Chuyên đề 1 tìm hiểu hệ thống cân bằng điện tử trên ô tô du lịch

TÓM TẮT KHÓA LUẬNĐề tài “Tìm hiểu hệ thống cân bằng điện tử trên ô tô du lịch” tập trung chủ yếu về việc tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lí hoạt động và mô phỏng lại các chế độ của hệ thống.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ

TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12/2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH KHOA KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ

CHUYÊN ĐỀ 1

TÌM HIỂU HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ

TRÊN Ô TÔ DU LỊCHSinh viên thực hiện :PHAN VĂN NGỌC NGÀ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYỄN TẤT THÀNH

KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập – Tự do – Hạnh phúc

Bộ môn chuyên đề 1

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

Sinh viên thực hiện: Phan Văn Ngọc Ngà MSSV: 1911549610

Ngành: Công nghệ - Kỹ thuật ô tô

1 Tên đề tài khóa luận:

TÌM HIỂU HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ DU LỊCH

2 Nội dung chính đề tài:

- Nghiên cứu lí thuyết hệ thống cân bằng điện tử

- Hoàn thành báo cáo và thuyết trình về đề tài

3 Kết quả đạt được:

- Hoàn thiện bài báo cáo

- Thuyết trình bài báo cáo

- Hiểu được nguyên lí hệ thống cân bằng điện tử

4

5 Ngày giao đề tài: 15/10/2022 6 Ngày nộp đề tài: 20/11/2022

7 Kết luận: Nội dung và yêu cầu của đề tài đã được thông qua bởi:

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 11 năm 2022TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN CHÍNH

( Ký, ghi rõ họ & tên) ( Ký, ghi rõ họ & tên)

LỜI CAM KẾT

Tôi xin cam kết rằng đề tài này được tiến hành một cách minh bạch, công khai.Mọi thành quả đều dựa trên sự cố gắng, nỗ lực của bản thân nhóm cùng với sự giúp đỡkhông nhỏ từ đơn vị

Các số liệu và kết quả nghiên cứu được đưa ra trong đồ án là trung thực và khôngsao chép hay sử dụng kết quả của bất kỳ đề tài nghiên cứu nào tương tự Nếu như pháthiện rằng có sự sao chép kết quả nghiên cứu đề những đề tài khác bản thân tôi xin chịuhoàn toàn trách nhiệm

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 11 năm 2022

KÝ TÊN

(Ký và ghi rõ họ tên)

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực hiện đề tài, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ýkiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chânthành đến ThS Phan Quang Định, người đã tận tình hướng dẫn chỉ bảo em trong suốtquá trình làm khoá luận

Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐH Nguyễn TấtThành nói chung, các thầy cô trong trong khoa Kỹ thuật – Công nghệ nói riêng đãtruyền dạy cho em kiến thức về các môn đại cương, môn chuyên ngành, giúp em cóđược cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình họctập

Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện,quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài

iv

MỤC LỤC

Trang

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang

vi

DANH MỤC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

Trang

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng ViệtESP Electronic stability program Hệ thống cân bằng điện tửESC Electronic stability control

ABS Anti – lock brake system Hệ thống phanh chống bó cứngTCS Traction control system Hệ thống chống trượtASR Anti slip regular

viii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu đề tài[1]

Công nghệ cân bằng điện tử xuất hiện đầu tiên vào năm 1987 trên chiếc MercedesBenz Với nguyên bản là hệ thống kiểm soát độ bám đường Từ những năm 1990 đếnnay, thì hệ thống này được các nhà sản xuất ô tô chú trọng vào nghiên cứu, phát triển

và sử dụng trên các mẫu xe

ESP là một trong những hệ thống trang bị an toàn và tiêu chuẩn để lựa chọn xe ô tô.Hoạt động dựa trên sự kết hợp giữa các hệ thống như: Phanh chống bó cứng ( ABS) vệthống chống trượt ( TCS hay ASR)…Giúp chiếc xe của bạn có thể chủ động hơn trongcác tình huống di chuyển Hệ thống này được coi là công nghệ phanh chủ động ápdụng cho từng bánh riêng biệt của xe Với mục đích là nhằm ổn định thân xe khi xe bịmất cân bằng đi vào đường trơn trượt hoặc đi tốc độ cao Nếu người điều khiển bị mấtkiểm soát tay lái Hệ thống ESC sẽ kế hợp Với hệ thống phanh để điều chỉnh lạihướng lái Cùng với đó là nó sẽ giúp xe giảm công suất giúp người lái có thể nhanhchóng lấy lại lái

