سیستم کنترل کشش چگونه تشخیص می‌دهد که چرخ‌ها لغزش دارند و چگونه قدرت را محدود می‌کند؟

کنترل کشش، در چند ثانیه متوجه می‌شود که چرخ بی‌هدف می‌چرخد و با قطع گشتاور، قدرت را دوباره به جاده منتقل می‌کند.
کنترل کشش، در چند ثانیه متوجه می‌شود که چرخ بی‌هدف می‌چرخد و با قطع گشتاور، قدرت را دوباره به جاده منتقل می‌کند.

این صفحه را به اشتراک بگذارید

کنترل کشش (TCS)، در لحظه شتاب‌گیری از طریق داده‌های حسگرهای سرعت چرخ متوجه می‌شود که چرخ بی‌دلیل می‌چرخد و دچار لغزش شده است و با مداخله ترمز یا قطع گشتاور موتور، چنگ‌زدن ازدست‌رفته را بازمی‌گیرد. ESC به جلوگیری از سرخوردن خودرو هنگام سرباززدن می‌پردازد؛ کنترل کشش برعکس، لغزش را در لحظه انتقال قدرت به جاده مدیریت می‌کند. این دو شبکه حسگری مشترکی دارند اما کارشان کاملاً متفاوت است.

نکات برجسته

  • TCS لغزش را با حسگرهای سرعت چرخ از روی درصد لغزش محاسبه‌شده تشخیص می‌دهد
  • بوش ABS را در سال 1978و کنترل کشش را در سال 1985 به خودروهای تولیدی برد
  • مداخله از سه راه انجام می‌شود: فشار ترمز، قطع گشتاور موتور، دیفرانسیل فعال
  • TCS در واقع به‌عنوان یک عملکرد ثانویه ESC، در همان ماژول زندگی می‌کند
  • تقریباً در تمام شرایط رانندگی سیستم باید روشن بماند؛ خاموش کردن آن تنها در یک استثنای محدود کارساز است

این‌طور فکر کن: صبح زمستانی در تقاطعی دور می‌زنی، گاز می‌دهی و لاستیک‌ها ناگهان به‌جای تو یک کنسرت لغزش سمفونیک اجرا می‌کنند. درست در همان لحظه سیستمی که وارد عمل می‌شود کنترل کشش است - به انگلیسی Traction Control System، در برخی تولیدکنندگان با نام ASR (Anti-Slip Regulation) شناخته می‌شود. ABS هنگام ترمزگیری از قفل‌شدن چرخ جلوگیری می‌کند، در حالی که TCS در جهت معکوس کار می‌کند: هنگام شتاب‌گیری مانع می‌شود چرخ بدون انتقال قدرت به جاده بی‌دلیل بچرخد. این دو اغلب با هم ذکر می‌شوند چون واقعاً یک سیستم عصبی مشترک دارند. اما این سیستم لغزش را از کجا می‌فهمد؟ بیایید زنجیره را از حسگر تا عملگر قدم‌به‌قدم باز کنیم.

لغزش چگونه تشخیص داده می‌شود: حسگرهای سرعت چرخ و درصد لغزش

Bir lastiğin kayıp kaymadığına karar veren şey gösterge değil, gerçek hız ile tekerlek devri arasındaki farktan hesaplanan kayma yüzdesidir.

اندام حسی اصلی کنترل کشش، حسگرهای سرعت چرخ هستند. سرعت چرخش هر چرخ به‌طور مداوم پایش می‌شود و داده‌ها به واحد کنترل ABS/TCS (ECU) جریان می‌یابد. سیستم دو چیز را مقایسه می‌کند: سرعت واقعی خودرو با سرعت چرخش چرخ‌های محرک. اگر چرخ‌های محرک نسبت به سرعت حرکت خودرو به‌طور محسوسی سریع‌تر بچرخند، بین لاستیک و جاده لغزش وجود دارد. به این نسبت محاسبه‌شده از این اختلاف درصد لغزش می‌گویند و این مقدار پایه‌ای است که TCS بر اساس آن تصمیم می‌گیرد چقدر مداخله کند.

حسگرها کجا پنهان شده‌اند؟ در خودروهای کارخانه‌ای رایج‌ترین نقطه اندازه‌گیری سرعت، خروجی گیربکس یعنی سرعت میل خروجی است؛ همچنین وجود یک حسگر در هر توپی چرخ معمولاً نشان‌دهنده ABSدار بودن خودرو است. از نظر فناوری حسگر، چهار نوع اصلی وجود دارد: حسگرهای دیجیتال مبتنی بر اثر هال، حسگرهای دیجیتال از نوع قطع‌کننده (interrupt)، حسگرهای غیرفعال القایی مغناطیسی و حسگرهای فعال مگنتومقاومتی. همه یک کار را انجام می‌دهند - شمردن عبور یک حلقه دندانه‌دار (حلقه تون) و محاسبه سرعت - اما وضوح و رفتار الکتریکی آن‌ها متفاوت است.

