Nghiên cứu và khai thác hệ thống treo khí nén điện tử EMS

Các chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động của ôtô EMS và Hệ thống treo khí Hệ thống treo nhằm cải thiện độ êm và tính năng vận hành xe.. EMS Hệ thống treo điều biến-điện tử và hệ thống treo

NGHIÊN CỨU VÀ KHAI THÁC HỆ THỐNG TREO KÍ NÉN ĐIỆN TỬ EMS

I Mục tiêu nghiên cứu

- Mục tiêu :

- Nghiên cứu chủ yếu về treo điện tử và khí nén điện tử EMS

- Trình bày được cấu tạo của hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử

- Xác định được các tín hiệu và cảm biến của hệ thống treo khí nén điều khiển

điện tử;

- Phân tích được hoạt động của hệ thống treo khí nén điều khiển điện tử.

II Nội dung

1 Các chỉ tiêu về độ êm dịu chuyển động của ôtô

EMS và Hệ thống treo khí Hệ thống treo nhằm cải thiện độ êm và tính năng vận hành xe EMS (Hệ thống treo điều biến-điện tử) và hệ thống treo khí điều khiển lực giảm chấn của các bộ giảm chấn và lò-xo khí bằng thiết bị điện tử nhằm nâng cao độ

êm và tính năng vận hành xe EMS EMS là viết tắt của “Electronically-Modulated Suspension” (Hệ thống treo điều biến điện tử) Kích thước của lỗ tiết lưu trong bộ giảm chấn được thay đổi, nhờ thế mà lưu lượng dầu được điều chỉnh và dẫn đến thay đổi lực giảm chấn Lực giảm chấn được điều khiển tự động nhờ ECU của EMS tuỳ theo vị trí của công tắc chọn và điều kiện chạy xe Nhờ thế mà độ êm và độ ổn định của xe được nâng cao Hệ thống cũng có các chức năng chẩn đoán và an toàn khi có sự

cố Hệ thống treo khí Hệ thống treo khí dùng một ECU để điều khiển các lò xo khí tức

là những đệm khí nén có tính đàn hồi Có những kiểu phối hợp EMS với hệ thống treo khí Hệ thống

Khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng thường chịu những dao động

do bề mặt đường mấp mô sinh ra Những dao động này ảnh hưởng xấu đến hàng hóa, tuổi thọ của xe và nhất là ảnh hưởng tới hành khách

Như vậy độ êm dịu chuyển động của ôtô là khả năng xe chuyển động trên đường ở những tốc độ xác định mà không xảy ra va đập cứng, có thể ảnh hưởng tới sức khỏe của người, của lái xe, hàng hóa và các chi tiết của xe

Do hệ thống treo đàn hồi nên thùng xe dao động trong quá trình xe chuyển động Dao động luôn thay đổi sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và ở những điều

kiện cụ thể có thể gây nên các căn bệnh thần kinh và não cho con người Ngoài ra bản thân các thông số đặc trưng cho dao động cũng có thể vượt qua giới hạn cho phép.Mặt khác do độ đàn hồi, hệ thống treo có thể không đủ để tiếp nhận các xung va đập tác động lên các bánh xe khi ôtô chuyển động trên đường không bằng phẳng hoặc tác dụng lên thùng xe khi ôtô chuyển động không đều Khi đó sẽ xảy ra va đập cứng giữa các chi tiết của phần không được treo với các chi tiết của phần được treo.

Va đập cứng xảy ra do tốc độ chuyển động của xe tăng Để tránh xảy ra va đập cứng phải giảm tốc độ chuyển động của xe, nếu lựa chọn các thông số của hệ thống treo không đúng có thể gây nên hiện tượng cộng hưởng ở một số vùng tốc độ, điều đó

sẽ làm tăng dao động của thùng xe

Để tránh va đập buộc lái xe phải giảm tốc độ khi đi trên đường xấu Điều đó làm giảm tốc độ trung bình của xe, giảm cả khả năng chất tải và sẽ làm tăng nhiên liệu tiêu thụ Ngoài ra nhiên liệu cũng bị tiêu tốn cho việc hấp thụ các tải trọng động và dập tắt các dao động Tải trọng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng luôn bị thay đổi khi có dao động sẽ có ảnh hưởng xấu đến điều kiện chuyển động ổn định và tính dẫn hướng của xe

