Bộ điều khiển hộp số phụ (VGSG) có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất khóa các đĩa ly hợp ma sát trong hộp số phụ. VGSG sẽ nhận thông tin về áp suất khóa các đĩa ly hợp cần thiết từ bộ điều khiển DSC. Việc xử lý, điều khiển và nguồn điện cần có cho toàn bộ quá trình được lưu trữ và thực hiện bởi VGSG. Các thông tin này được chuyển đổi và xuất ra thành chuyển động quay tương ứng của mô tơ trợ lực.
Để xác định vị trí của mô tơ trợ lực và xác định sự hao mòn của các đĩa ly hợp ma sát, VGSG sẽ kiểm tra các yếu tố có liên quan bằng cách điều khiển điện trở hiệu chỉnh chạy tham khảo sau mỗi lần bugi ngắt đánh lửa (động cơ đã khởi động). Cảm biến Hall được tích hợp trong mô tơ trợ lực sẽ quyết định đến vị trí của trục mô tơ lúc này. Trong khi chạy tham khảo, các đĩa ly hợp sẽ đóng hoàn toàn hoặc mở hoàn toàn. Sau quá trình chạy tham khảo, hệ thống sẽ tìm ra sơ đồ làm việc tối ưu cần có cho hộp số phụ và các đĩa ly hợp ma sát sẽ được dẫn động. Lúc này dòng điện tiêu thụ cho việc dẫn động các đĩa ly hợp ma sát chính là yếu tố dùng để xác định vị trí mô tơ trợ lực chứ không còn là tín hiệu từ cảm biến Hall nữa. Điều này cho phép VGSG xác định khi nào bắt đầu và khi nào ngưng quá trình dẫn động các đĩa ly hợp ma sát.
Việc tính toán các thông tin liên quan đến các đĩa ly hợp ma sát và dầu bôi trơn để chống hao mòn đều được xử lý và lưu trữ ở VGSG. Trong trường hợp hệ thống cân bằng điện tử DSC bị hỏng và không thể gửi thông tin cho VGSG, thì VGSG vẫn có thể duy trì hoạt động các chức năng của AWD thêm một thời gian vì bộ phận này có tích hợp một chức năng dự phòng để dẫn động các đĩa ly hợp ma sát của hộp số phụ trong trường hợp khẩn cấp.
23
CHƯƠNG 3. SỰ PHỐI HỢP CỦA HỆ THỐNG XDRIVE VỚI HỆ THỐNG KHÁC 3.1 Tìm hiểu về hệ thống DSC (Dynamic Stability Control)
Hệ thống DSC là hệ thống cân bằng điện tử của BMW. Được thiết kế và sản xuất bởi hãng thiết kế cơ khí và điều khiển điện tử nổi tiếng của Đức đó là Bosch Global và cũng là một trong các hệ thống an toàn được ưu tiên phát triển và ứng dụng hàng đầu trên các hãng xe ngày nay. Hệ thống xuất hiện lần đầu năm 1995 trên 2 mẫu xe của BMW là 750iL và 850Ci cùng động cơ 5.4L V12 và được giới thiệu đến khách hàng lần đầu tiên trên BMW 740i/L và 750i/L vào năm 1997. Đây chính là nguyên thủy và là tiền đề cho nhiều hãng xe khác sau đó phát triển và ứng dụng trên các mẫu xe của mình.
24
3.2 Nguyên lý hoạt động của DSC
Hệ thống cân bằng điện tử DSC chính là trung tâm của hệ thống kiểm soát khung gầm trên các dòng xe BMW bởi vì trong suốt quá trình xe BMW hoạt động, hệ thống này liên tục ghi nhận các giá trị thông số ảnh hưởng đến việc duy trì cân bằng ổn định của xe. Các thông tin này đến từ các cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến góc đánh lái, cảm biến đo gia tốc ngang, gia tốc dọc cũng như cảm biến xác định gia tốc xoay xe theo trục đứng để xác định các tình huống nguy hiểm có thể xảy ra. Đầu tiên, hệ thống sẽ giám sát cảm biến góc đánh lái để xác định đoạn đường mà người điều khiển đã chọn để di chuyển. Sau đó, cảm biến đo gia tốc ngang được dùng để xác định lực ngang tác dụng lên xe từ sự tiếp xúc giữa lốp với mặt đường. Cảm biến đo gia tốc xoay xe theo trục đứng có nhiệm vụ theo dõi góc xoay xe có thể tạo ra, cảm biến áp suất phanh dùng để xác định lực dọc trục hay lực quán tính tác dụng lên xe khi phanh. Nếu DSC cảm nhận được bất kỳ sự thay đổi bất thường nào từ các thông tin thu được với các thông số đã được lập trình trước, hệ thống sẽ lập tức can thiệp bằng cách giảm mômen xoắn và phanh từng bánh xe để giúp xe lấy lại sự cân bằng cần có thông qua hệ thống điều khiển động cơ và các hệ thống phanh. Tất nhiên việc xử lý này của DSC còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố liên quan và luôn luôn thay đổi để phù hợp với bất kỳ trường hợp nguy hiểm nào.
