VI SAI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG LỰC HỌ CÔ TÔ 3.1 Động lực ô tô
3.2.3 Điều khiển động lực học phương thẳng đứng
•Hệ thống treo điều khiển
•Điều khiển mức
•Giảm chấn điện tử
•Thanh ổn định tích cực
Hình 3.20 Hệ thống treo điều khiển mức (độ cao)
Hệ thống treo tích cực kiểu lò xo- thuỷ lực: Hệ thống treo tích cực, hình 3.21, (a) không điều khiển độ cao; (b) có điều khiển độ cao; (c)không điều khiển lắc ngang; (d) có điều khiển lắc ngang; (e) không điều khiển lắc dọc phanh; (f) điều khiển lắc dọc khi phanh; (g) không điều khiển lắc dọc khi tăng tốc; (h) điều khiển góc lắc dọc khi tăng tốc.
Hình 3.21 Hệ thống treo tích cực kiểu lò xo- thuỷ lực
Hệ thống treo thuỷ khí bán tích cực: Phần lớn các thiết sơ đồ treo tự điều chỉnh mức chỉ áp dụng cho thiết kế hệ treo bán tích cực vì lý do giá cả và cũng ít lý do để thiết kế một hệ gần lý tưởng vì còn nhiều yếu tố cần giải quyết trong tổng thể khung-treo-hệ truyền lực. Một sơ đồ được áp dụng trình bày trong hình (3.22). Phần tử đàn hồi trong hệ này không dùng lò xo hay nhíp mà là khí nén nitơ/dầu. Mỗi phần tử đàn hồi (1,2,3) có hai buồng ngăn cách riêng biệt: một buồng trên là khí nitơ giữ
vai trò đàn hồi, buồng dưới nối với piston điều chỉnh độ cao (9) giữ vai trò điều chỉnh độ cao. Mỗi hệ treo có hai phần tử đàn hồi cho mỗi bánh xe (1,3) và một phần tử làm mền hệ thống (2). Piston độ cao (9) điều chỉnh mức cho hệ treo. Trong hệ có bơm dầu (8), thùng hồi dầu, van điều chỉnh áp suất (7), bình tích áp (6) vàvan điều khiển áp suất dầu. Van (5) là van điều khiển độ cao. Hệ thống được thiết kế hai chế độ cho đàn hồi cứng và mền (thể thao và êm dịu) và hai chế độ cản cho giảm chấn (cứng và mền). Bánh xe đi lên đi xuống làm đòn treo chuyển động theo; chuyển động đó được điều chỉnh qua piston điều chỉnh độ cao. Bơm dầu cấp áp liên tục cho bình tích áp (6) và 4 piston độ cao và khoang dưới của phần tử đàn hồi (1,2,3) và giới hạn bởi áp suất cắt. Nếu tải thay đổi, van điều chỉnh mức (5) tự động tăng hoặc giảm dầu vào piston độ cao và phần tử đàn hồi. Chế độ êm dịu (hình 3.22 (a)): Trong điều kiện bình thường, van (10) để chế độ mở, dầu trong hệ thống thông nhau; thể tích khí cho mỗi bánh xe cũng tăng 50%, độ cứng treo giảm làm tăng độ êm dịu. Khi quay vòng, thân xe sẽ nghiêng nhưng quá trình đó xẩy ra chậm vì đã có các giảm chấn cản mạnh (4). Khi xe chạy nhanh hoặc đường mấp mô, cần gạt sang chế độ thể thao, khi đó mỗi phần tử đàn hồi bị tách biệt, độ cứng tăng lên, xe ít lắc ngang hơn.
Hình 3.22 Hệ thống treo thuỷ khí bán tích cực
1.balon thuỷ khí trái; 2. balon thuỷ khí thứ 3; 3. balon thuỷ khí phải; 4. giảm chấn; 5. van điều khiển mức; 6. bình tích áp; 7. van điều khiển áp suất; 8. bơm; 9. piston độ cao; 11. đòn treo.
Hệ thống treo thuỷ khí bán tích cực điều khiển điện tử:Về cơ bản hệ treo thuỷ khí ứng dụng đặc tính gần lý tưởng của khí và tăng giảm độ cứng treo bằng balon khí thứ ba để tạo đặc tính đàn hồi tối ưu; dầu lưu thông giữa xy lanh trái và phải tạo khả năng tăng giảm độ cao hệ treo. Hệ thống treo thuỷ khí bán tích cực điều khiển điện tử trong hình (3.23) chỉ thêm phần điều khiển điện tử.
Phần điều khiển điện tử gồm các cụm sau:
- Bộ xử lý ECU (1)
- Van điện từ: Van điều khiển độ cao treo trước (2); độ cao treo sau (3); van điện từ
tăng cứng treo trước (19); van điều khiển điện từ tăng cứng treo sau (24). Van điện từ là gọi chung cho cả cụm van, gồm van điện từ và van thuỷ lực. Van điện từ có hai chế độ được cấp điện và ngừng cấp điện nhằm đóng mở van thuỷ lực để cấp dầu và ngừng cấp dầu để điều khiển độ cao treo. Các cảm biến xác định các tín hiệu xác lập chế độ cần điều khiển gửi cho ECU, nó tính toán và gửi điện áp điều khiển cho các van điện từ để thay đổi độ cao treo.
- Cảm biến: Cảm biến là phần tử biến đổi các đại lượng cơ học như áp suất, dịch
chuyển, vận tốc, gia tốc, lực, góc thành tín hiệu điện áp cấp cho ECU. Nguyên lý cảm biến rất khác nhau, vượt ra khỏi khuôn khổ của luận văn này. Các cảm biến dùng trong hệ treo thuỷ khí bán tự động điều khiển điện tử gồm: Cảm biến độ cao (12), CB tải của trụ treo (13), CB tăng tốc (6), CB chân phanh (7), CB áp suất dầu phanh (8), CB góc quay vô-lăng (9), CB vận tốc xe (10), CB gia tốc ngang (4), CB gia tốc dọc (5) và môđun chọn (chế độ treo mền (êm dịu) hay chế độ treo cứng cứng (cứng vững)).
Cụm hệ treo trước: Đây là loại treo hai đòn ngang với hai trụ treo (14) gồm piston-xy lanh có thể thay đổi mức dầu để thay đổi độ cao (không có vai trò đàn hồi
và cản). Để xác định mức (độ cao) người ta dùng hai cảm biến (12) đo độ cao, (13) đo tải tác động vào treo phương thẳng đứng. Vai trò đàn hồi do hai balon khí (16,17). Dưới balon khí có một ngăn đầu nối thông với trụ treo; dầu có vai trò thay đổi độ cứng của treo. Balon khí thứ ba (18) giữ vai trò tăng cứng cho hệ treo. Do van điện từ tăng cứng (19) điều khiển, balon khí (3) có thể thông hoặc không thông với hai balon kia. Khi chuyển động bình thường, balon thứ 3 thông với hai balon khí kia, hệ treo mền đi, độ êm dịu tăng lên. Khi đường xấu, ECU gửi tín hiệu đóng van (19) tách ba lon (18) biệt lập, các balon (16,17) như bị khoá, độ cứng treo tăng lên, độ cao hai bên như nhau, chúng chỉ dao động quanh vị trí cân bằng theo biến dạng của khí trong (15,16). Do có giảm chấn (15) nên dầu bị hạn chế lưu thông, làm giảm tần số dao động.
Cụm treo sau: Do cầu sau là chủ động nên cơ cấu hướng ở đây là kiểu con lắc với hai đòn ngang. Hai trụ treo (20), các balon khí (21,22,23), van tăng cứng cầu sau (24) giống như treo trước.
Ta dễ dàng nhận ra, độ cao chênh nhau trái phải không được điều khiển, mà chỉ điều khiển độ cao trung bình giữa treo trước và sau thông qua hai van điện từ (2,3). Chú ý rằng, van điện từ (19,23) chỉ điều khiển đóng mở, còn van (2,3) điều khiển tăng giảm lưu lượng theo van cấp (14) và van giảm (15). Có hai van điều khiển mức cho treo trước và sau (2,3) độc lập để tăng giảm dầu cho treo trước và sau. Nếu van cấp (14) của cầu trước mở thì (14) của treo sau đóng; ngược lại van giảm (15) cầu trước đóng, cầu sau mở. Bơm dầu được lai từ động cơ đốt trong, bơm dầu từ thùng (28) vào bình tích áp trung tâm (29).
Hình 3.23 Hệ thống treo thuỷ khí bán tích cực điều khiển điện tử
Lái xe có thể chọn một trong hai chế độ: Chế độ treo mền khi chạy trên đường tốt, đạt chế độ êm dịu cao. Trong chế độ này dầu trong ba balon khí thông nhau, độ cứng treo giảm 50%. Khi đường xấu hoặc chạy tốc độ cao, lái xe bật chế độ thẻ thao, balon khí tăng cứng (18,23) bị biệt lâp, các trụ treo có độ cứng tăng 50%, thân xe ít bị lắc hơn.
Hình 3.24 Sơ đồ thanh ổn định tích cực
Hình 3.25 Bố trí thanh ổn định tích cực
Hướng phát triển an toàn động lực học
- Ý tưởng: “Điều khiển động lực học ô tô là các biện pháp tự động hoá từng phần, tích hợp, mở rộng khả năng vốn bị hạn chế của lái xe”:
Hình 3.26 Lịch sử phát triển cơ điện tử trong ô tô
ABS Hệ thống chống hãm cứng bánh xe
ADC Điều khiển giảm chấn
ESP Ổn định điện tử
CDC Giảm chẩn thay đổi theo tải
ABC Điều khiển hệ gầm tích cực
Activer Stabilisator: Thanh ổn định tích cực
Torque Vetoring…Vi sai điện tử
Aktivlenkung: Lái tích cực
Torque-on-demand Allradverteilung: Vi sai điện tử cho 4WD
Hình 3.26 là sơ đồ phát triển các hệ tự động của Châu Âu, từ đó ta có thể hình dung xu thế phát triển của ô tô cơ điển tử và thấy được mối liên hệ hữu cơ của vấn để động lực học tích hợp, xem hình 3.29.