Các loại lốp tự bơm hoạt động như thế nào?
Đây là loại lốp mà Jame Bond đã sử dụng, nó cũng được lắp trên những chiếc Hummer và có mặt ở hầu hết các loại xe vận tải quân sự từ nhiều năm rồi. Lốp tự bơm cho phép xe điều chỉnh để đạt được sự vận hành tối ưu nhất cũng như sự an toàn tối đa trong mọi điều kiện đường xá.
Hiện nay, hầu hết các loại xe phổ thông đều được trang bị hệ thống theo dõi áp suất, nhưng lái xe không thể làm gì được khi không có nguồn hơi từ bên ngoài. Có rất nhiều hệ thống tự bơm được bán trên thị trường, nhưng hầu hết những hệ thống này được dùng cho các mục đích thương mại và quân sự. Tuy nhiên cũng có trường hợp ngoại lệ, đó là hệ thống CTIS trên loại xe Hummer.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống tự bơm và chờ xem khi nào nó sẽ xuất hiện trên thị trường để phục vụ nhân dân.
Một số điều cơ bản về lốp non hơi
Theo tổ chức Hiệp Hội Ôtô Hoa Kỳ (American Automobile Association - AAA), khoảng 80% lượng xe lưu thông trên đường với ít nhất là một bánh non hơi. Bánh xe bị mất hơi trong suốt quá trình di chuyển (đặc biệt là sau những cú sụp hố hoặc chạy qua mặt đường ghồ ghề), khi có sự thay đổi về nhiệt độ theo mùa. Áp suất hơi trong lốp có thể giảm đi vài trăm gram / cm2 mỗi tháng mùa đông và còn nhiều hơn trong mùa hè. Và bạn không thể chỉ bằng cách quan sát mà biết được lốp đã bị xẹp hoàn toàn hay chưa. Bạn phải cần đến một đồng hồ đo áp suất lốp. Lốp non hơi không những có hại cho chính nó mà còn gây tốn nhiên liệu, ảnh hưởng đến sự vận hành của xe và nói chung là không an toàn.
Khi lốp non, các hoa lốp sẽ mau bị mài mòn. Theo nhà sản xuất lốp xe Goodyear, cứ mỗi mức giảm áp suất 20% sẽ làm cho tuổi thọ của lốp sẽ giảm đi khoảng 25km. Lốp non hơi sẽ bị nóng nhanh hơn so với lốp đủ hơi, sự gia nhiệt đó cũng gây giảm tuổi thọ cho lốp. Sự mài mòn nhanh quá mức của hoa lốp làm cho vùng bên dưới bị phai màu.
Vì lốp xe có tính đàn hồi, khi lăn vùng lốp tiếp xúc mặt đường sẽ phẳng. Vùng tiếp xúc này sẽ trở lại hình dạng nguyên thủy khi nó không còn tiếp xúc với mặt đường nữa. Sự co giãn này tạo ra một làn sóng chuyển động và một ít ma sát. Khi bên trong lốp có ít không khí, biên độ sóng sẽ lớn hơn và tạo ra lực ma sát lớn hơn -- ma sát sinh nhiệt. Nếu nhiệt sinh ra đến một mức nào đó đủ nóng để làm cho phần cao su giữ sợi bố bị chảy ra và lốp tèo.
Lốp non hơi làm tăng thêm lực cản khi nó lăn, vì vậy động cơ của xe phải cày mạnh hơn. Các số liệu thông kê của AAA cho thấy rằng các lốp chỉ cần non hơi ở mức 130gr/cm2 sẽ làm tốn thêm 10% nhiên liệu. Nếu bạn lái xe cả năm thì số tiền phải trả thêm cho nhiên liệu cũng lên đến vài "vé".
Các hệ thống theo dõi áp suất.
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều công nghệ theo dõi áp suất lốp xe và còn một số công nghệ nữa sẽ xuất hiện nay mai. Đạo luật về Hoa Lốp -> Sử dụng lốp xe an tòan buộc các xe phải có hệ thống theo dõi áp suất lốp nhăm giúp lái xe biết được khi nào lốp xe bị mất hơi. Có nhiều loại hệ thống theo dõi áp suất lốp xe từ hàng thập kỷ nay và đã trở thành tiêu chuẩn ở một số dòng xe. Những hệ thống này chỉ đơn giản giám sát áp suất ở mỗi lốp xe và thông báo cho lái xe nếu có lốp nào đó bị non hơn áp suất định sẵn, điểm áp suất tối ưu.
Hệ thống Tự bơm
Lốp tự bơm so sánh với Lốp Run-flat (vẫn chạy được khi xẹp lép)
Không phải là lốp cõng sức nặng của xe, mà là không khí bên trong lốp. Những loại lốp Run-flat dù xẹp vẫn chạy được là nhờ có thành lốp vững chắc giữ cho xe cân bằng khi không còn không khí bên trong. Nó cho phép bạn đến được nơi bạn cần ngay khi lốp bị thủng và xì hết hơi.
Nhưng lốp tự bơm lại có nguyên lý hoạt động ngược lại, nó được thiết kế sao cho vẫn duy trì áp suất ổn định ở mức độ an toàn. Người ta thiết kế hệ thống tự bơm sao cho bị dò hơi chậm nhất và tối ưu hóa sự vận hành cũng như tính an toàn hơn là để giúp cho xe tiếp tục chạy được trên chiếc vỏ chẳng còn tí hơi nào.
Các hệ thống tự bơm đều có ba mục tiêu chung như sau:
Phát hiện sự giảm áp suất ở một bánh xe nào đó - Điều này có nghĩa là hệ thống phải theo dõi liên tục (hoặc ngắt quãng) áp suất của từng bánh xe.
