Hệ thống treo Predictive Active Suspension của Audi: Cấu tạo, nguyên lý, điều kiện vận hành?
(News.oto-hui.com) – Perdictive Active Suspension là hệ thống treo thông minh được trang bị trên 2 dòng xe cao cấp Audi A8 và Audi S8. Với khả năng dự đoán trước các tình huống có thể xảy ra trên đường khi di chuyển, Perdictive Active Suspension có thể tự điều chỉnh hoạt động của hệ thống treo sao cho phù hợp nhất. Đem lại cảm giác lái và sự thoải mái tốt nhất cho những người ngồi trong xe.
Hệ thống treo chủ động không phải là một khái niệm mới – các thương hiệu xe hơi đã thử nghiệm ý tưởng này trong nhiều thập kỷ, sử dụng công nghệ khí nén, hệ thống treo khí và dùng các bộ phận, thiết bị để quét mặt đường nhằm giảm thiểu va chạm và tăng sự thoải mái cho người ngồi trong xe.
Predictive Active Suspension là hệ thống treo khí nén thông minh được trang bị trên 2 dòng xe cao cấp Audi A8 và S8. Tuy nhiên, nó khác với những hệ thống treo sử dụng giảm chấn khí nén được tích hợp công nghệ điều khiển. Ý tưởng của việc phát triển hệ thống này là giảm thiểu độ cuộn của cơ thể người khi phanh và vào cua, và do đó sẽ giảm bớt đi một phần lực G của người ngồi trong xe, giữ cho họ gần như ở trạng thái cân bằng (nhân tạo).
1. Cấu tạo của hệ thống treo Predictive Active Suspension Audi:
Tổng quan hệ thống treo Predictive Active Suspension của Audi có 5 thành phần chính, bao gồm:
- Electronic Suspension platform (EFP): Nền tảng khung gầm điện tử;
- Active Suspension Actuators (4 bộ): Bộ chấp hành điều khiển hệ thống treo chủ động thích ứng;
- Four Ride Height Sensors: 4 cảm biến độ cao ở mỗi góc
- Central Driver Assistance Controller (zFAS): Bộ điều khiển trung tâm hỗ trợ cho việc lái xe;
- Front Camera ADAS: Camera phía trước;
a. Electronic Suspension Platform (EFP):
Vai trò giữa các nhà sản xuất xe hơi và các nhà cung cấp linh kiện ngày một có liên kết chặt chẽ hơn trong xu hướng sản xuất xe hiện nay. Các nhà sản xuất ngày càng tham gia nhiều hơn vào việc phát triển phần mềm để tạo ra sự tương tác giữa tất cả các chức năng, trong khi các nhà cung cấp hệ thống cung cấp các hệ thống đơn lẻ được tiêu chuẩn hóa với “trình điều khiển phần mềm” cho các chức năng của xe.
Để hỗ trợ xu hướng này, cần phải cung cấp các đơn vị điều khiển điện tử (ECU) có độ tinh vi cao làm nền tảng cho việc tích hợp phần mềm chức năng. Audi đã chọn phát triển một đơn vị điều khiển trung tâm cho phần mềm chức năng của xe trong bộ phận khung gầm. Nó được đặt tên là EFP, viết tắt của chữ “Elektronische Fahrwerkplattform” hoặc Electronic Suspension platform (Tạm dịch: Nền tảng khung gầm điện tử).
Nền tảng khung gầm điện tử EFP là bộ phận điều khiển điện tử tích hợp cao đầu tiên trong các bộ phận khung gầm của Tập đoàn Volkswagen, có vai trò:
- Đo gia tốc thẳng đứng cũng như tốc độ lăn (Roll Rate) và tốc độ bước (Pitch Rate/ Angular Rate) của xe.
- Xử lý 4 mức chiều cao bên ngoài và 4 dòng van điều tiết giảm chấn.
- Kích hoạt 4 lò xo khí nén và 4 bộ giảm chấn thông qua trình điều khiển riêng từng cổng.
