Hệ thống sử dụng các cảm biến tốc độ ơ tơ, góc quay vành lái theo chế độ kiểm sốt thường xun. Cảm biến góc quay vành lái được bố trí trong bộ giảm tốc trợ lực lái, cảm biến tốc độ ô tô lấy từ cảm biến tốc độ bánh xe (ABS) trên các bánh xe cầu trước cầu sau (xác định chéo).
Hình: 2. . 27 Biểu diễn bố trí chung của hệ thống 4WS trên xe BMW.
Các thơng số được xử lý trong ECU và tìm chế độ tối ưu điều khiển chuyển hướng các bánh xe sau theo các trạng thái tức thời. Các bánh xe sau chuyển hướng nhờ bộ điều khiển điện – thủy lực 5 với các mạch lặp điều khiển. Trong các vịng lặp kiểm sốt thường xun đánh giá khả năng ổn định quay vịng của ơ tơ.
Đặc điểm của hệ thống 4WS của xe là:
+ Trong vùng gia tốc bên an toàn chuyển hướng của các bánh xe sau thực hiện với góc nhỏ khơng đáng kể, góc quay lớn nhất đạt tới 4,50.
+ Trong vùng gia tốc bên trung bình và cao, hệ thống làm việc theo chương trình định sẵn đảm bảo ơ tô làm việc ổn định mà không cần đến người lái có kinh nghiệm.
2.5.3. Hệ thống lái 4WS điều khiển điện ơ khí-c
Hình: 2.28. Hệ thống lái 4WS điều khiển điện cơ khí-
Cùng với sư phát triển của công nghiệp điện tử, hệ thống lái 4WS đã chuyển sang sử dụng các kết cấu cơ khí điện điều khiển chuyển hướng các bá- nh xe trên các
cầu. Trên hình 2.28 a biểu thị sơ đồ bố trí hệ thống 4WS và hình 2.28 b bố trí điều khiển trên cầu sau của ô tô con.
Hệ thống được bố trí trên Volkswagen, Renault, các cụm: cầu trước và cầu sau thuộc loại cầu có các bánh xe dẫn hướng. Trên cầu trước sử dụng trợ lực điện bằng mô tơ bước 4. Trên cầu sau bố trí mơ tơ bước điều khiển chuyển hướng cho các bánh sau 3. Điều khiển các mô tơ nhờ các cảm biến: tốc độ, và gia tốc bên của ô tô 2, mơ men trên trục lái và góc quay trục lái 5,5WS ECU điều khiển các mô tơ bước.- Hệ thống xác định tình trạng mong muốn của người lái (góc quay mơ men trục lái, tốc độ ơ tơ), điều khiển sự quay vịng và trợ lực của các bánh xe trước. Các cảm biến tốc độ ơ tơ, gia tốc bên, góc quay thân xe điều khiển chế độ chuyển hướng của
các bánh xe sau thông qua mô tơ bước.
Hệ thống còn xác định tình trạng nguy hiểm có thể xảy ra của ô tô để điều khiển chuyển hướng cho tất cả các bánh xe và điều khiển các hoạt động của ABS, trạng thái hoạt động của động cơ. Hiệu quả của các chế độ làm việc được đánh giá
thông qua các phần mềm cài đặt sẵn của 4WS ECU đảm bảo ơ tơ quay vịng “lý -
tưởng”, hạn chế tối đa hiện tượng trượt bên của các bánh xe sau (văng ngang đuôi
xe), hạn chế sự quay mạnh thân xe. Ngồi ra hệ thống cịn cho phép mở rộng góc chuyển hướng của các bánh cầu trước và cầu sau lên xấp xỉ 400 nhằm nâng cao khả năng cơ động ra vào chỗ đỗ.
Các hệ thống tương tự đang tiếp tục phát triển nhằm hoàn thiện chất lượng động học của ô tô khi chuyển động ở tốc độ cao.
2.5.4. Phương thức điều khiển 4WS
Đặc điểm của 4WS là khi vô lăng điều khiển bánh trước chuyển hướng thì -
bánh sau cũng sẽ chuyển động một góc độ nhất định. Quá trình này tưởng chừng như đơn giản, nhưng thực tế nó lại khá phức tạp. Hệ thống 4WS không thể thông qua cơ cấu máy móc để trực tiếp điều chỉnh góc chuyển hướng mà bắt buộc phải qua các bộ cảm biến, sau đó mới tiến hành điều chỉnh chuyển hướng cơ học của bánh trước và sau. Chúng ta có thể hình dung với hình ảnh chi tiết về hệ thống Active Driver System của Renault.
