2.4.1. Giới thiệu chung
- Mục đích của hệ thống này ngăn bánh xe quay trơn khi tăng tốc. Mô men xoắn cực đại có thể được truyền đến bánh xe được xác định bằng lực ma sát sinh ra giữa mặt đường và lốp xe. Nếu mô men xoắn vượt mức giới hạn thì bánh xe có thể quay trơn.
- Những điều kiện để TCS hoạt động bao gồm: nhựa đường, độ trơn của bề mặt đường, tăng tốc khi quay vòng và đột ngột, khi mặt đường trơn trượt cả 2 bên hay 1 bên, khi xe đi trên đường dốc.
- Hệ thống TCS sẽ giúp cho các bánh xe dẫn động không bị trượt khi người lái đạp chân ga quá mạnh khi khởi hành hoặc khi tăng tốc trên đường trơn trượt, đồng thời với việc điều khiển phanh thủy lực trên các bánh dẫn động, ECU kiểm soát trượt còn ra lệnh cho ECM điều khiển công suất động cơ, điều này sẽ giúp tạo ra dẫn động phù hợp với điều kiện lái xe, giúp đảm bảo khả năng tăng tốc khi khởi hành phù hợp.
Hình 2.52 Mô tả hoạt động của TCS
2.4.2. Vị trí các bộ phận và chức năng 2.4.2.1. Vị trí các bộ phận 2.4.2.1. Vị trí các bộ phận
- Hệ thống TCS gồm 3 cụm bộ phận chính sau đây: Cụm tín hiệu đầu vào, hộp điều khiển, bộ chấp hành.
- Bộ điều khiển thủy lực điện tử là một phần không thể tách rời của hệ thống ECU kiểm soát trượt.
- Các cảm biến tốc độ bánh xe ở mỗi bánh xe sẽ gửi các tín hiệu tốc độ mỗi bánh xe về bộ điều khiển ECU kiểm soát trượt.
- Bộ điều khiển ECU kiểm soát trượt nhận được một nguồn cung cấp điện liên tục từ cực IG1 với điện áp làm việc từ 11V-14V.
- Khi bật công tắc IG, bộ điều khiển ECU kiểm soát trượt được cung cấp điện và đèn cảnh báo trượt sẽ sáng lên báo hiệu kiểm tra hệ thống TCS. Nếu hệ thống TCS bình thường thì đèn cảnh báo trượt sẽ tắt sau 3-5s.
- Các bộ phận của hệ thống TCS cũng như các bộ phận của hệ thống ABS sẽ được kiểm tra liên tục bởi ECU kiểm soát trượt. Nếu hệ thống TCS có lỗi thì một mã lỗi chẩn đoán sẽ được tạo ra, đèn cảnh báo ABS và đèn cảnh báo trượt sẽ sáng lên và hệ thống sẽ ngừng hoạt động.
- Các van điện từ TCS dùng chung với van điện từ của hệ thống phanh ABS, có thêm hai van điện từ ngắt xy lanh phanh chính.
- Hệ thống TCS sẽ kết hợp với các hệ thống ABS, EBD và ECM điều khiển động cơ.
2.4.2.2. Chức năng
- ECU kiểm soát trượt: Đánh giá điều kiện chuyển động dựa trên tín hiệu từ cảm biến tốc độ trước và sau và dựa vào tín hiệu vị trí bướm ga từ ECU và ECT rồi gửi tín hiệu điều khiển đến bộ chấp hành bướm ga và bộ chấp hành phanh. Cùng lúc đó nó gửi tín hiệu đến ECU động cơ và ECT để báo rằng TCS hoạt động. Nếu hệ thống TCS hỏng, nó bật đèn cảnh báo trượt để báo cho người lái biết. Khi đặt ở chế độ chẩn đoán, nó hiển thị hư hỏng bằng mã lỗi.
- Công tắc cắt ESC OFF: Cho phép người lái ngừng hoạt động của hệ thống TCS khi bấm 1 cái, nếu bấm và giữ 3s thì sẽ tắt hệ thống điều khiển ổn định xe (ESC).
- ECM điều khiển động cơ : Nhận tín hiệu từ ECU kiểm soát trượt, tín hiệu của bộ chấp hành bướm ga để thay đổi góc mở bướm ga, điều khiển công suất động cơ.
- Cảm biến vị trí bướm ga: Phát hiện góc mở bướm ga và gửi tín hiệu tới ECM điều khiển động cơ.
- Bộ chấp hành phanh ABS: Điều khiển áp suất dầu đến các xy lanh phanh bánh xe sau bên phải và trái theo tín hiệu từ ECU kiểm soát trượt.
- Đèn cảnh báo trượt: Báo cho người lái biết hệ thống TCS đang hoạt động và báo cho người lái biết có hư hỏng trong hệ thống.