Vì vậy, độ êm dịu chuyển động của ôtô là một chỉ tiêu rất quan trọng của xe

Tính êm dịu chuyển động phụ thuộc vào kết cấu của xe và hệ thống treo, phụ thuộcvào đặc điểm và cường độ lực kích động từ mặt đường và cuối cùng phụ thuộc vào kỹ thuật lái xe Dao động của ôtô thường được đặc trưng bằng các thông số như: chu kỳ hay tần số dao động, biên độ dao động, gia tốc và tốc độ tăng trưởng gia tốc Vì vậy các thông số kể trên được sử dụng làm chỉ tiêu đánh giá độ êm dịu chuyển động của ôtô

Tác động của từng thông số (chỉ tiêu) riêng biệt đến cảm giác con người rất khác nhau, vì vậy cho đến nay vẫn chưa xác định chỉ tiêu duy nhất nào để đánh giá độ êm dịu chuyển động mà thường phải dùng vài chỉ tiêu trong các chỉ tiêu nói trên để đánh giá chính xác độ êm dịu chuyển động của ôtô Sau đây là một số thông số thường đượcdùng để đánh giá tính êm dịu chuyển động của ôtô

2 Công dụng, yêu cầu và phân loại hệ thống treo

a) Công dụng

Các bộ phận của hệ thống treo dùng để nối khung hay thân xe với các cầu (bánh xe) ôtô và từng bộ phận thực hiện các nhiệm vụ sau đây:

Hình 1: Hệ thống treo thông thường

- Bộ phận đàn hồi làm giảm nhẹ các tải trọng động tác dụng từ bánh xe lên khung

xe, đảm bảo độ êm dịu cần thiết khi di chuyển và truyền lực, mômen từ đường lên khung xe

- Bộ phận dẫn hướng để truyền lực dọc, ngang và mômen từ đường lên khung xe Động học của bộ phận dẫn hướng xác định tính chất dịch chuyển tương đối của bánh

xe đối với khung

- Bộ phận giảm chấn để dập tắt các dao động của phần được treo và không được treo của ôtô

b) Yêu cầu

- Độ võng tĩnh ft (độ võng sinh ra do tác dụng của tải trọng tĩnh) phải nằm trong giới hạn đủ đảm bảo được các tần số dao động riêng của vỏ xe và độ võng động fđ (độ võng sinh ra khi ôtô chuyển động) phải đủ đảm bảo vận tốc chuyển động của ôtô nằm trên đường xấu nằm trong giới hạn cho phép Ở giới hạn này không có sự va đập lên

bộ phận hạn chế

- Động học của bánh xe dẫn hướng vẫn giữ đúng khi các bánh xe dẫn hướng dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng (nghĩa là khoảng cách hai vết bánh trước và các góc đặt trụ đứng và bánh dẫn hướng không thay đổi)

- Dập tắt nhanh các dao động của thân xe và các bánh xe

- Giảm tải trọng động khi ôtô qua những đường gồ ghề

c) Phân loại

* Theo bộ phận đàn hồi chia ra:

- Loại bằng kim loại (gồm có nhíp lá, lò xo xoắn ốc, thanh xoắn)

- Loại khí (gồm loại bọc bằng cao su – sợi, loại bọc bằng màng, loại ống)

- Loại thủy lực (loại ống)

- Loại cao su (gồm loại chịu nén và loại chịu xoắn)

* Theo sơ đồ bộ phận dẫn hướng chia ra:

- Loại phụ thuộc với cầu liền (gồm có loại riêng, loại thăng bằng)

- Loại độc lập với cầu cắt (gồm loại chuyển bánh xe trong mặt phẳng dọc, loại dịch chuyển bánh xe trong mặt phẳng ngang, loại nến với bánh xe dịch chuyển trong mặt phẳng thẳng đứng)

* Theo phương pháp dập tắt chấn động chia ra:

- Loại giảm chấn thủy (gồm loại tác dụng một chiều và loại tác dụng hai chiều)

- Loại ma sát cơ (gồm ma sát trong bộ phận đàn hồi và trong bộ phận dẫn hướng)

