Tìm hiểu hệ thống xdrive trên dòng xe bmw ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống xDrive - Nguyên tắc hoạt động của hộp số phụ - Sự phối hợp của hệ thống xDrive với các hệ thống khác trên xe hệ thống DSC - Các tính năng mớ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TÌM HIỂU HỆ THỐNG XDRIVE TRÊN DÒNG XE BMW

GVHD: ThS DƯƠNG TUẤN TÙNG SVTH: NGUYỄN VĂN NHỜ

NGÔ LÂM VĨNH BẢO

S K L0 0 8 0 0 1

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ MÔN KHUNG GẦM - -

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ MÔN KHUNG GẦM - -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Ô tô Tên đề tài:

TÌM HIỂU HỆ THỐNG XDRIVE TRÊN DÒNG XE BMW SVTT : NGUYỄN VĂN NHỜ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn ………

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên hướng dẫn) Họ và tên sinh viên……… MSSV:……… Hội đồng:…………

Họ và tên sinh viên……… MSSV:……… Hội đồng:…………

Tên đề tài:

Ngành đào tạo:

Họ và tên GV hướng dẫn:

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Nhận xét về tinh thần, thái độ làm việc của sinh viên (không đánh máy)

2 Nhận xét về kết quả thực hiện của ĐATN(không đánh máy) 2.1.Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2.2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển)

2.3.Kết quả đạt được:

2.4 Những tồn tại (nếu có):

3 Đánh giá:

TT Mục đánh giá Điểm tối

đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa

học xã hội…

5

Khả năng thiết kế chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình

đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

Tổng điểm 100

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do – Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Bộ môn ………

PHIẾU NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Dành cho giảng viên phản biện) Họ và tên sinh viên MSSV: ………….Hội đồng…………

Họ và tên sinh viên MSSV: ………….Hội đồng…………

Tên đề tài:

Ngành đào tạo:

Họ và tên GV phản biện: (Mã GV)

Ý KIẾN NHẬN XÉT 1 Kết cấu, cách thức trình bày ĐATN:

2 Nội dung đồ án: (Cơ sở lý luận, tính thực tiễn và khả năng ứng dụng của đồ án, các hướng nghiên cứu có thể tiếp tục phát triển )

3 Kết quả đạt được:

4 Những thiếu sót và tồn tại của ĐATN:

5 Câu hỏi:

6 Đánh giá:

TT Mục đánh giá Điểm tối

đa

Điểm đạt được

Đúng format với đầy đủ cả hình thức và nội dung của các mục 10

Khả năng ứng dụng kiến thức toán học, khoa học và kỹ thuật, khoa

học xã hội…

5

Khả năng thiết kế, chế tạo một hệ thống, thành phần, hoặc quy trình

đáp ứng yêu cầu đưa ra với những ràng buộc thực tế

15

Khả năng sử dụng công cụ kỹ thuật, phần mềm chuyên ngành… 5

Tổng điểm 100

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

XÁC NHẬN HOÀN THÀNH ĐỒ ÁN

Tên đề tài:

Họ và tên Sinh viên: MSSV:

MSSV: Ngành: Công nghệ Kỹ thuật ô tô

Sau khi tiếp thu và điều chỉnh theo góp ý của Giảng viên hướng dẫn, Giảng viên phản biện

và các thành viên trong Hội đồng bảo về Đồ án tốt nghiệp đã được hoàn chỉnh đúng theo yêu cầu về nội dung và hình thức

Chủ tịch Hội đồng:

Giảng viên hướng dẫn:

Giảng viên phản biện:

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện đề tài tốt nghiệp, chúng em đã nhận được sự giúp đở chân thành

và hết sức tận tình của thầy Dương Tuấn Tùng Thầy là cầu nối quan trọng để giúp đở chúng

em về mặt kiến thức, về tác phong làm việc của một kỹ sư tương lai Thầy luôn có những đánh giá và đóng góp ý kiến chân thành về những sai sót, những thắc mắc của chúng em trong quá trình thực hiện đề tài Thầy luôn tận tâm, tạo mọi điều kiện cho chúng em sửa chửa những khuyết điểm, để chúng em rút ra những bài học kinh nghiệm quý giá cho bản thân

Chúng em cũng không quên gửi lời tri ân của mình tới quý thầy cô của khoa Cơ Khí Động Lực Chính quí thầy cô là tấm gương sáng cho chúng em hoàn hiện về phẩm chất và kiến thức trong suốt 4 năm học tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh

Chúng em cũng gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn giúp đỡ chúng em trong quá trình học tập

Trong quá trình thực hiện đề tài, do khiến thức còn hạn chế nên chúng em cũng không tránh khỏi những thiếu sót Chúng em mong nhận được sự chỉ bảo và những đóng góp ý quí báu của quí thầy cô

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, tháng 7 năm 2017

TÓM TẮT

Ở nước ta ô tô xuất hiện ngày càng nhiều, chúng được trang bị nhiều hệ thống dẫn động khác nhau, tùy theo mục đích và nhu cầu ta chọn xe có hệ thống dẫn động phù hợp Chính vì

lý do đó việc nghiên cứu về các hệ thống dẫn động là cần thiết Được sự cho phép của bộ môn,

và thầy hướng dẫn nên chúng em đã chọn đề tài “ Tìm hiểu hệ thống dẫn động xDrive trên

xe BMW ” để nghiên cứu, tiềm hiểu trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp

Để thực hiện đề tài nhóm chúng em đã tiềm tài liệu đào tạo chuyên ngành của hãng BMW, tài liệu trên internet, sách báo nước ngoài, tài liệu chuyên ngành ô tô trên thư viện và nhiều nguồn tài liệu khác để có hướng nghiên cứu thích hợp với kiến thức chuyên ngành đã học được tại trường trong 4 năm qua, cùng vốn tiếng anh chuyên ngành hiện có, và dưới sự giúp đở tận tâm của thầy Dương Tuấn Tùng chúng em đã nghiên cứu tiềm hiểu về hệ thống dẫn động xDrive trên xe BMW

Sau một thời gian nghiên cứu chúng em đã tiềm hiểu được cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các tính năng mới, cũng như những ưu điểm của hệ thống dẫn động xDrive mà so với các hệ thống dẫn động trước đây như 2WD, 4WD, AWD không có được

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU 1

NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 6

PHẦN 1: TỔNG QUAN 6

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 6

PHẦN 2: NỘI DUNG 8

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU CHUNG VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG TRÊN Ô TÔ 8

1.1 Hệ thống dẫn động 2WD 9

1.1.1 Hệ thống dẫn động cầu trước (FWD) 9

1.1.2 Hệ thống dẫn động cầu sau (RWD) 10

1.2 Hệ thống dẫn động 4WD 11

1.3 Hệ thống dẫn động AWD 12

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG XDRIVE 14

2.1 Giới thiệu về hệ thống dẫn động xDrive: 14

2.2 Tìm hiểu chung về các bộ phận của hệ thống xDrive 16

2.2.1 Hộp số phụ 16

2.2.2 Dòng truyền năng lượng trên hộp số phụ ATC 400 và ATC 500 18

2.3 Cấu tạo hộp số phụ 19

2.3.1 Cần điều chỉnh đĩa ly hợp 19

2.3.2 Mô tơ trợ lực cùng cảm biến vị trí mô tơ 20

2.3.3 Điện trở hiệu chỉnh 21

2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xDrive 22

CHƯƠNG 3 SỰ PHỐI HỢP CỦA HỆ THỐNG XDRIVE VỚI HỆ THỐNG KHÁC 23

3.1 Tìm hiểu về hệ thống DSC (Dynamic Stability Control) 23

3.2 Nguyên lý hoạt động của DSC 24

3.3 Tìm hiểu chung về các bộ phận của hệ thống xDrive / DSC 24

3.3.1 Mô đun điều khiển DSC8 24

3.3.2 Cảm biến áp suất phanh 26

3.3.3 Cảm biến gia tốc xoay kết hợp gia tốc ngang 27

3.3.4 Cảm biến gia tốc xoay 28

3.3.5 Cảm biến gia tốc ngang 29

3.3.6 Cảm biến gia tốc ngang và xoay kết hợp 31

3.3.7 Cảm biến tốc độ bánh xe 31

3.3.8 Cảm biến góc đánh lái 32

3.3.9 Công tắc cảnh báo mức dầu phanh: 33

3.3.10 Công tắc đèn phanh 34

3.3.11 Nút nhấn DSC 35

3.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xDrive / DSC8 35

3.5 Sơ đồ mạch điện của hệ thống xDrive / DSC 37

3.6 Các chức năng của hệ thống xDrive / DSC 38

3.6.1 Các chức năng liên quan đến hệ thống cân bằng điện tử DSC 38

3.6.2 Chức năng liên quan đến hệ thống điều khiển hộp số phụ 38

3.6.1.1 ASC hoạt động kết hợp ADB (ASC / ADB) 38

3.6.1.2 ABS hoạt động kết hợp EBD (ABS / EBD) 40

3.6.1.3 Kiểm soát lực phanh DBC (Dynamic Braking Control) 43

3.6.1.4 Kiểm soát lực kéo DTC (Dynamic Traction Control) 44

CHƯƠNG 4 TIỀM HIỂU VỀ HỆ THỐNG XDRIVE KẾT HỢP VỚI DSC8+ 45

4.1 CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG xDrive/DSC8+ 45

4.2 Hộp số phụ ATC 300 46

4.3 Dòng truyền năng lượng trên hộp số phụ ATC 300 47

4.4 Cấu tạo hộp số phụ ATC 300 49

4.4.1 Cần điều chỉnh 49

4.4.2 Bộ điều khiển DSC8+ 49

4.4.3 Cảm biến DSC (Y-sensor-2) 49

4.5 Bộ điều khiển hộp số phụ (VGSG) 50

4.6 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xDrive / DSC8+ 52

4.7 Sơ đồ mạch thủy lực của hệ thống xDrive / DSC8+ trên BMW 5 Series (E60 / E61) 53

4.8 Sơ đồ mạch điện hệ thống xDrive / DSC8+ trên BMW 5 Series (E60 / E61) 55

CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỘP SỐ PHỤ 57

5.1 Phương pháp điều khiển hộp số phụ 57

5.1.1 Kiểm tra sự thay đổi của lốp xe 58

5.1.2 Kiểm soát các thông số động cơ và hệ thống truyền lực 59

5.1.3 Kiểm soát ổn định động học xe / kiểm soát lực kéo 60

CHƯƠNG 6 CÁC CHỨC NĂNG MỚI CỦA XDrive / DSC8+ 63

6.1 các chức năng mới của xDrive/DSC8+ 63

6.1.1 Hỗ trợ xuống dốc (HDC) 63

6.1.2 Làm khô đĩa phanh 64

6.1.3 Phanh dự phòng 65

6.1.4 Hỗ trợ giảm tác động khi phanh 66

6.1.5 Hỗ trợ giảm nóng phanh 68

6.1.6 Hỗ trợ khởi hành ngang dốc 69

6.2 Hoạt động của hệ thống dự phòng 70

CHƯƠNG 7 GIỚI THIỆU QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN BMW 71

