2.4.1. Chức năng:
Hiện tại, ESP là hệ thống kiểm soát lực kéo bánh xe tiên tiến nhất. Nó không phải là một hệ thống độc lập, mà trong đó các hệ thống kiểm soát lực kéo bánh xe khác: ABS, EBD, EDL, TCS và EBC đã được tích hợp. Mỗi hệ thống con này có thể hoạt động cả tự động và kết hợp, ESP là hệ thống mang cấp cao nhất. Chương trình ổn định điện tử ESP quyết định khi nào và trong điều kiện động lực học nào của xe, hệ thống kiểm soát lực kéo nào được thực hiện và kết hợp các hoạt động của chúng.
ESP luôn trong trạng thái sẵn sàng và nhận biết bằng cách so sánh lệnh điều khiển của người lái và hành vi thực tế của xe thu thập được thông qua các cảm biến. Nếu những điều này có sự chênh lệch nhau, can thiệp điều khiển ESP bắt đầu. Tùy thuộc vào tình huống, ESP giảm mô-men xoắn động cơ và thay đổi số trong trường hợp hộp số tự động. Sau đó, ESP ổn định trạng thái của xe bằng cách phanh cụ thể từng bánh xe hoặc một số bánh xe. Can thiệp điều khiển kéo dài cho đến khi tất cả các trạng thái xe không ổn định đã được sửa chữa. 2.4.2. Cấu tạo hệ thống:
123 2.4.3. Nguyên lý hoạt động của hệ thống:
2.4.3.1. Phân loại cảm biến:
Các cảm biến của hệ thống được chia ra thành hai nhóm:
Cảm biến từ lệnh điều khiển của tài xế
Cảm biến về trạng thái của xe.
Lệnh điều khiển của tài xế được xác định bởi:
- Cảm biến góc lái
- Thông tin từ bộ điều khiển động cơ. - Công tắc đèn phanh
- Công tắc bàn đạp phanh - Cảm biến áp suất phanh.
Cảm biến góc lái cho phép biết hướng điều khiển theo lệnh của tài xế, cơ cấu chấp hành phanh cho phép biết được xe được lệnh dừng hay phanh. Thêm vào đó cảm biến áp suất phanh cung cấp thông tin về lực phanh mong muốn.
Trạng thái của xe được xác định bởi:
- Cảm biến tốc độ của bốn bánh xe. - Cảm biến gia tốc ngang và dọc - Cảm biến độ xoay thân xe
- Cảm biến xác định áp suất phanh hiện tại.
Tín hiệu cảm biến tốc độ xe được sử dụng để xác định tốc độ của bốn bánh xe và độ trượt khi phanh. Tín hiệu từ các gia tốc ngang, dọc và độ xoay cung cấp thông tin về trạng thái động học của xe. Ở xe có hộp số tự động, tín hiệu điều khiển hộp số được thêm vào để xác định trạng thái số đang được chọn và có thể tác động độc lập lên hộp số thông qua bộ điều khiển của ESP.
124 2.4.3.2. Nguyên lý:
Bộ điều khiển ESP/ ABS sử dụng dữ liệu từ lệnh điều khiển của tài xế để tính toán ra trạng thái danh nghĩa của xe và nhờ vào dữ liệu từ trạng thái xe để xác định trạng thái thực của xe đang chuyển động như thế nào. Bằng việc so sánh hai giá trị này, phần mềm ESP xác định tình huống điều khiển lái và đưa ra những lệnh đáp ứng cần thiết.
125 2.4.4. Mạch dầu điều khiển:
Hình 2.55. Mạch dầu điều khiển. [8] Chú thích:
1. Bình chứa dầu 15. Van nạp sau trái
2. Trợ lực phanh 16. Van xả sau trái
3. Cảm biến bàn đạp phanh 17. Xy lanh bánh xe trước trái 4. Cảm biến áp suất phanh 18. Tốc độ bánh xe trước trái 5. Bộ điều khiển ABS/TCS 19. Xy lanh bánh xe trước phải 6. Bơm hồi dầu 20. Tốc độ bánh xe trước phải
126 7. Buồng tích áp 21. Xy lanh bánh xe sau trái
8. Buồng giảm chấn 22. Tốc dộ bánh xe sau trái 9. Van nạp trước trái 23. Xy lanh bánh xe sau phải 10. Van xả trước trái 24. Tốc độ bánh xe sau phải 11. Van nạp trước trái 25. Van công tắc
12. Van xả trước trái 26. Van cao áp 13. Van nạp trước phải 27. Mạng CAN 14. Van xả trước phải
2.4.5. Hoạt động của hệ thống:
2.4.5.1. Các phương thức điều khiển: ● Thông qua can thiệp phanh : ● Thông qua can thiệp phanh :
Can thiệp phanh được thông qua bộ điều khiển thủy lực. Điều tiết thủy lực thông qua ESP tương ứng với TCS. Việc điều tiết diễn ra, bằng cách cung cấp dòng điện cho công tắc van, van cao áp tương ứng và van nạp, van xả theo ba giai đoạn: "tăng áp", "duy trì áp suất" và "giảm áp suất”.