3 EMS và Hệ thống treo khí

Hệ thống treo nhằm cải thiện độ êm và tính năng vận hành xe EMS (Hệ thống treođiều biến-điện tử) và hệ thống treo khí điều khiển lực giảm chấn của các bộ giảm chấn

và lò-xo khí bằng thiết bị điện tử nhằm nâng cao độ êm và tính năng vận hành xe

Hình 2: 1Ưu điểm hệ thống treo điều khiển điện tử EMS

 EMS là gì

EMS là viết tắt của “Electronically-Modulated Suspension” (Hệ thống treo điều biến điện tử) Kích thước của lỗ tiết lưu trong bộ giảm chấn được thay đổi, nhờ thế mà lưu lượng dầu được điều chỉnh và dẫn đến thay đổi lực giảm chấn Lực giảm chấn được điều khiển tự động nhờ ECU của EMS tuỳ theo vị trí của công tắc chọn và điều kiện chạy xe Nhờ thế mà độ êm và độ ổn định của xe được nâng cao Hệ thống cũng

có các chức năng chẩn đoán và an toàn khi có sự cố

* Hệ thống treo khí

Hệ thống treo khí dùng một ECU để điều khiển các lò xo khí tức là những đệm khínén có tính đàn hồi Có những kiểu phối hợp EMS với hệ thống treo khí Hệ thống treokhí có các đặc tính sau đây:

 Lực giảm chấn có thể thay đổi được

 Độ cứng lò xo và chiều cao xe có thể thay đổi bằng cách điều chỉnh thể tích không khí

 Có các chức năng chẩn đoán và an toàn khi có sự cố

4 Đặc tính

Hệ thống treo khí và EMS có những đặc tính sau đây:

1 Thay đổi chế độ

 Chọn chế độ giảm chấn

Lực giảm chấn của bộ giảm chấn có thể thay đổi từ mềm sang cứng

 Điều khiển chiều cao (hệ thống treo khí)

Chiều cao của xe có thể thay đổi từ thấp đến cao

Có các đèn báo chỉ trạng thái của chế độ giảm chấn cũng như điều khiển chiều cao

2 Điều khiển độ cứng lò xo và lực giảm chấn

 Điều khiển chống “bốc đầu xe”

Chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn Điều này giúp ngăn ngừa hiên tượngbốc đầu xe khi tăng tốc, giảm thiểu sự thay đổi tư thế của xe

 Điều khiển chống lắc ngang xe

Chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn Điều này giúp ngăn ngừa hiên tượnglắc ngang xe, giảm thiểu sự thay đổi tư thế của xe, tăng cường tính năng điều khiển của xe

 Điều khiển chống chúi đầu xe

Chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn Điều này giúp ngăn ngừa hiên tượngchúi đầu xe khi phanh hãm, giảm thiểu sự thay đổi tư thế của xe.

 Điều khiển cao tốc (ở chế độ bình thường)

Chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn Điều này giúp xe chạy rất ổn định vàtính năng điều khiển tốt khi xe chạy tốc độ cao

 Điều khiển chống bốc đầu xe khi chuyển số (chỉ đối với xe có hộp số tự động)Điều khiển này nhằm hạn chế hiên tượng bốc đuôi xe khi xe có hộp số tự động khởi hành Khi hộp số dọc chuyển từ vị trí “N” hoặc “P”, lực giảm chấn được đặt ở chế độ cứng

 Điều khiển hoạt động bán phần

Thay đổi lực giảm chấn một cách từ từ cho phù hợp với điều kiện mặt đường hoặc điều kiện chạy xe Nhờ thế mà đảm bảo xe chạy rất êm và tính năng tắt dao động cao

5 EMS treo

Đặt xe ở chế độ “treo-sky hook” sẽ giữ cho xe luôn luôn ở tư thế ổn định khi tình trạng mặt đường thay đổi Với hệ thống EMS “treo” thì mọi chuyển động lên xuống của thân xe sẽ được cảm biến và máy tính sẽ điều chỉnh chuyển động của các bộ giảm chấn cho phù hợp Hệ thống này giúp xe chạy rất êm và vận hành ổn định Trong các kiểu xe mới nhất, ví dụ LS430, phương pháp điều chỉnh hoạt động bán phần này đã chuyển từ Điều khiển “treo” sang Điều khiển H-phi tuyến tính để việc điều chỉnh có hiệu quả và tinh tế hơn Kết quả là đạt được độ êm tuyệt hảo

