Chức năng điều khiển khi xuống dốc (HDC) được dùng trong điều kiện xe chạy địa hình, đảm bảo việc tự động giảm tốc độ xe và duy trì tốc độ ổn định trên bề mặt dốc. Chức năng này cũng cho phép tài xế tập trung trong việc điều khiển xe mà không cần phải quan tâm tới vấn đề phanh.
Chức năng HDC được kích hoạt bằng tay thông qua một nút bấm ở bảng công tắc trên bảng điều khiển. Khi kích hoạt, tốc độ của xe sẽ được giữ ổn định ở mức 8 km/h nhờ hệ thống DSC điều khiển phanh để giữ tốc độ.
Dưới đây là các điều kiện cần để kích hoạt chức năng HDC:
• Nút khởi động được nhấn – đèn LED sáng.
• Vận tốc xe dưới 40 km/h.
• Lực ấn chân ga dưới 15%.
• Nhận diện tình trạng xe xuống dốc.
Tình trạng xe đổ dốc được hệ thống nhận diện thông qua vận tốc xe và mức tải của động cơ nhờ bộ điều khiển động cơ. Tín hiệu vị trí chân ga và tải động cơ được truyền tới bộ điều khiển DSC thông qua mạng CAN bus.
Nút bấm HDC có thể được kích hoạt khi xe ở vận tốc dưới 60 km/h và đèn LED sáng để thông báo tình trạng chờ. Tuy nhiên, chức năng này sẽ không có tác dụng cho đến khi vận tốc của xe xuống dưới 40 km/h.
Tài xế có thể tăng tốc trong khi chức năng HDC đang hoạt động đến mức cho phép bằng 20% tải động cơ. HDC sẽ ngừng điều chỉnh khi tài xế cần tăng tốc cho xe. Nếu tốc độ xe trên 60 km/h, chức năng HDC sẽ tự động dừng.
64
Hình 3.24. Minh hoạ tính năng HDC hỗ trợ xe xuống dốc[4]
3.4.4.2. Khoá vi sai tự động (ADB)[4]
Trên mặt đường khô, không trơn trượt, mômen xoắn của xe sẽ chia thành 60% cho cầu
sau và 40% cho cầu trước thông qua bộ bánh răng hành tinh trong bộ vi sai.[4]
Nếu một hoặc nhiều bánh xe xoay nhanh hoặc trượt, hệ thống DSC sẽ kích hoạt một quy trình tự xử lý và kéo các phanh ở các bánh xe bị ảnh hưởng. Mômen lái được phân bố qua vi sai tới các bánh xe còn lại có hệ số ma sát ổn định.
Mômen lái được phân bố đến các bánh qua bộ vi sai trong từng tình huống khác nhau như sau:
• Ba bánh – với một bánh đang quay nhanh (hình 3.25).
• Trên hai bánh đối xứng chéo nhau quay nhanh ở hai cầu khác nhau (hình 3.26).
• Trên một cầu duy nhất với hai bánh quay nhanh ở cùng cầu đó (hình 3.27).
Ngay khi bánh xe hết gặp tình trạng quay trơn hoặc bị trượt, mômen xoắn sẽ được phân phối đều lại trên từng bánh xe.
65
hình 3.25. Mô hình xe có một bánh bị quay trơn
66
Hình 3.27. Mô hình xe có hai bánh cùng một cầu bị quay trơn [4]
3.4.3.3. Điều khiển lực kéo (Traction Control) [4]
Tính năng kiểm soát lực kéo là một đặc trưng của hệ thống DSC III và không thể ngắt hoạt động bởi công tắc DSC. Nếu ta nhấn công tắc, hệ thống chỉ tắt đi tính năng điều chỉnh ổn định chuyển động của hệ thống DSC.
Tính năng kiểm soát lực kéo luôn cần thiết trong mọi trường hợp để cung cấp khả năng điều khiển chống xoay vòng nhanh của các bánh xe, đặc biệt khi xe không chạy đường trường. Đèn cảnh báo DSC trên bảng điều khiển vẫn sáng khi hệ thống bị tắt bằng tay hoặc khi có lỗi trong hệ thống.