Thông báo cho lái xe biết có trục trặc
Bơm bánh xe đó trở về trạng thái vận hành - Điều này có nghĩa là cần phải có nguồn cấp hơi cũng như là van kiểm tra chỉ mở khi nào cần thiết.
Các bộ phận của hệ thống tự bơm
Các hệ thống tự bơm có thiết kế rất đa dạng nhưng đều có điểm chung sau đây:
Tất cả các hệ thống đều dùng một vài loại van để cách ly các bánh xe nhằm ngăn chặn sự xì hơi ở tất cả các bánh khi một trong những bánh xe đó được kiểm tra và bơm.
Các hệ thống tự bơm đều có chung một phương pháp dùng cảm ứng dò áp suất lốp. Đầu dò sẽ đưa thông tin đến các cảm biến trung tâm và chuyển tiếp đến các bộ điều khiển điện tử và thông báo cho lái xe.
Các hệ thống này cũng có một nguồn hơi, thường là từ các nguồn hơi có sẵn trên xe dùng cho phanh hoặc các hệ thống thủy lực. Tuy nhiên, khi sử dụng một hệ thống có sẵn, người ta phải bảo đảm rằng họ không làm giảm chức năng ban đầu của hệ thống hơi. Chính vì lý do đó, mà có các bước kiểm tra an toàn để chắc chắn rằng có đủ áp suấp khí nén để dùng cho mục đích ban đầu trước khi được trích ra đê bơm lốp xe.
Phải có cách để bơm không khí từ nguồn khí nén trên xe vào lốp xe, thông thường là người ta truyền qua trục bánh xe. Các hệ thống tự bơm có thể sử dụng một bộ moay-ơ kín có vòi hơi từ moay-ơ cắm vào van lốp hoặc là họ lắp ống dẫn hơi bên trong trục bánh, khi đó trục bánh thành một ống bọc ngoài.
Cũng cần phải có một đường giảm áp để cho áp suất từ lốp thoát ra ngoài tránh làm hỏng moay-ơ hoặc các gioăng chặn cầu sau.
Ở phần dưới đây, chúng ta sẽ tìm hiểu về cách xử lý các yếu tố trên của các hệ thống tự bơm phổ biến hiện nay để vận hành hệ thống.
Hệ thống bơm trung tâm (CTIS)
Hệ thống bơm trung tâm thời sơ khai.
Vào năm 1984, GM đã lắp CTIS cho dòng xe Blazers và Pick-up đây là hai dòng xe tải đa năng (CUCV-Commercial Utility Cargo Vehicle). Những chiếc xe tải này được quân đội sử dụng từ nửa cuối thập niên 80. Đó chủ yếu là những chiếc Chevrolet Blazer và Pick-up cỡ lớn được trang bị các thiết bị đặc biệt cho mục đích quân sự.
Mục đích của CTIS khi đó là đưa ra khả năng kiểm soát áp suất từng bánh xe để tăng khả năng vận hành trên những bề mặt khác nhau. Ví dụ, giảm áp suất để tăng diện tích tiếp xúc để di chuyển dễ dàng trên những vùng đất xốp và cũng còn làm cho mặt đất ít bị phá hủy, đây là yếu tố quan trọng ở những công trường xây dựng, ở các cánh đồng nông nghiệp. Bằng cách trao cho lái xe quyền trực tiếp kiểm soát áp suất từng lốp, người ta đã cải tiến đáng kể tính cơ động của xe.
Một chức năng khác của CTIS là duy trì áp suất cho các bánh xe nếu xuất hiện sự rò rỉ nhỏ (như bị cán đinh / xì lỗ mọt). Trong trường hợp này, hệ thống kiểm soát tự động việc cấp hơi dựa trên áp suất định sẵn do lái xe cài đặt.
Có hai hãng lớn sản xuất CTIS: Tại Mỹ - Dana Corporation và tại Pháp - Syegon (một chi nhánh của GIAT). Dana Corporation có hai dòng sản phẩm, CITS dùng cho quân sự (do PSI phát triển) và TPCS (Tire Pressure Control System - Hệ thống giám sát áp suất bánh xe) dùng cho mục đích thương mại và xe hạng nặng.
Tiếp theo, chúng ta sẽ xem đến các bộ phận bên trong của một CTIS cơ bản.
Các chi tiết bên trong CTIS
Đây là tổng thể của hệ thống:
Một cái van nằm trên mỗi bánh xe, với những bánh đôi, các van được nối thông ra van của bánh ngoài cùng như thế áp suất giữa các bánh xe luôn cân bằng. Van còn có nhiệm vụ cách ly bánh xe khỏi hệ thống khi không làm việc để giảm áp suất lên gioăng kín cũng như kéo dài tuổi thọ của nó. Van bánh xe cũng được kích hoạt khi ta chủ định bơm hoặc giảm áp suất các bánh xe.
Một bộ điều khiển điện tử (ECU) treo trong khoang hành khách chính là bộ não của hệ thống. Nó thực hiện các mệnh lệnh của lái xe, giám sát các tín hiệu trên toàn hệ thống và ra lệnh cho hệ thống kiểm tra áp suất bánh xe mỗi 10 phút để đảm bảo rằng áp suất của các bánh xe luôn ở mức áp suất định sẵn. ECU gửi các lệnh đến bộ điều khiển khí nén, bộ phận này trực tiếp kiểm soát các van bánh xe và hệ thống khí. Bộ kiểm soát khí nén cũng có một đầu dò để chuyển tải các thông số áp suất bánh xe về ECU.
Lái xe có thể chọn các chế độ áp suất cho phù hợp tình trạng đường xá thông qua một bảng điều khiển. Bảng này được gắn trên táp lô hiển thị áp suất thực của các bánh xe, chế độ được chọn và tình trạng của toàn hệ thống. Khi lái xe chọn một chế độ áp suất nào đó, các tín hiệu từ bảng điều khiển sẽ được gửi đến ECU và đi tiếp đến bộ điều khiển khí nén và hơi được bơm vào / xả ra qua van bánh xe.