6 Điều khiển chiều cao xe

 Điều khiển tự động cân bằng xe

Duy trì chiều cao xe ở mức không đổi, không phụ thuộc vào trọng lượng hành lý

và hành khách Công tắc điều khiển chiều cao sẽ chuyển chiều cao mong muốn của xe sang mức “bình thường” hoặc “cao”

 Điều khiển cao tốc

Điều khiển chiều cao xe xuống mức thấp hơn so với mức đã chọn ( điều chỉnh sang mức “thấp” nếu trước đó đã chọn mức “bình thường”, hoặc xuống mức “bình thường” nếu đã chọn mức “cao”) khi xe chạy với tốc độ đã quy định hoặc cao hơn Chức năng này làm cho xe có đặc tính khí động học và độ ổn định cao

 Điều khiển khi xe tắt động cơ

Giảm chiều cao xe xuống mức chiều cao đã đặt (khi chiều cao xe tăng lên do giảm trọng lượng hành lý và hành khách) sau khi xe tắt động cơ Tính năng này giúp giữ tư thế của xe khi đỗ xe.

7 Sơ đồ hệ thống

Hình 3: sơ đồ hệ thống III CÁC CẢM BIẾN VÀ THÔNG TIN ĐẦU VÀO

a) CÁC CÔNG TẮC

Hình 4: các công tắc

1 Công tắc chọn chế độ giảm chấn

Dùng để điều khiển thay đổi lực giảm chấn của bộ giảm chấn Vị trí của công tắc

và chi tiết cài đặt tuỳ thuộc vào từng kiểu xe, nhưng nhìn chung, khi chuyển từ chế độ COMFORT (hay NORM) sang chế độ SPORT (thể thao) thì đều chuyển đổi lực giảm chấn từ mềm sang cứng

Hình 5: công tắc chọn chế độ giảm chấn

2 Công tắc điều khiển chiều cao

Dùng để thay đổi cài đặt chiều cao xe Vị trí của công tắc và chi tiết cài đặt tuỳ thuộc vào từng kiểu xe, nhưng chuyển từ chế độ NORM (hay LOW) sang chế độ HIGH (cao) đều làm thay đổi chiều cao xe từ thấp lên cao

Hình 6: công tắc điều khiển chiều cao

3 Đèn báo chế độ giảm chấn và đèn báo chiều cao xe

- Chế độ giảm chấn được chọn (bằng công tắc) thì đèn báo tương ứng sẽ sáng lên

- Chế độ chiều cao được chọn thì đèn báo tương ứng sáng lên Ngoài ra, những đèn báo này sẽ nhấp nháy khi hệ thống có trục trặc Nội dung của những đèn báo này tuỳ thuộc vào từng kiểu xe

Hình 7: đèn báo chế độ giảm chấn,chiều cao xe b) CÁC CẢM BIẾN

Hình 8: vị trí các cảm biến

1 Cảm biến góc xoay vô lăng

Được đặt trong cụm ống trục lái để phát hiện góc và hướng quay Cảm biến bao gồm 3 bộ ngắt quang điện và một đĩa xẻ rãnh để ngắt ánh sáng nhằm chuyên mạch

đóng ngắt (ON/OFF) tranzito - quang điện nhằm phát hiện góc và hướng lái.

Hình 9: cảm biến góc xoay vô lăng

2 Cảm biến điều chỉnh chiều cao

Mỗi bánh xe đều lắp một cảm biến điều chỉnh chiều cao Cảm biến này chuyểnđổi các biến động về chiều cao của xe thành những thay đổi về góc quay của

thanh liên kết Khi đó kết quả thay đổi được phát hiện dưới dạng thay đổi điện áp.

