Toàn bộ hệ thống động cơ của dòng xe BMW ActiveHybrid X6 bao gồm một động cơ xăng V8 400 hp tích hợp công nghệ BMW tăng áp kép, hệ thống phun xăng điện tử và hai máy điện hoạt động luân
HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC TRÊN XE BMW ACTIVEHYBRID X6
Tổng quan về dòng xe BMW ActiveHybrid X6
Dòng xe BMW Active Hybrid X6 (E72) ra mắt tại Frankfurt Motor Show 2009, thể hiện tham vọng dẫn đầu của BMW trong lĩnh vực xe điện và xe hybrid Đây là lần đầu tiên kết hợp giữa ý tưởng "Sport Activity Coupe" và hệ thống truyền lực full hybrid, tạo ra một dòng xe lai điện mạnh mẽ Sản phẩm này kết hợp động cơ đốt trong mạnh mẽ với các máy điện hiện đại, mang đến hệ thống truyền lực hoàn hảo về sức mạnh và hiệu suất.
BMW ActiveHybrid X6 là một bước tiến quan trọng trong chiến lược BMW EfficientDynamics, nhằm nâng cao hiệu suất cho các mẫu xe Dòng xe này được phát triển dựa trên khái niệm “Best of Hybrid”, kết hợp những bộ phận tốt nhất để đạt được hiệu suất hoạt động cao hơn và giảm 20% lượng nhiên liệu tiêu thụ, đồng thời đáp ứng các tiêu chuẩn pháp lý và giảm lượng CO2 so với các mẫu xe trước Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một dòng xe hybrid cạnh tranh mạnh mẽ trên thị trường.
Hệ thống động cơ của BMW ActiveHybrid X6 bao gồm một động cơ xăng V8 400 hp với công nghệ tăng áp kép và hệ thống phun xăng điện tử, kết hợp với hai máy điện có công suất 91 hp và 86 hp Tổng công suất của xe đạt tới 480 hp, với mômen xoắn cực đại khoảng 780 Nm.
Sự kết hợp hoàn hảo giữa ba bộ phận cung cấp công suất giúp BMW ActiveHybrid X6 tối ưu hóa hiệu suất ở mọi tốc độ, với khả năng tăng tốc từ 0 đến 100 km/h chỉ trong 5,4 giây Xe có tốc độ tối đa được giới hạn điện tử ở 209 km/h, mức tiêu thụ nhiên liệu đạt khoảng 20% theo tiêu chuẩn EU, và lượng khí thải CO2 chỉ khoảng 232 gr/km, so với động cơ V8 tiêu chuẩn.
Xe 4 độ full hybrid có khả năng vận hành hoàn toàn bằng điện mà không phát thải CO2, đạt tốc độ tối đa 60 km/h Động cơ đốt trong sẽ tự khởi động khi cần thiết.
Xe BMW Active Hybrid X6 được trang bị nhiều tính năng an toàn chủ động và bị động, bao gồm hệ thống chống bó cứng phanh ABS và hệ thống cân bằng điện tử DSC, nhằm mang đến trải nghiệm an toàn tối ưu cho khách hàng Bên cạnh đó, nội thất sang trọng và hệ thống giải trí hiện đại của xe cũng góp phần tạo ra những trải nghiệm tuyệt vời nhất cho người sử dụng.
Tổng quan về hộp số truyền lực Active Transmission và hệ thống dẫn động bốn bánh
2.2.1 Giới thiệu tổng quan về hộp số truyền lực Active Transmission [1]
Hộp số Active Transmission là sản phẩm hợp tác giữa General Motors, BMW và Daimler, mang lại các tỷ số truyền lực đa dạng giữa trục sơ cấp và trục thứ cấp, tương tự như hộp số truyền thống.
