2.3.1. Chức năng:
Hệ thống kiểm soát lực kéo TCS hỗ trợ người lái khởi động hoặc tăng tốc trên mặt đường trơn trượt bằng cách giảm độ trượt ở bánh xe chủ động. Nếu các bánh xe có nguy cơ quay, TCS có thể giảm công suất ở trục chủ động.
● Bằng cách hãm bánh xe đang trượt quay.
● Bằng cách giảm mô-men xoắn trục chủ động thông qua can thiệp vào hệ thống điều khiển động cơ hoặc hộp số.
Không giống như ABS, TCS không hoạt động trong các quá trình phanh và trong quá trình giảm tốc của xe, mà chỉ hoạt động trong quá trình tăng tốc của xe. Để cho phép can thiệp trong quá trình tăng tốc của xe, hệ thống yêu cầu liên kết với hệ thống điều khiển động cơ, cho phép nó tác động đến mô-men xoắn và tùy chọn tăng áp suất độc lập trong hệ thống phanh. Điều này là cần thiết để có thể phanh bánh xe bị quay mà không cần người lái tăng áp lực phanh thông qua bàn đạp phanh.
Hình 2.48. Xe bị trượt quay và mất lái khi vào cua không có TCS. [8]
Chiếc xe tăng tốc trên mặt đường trơn trượt. Các bánh xe quay và xe không được tăng tốc hoặc chỉ được tăng tốc rất chậm. Khi vào cua, chỉ có các lực kéo tại các bánh xe có lực bên tác dụng không đủ mới có thể truyền đi và xe bị mất khả năng điều khiển lái.
117
Hình 2.49. Xe ổn định khi vào cua và tăng tốc khi có TCS hoạt động. [8]
TCS làm giảm lực truyền động và vì vậy ngăn chặn sự trượt quá mức ở các bánh xe chủ động. Các lực hướng ngang có thể tác động vào nhưng xe vẫn có thể điều khiển lái và duy trì sự ổn định.
2.3.2. Cấu tạo hệ thống:
TSC dựa trên hệ thống ABS cả về phần cứng và phần mềm. Phần mềm TCS được tích hợp vào bộ điều khiển ABS hiệu suất cao hơn với bộ nhớ chương trình mở rộng. Các tín hiệu cảm biến tốc độ được sử dụng như trong trường hợp của ABS. Để cho phép các chức năng cần thiết được thực hiện, hệ thống TCS phải được mở rộng tại hai điểm thiết yếu so với hệ thống ABS:
Thay đổi về bộ thủy lực.
Giao tiếp với hệ thống điều khiển động cơ. 2.3.2.1. Thay đổi về thủy lực:
Cấu tạo của bộ phận thủy lực ABS, bao gồm hai van nạp và xả trên mỗi mạch phanh, cũng được mở rộng bằng :
Một van công tắc
Một van cao áp
Một máy bơm hồi dầu cũng được trang bị trong bộ phận thủy lực, để tạo ra áp lực phanh độc lập mà không cần đến sự can thiệp của tài xế.
118 2.3.2.2. Giao tiếp với hệ thống điều khiển động cơ:
Trái ngược với ABS, TCS không chỉ tác động lên phanh để giảm tốc độ của bánh xe mà còn tác động vào cả đầu ra của động cơ, tức là mô-men xoắn truyền động tại các bánh xe. Trong các hệ thống ABS đầu tiên có TCS, có nhiều cách để điều chỉnh mô-men xoắn động cơ khác nhau. Ví dụ, hệ thống có bướm ga phụ điều khiển bằng cáp hoặc tùy chọn đánh lửa đã được triển khai. Khi xuất hiện hệ thống truyền dữ liệu CAN và bướm ga điện tử, việc sử dụng sự cải tiến này để tác động đến mô-men xoắn và tốc độ của động cơ mà không cần thêm các bộ phận khác đem lại hiệu quả cao hơn.