● Thông qua can thiệp vào hệ thống điều khiển động cơ :
Bằng cách đánh giá các tín hiệu đầu vào và so sánh trạng thái thực tế/ danh nghĩa của xe, bộ điều khiển ABS/ ESP nhận ra tình huống lái xe không ổn định. Trong một số tình huống nhất định, ESP cần phải can thiệp vào hệ thống điều khiển động cơ. Ví dụ, nếu một người lái xe muốn tăng tốc trong tình huống lái xe không ổn định, thì điều này được ngăn chặn thông qua sự can thiệp của ESP vào hệ thống điều khiển động cơ:
+ Bằng cách điều chỉnh bướm ga + Bằng cách che các xung phun
+ Bằng cách che các xung đánh lửa hoặc bằng cách điều chỉnh thời điểm đánh lửa. ● Thêm vào đó, ESP hoạt động thông qua can thiệp vào hệ thống điều khiển hộp số (trong xe có hộp số tự động) và vào hệ thống điều khiển dẫn động bốn bánh.
127 2.4.5.2. Hoạt động của hệ thống khi xe quay vòng thiếu và quay vòng thừa:
Khi xe vào cua, từ các thông tin thu thập được bộ điều khiển ESP xử lý và xác định được trạng thái quay vòng của xe đang gặp nguy hiểm. Bằng cách hãm từng bánh xe riêng lẻ, ESP tạo ra gia tốc quay quanh trục thẳng đứng của xe. Gia tốc xoay có tác dụng ngược với hướng di chuyển của xe và ổn định việc di chuyển theo hướng mong muốn. Do đó, sự nguy hiểm của quay vòng thiếu và quay vòng thừa được ngăn chặn một cách hiệu quả.
Hình 2.56. Xe khi vào cua bị quay vòng thiếu. [8]
Hình 2.57. Xe khi vào cua bị quay vòng thừa. [8]
2.4.5.3. Khi xe tránh chướng ngại vật.
128 Chiếc xe không có ESP phải tránh một chướng ngại vật đột nhiên xuất hiện. Người lái xe đầu tiên lái rất nhanh về bên trái và ngay sau đó trở lại bên phải. Chiếc xe bắt đầu lắc lư do các chuyển động lái trước đó, và phần đuôi xe bị lắc mạnh. Xuất hiện hiện tượng quay quanh trục dọc do không còn được điều khiển bởi người lái. Chiếc xe bắt đầu trượt.
Hình 2.59. Xe có trang bị ESP khi tránh chướng ngại vật. [8]
Chiếc xe với ESP cố gắng để tránh chướng ngại vật. ESP nhận ra rằng chiếc xe có nguy cơ bị thiếu lái sang bên trái. Chuyển động lái ban đầu được hỗ trợ bằng cách phanh bánh sau bên trái. Đồng thời, sự can thiệp vào hệ thống điều khiển động cơ diễn ra thông qua bus dữ liệu CAN nhằm giảm công truyền động và bổ sung phanh xe thông qua hiệu ứng phanh động cơ.
Trong khi xe có xu hướng cong sang trái, tài xế đánh lái sang phải. Để hỗ trợ cho sự thêm lái này, bánh trước bên phải được phanh. Khi người lái xe muốn quay lại trạng thái ban đầu của mình, giờ anh ta phải đánh lái sang trái một lần nữa. Việc thay đổi làn đường trước có thể dẫn đến việc chiếc xe bị xoay quanh trục thẳng đứng. Bánh trước bên trái được phanh để ngăn chặn phía sau xe bị văng mạnh.
129
2.5. Hệ thống phân phối lực phanh EBD – Electronic Brake pressure Distribution.
2.5.1. Chức năng:
Hình 2.60. Khối lượng cầu trước phân bố nhiều hơn cầu sau. [8]
Phân bổ trọng lượng trên xe khác nhau, tải trọng bánh xe trục sau nhỏ hơn đáng kể so với trục trước (khối lượng động cơ, hộp số, ,…). Khi phanh, trọng lượng xe được phân bố lại, tăng tải trọng ở các bánh trước (ít trượt lết hơn) và giảm đi ở các bánh xe sau (dễ bị trượt lết).