Các thông số hoạt động hoàn hảo của xe được tối ưu hóa nhờ vào cơ chế truyền lực chủ động với hai chế độ Sự kết hợp giữa hai hệ thống cung cấp công suất được điều chỉnh tự động, giúp nâng cao hiệu suất làm việc và động học trong mọi chế độ truyền lực Hộp số truyền lực chủ động có 7 cấp số tiến, bao gồm 4 tay số cố định và 2 chế độ tỷ số truyền biến thiên (CVT) Trong 4 tay số cố định, tốc độ động cơ đốt trong liên quan chặt chẽ đến tốc độ quay của trục thứ cấp Ngược lại, ở 2 chế độ CVT, tỷ số giữa tốc độ động cơ và tốc độ trục thứ cấp thay đổi liên tục, nhờ vào việc điều chỉnh điện tử thông qua hai máy điện kết nối với hộp số Điều này dẫn đến việc hai chế độ này còn được gọi là ECVT (truyền lực vô cấp điện tử) Các máy điện đóng vai trò quan trọng trong hệ thống truyền lực hybrid, hỗ trợ động cơ đốt trong và thu hồi năng lượng phanh hiệu quả.
Xe sử dụng 5 động cơ và chuyển đổi nhờ 3 bộ bánh răng hành tinh cùng 4 bộ ly hợp nhiều đĩa Nó có 2 chế độ ECVT khác nhau: chế độ đầu tiên hoạt động ở tốc độ thấp và khi dừng tạm thời, trong khi chế độ thứ hai được kích hoạt khi xe chạy ở tốc độ cao.
Khi xe hoạt động ở chế độ chạy thông thường với tốc độ thấp, một máy điện sẽ được kích hoạt Khi cần thêm công suất hoặc tăng tốc, máy điện thứ hai sẽ tự động kích hoạt động cơ đốt trong để hỗ trợ Máy điện này cũng đóng vai trò là máy phát điện cung cấp năng lượng cho các hệ thống khác trên xe Khi xe di chuyển ổn định ở tốc độ cao, động cơ đốt trong sẽ cung cấp phần lớn công suất thông qua các quá trình cơ khí, trong khi một trong hai máy điện trở thành máy phát.
Hộp số Active Transmission không chỉ bao gồm hai máy điện mà còn được cấu tạo từ ba bộ bánh răng hành tinh và bốn bộ ly hợp nhiều đĩa, tạo nên một hệ thống tối ưu hóa hiệu suất lái xe từ nguồn công suất của động cơ đốt trong.
Hình 2.1 Hộp số truyền lực của xe BMW ActiveHybrid X6
Bảng 2.1 Chú thích của hộp số truyền lực trên E72
Hệ thống truyền lực ActiveHybrid X6 sử dụng hộp số với bánh đà kép để truyền công suất từ động cơ, đồng thời giảm thiểu dao động từ động cơ sang hộp số Bánh đà kép được lắp đặt giữa động cơ và hộp số, có cấu tạo tương tự bánh đà trong động cơ truyền thống, nhưng còn tích hợp cảm biến tốc độ động cơ Không có bộ ly hợp thủy lực, nên các bộ phận của hộp số được bôi trơn tự nhiên Để vận hành các bộ ly hợp nhiều đĩa, hộp số sử dụng bơm dầu điều khiển bởi động cơ hoặc máy điện, và mạch dầu còn giúp làm mát các bộ phận của hộp số.
Hộp số chủ động không sử dụng ly hợp tự hành như hộp số sàn truyền thống, mà thay vào đó, máy điện tạo ra các tốc độ khác nhau giữa trục sơ cấp và trục thứ cấp Khi xe hoạt động bằng động cơ đốt trong, một trong hai máy điện cung cấp công suất, đồng thời tạo ra năng lượng điện để khởi động máy điện còn lại và tạo mômen xoắn ở trục thứ cấp, giúp xe di chuyển.
Hai máy điện hỗ trợ trong quá trình chuyển số của xe, cung cấp mômen xoắn bổ sung cho động cơ và đảm bảo sự chuyển số mượt mà khi bộ ly hợp nhiều đĩa hoạt động Bộ điều khiển hộp số, hay còn gọi là Transmission Control Module, đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối các hoạt động này.