Trong những trạng thái vận hành nguy hiểm như gặp chướng ngại vật khẩn cấp hay đường trơn trượt thiếu ma sát, hệ thống điều khiển kể trên sẽ mất đi những tác dụng điều khiển vốn có, làm cho tính năng an tồn khi xe chuyển hướng giảm đi rất nhiều. Do vậy, trong trường hợp gia tốc hướng bên lớn, các nhà thiết kế đã ứng dụng lý thuyết về mạng lưới thần kinh để tạo nên mơ hình hệ thống 4WS hiện đại. Chúng tơi có thể dùng các mơ hình đơn giản để lý giải các loại hình chuyển lệch bánh trước và sau của công nghệ 4WS. Trong thực tế, phương thức vận hành của 4WS được thực hiện dưới 3 mơ hình sau.
Mơ hình 1: Chuyến lệch khung đồng vị
Mơ hình khơng đồng vị thực tế là kiểu chuyển hướng bánh trước phổ thơng. Khi đó hai bánh sau và thân xe duy trì đồng nhất một hướng.
Vô-lăng kéo theo bánh trước chuyển hướng, bộ điều khiển không cần ra lệnh cho bánh sau làm việc mà chỉ duy trì góc chuyển lệch của bánh sau là 0 độ.
Mơ hình 2: Chuyển lệch nghịch vị
Mơ hình nghịch vị là chỉ hướng lệch của bánh trước và bánh sau ngược nhau. Khi vị trí nhà xe q nhỏ hay khơng gian cua không đủ, chiếc xe sẽ xuất hiện tình huống góc cua chết, đặc biệt nếu lái khơng cẩn thận sẽ làm thân xe bị trầy xước. Với cơng nghệ 4WS, nó có thể dễ dàng khắc phục vấn đề khó khăn này. Khi bánh trước chuyển hướng
một góc lệch bên lớn, đi xe rất dễ xoay theo tuyến đường xe chạy. Khi đó, bộ điều khiển sẽ ra lệnh cho bánh sau chuyển lệch nghịch vị một biên độ tương đương so với bánh trước nhằm giảm bán kính cua.
Mơ hình 3: Chuyển lệch đồng vị
Khi chiếc xe đang di chuyển với vận tốc cao và đột nhiên gặp phải chướng ngại vật, bánh sau chuyển lệch nghịch vị sẽ có nguy cơ đi xe bị hất văng và mất lái. Vì thế, khi xảy ra tình huống này, bộ điều khiển sẽ ra lệnh cho bánh sau chuyển lệch đồng vị với độ lệch của bánh trước. Và như vậy, đuôi và đầu xe sẽ cùng một hướng chuyển động giúp cho thân xe giữ được tính ổn định cao khi chuyển hướng khẩn cấp cũng như gặp chướng ngại và nâng cao tính an tồn khi vận hành ở tốc độ cao.
Hình: 2.29. Ơ tơ xoay vịng Jeep Hurricane concept
Ngoài ra, cách đây 2 năm tại triển lãm Detroit, Jeep cũng giới thiệu trên chiếc Hurricane concept công nghệ bốn bánh đồng tâm. Với cơng nghệ này, chiếc xe có thể xoay trịn tại một điểm mà điểm đó chính là tâm của chiếc xe. Nếu đưa vào ứng dụng, cách thức trên có thể coi là mơ hình thứ 4 sẽ xuất hiện trong tương lai.
Tuy công nghệ 4WS có thể giúp giảm bán kính cua, gia tăng tính linh hoạt khi điều khiển và độ an tồn vận hành ở tốc độ cao, nhưng cũng khơng thể hồn tồn ngăn chặn được những hiểm hoạ trơn trượt. Do vậy, 4WS thường có thêm các hệ thống bổ trợ điện tử khác để cùng lúc phát huy tác dụng như hệ thống điều chỉnh lực kéo, hệ thống ổn định xe…
Xe được trang bị thêm hệ thống 4WS sẽ làm gia tăng trọng lượng của đuôi xe, đồng thời kết cấu thân xe cũng phức tạp hơn vì thế làm cho giá thành của chiếc xe tăng thêm. Hiện tại, công nghệ này mới chỉ được trang bị trên những dòng xe cao cấp và những mẫu xe thể thao đặc biệt.
CHƯƠNG III: HỆ THỐNG LÁI BẰNG DÂY (Stee byr- -wire system) 3.1. Khái niệm chung về hệ thống
Hệ thống lái bằng dây là hệ thống lái hiện đại, là xu hướng của công nghệ chế tạo ơ tơ trong tương lai bởi vì nó có những ưu việt nổi trội so với các hệ thống lái
khác:
-Tạo được không gian trong ca bin, an toàn cho lái xe khi tai nạn xẩy ra.
