C. Bộ điều khiển ASR:
Hệ thống phanh ABS trên ôtô (Phần 5/6) Phần 5: Hệ thống ABS có trang bị VSC
VSC = ABS+ MSR +ASR + ESP
Các hệ thống quản lý độ trượt của bánh xe (trượt lết khi phanh hay trượt quay khi tăng tốc) ABS và ASR theo phương dọc của bánh xe. ESP quản lý và điều chỉnh sự chuyển động ô tô theo cả phương dọc và phương ngang bằng chương trình phần mềm máy tính (cùng với các chương trình có sẵn trong ECU + TRC).
Sự trượt ngang quá lớn của bánh xe dẫn tới mất khả năng dẫn hướng, gaya nên trượt trên ô tô về motọ phía và hạn chế khả năng truyền lực dọc. ESP cho phép nâng cao khả năng ổn định của bánh xe với nền khi ô tô chuyển động trong đường cong, đồng
thời giảm sự trượt không an toàn khi phanh, tăng tốc và cả khi xe lăn tự do. Kỹ thuật điều khiển tổ hợp của ESP, yêu cầu có bộ điều khiển điện tử có công suất cao.
Ảnh minh họa: trang bị VSC cho Corolla S
Nếu như các thông tin về trạng thái động học của ô tô được xác định nhờ cảm biến gia tốc bên, đồng thời mô men quay thân xe xung quanh trục đứng (được xác định bởi cảm biến vận tốc góc quay thân xe) được xác định là “quay vòng không tối ưu động học”. Hệ thống VSC tự động phanh độc lập các bánh xe và điều khiển công suất động cơ nhằm hạn chế các trạng thái này, mà không cần có sự tham gia của lái xe. Đặc biệt trong ESP còn xác định được trạng thái quay vòng nguy hiểm, tiến hành hạn chế đảm bảo giảm thiểu mất an toàn trong chuyển động.
Thiết bị VSC cùng với sự giảm tốc độ (do giảm công suất động cơ) góp phần đáng kể tới việc ổn định trở lại của ô tô. Hệ thống còn vài phần trăm tgây bộ vi xử lý xác định mức độ và vị trí bánh xe bị phanh quá cứng và câầ giảm bao nhiêu công suất động cơ để ô tô có thể lại được chuyển động ổn định.
Tác động hỗ trợ thực hiện nhờ blok thuỷ lực và bộ điều khiển ESP của VSC. ESP cho phép tăng áp suất phanh bánh xe.
+ Độc lập cho từng bánh xe.
Quá trình điều chỉnh góc quay thân xe ở hai trường hợp:
Khi đã quay vành lái thích hợp với cung cong của mặt đường nhưng tình trạng chuyển động xảy ra với bán kính quay vòng lớn hơn dẫn đến cần phải quay thêm thân xe (trạng thái quay vòng thiếu). Sự phanh được tiến hành ở bánh xe trước phía ngoài giúp tạo nên khả năng tự đồng điều chỉnh thân xe về đúng quỹ đạo cong của đường.
Sự hỗ trợ quay thân xe (tăng hay giảm) tuỳ thuộc vào mức độ phức tạp của kết cấu blok thuỷ lực và tổ hợp điện tử điều khiển. Cấu trúc có thể chia thành hai loại.
+ Sự hỗ trợ được thực hiện độc lập trên từng bánh xe của một cầu. + Sự hỗ trợ được thực hiện độc lập trên cả hai cầu.
Trên hình vẽ hệ thống VSC thực hiện hỗ trợ trên cả hai cầu xe.
Cơ sở lý luận của VSC:
Sự quay thân xe thường xảy ra khi xe quay vòng trên đường có tốc độ cao. Các yếu tố gây nên sự tăng quá mức (quay vòng thừa) hay quay chưa đủ (quay vòng thiếu) do nhiều nguyên nhân.