3 Mô-tơ điện dùng để dẫn bơm dầu hộp số
5 Bộ bánh răng hành tinh số 1
7 Bộ bánh răng hành tinh số 2
8 Ly hợp nhiều đĩa số 3
9 Ly hợp nhiều đĩa số 4
11 Bộ bánh răng hành tinh số 3
12 Ly hợp nhiều đĩa số 1
13 Ly hợp nhiều đĩa số 2
TCM, là một phần của môđun điều khiển điện tử - thuỷ lực và được lắp đặt gần cacte dầu hộp số
2.2.1.1.1 Bộ ly hợp nhiều đĩa [2]
Hình 2.2 Bộ ly hợp nhiều đĩa [2]
Bộ ly hợp nhiều đĩa là thiết bị quan trọng giúp truyền mômen xoắn lớn trong không gian hạn chế, đồng thời cho phép đóng và cắt ly hợp hiệu quả trong quá trình hoạt động của xe.
Ly hợp nhiều đĩa bao gồm hai loại chính: ly hợp ướt và ly hợp khô, trong đó ly hợp ướt giúp giải nhiệt hiệu quả do ma sát sinh ra trong quá trình hoạt động Loại ly hợp này được ứng dụng rộng rãi trong các máy gia công công nghiệp, máy gặt lúa, và hộp số của các phương tiện hàng hải.
Hình 2.3 Vị trí lắp đặt của bộ ly hợp nhiều đĩa [2]
Hình 2.4 Các bộ phận của một ly hợp nhiều đĩa [2]
Một bộ ly hợp nhiều đĩa sẽ bao gồm các bộ phận:
• Inner disc: đĩa ly hợp bên trong
• Outer disc: đĩa ly hợp bên ngoài
• Separator spring: lò xo ngăn
• Drive cup: vỏ ly hợp
Bộ ly hợp nhiều đĩa hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ, truyền mômen xoắn qua các bộ phận cơ khí Khi có điện, cuộn dây trở thành nam châm điện, tạo ra từ trường mạnh mẽ tác động lên đĩa ly hợp của phần ứng Sự từ hóa phần quay cũng tạo lực hút từ tới các đĩa ly hợp, dẫn đến việc ép chặt các đĩa ly hợp bên trong với các đĩa ly hợp bên ngoài Kết quả là mômen xoắn được truyền qua vỏ ly hợp tới các bộ phận truyền lực như puli, khớp nối và bánh răng.
Khi ngắt ly hợp, dòng điện sẽ được ngắt khỏi cuộn dây, khiến các lò xo ngăn trên mặt các đĩa ly hợp tách rời và làm cho ly hợp ngừng hoạt động Mặc dù đôi khi có thể xảy ra tình trạng trượt nhỏ giữa các lò xo ngăn, nhưng mức độ này không đáng kể.
Hình 2.6 Trước khi ngắt ly hợp nhiều đĩa [2]
Hình 2.7 Sau khi ngắt ly hợp nhiều đĩa [2]
Máy điện là một phần quan trọng trong hệ thống điện của hộp số truyền lực hybrid trên xe BMW ActiveHybrid X6, được lắp đặt bên trong hộp số chủ động và thường được bảo vệ cẩn thận Trong dòng xe E72, máy điện có nhiều vai trò tùy thuộc vào trạng thái hoạt động Năng lượng cho máy điện được cung cấp từ bộ pin NiMH chất lượng cao nằm dưới sàn phía đuôi xe Bên cạnh đó, xe còn được trang bị hệ thống phanh tái sinh, cho phép máy điện hoạt động như một máy phát, chuyển đổi động năng phanh thành điện năng để sạc lại bộ pin.
Hình 2.8 Vị trí các máy điện trong hộp số chủ động [1]
Bảng 2.2 Chú thích các máy điện trên hộp số của E72 [1]
Bảng 2.3 Các thông số của các máy điện trên hộp số của E72 [1]
3 Phần quay của máy điện B
4 Trục thứ cấp của hộp số
5 Điểm nối của cảm biến vị trí trong máy điện B
6 Cuộn dây ở phần tĩnh của máy điện B
7 Điểm nối cao áp cho ba pha của máy điện A
8 Cuộn dây ở phần tĩnh của máy điện A
Thông số Máy điện A Máy điện B
Công suất tối đa 67 kW ở 3000 vòng/phút 63 kW ở 2500 vòng/phút Mômen xoắn tối đa 260 Nm ở 0 – 2500 vòng/phút 280 Nm ở 0 – 2000 vòng/phút
Tốc độ tối đa 10,500 vòng/phút 13,500 vòng/phút Điện áp định mức 300 V 300 V
Máy điện trong dòng xe BMW ActiveHybrid X6 được thiết kế để nâng cao hiệu suất mà không làm tăng mức tiêu thụ nhiên liệu Khi xe tăng tốc, động cơ V8 kết hợp với hai máy điện để tối ưu hóa hiệu suất động học và hiệu quả làm việc Khi cần công suất cao hơn, hai máy điện cung cấp thêm mômen xoắn, cải thiện hiệu năng hoạt động Nhờ đó, hiệu suất tổng thể của xe được gia tăng đáng kể mà không tiêu tốn thêm nhiên liệu.
