II- động lực học ôtô khi khỏi hành hoặc tăng tốc
i- các phần tử cơ bản của hệ thống
1- Bộ phận thuỷ lực (Bộ phận thực hiện)
• Bộ phận chấp hành của phanh gồm van điện từ giữ áp suất,van điện từ giảm áp suất,bơm,mô tơ,bình chứa.
• Khi bộ chấp hành nhận lệnh từ ECU điều khiển trợt,van điện từ đóng hoặc ngắt và áp suất thủy lực của xi lanh ở bánh xe tăng lên,giảm xuống hoặc đ- ợc giữ để tối u hóa mức trợt cho mỗi bánh xe.Ngoài ra,mạch thủy lực còn thay đổi để đáp ứng yêu cầu của mỗi loại điều khiển.
2. Cảm biến góc xoay vô lăng.
SS1,SS2,SS3 phát hiện đợc máy tính biến đổi thành tín hiệu chuỗi để đa vào ECU. ECU sẽ phát hiện một vị trí trung gian của vô lăng, chiều quay hoặc góc quay của vô lăng bằng sự tổ hợp của các tín hiệu này.
3- Cảm biến độ lệch ngang thân xe.
• Cảm biến độ lệch đợc lắp ở mặt cắt ngang bên phải của dầm ngang trong khoang hành lý.
• Cảm biến độ lệch của xe dùng một con quay kiểu rung hình âm thoa. Mỗi cái cộng hởng gồm một phần rung và một phần phát hiện đợc dịch chuyển 90 độ để hình thành một bộ phận. Một miếng gốm áp điện đợc lắp vào cả phần rung và phần phát điện. Đặc tính của miếng gốm áp điện này là bị biến dạng khi có điện áp đặt vào và sinh ra điện áp khi có ngoại lực tác động làm biến dạng miếng gốm.
• Để phát hiện độ lệch hớng, ngời ta đặt điện áp xoay chiều vào phần rung, điện áp này làm cho nó rung. Sau đó, mức lệch hớng đợc phát hiện từ phần phát hiện theo mức lệch và hớng lệch của miếng gốm áp điện, do tác động của lực coriolis đợc tạo ra quanh cái cộng hởng.
• Trên xe sử dụng 4 cảm biến tốc độ : hai cho cầu trớc và 2 cho cầu sau.Cảm biến đo tốc độ đợc hình thành theo nguyên tắc làm việc của máy phát tốc xoay chiều.
• Vành răng chế tạo từ thép từ, trên phủ một lớp đồng mỏng, đặt trên moay ơ bánh xe. Vành răng liên kết chặt và cùng quay với bánh xe.
• Cấu tạo của cảm biến bao gồm các bộ phận chính: Nam châm vĩnh cửu và cuộn dây, đặt trong một vỏ bảo vệ chắc chắn. Khe hở từ giữa cảm biến và vành răng nhỏ 0,2mm. Khi vành răng quay, các đỉnh răng khép kín mạch từ và trong cuộn dây xuất hiện sức điện động xoay chiều , có tần số biến thiên theo tốc độ quay bánh xe.Tín hiệu đợc chuyển về ECU dới dạng đếm xung và xác định tốc độ quay của bánh xe theo thời gian.
II- Hoạt động của hệ thống ESC
• ESC là sự kết hợp hài hòa hệ thống chống hãm cứng bánh xe ABS, hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD(electronic brake-force distribution), hệ thống kiểm soát trợt quay ASR(anti spin regulator) và hệ thống kiêm soát ổn định hớng VSC(vertical steering control).Ngoài ra còn có hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BAS(brake assist sytem),Trên một số xe có thể còn trang bi thêm hệ thống tự nâng bàn đạp phanh EDC(electronic diesel control). Do vậy mà ESC đảm nhận tất cả các chức năng của tất cả các hệ thống khi hoạt động, cụ thể là:
+ Kiểm soát và điều chỉnh, phân phối lực phanh chính xác và hợp lý đến từng bánh xe riêng rẽ để đảm bảo quá trình phanh với hệ số bám dọc nằm trong khoản 15%-30% trong khi hệ số bám ngang khá cao,không xảy ra hiện tợng bó cứng bánh xe trong mọi điều kiện chuyển động của ô tô. Từ đó đảm bảo cho quá trình phanh đạt hiệu quả cao nhất( quãng đờng phanh
nhỏ nhất,gia tốc phanh lớn nhất,thời gian phanh nhỏ nhất)và đảm bảo đơc tính ổn định hớng của xe trong quá trình phanh.
+ Đảm bảo cho xe khi tăng tốc hoặc khởi động không bị trợt quay trong mọi điều kiện chuyển động của ô tô thông qua viêc kiểm soát và điều chỉnh mô men từ động cơ đến các bánh xe chủ động.Từ đó giúp giảm hao mòn lốp, tiêt kiệm nhiên liệu, tăng tuổi thọ.