Khi xe di chuyển nhanh hơn (như khi chạy trên đường cao tốc), áp suất bánh xe cần phải cao hơn để hạn chế hư hỏng cho lốp xe. Hệ thống CTIS có một cảm biến tốc độ, nó gửi thông tin về tốc độ của xe đến ECU. Nếu xe tiếp tục di chuyển nhanh hơn nữa trong khoảng thời gian định sẵn, hệ thống sẽ tự động bơm các bánh xe cho đến áp suất thích hợp ở tốc độ đó.
Những hệ thống kiểu này đều dùng khí từ máy nén dùng cấp khí cho hệ thống phanh. Công tắc chuyển áp sẽ kiểm tra và luôn ưu tiên áp suất khí nén cho hệ thống phanh, ngăn ngừa trường hợp CTIS lấy khí từ bình cấp khi áp suất cho hệ thống phanh chưa phục hồi hoàn toàn.
Quan sát kỹ hơn
Đây là những gì xảy ra trên đường: ECU báo với bộ kiểm soát khí nén kiểm tra áp suất hiện tại và hoặc bơm thêm hoặc giảm bớt áp suất để duy trì áp suất do lái xe chỉ định. Nếu hệ thống quyết định cần phải bơm thêm, việc đầu tiên là nó sẽ kiểm tra là liệu áp suất để phanh còn đủ không, nếu đủ thì nó sẽ bơm thêm một ít hơi vào bánh cần bơm. Nếu lốp căng quá, hệ thống sẽ tạo áp suất âm tại van bánh xe. Khi bộ kiểm soát khí nén đọc được thông số áp suất thích hợp thì van sẽ đóng lại.
Hệ thống tự bơm trên xe Hummer: Tại bánh xe
Ở phần minh họa này, bạn có thể thấy đường đi của khí nén khi bơm thêm vào hoặc giảm bớt ra khỏi bánh xe. Ống dẫn chạy từ máy nén khí của xe xuyên qua moay-ở và đến van bánh xe. Khớp nối ngắt nhanh cho phép cho phép bánh xe tách khỏi hệ thông CTIS khi thay lốp hoặc bảo trì. (Sơ đồ này cũng cho thấy khả năng di chuyển khi lốp xẹp của chiếc Hummer, cho phép xe lốp tiếp tục đỡ lấy xe ngay khi không còn tí hơi nào bên trong)
Hệ thống Duy Trì Áp Suất Lốp Xe (TMS)
Hệ thống TMS của Dana corp. là một hệ thống thông minh dành cho các rơ-moóc xe tải, hệ thống này theo dõi áp suất bánh xe, bơm thêm khi cần thiết để duy trì áp suất ở mức tối ưu. Nó dùng khí nén từ bình cấp khí cho hệ thống phanh rơ-moóc để bơm bánh xe.
Hệ thống bao gồm ba bộ phận chính:
Bộ ống lắp ghép cho phép tạo lối cho không khí đi qua để bơm bánh xe và có van kiểm soát để đảm bảo cho ống hơi và gioăng không bị quá áp khi hệ thống ngừng kiểm tra hoặc bơm bánh xe. Hình vẽ dưới đây cho thấy sự mòn rách của các gioăng.
Khớp quay bao gồm các gioăng chặn khí và dầu và vòng bi và nối ống hơi giữa phần trục xe đứng yên và nắp moay-ơ đang quay. Gioăng chặn khí không cho khí rò rỉ, gioăng chặn dầu không để khí nhiễm dầu. Moay ơ xoay cũng có một đường xả khí ở nắp moay-ơ.
Cuộn ống có gắn van bảo vệ áp suất, nó làm cho hệ thống không phải kéo khí nếu áp suất khí cấp cho phanh dưới 5.5kg/cm2 (80 psi). Nó cũng có cả bộ lọc khí đầu vào để giữ cho không khí luôn sạch, còn có cả một cảm biến áp suất để đo áp suất bánh xe và các van điện từ để điều khiển luồng khí vào bánh xe.
Cũng giống như CTIS, hệ thống này cũng có ECU để kiểm soát toàn bộ hệ thống. Nó thực hiện các việc kiểm tra để đảm bảo hệ thống luôn làm việc, thông báo cho lái xe thông qua đèn báo trên rơ-moóc (nhìn thấy được thông qua gương chiếu hậu) nếu có bánh nào đó bị giảm áp suất 10% dưới mức bình thường và tiến hành phân tích hệ thống.
Hệ thống tiến hành bước kiểm tra áp suất ban đầu và bơm thêm không khí vào bánh cần thiết. Van kiểm soát tại các bánh khác giữ không cho không khí thoát khỏi bánh khi có một bánh được bơm thêm. Sau bước kiểm tra ban đầu, hệ thống giảm áp để giảm sức ép lên các gioăng chặn. Cứ mỗi 10 phút, hệ thống lại vận hành bơm hơi vào đường ống và tái kiểm tra áp suất các bánh xe.
Hệ thống này đo đạc áp suất bánh xe bằng cách dùng một chuỗi các xung khí trong đường ống dẫn. Nếu áp suất đích trong đường ống không phản hồi trong khoảng thời gian nào đó, hệ thống bắt đầu bơm một hoặc các bánh đến khi đạt được áp suất đúng.
Hệ thống AIRGO
AIRGO là hệ thống kiểm soát liên tục sử dụng một số các van kiểm tra để phát hiện sự hao hụt áp suất.
Không giống như một vài hệ thống khác, AIRGO không dùng khí từ hệ thống phanh. Khi có hiện tượng see page ở bất kỳ điểm nào trong hệ thống (1), hệ thống sẽ lấy khí từ hệ thống khí nén của xe (không thể hiện trong hình vẽ) và cho khí chạy ngay trong trục bánh xe (3) nếu như trục bánh xe được thiết kế chịu áp lực, còn không thì chạy qua đường ống, qua bộ nắp moay-ơ (4) và vào bánh cần được bơm.
