TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
ĐẶT VẤN ĐỀ
Sự ra đời của ô tô đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong đời sống nhân loại, không chỉ giúp di chuyển nhanh chóng mà còn đảm bảo an toàn cho người tham gia giao thông Ô tô đã khẳng định vai trò thiết yếu của mình trong cuộc sống, cùng với sự phát triển của ngành giao thông vận tải Ngày nay, ô tô trở nên quen thuộc và mang lại nhiều tiện ích cho mọi người Tuy nhiên, sự gia tăng tai nạn giao thông cũng là một vấn đề nghiêm trọng, liên quan đến tính an toàn của các phương tiện, trong đó ô tô cũng là một yếu tố cần được chú ý.
Để đảm bảo an toàn tối đa cho con người và hàng hóa tham gia giao thông, nhu cầu về các hệ thống và phương tiện an toàn ngày càng cấp thiết Nhiều thiết bị công nghệ đã được nghiên cứu và phát triển nhằm giảm thiểu tai nạn Ngành công nghiệp ô tô cũng không nằm ngoài xu hướng này, với hầu hết các hãng ô tô đầu tư lớn vào nghiên cứu và tích hợp các hệ thống an toàn cho xe Hiện nay, gần như toàn bộ các hệ thống và tổng thành trên ô tô đã được cải tiến bằng các công nghệ cơ khí và điện tử, mang lại sự tiện nghi và an toàn cao nhất cho người sử dụng.
Nguyên nhân gây tai nạn ô tô không chỉ do sự trượt bánh xe trên đường, mà còn liên quan đến hiệu quả phanh kém, hiện tượng bó cứng bánh xe, và việc khởi hành hay tăng tốc đột ngột trên bề mặt có hệ số bám thấp Những tình huống này có thể dẫn đến mất mát mômen chủ động và làm xe trượt Ngoài ra, sự mất ổn định động học trong quá trình tăng tốc hoặc quay vòng cũng tạo ra nguy hiểm Khi ô tô di chuyển với tốc độ cao, việc phanh gấp hoặc thay đổi hướng đột ngột để tránh chướng ngại vật có thể gây lật xe.
Hệ thống ổn định quỹ đạo chuyển động điện tử ESC (Electronic Stability Control) là giải pháp cần thiết để kiểm soát các tình huống gây mất ổn định cho ô tô Việc nghiên cứu và ứng dụng hệ thống này tại Việt Nam là rất quan trọng, bởi nó mang lại nhiều tiện ích và giúp cải thiện an toàn giao thông.
MỤC ĐÍCH, PHƯƠNG HƯỚNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
1 Mục đích của đề tài
Hệ thống ESC vẫn còn mới mẻ và chưa phổ biến tại Việt Nam, vì vậy mục tiêu chính của bài viết là cung cấp những kiến thức cơ bản về hệ thống này Bài viết sẽ giới thiệu đến những người quan tâm, từ đó tạo nền tảng lý thuyết và tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu sâu hơn và ứng dụng thực tiễn trong công việc sau này.
2 Phương hướng nghiên cứu của đề tài.
Dựa trên các tài liệu về hệ thống của các hãng sản xuất ô tô lớn như: Mercedes-Benz,
Hệ thống ổn định quỹ đạo chuyển động điện tử ESC (Electronic Stability Control) là một công nghệ quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô, được các hãng xe như BMW, Toyota và Honda áp dụng Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của ESC, cùng với những lợi ích mà hệ thống này mang lại cho người lái, giúp nâng cao tính an toàn và ổn định khi điều khiển phương tiện.
3 Nhiệm vụ của đề tài.
• Phân tích tổng quan về hệ thống ESC
• Phân tích cơ sở lý thuyết của ESC
• Xây dụng mô hình , mô phỏng và phân tích mô phỏng hệ thống ESC
• Thiết kế bộ điều khiển ESC và phân tích kết quả
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ESC
1 Quá trình hình thành và phát triển
ESC, viết tắt của Electronic Stability Control, là một trong những hệ thống an toàn quan trọng trên ô tô hiện đại Hệ thống này được phát triển đầu tiên bởi một kỹ sư người Đức với tên gọi Elektronisches Stabilitäts Programm (ESP) và được Mercedes-Benz cùng BMW ứng dụng lần đầu tiên trên xe hơi vào năm.