7.1 Giới thiệu quy trình chẩn đoán của BMW 71

7.1.1 Xác minh khiếu nại của khách hàng: Trải nghiệm triệu chứng 71

7.1.2 Phân tích vấn đề 72

7.1.3 Cô lập vấn đề 72

7.1.4 Sửa chữa vấn đề 73

7.1.5 Kiểm tra sau khi sửa chữa 74

7.2 Quy trình chẩn đoán hệ thống xDrive trên xe BMW 74

PHẦN 3: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 78

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU

Series

E60 /

hiệu đèn

MPH Miles per Hour Dặm trên giờ

PT- CAN PT - Controller Area Network Mạng giao tiếp có tốc độ nhanh nhất trên xe

ô tô

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Hình ảnh của chiếc xe trang bị hệ thống 2WD 9

Hình 1.2 Hình ảnh của chiếc xe trang bị hệ thống 4WD và 2WD 11

Hình 1.3 Hình ảnh của chiếc xe trang bị hệ thống AWD 12

Hình 2.1 Hình ảnh của chiếc xe BMW sử dụng hệ thống xDrive 15

Hình 2.2 Khung gầm của xe BMW có trang bị hệ thống xDrive 15

Hình 2.3 Hệ thống dẫn động xDrive trang bị hộp số phụ 16

Hình 2.4 Các bộ phận của hộp số phụ 17

Hình 2.5 Đường truyền năng lượng của hộp số phụ ATC 400 và ATC 500 19

Hình 2.6 Cần điều chỉnh đĩa ly hợp 19

Hình 2.7 Mô tơ trợ lực cùng cảm biến vị trí mô tơ 20

Hình 2.8 Điện trở hiệu chỉnh 21

Hình 3.1 Xe BMW trang bị DSC hoạt động ổn định trên đường tuyết 23

Hình 3.2 Mô đun điều khiển DSC8 25

Hình 3.3 Đường dầu đến và đi của mô đun điều khiển DSC8 25

Hình 3.4 Cảm biến áp suất phanh được tích hợp trên mô đun điều khiển DSC8 26

Hình 3.5 Mặt trên và mặt dưới của cảm biến gia tốc xoay kết hợp gia tốc ngang 27

Hình 3.6 Vị trí đặt và chiều lực xoay của cảm biến đo gia tốc xoay 28

Hình 3.7 Mạch điện cảm biến đo gia tốc xoay 28

Hình 3.8 Vị trí đặt và lực ngang của cảm biến đo gia tốc ngang 29

Hình 3.9 Mạch điện cảm biến đo gia tốc xoay kết hợp gia tốc ngang 31

Hình 3.10 Mạch điện cảm biến Hall 32

Hình 3.11 Giá trị điện áp thay đổi của bộ tạo xung điện áp cảm biến góc đánh lái 33

Hình 3.12 Sơ đồ hoạt động của công tắc cảnh báo mức dầu phanh (LCM) 34

Hình 3.13 Công tắc đèn phanh 34

Hình 3.14 Nút nhấn DSC 35

Hình 3.15 Sơ đồ mạch điện của hệ thống xDrive / DSC 37

Hình 3.16 Mô phỏng hoạt động chức năng kiểm soát ổn định chuyển động ASC 39

Hình 3.17 Mô phỏng hoạt động chức năng phanh bán trục ADB 39

Hình 3.18 Mô phỏng hoạt động chức năng chống bó cứng phanh ABS 40

Hình 3.19 Sơ đồ phân phối lực phanh của EBD khi xe vào cua 42

Hình 3.20 Sơ đồ phân phối lực phanh của EBD khi xe thắng gấp 43

Hình 3.21 Mô phỏng hoạt động chức năng hỗ trợ phanh DBC 44

Hình 4.1 Khung gầm xe BMW trang bị hộp số phụ ATC 300 45

Hình 4.2 Hộp số phụ ATC 300 cùng các bộ phận 46

Hình 4.3 Đường truyền năng lượng của hộp số phụ ATC 300 48

Hình 4.4 Cảm biến DSC (Y-Sensor-2) 50

Hình 4.5 Các bộ phận của bộ điều khiển hộp số phụ 50

Hình 4.6 Sơ đồ mạch thủy lực của hệ thống xDrive / DSC8+ 53

Hình 4.7 Sơ đồ mạch điện hệ thống xDrive / DSC8+ 55

Hình 5.1 Sự thay đổi của chu vi lốp xe ở 2 cầu 58

Hình 5.2 Sự phân phối mômen xoắn trên xe khi có hệ thống xDrive 59

Hình 5.3 Sự phận phối lực kéo ở 2 cầu khi xảy ra hiện tượng quay vòng thừa trên xe có hệ thống xDrive 60

Hình 5.4 Cân bằng của xe khi không có hệ thống xDrive khi xe quay vòng thừa 61

Hình 5.5 Sự phận phối lực kéo ở 2 cầu khi xảy ra hiện tượng quay vòng thiếu trên xe có hệ thống xDrive 61

Hình 5.6 Cân bằng của xe khi không có hệ thống xDrive khi xe quay vòng thiếu 62

Hình 6.1 Hệ thống hỗ trợ xuống dốc trên xe BMW 64

Hình 6.2 Đĩa phanh cùng màng nước mưa trước và sau khi được làm khô 65

Hình 6.3 Đồ thị biễu diễn sự thay đổi áp suất phanh khi ứng dụng và không ứng dụng chức năng phanh dự phòng 66