Một đèn cảnh báo được lắp trên rơ-moóc, lái xe có thể nhìn thấy nó qua kính chiếu hậu, sẽ phát sáng khi hệ thống bơm xong.
Bởi vì đây là hệ thống theo dõi liên tục, nên làm cho các gioăng mau bị mòn rách, người ta thay các gioăng cao su bằng gioăng carbon-graphites gia cố bằng thép khi dùng với hệ thống AIRGO.
Hệ thống Bơm Lốp Meritor (MTIS)
MTIS được thiết kế để dùng cho rơ-moóc xe tải. Nó dùng khí nén của rơ-moóc để bơm bánh xe nào đó có áp suất xuống thấp hơn áp suất tối ưu. Hơi từ nguồn cấp trên rơ-moóc được dẫn tới một hộp điều khiển rồi chia đến các trục.
Ống hơi chạy trong các trục để mang hơi đến một măng sông xoay ở cuối láp để cấp hơi vào từng bánh xe. Một khi có sự thất thoát áp suất đáng kể, đèn báo sẽ sáng để thông báo cho lái xe.
Toàn bộ hệ thống bao gồm bộ lắp ráp đầu trục và một mô đun điều khiển.
Bộ lắp ráp đầu trục
Bộ lắp ráp đầu trục bao gồm một ống mềm và các van kiểm tra. Các van kiểm tra này chỉ cho phép không khí đi vào bánh xe. Điều đó đảm bảo rằng khi có một bánh nào đó đang được bơm thì các bánh khác không bị mất hơi.
Bộ lắp ráp này còn có một stator (bộ phận đứng yên) bên trong trục và một khớp chữ T cho phép không khí đi xuyên qua được lắp vào nắp moay-ơ. Khớp chữ T dẫn hơi có một gioăng động cho phép xoay trong khi ngăn không cho ấp suất bị thất thoát khi khí nén đi qua trục vào moay-ơ, sự thất thoát này xảy ra khi khí đi qua một cái ống chạy từ stator vào khớp chữ T.
Trong bộ nắp moay-ơ, có một đường thông hơi để không làm tăng áp suất ở đầu trục. Một màng chắn ngăn không cho bụi bẩn, nước nôi lọt vào đầu trục.
Với các trục rỗng, một nút chặn bịt kín phía trong trục có áp suất cao với đầu trục để đảm bảo an toàn cho stator.
Điều khiển.
Mô-dun điều khiển hệ thống có một van an toàn để ngắt không khí vào hệ thống, nó còn có một bộ lọc để loại bỏ độ ẩm và bụi bẩn. Van xả dùng để giảm áp suất của hệ thống để thực hiện việc bảo trì khi cần thiết. Cũng giống như ở các hệ thống khác sử dụng nguồn khí có sẵn trên xe, hệ thống này cũng có van bảo vệ áp suất ngăn không cho hệ thống lấy khí nếu như áp suất của nguồn cấp ở mức dưới 6kg/cm2 (80psi)
Hệ thống điều khiển
Một núm điều chỉnh áp suất của hệ thống cho phép điều chỉnh áp suất trên toàn bộ hệ thống. Một công tắc cảm biến lưu lượng kích hoạt đèn báo để thông báo cho lái xe biết khi cần phải bơm một lượng lớn khí vào bánh xe, có nghĩa là có bánh nào đó đã bị thủng.
Các hệ thống khác
PressureGuard: Hệ thống PressureGuard dẫn không khí từ nguồn cấp của rơ-moóc qua các trục, đến moay-ở và đến các van của bánh xe.
TIREMAAX: Hệ thống TIREMAAX dùng nguồn hơi có sẵn trên rơ-moóc để duy trì áp suất của bánh xe luôn ở mức nào đó. Khi phát hiện bánh nào bị mềm, nó ra tín hiệu cho bộ điều khiển và dẫn hơi từ bình hơi trên rơ-moóc đến bánh cần bơm.
Tương lai của các loại lốp tự bơm
Michelin đang phối hợp với một vài công ty khác để phát triển một hệ thống quản lý áp suất chủ động gọi là TIPM (Tire Intelligent Pressure Management). Hệ thống này gồm một máy nén khí để tự động điều chỉnh áp suất của mỗi bánh xe trong khi xe đang vận hành để bù đắp phần hao hụt khi lốp bị thủng. Lái xe vẫn có thể điều chỉnh được áp suất tùy thuộc vào chế độ vận hành mong muốn: tiện nghi (comfort), thể thao (sporty), mọi địa hình (all-terrain) hoặc vượt chướng ngại vật (over-obstacle).
Ngoài ra còn có ít nhất hai hệ thống khác đang ở giai đoạn phát triển ban đầu và có khuynh hướng nhắm đến thị trường tiêu dùng -- Hệ thống EnTire và Hệ thống AirPump.
Hệ thống tự bơm ENTIRE dùng một cái van để hút khí từ khí quyển. Rồi nó bơm không khí vào bánh bị mềm bằng kiểu bơm nhu động. Mục đích là để duy trì áp suất ở mức ổn định
Hệ thống ENTIRE dựa trên nguyên lý họat động của loại bơm nhu động
Hệ thống AutoPump của Cycloid gồm một bơm nhỏ treo ở moay-ơ dùng năng lượng từ sự quanh của bánh xe. Khi hệ thống phát hiện sự giảm áp từ 130 - 200 gr/cm2 (2 - 3psi) thì nó sẽ bơm hơi vào bánh bị xẹp. AutoPump còn có hệ thống cảnh báo được kích hoạt khi lốp xe bị thủng.
