TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
ĐẶT VẤN ĐỀ
Sự ra đời của ô tô đánh dấu một bước ngoặt lớn 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 quan trọng 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 chúng ta Tuy nhiên, sự gia tăng của tai nạn giao thông cũng là một vấn đề đáng lo ngại, liên quan đến tính an toàn của các phương tiện, trong đó có ô tô.
Để đảm bảo an toàn tối đa cho con người và hàng hóa trong giao thông, cần thiết phải phát triển các hệ thống và phương tiện an toàn Nhiều thiết bị công nghệ đã được nghiên cứu nhằm giảm thiểu tai nạn, và ngành công nghiệp ô tô cũng không ngoại lệ Các hãng ô tô trên toàn thế giới đã đầu tư lớn vào việc tích hợp các hệ thống an toàn cho xe của mình Hiện nay, hầu hết các hệ thống và tổng thành trên ô tô đều được can thiệp bởi các hệ thống 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 trượt bánh xe mà còn liên quan đến hiệu quả phanh kém và hiện tượng bó cứng bánh xe, làm mất khả năng điều khiển Khi ô tô khởi hành hoặc tăng tốc trên đường trơn, bánh xe có thể bị trượt quay tại chỗ, dẫn đến mất mômen chủ động và có nguy cơ trượt xe Thêm vào đó, sự mất ổn định động học trong quá trình tăng tốc hoặc quay vòng có thể tạo ra các tình huống nguy hiểm Khi ô tô di chuyển với tốc độ cao và gặp chướng ngại vật, việc phanh gấp hoặc đổi hướng đột ngột có thể làm xe bị lật, gây ra tai nạn nghiêm trọng.
Để kiểm soát các tình huống gây mất ổn định cho ô tô, cần có một hệ thống tích hợp các công nghệ hiện có Hệ thống "ổn định quỹ đạo chuyển động điện tử ESC (Electronic Stability Control)" là giải pháp hiệu quả cho vấn đề này Đây là một công nghệ mới với nhiều tiện ích, do đó, việc nghiên cứu và ứng dụng ESC tại Việt Nam là rất cần thiết.
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, do đó, mục tiêu chính của đề tài này là cung cấp những hiểu biết cơ bản về hệ thống ESC, nhằm giới thiệu đến những người quan tâm Bài viết sẽ tạo ra cơ sở lý thuyết và tài liệu tham khảo, từ đó hỗ trợ việc 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 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, đồng thời nêu rõ những lợi ích mà hệ thống này mang lại cho người lái, giúp cải thiện an toàn và ổn định khi điều khiển xe.
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 hệ thống an toàn quan trọng trên ô tô hiện đại Hệ thống này được phát triển lần đầu bởi một kỹ sư người Đức với tên gọi Elektronisches Stabilitäts Programm (ESP) và được Mercedes-Benz cùng BMW ứng dụng 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), hay còn gọi là ESC, đã trở nên phổ biến nhờ sự chấp nhận của Hiệp hội Kỹ sư Ô tô Mỹ, mặc dù các nhà sản xuất vẫn sử dụng nhiều tên gọi khác nhau cho cùng một công nghệ này.
Hiện nay, ngoài tên gọi phổ biến là ESC (Electronic Stability Control) và ESP
Hệ thống ổn định điện tử (Electronic Stability Program) 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, góp phần nâng cao tính an toàn cho người sử dụng ESC được phát triển song song với các hệ thống điện tử an toàn 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) hoạt động kết hợp hoàn hảo, kế thừa và phát huy những ưu điểm của từng hệ thống Sự kết hợp này mang lại hiệu suất an toàn và ổn định 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 Bài viết này sẽ đi sâu vào tìm hiểu về hệ thống ESC.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG ESC
ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ KHI PHANH
Quan hệ giữa lốp xe và mặt đường rất quan trọng trong quá trình phanh của ô tô Lực phanh tại mỗi bánh xe 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 Sơ đồ động lực học của ô tô thể hiện rõ mối liên hệ này.
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 hằng số cố định, mà là một hàm phụ thuộc vào nhiều yếu tố Nó thay đổi dựa trên 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 Mối quan hệ này là nguyên tắc cơ bản trong quá trình phanh, nhưng khó quan sát khi độ trượt gần 100%, vì bánh xe trượt lết hoàn toàn thường không dễ nhận thấy mà không có thiết bị chuyên dụng.
Lực phanh tối đa đạt được khi mức độ trượt thấp Việc áp dụng lực phanh quá mạnh có thể dẫn đến trượt 100%, làm giảm hiệu quả phanh Do đó, việc điều chỉnh áp suất phanh là cần thiết, có thể thực hiện bằng kỹ năng của người lái hoặc thông qua hệ thống điều khiển chống hãm cứng, nhằm đảm bảo quãng đường phanh ngắn nhất trên hầu hết các bề mặt.
Lực phanh thay đổi đáng kể tùy thuộc vào 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 mức tối đa, việc tăng thêm lực phanh sẽ không mang lại hiệu quả Điều này giải thích tại sao một tài xế có kinh nghiệm có thể đạt được quãng đường phanh ngắn hơn đáng kể so với một tài xế thiếu kinh nghiệm.
