سيستم كنترل رانش TCS

مقدمه:

اگر در خودروهای فاقد سیستم کنترل کشش (Traction Control System) هنگام پیچیدن و حرکت روی سطوح لغزنده به ویژه در شرایط آب و هوای بارانی و برفی و نیز جاده‌های خاکی، بیش از اندازه گاز داده شود، چرخ‌های محرک شروع به هرزگردی می‌کنند و باعث سرخوردن و از دست رفتن کنترل اتومبیل می‌شود. اما در خودروهای مجهز به سیستم کنترل کشش، این اتفاق رخ نمی‌دهد و این سامانه مانع از ناپایداری خودرو می شود.

تشریح سیستم:

سامانه کنترل کشش یا TCS (Traction control system)، امکان دست یابی خودرو به کشش و پایداری جانبی مناسب توسط کنترل نسبت لغزش چرخ‌های محرک در شرایط گوناگون جاده‌ای، به ویژه جاده‌هایی با ضریب اصطکاک پایین (جاده‌های برفی و یخی) فراهم می‌کند. برای درک آسان‌تر این مطلب می‌توان گفت که این سامانه، با کنترل گشتاور چرخ‌ها مانع از بروز ناپایداری در خودرو می‌شود (عملکردی مشابه ABS اما در هنگام شتاب گیری و حرکت).

در واقع سامانه TCS مکمل سامانه ABS می‌باشد و با حفظ پایداری و فرمان‌پذیری مناسب خودرو به هنگام شتاب‌گیری از حالت توقف یا در حال حرکت مانع بروز حوادث می‌شود.

همان طور که می‌دانید سامانه ABS در هنگام ترمزگیری از لغزش چرخ‌ها به علت کاهش پایداری خودرو جلوگیری می‌کند، در هنگام شتاب‌گیری و افزایش سرعت خودرو نیز باید از لغزش جلوگیری کرد چرا که این لغزش مقداری از گشتاور موتور که می‌بایست صرف رانش شود، را صرف لغزش چرخ‌ها می‌کند.

به همین علت سامانه TCS با کمک سامانه ABS و سامانه مدیریت پیشرانه، گشتاور اعمالی به چرخ‌ها و افزایش دور موتور را کنترل می‌کند و از لغزش چرخ‌ها جلوگیری به عمل آورد.

پیاده سازی:

هرزگشتن چرخ‌های متحرک در هنگام حرکت بر روی سطوح یخ زده از مشکل‌هایی است که بیشتر رانندگان آن را تجربه کرده‌اند. مشابه همین مشکل درباره اتومبیل‌هایی با موتورهای قوی حتی بر روی سطوح خشک نیز وجود دارد.

راه حل‌های مختلفی در این زمینه ارائه شده است که یکی از آن‌ها استفاده از دیفرانسیل‌های LSD (limited-slip differential ) می‌باشد. به زبان ساده در خودروهای تک دیفرانسیل معمولی (دیفرانسیل آزاد) که گشتاور به هر دو چرخ منتقل می‌شود، اگر یکی از چرخ‌های متحرک تماسی با سطح زمین نداشته باشد و یا بر روی سطوح یخ زده قرار گیرد، آن چرخ آزادنه می‌چرخد و چرخ دیگر بر روی زمین خشک در حالت سکون قرار می‌گیرد، در نتیجه خودرو ثابت می‌ماند. ثابت بودن چرخ دوم به این علت است که به چرخی که اصطکاک بیشتری دارد، گشتاور کم‌تری منتقل می‌شود و این عیب اصلی دیفرانسیل‌های آزاد است؛ اما در صورت وجود دیفرانسیل LSD گشتاور لازم برای به حرکت در آوردن چرخ ثابت به آن منتقل می‌شود و در نتیجه خودرو می‌تواند به حرکت خود ادامه دهد. در واقع تقسیم گشتاور بین هر یک از چرخ‌ها با توجه به میزان نیروی اصطکاک آن‌ها با سطح جاده است به عبارت دیگر هرچقدر نیروی اصطکاک یک چرخ کمترشود، گشتاور دریافتی آن چرخ هم کمتر می‌شود.