Nguồn Howstuffwork.com
Đây là loại lốp mà Jame Bond đã sử dụng, nó cũng được lắp trên những chiếc Hummer và có mặt ở hầu hết các loại xe vận tải quân sự từ nhiều năm rồi. Lốp tự bơm cho phép xe điều chỉnh để đạt được sự vận hành tối ưu nhất cũng như sự an toàn tối đa trong mọi điều kiện đường xá.
Hiện nay, hầu hết các loại xe phổ thông đều được trang bị hệ thống theo dõi áp suất, nhưng lái xe không thể làm gì được khi không có nguồn hơi từ bên ngoài. Có rất nhiều hệ thống tự bơm được bán trên thị trường, nhưng hầu hết những hệ thống này được dùng cho các mục đích thương mại và quân sự. Tuy nhiên cũng có trường hợp ngoại lệ, đó là hệ thống CTIS trên loại xe Hummer.
Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống tự bơm và chờ xem khi nào nó sẽ xuất hiện trên thị trường để phục vụ nhân dân.
Một số điều cơ bản về lốp non hơi
Theo tổ chức Hiệp Hội Ôtô Hoa Kỳ (American Automobile Association - AAA), khoảng 80% lượng xe lưu thông trên đường với ít nhất là một bánh non hơi. Bánh xe bị mất hơi trong suốt quá trình di chuyển (đặc biệt là sau những cú sụp hố hoặc chạy qua mặt đường ghồ ghề), khi có sự thay đổi về nhiệt độ theo mùa. Áp suất hơi trong lốp có thể giảm đi vài trăm gram / cm2 mỗi tháng mùa đông và còn nhiều hơn trong mùa hè. Và bạn không thể chỉ bằng cách quan sát mà biết được lốp đã bị xẹp hoàn toàn hay chưa. Bạn phải cần đến một đồng hồ đo áp suất lốp. Lốp non hơi không những có hại cho chính nó mà còn gây tốn nhiên liệu, ảnh hưởng đến sự vận hành của xe và nói chung là không an toàn.
Khi lốp non, các hoa lốp sẽ mau bị mài mòn. Theo nhà sản xuất lốp xe Goodyear, cứ mỗi mức giảm áp suất 20% sẽ làm cho tuổi thọ của lốp sẽ giảm đi khoảng 25km. Lốp non hơi sẽ bị nóng nhanh hơn so với lốp đủ hơi, sự gia nhiệt đó cũng gây giảm tuổi thọ cho lốp. Sự mài mòn nhanh quá mức của hoa lốp làm cho vùng bên dưới bị phai màu.
Vì lốp xe có tính đàn hồi, khi lăn vùng lốp tiếp xúc mặt đường sẽ phẳng. Vùng tiếp xúc này sẽ trở lại hình dạng nguyên thủy khi nó không còn tiếp xúc với mặt đường nữa. Sự co giãn này tạo ra một làn sóng chuyển động và một ít ma sát. Khi bên trong lốp có ít không khí, biên độ sóng sẽ lớn hơn và tạo ra lực ma sát lớn hơn -- ma sát sinh nhiệt. Nếu nhiệt sinh ra đến một mức nào đó đủ nóng để làm cho phần cao su giữ sợi bố bị chảy ra và lốp tèo.
Lốp non hơi làm tăng thêm lực cản khi nó lăn, vì vậy động cơ của xe phải cày mạnh hơn. Các số liệu thông kê của AAA cho thấy rằng các lốp chỉ cần non hơi ở mức 130gr/cm2 sẽ làm tốn thêm 10% nhiên liệu. Nếu bạn lái xe cả năm thì số tiền phải trả thêm cho nhiên liệu cũng lên đến vài "vé".
Các hệ thống theo dõi áp suất.
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều công nghệ theo dõi áp suất lốp xe và còn một số công nghệ nữa sẽ xuất hiện nay mai. Đạo luật về Hoa Lốp -> Sử dụng lốp xe an tòan buộc các xe phải có hệ thống theo dõi áp suất lốp nhăm giúp lái xe biết được khi nào lốp xe bị mất hơi. Có nhiều loại hệ thống theo dõi áp suất lốp xe từ hàng thập kỷ nay và đã trở thành tiêu chuẩn ở một số dòng xe. Những hệ thống này chỉ đơn giản giám sát áp suất ở mỗi lốp xe và thông báo cho lái xe nếu có lốp nào đó bị non hơn áp suất định sẵn, điểm áp suất tối ưu.
Hệ thống Tự bơm
Lốp tự bơm so sánh với Lốp Run-flat (vẫn chạy được khi xẹp lép)
Không phải là lốp cõng sức nặng của xe, mà là không khí bên trong lốp. Những loại lốp Run-flat dù xẹp vẫn chạy được là nhờ có thành lốp vững chắc giữ cho xe cân bằng khi không còn không khí bên trong. Nó cho phép bạn đến được nơi bạn cần ngay khi lốp bị thủng và xì hết hơi.
Nhưng lốp tự bơm lại có nguyên lý hoạt động ngược lại, nó được thiết kế sao cho vẫn duy trì áp suất ổn định ở mức độ an toàn. Người ta thiết kế hệ thống tự bơm sao cho bị dò hơi chậm nhất và tối ưu hóa sự vận hành cũng như tính an toàn hơn là để giúp cho xe tiếp tục chạy được trên chiếc vỏ chẳng còn tí hơi nào.
Các hệ thống tự bơm đều có ba mục tiêu chung như sau:
Phát hiện sự giảm áp suất ở một bánh xe nào đó - Điều này có nghĩa là hệ thống phải theo dõi liên tục (hoặc ngắt quãng) áp suất của từng bánh xe.
Thông báo cho lái xe biết có trục trặc
Bơm bánh xe đó trở về trạng thái vận hành - Điều này có nghĩa là cần phải có nguồn cấp hơi cũng như là van kiểm tra chỉ mở khi nào cần thiết.