Hai máy điện cung cấp công suất tương đương, lần lượt là 91 hp và 86 hp, nhưng được điều chỉnh để phù hợp với các thiết lập chuyên biệt Mômen xoắn tối đa của chúng lần lượt đạt 192 lb-ft và 206 lb-ft.
CÁC HỆ THỐNG AN TOÀN TRÊN XE BMW ACTIVEHYBRID X6…38 3.1 Sự cần thiết của các hệ thống an toàn trên ô tô hiện nay
Phân loại các hệ thống an toàn trên ô tô
Hệ thống an toàn trên ô tô được chia thành hai loại: chủ động và thụ động Hệ thống an toàn chủ động bao gồm các tính năng như ABS, EBD và ESC, giúp nhận diện sớm và can thiệp vào quá trình điều khiển để giảm thiểu khả năng xảy ra tai nạn Ngược lại, hệ thống an toàn thụ động, như túi khí và dây đai an toàn, được kích hoạt khi tai nạn xảy ra để bảo vệ tài xế và hành khách khỏi chấn thương.
Hệ thống Dynamic Stability Control III trên BMW ActiveHybrid X6
3.3.1 Tổng quan hệ thống DSC III trên BMW ActiveHybrid X6 Đối với nhiều hãng xe lớn trên thế giới hiện này, việc cho ra đời một chiếc xe ngoài các yếu tố về hiệu năng, công suất thì vấn đề an toàn cho người sử dụng luôn được các nhà sản xuất ô tô đặt lên hàng đầu và hãng BMW cũng không ngoại lệ Với một hãng xe nổi tiếng lâu đời và đã khẳng định được tên tuổi trên thị trường ô tô thế giới, việc cho ra đời một chiếc xe tổng hợp đầy đủ những tiêu chuẩn về độ hoàn hảo từ hiệu năng đến chế độ an toàn là điều không phải bàn cãi Đại diện hãng xe đến từ Đức là BMW luôn là mang đến cho người dùng những dòng xe không những thể hiện được sự đẳng cấp mà còn mang đến cảm giác an tâm cho khách hàng bởi được trang bị trên đó những tính năng an toàn hiện nhất để bảo vệ con người Được ra mắt vào cuối năm 2009 và với tham vọng sẽ biến BMW ActiveHybrid X6 thành chiếc xe lai điện mạnh nhất và an toàn nhất tại thời điểm đó Chính vì thế sẽ không khó hiểu khi chiếc xe được ra mắt với hàng loạt những tính năng an toàn được trang bị trên xe như ABS, EBD, DSC… Ngoài ra, được tích hợp chung trong hệ thống Dynamic Stability Control III (DSC III) là những hệ thống an toàn mặc định khác, góp phần hỗ trợ nhau nhằm đảm bảo các hệ thống an toàn chủ lực hoạt động một cách chính xác và hiệu quả
3.3.2 Mục đích của hệ thống DSC III [4]
Xe E72 được trang bị hệ thống DSC III, tương tự như các dòng xe E38/E39, nhằm cải thiện khả năng điều khiển ổn định chuyển động Mặc dù các bộ phận của hệ thống vẫn giống nhau, phần mềm và chương trình điều khiển đã được điều chỉnh để tương thích với hệ thống dẫn động bốn bánh xDrive và khả năng chạy địa hình của xe.