+ Do sự phân bố tải trên các bánh xe không phù hợp (xếp tải, tăng giảm tốc độ chuyển động…)
+ Do ảnh hưởng của các yếu tố tác động ngoại cảnh của môi trường xung quanh (nền đường nghiêng không phù hợp, gió bên thổi mạnh, nền đường có khả năng kém khác nhau…)
+ Do tốc độ duy chuyển trên đường cong
+ Do ảnh hưởng của hệ thống treo, đàn hồi của bánh xe…
Mặc dù khi thiết kế các trạng thái này đã được quản lý, nhưng tác động của nó nhiều khi thuộc vùng không thể quản lý trước, điều này trong thực tiễn thường gọi là xảy ra các hiện tượng “mất lái”. Hậu quả dẫn tới là sự quay thân xe không hoàn toàn phụ thuộc vào vành lái.
Mô men gây quay thân xe này có thể xảy ra với hai trạng thái tổng quát, cần thiết đảm bảo khả năng giảm mômen quay nhờ sự tạo lực phanh tương ứng trên các bánh xe, do VSC đảm nhận. Lực phanh do VSC đặt tại vết tiếp xúc của bánh xe với mặt đường gây nên đối với trục t hẳng đứng của ô tô mô men hỗ trợ. Mô men hôỗtrợ tác động liên tục theo phương ngược chiều mô men quay thân xe cho tới khi nào bằng với giá trị mô men quay tính toán bởi ESP.
mà không cần tính toán xác định giá trị tối ưu mô men quay thân xe. Giá trị được thực hiện nhờ các tín hiệu từ cảm biến gia tốc bên (hoặc cả bảm biến gia tốc bên và cảm biến vận tốc góc quay thân xe).
Giá trị gia tốc bên tối ưu trong chuyển động được rút ra từ góc quay vành lái (được kiểm soát bởi cảm biến góc quay vành lái) và tốc độ chuyển động của thân xe v (được kiểm soát bởi các cảm biến tốc độ banhbánh xe, đã bố trí cho thiết bị ABS) từ đó rút ra. Các thông số chiều dài cơ sở của ô tô (l) tỷ số truyền của hệ thống lái là các thông số kết cấu của ô tô (không thay đổi. Các thông sóo bán kính quay vòng R, góc quay của bánh xe dẫn hướng là các thông số trung gian tính toán.
ECU thường xuyên tiếp nhận thông tin của góc quay vành lái, gia tốc bên tìm ra sự sai lệch giữa gia tốc bên tối ưu và gia tốc bên thực tế đo được và dựa theo các chương trình logic (ESP) đưa ra tín hiệu điều khiển phanh các bánh xe tương ứng.
Chương trình tính toán còn cho phép. Nếu xuất hiện các gia tốc bên thực tế quá cao cần loại trừ tình trạng này để tránh nguy hiểm, ECU đưa ra tín hiệu giảm ngay vận tốc ô tô nhờ bộ điều khiển trong thiết bị EMS. Hai tín hiệu điều khiển đồng thời giúp xe nhanh chóng thoát khỏi tình trạng nguy hiểm kể trên.
Các loại cảm biến dùng cho xe có VSC
+ Cảm biến gia tốc ngang
Việc sử dụng cảm biến gia tốc ngang cho phép ECU đo trực tiếp sự gia tốc bên của xe trong quá trình quay vòng. Tín hiệu gia tốc bên được chuyển về ECU xác định trạng thái quay vòng.
Cảm biến gia tốc ngnag được gắn theo trục ngang của xe và là loại cảm biến dạng phototransistor. Cảm biến này có mặt trên hệ ABS + TRC + VSC đơn giản.
+ Một kiểu cảm biến khác có khả năng xác định cả gia tốc dọcv à gia tốc ngang dựa trên nguyên tắc hiệu ứng Hall (đo chuyển vị nhờ sự thay đổi từ trường).
Việc đo gia tốc bên của thân xe bị hạn chế bởi độ chính xác của kết quả đo, do vị trí đặc cảm biến trên xe không đích thực là trọng tâm của ô tô (trọng tâm ô tô thay đổi theo tải trọng và sắp xếp hàng hoá, người trên xe). Bố tría thêm các cảm biến đo góc quay thân xe giúp cho việc điều khiển chính xác các hệ thống VSC, tuy nhiên nâng cao công suất tiêu thụ và giá thành sản phẩm đáng kể. Với các lý do trên các hệ thống hiện đại hiện nay đã bố trí cả cảm biến gia tốc bên và cảm biến góc quay thân xe.