Các bộ phận của hệ thống tự bơm
Các hệ thống tự bơm có thiết kế rất đa dạng nhưng đều có điểm chung sau đây:
Tất cả các hệ thống đều dùng một vài loại van để cách ly các bánh xe nhằm ngăn chặn sự xì hơi ở tất cả các bánh khi một trong những bánh xe đó được kiểm tra và bơm.
Các hệ thống tự bơm đều có chung một phương pháp dùng cảm ứng dò áp suất lốp. Đầu dò sẽ đưa thông tin đến các cảm biến trung tâm và chuyển tiếp đến các bộ điều khiển điện tử và thông báo cho lái xe.
Các hệ thống này cũng có một nguồn hơi, thường là từ các nguồn hơi có sẵn trên xe dùng cho phanh hoặc các hệ thống thủy lực. Tuy nhiên, khi sử dụng một hệ thống có sẵn, người ta phải bảo đảm rằng họ không làm giảm chức năng ban đầu của hệ thống hơi. Chính vì lý do đó, mà có các bước kiểm tra an toàn để chắc chắn rằng có đủ áp suấp khí nén để dùng cho mục đích ban đầu trước khi được trích ra đê bơm lốp xe.
Phải có cách để bơm không khí từ nguồn khí nén trên xe vào lốp xe, thông thường là người ta truyền qua trục bánh xe. Các hệ thống tự bơm có thể sử dụng một bộ moay-ơ kín có vòi hơi từ moay-ơ cắm vào van lốp hoặc là họ lắp ống dẫn hơi bên trong trục bánh, khi đó trục bánh thành một ống bọc ngoài.
Cũng cần phải có một đường giảm áp để cho áp suất từ lốp thoát ra ngoài tránh làm hỏng moay-ơ hoặc các gioăng chặn cầu sau.
Ở phần dưới đây, chúng ta sẽ tìm hiểu về cách xử lý các yếu tố trên của các hệ thống tự bơm phổ biến hiện nay để vận hành hệ thống.
Hệ thống bơm trung tâm (CTIS)
Hệ thống bơm trung tâm thời sơ khai.
Vào năm 1984, GM đã lắp CTIS cho dòng xe Blazers và Pick-up đây là hai dòng xe tải đa năng (CUCV-Commercial Utility Cargo Vehicle). Những chiếc xe tải này được quân đội sử dụng từ nửa cuối thập niên 80. Đó chủ yếu là những chiếc Chevrolet Blazer và Pick-up cỡ lớn được trang bị các thiết bị đặc biệt cho mục đích quân sự.
Mục đích của CTIS khi đó là đưa ra khả năng kiểm soát áp suất từng bánh xe để tăng khả năng vận hành trên những bề mặt khác nhau. Ví dụ, giảm áp suất để tăng diện tích tiếp xúc để di chuyển dễ dàng trên những vùng đất xốp và cũng còn làm cho mặt đất ít bị phá hủy, đây là yếu tố quan trọng ở những công trường xây dựng, ở các cánh đồng nông nghiệp. Bằng cách trao cho lái xe quyền trực tiếp kiểm soát áp suất từng lốp, người ta đã cải tiến đáng kể tính cơ động của xe.
Một chức năng khác của CTIS là duy trì áp suất cho các bánh xe nếu xuất hiện sự rò rỉ nhỏ (như bị cán đinh / xì lỗ mọt). Trong trường hợp này, hệ thống kiểm soát tự động việc cấp hơi dựa trên áp suất định sẵn do lái xe cài đặt.
Có hai hãng lớn sản xuất CTIS: Tại Mỹ - Dana Corporation và tại Pháp - Syegon (một chi nhánh của GIAT). Dana Corporation có hai dòng sản phẩm, CITS dùng cho quân sự (do PSI phát triển) và TPCS (Tire Pressure Control System - Hệ thống giám sát áp suất bánh xe) dùng cho mục đích thương mại và xe hạng nặng.
Tiếp theo, chúng ta sẽ xem đến các bộ phận bên trong của một CTIS cơ bản.
Các chi tiết bên trong CTIS
Đây là tổng thể của hệ thống:
Một cái van nằm trên mỗi bánh xe, với những bánh đôi, các van được nối thông ra van của bánh ngoài cùng như thế áp suất giữa các bánh xe luôn cân bằng. Van còn có nhiệm vụ cách ly bánh xe khỏi hệ thống khi không làm việc để giảm áp suất lên gioăng kín cũng như kéo dài tuổi thọ của nó. Van bánh xe cũng được kích hoạt khi ta chủ định bơm hoặc giảm áp suất các bánh xe.
Một bộ điều khiển điện tử (ECU) treo trong khoang hành khách chính là bộ não của hệ thống. Nó thực hiện các mệnh lệnh của lái xe, giám sát các tín hiệu trên toàn hệ thống và ra lệnh cho hệ thống kiểm tra áp suất bánh xe mỗi 10 phút để đảm bảo rằng áp suất của các bánh xe luôn ở mức áp suất định sẵn. ECU gửi các lệnh đến bộ điều khiển khí nén, bộ phận này trực tiếp kiểm soát các van bánh xe và hệ thống khí. Bộ kiểm soát khí nén cũng có một đầu dò để chuyển tải các thông số áp suất bánh xe về ECU.
Lái xe có thể chọn các chế độ áp suất cho phù hợp tình trạng đường xá thông qua một bảng điều khiển. Bảng này được gắn trên táp lô hiển thị áp suất thực của các bánh xe, chế độ được chọn và tình trạng của toàn hệ thống. Khi lái xe chọn một chế độ áp suất nào đó, các tín hiệu từ bảng điều khiển sẽ được gửi đến ECU và đi tiếp đến bộ điều khiển khí nén và hơi được bơm vào / xả ra qua van bánh xe.
