Hệ thống treo điều khiển khí nén – điện tử:

II. THEO BỘ PHẬN DẪN HƯỚNG:

f) Hệ thống treo điều khiển khí nén – điện tử:

Hệ thống treo sử dụng nhíp lá, lò xo xoắn… ra đời từ rất sớm nhưng chưa thể đáp ứng đòi hỏi cao về độ êm dịu của xe con, hệ thống treo khí nén cũng không phải là một phát minh mới, nó xuất hiện từ những năm 1950 cùng với hệ thống treo MacPherson. Ở hệ thống treo khí nén người ta sử dụng những gối cao su chứa khí nén thay vì dùng lò xo xoắn, nhíp lá hay thanh xoắn. Nhưng ở thời kỳ này ngành công nghệ vật liệu chưa đáp ứng được độ bền cũng như yêu cầu kĩ thuật cho các chi tiết trong hệ thống treo khí nén nên người ta vẫn phải dùng lò xo xoắn, nhíp lá, thanh xoắn làm cơ cấu giảm chấn. Ngày nay các nhà thiết kế ôtô đã ứng dụng nhiều thành tựu mới của công nghệ vật liệu, kỹ thuật cơ - điện tử để cho ra đời hệ thống treo có tính năng kỹ thuật tiên tiến, đó là hệ thống treo khí nén - điện tử EAS hiện đang dùng cho dòng xe cao cấp như Audi, BMW, Lexus…

Còn trên Toyota, nó được gọi là hệ thống Tems (Toyota Electronic Modulated Suspension). Với hệ thống này, người lái xe có thể lựa chọn chế độ hoạt động của hệ thống treo là bình thường hay thể thao. Hệ thống này nhằm cải thiện độ êm dịu và tính năng vận hành xe. EMS (Hệ thống treo điều biến – điện tử) và hệ thống treo khí điều khiển lực giảm chấn của các bộ phận giảm chấn và lò xo khí bằng thiết bị điện tử nhằm nâng cao dộ êm dịu và tính năng vận hành xe. Hình 3.51, những khả năng mà hệ thống treo điều khiển khí điện tử mang đến.

EMS (Hệ thống treo điều biến – điện tử) kích thước của lỗ tiết lưu trong giảm chấn được thay đổi, nhờ thế mà lưu lượng dầu được điều chỉnh và dần đến thay đổi lực giảm chấn. Lực giảm chấn được điều khiển tự động nhờ ECU của EMS tùy theo vị trí của công tắt chọn và điều kiện chạy xe. Nhờ thế mà độ êm và độ ổn định của xe được nâng cao. Hệ thống cũng có chức năng chuẩn đoán và an toàn khi gặp sự cố.

Hệ thống treo khí:

Hệ thống treo khí dùng một ECU để điều khiển các lò xo khí tức là những đệm khí nén có tính đàn hồi. Có những kiểu kết hợp EMS với hệ thống treo khí. Hệ thống treo khí có đặc tính sau đây:

 Lực giảm chấn có thể thay đổi được.

 Có các chức năng chuẩn đoán và an toàn khi gặp sự cố.

 Độ cứng lò xo và chiều cao xe có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh thể tích không khí.

"Thông minh" và "linh hoạt" đó là những gì có thể nói về hệ thống treo khí nén - điện tử. Khả năng điều chỉnh độ cứng của từng xi lanh khí cho phép đáp ứng với độ nghiêng khung xe và tốc độ xe khi vào cua, góc cua và góc quay vô lăng của người lái. Như vậy, khi xe chạy độ cứng các ống giảm xóc có thể tự động thay đổi sao cho cơ chế hoạt động của hệ thống treo được thích hợp và hiệu quả nhất đối với từng hành trình.

Những đặc tính:

Hệ thống treo khí và điều khiển điện tử có những đặc tính sau đây:  Thay đổi chế độ:

- Chọn chế độ giảm chấn: lực giảm chấn của bộ giảm chấn có thể thay đổi từ mềm sang cứng. Với hệ thống treo này người lái có thể lựa chọn, điều chỉnh độ đàn hồi cho thích hợp với chế độ vận hành của xe trên đường thông qua công tắc điều khiển lựa chọn chế độ Comfort hay Sport. Chế độ "Comfort": tạo sự êm dịu tối đa cho người ngồi trên xe, còn chế độ "Sport" tăng độ ổn định và an toàn khi xe chạy ở tốc độ cao. Quan sát hình 3.52.

