❖ Cấu tạo hệ thống ESC
- Hệ thống cân bằng điện tử trên Hyundai Tucson 1.6L T-GDI 2017 gồm có các bộ phận sau:
+ Bộ điều khiển ESC (tích hợp trong ABS ECU): tiếp nhận thông tin từ cảm biếnsau đó tính toán, gửi tín hiệu điều khiển bộ chấp hành thủy lực để phanh các bánh xe ở các chế độ khác nhau, gửi tín hiệu đến ECU động cơ để điều khiển bộ chấp hành bướm ga, thay đổi công suất động cơ.
+ Cảm biến tốc độ bánh xe: bốn cảm biến tốc độ bánh xe dù ng để đo tốc độ của từng bánh xe.
+ Cảm biến góc lái : đo vị trí hướ ng lái thực tế của xe, các tín hiệu này được gửi tới ECU kiểm soát trượt thông qua mạng CAN.
+ Cảm biến góc xoay xe kết hợp cảm biến gia tốc: các tín hiệu từ cảm biến góc xoay xe, cảm biến gia tốc ngang, cảm biến gia tốc dọc sẽ được gửi đến ABS ECU (tích hợp bộ điều khiển ESC) thông qua mạng CAN, từ đó các hệ thống phanh như TCS, HAC, DBC có thể sử dụng các tín hiệu đó cho hoạt động của nó.
88 • Cảm biến góc xoay xe: có cấu tạo gồm các khung di động, khung dao động, lược
xoay, khung coriolis và một mạch điện.
Hình 6.35 Cấu tạo cảm biến góc xoay xe
Khi xe đi thẳng, cảm biến góc xoay được cấp điện sẽ làm cho lược xoay quay quanh trục của nó, dẫn đến 2 khung truyền động di chuyển tịnh tiến, điện áp lúc này xuất ra bằng 2.5V, ứng với góc xoay của xe bằng 0°. Khi xe chuyển hướng, xe sẽ xuất hiện lực coriolis làm khung coriolis tịnh tiến ngang, dẫn đến khung dao động cũng tịnh tiến ngang. Khung dao động tịnh tiến ngang sẽ làm biến thiên từ thông trên mạch điện, nhờ sự thay đổi này mà mạch điện sẽ gửi tín hiệu điện áp về cho ABS ECU để xác định góc xoay, tốc độ góc.
Hình 6.36 Biểu đồ đặc tính điện áp của cảm biến góc xoay
Khung truyền động (Drive Frame) Khung coriolis (Coriolis Frame)
Lược xoay (Comb Drive)
Khung dao động (Detection Frame)
89 • Cảm biến gia tốc ngang: cấu tạo gồm 2 tụ điện K1, K2. Giữa 2 điện cực của mỗi tụ là lớp silicon. Điện dung của tụ thay đổi theo khoảng cách giữa 2 bản cực của tụ. Bình thường xe chạy thẳng thì điện áp ở hai tụ là bằng nhau. Tín hiệu gửi về ABS ECU xác định được xe đang chuyển động thẳng và không có trượt ngang. Khi xe đánh lái thì lực quán tính có chiều ngược lại làm cho khối dao động chuyển động ngược chiều. Như hình bên dưới khối dao động sẽ nén tụ K1 và kéo dãn tụ K2. Kết quả là điện áp tụ K2 giảm, điện áp tụ K1 tăng. Tín hiệu này giúp ABS ECU biết được hướng xoay và gia tốc ngang của xe.
Hình 6.37 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến gia tốc ngang
Hình 6.38 Biểu đồ đặc tính điện áp của cảm biến gia tốc ngang
Điện cực dương của tụ K2 Khối dao động Điện cực dương của tụ K1
90 • Cảm biến gia tốc dọc: có cấu tạo tương tự như cảm biến gia tốc ngang nhưng được
đặt theo chiều dọc của xe để đo gia tốc dọc và hướng chuyển động của xe.