1995 Sau đó nó được giới thiệu tại triển lãm ô tô Mỹ với cái tên ESC (Electronic
Hệ thống Kiểm Soát Ổn Định (Stability Control), sau này được biết đến phổ biến với tên gọi ESC, đã được Hiệp hội Kỹ sư Ô tô Mỹ công nhận, mặc dù còn nhiều tên gọi khác nhau tùy thuộc vào từng nhà sản xuất.
Hiện nay, ngoài tên gọi phổ biến là ESC (Electronic Stability Control) và ESP
Hệ thống ổn định điện tử, hay còn gọi là Electronic Stability Program (ESP), được biết đến với nhiều tên gọi khác nhau tùy thuộc vào từng hãng sản xuất.
2 Cơ sở cho sự ra đời của hệ thống ESC
Hệ thống ổn định điện tử ESC là một bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô, giúp nâng cao tính an toàn cho người sử dụng ESC được phát triển dựa trên sự hoàn thiện của các hệ thống an toàn điện tử khác như hệ thống chống bó cứng bánh xe ABS, hệ thống kiểm soát lực kéo TRC và hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD.
Hệ thống Phân phối Lực phanh Điện tử (EBD) và Hệ thống Kiểm soát Ổn định Điện tử (ESC) kết hợp hoàn hảo, kế thừa và phát huy những ưu điểm của các hệ thống này Sự tích hợp này mang lại hiệu suất phanh và ổn định tối ưu cho phương tiện.
Hệ thống ESC hoạt động dựa trên sự kết hợp giữa hệ thống ABS phức hợp và hệ thống TRC, giúp kiểm soát và ngăn chặn kịp thời hầu hết các nguyên nhân gây mất an toàn cho xe khi có dấu hiệu xảy ra Hãy cùng tìm hiểu sâu hơn về hệ thống ESC.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG ESC
ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ KHI PHANH
Lực phanh ở mỗi bánh xe của ô tô phụ thuộc vào phản lực từ mặt đường tác động vuông góc lên bánh xe và hệ số bám giữa lốp xe và mặt đường Mối quan hệ này rất quan trọng trong việc hiểu động lực học của ô tô.
Quan hệ giữa trọng lượng đặt lên bánh xe và lực phanh được biểu diễn bởi công thức (1-1):
Trong đó: Fp - Lực phanh
- Hệ số bám giữa lốp xe và mặt đường
Gtd - Tải trọng tĩnh và động đặt lên bánh xe
Hệ số bám giữa lốp xe và mặt đường không phải là một giá trị cố định, mà là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố Nó chịu ảnh hưởng bởi loại bề mặt đường và mức độ trượt dọc giữa lốp xe và mặt đường.
Các đường cong quan hệ giữa hệ số bám dọc với độ trượt bánh xe trên các bề mặt đường khác nhau trình bày trên hình 1-1
Lực phanh phụ thuộc vào mức độ trượt của bánh xe; khi bánh xe trượt hoàn toàn, lực phanh sẽ không tồn tại Đây là nguyên tắc cơ bản trong quá trình phanh, tuy nhiên, việc quan sát mối quan hệ này trở nên khó khăn khi độ trượt gần 100%, bởi bánh xe trượt lết hoàn toàn thường không dễ nhận thấy nếu không có thiết bị chuyên dụng.
Lực phanh đạt tối đa khi mức độ trượt là thấp Nếu áp dụng lực phanh quá mạnh, sẽ dẫn đến trượt 100%, làm giảm hiệu quả phanh Do đó, việc điều chỉnh áp suất phanh là cần thiết, có thể thông qua kỹ năng của người lái hoặc hệ thống chống hãm cứng, nhằm tối ưu hóa quãng đường phanh trên hầu hết các bề mặt.
Lực phanh thay đổi đáng kể theo bề mặt đường, với quãng đường phanh và gia tốc phanh dễ nhận thấy hơn trên đường asphalt khô so với đường đóng băng Khi vượt qua điểm có hệ số bám lớn nhất, độ trượt sẽ gia tăng, cho thấy rằng khi lực phanh đạt tối đa, việc tăng thêm lực phanh không mang lại hiệu quả Điều này lý giải tại sao những người lái xe có kinh nghiệm thường có quãng đường phanh ngắn hơn đáng kể so với những người lái xe thiếu kinh nghiệm.