یک ظرافت دیگر در محاسبه درصد لغزش وجود دارد: در استراتژی ایده‌آل، ابتدا روی چرخ محرک و سپس یک سنسور دوم روی چرخ غیرمحرک نصب می‌شود؛ اختلاف سرعت بین دو چرخ، درصد لغزش را به دست می‌دهد. در کاربردهای مسابقه‌ای و رتروفیت، به جای سنسور چرخ غیرمحرک می‌توان از ماژول سرعت GPS نیز استفاده کرد. همچنین برخی سیستم‌ها علاوه بر سرعت چرخ‌ها از داده شتاب‌سنج استفاده می‌کنند و مرجع دریافتی از پدال گاز راننده را بر اساس آن تنظیم می‌کنند. یعنی سیستم نه فقط می‌پرسد "آیا چرخ می‌چرخد" بلکه این سؤال را نیز مطرح می‌کند که "آیا خودرو واقعاً شتاب می‌گیرد".

یک نتیجه عملی از اینجا به دست می‌آید: سنسوری که معیوب باشد یا سرعت‌های ناممکن گزارش دهد، مانع از تعیین اینکه کدام چرخ در حال لغزش است توسط ماژول می‌شود. نتیجه چه می‌شود؟ هم TCS و هم کنترل پایداری می‌توانند غیرفعال شوند. آن نور نارنجی چشمک‌زن روی صفحه کیلومتر، اغلب در واقع طغیان یک سنسور چرخ است.

چگونه قدرت را محدود می‌کند: سه روش مداخله

تشخیص لغزش نیمی از کار است؛ مهندسی اصلی این است که چرخ لغزنده را چگونه آرام کنیم. TCS برای این کار سه ابزار اصلی در اختیار دارد و بیشتر خودروهای مدرن دو یا هر سه را با هم استفاده می‌کنند.

مداخله ترمز

سریع‌ترین و رایج‌ترین روش: به چرخ لغزنده از طریق پمپ و مدولاتور ABS فشار ترمز اعمال می‌شود. برای هر چرخ محرک، یک شیر برقی اضافی در مدولاتور ABS وجود دارد؛ سیستم می‌تواند در لحظه انتخاب کند کدام چرخ را کند کند. چرخی که کند می‌شود چسبندگی به دست می‌آورد و گشتاور از طریق دیفرانسیل به چرخ مقابل با چسبندگی بهتر منتقل می‌شود. یعنی ترمز در اینجا برای "متوقف شدن" استفاده نمی‌شود، بلکه برای هدایت گشتاور به چرخ درست به کار می‌رود - به نظر من هر بار شبیه بستن یک شیر آب و هدایت آب به لوله‌ای دیگر است.

اما این روش بهایی دارد: لنت‌های ترمز گرم می‌شوند. به همین دلیل TCS برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد لنت‌های ترمز، پس از مدت زمان مشخصی به طور خودکار خود را غیرفعال می‌کند. پاسخ مهندسی سیستم به سؤال "آیا استفاده مداوم به ترمزها آسیب می‌زند" دقیقاً همین است: طراحی به گونه‌ای محدود شده که از خود محافظت کند.

قطع گشتاور موتور

اگر هر دو چرخ محرک در حال لغزش باشند، ترمز به تنهایی کافی نیست؛ سیستم به Powertrain Control Module (PCM) سیگنال می‌فرستد و گشتاور تولیدی موتور را کاهش می‌دهد. این کاهش به روش‌های مختلفی قابل انجام است: برخی سیستم‌ها انژکتورها را قطع می‌کنند و برخی دیگر بدون دست زدن به انژکتورها، تنها با کاهش دریچه گاز، گشتاور را پایین می‌آورند. منطقی که ویکی‌پدیا نیز خلاصه کرده این است: TCS زمانی فعال می‌شود که ورودی گاز، توان موتور و انتقال گشتاور با هم همخوانی نداشته باشند و چرخ در حال چرخش را با اعمال ترمزهای کوتاه کند می‌کند. علاوه بر موتورهای احتراق داخلی، سیستم‌های مبتنی بر گشتاور موتور (engine traction control) که چرخش بیش از حد کلی چرخ‌ها را تشخیص داده و با قطع گاز، تقاضای کشش را بازمی‌گردانند، به عنوان دسته‌ای جداگانه طبقه‌بندی می‌شوند. رویکردی پیشرفته‌تر در ادبیات SAE دیده می‌شود: یک طرح کنترل تطبیقی که با استفاده از سنسور گشتاور، از دست رفتن کشش را مستقیماً اندازه‌گیری می‌کند و گشتاور موتور را از طریق دریچه گاز تنظیم می‌نماید.