Khi xe di chuyển nhanh hơn (như khi chạy trên đường cao tốc), áp suất bánh xe cần phải cao hơn để hạn chế hư hỏng cho lốp xe. Hệ thống CTIS có một cảm biến tốc độ, nó gửi thông tin về tốc độ của xe đến ECU. Nếu xe tiếp tục di chuyển nhanh hơn nữa trong khoảng thời gian định sẵn, hệ thống sẽ tự động bơm các bánh xe cho đến áp suất thích hợp ở tốc độ đó.
Những hệ thống kiểu này đều dùng khí từ máy nén dùng cấp khí cho hệ thống phanh. Công tắc chuyển áp sẽ kiểm tra và luôn ưu tiên áp suất khí nén cho hệ thống phanh, ngăn ngừa trường hợp CTIS lấy khí từ bình cấp khi áp suất cho hệ thống phanh chưa phục hồi hoàn toàn.
Quan sát kỹ hơn
Đây là những gì xảy ra trên đường: ECU báo với bộ kiểm soát khí nén kiểm tra áp suất hiện tại và hoặc bơm thêm hoặc giảm bớt áp suất để duy trì áp suất do lái xe chỉ định. Nếu hệ thống quyết định cần phải bơm thêm, việc đầu tiên là nó sẽ kiểm tra là liệu áp suất để phanh còn đủ không, nếu đủ thì nó sẽ bơm thêm một ít hơi vào bánh cần bơm. Nếu lốp căng quá, hệ thống sẽ tạo áp suất âm tại van bánh xe. Khi bộ kiểm soát khí nén đọc được thông số áp suất thích hợp thì van sẽ đóng lại.
Hệ thống tự bơm trên xe Hummer: Tại bánh xe
Ở phần minh họa này, bạn có thể thấy đường đi của khí nén khi bơm thêm vào hoặc giảm bớt ra khỏi bánh xe. Ống dẫn chạy từ máy nén khí của xe xuyên qua moay-ở và đến van bánh xe. Khớp nối ngắt nhanh cho phép cho phép bánh xe tách khỏi hệ thông CTIS khi thay lốp hoặc bảo trì. (Sơ đồ này cũng cho thấy khả năng di chuyển khi lốp xẹp của chiếc Hummer, cho phép xe lốp tiếp tục đỡ lấy xe ngay khi không còn tí hơi nào bên trong)
Hệ thống Duy Trì Áp Suất Lốp Xe (TMS)
Hệ thống TMS của Dana corp. là một hệ thống thông minh dành cho các rơ-moóc xe tải, hệ thống này theo dõi áp suất bánh xe, bơm thêm khi cần thiết để duy trì áp suất ở mức tối ưu. Nó dùng khí nén từ bình cấp khí cho hệ thống phanh rơ-moóc để bơm bánh xe.
Hệ thống bao gồm ba bộ phận chính:
Bộ ống lắp ghép cho phép tạo lối cho không khí đi qua để bơm bánh xe và có van kiểm soát để đảm bảo cho ống hơi và gioăng không bị quá áp khi hệ thống ngừng kiểm tra hoặc bơm bánh xe. Hình vẽ dưới đây cho thấy sự mòn rách của các gioăng.
Khớp quay bao gồm các gioăng chặn khí và dầu và vòng bi và nối ống hơi giữa phần trục xe đứng yên và nắp moay-ơ đang quay. Gioăng chặn khí không cho khí rò rỉ, gioăng chặn dầu không để khí nhiễm dầu. Moay ơ xoay cũng có một đường xả khí ở nắp moay-ơ.
Cuộn ống có gắn van bảo vệ áp suất, nó làm cho hệ thống không phải kéo khí nếu áp suất khí cấp cho phanh dưới 5.5kg/cm2 (80 psi). Nó cũng có cả bộ lọc khí đầu vào để giữ cho không khí luôn sạch, còn có cả một cảm biến áp suất để đo áp suất bánh xe và các van điện từ để điều khiển luồng khí vào bánh xe.
Cũng giống như CTIS, hệ thống này cũng có ECU để kiểm soát toàn bộ hệ thống. Nó thực hiện các việc kiểm tra để đảm bảo hệ thống luôn làm việc, thông báo cho lái xe thông qua đèn báo trên rơ-moóc (nhìn thấy được thông qua gương chiếu hậu) nếu có bánh nào đó bị giảm áp suất 10% dưới mức bình thường và tiến hành phân tích hệ thống.
Hệ thống tiến hành bước kiểm tra áp suất ban đầu và bơm thêm không khí vào bánh cần thiết. Van kiểm soát tại các bánh khác giữ không cho không khí thoát khỏi bánh khi có một bánh được bơm thêm. Sau bước kiểm tra ban đầu, hệ thống giảm áp để giảm sức ép lên các gioăng chặn. Cứ mỗi 10 phút, hệ thống lại vận hành bơm hơi vào đường ống và tái kiểm tra áp suất các bánh xe.
Hệ thống này đo đạc áp suất bánh xe bằng cách dùng một chuỗi các xung khí trong đường ống dẫn. Nếu áp suất đích trong đường ống không phản hồi trong khoảng thời gian nào đó, hệ thống bắt đầu bơm một hoặc các bánh đến khi đạt được áp suất đúng.
Hệ thống AIRGO
AIRGO là hệ thống kiểm soát liên tục sử dụng một số các van kiểm tra để phát hiện sự hao hụt áp suất.
Không giống như một vài hệ thống khác, AIRGO không dùng khí từ hệ thống phanh. Khi có hiện tượng see page ở bất kỳ điểm nào trong hệ thống (1), hệ thống sẽ lấy khí từ hệ thống khí nén của xe (không thể hiện trong hình vẽ) và cho khí chạy ngay trong trục bánh xe (3) nếu như trục bánh xe được thiết kế chịu áp lực, còn không thì chạy qua đường ống, qua bộ nắp moay-ơ (4) và vào bánh cần được bơm.