- Khơng có truyền động cơ khí cơ bản nên, giảm trọng lượng, khối lượng các chi tiết cũng như hạn chế được tiếng ồn, giảm được tổn thất, tiết kiệm được nhiên liệu khi xe hoạt động.
- Hệ thống phản ứng nhanh hơn, linh hoạt hơn dẫn đến an toàn và tiện nghi hơn.
- Có thể ngồi ở vị trí nào trên xe cũng cố thể điều khiển được xe phù hợp sở thích của người sử dụng cũng như các quy định khác nhau của các quốc gia về luật
giao thông.
- Được tích hợp đầy đủ với các hệ thống khác để đảm bảo an toàn, tiện lợi, tiện nghi và hiệu quả khi vận hành.
- Đặc biệt có thể ứng dụng các phần mềm hiệ đại để tiện lợi cho quá trình điều n
khiển xe như chế độ lái tự động khi tham gia giao thông, tự động ra vào ga ra xe,
phát hiện và cảnh báo tình trạng sức khỏe lái xe, có thể điều khiển lái xe thơng qua giọng nói hay điều khiển vận hành xe từ xa, hoặc xe được điều khiển vận hành thông qua bản đồ .v.v.
Hệ thống lái bằng dây có rất nhiều ưu điểm song nó là một hệ thống mới được nghiên cứu và thực nghiệm, giá thành cải tiến, lắp đặt, thử nghiệm rất tốn kém,Đặc biệt thiết kế hệ thống dự phòng rất quan trọng trong vấn đề an toàn vận hành, điều này cũng làm thêm phức tạp cho hệ thống lái by-wire.
Hệ thống lái bằng dây bao gồm những bộ phận cơ bản như sau:
- Hệ thống cảm biến để nhận các thông tin từ các hệ thống liên quan - Hệ thống truyền thông tin từ cảm biến đến máy tính ECU
- Máy tính ECU phân tích các tín hiệu nhận được và đưa ra các tín hiệu điều khiển điều chỉnh, .
- Hệ thống nhận tín hiệu từ máy tính và truyền nó đến các cơ cấu chấp hành (cơ
khí, khí nén hay thủy lực …)
- Hệ thống nhận tín hiệu phản hồi từ cơ cấu chấp hành truyền lại máy tính để điều chỉnh hợp lý.
- Hệ thống chẩn đốn, báo lỗi, cảnh báo an tồn. - Các hệ thống dự phịng an tồn khi có sự cố xẩy ra.
3.2. Hệ thống láibằng dây: Sơ đồ hệ thống lái bằng dây Sơ đồ hệ thống lái bằng dây
Hình: 3.1. Sơ đồ hệ thống lái bằng dây
Ở sơ đồ trên cho ta thấy hệ thống lái bằng dây khơng có liên kết cơ học giữa vơ lăng và bánh xe, góc độ của vơ lăng lái được cảm biến hóa đo được thơng qua dây dẫn gửi đến ECM, Hệ thống này kết hợp với các tín hiệu khác từ trạng thái hoạt động của ô tô như cảm biến tốc độ xe, cảm biến độ chệch làn đường, cảm biến gia
tốc xe. ..Sau khi phân tích các tín hiệu thơng qua các trình được lập sẵn của máy tính và chuyển tín hiệu cần thiết đến cơ cấu chấp hành để điều khiển góc lái của bánh xe dẫn hướng một cách phù hợp và tối ưu nhất nhằm lái xe an toàn, tiện nghi ,
và hiệu quả.
3.3 Hệ thống lái bằng dây
Sơ đồ tổng quan của hệ thống lái bằng dây
Hình: 3.2. Sơ đồ tổng quan của hệ thống lái bằng dây
1: Thiết bị điều khiển SBW
2: Thiết bị điều khiển vô lăng
3: Thiết bị điều khiển bánh xe
Trên sơ đồ tổng quan hệ thống lái bằng dây ta thấy tín hiệu từ cảm biến của vô lăng được chuyển tới bộ điều khiển SBW, Bộ điều khiển cịn nhận tín hiệu của cảm biến bánh xe, sau khi phân tích thơng qua lập trình của máy tí , bộ điều khiển đưa nh
bánh xe, đồng thời gửi tín hiệu tới thiết bị điều khiển vô lằng thông qua mô tơ lái và mô tơ bánh xe trong cơ cấu phản hồi lực .