- Hệ thống treo khí nén - điện tử tự động thích nghi với tải trọng của xe, thay đổi độ cao gầm xe cho phù hợp với điều kiện hành trình. Có các đèn báo hiệu chỉ trạng thái của chế độ giảm chấn cũng như diều khiển chiều cao.Ví dụ: Độ cao bình thường được tự động xác lập khi vận tốc xe đạt 80 km/h. Nếu các cảm biến tốc độ ghi nhận được rằng kim đồng hồ tốc

độ đã vượt qua mức 140 km/h thì hệ thống tự động hạ gầm xe xuống 15mm so với tiêu chuẩn.

Hình 3.52. Khả năng thay đổi chế độ của hệ thống treo khí và EMS.  Điều khiển lực lò xo và giảm chấn:

- Điều khiển chống “bốc đầu xe”: chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn. Điều này giúp ngăn ngừa hiện tượng bốc đầu xe khi tăng tốc, giảm thiểu sự thay đổi tư thế của xe.

Hình 3.53. Điều khiển chống “bốc đầu xe”

- Điều khiển chống lắc ngang xe: Nó giới hạn đọ nghiêng ngang của thân xe khi quay vòng. Lúc đó lực giảm chấn được đặt ở chế dộ cứng do đó làm ổn định chuyển động của xe.

- Điều khiển chống chúi đầu xe: Nó hạn chế đuôi xe chúi xuống khi khởi hành hoặc khi tăng tốc đột ngột. Lúc này ECU đặt lực giảm chấn ở chế độ cứng làm ổn định chuyển động của xe. Ví dụ khi phanh, độ nhún các bánh trước sẽ cứng hơn bánh sau, còn khi tăng tốc thì ngược lại.

Hình 3.55. Điều khiển chống chúi đầu xe.

- Điều khiển cao tốc (ở chế độ bình thường): Chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn. Điều này giúp xe chạy rất ổn định và tính năng điều khiển tốt khi xe chạy tốc độ cao.

Hình 3.56. Điều khiển khi tôc độ cao.

- Điều khiển chống bốc đầu xe khi chuyển số (chỉ đối với xe có hộp số tự động): Điều này nhằm hạn chế hiện tượng bốc đuôi xe khi xe có hộp số tự động khởi hành. Khi hộp số đọc chuyển vị trí “N” sang “P”, lực giảm chấn được đặt ở chế độ cứng.

Với hệ giảm chấn quá mềm hệ thống treo sẽ tạo ra nhiều rung động đàn hồi khi làm việc, ngược lại với hệ quá cứng sẽ làm cho xe bị xóc mạnh. Sự dung hoà giữa hai đặc điểm trên chính là ý tưởng để các nhà thiết kế đưa ra hệ thống treo khí nén - điện tử.

Để biết hệ thống treo loại này gắn trên xe như thế nào, ta đi tìm hiểu nguyên lý hoạt động của nó:

Hệ thống treo khí nén - điện tử hoạt động dựa trên nguyên lý không khí có tính đàn hồi khi bị nén. Với những ưu điểm và hiệu quả giảm chấn của khí nén, nó có thể hấp thụ những rung động nhỏ do đó tạo tính êm dịu chuyển động tốt hơn so với lò xo kim loại, dễ dàng điều khiển được độ cao sàn xe và độ cứng lò xo giảm chấn. Khi hoạt động máy nén cung cấp khí tới mỗi xi lanh khí theo các đường dẫn riêng, do đó độ cao của xe sẽ tăng lên tương ứng tại mỗi xi lanh tuỳ theo lượng khí được cấp vào. Ngược lại độ cao của xe giảm xuống khi không khí trong các xi lanh được giải phóng ra ngoài thông qua các van. Ở mỗi xi lanh khí nén có một van điều khiển hoạt động ở theo hai chế độ bật - tắt (on - off) để nạp hoặc xả khí theo lệnh của ECU. Với sự điều khiển của ECU, độ cứng, độ đàn hồi của từng giảm chấn trên các bánh xe tự động thay đổi theo độ nhấp nhô của mặt đường và do đó hoàn toàn có thể khống chế chiều cao ổn định của xe. Tổ hợp các chế độ của "giảm chấn, độ cứng lò xo, chiều cao xe" sẽ tạo ra sự êm dịu tối ưu nhất khi xe hoạt động.