2.4.3. Quá trình điều khiển
Hình 2.54 Sơ đồ điều khiển TCS
- Khi xe bắt đầu khởi hành hay tăng tốc đột ngột trên đường trơn trượt thì: + Các bánh xe chủ động có ma sát thấp nhất sẽ bắt đầu trượt đầu tiên.
+ Khi tốc độ bánh xe bị trượt quay đạt 8.5km/h, TCS bắt đầu can thiệp bằng cách áp dụng phanh vào các bánh xe bị trượt quay.
+ Khi bánh xe được hãm lại, lực kéo được truyền thêm cho các bánh xe khác, nhưng các bánh xe vẫn bám trên đường.
+ Hệ thống TCS ngăn chặn sự trượt quay của bánh xe chủ động, thông qua điều khiển mô men phanh, và nó cải thiện khả năng tăng tốc và sự ổn định của xe.
+ Nếu các bánh xe chủ động có xu hướng trượt quay do mô men xoắn động cơ quá lớn, áp suất trong xy lanh bánh xe sẽ được tăng lên để ngăn chặn sự trượt đó. Sự trượt quay sẽ được nhận biết từ các cảm biến tốc độ bánh xe.
2.4.3.1. Chu trình điều khiển lực kéo
Hình 2.55 Đồ thị điều khiển hệ thống TCS
- Giai đoạn 1: giai đoạn phát hiện bánh xe bị trượt quay.
- Giai đoạn 2: giai đoạn này xu hướng bánh xe bị trượt quay sẽ được giảm tốc.
- Giai đoạn 3: giai đoạn khi sự giảm tốc bánh xe là dưới ngưỡng quy định và độ trượt
- Giai đoạn 4: giai đoạn khi tốc độ bánh xe nằm trong ngưỡng trượt.
- Giai đoạn 5: giai đoạn khi sự tăng tốc bánh xe vượt ngưỡng quy định và độ trượt vượt
qua ngưỡng trượt.
- Các giai đoạn trên được lặp đi lặp lại để điều khiển bánh xe và ngưỡng trượt được thay đổi ở mức thấp nhất để có được sự tăng tốc tối đa.
- Nếu bề mặt đường có hệ số ma sát thấp, các bánh xe khác cũng có thể bắt đầu bị trượt quay và khi tốc độ các bánh xe bị trượt quay đạt 6.5km/h thì ABS ECU sẽ gửi tín hiệu đến bộ điều khiển động cơ (ECM) để giới hạn mô men xoắn của động cơ, ngăn chặn các bánh xe khác bị trượt quay.
- Giới hạn mô men xoắn của động cơ lúc đầu cho phép bánh xe trượt quay, và dần dần giảm xuống cho đến khi tốc xe đạt 22km/h, sau đó giới hạn mô men xoắn của động cơ tăng lên lại và áp dụng hệ thống phanh.
2.4.4. Hoạt động của bộ chấp hành thủy lực
- Áp suất dầu do bơm tạo ra sẽ được điều chỉnh bởi van điện từ cắt xi lanh phanh chính để đạt tới áp suất cần thiết, do vậy các xilanh phanh ở bánh xe dẫn động được điều khiển ở chế độ tăng áp suất, giữ áp suất và giảm áp suất để kiểm soát mức độ trượt của bánh xe dẫn động. Van điện từ giữ áp và van điện tử giảm áp phanh sau được bật và tắt theo hoạt động của hệ thống ABS và và EBD. Van điện từ giữ áp và van điện tử giảm áp phanh trước ở chế độ không kích hoạt.
Hình 2.56 Tổng quan về mạch thủy lực
2.4.4.1. Trong quá trình phanh bình thường (không hoạt động)
- Tất cả các van điện trong bộ chấp hành phanh TCS đều tắt khi đạp phanh. Khi đạp phanh với hệ thống TCS trong điều kiện này, áp suất dầu sinh ra trong xy lanh chính tác dụng lên các xy lanh phanh bánh xe qua van điện cắt xy lanh phanh chính và van điện 3 vị trí của bộ chấp hành ABS. Khi nhả phanh, dầu phanh hồi từ xy lanh phanh bánh xe về xy lanh phanh chính.