- Điều khiển máy nén khí của hệ thống treo thông minh qua mạng CAN.
- Có vi điều khiển TC1791 với các tính năng sau: 240 MHz, 4MB Flash, 300kB RAM.
- Có thể tích hợp phần mềm chức năng kiểm soát liên quan đến an toàn lên đến cấp độ toàn vẹn an toàn ASIL C.
- Có thể được điều chỉnh với các tấm đế khác nhau tuỳ theo độ nghiêng của đường truyền dẫn để đạt được vị trí lắp đặt nằm ngang (cần thiết cho các cảm biến).
- Có thể được tùy chỉnh với các biến thể thiết bị khác nhau cho các hệ thống kiểm soát khung gầm đã cài đặt; nó có thể mở rộng chỉ từ một thiết bị điều khiển vi mô đến thiết bị có kích thước đầy đủ với các cảm biến và bộ điều khiển cổng.
- Vận hành các cấu hình đã cài đặt khác nhau của hệ thống điều khiển khung gầm bằng cách kích hoạt hoặc hủy kích hoạt các thành phần phần mềm liên quan (khái niệm mã hóa).
- Xử lý toàn bộ phạm vi mô hình và các biến thể khung gầm bằng một phần mềm đơn vị bằng cách điều chỉnh bộ dữ liệu cụ thể của xe.
- Được bảo vệ khỏi thao tác bằng cơ chế bảo mật dữ liệu flash cho phần mềm và tập dữ liệu có chữ ký dữ liệu cũng như bảo vệ thành phần để ngăn chặn việc trao đổi đơn vị điều khiển.
- Có thể được cập nhật với các thành phần phần mềm đơn lẻ mà không ảnh hưởng đến các thành phần phần mềm khác.
- Được kích hoạt để kích hoạt các thành phần phần mềm tiếp theo thông qua SWAP.
Nền tảng khung gầm điện tử của Audi (EFP) tích hợp một số đơn vị điều khiển và cảm biến được trang bị riêng trong các mẫu Audi trước đó. EFP kết hợp phần cứng để vận hành bộ giảm chấn và hệ thống treo khí nén. Nó có đầu vào cho cảm biến kiểm soát mức (PWM) cũng như bốn đầu vào PSI5 và được kết nối với hệ thống liên lạc của xe qua mạng FlexRay.
EFP cũng có cổng mạng CAN được sử dụng để điều khiển máy nén khí trong hệ thống treo thích ứng. EFP chứa các cảm biến MEMS (Hệ thống vi cơ điện) ba trục đo tốc độ lăn và cao độ cũng như gia tốc thẳng đứng của xe gần với trọng tâm của nó. Các cảm biến khung gầm thiết yếu khác đã được tích hợp vào trình điều khiển ECU, bộ phận điều khiển túi khí nâng cấp.
b. Active Suspension Actuators:
Hệ thống treo chủ động có thể nâng hoặc hạ thân xe lên đến 85 mm (3,3 inch) từ vị trí trung tâm ở cả bốn góc trong vòng 0,5 giây là nhờ các bộ chấp hành hệ thống treo chủ động Active Suspension Actuators.
Bên trong bộ chấp hành hệ thống treo chủ động, có Động cơ điện (motor) nhỏ gọn đặt gần mỗi bánh xe của Audi A8 chạy từ hệ thống điện chính 48V của xe và được điều chỉnh bởi ECU. Bộ truyền động dây đai và bộ truyền động điều hòa nhỏ gọn nằm bên trong giúp nâng mô-men xoắn của motor điện lên gần gấp 200 lần, 1.100 N.m.