3.3. Tìm hiểu chung về các bộ phận của hệ thống xDrive / DSC
- Mô đun điều khiển DSC8 - Công tắc đèn phanh - Cảm biến áp suất phanh - Nút nhấn DSC - Cảm biến gia tốc xoay kết hợp gia tốc ngang - Điện trở hiệu chỉnh
- Cảm biến tốc độ bánh xe - Cảm biến vị trí mô tơ hộp số phụ - Cảm biến góc đánh lái - Mô tơ trợ lực hộp số phụ
- Công tắc cảnh báo mức dầu phanh - Bộ điều khiển hộp số phụ (VGSG)
3.3.1 Mô đun điều khiển DSC8
Mô đun điều khiển DSC8 được đặt trong khoang động cơ bao gồm 3 bộ phận chính: - Bộ điều khiển
- Phần thân cùng cảm biến áp suất phanh - Mô tơ bơm
25
Hình 3.2 Mô đun điều khiển DSC8
Hình 3.3 Đường dầu đến và đi của mô đun điều khiển DSC8
26
3.3.2 Cảm biến áp suất phanh
Cảm biến có nhiệm vụ xác định và thông báo áp suất dầu phanh có xu hướng tăng lên từ xy lanh phanh chính đến ngõ vào của bộ điều khiển thủy lực cho bộ phận điều khiển chức năng kiểm soát ổn định phanh để bộ phận này điều chỉnh áp suất phanh đến các bánh xe cho phù hợp. Cảm biến này được đặt ngay tại đường dầu phanh đi đến cầu trước của xe.
Cảm biến hoạt động dựa vào nguồn điện được cấp từ bộ điều khiển DSC và xuất ra một tín hiệu Vol dưới dạng thay đổi tuyến tính từ 0.5V đến 4.5V và ngược lại tùy vào mức độ đạp phanh của người lái.
27
3.3.3 Cảm biến gia tốc xoay kết hợp gia tốc ngang
Hình 3.5 Mặt trên và mặt dưới của cảm biến gia tốc xoay kết hợp gia tốc ngang
Ở các thế hệ DSC ra đời trước đó như DSC I và DSC II, các cảm biến gia tốc xoay và gia tốc ngang được tách rời và hoạt động riêng biệt nhưng đến với DSC III cũng là mẫu DSC được sử dụng trên hầu hết các dòng xe BMW ngày nay thì hai cảm biến này đã được kết hợp thành một. Cảm biến được đặt dưới ghế của người lái, có kích thước khá nhỏ và nhẹ được bảo vệ bởi một lớp vỏ bằng nhựa bên ngoài tránh khỏi các dao động của hệ thống khung gầm khi xe hoạt động.Tuy là một bộ phận kết hợp nhưng về nguyên tắc hoạt động thì vẫn không có gì thay đổi. Cảm biến kết hợp này vẫn hoạt động như hai cảm biến riêng lẽ. Chính vì vậy, để hiểu rõ về cách thức vận hành của bộ phận này, chúng ta cần phải tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hai cảm biến gia tốc xoay và gia tốc ngang.
28
3.3.4 Cảm biến gia tốc xoay
Hình 3.6 Vị trí đặt và chiều lực xoay của cảm biến đo gia tốc xoay
Bộ điều khiển DSC8 sẽ cấp cho cảm biến đo gia tốc xoay một nguồn điện 12V vừa dùng để hoạt động vừa dùng để nối đất. Cảm biến sẽ dùng tín hiệu này để xuất ra:
∙ Tín hiệu mặc định 2.5 V dùng để xác định góc xoay xe (dây số 3 của cảm biến)
∙ Tín hiệu dưới dạng tuyến tính thay đổi từ 0.7V đến 4.3V và ngược lại (dây số 4 của cảm biến)
29 Sau khi cảm biến xác định được góc xoay của xe thông qua tín hiệu tham khảo 2.5V, nếu góc xoay này vượt quá mức cho phép có thể gây nguy hiểm thì một tín hiệu tuyến tính thay đổi từ 0.7V đến 4.3V được dùng để cân bằng lại góc xoay này (từ -50° đến +50°), có thể tăng trị số Vol lên hoặc giảm xuống tương ứng. Đồng thời, khi kết hợp với các tín hiệu góc đánh lái, tốc độ ở các bánh xe, và gia tốc lực ngang từ cảm biến đo gia tốc ngang, cảm biến đo gia tốc xoay sẽ xác nhận dạng xe đang ở trong góc xoay như thế nào, có phù hợp với các tín hiệu còn lại, để từ đó gửi tín hiệu đến bộ điều khiển DSC8.
