phanh Từ thơng số tính tốn được, ECU so sánh với thơng số có sẵn nhà chế tạo định trước bên ECU Sau ECU định tính làm việc hệ thống Đặc điểm cấu tạo phức tạp, hãng ln có đặc trưng riêng cịn tuỳ thuộc vào loại xe Khi có tín hiệu phanh, tín hiệu tốc độ bánh xe, số xe cịn có thêm tín hiệu gia tốc hay tín hiệu trọng lực… Từ hệ thống cảm biến gởi đến ECU nhận mạch điện nhận tín hiệu tín hiệu đuợc chuyển sang khối điều khiển để tiến hành tính tốn khả hãm cứng bánh xe tiến hành so 101 sánh với giá trị có ngưỡng nhớ ECU Sau định cụm vi xử lí đưa tới mạch xuất tín hiệu khuyếch đưa tới phận thi hành chức chống hãm cứng theo sơ đồ sau: Hình 4.26 Sơ đồ nguyên lý làm việc hệ thống phanh ABS Tất trình làm việc trên, kiểm tra theo dõi vi xử lý Bộ phận vi xử lý tiếp nhận tín hiệu q trình nhập, tính tốn xuất tín hiệu, nên kiểm tra q trình cách xác Nếu có sai sót phận xuất tín hiệu để báo Ngoài ra: kiểm tra vi xử lý cịn có chức tự kiểm tra, kiểm tra lúc bắt đầu nhận tín hiệu chẩn đốn phận hư hỏng toàn hệ thống ABS Trong ECU cịn có ổn định điện áp Điện áp từ bình đến ECU ổn định, ECU làm việc ổn định tăng độ xác trình điều khiển Đặc biệt phận vi xử lý ECU có mối liên hệ rât chặt chẽ mà ECU làm việc xác hiệu qua Theo sơ đồ mạch điều khiển chống hãm cứng sau mở công tắc điện, ECU cung cấp điện tiến hành số chức kiểm tra ban đầu cho hệ thống ABS Nếu có sai sót hệ thống ABS không hoạt động ngược lại ECU tiến hành tính tốn, kiểm tra khả hãm cứng bánh xe 102 4.4 Vi sai điện tử điều khiển động lực học tơ Hình 4.27 Cầu vi sai hạn chế trượt ly hợp nhiều đĩa; bánh vành chậu; đĩa ép; giá; Mặt bích bán trục phải; bulơng hãm; cảm biến tốc độ bánh xe; van cấp(mở); van hồi (đóng); 10 thùng dầu; 11 van điều khiển; 12 puly; 13 bơm; 14 cảm biến vô lăng; 15 ECU; 16 cảm biến tốc độ bánh xe; 17 phớt dầu; 18 ổ vỏ vi sai; 19 BR dứa; 21 phớt dầu; 22 then; 23 mặt bích trục vào Chế độ vi sai thường: Khi đường tốt, ly hợp mở van cấp (8) đóng, dầu hồi thùng qua van hồi (9) Ở điều kiện này, có chênh tốc độ hai bán trục bánh hành tinh (26) tự quay quanh trục (27) không gây xoắn cho bán trục mòn lốp Một bánh xe bắt đầu trượt quay: Nếu bánh xe bắt đầu trượt quay lực kéo, cảm biến tốc độ (7) nhanh chóng xác định gia tốc bánh xe thông báo cho xử lý ECU, máy tính xử lý thơng tin tính tốn trị 103 số độ trượt cải thiện khả truyền lực van điều khiển điện từ (11) điều khiển đóng mở cách tách bạch Khi dầu bơm từ bơm trợ lực lái cung cấp dầu cho piston (4), đĩa ép (3) ép đĩa ma sát với nhau, phanh phần hay hoàn toàn bánh mặt trời (25) với vỏ vi sai (24) để thực chức khoá vi sai vỏ vi sai có khả cấp mô men cho bánh xe lực kéo hồn trả ECU có khả tính tốn tốc độ xe cảm biến tốc độ, cảm biến góc quay vơ lăng xác định mức độ quay vòng nhẹ đột ngột Hai tín hiệu điều khiển mức độ khố vi sai, khó khăn xe bắt đầu khởi động nhẹ nhàng tốc độ tăng lên Hình 4.29 Vi sai giữa Hãng Volvo Hình 4.29 sơ đồ vi sai điều khiển điều khiển tích hợp Ở vi sai có nhiệm vụ cung cấp mơ men theo điều kiện bám Trong hệ điều khiển ổn định ngang AYC có hai vi sai cầu trước sau điều khiển điện tử thông qua hai ly hợp thủy lực Vi sai vi sai thường có tỷ lệ phân mô men cố định 50/50 Bộ xử lý trung tâm ADC+AYC nhận tín hiệu từ Cảm biến vơ lăng, gia tốc dọc, gia tốc ngang, góc bướm ra; ECU nhận tín hiệu tùy chọn 4WD, khóa phanh dừng, tín hiệu từ ABS-ECU, sau ADC+AYC xác định chế độ cấp mô 104 men cho bánh xe theo điều kiện ổn định Cơ cấu chấp hành hệ thống bơm thủy lực ly hợp ma sát nhiều đĩa vi sai Hình 4.30 Ly hợp đĩa nam châm điện Hình 4.34 vi sai điều khiển điện tử Volvo Nguyên lý loại vi sai dùng ly hợp ma sát nhiều đĩa, mô men thay đổi nhờ lực ép đĩa ép thông qua điều khiểu áp suất dầu.Chức điều khiển ECU vi sai điện tử 4.5 Điều khiển hệ thống lái Hình 4.31 Sơ đồ lái bánh 4WS Hệ thống lái bánh có hai trạng thái: (i) lái nghịch để đạt cung quay vòng bé, (ii) lái thuận để bảo đảm ổn định chuyển động thẳng (hình 4.32) 105 Khi quay vơ lăng, lái xe khơng xác định xác quay quay bánh xe cần thiết Vì việc quay vơ lăng khơng xe chuyển động khơng quỹ đạo Đặc tính quay vịng thừa thiếu hai hàm điều