Chức năng kiểm soát chạy địa hình hoặc điều chỉnh xuống dốc cũng tăng thêm tải trọng lên phanh. Để hạn chế việc quá nhiệt của các phanh và rotor, nhiệt độ của các rotor liên tục được tính toán từ các dữ liệu vận tốc xe và lượng lực nhấn phanh. Nếu nhiệt độ của một
hay nhiều rotor vượt quá ngưỡng 600oC, chức năng kiểm soát lực kéo hoặc chức năng HDC
của bánh xe đó sẽ bị dừng tạm thời. Đến khi nhiệt độ của một hoặc nhiều rotor xuống dưới
67
Ngoài ra, các chức năng phanh thông thường (kể cả hệ thống ABS) đều hoạt động dưới
bất cứ nhiệt độ nào. [4]
3.4.4.4. Lập trình môđun điều khiển phanh ABS khi chạy địa hình[4]
Việc lập trình để điều chỉnh môđun điều khiển phanh ABS được thay đổi nhằm nâng ngưỡng kích hoạt chức năng ABS cao hơn khi xe đang chạy địa hình trên nền đất mềm hoặc đất sỏi đá. Một bánh xe bị khoá cứng sẽ hiệu quả hơn trong việc giảm tốc nhờ vào lớp đất chắn tạo nên ở trước bánh xe.
Thêm vào đó, việc lập trình cho bộ điều khiển DSC III cũng cho phép một hay nhiều bánh trước chạy cố định ở tốc độ 20 km/h miễn là xe vẫn tiếp tục di chuyển về phía trước. Nếu bộ điều khiển DSC nhận tín hiệu từ cảm biến góc đánh lái về tín hiệu đánh lái, hệ thống ABS sẽ kích hoạt để ngừng việc khoá tốc độ bánh xe và cho phép xe có thể đánh lái bình thường.
68
Chương 4. BỘ TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN TỬ TRÊN XE BMW ACTIVEHYBRID X6
4.1. Tổng quan bộ trợ lực lái điện tử EPS[1]
Do yêu cầu bộ trợ lực lái phải luôn hoạt động kể cả ở chế độ thuần điện hay có sự can thiệp của động cơ đốt trong, dòng xe E72 trong quá trình phát triển được thiết kế để sử dụng bộ trợ lực cơ điện tử thay vì bộ trợ lực thuỷ lực thông thường.
Mô-tơ điện sử dụng để tạo ra góc đánh lái được lắp song song với bộ cơ cấu lái thanh răng – bánh răng. Nguyên lý thiết kế và chức năng của hệ thống trợ lực lái cơ điện tử trong dòng xe E72 có sự tương đồng khá lớn với hệ thống lái trên dòng xe E89.
Các thay đổi đáng chú ý trong hệ thống trợ lực trên dòng xe E72 so với các model trước
bao gồm:[1]
• Thay đổi cấu tạo để tương thích với biên dạng cầu xe của E72.
• Tăng cường công suất của mô-tơ điện nhờ vào các lực trên rôtuyn lớn hơn.
• Tích hợp vào mạng giao tiếp và hệ thống kiểm soát năng lượng trên model E72.
Các đặc trưng cơ bản của bộ trợ lực lái cơ điện tử trên E72 bao gồm:[1]
• Giảm đáng kể dao động từ mặt đường (tăng độ êm dịu).
• Hỗ trợ thu hồi lại vô lăng (tăng độ êm dịu).
• Cơ chế đánh lái servo phụ thuộc tốc độ “Servotronic” (tăng độ êm dịu và độ an toàn
khi lái).
• Không có mạch dầu thuỷ lực (đơn giản hoá việc lắp ráp và giảm nguy cơ rò rỉ dầu).