Các tính năng mới/được thay đổi trong hệ thống DSC III bao gồm:
• Tính năng điều khiển khi xuống dốc (Hill Decent Control/HDC)
• Tính năng kiểm soát phanh bộ vi sai (Differential Brake Control/ABD)
• Tính năng kiểm soát lực kéo (Traction control)
• Tính năng chống bó cứng phanh cải tiến (Anti-lock Braking System/ABS)
Hệ thống DSC cũng cung cấp cho người sử dụng dòng xe ActiveHybrid X6 toàn bộ các tính năng của hệ thống DSC III có trên dòng xe E38/E39 Bao gồm:
• Duy trì lực kéo trong mọi điều kiện đường sá
• Kiểm soát ổn định hướng lái (Longitudinal Stability - ổn định dọc)
• Duy trì độ ổn định ngang của xe (Lateral Stability)
• Điều khiển phanh góc hẹp (Corner Braking Control)
• Cung cấp tính năng ổn định lực phanh (Dynamic Braking Control/DBC) và kiểm soát lực phanh tối đa (Maximum Braking Control/MBC)
• Kiểm soát phân phối lực phanh điện tử (Electronic Brake Proportioning)
Hình 3.1 Sơ đồ chức năng của bộ điều khiển hệ thống DSC III [4]
3.3.3 Các bộ phận chính trong hệ thống DSC III [4]
Các bộ phận của hệ thống DSC III trên dòng xe ActiveHybrid X6 bao gồm:
• Môđun điều khiển DSC III tích hợp trong hệ thống thuỷ lực có giao tiếp mạng CAN
• Xylanh cái 2 tầng trong hệ thống phanh
• Cảm biến tốc độ bốn bánh xe (cảm biến Hall chủ động)
• Cảm biến góc đánh lái
• Cảm biến tích hợp góc quay vòng/gia tốc ngang
• Cảm biến áp suất phanh
• Công tắc điều chỉnh dòng dầu phanh
• Công tắc điều khiển đèn phanh
• Bảng đèn tín hiệu DSC
• Mạng giao tiếp CAN (DME/AGS)
• Công tắc HDC (Hill Decent Control)
3.3.3.1 Môđun điều khiển DSC III tích hợp trong hệ thống thuỷ lực [4]
Môđun điều khiển DSC III được tích hợp với hệ thống thuỷ lực, giúp giảm kích thước và số lượng dây dẫn cần thiết cho việc điều khiển Thêm vào đó, relay mô-tơ và relay van đã được thay thế bằng chương trình trong môđun điều khiển, cho phép bộ điều khiển thuỷ lực hoạt động hiệu quả hơn.
• Hai van solenoid chuyển số
Hình 3.2 Môđun điều khiển DSC III trong hệ thống thuỷ lực [4]
3.3.3.2 Cảm biến áp suất phanh [4]
Cảm biến áp suất phanh được lắp đặt trong hệ thống thủy lực nhằm đo lưu lượng áp suất trong hệ thống cân bằng động học phanh (Dynamic Brake Control) Thường thì, cảm biến này được đặt ở mạch điện của trục cầu trước.
Cảm biến này nhận năng lượng từ bộ điều khiển DSC và tạo ra tín hiệu điện từ 0,5 đến 4,5V, tùy thuộc vào lực phanh hiện tại.
Hình 3.3 Cảm biến áp suất phanh [4]
3.3.3.3 Công tắc đèn phanh (BLS) [4]
Công tắc đèn phanh đóng vai trò quan trọng trong việc gửi tín hiệu đến bộ điều khiển DSC, thông báo về thời điểm xuất hiện lực phanh Khi tín hiệu này được nhận trong quá trình cân bằng tự động ASC (Automatic Stability Control), tín hiệu phanh sẽ bị ngắt để đảm bảo an toàn.
Hình 3.4 Công tắc đèn phanh [4]
Bơm TRC thường được đặt ở dưới xylanh chính, phía bên trái của động cơ
Trong quá trình ASC hoặc DSC, khi xuất hiện lực phanh, bộ điều khiển DSC kích hoạt bơm TRC để cung cấp dầu thắng Bơm này sẽ đưa một lượng dầu với áp suất từ 10-15 bar tới mạch dầu của trục cầu trước và cũng cấp dầu cho mạch dầu ở trục cầu sau.