Hình 6.4 Đồ thị biễu diễn sự thay đồi về gia tốc tác động lên người lái và hành khách khi chức năng hoạt động và không hoạt động 67

Hình 6.5 Đĩa phanh đang chịu nhiệt độ cao 69

Hình 6.6 Chức năng hỗ trợ khởi hành ngang dốc trên xe BMW 70

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Các bộ phận hộp số phụ 17Bảng 2.2 Các bộ phận mô tơ trợ lực cùng cảm biến vị trí mô tơ 20Bảng 2.3 Các bộ phận điện trở hiệu chỉnh 21Bảng 3.1 Các bộ phận trong hệ thống điện của xDrive / DSC 37Bảng 4.1 Các bộ phận cầu trước liên kết với hộp số phụ ATC 300 45Bảng 4.2 Các bộ phận của hộp số phụ ATC 300 47Bảng 4.3 Đường truyền năng lượng của hộp số phụ ATC 300 48Bảng 4.4 Các bộ phận của bộ điều khiển hộp số phụ 50Bảng 4.5 Các bộ phận trong hệ thống hoạt động thủy lực của xDrive / DSC8+ 54Bảng 4.6 Các bộ phận trong hệ thống hoạt động điện của xDrive / DSC8+ 56Bảng 5.1 Sự thay đổi chu vi lốp ở 2 cầu xe 58Bảng 5.2 Ký hiệu moment trên xe 60Bảng 6.1 Ý nghĩa của đồ thị áp suất phanh 66Bảng 6.2 Ý nghĩa các ký hiệu của đồ thị gia tốc 68

NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

PHẦN 1: TỔNG QUAN

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, do đó ô tô xuất hiện ngày càng nhiều và trở thành phương tiện không thể thiếu, giúp nâng cao đời sống của con người và góp phần vào việc phát triển kinh tế Do đó sự hiểu biết của chúng ta về ô tô là rất cần thiết Chính vì vậy khi mua một chiếc xe tùy theo nhu cầu sử dụng mà ta chọn những chiếc xe có hệ thống dẫn động khác nhau Hiện nay có nhiều hệ thống dẫn động trên xe ô tô như, hệ thống 2WD dẫn động cầu trước, cầu sau, 4WD và AWD chúng đều có ưu điểm và nhược điểm riêng

- Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của hệ thống xDrive

- Nguyên tắc hoạt động của hộp số phụ

- Sự phối hợp của hệ thống xDrive với các hệ thống khác trên xe ( hệ thống DSC )

- Các tính năng mới của xDrive trên dòng xe BMW

NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

Dựa trên cơ sở lý thuyết đã có trước đây khi được học và nghiên cứu về ô tô và thông qua các đồ án, các bài báo cáo, thông tin trên tạp chí báo khoa học về các hệ thống dẫn động trước đây đã có trên ô tô như hệ thống 2WD, 4WD, AWD Bằng việc kế thừa, học hỏi chúng em đi nghiên cứu, tiềm hiểu hệ thống dẫn động mới trên xe ô tô đó là “hệ thống dẫn động xDrive trên dòng xe BMW’’

Phương pháp nghiên cứu:

Sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Tham khảo tài liệu: Dựa vào tài liệu chuyên ngành của hãng, tài liệu trên internet, sách báo nước ngoài, tài liệu chuyên ngành ô tô trên thư viện và nhiều nguồn tài liệu khác

để có hướng nghiên cứu thích hợp

- Dịch tài liệu tiếng anh chuyên ngành của hãng và các tài liệu tiếng anh nước ngoài

ĐÁNH GIÁ VÀ BÀN LUẬN VỀ CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC

Đề tài của nhóm em thực hiện nghiên cứu về hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian xDrive của BMW Vì là hệ thống quan trọng của ô tô nói chung và hệ thống khung gầm nói riêng nên phần lớn nội dung đề tài liên quan đến hệ thống treo như bánh xe, trục truyền động đến 2 cầu xe, bán trục cầu xe, vi sai điều chỉnh lực Ngoài ra, còn phải kể đến hai bộ phận không thể thiếu cung cấp và dẫn động sức mạnh cho xe là động cơ và hộp số Bên cạnh đó, khi tìm hiểu chi tiết về hệ thống AWD này, nhóm em còn phân tích các chức năng hoạt động trên xe thông qua rất nhiều cảm biến ví dụ như cảm biến tốc độ bánh xe, cảm biến góc đánh lái, cảm biến đo 3 loại gia tốc tác động lên xe khi di chuyển Từ những công việc đã thực hiện

ở trên, kết quả thu được của nhóm em là 1 đề tài báo cáo hoàn chỉnh về hệ thống dẫn động 4

bánh toàn thời gian xDrive của BMW

PHẦN 2: NỘI DUNG

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU CHUNG VỀ CÁC HỆ THỐNG DẪN ĐỘNG TRÊN Ô TÔ