Bên cạnh đó, để xác định tình trạng làm việc của cảm biến, bộ điều khiển DSC8 cũng sẽ gửi một tín hiệu Vol đã được lập trình sẵn đến cảm biến thông qua dây số 5. Cảm biến sẽ tính toán và phản hồi lại cho bộ điều khiển DSC8 thông qua dây số 2 cứ mỗi 20ms. Bộ điều khiển DSC8 sẽ dùng các tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến góc đánh lái, và cảm biến đo gia tốc lực ngang để so sánh với tín hiệu cảm biến đo gia tốc xoay gửi về. Nếu tín hiệu phản hồi sai hoặc cảm biến không phản hồi thì lúc này bộ điều khiển DSC8 sẽ nhận biết cảm biến đã gặp vấn đề và sẽ cảnh báo người điều khiển thông qua đèn Check Engine đồng thời đưa ra phương án xử lý thay thế.
3.3.5 Cảm biến gia tốc ngang
30 Cảm biến nhận nguồn điện từ bộ điều khiển DSC để hoạt động cũng như để nối đất. Đồng thời, cảm biến cũng xuất ra tín hiệu Vol dưới dạng thay đổi tuyến tính để đo giá trị thay đổi của gia tốc lực ngang tác động lên xe từ hai phía khi xe chuyển động.
- Giá trị của cảm biến có thể thay đổi từ 0.5V đến 4.5V tùy thuộc vào sự thay đổi của
giá trị gia tốc lực ngang này (-1.5g đến +3.5g)
- Khi xe đứng yên trên đường thẳng, giá trị của cảm biến lúc này vào khoảng 1.7V
Đây được xem là giá trị danh định của cảm biến vì giá trị gia tốc lực ngang lúc này bằng 0 (0.0g). Cảm biến này hoạt động dưới dạng cảm biến kiểu điện dung. Khi xe chuyển động, sẽ chịu tác động của lực ngang, lúc này một tấm điện dung sẽ chuyển động trong khi tấm còn lại đứng yên. Kết quả thu được là giá trị tín hiệu Vol tỷ lệ với giá trị gia tốc lực ngang tác động lên xe. Dựa vào tín hiệu này cũng như các tín hiệu của các cảm biến quan trọng khác, bộ điều khiển DSC8 sẽ phân tích và đưa ra phương án xử lý hiệu quả nhất cho xe.
Nói tóm lại, cảm biến gia tốc xoay kết hợp gia tốc ngang dù đã hợp nhất hai cảm biến riêng lẽ lại với nhau nhưng vẫn hoạt động dựa trên hai nền tảng có sẵn của hai cảm biến chứ không có bất kỳ sự thay đổi hay đồng nhất nào liên quan đến nguyên lý hoạt động xảy ra giữa sự liên kết này. Chính vì vậy, khi cảm biến đo gia tốc xoay kết hợp gia tốc ngang hoạt động, cảm biến sẽ vừa xác định góc xoay thông qua giá trị 2.5V được gửi đi, tính toán thông qua giá trị Vol thay đổi tuyến tính từ 0.7V đến 4.3V. Đồng thời, cảm biến cũng xác định luôn giá trị gia tốc lực ngang tác động lên xe từ tín hiệu giá trị Vol thay đổi tuyến tính từ 0.5V đến 4.5V.