Hình 2.61. Trạng thái tải trọng phân bố khi trục sau bị khóa. [8]
Việc phân phối lực phanh này trước đây được thực hiện hoàn toàn bởi các van cơ khí như van điều hoà lực phanh, van bù tải, van giảm tốc…
Một trường hợp nữa là khi xe quay vòng, tải trọng cũng tăng lên ở các bánh xe phía ngoài, còn phía trong giảm đi, nên lực phanh cũng cần phải phân phối lại do nếu dùng lực phanh như nhau ở các bánh thì các bánh xe có tải trọng ít hơn dễ bị trượt lết hơn. Tuy nhiên, các van điều hòa lực phanh cơ khí không giải quyết được vấn đề này.
Chính vì hạn chế đó nên các van điều hòa lực phanh bằng cơ khí đã được thay thế bởi hệ thống phân phối lực phanh bằng điện tử (EBD). Việc phân phối lực phanh bằng điện tử này cho độ chính xác và hiệu quả cao hơn. Bằng cách tính toán tốc độ khác nhau giữa bánh trước
130 và bánh sau, hệ thống phân bổ lực phanh điện tử EBD sẽ điều chỉnh và cân bằng lực phanh giữa bánh trước và bánh sau để mang lại hiệu quả phanh tốt nhất.
2.5.2. Cấu tạo và nguyên lý điều khiển:
Hệ thống EBD hoạt động không cần trang bị thêm bộ phận nào khác, tất cả các bộ phận đều có sẵn trên hệ thống ABS, hệ thống phân phối lực phanh EBD được xem là chức năng mở rộng của ABS.
2.5.2.1. Trường hợp xe bị quăng đuôi khi phanh gấp:
Dựa trên các cảm biến tốc độ, hệ thống điều khiển phát hiện tình trạng lực phanh phân bố nhiều ở trục sau xảy ra trong trường hợp xe bị ném về phía trước. Thông qua các van điện từ trong bộ phận ABS, hệ thống EBD điều chỉnh giảm áp lực phanh cho bánh sau và do đó đảm bảo lực phanh tối đa ở trục trước.
Hình 2.62. Nguyên lý điều khiển áp suất phanh. [8]
Chuyển động quán tính gây ra sự quăng đuôi về phía trước khi phanh và nghiêng bên khi vào cua, hình thành sự thay đổi lớn về phân bố tải trọng lên bánh xe tùy thuộc vào tình huống lái xe. Do đó, áp lực phanh phải được phân phối theo những cách khác nhau. Trái ngược với phân phối áp lực phanh cơ học, hệ thống EBD có thể điều chỉnh áp suất phanh riêng cho từng bánh sau. Do đó cũng có thể cân nhắc điều khiển áp suất tùy vào các điều kiện mặt đường khác nhau.
131 2.5.2.2. Trường hợp trượt một bên bánh sau:
Phân bố áp suất phanh khác nhau giữa hai bánh xe sau bởi điều kiện mặt đường khác nhau ở mỗi bánh xe.
Hình 2.63. Một bên bánh sau bị trượt. [8]
EBD phát hiện sự giảm tốc khác nhau của hai bánh xe trục sau khi phanh và giảm áp lực phanh ở bánh xe tương ứng. Phạm vi hành động của hệ thống EBD kết thúc ngay khi một bánh xe cho thấy xu hướng khóa cứng tăng lên. ABS can thiệp trong trường hợp này.
2.5.2.3. Trượt hợp xe quay vòng:
Khi xe quay vòng, EBD phát hiện trạng thái này và điều khiển bộ chấp hành thủy lực tăng áp suất phanh ở các bánh phía ngoài và giảm áp suất phanh ở các bánh phía trong do tải trọng ở các bánh phía trong giảm và có xu hướng bị bó cứng.
2.5.3. Hoạt động.
Tốc độ bánh xe ở trục trước và sau được so sánh. Nếu chênh lệch vượt quá giá trị tối đa, sự phanh quá mức được phát hiện ở trục sau và hệ thống EBD can thiệp. Hệ thống EBD sau đó đóng các van nạp của ABS cho bánh trục sau, do đó ngăn ngừa sự tăng áp suất và sau đó duy trì áp suất trong xi lanh phanh bánh xe, nếu vẫn còn tình trạng quá phanh, EBD sẽ mở van xả để giảm áp suất phanh, giữ áp để duy trì áp suất và sẽ thực hiện việc tăng áp suất nếu phát hiện sự thiếu phanh ở trục sau.
