3.3.1. Lực và Mômen
Một vật thể có thể chịu các lực tại các thời điểm khác nhau. Nếu tổng các lực và mômen tác dụng lên vật bằng 0 thì vật ở trạng thái nghỉ. Nếu tổng không bằng 0, thì vật thể sẽ chuyển động theo hướng của lực tạo ra từ tổng. Lực mà chúng ta quen thuộc nhất là lực hấp dẫn của Trái đất. Nó hoạt động theo hướng vào tâm của Trái đất. Nếu chúng ta treo một khối lượng nặng một kg lên cân bằng lò xo để đo các lực tồn tại, thì giá trị được chỉ ra cho chúng ta là giá trị của lực hút bằng 9,81 Newton.
Các lực tác động lên xe là: 1) Động lực lái của động cơ
2) Lực hãm tác dụng ngược hướng với lực phát động 3) Lực vào cua, duy trì khả năng đứng yên của xe 4) trọng lượng (tải trọng bánh xe), kết hợp với lực ma sát, cho phép các lực khác hoạt động.
Ngoài ra, còn có các lực sau đây xảy ra đối với xe: - Mômen cố gắng quay xe theo trục thẳng đứng, trục
ngang và trục dọc
Ví dụ I: Mômen quán tính lái và mômen quán tính, cố gắng duy trì hướng chuyển động đã từng được thông qua
Ví dụ II - mômen quán tính của bánh xe cũng như các lực khác (lực cản khí động học, lực gió, lực ly tâm)
69 Sự tương tác của một số lực này có thể được mô tả với sự hỗ trợ của vòng tròn ma sát. Bán kính của hình tròn này được xác định bởi độ bám dính giữa bề mặt đường và lốp. Nói cách khác, nếu độ bám dính thấp thì bán kính nhỏ hơn a, nếu độ bám dính tốt thì bán kính lớn hơn b. Hãy xem xét một bánh xe của chiếc xe cho mục đích này.
Nguyên lý của đường tròn ma sát là một hình bình hành lực tạo thành từ lực vào cua S, lực hãm hoặc lực lái B và tổng lực G.
Chừng nào tổng lực vẫn nằm trong đường tròn thì xe vẫn ở trạng thái ổn định I. Thời điểm tổng lực vượt ra ngoài đường tròn thì xe đang ở trạng thái II không thể điều khiển được nữa.
Hình 3.3: Đường tròn thể hiện lực ma sát
Hãy xem xét sự phụ thuộc tồn tại giữa các lực: Hình 1: Lực phanh B và lực vào cua S có kích thước sao cho tổng lực G nằm trong đường tròn. Có thể lái xe an toàn đúng cách.
70 Hình 2: Ta tăng lực phanh B. Lực vào cua S trở
nên nhỏ hơn.
Hình 3: Tổng lực G bằng lực phanh B. Bánh xe khóa lại. Trong trường hợp không có lực vào cua thì không thể điều khiển phương tiện được nữa. Tình huống tương tự cũng tồn tại giữa lực đánh lái và lực vào cua. Nếu lực vào cua được giảm xuống 0 bằng cách khai thác hoàn toàn lực dẫn động, các bánh xe sẽ quay.
3.4. KIỂM SOÁT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA XE
Như bạn đã thấy, ESP có thể chống lại xu hướng xe bị mất lái hoặc trượt ngang khi xe phanh gấp. Để làm được điều này, cần phải đạt được sự thay đổi hướng của xe mà không can thiệp trực tiếp vào việc đánh lái. Chúng ta đã quen thuộc với nguyên tắc cơ bản của việc này từ các loại xe bánh xích. Nếu xe bánh xích muốn rẽ phải, đường ở bên trong khúc cua được hãm lại và đường bên ngoài được tăng tốc.
Nếu sau đó nó muốn quay trở lại hướng ban đầu, bánh xe dẫn động trước đây nằm ở bên trong đường cong và bây giờ là bánh xe dẫn động bên ngoài được phanh và bánh xe phía bên trong được tăng tốc
71 Việc ESP hoạt động dựa trên nguyên tắc tương tự. Bây giờ trước hết chúng ta hãy xem xét một chiếc xe không được trang bị ESP. Xe phải tránh chướng ngại vật đột ngột xuất hiện phía trước. Trước hết, người lái xe đánh lái rất nhanh sang trái rồi lại sang phải ngay lập tức. Do hành động đánh lái của một phần người lái, chiếc xe sẽ lắc lư và phía sau bị trượt. Người lái xe không còn khả năng điều khiển chuyển động quay của xe đối với trục thẳng đứng của nó.
