hệ thống ổn định điện tử esc

Và còn rất nhiều các hệ thống đợc ứng dụng trên nhiều xe khác nhau.Các hệ thống trên hỗ trợ ngời lái trong quá trình phanh, quá trình khởi hànhhay khi chuyển động trên các loại đờng trơn

Hệ thống ổn định điện tử esc

Mục lục

Mục lục………2

Lời nói đầu……… 4

Chơng I tổng quan về đề tài ……….6

i- đặt vấn để……… 6

II- mục đích, phơng hớng nghiên cứu và nhiệm vụ của đề tài……… 8

1- mục đích của đề tài………8

2- Phơng hớng nghiên cứu của đề tài……… 9

3- Nhiệm vụ của đề tài………9

II- TổNG QUAN Về Hệ ThốNG ESC 9

1- Qúa trình hình thành và phát triển……… 10

2- Cơ sở cho sự ra đời của hệ thống ESC………11

Chơng ii Cơ sở lý thuyết của hệ thống ESC………… 15

I- Động lực học ô tô khi phanh 15

II- động lực học ô tô khi khỏi hành hoặc tăng tốc.20 III- Sự ổn định động học của ô tô khi quay vòng 26

CHơng iii Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ESC 29

i- các phần tử cơ bản của hệ thống 29

1- bộ phận thủy lực 29

2- Cảm biến góc xoay vô lăng 30

3- Cảm biến độ lệch ngang thân xe 31

4- Cảm biến tốc độ góc bánh xe 32

II- HOạT Động củA Hệ THốNG esc 33

1- Hoạt động của ESC khi phanh 36

1.1- Trạng thái phanh bình thờng 36

1.2- Trạng thái phanh khẩn cấp 37

2- Hoạt động của ESC điều khiển sự ổn định của ô tô khi chuyển động 40

2.1- Hoạt động của ESC khi xe quay vòng thừa 44

2.2- Hoạt động của ESC khi xe quay vòng thiếu 49

2.3- Điều khiển phanh khi chuyển động trên đờng vòng 51

Kết luận 54

Tài liệu tham khảo 56

Lời nói đầu

Sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô Việt Nam mới bắt đầu, vớichiến lợc phát triển của nhà nớc, chính sách nội địa hoá phụ tùng ô tô trongviệc sản xuất và lắp ráp ô tô tạo điều kiện cho các nhà thiết kế nghiên cứu,chế tạo các cụm, các hệ thống trên ô tô trong nớc trong đó có các hệ thốngnâng cao tính năng an toàn cho ngời sử dụng Vấn đề nghiên cứu nâng caotính năng an toàn cho ngời sử dụng thông qua kết cấu và điều khiển là vôcùng quan trọng Do đờng xá ngày càng đợc cải thiện tốt hơn, tốc độ pháttriển nghành giao thông vận tải tăng nhanh cho nên tốc độ chuyển động của

ô tô cũng ngày càng đợc nâng cao Tuy nhiên, cùng với những sự phát triển

đó mật độ phơng tiện cơ giới trên đờng ngày càng cao, vấn đề tai nạn giaothông trên đờng là vấn đề quan tâm hàng đầu Chính vì vậy, chúng em chọnnghiên cứu về đề tài:

“Nghiên cứu hệ thống ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô ESC

(Electronic Stability Control)”

Với tình hình hiện nay ngành công nghiệp ô tô của ta chủ yếu là lắpráp nên để có thể độc lập chế tạo trong tơng lai rất cần những nghiên cứu ứngdụng trong thực tiễn Đây là một hệ thống khá mới và hiện đại đợc ứng dụngtrên ô tô, đặc biệt với nghành công nghiệp ô tô Việt Nam Mặt khác, tài liệu

chuyên sâu về hệ thống của các nhà sản xuất không đợc công khai rộng rãi,cùng với trình độ chuyên môn cha sâu rộng, do vậy mà việc nghiên cứu cụthể kết cấu, cấu tạo và nguyên lý của hệ thống gặp nhiều khó khăn và cónhiều thiếu xót Rất mong sự phê bình, đóng góp ý kiến của các thầy tronghội đồng giám khảo và những ngời quan tâm đến đề tài

Xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Tuấn Anh là ngời đã trực tiếp hớngdẫn và giúp đỡ chúng em nghiên cứu đề tài Chân thành cảm ơn các thầy

trong Bộ môn Cơ khí ô tô - Khoa Cơ khí – Trờng Đại học G.T.V.T Hà nội đãgiúp đỡ và góp ý cho đề tài trong quá trình thực hiện.

