Báo cáo môn học electronic stability program esp hệ thống cân bằng Điện tử trên Ô tô

- Hệ thống ASR Acceleration Slip Regulator được trang bị nhằm chống hiện tượng trượt quay của các bánh xe chủ động khi xe khởi hành và tăng tốc đột ngột.Hơn nữa ASR còn giúp xe cải thiện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT VĨNH LONG

KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BÁO CÁO MÔN HỌC

ELECTRONIC STABILITY PROGRAM

ESP

HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ TRÊN Ô TÔ

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT Ô TÔ

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Gia Bảo

Trịnh Hoàng Khang MSSV: 16001004

16001077 Lớp: ĐH.CNKTOTO 2016 Khóa: 41

Người hướng dẫn: Lê Minh

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

DANH SÁCH NHÓM THỰC HIỆN

1 16001004 Nguyễn Gia Bảo

2 16001077 Trịnh Hoàng Khang

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện bài thuyết trình này, mặc dù nhóm đã cố gắng nhưng không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy nhóm rất mong nhận được sự quan tâm đóng góp ý kiến của thầy Lê Minh để bài thuyết trình của nhóm được hoàn thiện hơn và qua đó cũng rút ra được những kinh nghiệm quý giá cho bản thân để phục

vụ tốt hơn cho việc học tập và công việc sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ESP 2

1.1 Lời mở đầu 2

1.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản của ESP 2

1.3 Các chức năng bổ sung của ESP 4

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 6

2.1 Lực và moment 6

2.2 Quá trình điều khiển động học của ESP 9

2.2.1 Nguyên lý hoạt động 9

2.2.2 Quá trình điều khiển 11

2.2.2.1 Quay vòng xe 11

2.2.2.2 Khi xe gặp trường hợp khẩn cấp trên đường 12

2.3 Cấu tạo hệ thống ESP 13

2.4 Cấu tạo hệ thống ESP của Bosch sử dụng trên các dòng xe của Audi 13

2.4.1 Cấu tạo cơ bản của hệ thống ESP Bosch 13

2.4.2 Sơ đồ khối về tín hiệu và cơ cấu chấp hành hệ thống ESP của Bosch 14

2.4.3 Quy trình điều khiển 15

2.4.4 Sơ đồ mạch điện hệ thống ESP 16

CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN 19

GIẢI THÍCH TỪ VIẾT TẮT 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

I Đặt vấn đề LỜI MỞ ĐẦU

Trong sự phát triễn của xã hội thì nhu cầu đi lại của con người ngày càng nhiều.Trong hiện trạng đó ô tô là sự chọn lựa của rất nhiều người bởi vì tính tiện dụng,nhưng hằng năm thì có có rất nhiều vụ tại nạn giao thông Nên trước tình hình đó córất nhiều hệ thống giúp đảm bảo an toàn cho những nguời sử dụng mà trong đó cómột hệ thống là hệ thống cần bằng điện tử trên ô tô giúp kết nối các hệ thống giúp

an toàn khác lại và đồng thời nó còn giúp cho xe hoạt động ổn định và cần bằng

II Lý do chọn đề tài

Hệ thống cần bằng điện tử trên ô tô là một đề tài hay cho việc nghiên cứu và báocáo nhóm

III Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu về hệ thống cân bằng điện tử trên ô tô (ESP)

IV Mục tiêu nghiên cứu

Trang bị cho sinh viên đầy đủ và toàn diện kiến thức Qua đó giúp sinh viên nắmvững kiến thức về hệ thống cân bằng điện tử trên ô tô

V Phạm vi nghiên cứu

Bài thuyết trình được nghiên cứu trong suốt quá trình học học phần này, với chủ

đề “Hệ thống cân bằng điện tử trên ô tô (ESP)” và đây là chủ để với những nội dung

cơ bản và nhiều mội dung mới

VI Phương pháp nghiên cứu

1 Phương pháp logic

Đề tài nghiên cứu có rất nhiều nội dung, nên nhóm sử dụng phương pháp này đểsắp xếp các nội dung lại theo một trật tự có logic

2 Phương pháp thu thập thông tin

Để nghiên cứu và hoàn thiện bài thuyết trình thì có rất nhiều thông tin từ nhiềunguồn khác nhau, nên nhóm đã sử dụng phương pháp thu thập thông tin để tổng hợp

và chọn lọc thông tin, dữ liệu để đưa vào bài thuyết trình

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ESP

1.1 Lời mở đầu

Nếu một chiếc xe được trang bị hệ thống cân bằng điện tử Electronic Stability Program (ESP), nó cũng sẽ bao gồm hai hệ thống an toàn chủ động khác: hệ thống chống bó cứng phanh Anti-lock Brake System (ABS) và Hệ thống chống trượt (ASR)