Sau khi được khuếch đại, momen xoắn được truyền đến một thanh nâng làm bằng titan (Titan Torsion Bar) có khả năng quay hơn 20 độ. Thông qua một ống thanh khớp nối (Steel Torque Tube), đầu còn lại của thanh nâng sẽ liên kết với thanh chống giảm chấn (Lever) ở phần cầu trước và thanh liên kết ngang ở phần cầu sau.
c. Four Ride Height Sensors:
Cảm biến độ cao của hệ thống treo là một thiết bị điện tử đo khoảng cách giữa đường và một điểm cụ thể trên hệ thống treo, khung hoặc thân của xe. Cảm biến độ cao sẽ cung cấp cho ECU thông tin về vị trí độ cao của thân xe.
Bên cạnh việc hỗ trợ hệ thống treo khí nén để kiểm soát mức độ tự động, cảm biến độ cao xe cũng được sử dụng làm đầu vào cho hệ thống cân bằng đèn pha tự động.
Bản thân thân cảm biến độ cao đi xe được gắn vào khung xe, thanh truyền liên kết với xương đòn (wishbone) hoặc càng chữ A (control arm).
Nó cũng được gọi là cảm biến góc, có nghĩa là khi thanh cảm biến di chuyển, một tín hiệu đầu ra (điện áp) được tạo ra tỷ lệ với góc quay của nó. Tín hiệu này sau đó được truyền đến ECU để xử lý tiếp.
Ngoài ra, khi có tín hiệu truyền về ECU từ cảm biến độ cao, máy nén khí treo được kích hoạt và áp suất bổ sung được cung cấp (thông qua khối van) cho các lò xo không khí thích hợp.
d. Central Driver Assistance Controller (zFAS):
Trước đây đã có một số đơn vị điều khiển thế hệ cũ mà Audi phát triển, mỗi đơn vị sẽ đánh giá thông tin chúng thu thập cho một chức năng xác định. Nhưng đây là lần đầu tiên, bộ điều khiển hỗ trợ lái xe trung tâm (zFAS) tạo ra hình ảnh toàn diện về môi trường xung quanh, từ các dữ liệu cảm biến – cho một loạt các chức năng hỗ trợ.
Các tính năng liên quan đến chức năng hỗ trợ lái xe thường liên quan đến nhiều đơn vị điều khiển, mỗi đơn vị có nhiệm vụ đánh giá thông tin mà chúng phát hiện cho chức năng cụ thể của chúng. Nhà sản xuất ô tô Audi cung cấp bộ điều khiển hỗ trợ lái xe trung tâm (zFAS) trên mẫu A8 của mình. Bộ điều khiển sử dụng dữ liệu cảm biến để tạo hình ảnh của môi trường xung quanh cho một loạt các chức năng hỗ trợ, chẳng hạn như hỗ trợ lái xe thích ứng, hệ thống treo chủ động, hỗ trợ đỗ xe và hỗ trợ tắc nghẽn giao thông.
Điều này được tạo ra bởi các hệ thống cảm biến bổ sung, cộng với sự kết hợp dữ liệu dự phòng trong zFAS và bộ điều khiển radar. zFAS có nhiệm vụ “tổng hợp” thông tin dữ liệu từ các cảm biến, radar, camera để đưa đến cho ECU. Ngoài ra, zFAS còn có chứa dữ liệu từ các biển báo giao thông được kết hợp với dữ liệu từ bản đồ số; hỗ trợ qua đường dựa trên lĩnh vực hoạt động toàn diện, cũng như chức năng phanh khẩn cấp, đã được tối ưu hóa về chất lượng và hiệu quả bằng thiết kế dự phòng,…
Thành phần chính
- SoC FPGA, Cyclone V SX, Dual-Core 925MHz ARM Cortex-A9 CPU, 110000 Logic Elements, 41509 ALMs, 288I/Os, 28 nm — Nhà sản xuất: Intel Corp.
- Apps Processor, Tegra K1, Quad-Core ARM Cortex-A15 2.3GHz CPU, 1 Low-Power Companion Cortex-A15 Core, 192 Nvidia CUDA Cores GPU, 28 nm — Nhà sản xuất: Nvidia Corp.