Nhóm Sinh viên:

Cơ khí Ôtô A- K45

Chơng I Tổng quan về đề tài

I- Đặt vấn đề

Nh chúng ta đã biết, sự ra đời của chiếc ô tô đầu tiên trên thế giới đã

đánh dấu một bớc ngoặt lớn trong đời sống của nhân loại Ô tô không chỉgiúp chúng ta di chuyển từ nơi này sang nơi khác một cách nhanh chóng hayvận chuyển hàng hoá dễ dàng, thuận tiện mà nó còn đóng vai trò nh một thiết

bị đảm bảo an toàn cho con ngời khi tham gia giao thông vận tải Ngay từ khi

ra đời những chiếc ô tô đã khẳng định đợc vai trò quan trọng của mình trong

đời sống của con ngời, cùng với sự phát triển của giao thông vận tải ngànhcông nghiệp ô tô cũng theo đó không ngừng thay đổi theo chiều hớng tíchcực nhất Ngày nay, những chiếc ô tô đã trở nên quen thuộc với chúng ta hơnbao giờ hết và mỗi chúng ta dù ít, dù nhiều đều đợc hởng những tiện ích màchúng mang lại Nhng song song tồn tại cùng sự phát triển của ngành giaothông vận tải là những vụ tai nại cũng ngày càng gia tăng bởi rất nhiềunguyên nhân và góp mặt trong đó là nguyên nhân về tính an toàn của các ph-

ơng tiện tham gia lu thông trên đờng, ô tô cũng là một trong số các phơngtiện đó Vì vậy, một nhu cầu cấp thiết đặt ra là cần có các hệ thống, cũng nhcác phơng tiện có tính năng đảm bảo an toàn tối đa cho con ngời cũng nhhàng hoá tham gia lu thông trên các cung đờng

Đứng trớc nhu cầu đó rất nhiều các thiết bị công nghệ đã đợc nghiêncứu và phát triển nhằm giảm thiểu tai nạn xuống mức thấp nhất Ngành côngnghiệp ô tô cũng không loại trừ khỏi nhu cầu đó, hầu hết các hãng ô tô trênthế giới đều đã dành những khoản kinh phí rất lớn cho việc nghiên cứu tíchhợp các hệ thống an toàn trên các dòng xe của mình Ngày nay, gần nh toàn

bộ các hệ thống, tổng thành trên ô tô đã đợc can thiệp bởi các hệ thống tíchhợp cơ khí hay điện tử nhằm tạo ra sự tiện nghi và an toàn cao nhất cho ngời

sử dụng

Hiện tại, đã có rất nhiều hệ thống đợc nghiên cứu và ứng dụng trên xecủa các hãng sản xuất ô tô và chúng mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc đảmbảo an toàn cho ngời sử dụng nh :

+ Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh - ABS (Antilock BrakingSystem)

+ Hệ thống phân phối lực phanh điện tử - EBD (Electronic Brake force

Distribution)

+ Hệ thống kiểm soát lực kéo - TRC (Traction Control System).

+ Hệ thống điều khiển góc quay của xe quanh trục dọc xe AYC (Active

Yaw Control)

+ Hệ thống túi khí vv

Và còn rất nhiều các hệ thống đợc ứng dụng trên nhiều xe khác nhau.Các hệ thống trên hỗ trợ ngời lái trong quá trình phanh, quá trình khởi hànhhay khi chuyển động trên các loại đờng trơn trợt có hệ số bám thay đổi,chúng chủ yếu tác động đến lực phanh, lực kéo nhằm kiểm soát sự trợt củacác bánh xe và chúng thờng đợc ứng dụng một cách độc lập trên xe

Tuy nhiên nguyên nhân gây tai nạn không chỉ đơn thuần là do sự trợtcủa các bánh xe trên đờng, trên thực tế đã có rất nhiều những tai nạn đángtiếc xảy ra do hiệu quả phanh kém hoặc khi phanh xảy ra hiện tợng bó cứngbánh xe làm mất khả năng điều khiển hoặc khi ô tô khởi hành hay tăng tốc

đột ngột trên đờng có hệ số bám thấp thì rất có thể các bánh xe chủ động bịtrợt quay tại chỗ dẫn đến làm mất mát mô men chủ động và có thể làm trợt

xe Đặc biệt có những trờng hợp ô tô mất ổn định động học trong quá trìnhtăng tốc hay quay vòng( quay vòng thừa hoặc quay vòng thiếu) cũng dẫn đếncác tình huống nguy hiểm cho ô tô Ô tô chuyển động trên đờng với quỹ đạorất phức tạp, nếu ô tô chuyển động với tốc độ cao, gặp chớng ngại vật cầnphanh gấp hoặc cần đổi hớng chuyển động một cách đột ngột để tránh chớngngại vật có thể làm xe bị lật

Các nguyên nhân trên đặt ra cho chúng ta một vấn đề là cần có một hệthống kết hợp các hệ thống trên để có thể kiểm soát đợc tất cả các tình huống

xảy ra làm mất ổn định cho ô tô Và hệ thống :“ ổn định quỹ đạo chuyển

động điện tử ESC (Electronic Stability Control)” có thể giải quyết đợc vấn

đề này Nh đã nói ở trên đây là một hệ thống rất mới và có nhiều tiện ích nênviệc nghiên cứu nó là một vấn đề cần thiết để có thể hiểu rõ và ứng dụng vàothực tiễn ở Việt Nam

đề tài

1- Mục đích của đề tài

Do hệ thống ESC còn khá mới mẻ và cha đợc phổ biến ở Việt Nam, nênmục đích chủ yếu của đề tài là xây dựng đợc những hiểu biết cơ bản nhất về

hệ thống và giới thiệu đến những ngời quan tâm Từ đó làm cơ sở lý thuyết,tài liệu tham khảo để có thể tiếp tục nghiên cứu sâu hơn và ứng dụng trongthực tiễn công việc sau này

2- Ph ơng h ớng nghiên cứu của đề tài.