3.4. Hệ thống láibằng dây: Cơ cấu chấp hànhđiện-cơ hoặc điệnthủy l ực,hoặ thủ ự ơc y l c c í kh điệnthủy l ực,hoặ thủ ự ơc y l c c í kh
Hình:3.3. Cơ cấu chấp hành điện cơ của hệ thống
1: Vô lăng
2: Cảm biến vị trí và mơ men xoắn của vơ lăng
3: Cơ cấu chấp hành phản hồi lực
4: Thiết bị an tồn dự phịng
5: Thanh răng cơ cấu lái
6: Cảm biến vị trí và mô men xoắn
7: Cơ cấu chấp hành lái
Cơ cấu chấp hành điện cơ của hệ thống lái bằng dây là hệ thống truyền động điện cơ khí, cụ thể khi các tín hiệu của hệ thống lái được chuyển tới bộ xử lý trung tâm, máy tính phân tích và gửi tín hiệu điện tới cơ cấu chấp hành, ô tơ điện được m
liên kết trực tiếp với cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng trên sơ đồ hình:3.3. Như vậy tín hiệu điều khiển mơ tơ từ máy tính sẽ làm mơ tơ hoạt động và truyền động đến cơ cấu lái thực hiện chức năng vận hành lái của hệ thống phù hợp với các tín
hiệu nhận được từ bộ xử lý trung tâm.
3.5. Hệ thống láibằng dây: Cơ cấuchấphành điện-cơhoặc điện – thủy l ực,hoặ thủ ự ơ íc y l c c kh điện – thủy l ực,hoặ thủ ự ơ íc y l c c kh
Hình: 3.4. Cơ cấu chấp hànhđiện-thủy lực 1: Vô lăng 1: Vô lăng
2: Cảm biến vị trí và mơ men xoắn
3: Cơ cấu chấp hành phản hồi lực
4: Cơ cấu lái
5: Cơ cấu trợ lực lái
6: Van thủy lực
7: Bơm thủy lực
Cơ cấu chấp hành điện thủy lực là cơ cấu mà mơ tơ điện khơng trực tiếp điều khiển góc quay của bánh xe dẫn hướng như cơ cấu chấp hành điện cơ mà được điều khiển để vận hành bơm dầu, đồng thời bộ xử lý trung tâm điều khiển hệ thống rơ le, cảm biến, điều chỉnh sự đóng mở của các van thủy lực để cấp dầu vào các xi lanh trong cơ cấu lái giống như hệ thống lái trợ lực thủy lực nhằm điều chỉnh góc quay
của bánh xe dẫn hướng để thực hiện chức năng vận hành lái của hệ thống phù hợp với các tín hiệu nhận được từ bộ xử lý trung tâm.
3.6. Hệ thống láibằng dây: Đòi hỏi độ ctin ậy rất cao
Hình : 3.5. Hệ thống đòi hỏi độ cậy rtin ất cao 1: Cảm biến vị trí và mơ men xoắn
2: Thiết bị so sánh
3: Mô tơ điều khiển
4: Kết cấu cơ học
Hệ thống lái là một hệ thống rất quan trọng trong vấn đề an tồn khi vận hành xe. Do vậy sự địi hỏi độ tin cậy của hệ thống rất cao. Đối với hệ thống lái có sự liên kết cơ học giữa vơ lăng với bánh xe thì khi có sự cố thì kết cấu lái cơ học vẫn đảm nhận được nhiệm vụ của hệ thống lái. Đối với hệ thống lái bằng dây khơng có sự liên kết cơ học giữa vô lăng và bánh xe nên an toàn cho vận hành là một vấn đề quan trọng. Trên sơ đồ hình: 3.4 ngồi việc thiết kế các thiết bị, linh kiện của hệ thống đảm bảo đồ bền cao, tính ổn định lớn, chịu được sự tác động của môi trường và sự rung động trong quá trình vận hành. Hệ thống lái bằng dây cịn được thiết kế thêm các hệ thống an toàn khác như hệ thống cảnh báo lỗi, các tín hiệu được thu
nhận từ nhiều cảm biến, thường có hai hoặc ba bộ xử lý trung tâm cùng xử lý tín hiệu nhận được, tín hiệu ra của hệ thống đựơc so sánh trước khi đưa đến cơ cấu chấp hành, mô tơ vận hành của cơ cấu cũng được thiết kế hai hoặc ba mơ tơ đề phịng khi mơ tơ có sự cố thì hệ thống vẫn hoạt động an tồn. Hệ thống lái bằng dây khi tính tốn thiết kế thì độ tin cậy của hệ thống được quan tâm rất lớn.
3.7. Hệ thống lái bằng dây: Tổngquan sách lược điều khiển
Hình:3.6. Tổngquan sách lượ điều khiển c
Chú thích của hình: 3.6. Tổng quan sách lược điều khiển hệ thống lái bằng dây
1: Sự tác động của lái xe
2: Cảm biến vị trí và góc quay của lái xe
3: Tốc độ của phương tiện