2.4.4.2. Hoạt động dưới sự điều khiển của hệ thống TCS
- Nếu bánh sau bị trượt quay trong quá trình tăng tốc, ECU kiểm soát trượt điều khiển mô men xoắn của động cơ và phanh các bánh sau để tránh hiện tượng này. Áp suất dầu trong xy lanh phanh bánh sau bên phải và trái được điều khiển riêng rẽ theo 3 chế độ , tăng áp, giữ áp, giảm áp như mô tả sau đây:
Chế độ tăng áp:
- Khi đạp ga và một bánh sau bắt đầu trượt, ECU phát tín hiệu để bật tất cả các van điện của bộ chấp hành TCS. Cùng lúc đó van điện 3 vị trí của bộ chấp hành ABS cũng chuyển sang chế độ tăng áp. Ở chế độ này, van điện cắt xy lanh phanh chính bật (đóng). Van điện từ giữ áp suất tắt (mở), van điện từ giảm áp suất tắt (đóng), bơm dầu hoạt động, bơm dầu từ bình chứa đến xy lanh bánh sau tăng áp suất xy lanh bánh sau.
Chế độ giữ áp:
- Khi áp suất dầu trong các xy lanh phanh bánh sau tăng hay giảm đến giá trị yêu cầu, hệ thống được chuyển đến chế độ giữ. Sự thay đổi chế độ được thực hiện bằng cách thay đổi trạng thái van điện 3 vị trí của bộ chấp hành ABS, van điện từ giữ áp suất bật (đóng), van điện từ giảm áp suất tắt (đóng). Kết quả giữ nguyên áp suất dầu trong xy lanh bánh xe.
Chế độ giảm áp:
- Khi cần giảm áp suất dầu trong các xy lanh phanh bánh sau, ECU kiểm soát trượt chuyển van điện 3 vị trí của bộ chấp hành ABS đến chế độ giảm áp, van điện từ giữ áp suất bật (đóng), van điện từ giảm áp suất bật (mở). Nó làm cho áp suất dầu trong xy lanh phanh bánh xe giảm, dầu hồi về bình chứa.
2.4.5. Hoạt động của ABS/TCS ECU
- ECU kiểm soát trượt sử dụng các tín hiệu tốc độ từ 4 cảm biến tốc độ bánh xe và tính toán mức độ trượt giữa các bánh xe và mặt đường rồi giảm mô men xoắn động cơ và tốc độ góc bánh xe một cách tương ứng, vì vậy điều khiển được tốc độ bánh xe. Bên cạnh đó, ECU kiểm soát trượt có các chức năng kiểm tra ban đầu chẩn đoán và dự phòng.
2.4.6. Điều khiển tốc độ bánh xe và bộ chấp hành bướm ga
- ECU kiểm soát trượt liên tục nhận được các tín hiệu từ 4 cảm biến tốc độ bánh xe và nó cũng liên tục tính tốc độ của từng bánh xe. Cùng lúc đó, nó ước lượng tốc độ xe trên cơ sở tốc độ của 2 bánh trước và đặt ra một tốc độ điều khiển tiêu chuẩn.
- Nếu đạp ga đột ngột trên mặt đường trơn và các bánh sau (bánh chủ động) bắt đầu trượt quay, tốc độ bánh sau sẽ vượt quá tốc độ tiêu chuẩn. Vì vậy, ECU kiểm soát trượt gửi tín hiệu đóng bướm ga đến bộ chấp hành bướm ga. Cùng lúc đó, nó điều khiên bộ chấp hành thủy lực để cấp dầu phanh cao áp đến các xy lanh phanh bánh sau để tạo hiệu quả nhanh.
- Van điện 3 vị trí của bộ chấp hành ABS được chuyển chế độ để điều khiển áp suất dầu phanh bánh sau và vì vậy tránh cho bánh sau không bị trượt quay.
- Khi khởi hành hay khi tăng tốc đột ngột, nếu các bánh sau bị trượt quay, tốc độ của chúng sẽ không khớp với tốc độ quay của các bánh trước. ECU kiểm soát trượt biết được tình trạng này và sẽ kích hoạt hệ thống. ECU kiểm soát trượt đóng bướm ga, giảm lượng khí nạp và vì vậy giảm mô men xoắn của động cơ.
- Khi phanh bắt đầu tác dụng, sự tăng tốc của các bánh sau bắt đầu giảm và ECU kiểm soát trượt chuyển van điện 3 vị trí của ABS về chế độ giữ áp.
- Nếu sự tăng tốc của các bánh sau giảm quá nhiều, nó chuyển van đến chế độ giảm áp làm giảm áp suất dầu trong xy lanh phanh bánh xe và khôi phục lại sự tăng tốc của các bánh sau.
- Nhờ lặp lại các hoạt động như trên, ECU kiểm soát trượt đảm bảo tốc độ điều khiển tiêu chuẩn.