Hệ thống ESP/ ESC không chỉ hoạt động trên những cung đường ẩm ướt hay bănggiá Mà hệ thống còn hỗ trợ tốt khi xe tăng tốc, quay vòng Đặc biệt ESC sẽ giúp bạnphát hiện và ngăn chặn nguy cơ bị trượt bánh xe

Hình 1.1 Frank-Werner Mohn – người phát minh hệ thống cân bằng điện tử

Hệ thống cân bằng điện tử ESC còn có những tên gọi khác nhau, tùy thuộc vào từnghãng sản xuất xe Audi, Mercedes Benz sẽ gọi hệ thống cân bằng điện tử ESP

(Electronic Stability Program) Trong khi đó thì Lexus và Toyota lại gọi là hệ thốngcân bằng điện tử VSC (Vehicle Stability Control)….

1.2 Tính cấp thiết của đề tài

Ngành công nghiệp ô tô được đánh giá là một trong những ngành công nghiệp điđầu, kéo theo sự phát triển của các ngành công nghiệp khác Vì vậy, sự phát triển mạnh

mẽ của ngành công nghiệp ô tô được xem là nhân tố tác động tích cực thúc đẩy cácngành có liên quan phát triển, tạo động lực xây dựng nền công nghiệp hóa, hiện đạihóa đất nước.[2]

Nguyên nhân gây tai nạn ô tô do mất kiểm soát tay lái được thống kê ở mỹ lên đến11%[3] Đặc biệt hơn, chất lượng đường giao thông ở Việt Nam còn kém hơn nhiều,mất kiểm soát tay lái là điều khó tránh khỏi Chính nguyên nhân đó, hệ thống cân bằngđiện tử trên ô tô là một phần vô cùng cấp thiết Nhận thấy được sự cần thiết đó nhómchúng em quyết định chọn nghiên cứu về hệ thống ESP

Đề tài “Tìm hiểu hệ thống cân bằng điện tử trên ô tô du lịch” này sẽ phân tích cấutạo, nguyên lí và mô phỏng thực tế hoạt động hệ thống này

1.3 Mục tiêu của đề tài

Đề tài nhằm thực hiện mục tiêu sau:

- Khái quát về hệ thống cân bằng điện tử

- Sơ đồ mạch điện và nguyên lí làm việc hệ thống cân bằng điện tử

- Thiết kế và mô phỏng hệ thống cân bằng điện tử trên phần mềm

1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1 Đối tượng nghiên cứu

Tiến hành nghiên cứu hệ thống cân bằng điện tử trên ô tô du lịch của các hãng xeAudi, Mercedes, Toyota,…

1.4.2 Phạm vi nghiên cứu

Dựa trên cơ sở lý thuyết, thực tiễn qua quá trình học tập tìm hiểu về cấu tạo, nguyên

lý hoạt động và các sơ đồ hệ thống mạch điện trên hệ thống cân bằng điện tử Thamkhảo các tài liệu hệ thống cân bằng điện tử của các hãng, từ đó đưa ra ý tưởng và xâydựng lưu đồ giải thuật để mô phỏng qua các phần mềm

1.5 Phương pháp nghiên cứu

2

1.5.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Theo phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin khoa học trên cơ sở nghiên cứucác văn bản, tài liệu đã có sẵn và bằng các thao tác tư duy lôgic để rút ra kết luận sau

đó thực hiện trên cơ sở mô phỏng lý thuyết Tìm hiểu trên tài liê žu nghiên cứu củanhững người có kinh nghiê žm về hệ thống cân bằng điện tử và được mô phỏng trên môhình để kiểm nghiê žm, nghiên cứu tạo ra một mô hình hoàn thiện nhất

1.5.2 Phương pháp nghiên cứu cụ thể

Các bước thực hiện:

- Bước 1: Thu thập, tìm hiểu các tài liệu viết về hệ thống cân bằng điện tử

- Bước 2: Sắp xếp các tài liệu khoa học thành một hệ thống lôgic chặt chẽ theo từngbước, từng đơn vị kiến thức, từng vấn đề khoa học có cơ sở và bản chất nhất định

- Bước 3: Đọc, nghiên cứu và phân tích các tài liệu nói về hệ thống cân bằng điện tử,phân tích kết cấu, nguyên lý làm việc một cách khoa học

- Bước 4: Tổng hợp kết quả đã phân tích được, hệ thống hoá lại những kiến thức (liênkết từng mặt, từng bộ phận thông tin đã phân tích) tạo ra một hệ thống lý thuyết đầy đủ

và sâu sắc

1.6 Cấu trúc đề tài

Nội dung đề tài gồm 5 chương:

- Chương 1: Giới thiệu đề tài

- Chương 2: Cơ sở lí thuyết

- Chương 3: Ý tưởng và giải pháp thực hiện

- Chương 4: Mô phỏng đề tài trên phần mềm giả lập

- Chương 5: Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG

Chức năng của hệ thống cân bằng điện tử là giúp người lái sẽ có thêm sự hỗ trợ đểkiểm soát được các tình huống rủi ro khi không kịp phản ứng, nhất là khi lái nhữngchiếc xe gầm cao Xe gầm cao thường dễ bị văng, lật khi đánh lái gấp hoặc va chạm,tuy nhiên khi được trang bị hệ thống ESP thì những rủi ro này không còn là nỗi lo củangười lái nữa

Bên cạnh đó, hệ thống ESP còn giúp bánh xe tăng khả năng bám đường, tránh mấtlái khi tăng tốc đột ngột và giúp ô tô giữ được cân bằng tối đa

Hình 2.1 Xe được trang bị hệ thống ESC

4

2.1.2 Phân loại

Một số loại hệ thống cân bằng điện tử:

- Hãng Audi: Electronic Stability Program (ESP)

- Hãng BMW: Dynamic Stability Control (DSC)

- Hãng Jaguar: Dynamic Stability Control (DSC)

- Hãng xe Lexus: Vehicle Skid Control (VSC)

- Xe Porsche: Porsche Stability Management (PSM)

- Hãng xe Volkswagen: Electronic Stability Program (ESP)

- Hãng Volvo: Dynamic Stability Traction Control (DTSC)

Tuỳ thuộc vào từng loại xe và hãng sản xuất mà hệ thống cân bằng điện tử sẽ đượccân nhắc lắp đặt sao cho phù hợp Thông thường, các dòng xe đi kèm phụ kiện chínhhãng đảm bảo sự tương thích, chất lượng cũng như chủ xe được hưởng chính sách bảohành tốt nhất

2.2 Cấu tạo, nguyên lí hoạt động của hệ thống cân bằng điện tử

2.2.1 Cấu tạo của hệ thống cân bằng điện tử[6]

Tùy vào từng hãng xe có thiết kế thêm bớt một số bộ phận nhằm tăng tính chính xác

và phong cách riêng biệt Nhìn chung, hệ thống ESP thông thường gồm 5 bộ phậnchính:

- Bộ điều khiển thủy lực

- Cảm biến tốc độ bánh xe

- Cảm biến góc lái

- Hệ số trượt và cảm biến gia tốc ngang

- Bộ vi xử lí điều khiển động cơ

Hình 2.2 Vị trí cảm biến trên ô tô2.2.2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống cân bằng điện tử[7]

Khi xe quay vòng ở tốc độ cao mà người lái đánh lái thiếu sẽ gặp tình trạng bị trượtbánh trước (Understeer) khiến xe có xu hướng bị văng ngang ra khỏi cung đường dựkiến, từ đó dẫn đến nguy cơ lật xe hoặc gây tai nạn Nếu xe được trang bị ESC, khi bắtđầu có xu hướng trượt ngang, cảm biến trượt ngang và góc đánh lái sẽ gửi tín hiệu vềhộp điều khiển, dựa vào đó ESC sẽ tính toán và điều khiển thực hiện việc chủ động tạo

6

một lực phanh ở bánh xe phía đối diện với hướng xe bị trượt, có tác dụng như một tâmquay tạo ra mô men bù lại lực trượt ngang, nhờ đó giữ xe ở trạng thái ổn định và dichuyển theo đúng hướng dự kiến.

Trong trường hợp xe quay vòng ở tốc độ cao và đánh lái quá nhiều khiến đuôi xetrượt khỏi hướng lái dự kiến (Oversteer) Khi nhận được thông tin, hộp điều khiểnESC cũng gửi đi tín hiệu điều khiển thực hiện phanh bánh trước theo phía đối diệnhướng đuôi xe bị văng, lực phanh tạo thành tâm quay sinh ra mô men bù giữ cho xe ởtrạng thái cân bằng và di chuyển ổn định về phía trước theo đúng như mong muốn.Nếu đường quá trơn trượt, lốp quá mòn hay áp suất hơi không đúng tiêu chuẩn làmgiảm khả năng bám đường, hoạt động của ESC có thể bị ảnh hưởng, thậm chí khôngphát huy tác dụng Khi ESC làm việc, đèn cảnh báo trên đồng hồ sẽ sáng nhấp nháy.Trên tất cả các mẫu xe có trang bị ESC đều có một công tắc kích hoạt hoặc tạm ngắtchế độ hoạt động, nhưng để đảm bảo an toàn, tốt nhất nên luôn để ở chế độ kích hoạt