• Hoạt động của mô-tơ điện dựa theo yêu cầu hoạt động của xe (giảm tiêu thụ nhiên
liệu).
• Cơ chế đánh lái servo hoạt động độc lập với tốc độ của động cơ đốt trong.
Bộ trợ lực lái điện tử EPS bao gồm các bộ phận:
• Cảm biến mômen lái.
• Bộ điều khiển EPS.
69
• Bộ phận giảm tốc.
• Hộp cơ cấu lái thanh răng-bánh răng.
Các bộ phận này sẽ được tích hợp chung trong một hộp gắn trên xe, thường được gọi là “hộp cơ cấu đánh lái thanh răng-bánh răng”. Trong quá trình sửa chữa bảo dưỡng, ta sẽ thay thế toàn bộ hộp này nếu có nhu cầu thay mới. Sau khi thay thế một hộp cơ cấu đánh lái EPS mới, chúng ta cần phải tiến hành điều chỉnh lại góc đặt bánh xe và độ chụm của bánh xe. Khi khởi động, xe cũng phải trải qua quy trình kiểm tra để đảm bảo hệ thống hoạt
động hoàn toàn bình thường.[1]
Hình 4.1.Hệ thống trợ lực lái điện tử EPS
Sự khác biệt giữa bộ trợ lực lái thuỷ lực và trợ lực lái điện tử nằm ở phương pháp tạo lực hỗ trợ nhằm giảm đi lượng lực mà tài xế phải tác động lên vô-lăng.
Ở bộ trợ lực lái thuỷ lực, bơm trợ lực sẽ được vận hành bởi dây curoa từ động cơ hoặc vận hành bằng một mô-tơ điện. Chiếc bơm này là một phần trong bộ trợ lực lái, làm nhiệm vụ tạo ra áp suất cũng như lưu lượng dòng chảy thuỷ lực nhằm hỗ trợ trong việc đánh lái. Hệ thống trợ lực lái điện tử sản sinh ra trợ lực trực tiếp từ một mô-tơ điện, bằng cách truyền mômen xoắn từ mô-tơ đến trục lái hoặc bánh răng lái. Vì vậy, các hệ thống trợ lực như này thường được gắn thêm các bánh răng phụ để kết nối mô-tơ điện với các bộ phận khác của hệ thống lái thông dụng hiện nay.
70
4.2. Các đặc trưng riêng biệt của bộ trợ lực lái điện tử EPS[5]
Mô-tơ điện trong bộ trợ lực lái EPS có khả năng cung cấp thêm lượng trợ lực bổ sung vào lực đánh lái của tài xế. Bộ điều khiển EPS sẽ tự quyết định về độ lớn lực cũng như khoảng thời gian tác dụng thông qua việc tính toán các thông số đầu vào từ các cảm biến trên xe, ví dụ như từ thông số tốc độ động cơ.
Mối liên kết cố định giữa vô lăng và các bánh xe trước sẽ không thay đổi trong bộ trợ lực lái điện tử. Tỷ số truyền giữa các bánh răng cũng được giữ nguyên, do đó vị trí của vô lăng luôn tương đồng với vị trí của các bánh trước.
Để các bánh xe trước có thể đáp ứng theo lượng góc lái tạo ra từ vô lăng và kết hợp bộ trợ lực lái, xe cần phải có một lực cản để bù lại: đó chính là lực giữ vô lăng từ tài xế. Tài xế lúc này phải giữ vô lăng thật chắc. Ngoài ra, ta có thể sử dụng thêm một bơm hỗ trợ cho việc này, tuy nhiên bộ phận này chỉ thường gặp trên các bộ trợ lực lái thuỷ lực.