+ Đảm bảo ổn định việc lái và hớng lái trong quá trình chuyển động: điều chỉnh, tránh hiện tợng quay vòng thừa , quay vòng thiếu:
• Quay vòng thiếu (understeering): Khi xe quay vòng thiếu nó sẽ quay ít hơn mong muốn của lái xe bởi vì các bánh trớc không đủ lực bám. Khi đó các bánh trớc sẽ trợt ra ngoài, ngay lập tức hệ thống phanh sẽ can thiệp bằng cách phanh vào bánh sau phía trong khúc cua, mô men phanh sinh ra có vai trò nh một mô men cân bằng sẽ tác dụng trở lại xe, nhờ đó mà xe trở về quỹ đạo mong muốn . Các trạng thái đợc thể hiên trên hình bên:
• Quay vòng thừa (Oversteering): khi xe quay vòng thừa nó sẽ quay nhiều hơn mong muốn của lá xe bởi vì phần sau của xe bị quay hay bị trợt khỏi
cách tác dụng lục phanh vào bánh trớc phía ngoài khúc cua,mô men phanh sinh ra tác dụng lại xe , nhờ vậy mà xe trở lại hớng mong muốn, hình dới đây mô tả trạng thái quay vòng thừa:
+ Hỗ trợ vận hành phanh khi lực phanh của ngời lái cha đủ đê đạt hiệu quả phanh.
Nh vậy nhờ vào sự can thiệp của ESC chúng ta không còn phải lo lắng đến vấn đề ổn định của ô tô ngay cả khi chúng ta la ngời mới tập lái. Hệ thống ESC có vai trò nh một ngời thầy dạy lái vô hình
1- Hoạt động của ESC khi phanh
Trong khi hệ thống không hoạt động(phanh bình thờng) tín hiệu từ ECU không đợc đa đến bộ thực hiện.Vì vậy các van điện tử giữ và giảm ngắt, cửa (a) ở bên van điện từ giữ áp suất mở, cửa (b) ở phía van điện từ giảm áp suất đóng. Khi đạp bàn đạp phanh, dầu từ xilanh chính chảy qua cửa (a) ở phía van điện từ giữ và đợc truyền trực tiếp tới xi lanh ở bánh xe.Lúc này hoạt động của van 1 chiều (2) ngăn cản dầu phanh truyền đến bơm. Dới đây là hình mô tả hoạt động của hệ thống trong trạng thái phanh bình thờng:
1.2- Trạng thái phanh khẩn cấp (khi ABS hoạt động):
giữ áp suất và mở của (b) ở phía van điện từ giảm áp suất.Việc này làm cho dầu phanh chảy qua của (b)đến bình chứa để giẩm áp suất thủy lực trong xi lanh ở bánh xe.Lúc đó cửa (e) đóng lại do dầu chảy xuống bình chứa. Bơm tiếp tục chạy trong khi ABS đang hoạt động, vì vậy dầu phanh chảy vào bình chứa đợc bơm hút trở về xi lanh chính.
+ Dới đây là hình mô tả hoạt động của hệ thống trong chế độ giảm áp suất:
• Chế độ giữ: Tín hiệu điều khiển ECU điều khiển trợt đóng mạch van điện từ giữ áp suất và ngắt mạch van điện từ giảm áp suất bằng cách đóng kín cửa (a) và cửa(b). Điều này ngắt áp suất thủy lực ở cả 2 phía của xi lanh
chínhvaf bình chứa để giữ áp suất thủy lực của xi lanh bánh xe không đổi. Dới đây là hình minh họa :
• Chế độ tăng áp suất: Tín hiệu điều khiển từ ECU điều khiển trợt ngắt các van điện từ giữ và giảm áp suất bằng cách mở cửa(a) ở phía van điện từ
giữ áp suất và đóng cửa(b) ở phía van điện từ giảm áp giống nh khi phanh bình thờng.Điều này làm cho áp suất thủy lực trong xi lanh chính tác động vào xi lanh bánh xe,làm cho áp suất thủy lực ở xi lanh bánh xe tăng lên. D- ới đây là hình vẽ minh họa:
2-
Hoạt động của ESC điều khiển sự ổn định của ô tô khi chuyển động
• Khi ô tô chuyển động trên đờng, quỹ đạo chuyển động của nó là rất phức tạp. Trong những trờng hợp chuyển động trên đờng vòng với tốc độ cao có thể xảy ra các trờng hợp quay vòng thiếu hay quay vòng thừa. Khi các hiện tợng này xảy ra sẽ làm cho ô tô chuyển động mất ổn định có thể dẫn tới những tai nạn đáng tiếc. Hệ thống ổn định điện tử (ESC) sẽ giải quyết vấn đề này.