Hình 3.5: Xe bị trượt khi phanh gấp khi không có ESP
Bây giờ chúng ta hãy xem xét tình huống tương tự với một chiếc xe được trang bị ESP. Xe cố gắng tránh chướng ngại vật. Trên cơ sở dữ liệu được cung cấp bởi các cảm biến, ESP phát hiện rằng chiếc xe đang ở gần trạng thái lái xe không ổn định. Hệ thống tính toán các biện pháp đối phó của nó:
Hệ thống ESP phanh bánh sau bên trái, từ đó hỗ trợ chuyển động quay của xe. Lực vào cua của bánh trước được duy trì.
Trong khi chiếc xe đang tính toán vòng cung bên trái, người lái xe đang đánh lái sang bên phải. Hệ thống ESP hỗ trợ hành động chống đánh lái này bằng cách phanh bánh trước bên phải. Bánh sau quay tự do để đảm bảo lực vào cua tối ưu ở trục sau.
72 Việc chuyển làn trước đó có thể khiến xe lắc lư theo trục thẳng đứng. Bánh trước bên trái được hãm lại để ngăn phần sau của xe văng ra ngoài. Trong những tình huống đặt biệt quan trọng, bánh xe có thể bị phanh gấp và thậm chí bị khóa trong thời gian ngắn để hạn chế sự gia tăng lực bên ở trục trước (vòng tròn ma sát). Sau khi tất cả các trạng thái không ổn định của xe đã được khắc phục, ESP sẽ kết thúc chu kỳ điều khiển.
Hình 3.7: Xe lấy lấy độ ổn định khi hệ thống ESP kết thúc
3.5. TỔNG QUAN HỆ THỐNG
3.5.1. Hệ thống và các thành phần
Hệ thống cân bằng điện tử dựa trên hệ thống kiểm soát trượt bánh xe đã được thử nghiệm. Tuy nhiên, nó mở rộng những điều này ở một khía cạnh quyết định:
Hệ thống có thể phát hiện trạng thái xe không ổn định, chẳng hạn như trượt bánh ở giai đoạn đầu và tạo sự ổn định cân bằng lại cho xe.
Để đạt được điều này, cần phải có thêm các cảm biến và thiết bị truyền động bên trên hệ thống điều khiển vốn đã quen thuộc. Trước hết, một bức tranh thích hợp về những điều này như đã đạt được trên Octavia, trước khi tìm hiểu sâu hơn về chủ đề của ESP.
Lưu ý: Hệ thống ESP được phát triển từ nhiều nhà sản xuất khác nhau. Hệ thống được sử dụng trên Octavia do CONTINENTAL TEVES sản xuất. Tuy nhiên, cấu tạo và nguyên lý cơ bản của hệ thống ESP đều giống nhau thì các thành phần riêng lẻ sẽ khác nhau. Vì lý do này, hãy luôn đảm bảo sử dụng phụ tùng thay thế chính hãng
73 .
74
CONTINENTAL TEVES
Hình 3.9: Sơ đồ hoạt động của hệ thống ESP
3.6. CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
3.6.1. Mạch điều khiển (ta nghiên cứu trên phiên bản MK20)
Các cảm biến tốc độ liên tục cung cấp tốc độ của từng bánh xe về bộ điều khiển. Cảm biến góc lái cung cấp thông tin trực tiếp qua cơ sở dữ liệu CAN cho thiết bị điều khiển. Thông tin này được phân tích bởi đơn vị điều khiển để tính toán hướng lái cụ thể và cách xử lý cụ thể của xe.
Cảm biến gia tốc bên phát tín hiệu đến bộ phận điều khiển nếu xe đang lao sang lề, trong khi cảm biến tốc độ cảnh báo về bất kỳ xu hướng trượt bánh nào của xe. Hai nguồn thông tin này được đơn vị điều khiển sử dụng để tính toán tình trạng thực tế của xe.
75
Hình 3.10: Sơ đồ làm việc của hệ thống ESP
1-Bộ điều khiển thuỷ lực cho ABS với EDL / TCS / ESP
2-Bộ trợ lực chủ động với cảm biến áp suất phanh và công tắc chấp hành 3-Cảm biến gia tốc dọc (chỉ có kiểu 4x4)
4-Cảm biến gia tốc bên 5-Cảm biến tốc độ nghiêng 6-Công tắc bật/tắt TCS / ESP 7-Cảm biến góc lái
8-Công tắc đèn phanh
76 13-Cổng OBD II
14-Đèn cảnh báo phanh tay / mức dầu phanh 15-Đèn cảnh báo ABS
16-Đèn cảnh báo ESP
17-Tình huống xử lý của người lái xe (hành động khi xe gặp tình huống bất ngờ) 18-Sự quản lý can thiệp vào động cơ
19-Sự quản lý can thiệp vào hộp số quản lý (chỉ tự động kiểu hộp số) ESP sẽ quyết định:
- bánh xe nào sẽ bị phanh gấp hoặc tăng tốc, - mô-men xoắn của động cơ được giảm hoặc tăng
- cho dù trên các mô hình được trang bị hộp số tự động, đơn vị điều khiển hộp số phải được kích hoạt.