Bên cạnh đó, mặc dù đều sử dụng hệ thống cơ khí tương tự, nhưng hệ thống trợ lực lái vẫn sẽ đảm bảo việc thích ứng tốt với các dòng xe BMW mới trong tương lai. Ngay cả khi các mẫu xe thể thao đời sau yêu cầu phải đánh lái chính xác hơn và điều khiển tốt hơn, bộ trợ lực vẫn có thể đáp ứng tốt bằng cách giảm lượng trợ lực lái. Tuy nhiên tài xế lúc này cần phải tác dụng thêm lực lên bánh lái, từ đó những phản hồi từ bánh xe sẽ giúp cho tài
xế cảm giác lái một cách chân thực nhất có thể.[5]
Ngược lại, ở các mẫu xe yêu cầu các tính năng điều khiển phải thoải mái nhất có thể, bộ trợ lực lái cũng có thể được điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu đó. Cùng với sự biến mất của hệ thống thuỷ lực (như bơm, các ống dẫn, bộ làm mát, dầu trợ lực,..v.v), việc lắp ráp hệ thống lái trên các dây chuyền sản xuất sẽ đơn giản hơn với các nhà sản xuất. Hệ thống trợ lực lái EPS sẽ được cung cấp như hệ thống lắp sơ bộ và được gắn vào xe trong quá trình sản xuất. Bên cạnh đó, hệ thống EPS cũng loại bỏ luôn các nguy hiểm đến môi trường như việc bị rò dầu trợ lực.
Vì mô-tơ điện chỉ được kích hoạt ở khi cần thiết (vào lúc đánh lái, không kích hoạt khi xe đang chạy thẳng) mà lượng nhiên liệu tiêu thụ cũng giảm, lượng công suất có ích của động cơ tăng khi so sánh với động cơ sử dụng hệ thống trợ lực lái thuỷ lực truyền thống.
71
Các số liệu dưới đây sẽ minh hoạ sự khác biệt trong lượng công suất tiêu thụ giữa hai hệ thống trợ lực khác nhau.
Bảng 4.1. Bảng so sánh công suất giữa hai loại hệ thống trợ lực
Lượng công suất tiêu thụ Hệ thống trợ lực lái điện tử Hệ thống trợ lực lái
thuỷ lực
Công suất tối thiểu 10 Watt 300 -400 Watt
Công suất tối đa 1000 Watt 2000 Watt
4.3. Cấu tạo của bộ trợ lực lái điện tử EPS[5]
4.3.1. Cấu tạo cơ khí của bộ trợ lực lái EPS[5]
Để so sánh, dưới đây là hình ảnh của hệ thống trợ lực lái thuỷ lực và hệ thống trợ lực lái điện tử có mô-tơ điện lắp song song.
Hình 4.2. Hệ thống trợ lực lái thuỷ lực
STT Chú thích
1 Bầu đựng dầu trợ lực
2 Trục lái
3 Bộ dẫn động thanh xoắn và xupap
4 Rô-tuyn
5 Bơm trợ lực lái thuỷ lực
6 Thanh răng lái
Bảng 4.2. Chú thích các bộ phận hệ thống trợ lực lái thuỷ lực
72
Hình 4.3. Hệ thống trợ lực lái điện tử có mô-tơ điện lắp song song[5]
Hình 4.4. Hộp EPS với cơ cấu lái thanh răng–bánh răng và mô-tơ điện song song Bảng 4.4. Chú thích các bộ phận của EPS
STT Chú thích STT Chú thích
1 Cơ cấu trục vít đai ốc bi (một
phần của bánh răng giảm tốc) 7 Tấm điều chỉnh khoảng ăn khớp
2 Thanh răng 8 Đường truyền tín hiệu và công suất
đến cảm biến mômen đánh lái
3 Bánh răng 9 Bộ điều khiển EPS
4 Cảm biến mômen đánh lái 10 Mô-tơ điện
5 Vỏ chắn bụi 11 Cơ cấu dây đai răng (một phần của
bánh răng giảm tốc)
6 Rô-tuyn 12 Hộp chứa bánh răng giảm tốc
STT Chú thích
1 Thanh răng lái
2 Cảm biến mômen đánh lái
3 Trục lái
4 Rô-tuyn
5 Bộ điều khiển EPS
6 Mô-tơ điện và cảm biến vị trí
7 Bánh răng giảm tốc
Bảng 4.3. Chú thích các bộ phận hệ thống trợ lực lái điện tử
73
4.3.2. Các bộ phận trong bộ trợ lực lái điện tử EPS[5]
4.3.2.1. Cảm biến mômen đánh lái[5]
Cảm biến mômen đánh lái sẽ cung cấp thông tin cho bộ điều khiển EPS về lượng mômen xoắn tác dụng từ tài xế theo dạng tín hiệu đầu vào. Bộ điều khiển EPS sử dụng tín hiệu đó cùng những tín hiệu đầu vào khác để tính toán lượng mômen bổ sung cần thiết và theo đó vận hành mô-tơ điện cho phù hợp. Mômen xoắn sinh ra từ mô-tơ điện sẽ đóng vai trò như một bánh răng giảm tốc đến lượng mômen đánh lái từ tài xế. Tổng lượng mômen xoắn sau cùng sẽ được chuyển thành lực đánh lái tới các bánh xe cầu trước thông qua thanh răng lái.