- MCU, Triple-Core 32-Bit 300 MHz CPU, 8 MB Flash, 128 KB EEPROM, 2776 KB SRAM, Automotive — Nhà sản xuất: Infineon Technologies AG
- SDRAM, DDR3L-1866, 4 Gb — Nhà sản xuất: Micron Technology
- Mobileye EyeQ3 SoC, Quad 32-Bit RISC MIPS 1004K 500 MHz CPU, Quad Custom Vector Microcode Processors, 40 nm – Nhà sản xuất: ST Microelectronics
- Flash, eMMC NAND, 8 GB, MLC – MFR: SAMSUNG SEMICONDUCTOR INC
- Deserializer, Quad, GMSL, 1.5 Gbps – Nhà sản xuất: Maxim Integrated Products
- SDRAM, LPDDR2-1066, 2 Gb – Nhà sản xuất: Micron Technology Inc.
- Flash, NOR, 512 Mb, 133 MHz, SPI – Nhà sản xuất: Cypress Semiconductor Corp.
- Giá bán được OTO-HUI tổng hợp: $365.75
e. Front Camera ADAS:
Tại chế độ Comfort Plus, chiếc xe sẽ lướt đi với sự êm ái vô cùng trên bất kỳ loại va chạm nào ở trên bề mặt đường, dù là ổ gà, hay gờ giảm tốc. Vậy máy ảnh ở đây để làm gì trong khi hệ thống đã có các cảm biến và radar xung quanh xe?
Hệ thống treo chủ động sẽ hoạt động đồng thời với camera ADAS trước. Nhờ camera này sẽ xác định các bề mặt không bằng phẳng trước khi các bánh xe tiếp cận với nó và điều chỉnh phù hợp theo từng chế độ. Quá trình phức tạp này chỉ diễn ra trong vài mili giây: máy ảnh tạo ra thông tin về các đặc tính của bề mặt đường và quét nó 18 lần trong một giây.
Cách hệ thống phản ứng với các gờ giảm tốc cũng rất tốt; chiều cao xe tăng nhanh 50mm khi hệ thống camera ‘nhìn thấy’ gờ giảm tốc (bề mặt không bằng phẳng). Việc tăng chiều cao của xe cho phép mỗi buồng treo khí nén nén lại trong khi giảm thiểu tác động của va chạm đối với những người bên trong.
2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống treo Predictive Active Suspension:
Predictive Active Suspension của Audi sử dụng thêm 4 mô tơ điện đặt ở 4 góc để hỗ trợ việc điều khiển hệ thống treo.
Các mô tơ điện này hoạt động dưới một mạng điện 48V. Momen xoắn từ mô tơ điện được khuếch đại lên gấp nhiều lần (khoảng 200 lần) bằng một bộ bánh răng truyền động đặt cạnh mô tơ.
Sau khi được khuếch đại, momen xoắn được truyền đến một thanh nâng làm bằng titan (Titan Torsion Bar). Thông qua một ống thanh khớp nối (Steel Torque Tube), đầu còn lại của thanh nâng sẽ liên kết với thanh chống giảm chấn (Lever) ở phần cầu trước và thanh liên kết ngang ở phần cầu sau.
Khi thanh nâng chuyển động quay sẽ tác động vào các thanh liên kết bánh xe. Qua đó có thể điều chỉnh tăng giảm khoảng cách giữa bánh xe với thân xe bằng cách điều khiển hướng quay của thanh nâng.
Các bộ phận ở hệ thống thu thập thông tin như camera và các cảm biến sẽ liên tục gửi tín hiệu về hộp điều khiển. Sau khi các thông tin được xử lí, ECU sẽ điều khiển hoạt động của hệ thống treo sao cho phù hợp.
3. Predictive Active Suspension của Audi hoạt động trong điều kiện nào?
Với việc sử dụng 4 mô tơ điện hoạt động độc lập ở 4 bánh xe. Predictive Active Suspension có thể điều chỉnh cân bằng các dao động theo cả trục ngang và trục dọc của thân xe.