Lốp xe ô tô có một đặc điểm quan trọng khi phanh, đó là sinh ra lực bên giúp ngăn chặn sự trượt bên Lực phản kháng này giữ cho lốp xe không bị trượt theo phương vuông góc với hướng di chuyển của xe Công thức tính toán lực bên được thể hiện rõ ràng để hiểu rõ hơn về cơ chế hoạt động này.
+ Trong đó: Fy - lực bên
y - hệ số bám ngang giữa lốp và mặt đường
40 60 80 100 % Đường bê tông khô Đường ướt - lốp có vấu bám Đường tuyết mềm Đường đóng băng
Hình 1-1 Quan h ệ gi ữ a h ệ số bám d ọ c v ới đ ộ trư ợt trên các m ặ t đ ư ờ ng khác nhau
Hệ số bám ngang giảm nhanh khi bánh xe bắt đầu trượt dọc, và khi bánh sau trượt quá mức, sẽ gây mất lực bên, làm cho phần đuôi xe không ổn định và dễ trượt ngang với lực bên nhỏ Sự trượt quá mức của bánh xe cũng làm giảm lực tác động lên bánh trước, tăng nguy cơ mất lái, đặc biệt khi phanh gấp trên những đoạn đường có hệ số bám thấp như đường đóng băng, dẫn đến lốp trượt hoàn toàn.
Trong quá trình phanh ô tô, sự trượt giữa các bánh xe và mặt đường thường xảy ra, ảnh hưởng đến hệ số bám của bánh xe Hệ số bám này phụ thuộc nhiều vào độ trượt, từ đó tác động đến chất lượng phanh Đồ thị thực nghiệm dưới đây minh họa rõ sự thay đổi của lực bám theo độ trượt.
( Đồ thị thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trượt tương đối của bánh xe khi phanh )
+ Độ trượt tương đối của bánh xe khi phanh được xác định theo công thức sau:
+ Trong đó: V: vận tốc của xe
: vận tốc của bánh xe khi phanh rbx: bán kính làm việc của bánh xe
Hệ số bám dọc đạt giá trị tối đa khi độ trượt ở mức tối ưu, nằm trong khoảng 10-30% Thực nghiệm cho thấy rằng tại độ trượt này, không chỉ hệ số bám dọc đạt cực đại mà còn hệ số bám ngang cũng duy trì ở mức cao.
Để đạt được lực phanh tối ưu và hiệu quả phanh cao nhất, lái xe cần duy trì quá trình phanh ở vùng trượt tối ưu của bánh xe, tuy nhiên, trong tình huống phanh gấp, lái xe thường không có đủ thời gian để thực hiện thao tác đạp - nhả - đạp phanh liên tục Điều này dẫn đến việc lực phanh tạo ra thường lớn hơn lực phanh tối ưu, gây ra hiện tượng bó cứng bánh xe và làm mất kiểm soát phương hướng, từ đó có thể gây tai nạn Để khắc phục vấn đề này, nhiều ô tô hiện đại đã được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh ABS, giúp tự động điều chỉnh lực phanh nhằm ngăn ngừa hiện tượng bó cứng bánh xe Để đánh giá tính ổn định dẫn hướng của ô tô khi phanh, người ta sử dụng một số chỉ tiêu cụ thể.
- Góc lệch của ôtô khi phanh, về mặt lý thuyết góc này xác định được
- Hành lang cho phép mà ô tô không được vượt ra ngoài ở cuối quá trình phanh
- Hệ số không đồng đều lực phanh.
ĐỘNG LỰC HỌC Ô TÔ KHI KHỞI HÀNH HOẶC TĂNG TỐC
Trên các bề mặt đường có hệ số bám thấp như đường băng, tuyết hay đường ướt, bánh xe có thể quay tại chỗ khi xe khởi động hoặc tăng tốc nhanh, dẫn đến mất mát mômen chủ động và nguy cơ trượt xe Mômen cực đại truyền đến bánh xe phụ thuộc vào hệ số bám giữa lốp và mặt đường; nếu vượt quá giới hạn này, bánh xe sẽ bị trượt Người lái thường gặp khó khăn trong việc điều chỉnh mômen phù hợp, đặc biệt khi khởi động xe đột ngột và đạp ga quá mạnh Hệ thống điều khiển lực kéo (TRC) sẽ tự động giảm mômen xoắn của động cơ khi phát hiện bánh xe trượt, đồng thời điều khiển hệ thống phanh để giảm mômen truyền đến mặt đường, giúp xe khởi động và tăng tốc một cách nhanh chóng và ổn định.
Hệ thống điều khiển lực kéo cần tối ưu hóa tính ổn định của xe và khả năng bám bên, với cầu sau chủ động và cầu trước chủ động Phương pháp chính là điều khiển mômen động cơ, giúp tất cả các bánh xe chủ động truyền lực kéo đồng đều, tương ứng với khả năng bám của từng bánh Khi khả năng bám gần như đồng nhất, hệ thống tăng cường tính ổn định và khả năng dẫn hướng của xe Tuy nhiên, khi lực kéo tăng, các bánh xe có thể trượt và gây khó khăn trong việc điều khiển Do đó, hệ thống điều khiển lực kéo cần kết hợp với bộ điều khiển mômen động cơ và phanh hoặc điều khiển vi sai để đảm bảo ổn định và tối ưu hóa tăng tốc Bộ điều khiển mômen động cơ là lựa chọn hàng đầu trên các mặt đường có độ bám đồng nhất, trong khi phanh và điều khiển vi sai giúp tối ưu hóa tăng tốc cho tất cả các bánh xe chủ động.
Hình 2.2 trình bày lực tác động lên các bánh xe khi tăng tốc trên đường có bề mặt không đồng nhất
Các cảm biến bánh xe
Bộ điều khiển thuỷ lực
Chẩn đoán Đánh lửa Bướm ga
Hình 2.1 - Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển lực kéo
+ Lực kéo cực đại có thể được tính như sau:
+ Trong đó: F- Tổng lực kéo
Fh - Lực kéo ở bánh có hệ số bám cao
Fl - Lực kéo ở bánh có hệ số bám thấp
Lực tăng tốc được truyền khi xe di chuyển thẳng và khi quay vòng là tương tự nhau, giống như trong quá trình phanh Độ trượt khi phanh cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát xe.
+ Độ trượt khi tăng tốc:
Độ trượt khi tăng tốc (A) và độ trượt khi phanh (B) là hai yếu tố quan trọng trong việc mô tả hiệu suất của xe Độ trượt khi tăng tốc có thể dao động từ 0 đến mức cao, thường được sử dụng để phân tích các tình huống khi bánh chủ động bị trượt trong quá trình tăng tốc, đặc biệt là khi khởi động.
SỰ ỔN ĐỊNH ĐỘNG HỌC CỦA Ô TÔ KHI QUAY VÒNG
Khi xe quay vòng, dưới tác dụng của lực ly tâm thân xe bị nghiêng quanh trục nào đó gần sát trục dọc của xe một góc nào đó
Mô men quay do lực ly tâm đặt cách trục nghiêng thân xe là h Khi đó mô men quay do lực ly tâm sẽ là:
Mô men này ảnh hưởng đến các phản lực tác động lên bánh xe khi xe quay vòng Cụ thể, tại cầu trước, tải trọng thay đổi với bánh xe phía trong giảm đi một lượng Zt, trong khi bánh xe phía ngoài tăng lên cùng một lượng Zt Tương tự, ở cầu sau, bánh xe phía trong giảm một lượng Zs, và bánh xe phía ngoài tăng một lượng Zs.
Giả thiết với vận tốc quay vòng không đổi tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe cầu trước và cầu sau là:
Khi đó tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe:
Hình 3.1 Sự thay đổi phản lực thẳng đứng khi quay vòng
Khi ô tô di chuyển trên đường cong, bánh xe phía trong có nguy cơ trượt cao hơn so với bánh xe phía ngoài Điều này là do lực kéo và lực phanh tối đa phụ thuộc vào phản lực từ mặt đường tác động lên bánh xe.
Sự chuyển động của ô tô trên đường yêu cầu người lái phải điều khiển góc quay vô lăng một cách chính xác, đặc biệt là khi di chuyển với tốc độ cao Mối quan hệ giữa quỹ đạo chuyển động và góc quay vô lăng trở nên chặt chẽ hơn, và một sai lầm nhỏ có thể dẫn đến mất kiểm soát và tai nạn Khi ô tô di chuyển trên đường vòng với tốc độ cao và gặp chướng ngại vật, việc phanh đột ngột có thể khiến bánh xe trượt, làm gia tăng gia tốc hướng tâm và gây mất ổn định, dẫn đến nguy cơ lật xe.
Khi ô tô quay vòng, có thể xảy ra hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa Nếu xe quay vòng thừa, phản lực thẳng đứng tác động lên bánh phía trong giảm, dẫn đến tình trạng bánh sau bị trượt và phần đuôi xe văng ra ngoài, làm mất ổn định hướng Để khắc phục, mômen truyền tới bánh sau cần giảm cho đến khi phản lực thẳng đứng tăng trở lại, giúp cân bằng với lực ly tâm và ngăn chặn trượt bánh Việc này được thực hiện thông qua điều chỉnh mômen động cơ và lực phanh ở bánh sau cũng như bánh trước phía ngoài, tạo mômen ngược chiều để giảm thiểu khả năng quay vòng thừa Khi xe quay vòng thiếu, phản lực bên tác động lên bánh sau tăng, ảnh hưởng đến khả năng kiểm soát của xe.
Để khắc phục hiện tượng đuôi xe lệch về phía trong do góc quay của bánh xe phía trước, cần giảm mô men động cơ Nếu cần thiết, có thể phanh bánh xe sau phía bên trong để tạo ra mô men cùng chiều với mô men quay vòng, từ đó tăng cường mô men quay vòng và khắc phục hiện tượng quay vòng thiếu.
Hệ thống ESC được xây dựng dựa trên lý thuyết động học, nhằm điều khiển và đảm bảo sự ổn định cũng như an toàn cho ô tô trong mọi tình huống di chuyển.
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ESC
CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ THỐNG
Sơ đồ bố trí chung của hệ thống:
( Hệ thống ESP trên xe )
1 Bộ phận thủy lực (Bộ phận thực hiện)
Bộ phận chấp hành của phanh gồm van điện từ giữ áp suất, van điện từ giảm áp suất,bơm, mô tơ và bình chứa
Khi bộ chấp hành nhận lệnh từ ECU, van điện từ sẽ điều chỉnh áp suất thủy lực của xi lanh bánh xe, từ đó tối ưu hóa mức trượt cho từng bánh xe Hệ thống mạch thủy lực cũng được thay đổi để phù hợp với yêu cầu của từng loại điều khiển.
2 Cảm biến góc xoay vô lăng
( Cảm biến góc xoay vô lăng )
Bộ cảm biến góc xoay vô lăng bao gồm một đĩa rãnh, một máy tính và ba bộ ngắt quang học (SS1, SS2, SS3) Các tín hiệu từ các bộ ngắt quang học này được máy tính chuyển đổi thành tín hiệu chuỗi gửi vào ECU, giúp ECU xác định vị trí trung tâm của vô lăng.
16 gian của vô lăng, chiều quay hoặc góc quay của vô lăng bằng sự tổ hợp của các tín hiệu này
( Tín hiệu bộ ngắt quang học )
3 Cảm biến độ lệch ngang thân xe
Cảm biến độ lệch được lắp ở mặt cắt ngang bên phải của dầm ngang trong khoang hành lý
Cảm biến độ lệch của xe sử dụng con quay kiểu rung hình âm thoa, bao gồm phần rung và phần phát hiện dịch chuyển 90 độ để tạo thành bộ phận hoàn chỉnh Miếng gốm áp điện được lắp vào cả hai phần này, có khả năng biến dạng khi có điện áp và sinh ra điện áp khi chịu ngoại lực tác động.
Cảm biến độ lệch ngang hoạt động bằng cách áp dụng điện áp xoay chiều vào phần rung, tạo ra sự rung động Mức độ lệch hướng được phát hiện thông qua cảm biến, từ đó xác định mức lệch và hướng lệch của miếng gốm áp điện, nhờ vào tác động của lực Coriolis xung quanh bộ cộng hưởng.
4 Cảm biến tốc độ góc bánh xe
( Hình ảnh cảm biến tốc độ góc bánh xe )
Trên xe, có bốn cảm biến tốc độ được lắp đặt: hai cảm biến cho cầu trước và hai cho cầu sau Những cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên tắc của máy phát tốc xoay chiều để đo tốc độ chính xác.
Vành răng chế tạo từ thép từ, trên phủ một lớp đồng mỏng, đặt trên moay-ơ bánh xe. Vành răng liên kết chặt và cùng quay với bánh xe
Cảm biến được cấu tạo từ nam châm vĩnh cửu và cuộn dây, tất cả đều được bảo vệ trong một vỏ chắc chắn Khe hở từ giữa cảm biến và vành răng là 0,2mm Khi vành răng quay, các đỉnh răng tạo ra mạch từ khép kín, dẫn đến sự xuất hiện của sức điện động xoay chiều trong cuộn dây, với tần số biến thiên theo tốc độ quay của bánh xe Tín hiệu này được gửi về ECU dưới dạng đếm xung, giúp xác định tốc độ quay của bánh xe theo thời gian.
HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ESC
ESC integrates the anti-lock braking system (ABS) with electronic brake-force distribution (EBD) and traction control, ensuring enhanced vehicle stability and safety during braking.
18 trượt quay ASR (Anti Spin Regulator) và hệ thống kiêm soát ổn định hướng VSC
Hệ thống điều khiển lái dọc (Vertical steering control) kết hợp với hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp BAS (Brake Assist System) và có thể bao gồm hệ thống tự nâng bàn đạp phanh EDC (Electronic Diesel Control) trên một số xe Nhờ đó, ESC (Electronic Stability Control) đảm nhiệm tất cả các chức năng của các hệ thống này khi hoạt động, đảm bảo an toàn và hiệu suất tối ưu cho người lái.
Kiểm soát và điều chỉnh lực phanh đến từng bánh xe một cách chính xác là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu Hệ số bám dọc cần duy trì trong khoảng 15%-30%, trong khi hệ số bám ngang phải cao để tránh hiện tượng bó cứng bánh xe trong mọi điều kiện di chuyển Điều này giúp rút ngắn quãng đường phanh, tăng gia tốc phanh và giảm thời gian phanh, đồng thời đảm bảo tính ổn định hướng của xe trong quá trình phanh.
Để đảm bảo xe không bị trượt quay khi tăng tốc hoặc khởi động, cần kiểm soát và điều chỉnh mô men từ động cơ đến các bánh xe chủ động trong mọi điều kiện chuyển động Điều này không chỉ giúp giảm hao mòn lốp mà còn tiết kiệm nhiên liệu và tăng tuổi thọ cho xe.
+ Đảm bảo ổn định việc đánh lái và hướng lái trong quá trình chuyển động: điều chỉnh, tránh hiện tượng quay vòng thừa, quay vòng thiếu:
Quay vòng thiếu (Understeering) xảy ra khi xe không quay đủ theo mong muốn của lái xe do các bánh trước thiếu lực bám, dẫn đến tình trạng trượt ra ngoài Trong tình huống này, hệ thống phanh sẽ tự động can thiệp bằng cách phanh vào bánh sau phía trong khúc cua, tạo ra mô men phanh giúp cân bằng xe và đưa xe trở về quỹ đạo mong muốn.
( Hình ảnh khi xe quay vòng thiếu )
Quay vòng thừa (Oversteering) xảy ra khi xe quay nhiều hơn mong muốn của người lái, do phần sau của xe bị quay hoặc trượt ra khỏi quỹ đạo Hệ thống phanh sẽ ngay lập tức can thiệp bằng cách tác dụng lực phanh vào bánh trước phía ngoài khúc cua, giúp xe trở lại hướng mong muốn.
( Hình ảnh khi xe qua vòng thừa )
+ Hỗ trợ vận hành phanh khi lực phanh của người lái chưa đủ để đạt hiệu quả phanh
Hệ thống ESC giúp đảm bảo sự ổn định của ô tô, ngay cả với những người mới tập lái, hoạt động như một người thầy dạy lái vô hình Nhờ vào sự can thiệp của ESC, người lái không còn phải lo lắng về việc kiểm soát xe trong các tình huống khó khăn.
1 Hoạt động của ESC khi phanh
1.1 Trạng thái phanh bình thường:
Khi hệ thống phanh hoạt động bình thường, tín hiệu từ ECU không được gửi đến bộ thực hiện Các van điện tử giữ và giảm áp suất hoạt động, với cửa (a) ở van giữ áp suất mở và cửa (b) ở van giảm áp suất đóng Khi đạp bàn đạp phanh, dầu từ xilanh chính chảy qua cửa (a) và được truyền trực tiếp đến xi lanh ở bánh xe, trong khi van một chiều (2) ngăn cản dầu phanh truyền đến bơm Hình mô tả dưới đây minh họa hoạt động của hệ thống trong trạng thái phanh bình thường.
( Hoạt động của hệ thống trong trạng thái phanh bình thường )
1.2 Trạng thái phanh khẩn cấp (khi ABS hoạt động):
Chế độ giảm áp trong hệ thống phanh hoạt động thông qua tín hiệu điều khiển từ ECU, điều khiển các van điện từ giữ và giảm áp suất Khi van giữ áp suất (a) đóng và van giảm áp suất (b) mở, dầu phanh sẽ chảy qua van (b) vào bình chứa, giúp giảm áp suất thủy lực trong xi lanh ở bánh xe Đồng thời, cửa (e) sẽ đóng lại khi dầu chảy xuống bình chứa Trong quá trình ABS hoạt động, bơm vẫn tiếp tục chạy, hút dầu phanh từ bình chứa trở lại xi lanh chính.
+ Dưới đây là hình mô tả hoạt động của hệ thống trong chế độ giảm áp suất:
( Hoạt động của hệ thống trong chế độ giảm áp suất )
Chế độ giữ là tín hiệu điều khiển từ ECU, giúp điều chỉnh van điện từ giữ áp suất và ngắt mạch van điện từ giảm áp suất Quá trình này diễn ra khi cửa (a) và cửa (b) được đóng kín, ngắt áp suất thủy lực ở cả hai phía của xi lanh chính và bình chứa Kết quả là áp suất thủy lực của xi lanh bánh xe được duy trì ổn định.
( Hoạt động của hệ thống trong chế độ giữ áp suất )
Chế độ tăng áp suất được điều khiển bởi tín hiệu từ ECU, trong đó các van điện từ giữ và giảm áp suất hoạt động bằng cách mở cửa (a) ở van giữ áp suất và đóng cửa (b) ở van giảm áp, tương tự như khi phanh bình thường Quá trình này làm tăng áp suất thủy lực trong xi lanh chính, từ đó nâng cao áp suất thủy lực tại xi lanh bánh xe.
( Hoạt động của hệ thống trong chế độ tăng áp suất )
2 Hoạt động của ESC điều khiển sự ổn định của ô tô khi chuyển động
Khi ô tô di chuyển, quỹ đạo chuyển động của nó rất phức tạp, đặc biệt khi vào các đoạn đường cong với tốc độ cao, có thể dẫn đến hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa Những hiện tượng này gây ra sự mất ổn định cho xe, tiềm ẩn nguy cơ xảy ra tai nạn Hệ thống ổn định điện tử (ESC) được thiết kế để khắc phục vấn đề này, giúp tăng cường an toàn cho người lái.
Bằng cách sử dụng các tín hiệu đầu vào như tốc độ, góc đánh lái và gia tốc lệch bên, bộ điều khiển xác định góc quay mong muốn khi xe quay vòng Cảm biến tốc độ quay vòng cung cấp giá trị phản hồi, và máy tính sẽ so sánh giá trị thực tế với giá trị mong muốn Nếu có sự sai khác lớn so với ngưỡng điều chỉnh trong bộ điều khiển, hệ thống ESC sẽ thực hiện điều chỉnh cần thiết Sự sai khác này rất quan trọng trong chiến lược điều chỉnh của hệ thống, cho biết liệu xe có quay vòng thiếu hay thừa.
Giải pháp công nghệ mới nổi bật của ESC là khả năng truyền tải dữ liệu qua mạng điều khiển nội bộ (CAN bus) Bộ điều khiển ESC được kết nối với các bộ điều khiển DME, tạo nên một hệ thống điều khiển hiệu quả và linh hoạt.
EML và hộp số tự động bằng mạng điều khiển nội bộ CAN Cảm biến góc lái cũng được nối với mạng nội bộ
Bộ điều khiển hộp số tự động thông báo cho ESC về chế độ tay số đang sử dụng, giúp tính toán và điều chỉnh mô men chủ động một cách hợp lý.
Hệ thống thuỷ lực của ESC bao gồm:
+1- Xylanh phanh chính (có trợ lực)
+3- Cụm piston sơ cấp cùng với cảm biến áp suất
+8,9,10,11- van cấp của các bánh xe
+12,13,14,15- van hồi của các bánh xe
THIẾT LẬP MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ESC TRÊN CARSIM
Phân tích đánh giá nhận xét kết quả mô phỏng
[1] PGS.TS Đỗ Văn Dũng,2013, Sách Điện Động Cơ và Điều khiển Động Cơ, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM.
[2] Modern Control System Theory and Design, Stanley M Shinners, John-Wiley and Sons 1992.
[3].https://vi.wikipedia.org/wiki/Lý_thuyết_điều_khiển_tự_động
[4] Các trang wed tài liệu về ô tô.