Sau đó, hệ thống xác minh mức độ hoàn thành của sự can thiệp đã được dựa trên cơ sở dữ liệu được đưa vào từ các cảm biến. Nếu đã hoàn thành, chu kỳ kiểm soát sẽ kết thúc và việc xử lý phương tiện tiếp tục được quan sát. Nếu không, chu trình kiểm soát một lần nữa được lặp lại.
3.6.2. Bộ điều khiển ABS với EDL/TCS/ ESP J104
Bộ điều khiển được kết hợp với đơn vị thủy lực để tạo thành một thành phần duy nhất. Chức năng
- Phân tích các tín hiệu được cung cấp bởi cảm biến ESP
- Bộ điều khiển ESP, ABS, EDL, TCS, EBD và các chức năng EBC, - Điều khiển tất cả các thiết bị điện tử trong hệ thống một cách liên tục - Tự chẩn đoán.
77
Hình 3.11: Bộ điều khiển thuỷ lực ABS
Khi công tắc được bật, một lựa chọn của khối điều khiển sau đó được thực hiện. Tất cả các kết nối điện được giám sát liên tục và hoạt động của van điện từ được kiểm tra định kỳ.
Trong trường hợp hệ thống bị lỗi
Rất khó xảy ra tình huống hệ thống điều khiển điện tử bị lỗi hoàn toàn, khi trình điều khiển bị lỗi, người lái chỉ có sẵn hệ thống phanh thông thường không có ABS, EDL, EBD, EBC, TCS và ESP.
Tự chẩn đoán
Các lỗi sau có thể tự được phát hiện: - Bộ điều khiển bị lỗi
- Đơn vị điều khiển được mã hóa không chính xác - Lỗi nguồn điện áp
- Bơm thủy lực ABS bị lỗi
- Tín hiệu không hợp lý ở chế độ ABS - Cơ sở dữ liệu ổ đĩa bị lỗi
78 - Lỗi mạch cảm biến
Mạch điện
Điện áp cho bộ điều khiển ABS J104 được cung cấp trực tiếp thông qua cầu chì được đặt ở gần bình ắc-quy. Đơn vị điều khiển được liên kết với cơ sở dữ liệu qua kết nối CAN.
Hình 3.12: Sơ đồ mạch điện của bộ điều khiển ABS
3.6.3. Cảm biến góc lái G85
Cảm biến góc lái nằm trên cột lái giữa công tắc cột lái và vô lăng. Lò xo thu hồi vô lăng về vị trí thẳng lái với lò xo cuộn cho túi khí được tích hợp trong cảm biến góc lái và nằm ở mặt dưới.
Công dụng:
Truyền góc mà người lái xe xoay vô lăng sang trái hoặc phải, để bộ điều khiển ABS với EDL / TCS / ESP. Cảm biến có thể phát hiện góc trong khoảng ± 720˚, ứng với cho bốn vòng xoay của vô lăng cho đến khi vô lăng đạt giới hạn xoay.
79
Hình 3.13: Cảm biến góc lái G85
Lưu ý: Sau khi thực hiện công tác căn chỉnh khung xe và các thao tác sửa chữa, lắp đặt trên pa lăng, khi đó phải tiến hành bù không. Việc bù bằng không cũng phải được tiến hành sau khi thay thế các cảm biến áp suất phanh. Để biết thêm thông tin chi tiết, vui lòng tham khảo Hướng dẫn sử dụng xưởng.
Mạch điện
Cảm biến góc lái là cảm biến duy nhất của hệ thống ESP truyền thông tin trực tiếp qua cơ sở dữ liệu CAN đến bộ điều khiển. Sau khi công tắc được bật, cảm biến sau đó được khởi chạy khi vô lăng quay 4,5˚. Điều này bằng chuyển động quay của chu vi của vô lăng là khoảng 1,5 cm.