Dựa trên các tài liệu về hệ thống của các hãng sản xuất ô tô lớn nh:Mercedes-Benz, BMW, Toyota, Honda Và một số tài liệu khác, đề tài tậptrung vào giới thiệu một cách tổng quan nhất về hệ thống, để có những hiểubiết cơ bản về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cũng nh các tác dụng mà hệthống mang lại cho chúng ta

3- Nhiệm vụ của đề tài.

• Giới thiệu tổng quan về hệ thống ESC

• Xây dựng cơ sở lý thuyết cho hoạt động của hệ thống ESC

• Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống

III- Tổng quan về hệ thống ESC

1- Quá trình hình thành và phát triển.

• ESC là tên viết tắt của Electronic Stability Control, là một trong những

hệ thống an toàn đợc trang bị trên ô tô hiện đại ngày nay Hệ thống này đợc

một kỹ s ngời Đức triển khai đầu tiên với tên gọi Elektronisches Stabilitọts

Program (ESP) và đợc hai hãng sản xuất ô tô là Mercedes-Benz và BMW

ứng dụng lần đầu tiên trên ô tô vào năm 1995 Sau đó nó đợc giới thiệu tạihội trợ triển lãm ô tô Mỹ với cái tên ESC (Electronic Stability Control) và saunày tên gọi ESC trở thành thông dụng với sự chấp nhận của hiệp hội kỹ s ô tô

Mỹ, mặc dù cũng có rất nhiều tên gọi khác nhau tuỳ theo nhà sản xuất

• Có thể nói ESC là hệ thống còn rất mới mẻ đối với nớc ta nhng trên thếgiới thì ESC đã trở thành một hệ thống khá quen thuộc đối với ngành công

nghiệp ô tô nói riêng và với ngời sử dụng ô tô nói chung Sự phổ biến của hệthống này có thể thấy rõ qua những số liệu sau: ESC là tiêu chuẩn trên 40%

xe khách năm 2006 và tuỳ chọn trên 15% với các loại xe khác tại Đức Nó làtiêu chuẩn trên mọi xe: Audi 2006, BMW, Infiniti, Mercedes-Benz, Porsche.Tám hãng chế tạo ô tô khác là: Cadillac , Jaguard, Randrover, Lexus, Mini,Toyota, Volkswagen, Volvo cũng đã đa ra ít nhất là tùy chọn trên tất cả cácmẫu xe

• Sau những nghiên cứu trong năm 2004 của cục an toàn giao thông quốcgia Mỹ, một số nhà sản xuất thông báo kế hoạch chế tạo chuẩn ESC trên tấtcả các mẫu xe SUV Tỷ lệ những xe SUV có trang bị ESC nh một thiết bịchuẩn đã và đang phát triển nhanh trên thị trờng ô tô Hiện tại khoảng 70%

số xe thể thao đa dụng SUV và 40% xe du lịch tại Mỹ đợc trang bị ESC nhmột thiết bị tiêu chuẩn

• Mới đây viện nghiên cứu bảo hiểm an toàn giao thông quốc gia Mỹ(IIHS)tuyên bố “Hệ thống ổn định điện tử ESC” sẽ là thiết bị chuẩn trên tất cả các

xe ô tô ở nớc này.

• Hiện nay, ngoài tên gọi phổ biến là ESC (Electronic Stability Control) và

ESP (Electronic Stability Program) thì hệ thống ổn định điện tử còn đợc gọi

biết đến với nhiều tên khác, tùy theo từng hãng sản xuất mà có các tên khácnhau, ví dụ:

+) Audi: ESP - Electronic Stabilization Program

+) Chevrolet: StabiliTrak (except Corvette - Active Handling)

+) Chrysler: Electronic Stability Program (ESP)

+) Fiat: Electronic Stability Program (ESP)

+) Ferrari: Control Stability (CST)

+) Ford: AdvanceTrac and Interactive Vehicle Dynamics

+) Hyundai: Electronic Stability Program

+) Honda: Electronic Stability Control (ESC) and Vehicle

Stability Assist (VSA)

+) Infiniti: Vehicle Dynamic Control (VDC)

+) Jaguar: Dynamic Stability Control (DSC)

+) Jeep: Electronic Stability Program (ESP)