Hình 4.5. Vị trí của cảm biến mômen đánh lái[5]
Chuyển động quay của trục đầu vào (3) và nam châm vòng (5) sẽ được đo đạc và phân tích bằng điện tử bởi bộ phận cảm biến (1). Nguyên tắc vật lý áp dụng chủ yếu ở đây là hiệu ứng Hall. Khi nhận thấy đầu thanh xoắn (2) bên trong trục đầu vào có dấu hiệu bị khoá cứng, mạch phân tích trong cảm biến có thể tính toán lượng mômen xoắn từ mức độ xoắn của thanh xoắn. Mômen đánh lái sau đó được truyền đến bộ điều khiển EPS thông qua dây cáp kết nối trực tiếp.
Tín hiệu cảm biến mặt khác còn được bổ sung từ một cảm biến phụ, giúp hệ thống luôn hoạt động kể cả khi xảy ra hư hỏng ở cảm biến. Nếu có sự chênh lệch lớn giữa tín hiệu của hai cảm biến trong quá trình vận hành, hệ thống sẽ tiếp tục hoạt động dựa trên dữ liệu đáng
STT Chú thích
1 Bộ phận cảm biến tích hợp mạch phân tích
2 Đầu thanh xoắn và 5 nam châm hình vòng
3 Trục đầu vào
4 Lò xo xoắn
5 Nam châm vòng
Bảng 4.5. Chú thích bộ phận của bộ cảm biến mômen đánh lái
74
tin cậy hơn trong hai cảm biến, đảm bảo hệ thống EPS luôn hoạt động ổn định. Nếu vẫn còn lỗi xảy ra ở cuối quá trình lái, hệ thống EPS sẽ ngưng vận hành trong lần lái tiếp theo.
4.3.2.2. Bộ điều khiển EPS[5]
Tương tự như mạch điều khiển, bộ điều khiển EPS cũng bao gồm các linh kiện điện tử nhằm hỗ trợ vận hành mô-tơ điện.
Các linh kiện điện tử ấy bao gồm một rơ-le nhiều đầu ra giúp ngắt việc cung cấp điện đến các cuộn dây trong mô-tơ trong trường hợp xảy ra lỗi. Việc ngắt mạch cũng cho phép trục mô-tơ điện quay tự do, do đó ta tránh được các tình huống lỗi khiến mô-tơ điện bị khoá điện tử. Ngoài ra, bộ điều khiển EPS còn được lắp một cảm biến nhiệt độ nhằm phát hiện các tình huống quá nhiệt phát sinh trong bộ điều khiển.
Hình 4.6. Bộ điều khiển EPS và vị trí lắp mô-tơ điện[5]
Bảng 4.6. Chú thích các bộ phận của bộ điều khiển EPS
Phần vỏ nơi lắp bộ điều khiển EPS (cũng như mô-tơ điện) thường được đặt ở vị trí tiếp