Chương 3
KIỂM SOÁT PHANH NHẠY CẢM - SBC (Sensotronic Brake Control) TRÊN XE MERCEDES-BENZ E-CLASS W211
3.1. Thông số kỹ thuật Mercedes-Benz E-Class W211
Hình 3.1 Mercedes-Benz W211
Động cơ 4 xy lanh thẳng hàng
Dung tích xy lanh 2987 cc
Công suất 167 Kw tại 3800 rpm
Moment xoắn 540 Nm tại 1600 rpm
Hộp số Tự động 6 cấp
Tăng tốc 0-100 km/h trong 7.3s
Tốc độ cực đại 240 km/h
Khí thải 215g/km CO2
Kích thước Dài 4890mm, rộng 1820mm, cao 1505mm
Nhiên liệu Xăng
Số cửa 4
Số chỗ ngồi 4
3.2. Giới thiệu về SBC trên xe Mercedes-Benz
3.2.1. Lịch sử phát triển SBC trên Mercedes-Benz
- Sơ lược về nguyên lý hoạt động hệ thống phanh EHB:
+ Hệ thống EHB hoàn toàn đáp ứng khả năng làm việc của hệ thống phanh thủy lực ABS và các liên hợp của xe, nhưng về mặt cấu trúc có những thay đổi đáng kể.
+ EHB không dùng bộ trợ lực trên xy lanh chính. Cụm bàn đạp xy lanh chính chỉ làm nhiệm vụ cấp tín hiệu khi phanh từ bàn đạp, đồng thời đảm nhận chức năng phanh xe dự phòng khi có sự cố trong hệ thống điện điều khiển [5].
+ Năng lượng phanh thực hiện thông qua bơm dầu DC (với nguồn điện 1 chiều cấp từ bình điện của xe) Hệ thống truyền năng lượng tiến hành phanh và điều chỉnh một phần lực kéo bánh xe thực hiện nhờ các mạch thủy lực truyền dẫn từ bơm dầu tới các van điều áp bố trí trong block thủy lực.
+ Nguyên lý cơ bản của các cụm còn lại tương tự như các cụm của hệ thống phanh thủy lực có ABS. Các chức năng của EHB cũng bao gồm ABS và liên hợp BAS, TCS, ESC và liên kết với các hệ thống truyền lực khác nhau như EMS, MSR, ABD.
+ Khả năng phân phối lực phanh trên các bánh xe thực hiện độc lập đối với các bánh xe, do vậy khả năng động lực học của xe được đáp ứng tốt. Khả năng điều chỉnh lực dọc trên ô tô có động cơ và cầu trước chủ động phụ thuộc vào điều kiện chuyển động của ô tô trên nền đường khác nhau như hình 3.2.
Hình 3.2 Phân phối lực phanh trên các bánh xe
+ Hệ thống phanh thủy lực điện tử SBC mới xuất hiện vào những năm sau 2000. SBC là một phân khúc của hệ thống EHB năng lượng cung cấp cho các xi lanh bánh xe được thực hiện nhờ ắc quy và nguồn điện 1 chiều trên xe thông qua bơm dầu, bàn đạp phanh và xy lanh chính chỉ được sử dụng như phần tạo tín hiệu phanh yêu cầu.
3.2.2. Sensotronic Brake Control trên Mercedes Benz E-Class W211
- Khi các tài xế nhấn bàn đạp phanh hiện nay, chân họ di chuyển một thanh piston được liên kết với bộ trợ lực phanh và xi lanh phanh chính. Tùy thuộc vào lực đạp, xi lanh phanh chính tạo ra áp suất thích hợp trong các dây phanh - trong tương tác đã được thử nghiệm và thử nghiệm của cơ học và thủy lực - sau đó nhấn má phanh vào đĩa phanh thông qua xi lanh bánh xe.
- Ngược lại, trong SBC của Mercedes-Benz, một số lượng lớn các thành phần cơ khí được thay thế đơn giản bằng điện tử. Bộ trợ lực phanh sẽ không cần thiết [5]. Thay vào đó, các cảm biến đo áp suất bên trong xi lanh phanh chính cũng như tốc độ mà bàn đạp phanh được vận hành và truyền các dữ liệu này đến máy tính SBC dưới dạng xung điện. Để cung cấp cho người lái cảm giác phanh quen thuộc, các kỹ sư đã phát triển một trình giả lập đặc biệt được liên kết với xi lanh chủ song song và di chuyển bàn đạp bằng lực lò xo và thủy lực. Nói cách khác: trong quá trình hãm, bộ phận truyền động hoàn toàn bị ngắt kết nối với phần còn lại của
hệ thống và phục vụ mục đích duy nhất là ghi lại bất kỳ lệnh phanh nào. Chỉ trong trường hợp có sự cố lớn hoặc mất điện, SBC mới tự động sử dụng các dịch vụ của xi lanh chủ song song và ngay lập tức thiết lập một liên kết thủy lực trực tiếp giữa bàn đạp phanh và phanh bánh trước để giảm tốc xe an toàn.