Ví dụ: Bạn chọn chế độ "Comfort" thì ECU sẽ điều khiển lực giảm chấn là "mềm", độ cứng lò xo là "mềm" và chiều cao xe là "trung bình". Nhưng ở chế độ "Sport" cần cải thiện tính ổn định của xe khi chạy ở vận tốc cao, quay vòng ngoặt… thì lực giảm chấn là "trung bình", độ cứng lò xo "cứng", chiều cao xe "thấp".

1 - Giảm xóc khí nén tự động điều chỉnh độ giảm chấn; 2 - Biến gia tốc của xe; 3 - ECU (hộp điều khiển điện tử của hệ thống treo);4 - Cảm biến độ cao của xe;

5 - Cụm van phân phối và cảm biến áp suất khí nén;6 - Máy nén khí; 7 - Bình chứa khí nén; 8 - Đường dẫn khí.

Các bộ phận chính của hệ thống ECAS (Electronic Control Air Suspension):

Hình 3.59. Các bộ phận chính của ECAS

 Không khí cung cấp vào hệ thống phải là không khí sạch, khô và phân nó vào lò xo không khí. Nó bao gồm các phần chính sau đây:

- Một máy nén cung cấp khí nén cho các lò xo không khí. Việc lắp ráp máy nén khí bao gồm một van xả điện tử để cho phép không khí thoát ra từ các lò xo được thảo vào khí quyển.

- Một vi mạch điều khiển ECU hoặc hệ thống kiểm soát ECAS.

- Một máy sấy hoặc bộ lọc để đảm bảo rằng không khí cung cấp cho accs lò xo được sạch sẽ và khô.

- Van điện từ được điều khiển bằng điện tử cho phép phân phối không khí đến các lò xo giảm chấn, và đến các bình không khí (nếu có lắp đặt)  Các cảm biến độ cao:

- Cảm biến chiều cao được lắp đặt trên khung xe và trục xe. Nó cung cấp tín hiệu điện áp đưa vào ECU, sự thay đổi là khoảng cách giữa các khung và các trục có sự khác nhau. Với hệ thống treo sau, các cảm biến được gắn vào thân xe và đầu thanh điều khiển được nối với đòn treo dưới. Những cảm biến này liên tục theo dõi khoảng cách giữa thân xe và các đòn treo để phát hiện độ cao gầm xe do đó quyết định thay đổi lượng khí trong mỗi xi lanh khí. Ví dụ, như xe bạn đang không tải, khoảng cách giữa các thanh cà trục không có sự khac nhau. Khi xe bắt đầu thay đổi theo mức tải đồng nghĩa có sự khac nhau giữa chúng, khi đó một cảm biến nằm bên trên thân sẽ giử tín hiệu này về ECU và cho xuất ra tín hiệu đầu ra điều chỉnh hệ thông phù hợp với mức tải. Rất hiệu quả.

Hình 3.60. Cảm biến điều chỉnh chiều cao.

- Cảm biến tốc độ: Cảm biến này gắn trong công-tơ mét, nó ghi nhận và gửi tín hiệu tốc độ xe đến ECU hệ thống treo.

- Cảm biến góc xoay vô-lăng: Bộ cảm biến góc xoay vô lăng gồm đĩa có rãnh, một máy vi tính và 3 bộ ngắt quang học (SS1, SS2 và SS3) được đặt trong cụm ống trục lái, để phát hiện góc và hướng quay. Tín hiệu do các bộ ngắt quang học SS1, SS2 và SS3 phát hiện, được máy vi tính biến đổi thành các tín hiệu chuỗi đễ đưa vào ECU. ECU sẽ phát hiện một vị trí trung gian của vô lăng, chiều quay hoặc góc xoay của vô lăng bằng sự tổ hợp của các tín hiệu này.