ABS giúp các bánh xe không bị khóa trong khi phanh

ASR giúp bánh xe không bị trượt trong khi khởi động hoặc tăng tốc

Nếu ABS và ASR tác dụng lên động lực theo chiều dọc của xe thì ESP cũng cải thiện động lực trên bề ngang của thân xe, qua đó giúp xe ổn định ở tất cả các hướng.Nghiên cứu quốc tế cho thấy rằng ít nhất 40% các vụ tai nạn gây tử vong là do các bánh xe bị trượt khỏi đường

Có thể thấy việc xe mất kiểm soát và trượt khỏi làn đường là một trong những nguyên nhân chính của tai nạn giao thông ESP có thể ngăn chặn tới 80% các vụ tainạn liên quan đến trượt

1.2 Nguyên lý hoạt động cơ bản của ESP

ESP luôn luôn được kích hoạt trên xe Nếu chiếc xe di chuyển theo một hướng khác, ESP sẽ phát hiện một tình huống nguy hiểm và phản ứng ngay lập tức – kể cả không có sự can thiệp của người lái xe Nó sử dụng hệ thống phanh của xe để trả lại cho xe quỹ đạo của nó

ESP không chỉ can thiệp ở hệ thống phanh, mà còn có thể can thiệp vào động cơcủa xe giúp tăng/giảm tốc các bánh xe Do đó quỹ đạo của xe được đảm bảo, tronggiới hạn của các định luật vật lý

Xét về hệ thống, ESP là hệ thống bao gồm các hệ thống con sau:

- Hệ thống phanh ABS là hệ thống chống bó cứng xe khi phanh có tác dụng lớnnhất là giảm thiểu tối đa hiện tượng mất lái khi người lái vừa phanh vừa tránh

chướng ngại vật ở tốc độ cao

+ Nguyên lý hoạt động cơ bản: Sự kiểm soát này thông qua ECU điều khiển

và cơ cấu thừa hành gồm một hệ thống van điện từ Các van trong cơ cấu chấphành sẽ điều hòa áp suất phanh của bánh trượt theo các chế độ: tăng, giữ và giảm

- Hệ thống ASR (Acceleration Slip Regulator) được trang bị nhằm chống hiện tượng trượt quay của các bánh xe chủ động khi xe khởi hành và tăng tốc đột ngột.Hơn nữa ASR còn giúp xe cải thiện tính ổn định bằng cách điều chỉnh lực kéo của các bánh xe chủ động.

+ Nguyên lý hoạt động cơ bản: Trong quá trình tăng tốc nếu ASR phát hiệnthấy bánh xe chủ động nào bị trượt cảm biến tốc độ của bánh xe sẽ gửi tín hiệu này đến bộ ECU ECU sẽ ra lệnh cho hệ thống phanh tác động vào bánh xe và làm giảmviệc quay trơn bánh xe Hệ thống ESP cũng gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ

để đóng bớt bướm ga lại hoặc làm chậm thời điểm đánh lửa nhằm giảm mô-men xoắn của động cơ

- Hệ thống EBR (Engine Brake Regulation): có tác dụng chống hiện tượng trượtcác bánh xe chủ động hoạt động ở chế độ không tải cưỡng bức và đảm bảo tính ổnđịnh của xe

+ Nguyên lý hoạt động cơ bản: Ở chế độ không tải cưỡng bức như trườnghợp xe xuống dốc, van bướm ga đóng khi đó xe xuống dốc ở chế độ phanh bằngđộng

cơ nếu xảy ra hiện tượng lực cản của động cơ quá lớn dẫn đến hiện tượng các bánh

xe chủ động bị trượt Lập tức, ESP nhận biết hiện tượng này và gửi tín hiệu đến hộpđiều khiển động cơ nhằm làm giảm sự trượt ở các bánh xe chủ động

 Với sự phối hợp của các hệ thống trên, chức năng của ESP là giảm thiểu hiện tượng “văng đầu” (understeering) và “văng đuôi” (oversteering) khi xe vào cuahoặc tránh chướng ngại vật trong trường hợp khẩn cấp Trong các tình huống đó nếu xảy ra, hệ thống sẽ đảm bảo xe không bị lệch ra khỏi hướng điều khiển của người lái xe