• Bằng các tín hiệu đầu vào nh tốc độ, góc đánh lái và gia tốc lệch bên, bộ điều khiển quyết định góc quay mong muốn khi quay vòng. Giá trị phản hồi đợc cung cấp bởi cảm biến tốc độ quay vòng. Máy tính sau đó sẽ so sánh giá trị thực tế với giá trị mong muốn. Nếu thấy chúng có sự sai khác lớn so với ngỡng điều chỉnh ghi trong bộ điều khiển, ESC sẽ điều chỉnh lại. Kết quả quyết định trong cách này cũng cho biết xe quay vòng thiếu hay thừa. Sự sai khác này là rất quan trọng trong chiến lợc điều chỉnh của hệ thống.
• Nét đặc trng mới về giải pháp công nghệ là ESC truyền tải dữ liệu bằng mạng điều khiển nội bộ (CAN bus). Bộ điều khiển ESC đợc nối mạng với các bộ điều khiển DME, EML và hộp số tự động (ECT) bằng mạng điều khiển nội bộ CAN. Cảm biến góc lái cũng đợc nối với mạng nội bộ.
• Bộ điều khiển hộp số, tự động thông báo cho ESC biết đang chạy ở tay số nào, vì vậy mô men chủ động có thể đợc tính toán và điều chỉnh hợp lý.
4 cảm biến tốc độ bánh xe Cảm biến gia tốc lệch bên Cảm biến tốc độ quay Cảm biến góc lái Cảm biến áp suất Trạng thái điều khiển của máy
tính Trạng thái điều khiển mong muốn Mong muốn của người lái Giới hạn vật lý FZR ABS MSR ASC Cách điều khiển EML DME Bộ phận thủy lực ESC Hình 4.1- Hệ thống ESC FZR - Điều khiển mờ.
ABS - Điều khiển chống hãm cứng bánh xe. MSR- Điều khiển mô men của động cơ.
• Các tín hiệu truyền trong CAN đợc mã hoá với các mã khác nhau. Khi ESC truyền các tín hiệu điều khiển đến các cơ cấu chấp hành của các bộ điều khiểnthì tín hiệu điều khiển của cơ cấu chấp hành nào thì cơ cấu chấp hành đó sẽ giải mã điều khiển đó.EML DME ECT Cảm biến góc lái
Bộ thuỷ lực và bơm sơ cấp ESC CAN bus Phanh các bánh C ác c ảm b iế n tố c độ b án h xe
• Hệ thống thuỷ lực của ESC bao gồm:
•
+ Xylanh phanh chính (có trợ lực). + Bơm sơ cấp.
+Cụm piston sơ cấp cùng với cảm biến áp suất. + Bộ phận thủy lực.
+ Các xylanh phanh bánh xe.
• Bơm sơ cấp có nhiệm vụ cung cấp áp suất cho piston nạp, nó luôn phải bảo đảm áp suất cho piston nạp để piston nạp luôn sẵn sàng cung cấp áp suất cho bộ phận thủy lực.
• Piston nạp có nhiệm vụ cung cấp áp suất cho các phần tử thủy lực. Trong quá trình ASC hay ESC điều khiển quá trình phanh piston nạp cung cấp cho các phần tử thủy lực áp suất ban đầu khoảng 15 bar.
• Các van cấp có nhiệm vụ cấp dầu hoặc cắt dầu tới các xylanh phanh bánh xe. Còn các van hồi có nhiệm vụ cản dầu hồi từ xylanh bánh xe hoặc xả dầu từ xylanh bánh xe. Các trạng thái đóng, mở của van cấp hay van hồi do ECU gửi các tín hiệu đến khi cần thiết.
2.1- Hoạt động của ESC khi xe quay vòng thừa.