Bơm TRC sẽ đảm bảo luôn có lượng dầu phanh đủ ở bộ điều khiển thuỷ lực khi xe đang phanh
Công tắc phanh tay kết nối với bộ điều khiển của DSC, giúp gửi tín hiệu để ngắt điều khiển phân phối mômen xoắn động cơ (ETC) khi phanh tay được kích hoạt.
Hình 3.6 Công tắc phanh tay [4]
3.3.3.6 Cảm biến tốc độ quay/gia tốc ngang [4] Được đặt ở vùng trung tâm phía sau bộ điều khiển DSC III, cảm biến tốc độ quay và gia tốc ngang sẽ cung cấp hai tín hiệu đến bộ điều khiển DSC III Cảm biến này hoàn toàn không bị ảnh hưởng từ dao động của thân xe nhờ vào một lớp bọc cao su bên ngoài Để đo tốc độ vòng quay, cảm biến sẽ đưa ra tín hiệu so sánh 2,5V và một tín hiệu tuyến tính điện áp khoảng 0,7-4,3V Tín hiệu tuyến tính này sẽ được bộ điều khiển DSC dùng để tính toán độ quay vòng (Yaw rate)
Cảm biến cung cấp tín hiệu đầu vào tuyến tính về gia tốc ngang (G-force) trong khoảng 0,5-4,5V Dữ liệu này được bộ điều khiển DSC sử dụng để xác định các lực bên ảnh hưởng đến xe và điều chỉnh ổn định.
Hình 3.7 Cảm biến góc quay vòng/gia tốc ngang [4]
Hệ thống sẽ khởi động khi bộ đánh lửa hoạt động Khi ấn, công tắc sẽ sinh ra một dòng tín hiệu điện 12V truyền đến bộ điều khiển DSC
III để tắt hệ thống này (đèn DSC trên bảng điều khiển sẽ nhấp nháy) Khi ấn nút thêm một lần nữa, hệ thống sẽ khởi động trở lại
(đèn DSC trên bảng điều khiển tắt)
Tính năng điều khiển đổ dốc (HDC) sẽ được kích hoạt bằng cách nhấn công tắc DSC trên bảng điều khiển Khi tính năng này đang chuẩn bị khởi động, đèn LED sẽ sáng rõ, và khi HDC đang hoạt động, đèn sẽ nhấp nháy.
3.3.3.9 Cảm biến tốc độ bánh xe [4]
• Một cảm biến Hall 2 dây – “máy phát xung vuông”
Dây cấp dòng điện 8V ổn định đến phần tử Hall, trong khi dòng nối đất sẽ đi qua dây còn lại đến bộ điều khiển Vòng tạo xung tạo ra dòng tín hiệu ảnh hưởng đến dòng điện áp, dẫn đến việc tạo ra điện áp thấp 0,75V và điện áp cao 2,5V.
• Tạo 48 xung trên một vòng quay xe
• Cảm biến truyền ngay lập tức thông tin về tốc độ bánh xe về bộ điều khiển
Hình 3.10 Cảm biến tốc độ bánh xe [4]
3.3.3.10 Cảm biến góc đánh lái (SAS) [4]
Cảm biến góc đánh lái được lắp đặt ở cuối trục lái, gần khớp nối linh hoạt, và có chức năng quan trọng trong việc đo lường góc đánh lái Thiết bị này được trang bị bộ xử lý, cho phép kết nối trực tiếp với CAN bus để giao tiếp hiệu quả với các mô-đun khác trong hệ thống DSC III.
Cảm biến sử dụng hai chiết áp để xác định góc đánh lái và tỷ lệ góc đánh lái Các tín hiệu thô này được bộ vi xử lý CAN bus xử lý để tạo ra tín hiệu góc đánh lái, sau đó truyền đến mạng CAN bus.
Cảm biến cần được điều chỉnh sau mỗi lần sửa chữa hệ thống lái hoặc hệ thống treo Sau khi điều chỉnh, cảm biến sẽ gửi tín hiệu nhận diện qua mạng CAN bus đến bộ điều khiển DSC III, giúp bộ điều khiển này nhận biết rằng việc điều chỉnh cảm biến đã hoàn tất.