+ Cảm biến áp suất xylanh chính: được gắn ở xy lanh chính để đo áp suất dầu của xy lanh chính giúp bộ điều khiển ESC biết được xe có bị phanh gấp hay không và tín hiệu của nó cũng để điều khiển bộ trợ lực phanh. Nó có cấu tạo gồm 2 đĩa gốm là 2 phần tử áp điện. Khi áp suất dầu của xy lanh chính tác dụng lên đĩa gốm thứ nhất, nó sẽ thay đổi khoảng cách giữa 2 đĩa gốm, từ đó tạo ra dòng điện, dòng điện này sẽ được khuếch đại và gửi về ABS ECU.
Hình 6.39 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất xylanh chính
+ ECU điều khiển động cơ: tiếp nhận thông tin từ ABS ECU, thông tin từ cảm biến vị trí bướm ga, cảm biến độ lệch xe và cảm biến gia tốc thông qua hệ thống mạng CAN, từ đó điều khiển bộ chấp hành bướm ga, thay đổi công suất động cơ chu phù hợp với từng chế độ điều khiển của ESC.
+ Bộ chấp hành bướm ga: đóng mở bướm ga, thay đổi lượng khí nạp và vì vậy thay đổi mô men xoắn của động cơ ở các chế độ làm việc khác nhau của hệ thống ESC.
+ Đèn báo trượt: đèn nhấp nháy khi xe di chuyển trên đường trơn trượt, báo hiệu hệ thống cân bằng điện tử đang làm việc. Đèn sáng khi phát hiện lỗi.
+ Bộ chấp hành phanh: hệ thống ESC sử dụng chung bộ chấp hành phanh với bộ chấp hành ABS.
91
Hình 6.40 Các bộ phận của hệ thống ESC
❖ Nguyên lý hoạt động của hệ thống ESC
Hình 6.41 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
➢ ECU kiểm soát trượt nhận tín hiệu từ các cảm biến: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cảm biến xoay xe kết hợp với cảm biến gia tốc (1) (Yaw rate sensor with acceleration sensor) truyền tín hiệu điện áp về cho bộ điều khiển ECU kiểm soát trượt (4).
- Cảm biến góc vô lăng (2) (Steering wheel angle sensor ) giao tiếp với bộ điều khiển của hệ thống ESC (4) bằng mạng CAN
- Cảm biến tốc độ bánh xe (3) (Wheel speed sensor) truyền tín hiệu dạng xung về cho bộ điều khiển của ESC (4)
92
- Khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến, ECU kiểm soát trượt sẽ tính toán và giao tiếp với bộ điều khiển của hệ thống truyền động và hệ thống lái, sau khi tính toán xong ECU kiểm soát trượt xác định được quỹ đạo chuyển động theo ý muốn của người lái và quỹ đạo chuyển động của xe, nếu xe mất ổn định thì bộ điều khiển của hệ thống ESC đưa tín hiệu điện áp đến bộ chấp hành thủy lực điều khiển lực phanh tới các bánh xe (6) một cách độc lập và ECU kiểm soát trượt truyền tín hiệu bằng mạng CAN tới ECU động cơ để ECU động cơ điều khiển góc mở bướm ga nhằm giảm công suất của động cơ.
➢ Quá trình xử lý và điều khiển
- Để xác định hướng điều khiển xe theo ý của người lái thì cần các tín hiệu từ cảm biến góc quay vô lăng (1) và cảm biến tốc độ bánh xe (2).
- Để xác định hướng chuyển động của xe thì cần tín hiệu của các cảm biến góc xoay xe (3) và cảm biến gia tốc (4).
- Các tín hiệu từ các cảm biến sẽ được gửi về ECU kiểm soát trượt xử lý: Nếu sự đánh lái của người lái tương ứng với sự di chuyển của xe thì hệ thống ESC sẽ không hoạt động.
❖ Các trường hợp điều khiển cụ thể của hệ thống.