+ Cảm biến đo góc quay thân xe với dạng đầu đo được đặt trên giá con quay hồi chuyển. Cảm biến đo sử dụng nguyên lý đo gia tốc Coriolis. Giá đặt trên thân xe tham gia chuyển động quay theo hai trục (trong không gian 3 trục). Cảm biến này thường dùng cho xe có hệ thống điều khiển VSC với chương trình điều khiển ESP. Cảm biến
sử dụng bánh đà quay với số vòng quay cao được dẫn động bằng động cơ điện một chiều, do vậy tổn hao công suất điện rất lớn.
+ Cảm biến đo góc quay thân xe thuộc loại cảm biến áp điện làm việc trên nguyên tắc đo. Cảm biến đo góc của ống trụ 5 bằng các cặp phần tử áp điện bố trí cố định bao quanh ống trụ.
Ống trụ quay đặt trên con quay hồi chuyển. Phần giá đỡ cố định 6 có các chân nối điện 7 đưa các tín hiệu điện ra ngoài thông qua các bộ khuyếch đại và chuyển tín hiệu về ECU. Thực hiện quay ống trụ nhờ bộ giá con quay hồi chuyển. Cảm biến có khả năng tự bù sai số đo do nhiệt độ.
Ngày nay các cặp phần tử áp điện được chế tạo từ hợp kim gốm sứ nhằm hạn chế khả năng sai lệch kết quả đo do nhiệt độ.
+ Mới đây xuất hiện cảm biến do góc quay thân xe bằng các vi phần tử silicon. Giá trị gia tốc bên đặt tại trọng tâm được tính chính xác thông qua các phép tính tổng véctơ, bố trí sẵn ở khối cảm biến này.
Cấu trúc hệ thống điều khiển tổ hợp Sơ đồ tổng quan
Hệ thống bố trí các khối liên kết với cấu trúc. Các mạch thuỷ lực điều khiển độc lập (IR/IR), mạch điều khiển tách làm hai phần.
Phần điều khiển EMS nằm riêng và liên kết trao đổi dữ liện như một mạng thông tin nội bộ của ô tô( CAN: Control Area Network), phần còn lại các tổ hợp được bố trí trong block ECU: ABS, ASR, ESP, VSC, ECU là một bộ đôi máy tính kép cho phép tính toán theo phương pháp so sánh kết quả nhằm đạt hiệu quả tính toán xác định chính xác và có khả năng dự phòng hư hỏng.
Khối cảm biến (1,2,3,4,5,6 và cảm biến áp suất sau xy lanh chính) nằm ở các vị trí cần xác định trạng thái làm việc tức thời của ô tô, cung cấp tín hiệu về trạng thái của xe được đưa về ECU. ECU sử dụng các chương trình logic và tính toán theo chương trình định sẵn và đưa ra tín hiệu điều khiển tới block thuỷ lực, EMC, và các tín hiệu kiểm soát trạng thái. Nếu hệ thống có lỗi các đèn báo sẽ thông báo và quản lý các lỗi trong khối lưu trữ của ECU. Một đầu nối chẩn đoán nằm chờ ở sau tablo để thông tin lỗi và mã lỗi. Cấu trúc của hệ thống bố trí trên xe cua Dailamber-Benz. Tỏo hợp cảm biến gia tốc bên, vận tốc góc quay thân xe được bố trí ở vị trí sát với cầu sau cho phép xác định chính xác. Gia tốc bên của trọng tâm và vận tốc góc quay thân xe. Xe thuộc loại ô tô con giá thành cao, được trang bị khá hoàn hảo cho phép ổn định chuyển động ở mọi vùng tốc độ.