+) Land Rover: Dynamic Stability Control (DSC)

+) Lexus: Vehicle Stability Control (VSC) and Traction

Control (TRAC) systems +) Lincoln: AdvanceTrak

+) Mazda: Dynamic Stability Control

+) 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 Stability Control (VSC)

2- Cơ sở cho sự ra đời của hệ thống ESC

Trớc hết chúng ta cần hiểu thế nào là tính ổn định của ô tô Nói mộtcách khái quát, tính ổn định của ô tô là khả năng đảm bảo giữ đợc quỹ đạochuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau Tùythuộc điều kiện sử dụng, ô tô có thể đứng yên, chuyển động trên đờng dốc(đờng có góc nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang), có thể quay vòng hoặcphanh ở các loại đờng khác nhau (đờng tốt, đờng xấu, đờng trơn trợt ).Trong những điều kiện chuyển động phức tạp nh vậy, ô tô phải giữ đợc quỹ

đạo chuyển động của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trợt hoăc xekhông bị nghiêng, cầu xe bị quay lệch trong giới hạn cho phép để đảm bảocho xe chuyển động an toàn Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô, rất nhiều hệ thống tích hợp trên ô tô cũng đợc nghiên cứu và phát triểnnhằm đảm bảo sự ổn định cho xe

Năm 1949 bộ chống hãm cứng bánh xe ABS đợc sử dụng đầu tiêntrong ngành hàng không, ABS lúc đó là loại cơ khí Trong quá trình phát

triển, ABS đã đợc cải tiến từ loại cơ khí sang loại điện và nay là loại điện tử.Trong ngành ô tô thì ABS xuất hiên đầu tiên vào năm 1969, trên thế giớinhiều hãng đã đi sâu nghiên cứu để trang bị cho ô tô của mình nh: Ford, GM,Bendix, Fiat, Toyota, Hệ thống ABS có hiệu quả rất cao trong việc chốnghãm cứng bánh xe khi phanh Tuy nhiên hệ thống ABS thông thờng chỉ cótác dụng trong việc hãm cứng bánh xe mà không có hiệu quả trong việc phân

bố lực phanh cho các bánh xe khi trọng tải trên các cầu thay đổi, vì thế màhiệu quả phanh đạt đợc là không cao nhất Để giải quyết khuyết điểm này,trên hệ thống ABS đã đợc tích hợp thêm hệ thống phân phối lực phanh điện

tử EBD (Electronic Brake-force Distribution) EBD là một công nghệ chophép tăng lục phanh của xe hoặc ứng dụng một cách tự động tùy theo điềukiện đờng, tốc độ của xe, tải trọng của xe EBD theo dõi quá một cách tự

động thông qua các cảm biến những điều kiện của đờng theo dõi áp suất củabàn đạp phanh, tải trọng của xe để xác định thời điểm áp dụng lực ép tới các

xy lanh bánh xe Các cảm biến đợc thiết kế để theo dõi sự chuyển động củacác bánh xe và xác định dựa trên cơ sở tải trọng, thông số mà các bánh xephải sử dụng lực tác dụng nhiều nhất ứng với từng điều kiện Nhờ sự phânphối lực phanh một cách chính xác tự động kết hợp với hệ thống ABS sẽ làmtăng khả năng chống bó cứng bánh xe trong các điều kiện chuyển động khácnhau nh khi quay vòng Nhờ đó tăng tính ổn định hớng chuyển động của xe.Tuy nhiên trong quá trình chuyển động của ô tô có rất nhiều yếu tố dẫn đếnmất ổn định xe ở đờng có hệ số bám thấp , các bánh xe chủ động dễ bị trợtquay nếu xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột do lực kéo vợt quá giới hạn bámgiữa lốp và mặt đờng, làm mất mát mô men chủ động và xe mất ổn định Đểkhắc phục hiện tợng này, phần lớn các xe ngày nay đợc trang bị hệ thốngkiểm soát lực kéo TRC ( Traction Control System) Hệ thống này thiết kế dựatrên cơ sở của một hệ thống ABS Khi có hiện tợng trợt quay của bánh xe, hệthống TRC sẽ có đồng thời hai tác dụng: làm giảm mô men xoắn của độngcơ bằng cách đóng bớt bớm ga mà không phụ thuộc vào ý định của ngời lái

và cùng lúc đó kết hợp với hệ thống ABS điều khiển hệ thống phanh tác dụnglên các bánh xe chủ động,vì vậy làm giảm mô men kéo truyền tới mặt đờngtới một giá trị phù hợp Nhờ đó xe có thể khởi động và tăng tốc một cáchnhanh chóng và ổn định

Trên một số xe hiện nay trong trờng hợp phanh khẩn cấp nh gặp chơngngại vật đột ngột ngời lái xe đặc biệt là ngời thiếu kinh nghiệm , thờng hoangmang va phản ứng không kịp thời nên đạp chân lên bàn phanh không đủmạnh , do đó không đủ lục phanh để dừng xe, Lực phanh tác dụng lên bàn