Hình 10: cảm biến điều chỉnh chiều cao

Khi xe cao hơn thì điện áp tín hiệu cũng cao hơn, khi xe thấp hơn thì điện áp

tín hiệu cũng giảm xuống

3 Cảm biến giảm tốc

Có tác dụng chuyển đổi sự biến dạng của đĩa gốm áp điện thành tín hiệu điện, nhờ đó gia tốc theo phương thẳng đứng của xe được phát hiện Khi gia tốc của xe hướng lên (nghĩa là lực hướng lên) thì điện áp tín hiệu tăng, khi lực hướng xuống thì điện áp tín hiệu giảm

Cảm biến gia tốc phía trước kết hợp với cảm biến điều chỉnh chiều cao phía trước, còn

cảm biến gia tốc phía sau thì được lắp trong khoang hành lý.

Hình 11: cảm biến giảm tốc

c) ECU/BỘ CHẤP HÀNH

Hình 12: ECU/bộ chấp hành

1 ECU của EMS/hệ thống treo khí

Đóng vai trò xử lý các tín hiệu nhận được từ các cảm biến và từ công tắc chọn, chuyển đổi những tín hiệu này thành tín hiệu điều khiển các van và bộ chấp

điều khiển bằng các tín hiệu từ ECU của EMS/hệ thống treo khí.

Hình 14: bộ chấp hành

IV CÁC ĐIỀU KHIỂN CỤ THỂ

a) THAY ĐỖI CHẾ ĐỘ

1 Chọn chế độ giảm chấn: Lực giảm chất của bộ giảm chấn có thể thay đổi

từ mềm sang cứng.

Hình 15: chọn chế độ giảm chấn

2 Điều khiển chiều cao (hệ thống treo khí): Chiều cao của xe có thể thay đổi

từ thấp đến cao.

Hình 16: điều khiển chiều cao

Có các đèn báo chỉ trạng thái của chế độ giảm chấn cũng như điều khiển

chiều cao.

b) ĐIỀU KHIỂN ĐỘ CỨNG LÒ XO VÀ LỰC GIẢM CHẤN

1 Điều khiển chống “bốc đầu xe”: chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn

giúp ngăn ngừa hiện tượng bốc đầu xe khi tăng tốc, giảm thiểu sự thay đổi tư thế của xe

Hình 17: chống bốc dầu xe

2 Điều khiển chống lắc ngang xe: chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn

giúp ngăn ngừa hiện tượng lắc ngang xe, giảm thiểu sự thay đổi tư thế của lái xe, tăng

cường tính năng điều khiển của xe.

Hình 18: lắc ngang xe

3 Điều khiển chống chúi xe: chuyển lực giảm chấn sang chế độ cứng hơn giúp

ngăn ngừa hiện tượng chúi đầu xe khi hãm phanh, giảm thiểu sự thay đổi tư thế của xe

Hình 19: chống chúi

4 Điều khiển cao tốc (ở chế độ bình thường): chuyển lực giảm chấn sang chế

độ cứng hơn giúp xe chạy ổn định và tính năng điều khiển tốt khi xe chạy tốc độ cao

Hình 20: chế độ bình thường

5 Điều khiển chống bốc xe khi chuyển số (đối với xe dùng hộp số tự động):

nhằm hạn chế hiện tượng bốc đuôi xe khi xe có hộp số tự động khởi hành Khi hộp số

dịch chuyển từ “N” hoặc “P”, lực giảm chấn được đặt ở chế độ cứng.

Hình 21: xe số tự động c) ĐIỀU KHIỂN CHIỀU CAO XE

1 Điều chỉnh tự động cân bằng xe: duy trì chiều cao xe ở mức không đổi, không

phụ thuộc vào trọng lượng hành lý và hành khách Công tắc điều khiển chiều cao

mong muốn của xe sang mức bình thường hoặc cao.

Hình 22: xe trạng thái cân bằng

2 Điều khiển cao tốc: điều khiển chiều cao xe xuống mức thấp hơn so với mức

đã chọn (sang mức thấp nếu trước đó đã chọn mức bình thường hoặc xuống mức bình thường nếu trước đó đã chọn cao) khi xe chạy với tốc độ đã quy định hoặc cao hơn Chức năng này làm cho xe có đặc tính khí động học và độ ổn định cao

3 Điều khiển khi xe tắt động cơ: giảm chiều cao xe xuống mức chiều cao đã đặt

(khi chiều cao xe tăng lên do giảm trọng lượng hành lý và hành khách) sau khi xe tắt