31
3.3.6 Cảm biến gia tốc ngang và xoay kết hợp
Hình 3.9 Mạch điện cảm biến đo gia tốc xoay kết hợp gia tốc ngang
3.3.7 Cảm biến tốc độ bánh xe
Ngày nay, tất cả các cảm biến đo tốc độ bánh xe trên xe BMW đều sử dụng kiểu cảm biến hoạt động theo hiệu ứng Hall. Bởi vì cảm biến Hall có nhiều ưu việt hơn các loại cảm biến có kiểu hoạt động khác:
- Tốc độ truyền tín hiệu sẵn có của cảm biến Hall khoảng 0.3 km/h - Tín hiệu truyền đi không phụ thuộc vào tốc độ bên ngoài
- Tín hiệu xuất ra dưới dạng sóng vuông
Cảm biến Hall bao gồm 3 bộ phận chính đó là vòng bao cảm biến cùng 1 mạch đánh giá được tích hợp kèm theo, 1 bộ truyền tín hiệu hiệu ứng Hall và 1 nam châm vĩnh cữu. Về nguyên lý hoạt động, bộ điều khiển DSC8 cấp nguồn điện ổn định 8V để duy trì hoạt động của cảm biến. Các cảm biến ở các bánh phía trước lẫn phía sau đều bao gồm 2 dây, 1 dây để nhận nguồn điện 8V này còn 1 dây để nối đất đồng thời gửi tín hiệu tốc độ bánh xe thu được đến bộ điều khiển DSC8. Tín hiệu này có thể thu được ở mức thấp khoảng tử 0.35V đến 1.3V khi cảm
32 biến đối diện với khe hở trên vòng đo xung và ở mức cao khoảng từ 1.9V đến 3.9V khi cảm biến đối diện với một răng nào đó của vòng đo xung.
Hình 3.10 Mạch điện cảm biến Hall
3.3.8 Cảm biến góc đánh lái
Cảm biến thường được đặt ở phía dưới cùng của trục lái, bên trên khớp nối giữa trục lái với các bộ phận của hệ thống treo, cảm biến bao gồm 1 bộ tạo xung điện áp và 1 bộ xử lý. Bộ tạo xung điện áp có chức năng tạo ra 2 tín hiệu điện áp để xác định 2 giá trị thay đổi của trục lái đó là góc lái và góc xoay của trục lái. Các tín hiệu này hoạt động xen kẽ cách nhau một khoảng
90°. Sau khi xác nhận được có những sự thay đổi của trục lái từ các tín hiệu thu được, bộ xử lý sẽ phân tích và chuyển đổi các tín hiệu này từ dạng xung thành dạng số rồi gửi tới bộ điều khiển DSC8 thông qua mạng CAN.
33
Hình 3.11 Giá trị điện áp thay đổi của bộ tạo xung điện áp cảm biến góc đánh lái
Bộ điều khiển DSC8 sẽ thu thập các thông tin này đồng thời so sánh với các giá trị của các cảm biến khác để xác minh tính hợp lý của các giá trị mà cảm biến góc lái gửi để sau đó đưa ra phương án xử lý. Bên cạnh đó, cảm biến góc đánh lái cũng cần hiệu chỉnh lại các giá trị điện áp của mình về mức 0° sau mỗi lần bộ điều khiển DSC8 xử lý các thông tin được gửi đến bằng cách gửi một mã xác minh ID đến bộ điều khiển DSC8. Nếu các giá trị số mà cảm biến góc đánh lái truyền đến hợp lý và đúng đắn, bộ điều khiển DSC8 sẽ phản hồi lại để điều chỉnh các giá trị điện áp này về mức 0° như yêu cầu.
3.3.9 Công tắc cảnh báo mức dầu phanh:
Công tắc được đặt bên trong nắp của thùng chứa dầu phanh hồi về. Bộ phận này có nhiệm vụ theo dõi lượng dầu phanh có trong thùng chứa. Nếu dầu còn đủ cho các hoạt động của hệ thống phanh, công tắc sẽ đóng. Ngược lại, nếu lượng dầu quá ít vượt mức giới hạn cho phép, công tắc sẽ mở để gửi tín hiệu đến bảng hiển thị nhằm cảnh báo người lái thông qua mạng I Bus (mạng I Bus dùng để truyền thông tin đến bảng hiển thị) đồng thời bảng hiển thị gửi tín hiệu này đến mô đun điều khiển DSC8 thông qua mạng CAN để xác định phương án xử lý.
34
Hình 3.12 Sơ đồ hoạt động của công tắc cảnh báo mức dầu phanh (LCM)
3.3.10 Công tắc đèn phanh
Công tắc đèn phanh được xem như một bộ phận đầu vào của hệ thống DSC vì mục đích của bộ phận này là thông báo rằng phanh đang hoạt động.
35
3.3.11 Nút nhấn DSC
Khi nhấn vào nút này, hệ thống DSC sẽ ngưng hoạt động và đèn cảnh báo DSC trên bảng điều khiển sẽ sáng lên, khi nhấn trở lại hệ thống sẽ hoạt động trở lại và đèn cảnh báo DSC sẽ tắt đi.
Hình 3.14 Nút nhấn DSC
3.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xDrive / DSC8
Hệ thống xDrive hoạt động kết hợp với DSC8 thông qua bộ điều khiển DSC8. Giống như