Khi tìm hiểu thông tin để mua một chiếc ô tô, khách hàng thường chú ý đến các thông số

cơ bản như loại động cơ, công suất, mômen xoắn, trang thiết bị tiện nghi, hệ thống an toàn Tuy nhiên, có một thông số cũng quan trọng không kém mà chúng ta cần phải lưu ý đến, đó chính là hệ thống dẫn động của chiếc xe Động cơ là nơi sản sinh ra hai thông số quan trọng nhất tượng trưng cho sức mạnh của xe đó là công suất và mômen xoắn Để có thể truyền sức mạnh này tới các bánh xe và làm cho chúng quay, chiếc xe cần phải có một cơ cấu để dẫn động từ điểm đầu là động cơ cho đến điểm cuối là các bánh xe Tuy nhiên, không phải tất cả các bánh xe đều nhận được mômen xoắn một cách đồng thời hoặc bằng nhau trong cùng một thời điểm Vấn đề này không hề đơn giản, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu sử dụng của từng loại xe mà nhà sản xuất chế tạo ra những cơ cấu truyền động khác nhau

Xét một cách tổng quát, có 3 cơ cấu dẫn động cơ bản hiện có trên thị trường ngày nay, đó là 2WD, 4WD và AWD Cả 3 hệ thống này đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng Tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng mà mỗi hãng sản xuất sẽ trang bị hệ thống dẫn động phù hợp cho xe của mình Ví dụ xe địa hình thường sử dụng hệ thống dẫn động 4WD hoặc AWD; xe đua, xe thể thao thường được trang bị hệ dẫn động cầu sau, trong khi đó hệ thống dẫn động cầu trước lại hay được áp dụng trên các dòng sedan gia đình, xe cỡ nhỏ Sau đây là những phân tích cơ bản về cấu tạo, tác dụng cũng như ưu điểm và nhược điểm của từng loại

hệ thống dẫn động

Tuy nhiên, ngoài những ưu điểm kể trên, hệ thống dẫn động cầu trước cũng có một số nhược điểm liên quan tới tính năng vận hành của xe Đầu tiên, do sự phân bố trọng lượng tập trung nhiều hơn vào phần đầu xe, một chiếc xe trang bị hệ thống dẫn động cầu trước khó có thể tăng tốc nhanh và luôn mất ưu thế hơn so với xe dẫn động cầu sau trên các đoạn đường thẳng Do

trọng lượng dồn về phía trước nhiều hơn khiến phần đuôi xe trở nên nhẹ hẳn nên khi điều khiển một chiếc xe sử dụng hệ thống FWD rất dễ xảy ra hiện tượng mất lái khi vào cua, lúc này bánh sau dễ bị trượt hơn vì không còn nhiều ma sát với mặt đường, nhất là trong điều kiện mặt đường trơn trượt Nhược điểm thứ hai và cũng là nhước điểm cuối cùng của hệ thống chính là sự phân bố trọng lượng ở cầu trước và cầu sau không đồng đều khiến cho các bánh trước chịu tải nặng hơn trong khi ở cầu sau thì ngược lại, dường như các bánh sau chỉ làm nhiệm vụ nâng đỡ trọng lượng và giúp xe chuyển động

1.1.2 Hệ thống dẫn động cầu sau (RWD)

Những nhược điểm của hệ thống dẫn động cầu trước FWD chính là ưu điểm của của hệ thống dẫn động cầu sau RWD Khi càng có nhiều kết cấu cơ khí được chuyển từ trước ra sau, thì xe sẽ có được sự cân bằng trọng lượng tốt hơn, dẫn đến khả năng vận hành ổn định hơn Ngoài ưu điểm cải thiện sự phân bố trọng lượng xe ở 2 cầu giúp cho các chi tiết cơ khí, hệ thống phanh và hệ thống treo trên xe có tuổi thọ và độ bền cao hơn

Một đặc tính quan trọng nữa chính là thiết kế chủ động quay của các bánh sau sẽ cung cấp lực đẩy thay vì lực kéo, vì vậy khi xe tăng tốc quán tính nghỉ sẽ dồn năng lượng về phía sau nhiều hơn, do đó sẽ làm tăng khả năng bám đường của các bánh dẫn động Như vậy, đối với các loại

xe thường xuyên phải tăng hoặc giảm tốc nhanh chóng thì thiết kế bánh sau chủ động tỏ ra rất hiệu quả Đây cũng là lý do các nhà sản xuất sử dụng thiết kế RWD cho những chiếc xe thể thao hay xe đua tốc độ

Những hạn chế của hệ thống RWD cũng rất dễ nhận thấy như chi phí sản xuất và lắp ráp cao hơn, hệ truyền động phức tạp hơn FWD dẫn đến không gian nội thất xe bị thu hẹp, trọng lượng

xe cũng sẽ tăng theo, làm gia tăng lượng nhiên liệu tiêu thụ, Tuy nhiên, xét về hiệu quả chung thì hầu hết các nhược điểm này đang được khắc phục bởi những tiến bộ của khoa học

và kỹ thuật Các hệ thống treo độc lập đang dần được ứng dụng cho phép nhà sản xuất đặt trục dẫn động và hộp vi sai sát vào phần thân xe hơn, không chiếm nhiều chỗ trong cabin như trước đây Ngoài ra, các hệ thống kiểm soát hành trình và ổn định thân xe cho phép xe có RWD đạt được khả năng vận hành tốt trên các mặt đường trơn trượt Việc chế tạo những loại lốp xe thích hợp hơn và sử dụng vật liệu trọng lượng nhẹ hơn cũng mang lại những hiệu quả tích cực

1.2 Hệ thống dẫn động 4WD

Hình 1.2 Hình ảnh của chiếc xe trang bị hệ thống 4WD và 2WD

Hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian (4WD) là hệ thống dẫn động có thể chuyển đổi giữa 2 bánh và 4 bánh tùy vào lựa chọn của người điều khiển thông qua 1 cơ cấu gài (hoạt động bằng điện đặt trong xe) Hầu hết các hệ thống 4WD khi hoạt động ở chế độ dẫn động 2 bánh (thường được ký hiệu là 2H) đều truyền mômen xoắn tới các bánh sau như RWD Riêng

