2.2.1. Chức năng:
Trong suốt quá trình phanh, một hoặc nhiều bánh xe luôn có xu hướng khóa chặt hơn sớm hơn các bánh xe khác vì ma sát giữa các bánh xe và mặt đường thay đổi liên tục do nhiều ảnh hưởng. Một bánh xe bị khóa được gọi là trượt 100%. Trong trường hợp này, các bánh xe bị khóa sẽ trượt trên mặt đường giống như một cục tẩy trên giấy. Khi mất ma sát, việc hình thành các lực ngang khiến cho việc giữ cho phương tiện đi đúng hướng là không thể. Xe bị mất điều khiển do sự ly tâm và không còn có thể được điều khiển lái được.
Khi ABS xuất hiện, ABS giải quyết được mối nguy hiểm này và làm cho xe ổn định bằng cách ngăn chặn các bánh xe bị khóa khi phanh. Nó làm giảm áp lực phanh ở các bánh xe tương ứng đến mức độ lực ma sát tối đa có thể truyền được lên mặt đường. Kết quả là các lực một lần nữa có thể truyền lên mặt đường và phương tiện có thể điều khiển được.
111
2.2.2. Cấu tạo hệ thống:
Hệ thống phanh ABS bao gồm:
Bộ điều khiển thủy lực với:
Bơm hồi về điều khiển bằng điện Hai buồng giảm chấn
Hai buồng tích áp Các van nạp và van xả Van một chiều.
Bộ điều khiển điện tử ABS
Bốn cảm biến tốc độ
Công tắc đèn phanh
Hai mạch phanh riêng biệt được điền bằng dầu phanh và áp suất phanh nhờ vào bộ trợ lực.
112
2.2.3. Mạch dầu điều khiển:
113 Chú thích:
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 4. Cảm biến áp suất phanh 16. Van xả sau trái
5. Bộ điều khiển ABS 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
2.2.4. Hoạt động của hệ thống:
ABS yêu cầu người lái phải điều khiển phanh, hệ thống không hoạt động độc lập. Về phanh, ABS so sánh tốc độ của bốn bánh xe thu được từ các cảm biến, sau đó tính toán độ trượt và so sánh với độ trượt mong muốn. Nếu có nguy cơ bánh xe bị khóa, ABS sẽ ngăn cản bằng cách thay đổi áp suất dầu phanh (giảm áp- giữ áp- tăng áp). Người lái xe nhận thấy sự can thiệp của điều khiển ABS là thấy nhẹ khi đạp bàn đạp phanh. Điều này phát sinh do sự thay đổi áp suất phanh trong quá trình can thiệp ABS. Khả năng điều khiển của xe được duy trì, bởi vì ABS ngăn chặn các bánh xe riêng lẻ bị khóa.
114 2.4.4.1. Chế độ hoạt động bình thường:
Khi tài xế tác động vào bàn đạp phanh, áp suất dầu phanh được tạo ra. Van nạp IV(9) mở cho phép dầu có áp suất đi qua và đến xylanh bánh xe. Kết quả, lực phanh được tạo ra và xe sẽ giảm tốc.
Hình 2.44. Chế độ hoạt động bình thường [8] 2.4.4.2. Chế độ duy trì áp suất:
Nếu bộ điều khiển ABS xác định rằng một bánh xe có nguy cơ bị khóa, hệ thống điều khiển sẽ đóng van nạp ABS của bánh xe bị ảnh hưởng trong khi van xả ABS được đóng cùng lúc. Do đó, áp suất trong xi lanh phanh bánh xe được duy trì và không thể tăng thêm nữa do người lái đạp phanh.
Van nạp IV(9) : Đóng Van xả OV(10) : Đóng
115 2.4.4.3. Chế độ giảm áp:
Nếu xu hướng bó cứng vẫn còn, hệ thống điều khiển sẽ mở van xả ABS và đóng van nạp ABS. Bây giờ áp suất của xy lanh bánh xe có thể được giải phóng vào bộ tích áp. Nhờ đó, bánh xe có thể tăng tốc trở lại. Nếu công suất của bộ tích áp không đủ để loại bỏ xu hướng khóa của bánh xe, hệ thống điều khiển ABS sẽ bật bơm hồi dầu để bơm dầu phanh trở lại bình chứa theo áp suất phanh do người lái xe áp dụng. Điều này gây ra xung tác động ngược trong bàn đạp phanh.
Van nạp IV(9) : Đóng Van xả OV(10) : Mở
Hình 2.46. Chế độ giảm áp suất. [8]
2.4.4.2. Chế độ tăng áp:
Nếu tốc độ bánh xe lại vượt quá giá trị xác định, hệ thống điều khiển sẽ đóng van xả ABS và mở van nạp ABS, điều này sẽ làm tăng áp suất ở xy lanh bánh xe. Bơm hồi dầu tiếp tục chạy theo yêu cầu.
Nếu đạt đến giới hạn khóa, một lần nữa, chu trình "duy trì áp suất", "giảm áp suất" và "tăng áp suất" được lặp lại cho đến khi quá trình hãm được hoàn thành hoặc so sánh tốc độ bánh xe cho thấy không còn nguy hiểm của việc bó cứng bánh xe nào nữa.
Van nạp IV(9) : Mở Van xả OV(10) : Đóng
116
2.3. Hệ thống TCS (Traction control system):
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