Hình 1.1: Hình minh họa giữa có ESP và không có ESP

Trong một khúc của gấp và ở vận tốc cao xe có thể mất ổn định và mất kiểm soát đối với người lái xe Màu vàng là chiếc xe không có ESP, còn màu đen là chiếc xe được trang bị ESP Xe sau khi mất lái sẽ rơi vào các trường hợp sau:

- Understeer: Cầu trước của xe bị trượt nhiều hơn so với cầu sau của xe khiến

chiếc xe có một xu hướng đi thẳng thay vì theo đường cong Nếu có ESP, thì ESPsẽ can thiệp vào hệ thống phanh bánh xe ở phía trong của cầu sau để điều chỉnh lựcphanh cho phù hợp

- Oversteer: Cầu sau bị trượt nhiều hơn cầu trước, xe có thể có nguy cơ bị lật.

Nếu xe có trang bị hệ thống ESP, thì ESP sẽ gửi tín hiệu đến ECU can thiệp vào hệthống phanh bánh xe ở phía ngoài cầu trước để điều chỉnh lực phanh cho phù hợp.Trong trường hợp người lái vẫn tiếp tục tăng tốc sau khi mất lái: ESP cũng cóthể làm giảm mô-men xoắn động cơ bằng cách điều chỉnh việc nạp nhiên liệu củađộng cơ

1.3 Các chức năng bổ sung của ESP

Ngoài việc ngăn chặn việc trượt khỏi quỹ đạo của xe ESP còn có thể cho ta nhiều hơn thế: ESP có khả năng tác dụng lên hệ thống phanh một cách độc lập mà không phụ thuộc vào vị trí chân phanh chúng ta giúp triển khai một loạt các chức năng bổ sung ESP nhờ đó làm tăng sự an toàn của xe và cung cấp cho người lái một cảm giác thoải mái và một chế độ lái vô cùng linh hoạt

Ngoài một số các chức năng thêm của ESP đã là tiêu chuẩn trên các xe Các chức năng bổ sung của ESP sẽ là một lựa chọn hoặc cũng sẽ là thiết bị tiêu chuẩn tích hợp trên xe trong tương lai trong khi yêu cầu về an toàn và tiện nghi ngày càng cao như:

- Hệ thống bám trên sườn dốc

+ Việc khởi động trên sườn dốc thường gặp những khó khăn nhất là đối với xe tải trọng lớn do ta phải thao tác rất nhanh giữa chân phanh, chân ga và chân côn để ngăn chặn các xe bị trôi xuống dốc

+ Hệ thống ESP có trang bị hệ thống bám trên sườn dốc sẽ giúp khởi động ởsườn dốc dễ dàng hơn bằng cách vẫn duy trì áp lực ở phanh trong khoảng 2 giây sau khi người lái nhấc chân khỏi chân phanh Do đó, người lái có đủ thời gian để chuyển từ chân phanh sang chân ga mà không cần phải sử dụng phanh tay

- Trợ giúp phanh khẩn cấp: Khi phanh khẩn cấp, người lái thường không áp dụng

đủ áp lực lên chân phanh Đối với hệ thống ESP có trang bị trợ giúp phanh khẩn cấp qua việc giám sát áp lực trên bàn đạp phanh và sự thay đổi đột ngột của áp lực sẽ giúp ECU biết được khi nào cần hỗ trợ người lái trong việc dừng xe Khi phát hiện người lái không phanh đủ mạnh, hệ thống sẽ làm tăng lực phanh tối đa Nhờ

đó, quãng đường di chuyển của xe trước khi dừng hẳn cũng sẽ giảm

- Thích ứng với tải trọng: Tải trọng xe có một tác động rất lớn lên phanh, độ bámđường và sự cân bằng của xe thích ứng tải xác định những thay đổi của khối lượng

xe và trọng tâm của xe sau đó sẽ có những điều chỉnh tương ứng nhờ vào các biện pháp can thiệp của ESP

- Dự báo lật xe: Đối với các dòng xe bán tải, do tâm xe cao hơn các loại xe cá nhân, nên nguy cơ lật xe tăng lên rất nhiều Chức năng dự báo lật xe sử dụng

các

cảm biến của hệ thống ESP và can thiệp khi chiếc xe có nguy cơ bị lật ECU sẽ điều khiển tác động lên từng bánh xe riêng lẻ hay làm giảm lực tác dụng của động cơ để ngăn chặn xe bị lật và giữ xe cân bằng