• Quay vòng thừa có thể xảy ra khi xe đang quay vòng. Khi hiện tợng quay vòng thừa xảy ra, phần đuôi của xe có xu hớng văng ra phía bên ngoài
1 2 5 4 6 7 15 11 14 10 9 8 12 13 16 16 3 RL RR FL FR
Hình 4.3- Sơ đồ mạch thủy lực của ESC
1. Xylanh phanh chính (có trợ lực). 12. Van hồi bánh sau trái 2. Bơm sơ cấp 13. Van hồi bánh sau phải 3.Piston sơ cấp 14. Van hồi bánh trước trái 4,7. Van sơ cấp. 15. Van hồi bánh trước phải 5,6.Van chuyển đổi 16. Bơm hồi
8. Van cấp sau trái RL. Sau trái 9. Van cấp sau phải RR. Sau phải 10. Van cấp trước trái FL. Trước trái 11. Van cấp trước phải FR. Trước trái
men dẫn động quá lớn và lực bên của xe không đủ để cân bằng với lực ly tâm sinh ra khi xe quay vòng. Hiện tợng này thờng xuyên xảy ra. Tuy nhiên, nhiều lái xe bị bất ngờ hay thiếu kinh nghiệm để đối phó với tình huống này. Trong tình huống này ESC thực hiện hoạt động điều khiển. Xe đợc ổn định bằng cách tăng lực bên ở các bánh sau. Điều này thực hiện đợc bằng cách giảm mô men động cơ. ESC gửi các tín hiệu đến DME và EML để giảm mô men động cơ. Thêm vào đó có thể phanh bánh sau phía bên ngoài để nhanh chóng giảm mô men kéo ở bánh xe. Hiệu quả của việc tăng lực bên của xe tạo ra mô men ngợc chiều với mô men gây ra quay vòng thừa. Nếu hiện tợng quay vòng thừa không đợc khử bằng các điều khiển này, một áp suất phanh chính xác đợc cung cấp tới xylanh phanh bánh xe trớc bên ngoài. Mô men quay vòng ở bánh xe đợc phanh tăng sẽ khử mô men quay vòng thừa. Lực phanh tác dụng lên bánh xe phía trớc cũng làm giảm tốc độ của xe, vì thế tính ổn định của xe đợc đảm bảo.
• áp suất tăng ở bánh sau/trớc phải khi xe quay vòng thừa
+ Trong trờng hợp này là quay vòng trái. Nếu ESC nhận thấy có xu h- ớng quay vòng thừa thì nó giảm mô men động cơ và tác dụng phanh. Đầu tiên áp suất đợc sinh ra ở bánh xe sau phía ngoài. Điều này đợc thực hiện nhờ hoạt động của bơm sơ cấp và piston sơ cấp. Vì vậy, áp suất phanh ban đầu khoảng 15 bar đợc giữ lại.
+ Để ngăn không cho áp suất ban đầu này tới các xylanh bánh xe sau trái, trớc phải và trớc trái các van cấp cho các bánh này đóng lại. Van chuyển đổi của mạch phanh cầu sau cũng đóng lại. Van nạp cho mạch phanh đợc mở. Bơm hồi sau đó có thể cấp lợng dầu phanh tới xylanh bánh sau trái qua van cấp lúc này mở.
1 2 5 4 6 7 11 10 9 8 16 16 3
Điều này làm giảm mô men truyền tới bánh sau trái và làm tăng mô men chống lại mô men quay vòng gây ra quay vòng thừa. áp suất tăng trong trờng hợp này đợc điều chỉnh với độ chính xác rất cao vì thế bánh xe không bị bó và trợt, và làm cho xe chuyển động ổn định. Quá trình điều khiển phanh đ-
1 2 5 4 6 7 11 14 10 9 8 12 13 16 16 3 RR RL FR FL
Hình 4.5. Giữ áp suất phanh ở bánh sau phải
15
ợc điều khiển theo 3 chế độ “tăng áp”, “giữ áp”, “giảm áp” thể hiện ở hình 4.3, 4.4, 4.5. Quá trình này sẽ kết thúc khi mô men kéo phù hợp với độ bám giữa lốp và mặt đờng. - 1 2 5 4 6 7 11 14 10 9 8 12 13 16 16 3 15 1 2 5 4 6 7 11 14 10 9 8 12 13 16 16 3 RR RL FR FL
Hình 4.5- Giảm áp suất phanh bánh sauphải
- 1 2 5 4 6 7 11 14 10 9 8 12 13 16 16 3 RR RL FR FL 15 1
Hình 4.7- Trạng thái giữ áp của phanh trước và sau phải khi xe quay vòng thừa 2 5 4 6 7 11 14 10 9 8 12 13 16 16 3 RR RL FR FL 15
• Nếu xe vẫn tiếp tục quay vòng thừa mà giảm mô men động cơ và tác dụng phanh sau phải vẫn cha đủ thì tác dụng thêm phanh trớc phải để đạt đợc độ ổn định động đòi hỏi.
+ Điều này đợc thực hiện bằng cách đóng van chuyển đổi của mạch phanh cầu trớc, mở van sơ cấp và van cấp cho bánh trớc phải.
+ Bơm hồi sẽ tăng áp suất cho xylanh bánh xe trớc phải. áp phanh suất điều khiển cho bánh sau phải và trớc phải xảy ra cả ba trạng thái trong quá trình ASC điều chỉnh: tăng áp, giữ áp và giảm áp, thể hiện ở hình 4.7, 4.8 và 4.9. Hiệu quả của việc điều khiển quay vòng thừa của ESC đợc thể hiện trên