80
Cấu tạo
Góc được dựa trên nguyên lý của tấm chắn sáng (tín hiệu quang điện). Các thành phần cơ bản là:
a- một nguồn sáng
b- một đĩa mã hóa với hai bộ chắn ánh sáng c + d - cảm biến quang
e- một đơn vị tay quay căn chỉnh cho hoàn chỉnh các vòng xoay của vô lăng.
Đĩa mã hóa bao gồm hai vòng, vòng tuyệt đối và vòng tăng dần. Mỗi vòng được quét bởi hai cảm biến.
Chức năng
Hãy đơn giản hóa cấu tạo bằng cách định vị vòng chắn ánh sáng tăng dần (1) và vòng chắn ánh sáng tuyệt đối (2) lẫn vào nhau. Giữa hai màn chắn hình răng cưa là nguồn sáng (3). Cảm biến quang học (4 + 5) được đặt ở bên ngoài nguồn sáng được ngăn cách bởi tấm chắn ánh sáng.
Nếu ánh sáng chiếu qua một khe hở vào cảm biến, điện áp tín hiệu được ghi nhận.
Nếu nguồn sáng bị che khuất, điện áp lúc này bằnh không.
Hình 3.15: Cấu tạo cảm biến góc lái G85
Nếu bây giờ chúng ta di chuyển các tấm chắn sáng theo chiều mũi tên, hai hiệu điện thế khác nhau lần lượt được sản xuất.
81 Cảm biến gia tăng cung cấp tín hiệu đồng nhất khi các khoảng trống nối tiếp nhau theo một mô hình đều đặn. Cảm biến tuyệt đối cung cấp tín hiệu không đều khi các lỗ trên màn hình được định vị theo khoảng cách không đều. Hệ thống có thể tính toán mức độ mà các tấm chắn ánh sáng đã được di chuyển từ việc so sánh cả hai tín hiệu. Điều này làm cho nó có thể xác định điểm bắt đầu của chuyển động một cách tuyệt đối.
Cảm biến góc lái hoạt động theo nguyên tắc tương tự, điểm khác biệt duy nhất là nó được thiết kế cho chuyển động quay.
3.6.4. Cảm biến gia tốc bên G200
Vì lý do vật lý, cảm biến này nên được đặt càng gần trọng tâm của xe càng tốt. Vị trí lắp đặt và hướng của cảm biến không được thay đổi. Nó nằm ở bên phải cạnh cột lái và được gắn trên một giá đỡ cùng với cảm biến tốc độ chệch hướng. Cảm biến này rất dễ bị hư hỏng
Hình 3.16: Cảm biến gia tốc bên G200
Công dụng
Cảm biến xác định lực vào cua có thể được truyền đi. Làm như vậy, nó cung cấp một cơ sở quan trọng để ước tính chuyển động của xe có thể được thực hiện trong điều kiện đường hiện có hoặc không tạo ra bất kỳ sự mất ổn định nào của xe.
82 Trong trường hợp cảm biến gai tốc bên bị lỗi, không có tín hiệu từ cảm biến này cung cấp về bộ xử lý, không thể tính toán được trạng thái thực tế của xe trong bộ điều khiển. Chức năng ESP sau đó không hoạt động nữa.
Tự chẩn đoán
Hệ thống có thể tự chẩn đoán xác định xem có tồn tại hở mạch trong hệ thống dây điện hoặc ngắn mạch tới cực dương hoặc nối đất hay không. Ngoài ra, hệ thống phát hiện xem tín hiệu cảm biến có chính xác hay không.
Mạch điện
Cảm biến gia tốc bên được liên kết trực tiếp với bộ điều khiển J104 bằng ba dây điện là dây âm, dây dương và một dây tín hiệu.
Hình 3.17: Mạch điện của cảm biến gia tốc bên
Cấu tạo
Cảm biến gia tốc bên hoạt động theo nguyên lý điện dung. Điều đó có nghĩa là gì?
Chúng ta hãy tưởng tượng rằng cảm biến bao gồm hai tụ điện phụ được bố trí ở hai bên. Vị trí của bản tụ điện chính ở giữa, chung có thể bị dịch chuyển do tác dụng của một lực. Mỗi tụ điện có một điện dung, hay nói cách khác là có thể hấp thụ một lượng điện tích nhất định.
83
Hình 3.18: Nguyên lý điện dung
Chức năng
Sao cho không có gia tốc bên nào tác dụng thì bản tụ điện ở giữa giữ nguyên khoảng cách đến các bản ngoài bằng nhau, kết quả là điện dung của hai bản tụ là như nhau.
Tại thời điểm một gia tốc bên bắt đầu hoạt động, tấm ở giữa được dịch chuyển để khoảng cách đến một tấm