ở chế độ dẫn động bằng 4 bánh thường được ký hiệu là 4H hoạt động với các cấp độ Low hoặc High khác nhau tùy vào hãng sản xuất

Lý do để các nhà sản xuất xe hơi chế tạo ra hệ thống dẫn động 4 bánh bán thời gian 4WD là nhằm giúp xe vượt qua những địa hình khó khăn, hiểm trở mà các loại hệ thống dẫn động 2 bánh không thể làm được Ví dụ trong một trường hợp cụ thể, xe được trang bị hệ thống dẫn động cầu trước nhưng phải vượt qua một vũng lầy to trên một bề mặt đường không tốt, lúc đó nếu xe chạy từ từ hoặc thậm chí phóng nhanh qua vũng lầy đó, nhiều khả năng chiếc xe sẽ bị dính lại do bánh trước không có được độ bám khi lăn qua vũng lầy và càng xoay thì càng lún trong vô vọng Lúc này, nếu có một cơ cấu giúp chuyển mômen xoắn từ bánh trước ra bánh sau và ngược lại một cách linh hoạt thì chiếc xe sẽ đi qua vũng lầy đó một cách dễ dàng Như đã đề cập bên trên, chế độ dẫn động 4 bánh trên các mẫu xe 4WD thường có các cấp độ Low và High Khi chọn Low, hệ thống truyền động sẽ cung cấp nhiều momen xoắn hơn để đi trên các đoạn đường gồ ghề, dốc cao hay sình lầy, sụp lún Khi hoạt động ở chế độ này, xe thường được trang bị thêm một bộ khoá vi sai trung tâm để tránh những chênh lệch không cần

thiết giữa bánh bên trái và bên phải khi đi trên các địa hình không bằng phẳng Ngoài ra, hệ thống khóa vi sai này còn có thể phân phối momen xoắn ra trục trước hoặc trục sau một cách linh hoạt nhằm giúp chiếc xe có thể vượt qua những địa hình không thuận lợi một cách dễ dàng Trong khi đó với chế độ High, mục đích sử dụng chính là đi trên các đoạn đường trơn trượt như điều kiện trời mưa, đường tuyết

1.3 Hệ thống dẫn động AWD

Hình 1.3 Hình ảnh của chiếc xe trang bị hệ thống AWD

Hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian AWD là hệ thống dẫn động 4 bánh có thể gọi là thông minh hơn cả vì nó có thể điều chỉnh để phân phối mômen xoắn đến từng bánh xe một cách linh hoạt nhằm đem lại độ bám đường và khả năng vận hành tốt nhất cho xe Khác với 4WD, hệ thống AWD luôn luôn hoạt động ở chế độ 4 bánh

Hiện tại có khá nhiều mẫu thiết kế AWD khác nhau được sử dụng cho mỗi hãng xe khác nhau, các hệ thống này nâng cao khả năng bám đường và ổn định của thân xe trong nhiều tình huống riêng biệt Một số hệ thống AWD sử dụng chất lỏng silicon để lấp đầy các khớp ly hợp trong trạng thái chuyển đổi nhằm tạo ra sự khác biệt về tốc độ giữa các trục nhưng lại bắt đầu khóa khi tỷ lệ bất đồng tốc giữa chúng quá lớn Nói chung, hệ thống AWD cũng phức tạp không kém 4WD nhưng hàm lượng công nghệ và độ tự động của AWD có phần cao hơn Tùy vào

nhu cầu sử dụng và nhóm khách hàng sử dụng mà các hãng xe trang bị những hệ thống dẫn động AWD khác nhau cho từng loại xe Ví dụ như Porsche, Subaru, BMW, Audi, Mercedes-Benz, Jaguar và Volvo là những thương hiệu nổi tiếng về hệ thống dẫn động AWD trên các mẫu xe của mình

Để hiện thực hóa những lý thuyết vừa nêu trên, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian (AWD) của một hãng xe đến từ vùng Bavaria của nước Đức đó là BMW,

hệ thống dẫn động có tên là xDrive

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU CHUNG VỀ HỆ THỐNG XDRIVE

2.1 Giới thiệu về hệ thống dẫn động xDrive:

Hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian thông minh xDrive là một công nghệ hoàn toàn mới của BMW đang được ứng dụng rộng rãi trên hầu hết các phân khúc xe hơi của hãng Với xDrive, xe BMW luôn luôn di chuyển với độ bám đường chính xác và có thể duy trì hướng đi

ổn định ngay cả trong những khúc cua nhanh Hệ thống xDrive luôn đảm bảo việc tiếp xúc với mặt đường ngay cả trên mặt đất trơn trượt mà không làm giảm cảm giác lái, đặc biệt khi