- Hệ thống giám sát áp suất lốp: Áp suất trong lốp giảm có thể dẫn đến một sự khác biệt về tốc độ, độ bám mặt đường tại các bánh xe có liên quan Bằng việc so

sánh tốc độ từng bánh xe sẽ cho ta biết bất kỳ sự thay đổi về áp suất Tính năng nàysẽ giúp kiểm soát áp suất lốp xe nên sẽ tránh việc phải sử dụng thêm các cảm biến

áp suất trong lốp xe

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Và ngoài trọng lực, còn những thành phần lực tác dụng vào xe chúng ta như:

1 Lực kéo (Tractive Force)

2 Áp lực phanh (Brake Pressure) – Lực chống lại lực kéo

3 Lực bên (Lateral Force) – Lực tạo ra khả năng quay vòng cho ô tô

4 Lực bám mặt đường (Adhesion Force) – Lực bám là kết quả chính của trọnglực, lực ma sát và một số lực khác

Hình 2.1: Lực tác động vào bánh xe

Bên cạnh đó, ô tô vẫn chịu tác động của các lực dưới đây:

1 Moment quay vòng (Yaw moment) – Lực giúp Ô tô chuyển hướng

2 Moment bánh xe (Wheels Moment) – Lực giữ cho ô tô chuyển động

3 Một số lực khác như lực khí động học (aerodynamic drag)

Hình 2.2: Moment tác động lên ô tô

Để tìm ra mối tương quan giữa những lực được liệt kê ở trên, ta sử dụngvòng tròn ma sát Kamm Bán kính của vòng tròn Kamm được định nghĩa bởilực bám

giữa đường và các bánh xe Nói cách khác, bán kính vòng tròn ma sát sẽ nhỏ đi khilực bám giữa bánh xe và mặt đường nhỏ (vòng tròn a) và bán kính vòng tròn masát sẽ lớn khi lực bám giữa bánh xe và mặt đường lớn (vòng tròn b)

Những vấn đề cơ bản trong vòng tròn ma sát Kamm chính là tổng hợp lực G(theo nguyên tắc hình bình hành) của lực ngang (Lateral Force) S và lực phanhhoặc lực kéo B.

Ô tô chỉ ổn định khi lực tổng hợp G nằm trong vòng tròn tròn ma sát Nếu lựctổng hợp G nằm ngoài vòng tròn ma sát, ô tô sẽ không điều khiển được (mấtkhả năng lái)

Hình 2.6

3 Khi tổng hợp lực giữa áp lực phanh và lực quay vòng bằng với áp lực

phanh, bánh xe sẽ bị khóa Ô tô sẽ không thể thực hiện quay vòng nữa do không còn lực quay vòng Một trường hợp tương tự xảy ra giữa công suất đầu vào của động cơ

(Input Power) và lực quay vòng Nếu lực quay vòng bằng không do công suất đầu vào được sử dụng hoàn toàn, lúc đó bánh xe sẽ quay trơn (bị trượt)

Hình 2.7 2.2 Quá trình điều khiển động học của ESP

Hệ thống ESP sẽ trả lời câu hỏi số 1 từ cảm biến góc lái và cảm biến tốc độ tại các bánh xe.

Tiếp theo đó câu hỏi số 2 sẽ được cung cấp bởi cảm biến quay vòng (Yaw

sensor) và cảm biến nhận biết tăng tốc lực ngang (Lateral acceration)

Từ những thông tin từ cảm biến trên, ESP sẽ trả lời được các câu hỏi và cho ra thông tin là a và b Từ đó, ESP giả định được là trường khẩn cấp có thể xảy ra và

từ đó can thiệp vào các hệ thống điều khiển

Hình 2.9

- Nếu ô tô đang có nguy cơ bị Oversteer Bằng cách cho phanh trước nằm ngoài(tâm quay) hoạt động 1 cách hiệu quả (điều chỉnh lực phanh phù hợp) và can thiệpvào hệ thống quản lý hộp số và động cơ, ESP sẽ ngăn chặn được ô tô đi lệch khỏi hiện tương trượt.