119 2.3.3. Mạch dầu điều khiển:
Hình 2.51. Mạch dầu điều khiển. [8] Dựa trên cơ sở của ABS, hệ thống TCS có thêm các bộ phận :
(25) Van công tắc (26) Van cao áp (27) Mạng dữ liệu CAN (6) Bơm hồi về
(5) Bộ điều khiển ABS/TCS
Về cơ bản tương tự như trên hệ thống ABS:
1. Bình chứa dầu 13. Van nạp trước phải 2. Trợ lực phanh 14. Van xả trước phải 3. Bàn đạp phanh 15. Van nạp sau trái
120 4. Cảm biến áp suất phanh 16. Van xả sau trái
5. Bộ điều khiển ABS/TCS 17. Xy lanh bánh xe trước trái 6. Bơm hồi dầu 18. Tốc độ bánh xe trước trái 7. Buồng tích áp 19. Xy lanh bánh xe trước phải 8. Buồng giảm chấn 20. Tốc độ bánh xe trước phải 9. Van nạp trước trái 21. Xy lanh bánh xe sau trái 10. Van xả trước trái 22. Tốc dộ bánh xe sau trái 11. Van nạp sau phải 23. Xy lanh bánh xe sau phải 12. Van xả sau phải 24. Tốc độ bánh xe sau phải
2.3.4. Hoạt động của hệ thống:
Trong xe có sử dụng TCS, tốc độ quay của bánh xe được sử dụng để tính toán tốc độ bốn bánh xe. Bằng cách đánh giá mở rộng, phần mềm TCS phân tích các tình huống lái xe sau:
Gia tốc của bánh xe chủ động được tính toán.
Tốc độ xe được tính từ tốc độ của các bánh xe không chủ động
Phát hiện đường cong phát sinh từ việc so sánh tốc độ của bánh xe không chủ động.
Độ trượt được tính toán từ sự chênh lệch tốc độ bánh xe chủ động và không chủ động mỗi bên của xe.
Với thông tin trên, TCS có thể nhận ra khi các bánh xe có nguy cơ quay. Một tín hiệu liên quan đến mô-men xoắn động cơ thực tế được đọc bởi bộ điều khiển động cơ. TCS sử dụng điều này để tính toán và đưa ra các biện pháp xử lý.
Trong phạm vi tốc độ thấp, sự điều chỉnh của TCS thường diễn ra thông qua can thiệp phanh. Quy trình điều chỉnh diễn ra, theo ba giai đoạn: "tăng áp", "giữ áp" và "giảm áp". Trong trường hợp của TCS, can thiệp phanh có thể được kết hợp với can thiệp thông qua hệ thống điều khiển động cơ. TCS quy định trong toàn bộ phạm vi tốc độ.
121
Hình 2.52. Sự kết hợp điều khiển. [8]
Để can thiệp thông qua bộ điều khiển động cơ, TCS sử dụng độ trượt đã được xác định và mô-men xoắn động cơ thực tế để tính toán mô-men xoắn động cơ danh nghĩa cần thiết và được truyền đến các đơn vị điều khiển động cơ.
Tùy thuộc vào hệ thống điều khiển động cơ có sẵn, bộ điều khiển động cơ có các tùy chọn sau:
● Mô-men xoắn động cơ giảm bằng cách điều chỉnh bướm ga phụ/ bướm ga điện tử. ● Trong trường hợp can thiệp điều khiển qua hệ thống phun, công suất đầu ra của động cơ bị giảm bằng cách che các xung phun.
● Trong trường hợp can thiệp điều khiển qua hệ thống đánh lửa, có thể che đi các xung đánh lửa hoặc thời gian đánh lửa có thể được điều chỉnh theo hướng "đánh lửa muộn". ● Trong xe có hộp số tự động, TCS cũng truyền tín hiệu đến bộ điều khiển hộp số, qua đó sự chuyển đổi số có thể thay đổi.
122
2.4. Hệ thống cân bằng điện tử ESP – Electronic Stabilisation Programme:
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