sử dụng kết hợp hệ thống dẫn động cầu sau Công nghệ này ngay lập tức phân phối lực kéo đến các bánh xe với lực kéo tốt nhất có thể Với hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian thông minh BMW xDrive, mỗi trục xe có khả năng được sử dụng lực kéo ở mức tối đa, cung cấp khả năng tăng tốc ổn định khi ra khỏi khúc cua Đặc biệt đối với các điều kiện bất lợi, khi nhiều sức kéo hơn cần được sử dụng với điểm tiếp xúc mặt đường, đó là khi hệ thống cân bằng điện tử DSC (Dynamic Stability Control) phát huy ưu điểm Hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian xDrive luôn luôn hoạt động song song với hệ thống cân bằng điện tử DSC và không thể tách rời Chính vì vậy, ngoài việc cải thiện độ bám đường, DSC cũng giúp xDrive ghi nhận những dấu hiệu đầu tiên của hiện tượng thiếu lái hoặc thừa lái Chỉ trong một phần mười giây, hệ thống sẽ phân phối toàn bộ 100% sức mạnh động cơ đến trục trước hoặc trục sau thông qua hộp số phụ và bộ ly hợp kiểm soát điện tử nhiều đĩa ma sát trước khi xe trở lại với tỷ lệ phân phối 40 : 60 thông thường Với công nghệ này, BMW đã cung cấp hệ thống dẫn động 4 bánh toàn thời gian, bao gồm tất cả những đặc tính nổi trội nhất có trong hệ thống dẫn động cầu sau như xử lý chính xác, vào cua tối ưu và sự tách biệt rõ ràng giữa động cơ và bánh

lái

Hình 2.1 Hình ảnh của chiếc xe BMW sử dụng hệ thống xDrive

Hình 2.2 Khung gầm của xe BMW có trang bị hệ thống xDrive

2.2 Tìm hiểu chung về các bộ phận của hệ thống xDrive

Hình 2.3 Hệ thống dẫn động xDrive trang bị hộp số phụ 2.2.1 Hộp số phụ

Tất cả các hoạt động liên quan đến hệ thống xDrive đều phải thông qua hộp số phụ Có thể nói hộp số phụ là trọng tâm của hệ thống xDrive Hộp số phụ được sử dụng trên xe BMW có hai loại, đó là hộp số phụ dùng xích và hộp số phụ dùng bánh răng để dẫn động Trong đó ATC 400 và ATC 500 là loại dùng xích còn ATC 300 dùng bánh răng sẽ được trình bày ở phần sau Hộp số phụ ATC 400 được dùng trên xe BMW X3 (E83) và ATC 500 được dùng trên xe BMW X5 (E53) Đây là 2 mẫu xe tiêu biểu trong phân khúc xe SAV (Sport Activity Vehicle) của BMW

Hình 2.4 Các bộ phận của hộp số phụ

Bảng 2.1 Các bộ phận hộp số phụ

Về cơ bản thì hộp số phụ ATC 400 và ATC 500 khá giống nhau về mặt cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động tuy nhiên giữa chúng cũng có một số điểm khác biệt đó là hộp số phụ ATC 500 được nối thẳng với trục truyền động đến các bán trục của cầu trước trong khi hộp số phụ ATC 400 lại liên kết với trục này thông qua một mặt bích Ngoài ra, ở hộp số phụ ATC

500 còn có thêm 1 đĩa ly hợp ma sát trong bộ ly hợp nhiều đĩa ma sát và khoảng cách giữa trục đầu vào từ hộp số chính đến trục truyền động đầu ra cầu trước trên ATC 500 là 19mm, ngắn hơn so với ATC 400

Mục

Mục

2.2.2 Dòng truyền năng lượng trên hộp số phụ ATC 400 và ATC 500

Khi các đĩa ly hợp ma sát trong hộp số phụ bị tách ra, sẽ không có mômen xoắn được truyền tới cầu trước Tất cả mômen xoắn lúc này được truyền đến cầu sau bởi vì trục đầu vào từ hộp

số chính đã được nối thẳng với mặt bích đầu ra của trục truyền động đến cầu sau Ngay tại lúc này, các ly hợp nhiều đĩa ma sát có nhiệm vụ như một bộ phận trung gian nhằm liên kết hoặc ngắt liên kết giữa đầu ra của trục truyền động đến cầu sau với đầu ra của trục truyền động tới cầu trước khi được yêu cầu

Hệ thống xDrive có thể tăng hoặc giảm mômen xoắn đến cầu trước hay cầu sau bằng cách điều chỉnh áp suất khóa các đĩa ly hợp ma sát Việc điều chỉnh này phụ thuộc vào rất nhiều yếu như tình trạng lái xe, điều kiện mặt đường cũng như lực kéo hiện có ở mỗi bánh xe Một

ví dụ cụ thể, trong trường hợp lực kéo ở cầu trước và cầu sau là như nhau đồng thời người lái đạp hết ga tại vị trí dừng ở tay số 1, thì cầu sau có khả năng duy trì mômen xoắn tốt hơn cầu trước vì sẽ có sự thay đổi trọng lượng của xe theo quán tính từ trước ra sau khiến cho tải trọng

ở cầu sau tăng lên giúp các bánh xe ở cầu sau có lực bám với mặt đường tốt hơn ở cầu trước, lúc này xDrive sẽ điều chỉnh để cầu sau nhận được nhiều mômen xoắn hơn cầu trước