دیفرانسیل فعال و بردار گشتاور

روش سوم شیک‌ترین آنهاست: هدایت قدرت به چرخ درست بدون قطع هیچ قدرتی. تورک وکتورینگ فناوری است که می‌تواند تورک منتقل‌شده توسط دیفرانسیل به هر نیم‌محور (half-shaft) را با سیستم الکترونیکی تغییر دهد. این دیفرانسیل‌ها قدرت رسیده به هر چرخ روی اکسل را با سولنوئیدهای هیدرولیکی یا الکتریکی کنترل می‌کنند. دیفرانسیل‌های فعال به دو گروه تقسیم می‌شوند: دیفرانسیل‌های فعال محدودکننده لغزش (ALSD) و دیفرانسیل‌های تورک وکتورینگ (TVD). تفاوت LSD کلاسیک با TCS را هم روشن کنیم: LSD می‌تواند قدرت را به هر دو چرخ برساند بدون استفاده از ترمز یا قطع تورک موتور؛ اما TCS چرخش چرخ را با ترمز یا قطع تورک مهار می‌کند. یعنی یکی قدرت را تقسیم می‌کند، دیگری قدرت را کم می‌کند.

روشنحوه کارکردنکته قابل توجه
مداخله ترمزبه چرخ لغزنده از طریق ماژول ABS فشار ارسال می‌شوددر گرمای بیش از حد، سیستم خودش را خاموش می‌کند
قطع تورک موتورارسال سیگنال به PCM؛ قطع انژکتور یا بستن دریچه گازراه‌حل اجتناب‌ناپذیر در لغزش دوگانه
دیفرانسیل فعالتورک با سولنوئید/هیدرولیک بین نیم‌محورها توزیع می‌شودبدون قطع قدرت کار می‌کند، هزینه آن بالاست
LSD (فعال/غیرفعال)به انتقال قدرت به دو چرخ ادامه می‌دهدبرخلاف TCS تورک را قطع نمی‌کند

آیا TCS و ESC یکی هستند؟ منطق حسگرها و تفکیک وظایف

این یکی از پرتکرارترین سوال‌هاست: "آیا این دو یک چیزند؟" پاسخ کوتاه نه است، اما بدن واحدی را به اشتراک می‌گذارند. کنترل کشش در خودروهای تولیدی معمولاً به عنوان یک عملکرد ثانویه ESC وجود دارد - اجباری نیست، اما در عمل تقریباً همیشه همین‌طور است. اجزای ESC اینها هستند: حسگرهای سرعت چرخ، ماژول کنترل، حسگر زاویه فرمان، حسگر نرخ اینوا (yaw rate) و شتاب‌سنج. TCS نیز از همان حسگرهای سرعت چرخ استفاده می‌کند؛ یعنی حسگرها مشترک‌اند، اما منطق تصمیم‌گیری جدا است.

تفاوت در منطق تصمیم‌گیری به نظرم لذت‌بخش‌ترین بخش ماجراست. دغدغه واحد ESC پیروی از مسیری است که راننده هدف گرفته است: حسگر زاویه فرمان قصد راننده را اعلام می‌کند، حسگر اینوا نرخ واقعی اینو خودرو را منتقل می‌کند و اگر این دو همپوشانی نداشته باشند - یعنی خودرو دچار آندراستیر یا اُوراستیر شده باشد - سیستم با هماهنگی ABS به تک‌تک چرخ‌ها ترمز اعمال کرده و خودرو را بدون چرخش نجات می‌دهد. ESC ماجرا را با ورودی حسگر فرمان آغاز می‌کند، سپس داده حسگر اینوا به دستگاه کنترل ABS می‌رسد. به همین دلیل حسگرهای زاویه فرمان و اینوا/شتاب‌ منفی حیاتی‌اند و پس از هر سرویس مربوط به چرخ‌ها باید بازنشانی شوند. اما درباره TCS: ESC می‌گوید "اجازه نده خودرو بچرخد"، TCS می‌گوید "اجازه نده چرخ بی‌مصرف بچرخد". یکی درباره مسیر صحبت می‌کند، دیگری درباره سرعت. هر دو می‌توانند همزمان کار کنند، اما در حالی که یکی شتاب می‌گیرد، دیگری از تصادف جلوگیری می‌کند.