đạp cũng yếu dần đi trong quá trình phanh làm giảm tác dụng phanh

Bằng cách nhận biết tốc độ và lực tác dụng lên bàn đạp phanh của ngờilái xe, một hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp BAS – Brake Assist System sẽ

tự động cung cấp thêm một lực phanh lớn hơn nhiều so với lực phanh do ngờilái tạo ra để dừng hẳn xe

Do sự phát triển , ngày nay ESC la kết hợp của tất cả các hệ thốngtrên ESC ngày càng đợc tích hợp nhiều hệ thống đi cùng để nhằm tăng tính

an toàn cho xe

Có thể nói hệ thống ổn định điện tử ESC là một thành tựu mới củangành công nghiệp ô tô trong việc nâng cao tính an toàn cho ngời sử dụng

Sự ra đời của ESC gắn liền với quá trình hoàn thiện của các hệ thống điện tửkhác liên quan đến tính an toàn đó là: Hệ thống chống bó cứng bánh xe khiphanh ABS (Antilock Braking Sytem), hệ thống kiểm soát lực kéo TRC, hệthống phân phối lực phanh điện tử EBD Và ESC chính là sự kết hợp củacác hệ thống này, nó làm việc dựa trên cơ sở kế thừa và phát huy nhng u

điểm của các hệ thống trên và kết hợp chúng một cách hoàn hảo Ta có thểtóm tắt qua sơ đồ sau:

• Từ sơ đồ trên ta có thể thấy hệ thống ESC làm việc dựa trên nền tảng sựkết hợp của hệ thống ABS phức hợp và hệ thống TRC Chính nhờ sự kết hợpnày nên hầu hết các nguyên nhân gây mất an toàn cho xe đều đợc kiểm soát

và ngăn chăn một cách kịp thời ngay khi nó có xu hớng xảy ra Sau đâychúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về hệ thống ESC

Chơng II Cơ sở lý thuyết của hệ thống ESC

I

• Quan hệ giữa lốp và mặt đờng :

Lực phanh sinh ra ở mỗi bánh của ô tô trong suốt quá trình phanh là mộthàm của phản lực từ mặt đờng tác dụng vuông góc lên bánh xe và hệ số bámgiữa lốp và mặt đờng

Ta có sơ đồ động lực học của ô tô nhh sau :

Quan hệ giữa trọng lợng đặt lên bánh xe và lực phanh đợc biểu diễn bởicông thức (1-1):

xe trên các bề mặt đờng khác nhau trình bày trên hình 1-1

• Lực phanh sinh ra phụ thuộc vào mức độ trợt bánh xe Nếu bánh xe

tr-ợt hoàn toàn, không có lực phanh Mối quan hệ này là nguyên tắc cơ bản

20 0.2 0.4 0.6 0.8

để hiểu quá trình phanh và không dễ quan sát khi độ trợt gần 100% (bánh

xe trợt lết hoàn toàn) khó nhận thấy khi không có thiết bị chuyên dùng

• Lực phanh cao nhất có đợc khi mức độ trợt nhỏ Khi cung cấp lựcphanh quá lớn sẽ gây ra trợt 100 % và nh thế sẽ không sinh ra lực phanhcực đại, vì vậy cần điều khiển áp suất phanh cung cấp bằng kỹ năng củangời lái hoặc thông qua bộ điều khiển chống hãm cứng để quãng đờngphanh ngắn nhất trên hầu hết các bề mặt

• Lực phanh sinh ra biến đổi nhiều theo bề mặt đờng Quãng đờngphanh và gia tốc phanh rất dễ nhận ra khi phanh trên đờng asphalt khô sosánh với phanh trên đờng đóng băng

• Khi vợt qua điểm có hệ số bám lớn nhất đờng cong ϕ (λ) (λ - độ trợt)

sẽ đi xuống Điều này nói lên rằng, khi lực phanh bằng với lực bám cực

đại thì tăng thêm lực phanh cũng không có kết quả và giải thích đợc vì saomột ngời lái có kinh nghiệm có thể đạt đợc quãng đờng phanh ngắn hơn

đáng kể hơn một ngời lái xe thiếu kinh nghiệm

• Một đặc điểm khác quan trọng của lốp ôtô trong khi phanh sinh ra lựcbên chống lại sự trợt bên phản Lực bên là lực giữ cho lốp xe khỏi trợt theophơng vuông góc với phơng chuyển động của xe Công thức lực bên đợcviết nh sau:

td y

+ Trong đó : Fy - lực bên

ϕy- hệ số bám ngang giữa lốp và mặt đờng

• Hệ số bám ngang giảm nhanh khi một bánh xe bắt đầu trợt dọc Khibánh sau trợt quá lớn dẫn đến mất lực bên sẽ góp phần làm không ổn địnhphần đuôi xe dẫn đến sự trợt ngang khi có lực bên nhỏ tác động vào xe.Bánh xe trợt quá lớn dẫn đến mất lực bên tác động lên các bánh trớc của

xe làm tăng khả năng mất lái; hiện tợng mất lái này thờng xảy ra khiphanh gấp trên đờng có hệ số bám thấp nh đờng đóng băng, tác dụng lựcphanh quá lớn làm cho lốp ở trạng thái trợt 100%