Hệ thống đáp ứng các chức năng của ABS, TRC, VSC, Mô tơ bơm có chức năng chuyển dầu về mạch áp suất cao áp. Trong một số trường hợp lượng dầu năm trong bình chứa 7 không đủ cấp cho bơm 6, van 4 có thể thực hiện cấp bổ sung. Điều này giúp cho khi không sử dụng năng lượng từ bàn đạp phanh và xy lanh chính, hệ thống hoạt động với đủ lượng dầu cần thiết.
Khối thuỷ lực có thể coi như tập hợp của hai phần: blok thuỷ lực ABS cơ bản và block thuỷ lực bổ sung ABS, ARS, VSC.
Các trạng thái hoạt động của hệ thống có thể tóm tắt như sau:
+ Làm việc với ABS: CB bàn đạp bàn đạp phanh đóng, các van 3 mở thông đường
dầu, các van 4 đóng, các van 1 mở đường dầu tới xy lanh bánh xe. ABS thực hiện các quá trình tăng, giữ, giảm áp. Ở quá trình giữ, các van 1, 2 đóng, ở quá trình giảm các van 1 đóng, các van 2 mở, thông thường dầu về bình chứa 7. Khi nhả bàn đạp phanh, các van 1 đóng, các van 2 mở, van hồi dầu nhanh 9 phụ thuộc vào mức độ nhả phanh sẽ đóng hay mở, van 3 mở, van 4 đóng, dầu hồi về xy lanh chính.
+ Làm việc với BAS (phanh khẩn cấp): các van 3, van 4 đóng. Bơm dầu 6 cấp dầu
cho hệ thống. Khả năng tăng và giảm lượng dầu được thực hiện nhờ các van 4 và van điều áp 3. ÁP suất làm việc ở blok thuỷ lực ABS tăng cao (120130 bar), việc điều chỉnh áp suất xảy ra như ở quá trình làm việc của ABS.
+ Làm việc ở chế độ ASR được thực hiện thông qua thiết bị giảm công suất động cơ
EMS. Hệ thống chỉ kích hoạt với các bánh xe chủ động.
Các van 3,4 ở trạng thái đóng, tách hệ thống thuỷ lực ABS khỏi tác động của xy lanh chính và bàn đạp phanh. Bơm dầu làm nhiệm vụ cung cấp dầu cho các xy lanh. Trường hợp này các xy lanh bánh xe bị động đều bị ngắt ở trạng thái đóng, còn các bánh xe chủ động được đưa vào làm việc ở chế độ ASR theo chương trình định sẵn.
+ Làm việc ở chế độ VSC: tương tự như hoạt động của chế độ ASR nhưng chỉ một
(hoặc cả hai) bánh xe tham gia hoạt động ở chế độ phanh theo chương trình của ESP định trước. Nếu gia tốc bân và vận tốc quay quá lớn tới gần giới hạn nguy hiểm hệ thống chuyển sang chế độ giảm tốc độ ô tô nhờ EMS và phanh nhẹ ABS.
Quá trình làm việc của hệ thống xảy ra rất nhanh, các tín hiệu điện trên đường truyền chỉ nằm trong vùng (1/10)ms, các khả năng hiệu chỉnh hệ thống thuỷ lực thường nhỏ hơn (1/10)s, do vậy tần số điều chỉnh của hệ thống thường nằm trong giới hạn 3- 10lần/phút.
Nhìn chung các hệ thống liên hợp kể trên vẫn dựa trên cơ sở của hệ thống phanh truyền thống và hệ thống ABS. Các hệ thống này còn có tên gọi chung là hệ thống EBD. Trong quá trình phanh xe, điều khiển EBD dùng ABS để thực hiện việc phân phối lực
phanh giữa các bánh xe.
+ Theo điều kiện chuyển động của xe.
+ Ổn định quay vòng của xe khi phanh, hoặc không phanh.
+ Theo điều kiện nguy hiểm xác lập trước: phanh khẩn cấp, chống trượt quay cho bánh xe chủ động.
Với việc sử dụng ABS + VSC giúp cho xe vận hành an toàn trong nhiều tình huống phức tạp, song giá thành của xe cùng khá cao. Tuy nhiên ở nước ta một số loại xe cũng đã được trang bị hệ thống này.