Nguyên lý hoạt động
Phạm vi hoạt động chủ yếu của hệ thống DSC III gói gọn trong ba hệ thống chính:
Hệ thống DSC III sử dụng tín hiệu từ các cảm biến để xác định hệ thống điều khiển phù hợp nhất cho xe Ngoài ba hệ thống chính, xe còn được trang bị các hệ thống phụ như CBC, EBV, MSR, ADB, DBC và MBC, chỉ hoạt động khi các điều kiện nhất định được đáp ứng.
Hình 3.15 Sơ đồ phạm vi hoạt động cơ bản của hệ thống DSC III [4]
3.4.1 Hệ thống chống bó cứng phanh ABS và các tính năng phụ trợ [4]
3.4.1.1 Hệ thống chống bó cứng phanh ABS [4]
Hình 3.16 Cấu trúc điều khiển hệ thống chống bó cứng phanh ABS
Hệ thống chống bó cứng phanh ABS ngăn chặn tình trạng khoá cứng bánh xe khi phanh bằng cách so sánh bốn chỉ số cảm biến tốc độ bánh xe để tính toán tốc độ trung bình của xe Khi một bánh xe bị khoá cứng hoặc tốc độ bánh xe giảm xuống dưới ngưỡng tối thiểu trong bộ điều khiển ABS, hệ thống phanh sẽ bắt đầu hoạt động Hiệu quả tối ưu của hệ thống ABS đạt được khi tốc độ xe khoảng 12 km/h.
Hệ thống ABS trong dẫn động bốn bánh không chỉ giúp phanh hiệu quả mà còn giảm thiểu tác động của bề mặt trơn trượt Khi bánh xe bị khoá, bùn và đất tích tụ phía trước bánh xe tạo ra hiệu ứng phanh mạnh mẽ Hệ thống cho phép giữ một hoặc cả hai bánh xe cầu trước quay với tốc độ lên đến 20 km/h, giúp duy trì khả năng đánh lái ngay cả trên mặt đường kém Khi bộ điều khiển phát hiện sự thay đổi góc lái, phanh ABS sẽ tự động điều chỉnh để đảm bảo an toàn và ổn định cho xe.
Hoạt động của hệ thống chống bó cứng phanh ABS bao gồm ba giai đoạn:
• Giai đoạn tăng áp suất phanh
• Giai đoạn duy trì áp suất phanh
• Giai đoạn giảm áp suất phanh
1 Các cảm biến tốc độ bánh xe
2 Cụm công tắc đèn phanh
2 Các van solenoid điện từ
Hình 3.17 Sơ đồ điều khiển chống bó cứng phanh ABS ở cầu trước [4]
Trong giai đoạn tăng áp suất, áp suất phanh bắt đầu tích luỹ khi tài xế đạp chân phanh Khi hệ thống ABS can thiệp, nó tạo ra áp suất khởi điểm bằng cách cấp điện cho van nạp Chẳng hạn, khi bánh sau bên phải bị khoá cứng, cả hai van nạp sẽ được cấp điện, điều tiết đồng thời cả hai bánh xe cầu sau Hoạt động này được gọi là điều tiết áp suất phanh.
“Lựa chọn logic thấp” Cả bốn bánh sẽ được điều tiết độc lập nhằm ngăn việc khoá cứng bánh xe
Trong giai đoạn duy trì áp suất, van nạp sẽ cấp điện để đóng mạch dầu phanh, giữ mức dầu ổn định và ngăn chặn áp suất tăng thêm Nếu tốc độ bánh xe không tăng, giai đoạn giảm áp suất sẽ được khởi động.
Trong giai đoạn giảm áp suất, bộ điều khiển cấp điện cho các van xả trong khi van nạp vẫn đóng, dẫn đến việc xả lượng dầu phanh qua bộ kẹp phanh ở má phanh, làm giảm áp suất phanh Đồng thời, bơm dầu được khởi động để hút lại lượng dầu phanh đã xả và bơm trở lại mạch dầu phanh ở các bánh xe cầu trước.
Hệ thống ABS hoạt động bằng cách luân phiên giữa ba giai đoạn với tần suất khoảng 3-12 lần mỗi giây, nhằm ngăn chặn hiện tượng khóa cứng bánh xe.