•Trong quá trình phanh ô tô thờng xảy ra sự trợt tơng đối của bánh xevới mặt đờng , mà hệ số bám của bánh xe và mắt đờng lại phụ thuộc rấtnhiều vào độ trợt này, do dố làm ảnh hởng đến chất lợng phanh.sự thay đổicủa lực bám theo độ trợt đợc chỉ rõ trên đồ thị thực nghiệm sau:

Đồ thị thay đổi hệ số bám dọc và ngang theo độ trợt tơng đối của bánh xe khi phanh

+ Độ trợt tơng đối λ đợc xác định theo công thức sau:

V bx bx.r

V

ω

λ = −+ Trong đó : V: vận tốc của xe

ωbx: vận tốc của bánh xe khi phanh

rbx: bán kính làm việc của bánh xe;

• Từ đồ thi trên ta thấy hệ số bám dọc đạt giá trị cực đại ở giá trị độ trợttối u Thực nghiệm chứng tỏ rằng giá tri hệ số bám dọc đạt đợc cực đại, khi

độ trợt nằm trong khoảng (10-30)%, ở giá trị độ trợt λo tối u này khôngnhững đảm bảo cho hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà còn cho giá trị hệ sốbám ngang khá cao

• Nh vậy giữ cho quá trình phanh xảy ra ở vùng trợt tối u của bánh xe λo

thì sẽ đạt đơc lực phanh tối u hay hiệu quả phanh cao nhất, đồng thời đảmbảo tốt tính dẫn hớng và tính ổn định hớng khi phanh do hệ số bám ngang

φy đạt giá trị cao muốn có đợc điều đó thì lái xe trong quá trình phanhphải thực hiện thao tác đạp - nhả-đạp liên tục trong khoảng thời gian vôcùng nhỏ Tuy nhiên trong thời gian phanh gấp lái xe không thể đủ thờigian để thực hiện những thao tác đó, Do vậy khi phanh trong tình trạngkhẩn cấp, lực phạnh tạo ra do lái xe thờng lớn hơn lực phanh tối u, điềunày dẫn điến bó cứng bánh xe, làm mất khả năng kiểm soát cua lái xe cả

về hớng và khả năng điều khiển phanh dẫn đến gây ra tai nạn Để giúp cholái xe có thể phanh với hiệu quả phanh tối u, tức là phanh trong trạng tháigấp với hệ số trợt tối u thì các ô tô hiện đại ngày nay đã đợc trang bị hệthống chống bố cứng phanh ABS Hệ thống này dùng một bộ vi xử lý đểxác định tình trạng quay của 4 bánh xe trong khi phanh và có thể tự động

điều khiển tăng giảm lực phanh để đảm bảo cho quá trình phanh khôngxảy ra hiện tợng bó cứng bánh xe

• Để đánh giá tính ổn định dẫn hớng của ôtô khi phanh ngời ta dùng một

số chỉ tiêu sau:

- Góc lệch β của ôtô khi phanh, về mặt lý thuyết góc này xác định đợc

- Hành lang cho phép mà ôtô không đợc vợt ra ngoài ở cuối quá trìnhphanh

- Hệ số không đồng đều lực phanh

II Động lực học ôtô khi khởi hành hoặc tăng tốc

• ở đờng có hệ số bám thấp, chẳng hạn nh đờng băng, tuyết hay đờng ớt,bánh xe chủ động sẽ bị quay tại chỗ nếu xe khởi hành hay tăng tốc nhanh,làm mất mát mômen chủ động và có thể làm trợt xe Mômen cực đại cóthể truyền đến các bánh xe đợc quyết định bởi hệ số bám giữa lốp xe vàmặt đờng Nếu cố truyền mômen đến các bánh xe vợt quá mức này, nó sẽlàm bánh xe bị trợt quay Việc đảm bảo mômen phù hợp với hệ số bámtrong các trờng hợp này đôi khi không dễ dàng với cả ngời lái ở phần lớncác trờng hợp, khi khởi hành xe đột ngột, ngời lái đạp chân ga quá mạnh

và làm bánh xe bị trợt quay, mất mát lực kéo và mômen Hệ thống điềukhiển lực kéo (TRC) giảm mômen xoắn của động cơ khi bánh xe bắt đầutrợt quay không phụ thuộc vào ý định của ngời lái, cùng lúc đó nó điềukhiển hệ thống phanh vì vậy giảm mômen truyền đến mặt đờng tới một giátrị phù hợp Vì vậy có thể khởi hành và tăng tốc một cách nhanh chóng và