khiển cần quan tâm, đặc trưng góc lệch bên bánh xe vận tốc gia tốc góc quay thân xe quanh trục thẳng đứng Để kiểm sốt việc đảnh lái khơng lái xe, hệ thống lái tích cực đời Hình 4.32 Sơ đồ điều khiển hệ thống lái 106 Cảm biến gia tốc ngang xác định trạng thái quay vòng để xác định góc hướng cho bánh sau thơng qua điều khiển cấu hướng hệ thống treo Khi vào cua, vận tốc xe thường 40 km/h, hệ thống lái chế độ nghịch, ta đạt cung quay vòng bé Khi xe chạy vận tốc cao, lớn 40 km/h, hệ thống điều khiển sang lái thuận, ta chế độ ổn định 4.6 Hệ thống ổn định xe điện tử (ESP) Hình 4.33 Trạng thái xe khơng có ESP Hình 4.34 Trạng thái xe có ESP 107 Chương trình ổn định xe điện tử (Electronic Stability Program - ESP) hệ thống an tồn chủ động cải thiện tính ổn định xe tất tình chuyển động Hệ thống trang bị xe Mercedes, BMW… Hệ thống ESP làm việc cách can thiệp vào hệ thống phanh, tác động riêng rẽ nhiều bánh xe cầu trước cầu sau ESP giúp ổn định xe phanh, quay vòng, khởi hành tăng tốc Để tăng cường cho việc điều khiển phanh có hiệu quả, ESP tác động đến động hộp số Hệ thống ESP bao gồm liên kết tích hợp hệ thống chức sau: Hệ thống ABS chống hãm cứng bánh xe phanh, trì khả lái tính ổn định xe lúc giảm tốc Ví dụ: có bánh xe có xu hướng bị hãm cứng (hiện tượng trượt lết bánh xe mặt đường) áp lực phanh bánh kiểm soát Sự kiểm soát điều khiển chấp hành thủy lực Các van điện từ chấp hành điều hòa áp suất phanh qua giai đoạn tăng áp, giữ áp giảm áp Hệ thống ASR (Acceleration Slip Regulator) khắc phục tượng quay trơn bánh xe chủ động khởi hành tăng tốc đột ngột Nó giúp cải thiện tính ổn định xe cách điều chỉnh lực kéo bánh xe chủ động Khi bánh xe chủ động bị quay trơn, cảm biến tốc độ bánh xe gửi tín hiệu đến điều khiển điện tử Bộ điều khiển điện tử điều khiển chấp hành thủy lực cung cấp dầu phanh đến bánh xe Ap suất phanh điều khiển chế độ tăng áp, giữ áp giảm áp Đồng thời với điều khiển phanh, hệ thống ESP gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ, điều khiển đóng bớt vị trí cánh bướm ga lại làm chậm thời điểm đánh lửa để giảm bớt moment xoắn động 108 Hệ thống EBR (Engine Brake Regulation) chống tượng trượt bánh xe chủ động chạy trớn đảm bảo tính ổn định xe Khi xe chạy trớn (ví dụ xuống dốc), cánh bướm ga đóng, có chế độ phanh động Trường hợp lực cản động lớn dẫn đến tượng bánh xe chủ động bị trượt lết Hộp điều khiển ESP nhận biết tượng gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ, làm tăng moment xoắn động để giảm trượt bánh xe chủ động Quá trình diễn mà người lái xe không nhận biết ESP khắc phục tượng quay vòng thiếu quay vòng thừa Trong tất tình huống, đảm bảo xe không bị lệch khỏi hướng điều khiển người lái xe Hình 4.35 Trạng thái xe đánh lái liên tục Khi có tượng quay vịng thiếu quay vòng thừa (understeering or oversteering) xảy ra, hệ thống ESP nhận biết thông qua cảm biến góc lái cảm biến gia tốc ngang, tự động điều khiển lực phanh xác đến bánh xe tương ứng cầu trước cầu sau để trì hướng chuyển động xe theo 109 điều khiển người lái Khi xe có xu hướng quay vịng thiếu ESP điều khiển phanh bánh xe sau trái, cịn xe có xu hướng quay vịng thừa ESP điều khiển phanh bánh xe trước phải, nhờ giúp cho xe ổn định quay vịng Hình 4.36 Sơ đồ hệ thống điều khiển ESP Đồng thời với điều khiển phanh, hệ thống ESP gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ, điều khiển giảm bớt moment xoắn động Nhờ vậy, xe đạt tính ổn định cao quay vòng 110 ... lại không định nghĩa đầy đủ thuật ngữ Cơ điện tử Mặc dù có nỗ lực việc tiếp tục định nghĩa thuật ngữ Cơ điện tử, phân loại sản phẩm Cơ điện tử phát triển chương trình giảng dạy Cơ điện tử chuẩn,... Chương CÁC THÀNH PHẦN CỦA CƠ ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ 2.1 Cảm biến 2.1.1 Khái niệm Hình 2.1 Một số cảm biến thuộc hệ thống điện tử ô tô Hình 2.2 Một số cảm biến thuộc động tô 13 Cảm biến định nghĩa cấu... THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRÊN Ô TÔ 1.1 Khái niệm điện tử 1.1.1 Khái niệm chung Hình 1.1 Khái niệm Cơ điện tử Khái niệm Cơ điện tử mở từ định nghĩa ban đầu công ty điện tử Yasakawa Trong tài liệu xin bảo hộ