➢ Khi phanh bình thường: khi chưa nhận tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển ESC, van TCV (Traction Control Valve) sẽ ở trạng thái mở, do đó dầu từ xylanh phanh chính sẽ đi đến các van giữ áp sau đó đến các xylanh con của bánh xe để phanh bánh xe.
93 ➢ Quay vòng thiếu
Hình 6.43 Mô tả khi ô tô quay vòng thiếu
- Khi xe vào cua ở tốc độ cao nếu người lái đánh lái thiếu, xe sẽ có xu hướng bị văng ngang ra khỏi cung đường điều khiển mong muốn, điều đó sẽ dễ dàng gây ra hiện tượng lật, trượt ngang xe mất an toàn và có thể gây ra tai nạn. Khi xe bắt đầu có xu hướng trượt ngang, cảm biến gia tốc ngang và góc lái xe gửi tín hiệu về bộ điều khiển ESC (tích hợp trong ABS ECU), dựa vào các tín hiệu đó nó sẽ tính toán và đưa ra tín hiệu điều khiển thực hiện việc chủ động phanh bánh phía đối diện với hướng xe bị trượt (bánh sau bên trái).
- Hoạt động của bộ chấp hành:
+ Mạch dầu thứ nhất: bộ điều khiển ESC cấp điện cho van một chiều điện tử nhánh 1 (ESV1) mở, van giữ áp của bánh trái sau (ISV LR) mở và motor quay để bơm dầu hoạt động. Bơm dầu 1 sẽ hút dầu từ xylanh chính và tạo ra đường dầu áp suất cao đi qua van giữ áp bánh trái phía sau (ISV LR), tác dụng lên xy lanh con bánh trái sau, lực phanh tạo ra tại bánh xe có tác dụng như một tâm quay để tạo ra mô men bù lại lực trượt ngang giữ cho xe có thể ổn định và tiến về phía trước theo đúng cung đường mong muốn. Quá trình phanh bánh trái phía sau sẽ được điều khiển ở các chế độ giữ áp, giảm áp,tăng áp tương tự như hệ thống phanh ABS.
+ Mạch dầu thứ hai: vì motor quay nên bơm dầu ở nhánh 2 cũng hoạt động do đó van điều khiển lực kéo của nhánh 2 (TCV2) và van một chiều điện tử nhánh 2 (ESV2) sẽ mở để ngăn ngừa một áp lực quá mức tích tụ bên trong mạch.
94
Hình 6.44 Mô tả mạch dầu khi ô tô quay vòng thiếu
➢ Quay vòng thừa
Hình 6.45 Mô tả khi ô tô quay vòng thừa
- Khi xe vào cua ở tốc độ cao và đánh lái thừa: tình huống này do người lái thực hiện việc đánh lái thừa khi vào cua gấp dẫn đến hiện tượng xe có thể bị văng đuôi và chệch khỏi quỹ đạo của cung đường mong muốn. Khi xe bắt đầu có xu hướng trượt ngang, cảm biến gia tốc ngang, cảm biến góc lái xe và cảm biến góc xoay xe gửi tín hiệu về hộp điều khiển ESC, dựa vào các tín hiệu đó rồi tính toán, ESC cũng sẽ gửi tín hiệu điều khiển thực hiện việc phanh bánh trước bên phải, lực phanh tạo thành tâm quay (vì khi đó các bánh bên trái vẫn quay bình thường) và sinh ra mô men bù để giữ cho xe cân bằng, ổn định và tiến về phía trước theo đúng cung đường mong muốn.
95
- Hoạt động của bộ chấp hành:
+ Mạch thứ nhất: Bộ điều khiển ESC cấp điện để đóng van kiểm soát lực kéo 1 (TCV1) và mở van một chiều điện tử 1 (ESV1). Bơm dầu được cấp điện để hút dầu từ xylanh chính và tạo áp lực dầu để đưa đến van giữ áp bánh trước bên phải từ đó đi đến xylanh con bánh xe để phanh bánh xe. Van giữ áp và giảm áp bánh trước bên phải sẽ được điều khiển đóng mở để thực hiện quá trình giữ áp, giảm áp giống như hệ thống phanh ABS. Giúp chống hiện tượng trượt bánh xe.