 ECU/ Bộ chấp hành: có nhiệm vụ - Thường xuyên theo dõi tín hiệu.

- So sánh các tín hiệu để lưu trữ các giá trị danh nghĩa trong bộ nhớ. - Kiểm soát mức độ thực tế và mức độ danh nghĩa có độ chênh lệch

như thế nào để kịp thời sử lý. - Điều khiển các van điện từ.

- Quản lý các chỉ số (bình thường là các cấp bộ nhớ). - Nhận dữ liệu từ các thiết bị điều khiển từ xa.

Hình 3.61. Bộ điều khiển ECU.

(trích: http://www.meritorwabco.com/MeritorWABCO_document/mm36.pdf) Ưu và nhược điểm của hệ thống treo điều khiển khí - điện tử:

 Ưu điểm:

- Hệ thống treo khí nén - điện tử tự động thích nghi với tải trọng của xe, thay đổi độ cao gầm xe cho phù hợp với điều kiện hành trình. Ví dụ: Độ cao bình thường được tự động xác lập khi vận tốc xe đạt 80 km/h. Nếu các cảm biến tốc độ ghi nhận được rằng kim đồng hồ tốc độ đã vượt qua mức 140 km/h thì hệ thống tự động hạ gầm xe xuống 15mm so với tiêu chuẩn.

- Cung cấp một tầng số tự nhiên liên tục thấp của thân xe. Không phân biệt tải trọng, qua đó cung cấp sự thoải mái tuyệt vời khi trên xe. Một giải pháp hệ htoongs treo khí đầy đủ kết hợp lò xo không khí có điều khiển ECAS cho cân bằng tự động với mặt đường, đảm bảo rằng thân xe được treo linh hoạy và luôn giữ ở một chiều cao đi xe không đổi bất cứ tải nào.

- Hệ thống treo khí nén - điện tử tự động thích nghi với tải trọng của xe, thay đổi độ cao gầm xe cho phù hợp với điều kiện hành trình. Ví dụ: Độ cao bình thường được tự động xác lập khi vận tốc xe đạt 80 km/h. Nếu các cảm biến tốc độ ghi nhận được rằng kim đồng hồ tốc độ đã vượt qua mức 140 km/h thì hệ thống tự động hạ gầm xe xuống 15mm so với tiêu chuẩn.

- Một lợi thế nữa của hệ thống treo này là các lò xo xoắn được thay thế bằng túi khí cao su nên giảm bớt một phần trọng lượng xe. Bớt được khối lượng này sẽ cho phép các lốp xe chịu tải tốt hơn trên các điều kiện mặt đường không bằng phẳng mà ít ảnh hưởng đến độ cân bằng của xe, vì vậy cảm giác khi lái sẽ nhẹ nhàng và dễ chịu hơn.

- Với hệ thống treo khí nén điện tử, những chỗ mấp mô hay ổ gà trên mặt đường hầu như không ảnh hưởng nhiều đến người ngồi trong xe.

 Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, đòi hỏi công nghệ phải cao nên giá thanh đắt. Khi hư không thể kiểm tra một cách dễ dàng cần phải cần đến phần mềm kiểm tra lỗi, các cảm biến phụ thuộc vào điều kiện khí hậu từng vùng

Tại sao ta lại chọn hệ thống điều khiển khí điện tử, ta có thể tóm gọn trong một số lý do sau:

- Không đổi chiều cao đi xe bất cứ tải. - Cải thiện sự thoải mái đi xe.

- Chiều cao đi xe có thể lựa chọn vì có sẵn. - Hạ thấp thân xe khi đi tốc độ cao.

Trên phần 1, tôi đã cung cấp thông tin khá nhiều về hệ thống treo thứ nhất, được xem là thông dụng nhất hiện nay. Bây giời chúng ta tiếp tục tìm hiểu loại thứ hai: