(i) Hệ thống điều khiển lực kéo
Với các bộ truyền vi sai truyền thống, mô men truyền đến các bánh xe là như nhau. Nếu một bánh xe nhận được mô men chủ động lớn hơn mô men bám thì nó có xu huớng quay trơn và bánh răng mặt trời tương ứng không có khả năng truyền mô men phản ứng cho bánh răng mặt trời đối diện. Mô men truyền của bánh xe có hệ số bám cao cũng chỉ bằng giá trị của mô men bánh xe trượt. Một biện pháp để khắc phục trạng thái lực kéo bị giảm khi hệ số bám thấp là phanh bánh xe có dấu hiệu chạy chậm của sự trượt nhằm tạo ra mô men dương
trong vi sai làm mô men công cho bánh răng mặt trời đối diện để truyền một nửa mô men phát ra từ động cơ.
Để có thể điều khiển lực kéo, người ta sử dụng bộ điều khiển điện tử ECU, tiết nhận tín hiệu từ cảm biến vận tốc các bánh xe và biết bánh xe nào có xu thế trượt quay do giảm lực bám; sự thay đổi dòng điện trong cảm biến tốc độ được ECU tính toán và gửi đến van điều khiển lực kéo (TSVU), van này còn gọi là van cắt, cho phép dẫn áp suất phanh đến cơ cấu phanh để phanh bánh xe, cho đến khi bánh xe bị phanh có tốc độ hợp lý, khi đó ECU sẽ gửi tín hiệu cho van điều khiển lực kéo nhả phanh.
Mô tả hệ thống:Hệ thống điều khiển lực kéo gồm các bộ phận sau: Một
bơm dầu chạy điện có khả năng cung cấp dầu áp suất phanh độc lập với việc cung cấp dầu của tổng phanh; một bình tích áp (4), van một chiều cấp dầu ra (5) và van một chiều cấp dầu vào (2); hai van điều khiển lực kéo (6) theo nguyên lý đóng mở các van thuỷ lực bằng lực điện từ còn gọi là van căt, hai xy lanh cường hoá (7); bộ xử lý ECU với cảm biến tốc độ (8). Van điều khiển lực kéo (6) có hai tầng độc lập. Tầng trên là van cắt áp suất vào, tầng dưới là van cắt áp suất ra. Xy lanh (7) như một van (có cường hoá) để đóng mở cung cấp dầu cho cơ cấu phanh (9).Nếu hệ số trượt vượt quá 20% thì ECU điều khiển van cắt mở, đẩy vào xy lanh lớn, cấp dầu cho các xy lanh phanh trong khi bàn đạp phanh vẫn tự do.
Nguyên lý làm việc
- Tác động vào bàn đạp phanh (hình 3.15): Khi bàn đạp phanh (11) được tác động, dầu trong xy lanh chính đi vào xy lanh (7), độc lập với việc cấp dầu của bơm điện (1). Bơm điện hoạt động liên tục, vẫn bơm dầu liên tục vào (6), nhưng ECU điều khiển van điện từ (trong 6), đóng cưỡng bức van cắt vào, áp suất từ xy lanh chính đẩy xy lanh nhỏ trong (7) đi xuống trong khi piston lớn ép dầu qua van cắt ra (lúc đó đang mở) cho phép dầu hồi về thùng, ở tang trên dầu vào xy lanh phanh (9).
- Điều khiển lực kéo khi không đạp phanh (hình 3.25): Khi một bánh xe bị mất lực kéo, bánh xe bắt đầu trượt. Cảm biến tốc độ (8) gửi tín hiệu về ECU, nó tính hệ số trượt, nếu hệ số trượt thực tế lớn hơn ngưỡng đặt thì ECU chỉ thị cho van điện từ mở van cắt cửa vào và đóng van cửa ra của (6) dẫn dầu vào phía dưới của piston lớn trong (7) trong khi bàn đạp phanh tự do nên hệ thống phanh không cấp áp suất vào (7), piston lớn trong (7) chuyển động lên trên nén dầu vào (9) thực hiện phanh bánh xe làm nó quay chậm lại cho đến khi hệ số trượt nhỏ hơn ngưỡng đặt, ECU điều khiển van cắt vào đóng, van cắt ra mở, duới tác động của lò xo trong (7), piston lớn trong (7) nén dầu về thùng qua van điều khiển (6). Như vậy bánh xe luôn có lực kéo tối ưu.
Hình 3.15. Hệ thống điều khiển lực kéo TCS
1. Bơm; 2. van 1 chiều; 3. thùng dầu; 4. bình tích áp; 5. van 1 chiều; 6. van điều khiển lực kéo; 7. cụm van điều khiển lực kéo/phanh; 8. cảm biến tốc độ; 9. xy lanh phanh; 10. xi lanh chính; 11. bàn đạp
Hình 3.16. Hệ thống điều khiển lực kéo TCS (ii) Hệ ABS/TCS kết hợp
Thông thường hệ điều khiển lực kéo (TCS) được thiết kế kết hợp với hệ điều khiển lực phanh (ABS) vì có thể chung một số cụm như động cơ điện, bơm dầu, cảm biến tốc độ bánh xe và đường dầu cao áp. Sơ đồ như trong hình (2.17). Trong hệ thống này có bốn van cắt lực phanh ASCV (2,3,4,5); hai van điều khiển lực kéo TSCV (11,12) vì chỉ có hai bánh sau chủ động và hai xy lanh chấp hành điều khiển lực kéo (13,14); động cơ điện (6) quay bơm dầu (7) và xy lanh giảm áp.
Hình 3.17 Hệ tích hợp điều khiển ABS/TCS khi phanh
Nguyên lý hoạt động khi phanh (hình 3.17): Khi đạp phanh, dầu từ tổng van (1) đi vào các van cắt ABS (2,3,4,5) vì van luôn ở trạng thái mở cho áp suất vào xy lanh (8), mặt khác tổng phanh vẫn cấp dầu cho van điều khiển lực kéo TSCV (11,12) nhưng van cắt vào của nó bị đóng không có ảnh hưởng đến quá trình phanh. Van ASCV làm việc ở ba chế độ. Khi phanh bình thường, áp suất trong các xy lanh bánh xe tương đương áp suất cấp của xy lanh chính. Khi một bánh xe có xu thế bị hãm cứng, hệ số trượt đạt ngưỡng đặt của hệ thống, ECU chỉ thị cho van ASCV bịt cửa cấp dầu cho (8), lực phanh giữ nguyên, gọi là chế độ giữ.
3.4 Vi sai điện tử và điều khiển động lực học ô tô
Chế độ vi sai thường: Khi đường tốt, ly hợp mở vì van cấp (8) đóng, dầu
được hồi về thùng qua van hồi (9). Ở điều kiện này, nếu có sự chênh tốc độ giữa hai bán trục thì các bánh răng hành tinh (26) tự quay quanh trục (27) không gây xoắn cho bán trục và mòn lốp.
Hình 3.18. Cầu vi sai hạn chế trượt
1. ly hợp nhiều đĩa; 2. bánh răng vành chậu; 3. đĩa ép; 4. giá; 5. Mặt bích bán trục phải; 6. bulông hãm; 7. cảm biến tốc độ bánh xe; 8. van cấp(mở); 9. van hồi (đóng); 10. thùng dầu; 11. van điều khiển; 12. puly; 13. bơm; 14. cảm biến vô lăng; 15. ECU; 16. cảm biến tốc độ bánh xe; 17. phớt dầu; 18. ổ vỏ vi sai; 19. BR quả dứa; 21. phớt dầu; 22. then; 23. mặt bích trục vào.
Một bánh xe bắt đầu trượt quay: Nếu một bánh xe bắt đầu trượt quay vì mất lực kéo, cảm biến tốc độ (7) sẽ nhanh chóng xác định gia tốc bánh xe và thông báo cho bộ xử lý ECU, máy tính sẽ xử lý thông tin này và tính toán rằng một trị số độ trượt sẽ cải thiện khả năng truyền lực nếu van điều khiển điện từ (11) được điều khiển đóng mở một cách tách bạch. Khi đó dầu sẽ được bơm từ bơm trợ lực lái cung cấp dầu cho piston (4), đĩa ép (3) sẽ ép các đĩa ma sát với nhau, phanh một phần hay hoàn toàn bánh răng mặt trời (25) với vỏ vi sai (24) để thực hiện chức năng khoá vi sai và bây giờ vỏ vi sai có khả năng cấp một mô men cho bánh xe kia cho đến khi lực kéo được hoàn trả. ECU có khả năng tính toán tốc độ của xe và các cảm biến tốc độ, cảm biến góc quay vô lăng có thể xác định mức độ quay vòng nhẹ hoặc đột ngột. Hai tín hiệu này điều khiển mức độ khoá vi sai, cái có thể sẽ khó khăn khi xe bắt đầu khởi động và sẽ nhẹ nhàng hơn khi tốc độ tăng lên.
Hình 3.18 là một sơ đồ cơ vi sai điều khiển trong điều khiển tích hợp. Ở đây vi sai có nhiệm vụ cung cấp mô men theo điều kiện bám.
Nguyên lý: Trong hệ điều khiển ổn định ngang AYC có hai vi sai cầu trước và sau được điều khiển điện tử thông qua hai ly hợp thủy lực. Vi sai giữa là vi sai thường có tỷ lệ phân mô men cố định 50/50. Bộ xử lý trung tâm ADC+AYC nhận các tín hiệu từ Cảm biến vô lăng, gia tốc dọc, gia tốc ngang, góc bướm ra; ECU cũng nhận tín hiệu tùy chọn 4WD, khóa phanh dừng, tín hiệu từ ABS- ECU, sau đó ADC+AYC xác định chế độ cấp mô men cho các bánh xe theo điều kiện ổn định. Cơ cấu chấp hành là hệ thống bơm thủy lực và các ly hợp ma sát nhiều đĩa trong vi sai.
Hình 3.19 Vi sai giữa của Hãng Volvo
Hình 3.20 Ly hợp đĩa nam châm điện
Hình 3.20 là vi sai giữa điều khiển điện tử của Volvo. Nguyên lý cơ bản của loại vi sai này là dùng một ly hợp ma sát nhiều đĩa, mô men được thay đổi nhờ lực ép của đĩa ép thông qua điều khiểu áp suất dầu.Chức năng điều khiển do ECU của vi sai điện tử.
Các hình( 3.21… 3.24) trình bày một số nguyên lý cho vi sai giữa trong thực tế.
Hình 3.21 Sơ đồ điều khiển vi sai giữa
Hình 3.23 Sơ đồ cụm vi sai-truyền lực cạnh
Hình (3.23) là nguyên lý điều khiển mô men thông qua hai bộ hành trinh truyền lực cạnh. Bộ hành tinh được phanh “Bremse” để thay đổi mô men. Hình (3.24) là sơ đồ hệ thống điều khiển mô men theo yêu cầu phù hợp nhu cầu động lực học mà ESP xác định. Cầu trước và sau được phân theo tỷ lệ 40%/60%. Cầu sau phân chia theo tỷ lệ 10%/50%; cầu trước cô định 20%/20%. Trên thực tế mô men cầu là 35%; 28%; 20% và 17%.
KẾT LUẬN (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Động lực học ô tô là một lĩnh vực quan trọng nghiên cứu bản chất chuyển động ô tô nhằm mục đích tăng tính ổn định, giảm thiểu các yếu tố nguy hiểm cho ô tô khi di chuyển. Nghiên cứu động lực học ô tô cũng có nhiệm vụ làm cơ sở cho phát triển các hệ cơ điện tử ô tô, tiến tới thiết kế ô tô thông minh.
Ô tô là một hệ nhiều vật phức tạp, chứa nhiều yếu tố phi tuyến vật lý và hình học. Trong luận văn trên tác giả đã đơn giản hóa mô hình băng mô hình động lực học ô tô phẳng một dãy nhằm khảo sát mộ số yếu tố với hai bản chất khác nhau: (i) ô tô chuyển động không trượt để xét quan hệ cung cầu công suất/lực kéo; (ii) ô tô chuyển động có trượt để xét quá trình động lực học chuyển động thẳng bằng mô hình một dãy phi tuyển. Trong mô hình này đã chỉ ra sự phụ thuộc của chuyển động ô tô đối với phản lực bánh xe, sự phụ thuộc của cấp mô men bánh xe (tăng tốc và phanh); chỉ ra cơ sở điều khiển ABS,TCS và vi sai điện tử. Trên cơ sở tổng quan về động lực học, luận văn cũng chỉ ra nguyên lý các hệ điều khiển cơ bản trong ô tô, có thể bổ sung cho quá trình học tập và nghiên cứu.
Với những kiến thức về động lực học ô tô đã từng được các thầy trong bộ môn Ô tô và xe chuyên dùng – Viện Cơ khí động lực giảng dạy, tác giả đưa ra những khả năng điều khiển, các biện pháp tăng tính ổn định của ô tô hiện đại. Bằng việc phân tích đầy đủ nguyên lý làm việc, cho thấy khả năng ứng dụng của các hệ cơ điện tử đóng vai trò quan trọng cho việc ổn định của ô tô khi di chuyển.
Trong khuôn khổ một luận văn thạc sĩ kỹ thuật, tác giả chỉ mới đưa ra các nghiên cứu mang tính tổng quan. Để có thể đánh giá đầy đủ hơn các biện pháp nâng cao khả năng ổn định của ô tô khi sử dụng vi sai có điều khiển tích cực bằng các phần mềm mô phỏng hiện đại.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Hienz Heisler (2002): Advanced Vehicle Technology , Butterworth Heinemann
[2] Eckhard Kirchner (2007): Leistingsuebertragung in Fahrzeuggetrieben, Sprinmger
[3] Bernd H./Metin E.(2008): Fahrwerkhandbuch, nxh Vieweg-Teubner, http://www.viewegteubner.de
[4] Wallentowitz/Reif (2006) Handbuch Kraftfahrzeugelektronik, nxb Vieweg ATZ/MTZ- Fachbuch, http://www.vieweg.de
[5] Wallentowitz/Mítschke(2004):Dynamik der Kraftfahrzeuge, nxb Springer, http://www.springer.de
[6] Harald Naunheimer (2011): Automotive Transmissions, Springer
[7] Winner Hermann/ Hakuli Stefan (2009): Handbuch Fahrerassistenzsysteme, nxb Vieweg ATZ/MTZ- Fachbuch, www.vieweg.de
[8] Dieter Schramm (2010): Modellbildung und Simulation der Dynamik von Kraftfahrzeuge, Springer, 2010, http://dnb.d-nb.de
[9] Rolf Isermann (2006): Fahrdynamik-Regelung, nxb Vieweg ATZ/MTZ-Fachbuch, http://www.vieweg.de