Một ví dụ khác đó là khi cầu trước đang nằm trên bề mặt có lực kéo cao và cầu sau đang bị trượt Trong trường hợp này, xDrive sẽ điều khiển các đĩa ly hợp ma sát ăn khớp để cung cấp 100% mômen xoắn đến cầu trước Dựa vào tình trạng lực kéo hiện tại, thì hầu như không có mômen xoắn truyền tới cầu sau Chắc chắn khi mà càng nhiều mômen xoắn được truyền tới

cầu trước thì ở cầu sau lượng mômen xoắn sẽ giảm đi tương ứng

Hình 2.5 Đường truyền năng lượng của hộp số phụ ATC 400 và ATC 500

2.3 Cấu tạo hộp số phụ

2.3.1 Cần điều chỉnh đĩa ly hợp

Hình 2.6 Cần điều chỉnh đĩa ly hợp

2.3.2 Mô tơ trợ lực cùng cảm biến vị trí mô tơ

Bộ phận dẫn động là một mô tơ điện 1 chiều cùng một bánh vít dẫn động trong đó có chứa một cảm biến Hall để xác định vị trí và tốc độ của trục mô tơ Vị trí của trục mô tơ quyết định đến tỷ lệ đóng hay mở của bộ ly hợp nhiều đĩa ma sát Ngoài ra còn có một cảm biến nhiệt độ được đặt trong mô tơ để truyền tín hiệu nhiệt độ đến bộ điều khiển hộp số phụ (VGSG) Tại đây các tín hiệu nhiệt độ được tính toán nhằm mục đích bảo vệ mô tơ khỏi bị quá tải Chính

vì mục đích này nên tỷ lệ đóng các đĩa ly hợp ma sát ở mức tối đa bị hạn chế trong một số giai đoạn Nếu các giá trị đo được này không đủ để bảo vệ mô tơ khỏi bị quá tải thì việc điều khiển

sẽ bị gián đoạn và các đĩa ly hợp ma sát lúc này mở hoàn toàn để toàn bộ mômen xoắn truyền đến cầu sau

Hình 2.7 Mô tơ trợ lực cùng cảm biến vị trí mô tơ

Bảng 2.2 Các bộ phận mô tơ trợ lực cùng cảm biến vị trí mô tơ

có thể có những sự thay đổi nhỏ nhưng không đáng kể Quá trình chạy tham khảo chính là quá trình kiểm tra thực tế của bộ ly hợp nhiều đĩa ma sát trên băng thử ly hợp Mỗi khi bugi ngắt tia lửa điện để sinh công trong quá trình cháy giãn nở trong động cơ, bộ điều khiển hộp số phụ

đo giá trị điện trở một lần để từ đó hình thành sơ đồ làm việc tối ưu cho hộp số phụ

2.4 Nguyên lý hoạt động của hệ thống xDrive

Bộ điều khiển hộp số phụ (VGSG) có nhiệm vụ điều chỉnh áp suất khóa các đĩa ly hợp ma sát trong hộp số phụ VGSG sẽ nhận thông tin về áp suất khóa các đĩa ly hợp cần thiết từ bộ điều khiển DSC Việc xử lý, điều khiển và nguồn điện cần có cho toàn bộ quá trình được lưu trữ và thực hiện bởi VGSG Các thông tin này được chuyển đổi và xuất ra thành chuyển động quay tương ứng của mô tơ trợ lực

Để xác định vị trí của mô tơ trợ lực và xác định sự hao mòn của các đĩa ly hợp ma sát, VGSG

sẽ kiểm tra các yếu tố có liên quan bằng cách điều khiển điện trở hiệu chỉnh chạy tham khảo sau mỗi lần bugi ngắt đánh lửa (động cơ đã khởi động) Cảm biến Hall được tích hợp trong

mô tơ trợ lực sẽ quyết định đến vị trí của trục mô tơ lúc này Trong khi chạy tham khảo, các đĩa ly hợp sẽ đóng hoàn toàn hoặc mở hoàn toàn Sau quá trình chạy tham khảo, hệ thống sẽ tìm ra sơ đồ làm việc tối ưu cần có cho hộp số phụ và các đĩa ly hợp ma sát sẽ được dẫn động Lúc này dòng điện tiêu thụ cho việc dẫn động các đĩa ly hợp ma sát chính là yếu tố dùng để xác định vị trí mô tơ trợ lực chứ không còn là tín hiệu từ cảm biến Hall nữa Điều này cho phép VGSG xác định khi nào bắt đầu và khi nào ngưng quá trình dẫn động các đĩa ly hợp ma sát

Việc tính toán các thông tin liên quan đến các đĩa ly hợp ma sát và dầu bôi trơn để chống hao mòn đều được xử lý và lưu trữ ở VGSG Trong trường hợp hệ thống cân bằng điện tử DSC bị hỏng và không thể gửi thông tin cho VGSG, thì VGSG vẫn có thể duy trì hoạt động các chức năng của AWD thêm một thời gian vì bộ phận này có tích hợp một chức năng dự phòng để dẫn động các đĩa ly hợp ma sát của hộp số phụ trong trường hợp khẩn cấp

CHƯƠNG 3 SỰ PHỐI HỢP CỦA HỆ THỐNG XDRIVE VỚI HỆ THỐNG KHÁC 3.1 Tìm hiểu về hệ thống DSC (Dynamic Stability Control)

Hệ thống DSC là hệ thống cân bằng điện tử của BMW Được thiết kế và sản xuất bởi hãng thiết kế cơ khí và điều khiển điện tử nổi tiếng của Đức đó là Bosch Global và cũng là một trong các hệ thống an toàn được ưu tiên phát triển và ứng dụng hàng đầu trên các hãng xe ngày nay Hệ thống xuất hiện lần đầu năm 1995 trên 2 mẫu xe của BMW là 750iL và 850Ci cùng động cơ 5.4L V12 và được giới thiệu đến khách hàng lần đầu tiên trên BMW 740i/L và 750i/L vào năm 1997 Đây chính là nguyên thủy và là tiền đề cho nhiều hãng xe khác sau đó phát triển và ứng dụng trên các mẫu xe của mình

Hình 3.1 Xe BMW trang bị DSC hoạt động ổn định trên đường tuyết