Hình 2.10 2.2.2 Quá trình điều khiển

ESP có thể ngăn chặn được cả trường hợp Understeer & Oversteer

2.2.2.1 Quay vòng xe

Nguyên lý hoạt động cơ bản của ESP là theo dõi tình trạng hoạt động của xe

Ví dụ như chiếc xe ủi muốn thực hiện quay vòng sang trái Bánh xe bên góc sẽ bịphanh lại và bánh xe bên ngoài sẽ tăng tốc để quay vòng để trả về hướng đi ban đầu,bánh xe mà lúc trước bị phanh lại bây giờ sẽ tăng tốc để quay vòng và bánh còn lại sẽ bị phanh lại

2.2.2.2 Khi xe gặp trường hợp khẩn cấp trên đường

ESP còn có thể can thiệp sâu vào hệ thống điều khiển khi xe đang di chuyển trên đường

Ví dụ sau đây để thể hiện xe không có trang bị ESP khi gặp trường hợp khẩn cấp:

- Trường hợp ô tô cần phải tránh vật đột ngột xuất hiện trên đường Ngay ban đầu, tài xế sẽ bẻ lái rất nhanh về phía tay trái và sau đó lập tức đánh lái về phía tayphải

- Ô tô sẽ mất ổn định do việc đánh lái của tài xế và chuyển động ở bánh xe phía sau không theo nguyên lý hoạt động hệ thống lái Tài xế sẽ không thể làm chủ được

sự quay vòng của ô tô quanh trục thẳng đứng

Hình 2.12: Hình ảnh mô phỏng ô tô né chướng ngại vật khi không có trang bị

ESP

Hãy cùng quan sát cùng trường hợp này với ô tô có trang bị hệ thống ESP

Khi ô tô có dự định là tránh vật thể Dựa trên dữ liệu được cung cấp từ các cảm biến, ESP nhận diện được ô tô chuẩn bị mất cân bằng Lúc đó hệ thống sẽ tính toán

để chống lại sự mất cân bằng nó:

- ESP sẽ phanh bánh trái ở phía sau lại Nó sẽ hạn chế lại sự chuyển động của

ô tô do đó lực ngang tác động lên bánh trước giữ được sự ổn định của xe

- Khi mà ô tô lảo đảo qua hướng trái, tài xế bẻ lái theo hướng phải Để giúp tài

xế đánh lái tối đa nhưng vẫn giữ được khả năng lái, Bánh xe trước phải sẽ bị phanh lại Lực tác động lên bánh sau sẽ quay tự do để đảm bảo tối ưu sự hình thành lực quay vòng của các bánh xe ở cầu sau

- Việc chuyển làn đường nhanh chóng sẽ làm ô tô quay quanh trục thẳng đứng

Để ngăn cản việc bánh xe phía sau khỏi việc mất lái, bánh xe trước trái sẽ bị phanh

lại Trong trường hợp nguy hiểm, bánh xe này sẽ bị phanh với lực phanh khá lớn

để giới hạn được sự hình thành lực quay vòng ở cầu trước (Vòng tròn ma sát

Kamm)

- Khi tất cả yếu tố gây mất ổn định xe được điều chỉnh, ESP kết thúc sự điềukhiển của nó và tiếp tục giám sát tình trạng hoạt động của xe

2.3 Cấu tạo hệ thống ESP

Như đã đề cập ở trên, hệ thống ESP được xây dựng dựa trên những lý thuyết về

hệ thống TRC (HT điều khiển lực kéo)

Tuy nhiên, ESP có thêm những chức năng: Hệ thống ESP có thể nhận biết và cảithiện tình trạng không ổn định của ô tô khi khởi động ở thời gian đầu (khi động cơ còn nguội), như hiện tượng trượt

ESP cần những tín hiệu đầu vào để tính toán, nhận biết tình trạng xe và thực hiện các chức năng điều khiển, các hệ thống ESP của từng hãng sẽ có những giá trị đầu vào khác nhau nhưng tổng quan, 1 hệ thống ESP cần có các thông số tín hiệu như:

- Tỷ lệ quay vòng xe (Rate of Yaw)

- Gia tốc quay vòng (Lateral acceleration)

- Tốc độ bánh xe (Wheel speeds)

- Góc lái (Steering Angle)

- Áp suất phanh (Brake Pressure)

Chính vì vậy, một số chi tiết cần phải có đối với 1 hệ thống ESP cơ bản:

- Hộp điều khiển ESP bao gồm thiết bị điều khiển và cơ cấu chấp hành

- Cảm biến tốc độ bánh xe

- Cảm biến quay vòng xe (quanh trục thẳng đứng) – Yaw rate

- Cảm biến đo gia tốc quay vòng xe (Sensor measures Lateral accerelation)

- Cảm biến đo gia tốc xe (Sensor measures Longitudinal accerelation)

- Cảm biến đo góc lái (Steering – angle sensor)

- Cảm biến áp suất phanh ( Internal Brake pressure sensor)

- Cảm biến đo chiều dày má phanh (Brake pad wear sensor)

- …