Một đèn cảnh báo được lắp trên rơ-moóc, lái xe có thể nhìn thấy nó qua kính chiếu hậu, sẽ phát sáng khi hệ thống bơm xong.
Bởi vì đây là hệ thống theo dõi liên tục, nên làm cho các gioăng mau bị mòn rách, người ta thay các gioăng cao su bằng gioăng carbon-graphites gia cố bằng thép khi dùng với hệ thống AIRGO.
Hệ thống Bơm Lốp Meritor (MTIS)
MTIS được thiết kế để dùng cho rơ-moóc xe tải. Nó dùng khí nén của rơ-moóc để bơm bánh xe nào đó có áp suất xuống thấp hơn áp suất tối ưu. Hơi từ nguồn cấp trên rơ-moóc được dẫn tới một hộp điều khiển rồi chia đến các trục.
Ống hơi chạy trong các trục để mang hơi đến một măng sông xoay ở cuối láp để cấp hơi vào từng bánh xe. Một khi có sự thất thoát áp suất đáng kể, đèn báo sẽ sáng để thông báo cho lái xe.
Toàn bộ hệ thống bao gồm bộ lắp ráp đầu trục và một mô đun điều khiển.
Bộ lắp ráp đầu trục
Bộ lắp ráp đầu trục bao gồm một ống mềm và các van kiểm tra. Các van kiểm tra này chỉ cho phép không khí đi vào bánh xe. Điều đó đảm bảo rằng khi có một bánh nào đó đang được bơm thì các bánh khác không bị mất hơi.
Bộ lắp ráp này còn có một stator (bộ phận đứng yên) bên trong trục và một khớp chữ T cho phép không khí đi xuyên qua được lắp vào nắp moay-ơ. Khớp chữ T dẫn hơi có một gioăng động cho phép xoay trong khi ngăn không cho ấp suất bị thất thoát khi khí nén đi qua trục vào moay-ơ, sự thất thoát này xảy ra khi khí đi qua một cái ống chạy từ stator vào khớp chữ T.
Trong bộ nắp moay-ơ, có một đường thông hơi để không làm tăng áp suất ở đầu trục. Một màng chắn ngăn không cho bụi bẩn, nước nôi lọt vào đầu trục.
Với các trục rỗng, một nút chặn bịt kín phía trong trục có áp suất cao với đầu trục để đảm bảo an toàn cho stator.
Điều khiển.
Mô-dun điều khiển hệ thống có một van an toàn để ngắt không khí vào hệ thống, nó còn có một bộ lọc để loại bỏ độ ẩm và bụi bẩn. Van xả dùng để giảm áp suất của hệ thống để thực hiện việc bảo trì khi cần thiết. Cũng giống như ở các hệ thống khác sử dụng nguồn khí có sẵn trên xe, hệ thống này cũng có van bảo vệ áp suất ngăn không cho hệ thống lấy khí nếu như áp suất của nguồn cấp ở mức dưới 6kg/cm2 (80psi)
Hệ thống điều khiển
Một núm điều chỉnh áp suất của hệ thống cho phép điều chỉnh áp suất trên toàn bộ hệ thống. Một công tắc cảm biến lưu lượng kích hoạt đèn báo để thông báo cho lái xe biết khi cần phải bơm một lượng lớn khí vào bánh xe, có nghĩa là có bánh nào đó đã bị thủng.
Các hệ thống khác
PressureGuard: Hệ thống PressureGuard dẫn không khí từ nguồn cấp của rơ-moóc qua các trục, đến moay-ở và đến các van của bánh xe.
TIREMAAX: Hệ thống TIREMAAX dùng nguồn hơi có sẵn trên rơ-moóc để duy trì áp suất của bánh xe luôn ở mức nào đó. Khi phát hiện bánh nào bị mềm, nó ra tín hiệu cho bộ điều khiển và dẫn hơi từ bình hơi trên rơ-moóc đến bánh cần bơm.
Tương lai của các loại lốp tự bơm
Michelin đang phối hợp với một vài công ty khác để phát triển một hệ thống quản lý áp suất chủ động gọi là TIPM (Tire Intelligent Pressure Management). Hệ thống này gồm một máy nén khí để tự động điều chỉnh áp suất của mỗi bánh xe trong khi xe đang vận hành để bù đắp phần hao hụt khi lốp bị thủng. Lái xe vẫn có thể điều chỉnh được áp suất tùy thuộc vào chế độ vận hành mong muốn: tiện nghi (comfort), thể thao (sporty), mọi địa hình (all-terrain) hoặc vượt chướng ngại vật (over-obstacle).
Ngoài ra còn có ít nhất hai hệ thống khác đang ở giai đoạn phát triển ban đầu và có khuynh hướng nhắm đến thị trường tiêu dùng -- Hệ thống EnTire và Hệ thống AirPump.
Hệ thống tự bơm ENTIRE dùng một cái van để hút khí từ khí quyển. Rồi nó bơm không khí vào bánh bị mềm bằng kiểu bơm nhu động. Mục đích là để duy trì áp suất ở mức ổn định
Hệ thống ENTIRE dựa trên nguyên lý họat động của loại bơm nhu động
Hệ thống AutoPump của Cycloid gồm một bơm nhỏ treo ở moay-ơ dùng năng lượng từ sự quanh của bánh xe. Khi hệ thống phát hiện sự giảm áp từ 130 - 200 gr/cm2 (2 - 3psi) thì nó sẽ bơm hơi vào bánh bị xẹp. AutoPump còn có hệ thống cảnh báo được kích hoạt khi lốp xe bị thủng.
Nguồn Howstuffwork.com
Chủ đề tương tự