ổn định Trên hình 2.1 là sơ đồ khối của hệ thống TRC:

• Yêu cầu thiết yếu của các hệ thống điều khiển lực kéo là tối u hóa tính

ổn định của xe (với cầu sau chủ động) và điều khiển tính dẫn hớng (với cầutrớc chủ động) duy trì khả năng bám bên thích hợp Phơng thức cơ bản nhất

đạt đợc bằng điều khiển riêng mô men động cơ Tất cả các bánh xe chủ

động đợc truyền lực kéo nh nhau, tơng ứng với khả năng bám ở bánh xe cólực bám thấp và vì vậy khả năng bám bên ở các bánh xe có độ bám dọc lớn

sẽ lớn hơn Khi khả năng bám xấp xỉ ở tất cả các bánh chủ động, hệ thốnglàm tăng tính ổn định của xe (điều khiển tính dẫn hớng) Khi tăng lực kéo,các bánh xe trợt lết nên có thể không điều khiển đợc xe Hệ thống điềukhiển lực kéo kết hợp chặt chẽ với bộ điều khiển mô men động cơ và bổsung thêm phanh (hoặc điều khiển vi sai) có thể áp dụng đồng thời để đảm

Bộ điều khiển thuỷ

Hình 2.1- Sơ đồ khối hệ thống điều khiển lực kéo

bảo tính ổn định của xe (điều khiển tính dẫn hớng) và tối u sự tăng tốc Bộ

điều khiển mômen động cơ là phơng pháp đợc u tiên trên các mặt đờng có

đủ điều kiện bám đồng nhất, trong khi tác dụng lực phanh (hoặc điều khiển

vi sai) cung cấp sự tăng tốc tối u ở tất cả các bánh xe chủ động

Hình 2.2 trình bày lực tác động lên các bánh xe khi tăng tốc trên đờng

có bề mặt không đồng nhất

Lực kéo cực đại có thể đơc tính nh sau:

B L L

Hình 2 3- Quan hệ giữa hệ số bám dọc với độ trợt khi tăng tốc

R A

−

= θ

+ Trong đó: λA và λB lần lợt là độ trợt khi tăng tốc và khi phanh

• Độ trợt khi tăng tốc có thể nằm trong khoảng từ 0 tới rất cao và thờng

đ-ợc sử dụng để mô tả các điều kiện có thể xảy ra khi các bánh chủ động trợtquay khi tăng tốc lúc khởi hành Hình 2.3 tới hình 2.6 mô tả quá trình tăngtốc và hệ số bám bên là một hàm của độ trợt khi tăng tốc

• Hình dới đây cung cấp mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và độ trợt khităng tốc trên đờng thẳng Yêu cầu duy trì độ bám bên nhỏ ở những điềukiện này (ví dụ sự bù gió bên), sự duy trì lực kéo mới là nhân tố chính

0.2 0.4 0.6 0.8

Hệ số bám ngang à x

1.0

0.6 0.4 0.2

1.0 0.8

• Hình 2.4 là đồ thị quan hệ giữa hệ số bám ngang với góc trợt α Góc trợtngang tới hạn nằm trong khoảng 12- 150 Để điều khiển phanh, cần phảixem xét đến cả lực bên.

à bá

m nga

ng ,

1.0 0.6

0.2 0.4 0.8

Độ tr ợt giữa lốp và mặt đ ờng λA (%)

0.2 0.4

0.8 0.6

• Trên mặt đờng băng tuyết, lực kéo cực đại đạt đợc ở độ trợt nhỏ (2-5%).Trên đờng cát xốp, sỏi và đờng dày tuyết, hệ số bám khi tăng tốc tăng liêntục cùng với độ trợt, và nó chỉ đạt giá trị cực đại tại điểm có độ trợt trên 60

% Do đó, tốc độ trợt khoảng 2-20 % đã tìm đợc vùng hoạt động của ASR

sẽ không cung cấp lực kéo thích hợp ở mọi điều kiện

• Vì lý do này, tất cả các hệ thống ASR kết hợp với công tắc ngỡng trợthoặc khoá cắt ASR, điều này cho phép ngời lái điều chỉnh lại ngỡng trợtcủa ASR tới mức cao hơn, hoặc tắt hoàn toàn hệ thống khi cần thiết

• Hình 2.5 và 2.6 mô tả sự tăng tốc trên đờng vòng; ở những điều kiện nàycác bánh xe chủ động là yếu tố làm thay đổi góc đặt lực bên và là một hàmcủa độ trợt bên khi xe tăng tốc Việc tăng mức độ trợt khi tăng tốc (và tănglực tăng tốc) là nguyên nhân làm giảm lực bên

• Hình 2.5 biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số bám dọc và bám ngang khi

xe chạy trên đờng khô với các góc trợt khác nhau Đờng cong bắt đầu từ độtrợt khi tăng tốc bằng 0 Ban đầu hệ số lực bên có chiều hớng giảm từ từ.Tuy nhiên, tiếp tục tăng hệ số lực bám khiến hệ số lực bên giảm đáng kể.Hình vẽ chỉ ra rằng lực tăng tốc phải đợc giới hạn bởi khả năng bám nếu đủlực bên để duy trì

