LÝ THUYẾT VỀ QUAY VÒNG VÀ ỔN ĐỊNH QUAY VÒNG CỦA XE Ô TÔ DU LỊCH
Một số khái niệm
Bán kính lăn (rl) không chỉ là một thông số hình học mà còn là thông số động học, thể hiện tỷ lệ giữa vận tốc tịnh tiến thực tế (v) và vận tốc góc của bánh xe Để xác định bán kính lăn, ta sử dụng công thức: b = l / r = V.
Bán kính lăn là bán kính của một bánh xe ảo, chuyển động không trượt với vận tốc tịnh tiến tương đương bánh xe thực Khoảng cách từ tâm bánh xe đến cực P của chuyển động tương đối giữa bánh xe và mặt đường được gọi là r l.
Giá trị của r l phụ thuộc vào các thông số sau:
Tải trọng tác dụng lên bánh xe
Áp suất không khí trong lốp
Độ đàn hồi của vật liệu chế tạo lốp
Khả năng bám của bánh xe với đường
Giá trị momen chủ động M k hoặc momen phanh M p
1.1.2 Vận tốc chuyển động lý thuyết V o
V o là vận tốc của xe khi chuyển động hoàn toàn không có trượt b b b b l o r t
S l – Quãng đường lý thuyết mà bánh xe đã lăn t– Thời gian bánh xe đã lăn r b – Bán kính tính tốn của bánh xe
N b – Tổng số vòng quay của bánh xe ɷ b – Vận tốc góc của bánh xe
1.1.3 Vận tốc chuyển động thực tế V
V là vận tốc chuyển động của xe khi có tính đến ảnh hưởng của sự trượt của bánh xe với mặt đường l b b l t r t
S t – quãng đường thực tế mà bánh xe đã lăn t– thời gian mà bánh xe đã lăn r l – bán kính lăn của bánh xe
Khi xe di chuyển, hiện tượng trượt giữa bánh xe và mặt đường dẫn đến sự khác biệt giữa vận tốc thực tế và vận tốc lý thuyết của xe Sự chênh lệch này được gọi là vận tốc trượt.
Vận tốc trượt có thể dương hoặc âm tùy theo hiện tượng trượt là trượt lết hay trượt quay
1.1.5 Hệ số trƣợt và độ trƣợt
+ Hệ số trượt và độ trượt khi kéo:
Sự trượt của bánh xe được thể hiện thông qua hệ số trượt δ k : δk = - b l O
+ Hệ số trượt và độ trượt khi phanh:
Trong trường hợp phanh ta có hệ số trượt và độ trượt như sau:
1.1.6 Hệ số bám Độ bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bởi hệ số bám Tùy theo chiều của phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe mà hệ số bám sẽ có tên gọi khác nhau Nếu xét khả năng bám theo chiều dọc (khi dưới bánh xe chỉ có phản lực dọc: lực kéo hoặc lực phanh), thì hệ số bám được gọi là hệ số bám dọc φ x và được định nghĩa như sau: b k x G
F kmax – Lực kéo tiếp tuyến cực đại giữa bánh xe với mặt đường
G b – Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe(được gọi là trọng lượng bám)
Hệ số bám ngang φ y được xác định khi xem xét khả năng bám theo chiều ngang của bánh xe, trong đó chỉ có phản lực ngang Y b tác động Hệ số này được định nghĩa bằng tỷ lệ giữa lực bám và trọng lực G.
Y bmax – Phản lực ngang cực đại của mặt đường tác dụng lên bánh xe
Hình1: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám
2 Đường ướt a Ảnh hưởng của áp suất trong lốp b Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động của ô tô c Ảnh hưởng của phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe d Ảnh hưởng của độ trượt của bánh xe với mặt đường
Khi bánh xe lăn mà không có lực ngang F y tác động, bánh xe chỉ chịu ảnh hưởng bởi lực G b, lực đẩy F x và lực cản lăn F f Điểm B của lốp tiếp xúc với mặt đường tại vị trí B1, trong khi điểm C ở
Quỹ đạo của mặt phẳng quay bánh xe nằm trùng với đường thẳng AA1, trong khi vết tiếp xúc của bánh xe tương ứng với đường đối xứng qua mặt phẳng dọc của bánh xe, như thể hiện trong phần gạch chéo trên hình 2.a.
Hình 2: Sơ đồ minh họa sự lăn của bánh xe đàn hồi a Khi không có lực ngang tác dụng
Khi lực ngang tác dụng lên bánh xe, bánh xe sẽ bị biến dạng và các lốp sẽ uốn cong, dẫn đến việc mặt phẳng giữa của bánh xe dịch chuyển so với tâm của vết tiếp xúc Khi bánh xe lăn, các điểm tiếp xúc trên lốp sẽ lần lượt chuyển động, tạo ra hiện tượng lăn lệch theo hướng nhất định Mặc dù mặt phẳng quay của bánh xe giữ nguyên vị trí, nhưng nó tạo ra một góc lệch δ với hướng chuyển động Góc lệch này, được gọi là góc lệch hướng, cho thấy sự không đồng nhất trong chuyển động của bánh xe.
Hình 2: Sơ đồ minh họa sự lăn của bánh xe đàn hồi b Khi có lực ngang tác dụng
Góc lệch hướng là góc tạo bởi giữa vecto chuyển động thực tế và mặt phẳng chuyển động đối xứng của bánh xe có phản lực ngang tác dụng
Trong quá trình bánh xe lăn lệch, các phần tử lốp ở khu vực phía trước vết tiếp xúc bị biến dạng ngang ít hơn so với phần tử ở phía sau, dẫn đến phản lực ngang tại phần trước nhỏ hơn phần sau Hợp lực Y b của phản lực ngang có trị số F y và dịch chuyển ra phía sau so với tâm vết tiếp xúc một đoạn c 1 Do đó, khi bánh xe đàn hồi lăn, lực ngang F y sẽ chịu thêm một mômen do sự dịch chuyển của phản lực X b và Y b so với tâm vết tiếp xúc của lốp.
Góc lệch hướng δ phụ thuộc vào trị số lực ngang (hoặc phản lực ngang Y b vì
Khi lực ngang F y tác động theo hướng nghiêng của bánh xe, góc lệch hướng sẽ tăng lên; ngược lại, nếu lực tác động theo hướng ngược lại, góc lệch hướng sẽ giảm xuống.
Khi lực ngang F y nhỏ, sự thay đổi hướng chuyển động của bánh xe chủ yếu do biến dạng đàn hồi của lốp Khi lực ngang tăng gần bằng lực bám ngang, lốp bắt đầu trượt ngang cục bộ, chủ yếu ở phần sau của vết tiếp xúc Khi lực ngang đạt hoặc vượt quá Fφy, lốp sẽ bị trượt ngang hoàn toàn.
Hình 2 minh họa quá trình lăn của bánh xe đàn hồi, bao gồm ba trường hợp: a Khi không có lực ngang tác động, b Khi có lực ngang tác động, và c Biểu đồ phân bố lực ngang tại vết bánh xe.
Góc lệch hướng δ và lực ngang F y có quan hệ với nhau bởi biểu thức sau
Lực ngang tác dụng lên bánh xe được ký hiệu là F y (N), trong khi góc lệch hướng của bánh xe, hay còn gọi là góc lệch bên, được ký hiệu là δ (độ) Hệ số chống lệch bên, ký hiệu là k c, phụ thuộc vào kích thước lốp, cấu trúc và áp suất trong lốp, có đơn vị là N/độ.
Sự lăn lệch của bánh xe dưới tác dụng của lực ngang ảnh hưởng rất lớn đến tính năng dẫn hướng và ổn định của xe khi chuyển động
Các yếu tố ảnh hưởng đến góc lệch hướng
Độ cứng ngang cy của lốp
Trượt ngang của lốp ảnh hưởng của lực ngang đến góc lệch hướng
Khi lực ngang F y nhỏ, sự thay đổi hướng chuyển động của bánh xe chủ yếu do biến dạng đàn hồi của lốp Khi lực ngang tăng gần bằng lực bám ngang, lốp bắt đầu trượt ngang cục bộ, chủ yếu ở phần sau của vết tiếp xúc Nếu lực ngang đạt hoặc vượt quá F φy, lốp sẽ trượt ngang hoàn toàn Đặc tính hướng thể hiện mối quan hệ giữa góc lệch hướng α và các thông số X, Y, Z, C Y, trong đó α là hàm số của các thông số này.
C y : Độ cứng ngang của lốp
Đặc tính quay vòng
Khả năng điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe ô tô chủ yếu phụ thuộc vào hành động của người lái thông qua vô lăng Việc nghiên cứu khả năng thay đổi quỹ đạo chuyển động khi quay vô lăng là rất quan trọng để hiểu rõ hơn về cách thức điều khiển xe theo mong muốn của người lái.
Khi ô tô quay vòng, giả sử bánh xe không bị biến dạng hay trượt ngang, điều này chỉ đúng trong trường hợp ô tô di chuyển với tốc độ chậm và bán kính quay vòng lớn Sự quay vòng lý thuyết này có mối liên hệ chặt chẽ với lực ly tâm.
Hình 6: Quay vòng lí thuyết
Để đảm bảo các bánh xe quay vòng đúng, chúng phải lăn trên các vòng tròn đồng tâm, được gọi là tâm quay vòng lý thuyết với bán kính R0 Để đạt được điều này, hai bánh xe dẫn hướng cần phải quay với hai góc khác nhau, cụ thể là βn và βt.
B –Chiều rộng cơ sở của xe
L – Chiều dài cơ sở của xe
Trong thực tế, để duy trì hai bánh xe dẫn hướng quay với hai góc khác nhau thì người ta phải sử dụng hình thang lái
Hình 7: Ảnh hưởng của góc β n và β t Trong trường hợp đơn giản ta có thể coi sự khác biệt của β n và β t là không lớn và β n
=βt=β Khi đó ta có thể sử dụng model một vết
Khi xe quay vòng với vận tốc lớn, lực ly tâm tác động mạnh khiến các bánh xe bị biến dạng và trượt ngang Sự biến dạng này tạo ra các góc lệch hướng α1 và α2 ở hai cầu xe, dẫn đến quỹ đạo quay vòng thực tế khác biệt rõ rệt so với quỹ đạo lý thuyết.
Hình 9: Quay vòng thực tế
Giả sử tại cầu trước, vectơ tốc độ v1 lệch một góc α1, và tại cầu sau, vectơ tốc độ v2 lệch một góc α2 Lúc này, tâm quay được xác định bằng cách kẻ hai đường vuông góc với v1 và v2.
Sự xuất hiện của hai góc α1 và α2 dẫn đến sự thay đổi của tâm quay vòng thực tế O và bán kính quay vòng thực tế R so với lý thuyết, đồng thời quỹ đạo quay vòng thực tế cũng sẽ khác biệt so với quỹ đạo lý thuyết.
R=L/(tanβ+α2-α 1 ) Bán kính quay vòng thực tế cũng chịu ảnh hưởng của góc lệch hướng
Phương trình này thể hiện đặc điểm quay vòng của ô tô, đồng thời xem xét độ biến dạng ngang tại các bánh xe Có ba tình huống có thể xảy ra trong quá trình này.
Nếu α1 = α2, điều này cho thấy R = R0, tức là xe có tính chất quay vòng trung tính hoặc quay vòng định mức Trong trường hợp này, bán kính quay vòng thực tế sẽ bằng với bán kính quay vòng lý thuyết, và xe sẽ quay vòng đúng theo quỹ đạo cong của đường.
Hình 10: Quay vòng trung tính
Mặc dù bán kính quay vòng thực tế bằng với bán kính quay vòng lý thuyết nhưng tâm quay khác nhau dẫn đến quỹ đạo thay đổi
Trường hợp α1 = α2 rất khó xảy ra, mặc dù quỹ đạo có thay đổi nhưng mà ảnh hưởng không nhiều
Khi ô tô di chuyển thẳng với góc β=0 và có lực ngang Y, nếu hai góc α1 và α2 bằng nhau, ô tô sẽ chuyển động độc lập Lúc này, người lái có thể điều chỉnh vô lăng để duy trì hướng đi của xe.
Nếu α 1 > α 2 (góc lệch hướng cầu trước lớn hơn góc lệch hướng cầu sau) suy ra R >
R 0 : Xe có tính chất quay vòng thiếu Lúc này bán kính quay vòng thực tế lớn hơn bán kính quay vòng lý thuyết
Trường hợp này phải đánh thêm vô lăng là thuận với phản ứng của người lái và về cơ bản là chấp nhận được
Khi chuyển động thẳng nếu gặp gió ngang Y và α 1 > α 2
Hình 12: Ảnh hưởng của lực li tâm và trượt ngang đến quay vòng thiếu
Khi ô tô quay vòng, tâm quay nằm ở phía đối diện với lực Y, dẫn đến lực ly tâm ngược chiều với lực Y, giúp triệt tiêu ảnh hưởng của lực này Do đó, ô tô vẫn giữ hướng chuyển động thẳng, cho phép kết luận rằng α1 > α2 là hợp lý.
Khi α1 < α2, điều này dẫn đến R0 > R, cho thấy xe có tính chất quay vòng thừa Trong trường hợp này, bán kính quay vòng thực tế của ô tô nhỏ hơn bán kính quay vòng lý thuyết Để đảm bảo xe quay vòng đúng theo quỹ đạo cong của đường, người lái cần giảm góc quay của vô lăng để hai bán kính này trở nên bằng nhau.
Khi ô tô di chuyển thẳng trong điều kiện có gió ngang và góc α 1 < α 2, ô tô sẽ bắt đầu quay vòng Tâm quay của ô tô sẽ nằm cùng phía với lực Y, trong khi lực ly tâm cũng hướng cùng chiều với lực ngang Y Sự cộng hưởng giữa hai lực này khiến ô tô không thể duy trì chuyển động thẳng.
Hình 14: Ảnh hưởng của lực ngang và lực li tâm đến quay vòng thừa
Qua phân tích chuyển động của ba loại xe với tính chất quay vòng khác nhau, chúng ta nhận thấy rằng xe có tính chất quay vòng thừa khi di chuyển và chịu tác động của lực ngang sẽ mất khả năng ổn định trong chuyển động thẳng Nếu người lái thiếu kinh nghiệm và không xử lý đúng chiều quay của vô lăng, xe có thể dễ dàng bị lật, gây nguy hiểm cho người sử dụng.
1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quay vòng ô tô
Góc lệch hướng thông qua việc điều khiển ba lực X, Y, Z
X: Phản lực tiếp tuyến, điều khiển được
Y: Lực ngang Y, hơi khó điều khiển được
Hiện nay, xu hướng là tăng góc α1 và giảm góc α2 để tránh tình trạng quay vòng thừa và thiếu Do đó, việc điều khiển góc α phụ thuộc vào các yếu tố X, Y, Z, trong đó lực X là yếu tố chính được nhắm đến.
F k là lực kéo tiếp tuyến
Mà lực kéo tiếp tuyến có thể điều chỉnh thông qua việc bổ sung lực phanh, khi đó lực phanh bổ sung sẽ triệt tiêu với lực phanh trong công thức.
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP LÍ THUYẾT ĐỂ KIỂM SOÁT SỰ ỔN ĐỊNH CỦA XE KHI QUAY VÒNG
Khái quát về hệ thống ESC
2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển
Hệ thống ESC (Electronic Stability Control) là một trong những công nghệ an toàn quan trọng trên ô tô hiện đại Được phát triển lần đầu bởi một kỹ sư người Đức, ESC được Mercedes-Benz và BMW ứng dụng lần đầu tiên vào năm 1995 Sau đó, hệ thống này được giới thiệu tại hội triển lãm Mỹ và nhanh chóng trở nên phổ biến với tên gọi ESC, góp phần nâng cao độ an toàn cho người lái và hành khách.
27 nhận của hiệp hội kỹ sư ô tô Mỹ, mặc dù cũng có nhiều tên gọi khác nhau tùy theo nhà sản xuất
Hệ thống ESC (Electronic Stability Control) vẫn còn mới mẻ tại Việt Nam, nhưng đã trở nên quen thuộc trên thế giới, đặc biệt trong ngành công nghiệp ô tô Sự phổ biến của ESC được thể hiện qua các số liệu, với 40% xe khách năm 2006 tại Đức được trang bị tiêu chuẩn này và 15% các loại xe khác có ESC là tùy chọn Tất cả các mẫu xe của Audi, BMW, Infiniti, Mercedes-Benz và Porsche đều tiêu chuẩn hóa ESC từ năm 2006, trong khi tám hãng ô tô khác như Cadillac, Jaguar, Land Rover, Lexus, Mini, Toyota, Volvo và Volkswagen cũng cung cấp ESC như một tùy chọn cho các mẫu xe của họ.
Theo các số liệu điều tra, xe được trang bị bộ điều khiển ESC (Electronic Stability Control) hay ESP (Electronic Stability Program) có khả năng giảm 43% nguy cơ tai nạn Hiện nay, khoảng 70% xe thể thao đa dụng (SUV) và 40% xe du lịch bán tại Mỹ đã được trang bị công nghệ ESC.
Hiện nay, hệ thống ổn định điện tử được biết đến rộng rãi với các tên gọi như ESC (Electronic Stability Control) và ESP (Electronic Stability Program) Tuy nhiên, tên gọi của hệ thống này có thể khác nhau tùy theo từng hãng sản xuất, dẫn đến sự đa dạng trong cách gọi.
Audi: Electronic Stabilization Program – ESP
Chevrolet: Stabilitrak (Except Corvette – Active Handling)
Chrysler: Electronic Stability Program – ESP
Fiat: Electronic Stability Program – ESP
Ford: Advancetrac and Interactive Vehicle Dynamics
Huyndai: Electronic Stability Program – ESP
Honda: Electronic Stability Control – ESC and Vehicle Stability Assist – VSA
Ifiniti: Vehicle Dynamic Control – VDC
Jaguar: Dynamic Stability Control – DSC
Jeep: Electronic Stability Program – ESP
Lexus: Vehicle Stability Control – VSC and Traction Control (TRAC) Systems
Mazda: Dynamic Stability Control – DSC
Mercedes: Electronic Stability Program – ESP
Nissan: Vehicle Dynamic Control – VDC
Porsche: Porsche Stability Management – PSM
Suzuki: Vehicle Stability Control – VSC
Toyota: Vehicle Dynamics Integrated Management – VDIM with Vehicle
Hình 15: Xe bị lật, một trong những tai nạn nghiêm trọng nhất của ô tô
ESC hoạt động dựa trên hai công nghệ chính là ABS (hệ thống chống bó cứng phanh) và TCS (hệ thống điều khiển lực kéo) Hệ thống ABS sử dụng cảm biến để phát hiện tình huống khi bánh xe mất độ bám đường trong quá trình phanh gấp Khi xảy ra tình huống này, ESC sẽ tự động nhấn phanh nhiều lần liên tục, giúp bánh xe đạt được độ bám cần thiết, từ đó hỗ trợ người lái giữ ổn định tay lái và tăng cường an toàn khi điều khiển xe.
Nếu có sự khác biệt vượt quá giới hạn cho phép, hệ thống ESC sẽ ngay lập tức can thiệp để đưa xe về vùng an toàn bằng cách điều chỉnh hệ thống phanh hoặc giảm công suất động cơ Cơ cấu điều khiển thủy lực hoạt động thông qua hệ thống máy tính điện tử để thực hiện các can thiệp cần thiết.
Hệ thống ESC hoạt động bằng cách phanh riêng lẽ từng bánh xe, cho phép tạo ra mô-men xoắn thông qua trục thẳng đứng tại trọng tâm phương tiện Nhờ đó, ESC có khả năng tăng hoặc giảm mô-men của xe, giúp ngăn chặn sự chệch hướng đột ngột và nhanh chóng thiết lập lại chế độ hoạt động phù hợp cho động cơ.
2.1.2 Hệ thống cân bằng điện tử ESC
Một chiếc xe phải đối mặt với yêu cầu lái nặng và sự thay đổi trọng lượng từ bên này sang bên kia, điều này có thể dẫn đến tình trạng không ổn định Khi xe không ổn định, nó có thể trở nên khó kiểm soát và nhanh chóng mất phản hồi với các tín hiệu từ người lái, dẫn đến hiện tượng trượt hoặc quay vòng.
Để duy trì sự ổn định khi vào cua, hệ thống ESC bao gồm các thành phần chính giúp phát hiện ý định của người lái xe cũng như phản ứng của xe.
Hình 16 minh họa mối quan hệ giữa mong muốn của người lái xe và phản ứng của chiếc xe Mong muốn của người lái xe là điều hướng xe di chuyển theo một hướng cụ thể Để hiểu rõ hơn, cần xác định xe đang di chuyển theo hướng nào để đảm bảo sự an toàn và hiệu quả trong quá trình lái.
Khi xe di chuyển, hệ thống ESC sẽ theo dõi ý định của người lái xe và phản ứng của xe
Nó so sánh cả hai và quyết định xem chiếc xe có phản ứng đúng với ý định của người lái xe hay không
Hệ thống thu được câu trả lời cho câu hỏi đầu tiên từ cảm biến góc lái (1) và cảm biến tốc độ ở các bánh xe (2)
Câu trả lời cho câu hỏi thứ hai được cung cấp bằng cách đo tốc độ quay vòng (3) và gia tốc bên (4)
Nếu thông tin nhận được đưa ra hai câu trả lời khác nhau cho câu hỏi a và b, hệ thống ESC sẽ coi đây là dấu hiệu của một tình huống bất lợi và cần can thiệp ESC sẽ can thiệp bằng cách phanh một hoặc nhiều bánh xe để duy trì sự ổn định cho xe.
Nếu a và b khác nhau thì có thể biểu hiện trong hai trạng thái quay vòng khác nhau của xe đó là quay vòng thừa và quay vòng thiếu
Khi một hoặc cả hai bánh xe phía trước bị trượt, tình huống quay vòng thiếu có thể xảy ra Điều này khiến xe phản ứng chậm hoặc không phản ứng với các chỉ đạo điều khiển, dẫn đến việc xe bắt đầu trượt về phía trước.
Một ví dụ về quay vòng thiếu là khi chiếc xe rẽ trái để đến vị trí A nhưng do quay vòng không đủ, xe đã trượt về phía trước và dừng lại ở vị trí khác.
Hình 18: ESC hoạt trong trường hợp quay vòng thiếu
Các đường màu xanh lam đại diện cho trạng thái của xe trước sự can thiệp ESC, đường màu đỏ biểu diễn sau can thiệp ESC
Các vòng tròn kéo cho bánh xe phía trước chỉ ra rằng chiếc xe đang yêu cầu lực nhiều hơn là có sẵn
Hệ thống ESC cảm nhận rằng chiếc xe không quay sang bên trái nhiều như người lái xe muốn
Hệ thống ESC cung cấp tùy chọn cho phanh hoặc bánh xe phía trước bên trái hoặc bánh sau bên trái, nhằm tạo ra yêu cầu chống ngược chiều kim đồng hồ bổ sung.
Bánh xe phía trước bên trái đã gần trượt, và việc áp dụng lực lớn hơn sẽ chỉ làm tình hình trở nên tồi tệ hơn Do đó, hệ thống ESC đã chọn bánh xe phía sau bên trái để thực hiện phanh và ổn định xe.
Một số trường hợp điển hình
2.2.1 Trường hợp 1 (quay vòng thừa)
Một chiếc xe di chuyển với tốc độ từ 60 đến 65 km/h trên một đoạn đường cong về bên phải, trong khi người lái xe phải đối mặt với một chiếc xe ngược chiều đang chạy giữa tim đường.
Người lái xe đã rẽ trái để tránh va chạm trực diện, khiến bánh xe bên trái vượt qua làn đường chính và vào làn phụ Xe quay vòng theo chiều kim đồng hồ, di chuyển qua cả hai làn đường và băng qua bờ cỏ.
Chiếc xe đã va chạm với một cây cách bờ đường 2,5 mét ở phía sau bên trái Hình ảnh bên dưới minh họa các điều kiện môi trường tại vị trí xảy ra tai nạn.
Thời tiết Trời tiết tốt Ánh sáng Ban ngày
Loại đường Cao tốc nông thôn , đường khô, 2 chiều
Hình 22: Điều kiện khi xảy ra tai nạn trường hợp 1
Hình 23: Mô tả diễn ra sự cố trường hợp 1
1 Mong muốn của người lái xe
Người lái xe muốn rẽ trái để tránh xe đi ngược chiều, sau đó sẽ đánh lái sang phải để trở lại làn đường và tiếp tục hành trình Hình ảnh dưới đây mô tả rõ hơn về ý định của người lái xe.
Hình 24: Mô tả mong muốn của người lái trường hợp 1
Tại vị trí A người lái xe đánh lái sang trái để tránh chiếc xe
Tại vị trí B người lái xe đánh lái sang phải để trở lại làn đường ban đầu
2 Phản ứng của chiếc xe
Khi người lái xe đánh lái sang trái chiếc xe đi ra khỏi làn đường chính và hai bánh trái bị ra ngoài làn đường chính
Người lái xe đã đánh lái sang phải để đưa xe trở lại làn đường, nhưng đã xảy ra tình trạng quá tải do sự dịch chuyển tải trọng, dẫn đến hiện tượng quay vòng thừa.
3 Các can thiệp của ESC
Hình 25: Can thiệp của ESC trong trường hợp 1
Khi người lái xe đánh lái sang bên trái trước điểm A, hệ thống ESC sẽ phanh cả hai bánh bên trái, giúp xe chuyển hướng nhanh hơn và đồng thời giảm tốc độ xe một cách hiệu quả.
Hình 25.1: Can thiệp của ESC trong trường hợp 1
Khi người lái xe đánh lái ngược về bên phải (điểm A), có khả năng xảy ra tình trạng quá tải gây quay vòng
Hệ thống ESC giúp điều chỉnh lực phanh, với phanh bánh trước bên trái mạnh hơn và nhẹ hơn ở bánh sau bên trái Khi bánh xe ra khỏi làn đường chính và vào đường lân cận, hệ số ma sát giảm, dẫn đến việc tăng cường hiện tượng trượt.
Hình 25.2: Can thiệp của ESC trong trường hợp 1
Người lái xe đã điều khiển chiếc xe quay lại làn đường bên trái (điểm B), dẫn đến việc trọng lượng xe chuyển từ bên này sang bên kia, có thể gây ra tình trạng quá mức và quay vòng theo hướng khác Hệ thống ESP phản ứng bằng cách phanh mạnh bánh xe phía trước bên phải và phanh nhẹ hơn bánh xe phía sau bên phải.
Hình 25.3: Can thiệp của ESC trong trường hợp 1
2.2.2 Trường hợp 2 (quay vòng thừa)
Trạng thái: Một chiếc xe đang đi xuống một đoạn đường hẹp với tốc độ vượt quá
130 km / h Khi chiếc xe đi qua đỉnh của một cái đồi, người lái xe đã phải đối mặt với một chiếc xe tải nằm giữa đường xe
Chiếc xe tải di chuyển ngược chiều với tốc độ 15 km/h, và người tài xế đang cố gắng rẽ trái để nhường đường cho xe khác đi qua.
Người lái xe phanh lại và thực hiện một cú rẽ sang phải, khiến chiếc xe quay theo chiều kim đồng hồ trên đường cao tốc, sau đó lao lên bờ bên phải, gần như va chạm với phía trước của xe tải.
Góc phía trước bên trái của chiếc xe đã va chạm với một cây lớn, cách đường cao tốc 4,5 m Hình 26 minh họa các điều kiện môi trường tại vị trí tai nạn.
Thời tiết Trời tiết tốt Ánh sáng Ban ngày
Loại đường Cao tốc nông thôn, đường khô, 2 chiều
Hình 26: Điều kiện khi xảy ra tai nạn trường hợp 2
Hình 27: Mô tả diễn ra sự cố trường hợp 2
1 Mong muốn của người lái xe
Người lái xe phanh xe và quay sang phải để tránh xe tải và sau đó đánh lái sang trái để trở lại làn đường ban đầu
Tại vị trí A người lái xe đánh lái sang phải để tránh chiếc xe
Tại vị trí B người lái xe đánh lái sang trái để trở lại làn đường ban đầu
Hình 28: Mô tả mong muốn của lái xe trong trường hợp 2
2 Phản ứng của chiếc xe
Khi người lái xe phanh và rẽ phải, xe quay theo chiều kim đồng hồ trên đường cao tốc, sau đó lao lên bờ bên phải Góc phía trước bên trái của xe va chạm với một cái cây lớn cách đường cao tốc 4,5 mét.
3 Các can thiệp của ESC
Hình 29: Can thiệp của ESC trong trường hợp 2 Điểm A:
Khi người lái xe đánh lái sang phải, hệ thống ESP sẽ phanh bánh trước bên phải và giới hạn số lượng phanh, ưu tiên cho bánh xe bên phải để ngăn chặn tình trạng quay vòng thừa.
Hình 29.1: Can thiệp của ESC trong trường hợp 2
Sau khi người lái xe điều khiển xe trở lại bên phải (điểm B), có nguy cơ xảy ra tình trạng quá tải Hệ thống ESP sẽ tăng cường phanh cho bánh trước bên phải, đồng thời cố gắng duy trì hiệu quả phanh tối đa và đảm bảo sự ổn định trong quá trình lái xe.
Hình 29.2: Can thiệp của ESC trong trường hợp 2
2.2.3 Trường hợp 3 ( quay vòng thừa)
Một chiếc xe di chuyển với tốc độ 85 km/h đã tiến vào một khúc cua trái, nơi tốc độ tối đa cho phép là 55 km/h Trong quá trình cua, bánh xe bên phải của xe đã vượt qua tim đường.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG KIỂM SOÁT ỔN ĐỊNH ESC TRÊN XE
Khái quát cấu tạo các hệ thống ổn định chính trên xe Audi A6
Hình 46: Các hệ thống ổn định chính trên xe Audi A6
1.Bộ điều khiển ABS 2 Bơm nạp
3.Phanh 4 Cảm biến áp suất phanh
5.Cảm biến gia tốc dọc 6 Cảm biến góc lái
7.Cảm biến tốc độ bánh xe 8.Cảm biến góc xoay xe
9.Cảm biến gia tốc bên 10.Bộ phận thủy lực
Những hệ thống ổn định chính trên Audi A6
Hình 47: Những hệ thống ổn định chính trên Audi A6
Hình 48: Nguyên lí hoạt động
1 Bộ điều khiển ABS với EDL/TCS/ESP
2 Bộ phận thủy lực bơm nạp
3 Cảm biến áp lực phanh
4 Cảm biến gia tốc bên
5 Cảm biến góc xoay xe
6 Nút điều khiển TCS/ESP
9-12.Cảm biến tốc độ bánh xe
14 Đèn cảnh báo hệ thống phanh
15 Đèn cảnh báo hệ thống ABS
16 Đèn cảnh báo hệ thống TCS/ESP
Các cảm biến tốc độ(speed sensor) nhận dòng dữ liệu liên tục về tốc độ cho mỗi bánh xe
Cảm biến góc lái(The steering angle sensor) là cảm biến duy nhất cung cấp dữ liệu trực tiếp qua CANbus tới thiết bị điều khiển
Bộ điều khiển tính toán hướng lái mong muốn và hiệu suất xử lý yêu cầu của xe từ cả hai bộ thông tin
Cảm biến gia tốc bên và cảm biến tốc độ quay vòng là hai thành phần quan trọng giúp thiết bị điều khiển nhận diện tình trạng của xe Khi xe bị nghiêng sang một bên, cảm biến gia tốc bên sẽ gửi tín hiệu cảnh báo, trong khi cảm biến tốc độ quay vòng sẽ thông báo khi xe bắt đầu trượt Thiết bị điều khiển sử dụng thông tin từ hai cảm biến này để tính toán trạng thái thực tế của xe.
Nếu giá trị lý thuyết và giá trị thực tế không khớp, ESP sẽ thực hiện các phép tính can thiệp khắc phục
Bánh xe để phanh hoặc tăng tốc và đến mức độ nào
Mô-men xoắn động cơ bị giảm và liệu bộ điều khiển hộp số có được kích hoạt hay không
Hệ thống sau đó kiểm tra xem liệu sự can thiệp có thành công từ dữ liệu mà nó nhận được từ cảm biến
Nếu đúng, ESP kết thúc can thiệp và tiếp tục theo dõi các đặc tính xử lý của xe
Nếu sai, chu trình can thiệp được lặp lại Khi can thiệp khắc phục đang diễn ra, tín hiệu cho người lái xe bằng đèn ESP nhấp nháy
3.2.1 ABS bộ điều khiển với EDL / TCS / ESP J104
Hình 49: ABS bộ điều khiển với EDL / TCS / ESP J104
Bộ điều khiển ABS bao gồm một máy vi tính hiệu năng cao
Hệ thống được thiết kế với hai đơn vị xử lý để đảm bảo mức độ an toàn cao hơn, cùng với thiết bị giám sát điện áp độc lập và một giao diện chẩn đoán nhằm tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.
Hai đơn vị xử lý sử dụng phần mềm giống nhau để xử lý thông tin và giám sát lẫn nhau
Thiết bị điều khiển J104 có được nguồn điện thông qua kết nối dương với bảng điều khiển Ảnh hưởng khi không hoạt động:
Khi không chắc chắn về sự cố của thiết bị điều khiển, người lái xe nên sử dụng hệ thống phanh tiêu chuẩn mà không có các tính năng như ABS, EBS, TCS và ESP.
Chẩn đoán: các lỗi sau được phát hiện thiết bị điều khiển bị lỗi lỗi cung cấp điện
Cảm biến góc lái G85: Được gắn trên cột lái giữa công tắc cột lái và tay lái Vòng định tâm có vòng trượt cho túi khí
Tín hiệu từ góc khóa tay lái được truyền đến hệ thống điều khiển ABS qua EDL, TCS và ESP, với góc ± 720° tương ứng với bốn lượt đánh lái hoàn toàn của vô-lăng.
Hình 51: Cảm biến góc lái G85
Cảm biến G85 là thành phần độc nhất trong hệ thống ESP, truyền tải thông tin trực tiếp qua CANbus đến bộ điều khiển Khi thiết bị đánh lửa được bật, cảm biến sẽ khởi động ngay khi tay lái xoay qua góc 4,5° Nếu cảm biến không hoạt động, sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và an toàn của hệ thống.
Nếu không có thông tin được cung cấp bởi cảm biến góc lái, ESP sẽ không thể xác định hướng đi mong muốn
Chẩn đoán: không có thông tin liên lạc
- Tín hiệu không chính xác
Góc được đo bằng nguyên tắc của rào cản ánh sáng
Các thành phần cơ bản là:
Bộ đếm (e) cho các vòng quay đầy đủ của đĩa mã hóa bao gồm hai vòng: vòng tuyệt đối và vòng gia tăng Cả hai vòng này đều được quét bởi hai cảm biến, giúp đảm bảo độ chính xác và hiệu suất cao trong quá trình đo lường.
Để đơn giản hóa việc thiết lập, chúng ta có thể sắp xếp một mẫu lỗ gia tăng và một mẫu lỗ tuyệt đối cạnh nhau, với nguồn sáng được đặt ở giữa Các cảm biến quang học được bố trí bên ngoài, cho phép ánh sáng va chạm vào cảm biến qua khoảng cách tạo ra điện áp tín hiệu Khi nguồn sáng bị che phủ, điện áp sẽ bị ảnh hưởng.
Di chuyển các mẫu lỗ tạo ra hai dãy điện áp khác nhau, với cảm biến gia tăng cung cấp tín hiệu thống nhất nhờ vào các khoảng trống đều đặn Ngược lại, cảm biến tuyệt đối tạo ra tín hiệu không đều do ánh sáng truyền qua các khoảng trống không đồng nhất Bằng cách so sánh hai tín hiệu này, hệ thống có khả năng tính toán khoảng cách mà mẫu lỗ đã di chuyển, trong khi phần tuyệt đối xác định điểm khởi đầu của chuyển động.
3.2.3Cảm biến gia tốc bên G200:
Cảm biến này rất nhạy cảm với hư hỏng
Cảm biến được lắp đặt gần trọng tâm của xe để tối ưu hóa hiệu suất, vì vậy nó được đặt ở chân dưới ghế lái.
G200 xác định và ở mức độ nào đó thì lực bên là nguyên nhân gây mất phương hướng
Hình 53: Cảm biến gia tốc bên G200
Cảm biến gia tốc bên được kết nối với thiết bị điều khiển J104 bằng ba dây Ảnh hưởng khi không hoạt động:
Không có phép đo gia tốc bên, việc tính toán trạng thái vận hành thực tế của phương tiện trong thiết bị điều khiển trở nên không khả thi, dẫn đến việc ESP không thể hoạt động hiệu quả.
Xác định liệu mạch mở có xảy ra hay không, hoặc ngắn mạch hay không
Xác định xem cảm biến có bị lỗi hay không
Cảm biến gia tốc bên được cấu tạo từ một nam châm vĩnh cửu, một lò xo, một tấm van điều tiết và một cảm biến Hall, tất cả kết hợp để tạo ra hiệu suất tối ưu trong việc đo lường và phản ứng với chuyển động.
Hệ thống từ tính bao gồm nam châm vĩnh cửu, lò xo và van điều tiết, trong đó nam châm được kết nối chắc chắn với lò xo và có khả năng dao động qua lại trên tấm van điều tiết.
Khi xe tăng tốc, nam châm vĩnh cửu theo dõi chuyển động với một khoảng thời gian trễ do quán tính của nó Điều này dẫn đến việc tấm van điều tiết, cùng với vỏ cảm biến và toàn bộ xe, di chuyển ra phía dưới nam châm vĩnh cửu, vốn vẫn ở trạng thái nghỉ ban đầu.
Chuyển động này tạo ra dòng điện xoáy trong tấm van điều tiết, từ đó hình thành một trường đối lập với từ trường của nam châm vĩnh cửu.
Sức mạnh của từ trường tổng thể bị giảm theo cách này Điều này làm cho điện áp Hall (V) thay đổi
Sự thay đổi điện áp Hall tỷ lệ thuận với gia tốc bên, cho thấy rằng khi có nhiều chuyển động giữa van điều tiết và nam châm, từ trường sẽ yếu hơn và điện áp Hall sẽ biến đổi nhiều hơn Ngược lại, điện áp Hall sẽ giữ nguyên nếu không có gia tốc bên.