3.4.1.2 Các tính năng phụ của ABS [4]
3.4.1.2.1 Phân phối lực phanh điện tử (EBV)
Hình 3.18 Tải trọng tác dụng lên bánh xe trong các trường hợp cụ thể
EBV (Electronic Brakeforce Distribution) đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh phân phối lực phanh độc lập cho từng bánh xe thông qua bộ điều khiển điện tử Lực phanh lý tưởng được phân phối theo tỷ lệ với tải trọng tác động lên các bánh xe, trong đó bánh trước thường chịu tải trọng lớn hơn do động cơ đặt phía trước Khi phanh, lực quán tính làm tăng tải trọng ở bánh trước và giảm ở bánh sau Trước đây, việc phân phối lực phanh chủ yếu phụ thuộc vào các van cơ khí như van điều hòa lực phanh và van bù tải, nhưng chúng không thể điều chỉnh hiệu quả khi xe quay vòng, khi tải trọng thay đổi giữa các bánh xe Để khắc phục hạn chế này, hệ thống EBV đã được phát triển, cung cấp khả năng phân phối lực phanh chính xác và hiệu quả hơn Hệ thống này tính toán sự khác biệt về tốc độ giữa bánh trước và bánh sau, từ đó điều chỉnh và cân bằng lực phanh nhằm tối ưu hóa hiệu quả phanh.
Hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBV trên BMW ActiveHybrid X6 tích hợp nhiều tín hiệu đầu vào, bao gồm cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến tốc độ xe và bộ điều khiển trung tâm DSC III Ngoài ra, EBV còn sử dụng các cảm biến bổ sung để nâng cao hiệu quả trong việc đánh giá các tình huống phanh.
Cảm biến gia tốc ngang (Y – sensor) đóng vai trò quan trọng trong việc đo trọng tâm và kiểm tra độ trượt ngang của xe ô tô Thiết bị này hoạt động như một cảm biến hồi chuyển, giúp đo vận tốc góc quanh trục Z (trục dọc) Đặc biệt, cảm biến này sử dụng mạng CAN bus để truyền dữ liệu thời gian thực giữa các mô đun, đảm bảo sự liên kết và chính xác trong quá trình hoạt động của xe.
Cảm biến góc tay lái (SA – sensor) có chức năng ghi lại góc xoay của vô lăng và truyền tín hiệu đến ECU, giúp hệ thống nhận biết hướng di chuyển mà người lái mong muốn.
Van điều khiển thủy lực trong hệ thống EBV khác với cụm van của phanh ABS, vì nó được trang bị thêm các van trượt nhằm điều chỉnh lưu lượng dầu cho từng bánh xe riêng biệt, thay vì phân phối đều cho cả 4 bánh như phanh ABS.
Bộ điều khiển trung tâm DSC III liên tục thu thập dữ liệu từ các cảm biến, giúp đánh giá chính xác tải trọng phân bố trên từng bánh xe.
Khi xe quay vòng trái quá nhanh, cảm biến gia tốc ngang sẽ phát hiện xe nghiêng về bên phải, trong khi bộ điều khiển trung tâm nhận tín hiệu từ cảm biến tải trọng cho thấy trọng lượng xe dồn lên hai bánh bên phải do lực quán tính ly tâm Nếu hệ thống DSC III nhận thấy xe có nguy cơ mất lái, hệ thống EBV sẽ tự động can thiệp để giảm tốc độ các bánh xe bằng cách mở các van dầu thắng, ngay cả khi người lái chưa nhấn phanh Trong tình huống này, EBV sẽ tăng cường lực phanh để đảm bảo an toàn.
Khi trọng lượng xe dồn về phía bên phải, hai bánh phía này sẽ chịu nhiều lực hơn Nếu xe không được trang bị hệ thống EBV, lực phanh sẽ phân bổ đều cho cả bốn bánh, dẫn đến hai bánh phía trái nhận lực phanh quá mức cần thiết Điều này có thể gây ra hiện tượng trượt cho hai bánh này do lực phanh vượt quá lực bám, làm mất cân bằng và có nguy cơ khiến xe trượt ra khỏi đường.
Hình 3.19 Lực phanh ở các bánh xe khi xe quay vòng 3.4.1.2.2 Điều khiển phanh khi vào góc cua (CBC) [4]
Hình 3.20 Minh hoạ xe đang vào khúc cua [4]