از دیگر ترفندهایی که به منظور جلوگیری از هرزگردی چرخ‌ها انجام شده است، سامانه ماکس تراک بود که بر روی برخی از محصول‌های جنرال موتور در اوایل دهه 70 نصب می‌شد. این سامانه توسط کامپیوترهای اولیه اتومبیل و سنسورهایی که در هر چهار چرخ نصب شده بود عمل می‌کرد کامپیوتر با توجه به میزان اختلاف سرعت در چرخ‌های جلو و عقب، میزان گشتاور موتور را به گونه‌ای تنظیم می‌کرد که کمترین هرزگردی در هنگام حرکت به وجود آید.

بیش فرمانی و کم فرمانی

این سامانه به علت بهای زیادی که مالک خودرو می‌بایست برای آن پرداخت می‌کرد، مورد استقبال قرار نگرفت. در همان سال‌ها بود که کادیلاک نیزسامانه TMS را به بازار عرضه کرد؛ اما به علت واکنش‌های ضعیف و نواقصی که در ECU به وجود می‌آمد، بسیار از آن انتقاد شد و عمر کوتاهی داشت؛ اما پیروز میدان درنصب سامانه‌ای کامل، با کمترین نقص که بتواند میزان هرزگردی چرخ‌های متحرک را به حداقل برساند و کمترین میزان اتلاف انرژی را داشته باشد، کارخانه مرسدس‌بنز بود که همواره در معرفی این گونه سامانه‌ها یکی از پیشگامان است. این کارخانه در سال1971 سامانه ETCS را معرفی کرد. سامانه کنترل کننده هرزگرد در خودروهای مدرن امروزی با کاهش نیروی موتور و تقسیم نیروی ترمز (مجهز به ABS) به وسیله سنسور های سرعت که بر روی چرخ‌ها نصب شده، اتومبیل را کنترل می‌کند. برای درک بهتر کاربرد TCS، در نظر بگیرید که در خیابانی با شیب ملایم قرار دارید و سطح این خیابان کاملاً پوشیده از یخ و صاف است. مطمئن باشید که امکان عبور از این خیابان با هیچ ترفندی به جز TCS میسر نیست. وقتی خودرو در این وضعیت قرار می‌گیرد به علت کاهش نیروی اصطکاک، چرخ‌های متحرک شروع به هرزگردی می‌کنند. در همین لحظه سنسورها این خبر را به واحد کنترل می‌دهند و بلافاصله همزمان با کاهش نیروی خروجی دیفرانسیل، سامانه ABS هم وارد عمل می‌شود و برروی هر چرخ به طور جداگانه نیروی ترمز موردنیاز را اعمال می‌کند. در چنین شرایطی اتومبیل، استوار و بدون هیچ گونه هرزگردی به حرکت خود ادامه می‌دهد. همچنین TCS در خودروهایی که در مسابقه‌های اتومبیل رانی شرکت می‌کنند، به منظور بالا بردن میزان نیروی چسبندگی لاستیک‌ها به سطح جاده در هنگام گاز دادن و شتاب گرفتن استفاده می‌شود. مثلاً وقتی راننده بیش از اندازه گاز می‌دهد، TCS چرخ‌ها را در پایدار ترین حالت قرار می‌دهد.

TCS در فرمول یک:

از نمونه بارز موارد استفاده این سامانه در این گونه خودروها می‌توان به مسابقه‌های فرمول یک اشاره کرد. البته میزان حساسیت TCS در استفاده از کلیدی است که بر روی فرمان نصب شده است تا در شرایط مختلف راننده بتواند حساسیت سامانه را تغییر دهد.

اشتباهات عمومی:

بسیاری از افراد به اشتباه فکر می‌کنند TCS از گیرکردن خودرو در برف جلوگیری می‌کند، در حالی که این سامانه چنین وظیفه‌ای ندارد. به زبان ساده‌تر ABS از لیز خوردن لاستیک‌ها در هنگام ترمز کردن جلوگیری می‌کند؛ اما TCS از لیز خوردن لاستیک‌ها در هنگام گاز دادن جلوگیری می‌کند و همانطور که هنگام ترمزکردن با خودرو مجهز به ABS راننده پالس‌هایی را بر روی پدال ترمز حس می‌کند، در زمان گاز دادن هم شبیه به همان پالس‌ها بر روی پدال گاز حس خواهد کرد. پالس‌هایی که هر ضربه آن نشان دهنده‌ی تلاش این سامانه‌ها برای دور شدن از وضعیت بحرانی است.