+ Mạch thứ hai: van kiểm soát lực kéo 2 (TCV2) và van một chiều điện tử 2 (ESV2) sẽ được mở ra để ngăn ngừa áp lực dầu tăng quá mức trong mạch.
Hình 6.46 Mô tả mạch dầu khi ô tô quay vòng thừa
➢ Tránh chướng ngại vật
96
- Để tránh một vật cản xuất hiện bất ngờ thì người lái đầu tiên đánh lái sang trái rồi đánh lái sang phải làm xe mất ổn định lượn qua lượn lại trong suốt quá trình đánh lái và làm cho xe bị trượt phần phía sau xe. Người lái không còn kiểm soát được nữa, kết quả là xe sẽ quay quanh một trục thẳng đứng. Như hình vẽ ở trên, để tránh hiện tượng xe mất ổn định khi gặp chướng ngại vật, hệ thống ESC sẽ thực phanh lần lượt các bánh sau bên trái, bánh trước bên phải, bánh trước bên trái. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Quá trình phanh bánh xe sau bên trái: khi người lái thấy chướng ngại vật sẽ cố gắng đạp phanh và quay vô lăng để tránh. Từ các dữ liệu được cung cấp bởi các cảm biến góc quay vô lăng, cảm biến gia tốc ngang, bộ điều khiển ESC sẽ nhận ra rằng xe đang chuyển động mất ổn định. Hệ thống tính toán và đưa ra các biện pháp tác động ngược lại sự chuyển động mất ổn định của xe bằng cách bộ điều khiển ESC (ESC module) đưa ra các tín hiệu nhằm kết hợp với hệ thống ABS phanh bánh xe sau bên trái. Khi phanh bánh xe sau bên trái, chỉ có van kiểm soát lực kéo 1 (TCV 1) mở để áp lực dầu từ xylanh phanh chính đi đến van điện từ giữ áp của bánh xe trái sau, từ đó đi đến xylanh con bánh xe trái sau. Các van điện từ giữ áp khác lúc này đóng.
97 + Quá trình phanh bánh xe phía trước bên phải: khi phanh bánh trái phía sau sẽ thúc đẩy chuyển động xoay của xe, các lực bên tác động lên các bánh trước làm xe có xu hướng chuyển hướng sang trái. Người lái sẽ đánh lái sang phải. Để giúp đỡ người lái trong trường hợp này thì bộ điều khiển ESC điều khiển lực phanh bánh trước bên phải nhằm hãm lại. Lúc này van điện từ giảm áp của bánh xe phải phía trước được mở để áp lực dầu phanh tác động đến bánh phải phía trước. Còn các bánh sau thì quay tự do.
Hình 6.49 Mô tả mạch dầu khi ô tô tránh chướng ngại vật khi phanh bánh phải phía
trước
+ Quá trình phanh bánh xe phía trước bên trái: trước khi thay đổi làn đường có thể gây ra sự quay của xe quanh trục thẳng đứng. Để ngăn chặn sự trượt phía sau xe do trượt ngang khi quay vòng, bánh xe trước bên trái được phanh lại. Lúc này van kiểm soát lực kéo nhánh 2 và van giữ áp bánh trái phái trước sẽ mở để áp suất dầu phanh tác dụng lên xy lanh con bánh xe.
98
Hình 6.50 Mô tả mạch dầu khi ô tô tránh chướng ngại vật khi phanh bánh trái phía
trước
+ Khi tất cả các hoạt động không ổn định của xe được điều chỉnh để xe về quỹ đạo chuyển động ổn định, thì hệ thống ESC ngừng can thiệp.
99