در برف، کنترل کشش باید روشن باشد یا خاموش؟

وقتی زمستان می‌رسد، این سوالی است که ذهن همه را درگیر می‌کند. پاسخ بیشتر رانندگان را غافلگیر می‌کند: کنترل کشش باید در تقریباً تمام شرایط برفی - به طور دقیق در 99 درصد موارد - روشن بماند. این سیستم تا زمانی که چرخش بی‌هدف چرخ‌ها را تشخیص دهد از شما محافظت می‌کند و تلاش می‌کند چنگالی را که از دست داده‌اید بازیابد. ادعای «وقتی برف می‌بارد TCS را خاموش کن» یک باور غلط رایج محسوب می‌شود؛ بیشتر سیستم‌ها از همان ابتدا با کاهش قدرت موتور کار می‌کنند و خاموش کردن آن هیچ مزیتی به شما نمی‌دهد.

اما یک استثنا وجود دارد و برای درک منطق آن باید به ماهیت لاستیک نگاه کرد. در سرعت کم روی سطوحی مانند برف، یخ و گل، مقداری چرخش بی‌هدف چرخ‌ها طبیعی است و حتی برای حرکت رو به جلو ضروری است - لاستیک‌های برفی دقیقاً از همین چرخش‌ها بهره می‌برند، با ساختار نرم و مکانیزم بیرون پراندن برف. TCS ممکن است با این مکانیزم در تضاد باشد: بدون اجازه دادن به چرخ برای چرخیدن تا چهل سانتیمتر جلوتر برود، قدرت را قطع می‌کند. به همین دلیل در سطوح سخت با سرعت پایین، به‌ویژه وقتی در گل یا برف گیر کرده‌اید، غیرفعال کردن موقت TCS می‌تواند منطقی باشد. توصیه عملی دفترچه‌های راهنما هم در همین جهت است: با نگه داشتن دکمه TCS سیستم را کاملاً خاموش کنید و پس از خارج شدن دوباره روشن کنید.

یک حالت «snow mode» هم وجود دارد: این حالت در حالی که مداخله کنترل پایداری را کاهش می‌دهد، مداخله کشش را افزایش می‌دهد و همان‌طور که از نامش پیداست برای محیط‌هایی مانند برف، باران و شن‌ریزه طراحی شده است. همچنین شکایت رانندگان از اینکه «با روشن بودن TCS ماشین بی‌قدرت می‌شود» بیشتر یک وضعیت ادراکی است؛ سیستم واقعاً قدرت موتور را کاهش می‌دهد اما این کاهش به معنای بازیابی انرژی‌ای است که چرخ بی‌برنامه روی جاده هدر می‌داد. چیزی که تصور می‌شد افت قدرت است، در واقع به دست آوردن قدرت است.

سوالات عملی پرتکرار

  • آیا حسگرهای TCS و ESC یکی هستند؟ بله، TCS معمولاً از حسگرهای سرعت چرخ ABS استفاده می‌کند؛ ESC علاوه بر آن حسگرهای زاویه فرمان و نوسان عرضی (yaw) را اضافه می‌کند.
  • آیا TCS خودرو را کند می‌کند؟ هدف آن کند کردن خودرو نیست، بلکه کند کردن چرخِ لغزان است. با کاهش قدرت موتور می‌تواند شتاب‌گیری را متعادل کند.
  • خرابی حسگر بر چه چیزی تأثیر می‌گذارد؟ یک حسگر سرعت چرخ معیوب می‌تواند باعث از کار افتادن همزمان TCS و ESC شود.
  • آیا TCS به ترمزها آسیب می‌زند؟ این سیستم برای جلوگیری از بیش از حد گرم شدن لنت‌های ترمز، پس از مدت زمان مشخصی به طور خودکار خاموش می‌شود.

در نهایت، کنترل کشش هنری بسیار ظریف‌تر از آن است که به نظر می‌رسد: داده‌های جاری از حسگرهای سرعت چرخ را می‌خواند، لغزش را در کسری از ثانیه شکار می‌کند و قدرت را از طریق ترمز، قطع گشتاور یا دیفرانسیل فعال به جاده بازمی‌گرداند. در حالی که ESC بر پیشگیری از تصادف تمرکز دارد، کار اصلی TCS این است که در هر لحظه‌ای که پا روی گاز می‌گذارید، اجازه ندهد پیوند ظریف بین لاستیک و جاده از هم بپاشد. دفعه بعد که آن چراغ نارنجی چشمک زد، عصبانی نشوید - سیستم دارد برای توقف شما در جای خودتان، راهی در لاستیک‌تان پیدا می‌کند. آیا تا به حال در گل گیر کرده‌اید و مجبور به خاموش کردن TCS شده‌اید؟ در بخش نظرات تعریف کنید، کنجکاوم!

منابع