Hình 2.3 Nguyên lí hoạt động khi quay vòng có hỗ trợ ESP

2.3 Giới thiệu về phần mềm Carsim[8]

2.3.1 Khái niệm và lịch sử hình thành

a Lịch sử hình thành

CarSim là sản phẩm phần mềm của Tập đoàn Mechanical Simulation (USA) – mộtcông ty phần mềm chuyên về động lực học xe được thành lập năm 1996 Tiền thân củatập đoàn là Trường Đại học của Viện nghiên cứu giao thông vận tải Michigan(UMTRI) Cho đến nay Mechanical Simulation (USA) đã có hơn 30 năm kinh nghiệmxây dựng và phát triển các phần mềm để mô phỏng động lực học xe

Các sản phẩm của Tập đoàn Mechanical Simulation

8

- CarSim: Mô phỏng động lực học các loại xe ô tô 4 bánh, xe tải nhẹ, xe tảinhỏ, xe ô tô đua; xe có hoặc không có rơ moóc với các phiên bản mô phỏngthời gian thực.

- TruckSim: Mô phỏng động lực học xe tải nặng và xe tổ hợp, dùng lốp đơnhoặc lốp kép

- BikeSim: Mô phỏng động lực học xe máy, được phát hành lần đầu năm2006

- SuspensionSim: Mô phỏng động lực học hệ thống treo của xe, gửi dữ liệu hệthống treo cho CarSim, TruckSim, BikeSim

b Khái niệm

CarSim là phần mềm mô phỏng động lực học xe dựa trên định hướng tính năng,dùng công nghệ VehicleSim (VS) với những đặc điểm sau:

- Được phát triển liên tục kể từ năm 1990

- Dùng mô hình toán học dạng tham số để tái tạo hành vi động lực học cấp độ

2.3.2 Khả năng của phần mềm Carsim

Dự đoán chuyển động tổng thể của xe đối với:

- Kiểm soát lái xe

- Tương tác với nền đường và không khí

Rất chính xác đối với các thử nghiệm mức độ hệ thống cho:

- Phanh, thiết bị lái, gia tốc, độ ổn định

- Các thử nghiệm liên quan đến hệ thống xe

- Rất dễ học và sử dụng

- Nhanh, hỗ trợ phần cứng trong vòng lặp (HIL) thời gian thực

- Làm việc tốt với các phần mềm thứ ba: MatLab, Simulink…

- CarSim có giao diện chuẩn cho MATLAB/Simulink

- CarSim cho phép người dùng xây dựng các kịch bản phức tạp và các chuỗi sựkiện thử nghiệm

- CarSim hỗ trợ:

- Phần mềm trong vòng lặp (Software-in-the-loop)

- Mô hình trong vòng lặp (Model-in-the-loop)

- Phần cứng trong vòng lặp (Hardware-in-the-loop)

- Lái xe trong vòng lặp (Driver-in-the-loop)

- CarSim có giao diện người dùng trực quan và các công cụ phân tích mạnh mẽ

- CarSim hỗ trợ cảm biến xe và chuyển động tương tác để phát triển V2V vàADAS(Advanced Driver Assistance systems)

- CarSim có rất nhiều mẫu ví dụ về xe, đường, và các thủ tục để hỗ trợ người mới

sử dụng

- CarSim có hơn 2200 trang tài liệu hướng dẫn về tất cả các phần của phần mềm

10

- CarSim có bộ dữ liệu ví dụ của 20 kiểu xe (với tổng cộng khoảng 80 biến thể),được dùng trong khoảng 200 mô phỏng mẫu.

- Dùng CarSim là kinh tế so với các công cụ phần mềm thương mại về động lựchọc xe khác

- Công nghệ tương tác Xe-Xe (Vehicle-to-Vehicle V2V)

- Công nghệ tương tác Xe-Hạ tầng (Vehicle-to-Infrastructure V2I)

- Nghiên cứu tiết kiệm nhiên liệu

CHƯƠNG 3 Ý TƯỞNG VÀ GIẢI PHÁP THỰC HIỆN3.1

12

CHƯƠNG 4

CHƯƠNG 5.

14

CHƯƠNG 6.