Ví dụ như ở trường hợp xe tăng tốc, ECU sẽ điều khiển 2 mô tơ điện ở cầu sau hạ bánh xe xuống, 2 mô tơ điện ở cầu trước sẽ nâng bánh xe lên. Qua đó loại bỏ hiện tượng đầu xe bị nâng và giúp cân bằng thân xe. Ngược lại, khi xe phanh gấp, ECU sẽ điều khiển mô tơ điện nâng cao các bánh xe ở cầu trước và hạ thấp bánh xe ở cầu sau để cân bằng thân xe, loại bỏ hiện tượng thân xe bị dồn về phía trước (xe bị dúi về phía trước khi phanh gấp).
Đối với trường hợp khi xe vào cua: Lực ly tâm sẽ làm thân xe nghiên về phía bên ngoài góc cua. Khi này các mô tơ điện sẽ điều chỉnh nâng 2 bánh xe phía trong lên cao để gần với thân xe và đẩy 2 bánh xe phía bên ngoài ra xa thân xe, giúp cân bằng lại thân xe trong lúc vào cua (thân xe có thể được điều chỉnh nghiêng theo trục dọc lên tới 3 độ để cân bằng khi vào cua).
- Tính năng này đặc biệt hiệu quả trong khoảng vận tốc từ 80 đến 130 km/h.
Bộ phận camera ở hệ thống thu thập thông tin sẽ liên tục quan sát bề mặt đường trong phạm vi 15m phía trước của xe và gửi tín hiệu về bộ xử lí.
Nếu phát hiện mặt đường phía trước có các bề mặt mấp mô như ổ gà, gờ giảm tốc,…: ECU sẽ dựa vào thông tin đưa về từ camera phía trước và các cảm biến vận tốc, gia tốc,… để tính toán khoảng cách và thời gian xe đi đến vị trí các bề mặt mấp mô đấy. Các mô tơ sẽ được điều khiển chủ động nâng hạ các bánh xe sao cho phù hợp với bề mặt đường khi xe di chuyển qua khu vực đấy, giúp cho xe vượt qua các chướng ngại vật một cách êm dịu.
Trước lúc xe bắt đầu di chuyển qua các bề mặt đường xấu: Thân xe sẽ được các mô tơ điều khiển nâng cao lên thêm 50mm. Khoảng cách giữa bánh xe và thân xe tăng lên giúp cho xe có thể vượt qua các bề mặt đường có độ mấp mô cao một cách êm dịu hơn.
Ngoài ra, mỗi khi cửa xe được mở: Thân xe cũng được các mô tơ điều chỉnh nâng lên cao 50mm để người lái và hành khách có thể bước vào xe một cách dễ dàng hơn. Khi cửa xe đóng lại, thân xe sẽ tự động hạ xuống bằng độ cao ban đầu để xe di chuyển.
Predictive Active Suspension cũng có khả năng giúp tăng độ an toàn cho người ngồi trong xe khi xảy ra va chạm.
Cụ thể trong trường hợp va chạm có thể xảy ra phía 2 bên hông của xe: Các mô tơ sẽ điều khiển nâng phần thân xe bên phía xảy ra va chạm lên cao 80mm chỉ trong 0,5 giây. Điều này sẽ làm thay đổi vị trí điểm va chạm đến những nơi có kết cấu cứng hơn trên thân xe như khung gầm,… và giúp giảm lực tác động đến những người ngồi trong xe. Qua đó tăng thêm độ an toàn trong những trường hợp xảy ra va chạm không đáng có.
Một số bài viết liên quan:
- Hệ thống truyền động Hybrid của Mercedes-AMG E Performance có gì đặc biệt?
- Tìm hiểu về hệ thống dẫn động Quattro Ultra của Audi
- Hệ thống treo Dynamic Ride Control của Audi: Cấu tạo, nguyên lý hoạt động?
- Các phương pháp và thiết bị chẩn đoán hệ thống treo trên ô tô