132 Ở các trường hợp khác xảy ra, hệ thống EBD điều khiển bộ chấp hành ABS hoạt động ở 3 chế độ : “Giảm áp” “Giữ áp” “Tăng áp”
1- Bàn đạp phanh 2- Xy lanh chính 6- Bơm hồi về 7- Buồng áp suất 8- Buồng giảm chấn
9- Van nạp ABS bánh trước 10- Van xả ABS bánh trước
15- Van nạp bánh xe sau trái (Đóng) 16- Van xả bánh xe sau trái (Mở) 17-21 Xylanh bánh xe
18-22 Tốc độ bánh xe
133
2.6. Hệ thống khóa vi sai EDL- Electronic Differential lock.
2.6.1. Chức năng:
Khóa vi sai điện tử EDL ban đầu được thiết kế như một thiết bị hỗ trợ khởi động. EDL can thiệp vào động lực học của xe nếu một trong các bánh xe quay khi tăng tốc. Bánh xe quay được hãm. Nhờ sự can thiệp cụ thể của phanh, lực kéo của bánh xe bị quay được giảm xuống và làm tăng moment truyền động tại bánh xe đó.
Bộ vi sai có thể truyền nhiều lực kéo hơn ở bánh xe không bị quay trên trục truyền động. Chiếc xe tăng tốc nhanh hơn và vẫn ổn định khi lái. Vì hiệu ứng tương ứng với khóa vi sai cơ học, hệ thống được gọi là khóa vi sai điện tử.
Hình 2.65. Chức năng của EDL. [8]
Khi xe không có EDL, lúc này khi xe có hiện tượng một bánh bị trượt quay, cơ cấu vi sai cơ khí sẽ khóa lại giúp cho tốc độ ở hai bánh xe như nhau. Tuy nhiên điều này chỉ giúp tăng tốc với tốc độ rất chậm.
Khi xe có trang bị EDL, bánh xe trên mặt đường bị ướt được phanh và độ trượt bị giới hạn lại. Kết quả là công suất truyền động được truyền thông qua vi sai và đến bánh xe không bị trượt giúp cho việc tăng tốc diễn ra nhanh hơn.
Sự can thiệp của EDL có thể diễn ra với tốc độ 80 km/h (có thể lên đến 120 km/h) và cả khi vào cua. Nếu có trạng thái đạp phanh và đạt nhiệt độ lớn nhất ở đĩa phanh được ghi nhận bởi bộ điều khiển ABS, hệ thống EDL bị vô hiệu hóa ngay lập tức.
134 2.6.2. Cấu tạo và hoạt động:
Về cơ bản, hệ thống phanh ABS có tích hợp EDL khác với hệ thống phanh ABS thuần túy ở chổ hệ thống ABS có EDL có thể độc lập tạo áp lực phanh. EDL sử dụng các cảm biến tốc độ của hệ thống ABS mà không cần bất kỳ phần mở rộng kỹ thuật nào. Phần mềm trong bộ điều khiển ABS được mở rộng bằng chức năng EDL. Điều này đạt được bằng các van bổ sung và bơm hồi về trong bộ phận thủy lực.
Nếu bộ điều khiển phát hiện tình huống EDL phải can thiệp, áp lực phanh trong mạch phanh của bánh xe bị quay có thể được tăng lên mà không cần phải đạp bàn đạp phanh.
Hoạt động:
Dựa trên tốc độ bánh xe, EDL xác định rằng một trong các bánh xe của trục truyền lực có độ trượt cao hơn, tức là nó đang quay nhanh hơn bánh xe khác ở cùng một trục. EDL do đó phải phanh bánh xe quay để công suất truyền động cũng có thể được truyền lại ở bánh xe không bị trượt nhiều hơn. Quy trình diễn ra theo ba giai đoạn: "tăng áp lực", "duy trì áp lực" và "giảm áp lực".
135
Quá trình tăng áp:
Để tăng suất, van công tắc được đóng lại và van áp suất cao được mở. Bơm hồi về bắt đầu làm việc và lấy dầu phanh từ xy-lanh phanh chính. Kết quả là, áp lực phanh tích tụ trong xy-lanh phanh của bánh xe đang quay và bánh xe bị hãm.
Hình 2.66. Quá trình tăng áp. [8]
Quá trình giữ áp:
Để duy trì áp suất phanh trong mạch phanh của bánh xe, chỉ có bơm dòng hồi về bị vô hiệu hóa. Van công tắc vẫn đóng. Một áp lực phanh không đổi được duy trì tại phanh bánh xe.
Hình 2.67. Quá trình giữ áp. [8]
25 - Van công tắc 26 - Van áp suất cao 6 - Bơm hồi về 9 - Van nạp
17 - Xylanh bánh xe
25 - Van công tắc (Đóng) 6 - Bơm hồi vị bị vô hiệu hóa
136
Quá trình giảm áp:
Để giảm áp lực phanh, van công tắc và van nạp được mở và