• Trên mặt đờng đóng băng (hình 2.6), hệ số bám bị hạn chế nghĩa là sự

ổn định của xe khi tăng tốc chỉ đợc duy trì khi góc trợt nhỏ (≤ 20) Khi góctrợt rất nhỏ (≤ 0.050) sẽ làm hệ số bám bên giảm đáng kể Điều này chochúng ta thấy rất rõ việc điều khiển độ trợt là cần thiết khi xe chạy trên đ-ờng băng tuyết (và các đờng khác có hệ số bám thấp) Bộ điều khiển lựckéo phải có độ chính xác cao, tín hiệu xử lý và cơ cấu chấp hành của phần

tử điều khiển cuối cùng phải nhanh và chính xác

III- Sự ổn định động học của ô tô khi quay vòng

• Khi xe quay vòng, dới tác dụng của lực ly tâm thân xe bị nghiêng quanhtrục 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 đómô men quay do lực ly tâm sẽ là:

h R

v G

Z t = ;

L

a Gg

Z s =

• Khi đó tải trọng thẳng đứng tác dụng lên các bánh xe:

t

Z L

b Gg

a Gg

21

• Từ hình 3.1 và các công thức (3.2), (3.3) ta thấy rằng khi ôtô chuyển

động trên đờng vòng, các bánh xe phía trong dễ bị trợt hơn các bánh xephía bên ngoài vì lực kéo hay lực phanh cực đại phụ thuộc vào phản lực từmặt đờng lên bánh xe

• Sự chuyển động của ô tô trên đờng đòi hỏi phải thực hiện theo quỹ đạorất phức tạp, ngời lái luôn phải điều khiển góc quay vành tay lái Khichuyển động với tốc độ cao, mối quan hệ giữa quỹ đạo chuyển động vớigóc quay vành tay lái càng phải chặt chẽ Trong nhiều trờng hợp chỉ cầnmột sự sai lầm nhỏ trong điều khiển sẽ dẫn tới mất quỹ đạo chuyển động và

có thể dẫn đến tai nạn giao thông Khi ô tô chuyển động trên đờng vòng vớitốc độ cao, gặp chớng ngại vật cần phải phanh xe đột ngột dẫn tới bánh xe

bị trợt lết, gia tốc hớng tâm tăng đột ngột sẽ làm các bánh xe bị trợt bênlàm cho xe mất ổn định và có thể bị lật

• Khi ô tô quay vòng có thể xảy ra hiện tợng quay vòng thiếu hoặc quayvòng thừa, nếu xe quay vòng thừa các phản lực thẳng đứng tác dụng lên các

Hình 3.1 Sự thay đổi phản lực thẳng đứng khi quay vòng

bánh phía bên trong giảm làm cho phản lực bên bị giảm không cân bằng

đ-ợc với lực ly tâm dẫn đến các bánh xe sau bị trợt bên rất lớn làm cho phần

đuôi xe bị văng ra phía ngoài, ô tô mất tính ổn định hớng Mô men truyềntới các bánh sau phải giảm đến khi các phản lực thẳng đứng tác dụng lêncác bánh xe phía trong tăng trở lại có nghĩa là các phản lực bên của xe cânbằng với lự ly tâm và chúng giữ cho các bánh xe không bị trợt Điều này đ-

ợc thực hiện bằng cách điều chỉnh mô men động cơ và phanh bánh sau vàbánh trớc phía ngoài để nhanh chóng giảm mô men truyền tới bánh xe Cáclực phanh tác dụng lên các bánh xe sau và trớc phía ngoài sẽ tạo nên mômen ngợc chiều với mô men quay vòng để giảm thiểu khả năng quay vòngthừa Khi xe quay vòng thiếu, các phản lực bên tác dụng lên bánh sau lớn

có xu hớng làm cho phần đuôi xe lệch về phía trong Vì các bánh xe phíatrớc có góc quay nên không thể tăng phản lực bên Để khắc phục hiện tợngnày cần phải giảm mô men động cơ, nếu cần thiết có thể phanh bánh xe sauphía bên trong, lực phanh này sẽ tạo nên một mô men cùng chiều với mômen quay vòng làm tăng mô men quay vòng Vì vậy, hiện tợng quay vòngthiếu đợc khắc phục

 Nh vậy, hệ thống ESC dựa trên cơ sỏ lý thuyết về động học của các quátrình xảy ra với ô tô khi chuyển động để điều khiển và đảm bảo sự ổn

định và an toàn cho xe trong mọi tình huống

Chơng III Cấu tạo và nguyên lý làm việc

của hệ thống ESC

I- Các phần tử cơ bản của hệ thống

• Sơ đồ bố trí chung của hệ thống: