Tổng quan về hệ thống điều khiển lực kéo trên xe ô tô

Ở đường có hệ số ma sát thấp, chẳng hạn như đường tuyết, băng, đường ướt, bánh xe chủ động sẽ bị quay tại chổ nếu xe khởi hành hay tăng tốc nhanh, làm mất mát mômen chủ động và làm cho bánh xe có có thể trượt. Mômen cực đại có thể truyền đến các bánh xe được quyết định bởi hệ số ma sát giữa lốp xe và mặt đường. Nếu có truyền mômen đến các bánh xe vượt qua giới hạn về lực bám của lốp với mặt đường, nó sẽ làm bánh xe trượt quay. Việc đảm bảo mômen phù hợp với hệ số ma sát trong trường hợp này đôi khi không dễ dàng đối với người lái. Ở phần lớn các trường hợp, khi khởi hành xe đột ngột, người lái đạp chân ga quá nhanh và làm bánh xe bị trượt quay, mất mát lực kéo và mômen. Hệ thống TRC giảm mômen xoắn của động cơ khi bánh xe bắt đầu trượt quay không phụ thuộc vào ý định của người lái, cùng lúc đó nó điều khiển hệ thống phanh vì vậy giảm mômen truyền đến mặt đường tới một giá trị phù hợp. Vì vậy có thể khởi hành và tăng tốc một cách nhanh chóng và ổn định.
1. Lịch sử phát triển của hệ thống.
- Giai đoạn 1: Trước khi hệ thống ABS ra đời việc kiểm soát lực kéo chủ yếu phụ thuộc vào kỹ thuật lái xe, con người điều khiển lực kéo một các chủ động. Con người phải tự điều chỉnh lực kéo khi tốc độ của các bánh xe quá lớn, hay khi thời tiết, đường xấu….
- Giai đoạn 2: Năm 1978 hệ thống ABS (Anti-lock Brakes) ra đời. Thông qua hệ thống phanh ABS hệ thống TCS ra đời 1985 giúp chống trượt quay bánh xe khi mô men kéo cấp cho bánh xe quá lớn bằng cách phanh một phần các bánh có tốc độ lớn so với quy định .
- Giai đoạn 3: Năm 1995, hệ thống cân bằng điện tử VSC (Vehicle stability control) ra đời. Hệ thống TRC tự động điều chỉnh độ mở bướm ga hạn chế nhiên liệu cấp cho động cơ, giảm mô men do động cơ sinh ra, giảm mô men cấp cho các bánh xe chủ động khi mô men của các bánh xe quá lớn, vượt qua giới hạn bám lớn nhất của lốp.
2. Hệ thống TCS (TRC) của một số hãng xe.
2.1. Hệ thống chống trượt TCS trên xe hãng Volkswagen
2.1.1. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống.

Hình 1: Hệ thống chống trượt TCS trên xe Volkswagen

- Bướm ga phụ
+ Vị trí: được đặt ở gần họng gió. Điểu khiển bởi tín hiệu từ ECU ABS & TCS. Công dụng: Điều khiển góc mở bướm ga theo tin hiệu nhận được từ ECU ABS & TCS.
+ Cấu tạo: Là một motor bước, bao gồm một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây, một trục rô to và một bánh răng để dẫn động trục bướm ga.
- Các cảm biến bướm ga
- Cảm biến tốc độ các bánh xe
- Bộ chấp hành phanh TCS:
+ Cụm bơm
+ Bộ chấp hành phanh
+ Công tắc và cảm biến áp suất dầu
+ ECU ABS và TCS
2.1.2. Nguyên lý làm việc của hệ thống

Hình 2: Bướm ga phụ, cơ cấu chấp hành TCS

ECU TCS liên tục nhận các tín hiệu từ 4 cảm biến tốc độ bánh xe và nó cũng liên tục tính tốc độ của từng bánh xe. Cùng lúc đó nó ­ước lư­ợng tốc độ xe trên cơ sở tốc độ của 4 bánh và đặt ra một tốc độ điều khiển tiêu chuẩn. Nếu đạp ga đột ngột trên đư­ờng trơn và các bánh sau (bánh chủ động) bắt đầu trư­ợt quay, tốc độ bánh sau sẽ vượt quá tốc độ tiêu chuẩn. ECU TCS sẽ gửi một tín hiệu đóng bớt b­ướm ga phụ đến bộ chấp hành b­ướm ga phụ, cùng lúc đó nó gửi một tín hiệu đến bộ chấp hành phanh TCS để cấp dầu phanh cao áp đến các xilanh phanh bánh sau. Van điện 3 vị trí của bộ chấp hành ABS đư­ợc chuyển chế độ để điều khiển áp suất dầu phanh bánh sau và vì vậy tránh cho bánh sau không bị trư­ợt quay.
2.2. Hệ thống TRC và VSC của xe hãng Toyota

Hình 3: Hệ thống TRC và VSC trên xe Toyota

Hình 4: Mô tả điều khiển TRC theo thời gian

2.2.1. Sơ đồ cấu tạo của hệ thống
1- ECU điều khiển trượt, 2-Bộ chấp hành phanh, 3- Cảm biến tốc độ, 4- Cảm biến gia tốc, 5- Công tắc đèn phanh, 6- Đồng hồ táp lô( lắp đèn báo TRC) , 7- Cảm biến xoay vô lăng, 8- Cảm biến độ lệch của xe, 9- Bộ trợ lực phanh
2.2.2. Nguyên lý hoạt động
- Khi bánh xe chủ động trong quá trình tăng tốc vượt quá so với các bánh còn lại. Cảm biến tốc độ sẽ báo về ECU của TRC và ECU TRC sẽ điều khiển hệ thống phanh để phanh bớt bánh xe khi tăng tốc.
- Áp suất thuỷ lực do bơm tạo ra được van điện từ ngắt xilanh chính điều chỉnh đến áp suất cần thiết. Do đó xilanh ở các bánh xe dẫn động được điều khiển theo 3 chế độ sau đây: giảm áp suất, giữ áp suất và tăng áp suất để hạn chế độ trượt của các bánh xe chủ động.
- Theo đồ thị ở dưới cùng bên phải, khi tốc độ của bánh xe dẫn động bắt đầu vượt tốc độ bắt đầu điều khiển, áp suất thuỷ lực của phanh tăng lên và số xilanh cắt giảm nhiên liệu tăng lên. Do đó, tốc độ của bánh xe dẫn động giảm xuống.
2.3. Hệ thống TCS trên xe hãng Mercedes

 

Hình 5: Hệ thống TCS trên xe Mercedes

2.3.1.Sơ đồ cấu tạo hệ thống
Cảm biến vị trí bướm ga phụ, 2- Cảm biến vị trí bướm ga chính, 3- Các cảm biến tốc độ( 2 trước, 2 sau), 4- Bộ chấp hành bướm ga phụ, 5- Van P-B, 6- Bộ chấp hành ABS, 6- Công tắc cắt TRC, 7- ECU ABS và TRC, 8- Đèn báo TRC, 9- ECU, ECT động cơ.
2.3.2. Nguyên lý hoạt động
Hệ thống TCS được dùng để làm giảm sự trượt của bánh xe và để tăng tối đa khả năng bám đất mà không bị trượt. Hệ thống này tác động lên hệ thống thắng và động cơ để điều hòa lực tiếp tuyến đặt tại điểm tiếp xúc vỏ xe và mặt đường. Hệ thống này không chỉ dùng trong khi thắng xe mà còn dùng khi tăng tốc .

Hình 5: Biểu đồ mô tả chuyển động xe gia tốc khi quay vòng có và không có TRC

Các bánh xe trượt do các lý do khác nhau
+ Công suất truyền đến các bánh chủ động(bánh sau ) quá lớn phá vỡ sự bám không
trượt của bánh xe làm cho bánh xe bắt đầu trượt. Điều này làm xuất hiện sự thay đổi vị trí của điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường và làm thay đổi vết tiếp xúc khi xe quay vòng, phanh, tăng tốc hay cả 3 trường hợp. Tuy nhiên vấn đề trượt của xe không phải hoàn toàn có kết quả xấu mà hệ số ma sát cực đại sẽ đạt được khi xe vừa bắt đầu trượt. Điều này xảy ra khi hệ số trượt là10% khi đường khô và 5% khi đường ướt. Khi sự trượt xảy ra, người lái xe phải cố gắng không cho việc trượt này xảy ra, điều này lại phụ thuộc kinh nghiệm của người lái xe. Có nhiều cách để giải quyết vấn đề này :

Hình 6: Sơ đồ nguyên lý điều chỉnh momen của các bánh xe chủ động trong hệ thống TCS

+ Phải biết cách điều khiển xe để xe luôn giữ đúng hướng và không bị trượt
+ Có một hệ thống chống trượt có bộ vi xử lý thay cho suy nghĩ của con người .
Hệ thống chống trượt dùng để chọn các tác dụng riêng biệt cho phanh trước hay sau luôn ổn định khi xe quay vòng. Thay vì đổi hướng của xe bằng cách bẻ lái thì có thể thay đổi sự trượt của vỏ xe bằng cách tác dụng phanh lên từng bánh riêng biệt. Việc tác dụng thắng riêng biệt như vậy sẽ chống lại sự chệch hướng của xe, sẽ làm cho xe quay quanh trọng tâm của nó. Hệ thống chống trượt có liên quan đến hệ thống chống bó cứng bánh xe nữa. Để phát hiện sự trượt này cần phảicó cảm biến. Tín hiệu từ các cảm biến này được đưa đến bộ vi xử lý đã được lập trình trước xác định xem bánh xe nào bắt đầu trượt. Khi giá trị đo được vượt quá giá trị được xác định trước, bộ điều khiển sẽ ngắt nguồn công suất động cơ bằng cách ngắt nguồn nhiên lệu hay không cho đánh lửa hoặc tác dụng phanh xe tức thời.
Có thể nói rằng các hệ thống chống trượt được trang bị trên ô tô luôn được cải tiến không ngừng nhằm đáp ứng tính an toàn và tiện nghi của ô tô. Thông qua hệ thống điều khiển điện tử này giúp xe ô tô có thể dễ dàng khởi động ổn định ở trong các loại đường và địa hình trơn trượt khác nhau.