Một yếu tố quan trọng của lốp xe ô tô là lực bên được sinh ra khi phanh, giúp ngăn chặn sự trượt ngang Lực bên này giữ cho lốp xe không bị trượt theo hướng vuông góc với phương chuyển động của xe Công thức tính toán lực bên có thể được biểu diễn như sau:
+ 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 của bánh xe giảm nhanh khi bắt đầu trượt dọc, đặc biệt khi bánh sau trượt quá mức, dẫn đến mất lực bên và làm cho phần đuôi xe trở nên không ổn định Hiện tượng này có thể gây ra trượt ngang ngay cả khi có lực bên nhỏ tác động Khi bánh xe trượt quá nhiều, lực bên tác động lên bánh trước cũng giảm, tăng nguy cơ mất lái, đặc biệt khi phanh gấp trên những mặt đường có hệ số bám thấp như đường đóng băng, khiến lốp xe rơi vào trạng thái trượt hoàn toàn.
Trong quá trình phanh ô tô, sự trượt của các bánh xe trên mặt đường ảnh hưởng lớn đến hệ số bám, từ đó tác động đến hiệu quả phanh Đồ thị thực nghiệm cho thấy sự thay đổi của lực bám theo độ trượt, minh chứng cho mối liên hệ giữa hai yếu tố này.
( 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 cực đại tại độ trượt tối ưu, nằm trong khoảng từ 10-30% Thực nghiệm cho thấy, ở mức độ trượt này, không chỉ hệ số bám dọc tối ưu mà còn hệ số bám ngang cũng đạt giá trị cao.
Để đạt được hiệu quả phanh tối ưu và duy trì tính ổn định khi phanh, lái xe cần thực hiện thao tác đạp - nhả - đạp phanh liên tục trong thời gian ngắn Tuy nhiên, trong tình huống phanh gấp, thời gian này thường không đủ, dẫn đến lực phanh vượt quá mức tối ưu, gây bó cứng bánh xe và mất kiểm soát Để khắc phục vấn đề này, ô tô hiện đại được trang bị hệ thống chống bó cứng phanh ABS, giúp tự động điều chỉnh lực phanh, ngăn chặn hiện tượng bó cứng và đảm bảo an toàn Đánh giá tính ổn định dẫn hướng của ô tô khi phanh được thực hiện qua một số chỉ tiêu nhất định.
- 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 những bề mặt đường có hệ số bám thấp như đường băng, tuyết hoặc 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 mức này, bánh xe sẽ bị trượt quay Việc điều chỉnh mômen phù hợp với hệ số bám không phải lúc nào cũng dễ dàng cho người lái, đặc biệt khi khởi động đột ngột có thể khiến bánh xe trượt và mất lực kéo Hệ thống điều khiển lực kéo (TRC) tự động giảm mômen xoắn của động cơ khi bánh xe bắt đầu trượt, đồng thời điều chỉnh 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 và khả năng bám bên của xe, đặc biệt với cầu sau chủ động và cầu trước chủ động Phương pháp cơ bản là điều khiển mômen động cơ, đảm bảo tất cả các bánh xe chủ động nhận lực kéo đồng đều, giúp tăng khả năng bám cho bánh xe có độ bám thấp Khi khả năng bám gần như đồng nhất ở tất cả các bánh, hệ thống sẽ tăng cường tính ổn định và khả năng dẫn hướng Tuy nhiên, khi lực kéo tăng, các bánh xe có thể trượt, dẫn đến khó khăn trong việc điều khiển Để đảm bảo tính ổn định và tối ưu hóa tăng tốc, hệ thống điều khiển lực kéo cần kết hợp với bộ điều khiển mômen động cơ và phanh hoặc điều khiển vi sai, với bộ điều khiển mômen động cơ là ưu tiên trên các mặt đường có độ bám đồng nhất.
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 đều giống nhau, tương tự như trong quá trình phanh Độ trượt xảy ra khi phanh là một yếu tố quan trọng cần lưu ý.
+ 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 rất cao, thường được sử dụng để phân tích các tình huống xảy ra khi các bánh chủ động bị trượt trong quá trình tăng tốc, đặc biệt là khi khởi hành.
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 trên bánh xe khi xe quay vòng Cụ thể, tại cầu trước, tải trọng của bánh xe phía trong giảm đi một lượng Zt, trong khi bánh xe phía ngoài tăng lên tương ứng với Zt Tương tự, ở cầu sau, bánh xe phía trong cũng giảm tải trọng một lượng Zs, trong khi bánh xe phía ngoài tăng lên 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 xu hướng trượt nhiều hơn so với bánh xe phía ngoài Điều này xảy ra 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 và gia tốc hướng tâm tăng đột ngột, làm xe mất ổn định và có nguy cơ lật.
Khi ô tô quay vòng, hiện tượng quay vòng thiếu hoặc thừa có thể xảy ra Nếu xe quay vòng thừa, lực ly tâm sẽ làm cho các bánh phía trong chịu lực phản kháng giảm, dẫn đến bánh sau bị trượt và đuôi xe văng ra ngoài, gây mất ổn định Để khắc phục, mômen truyền tới bánh sau cần giảm, giúp các phản lực thẳng đứng tăng trở lại, cân bằng với lực ly tâm và ngăn chặn trượt bánh Việc điều chỉnh mômen động cơ và phanh cho bánh sau và bánh trước phía ngoài là cần thiết để giảm mômen truyền tới bánh xe Lực phanh tác dụng lên các bánh sẽ tạo ra mômen ngược chiều, giảm thiểu khả năng quay vòng thừa Ngược lại, khi xe quay vòng thiếu, phản lực bên tác dụng lên bánh sau sẽ lớn, gây ra hiện tượng không ổn định.
Để khắc phục hiện tượng phần đuôi xe lệch vào 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 một 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 (Electronic Stability Control) được phát triển dựa trên lý thuyết động học, nhằm điều khiển và duy trì sự ổn định cũng như an toàn cho xe ô tô trong mọi điều kiện 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 ở bánh xe, giúp tăng, giảm hoặc giữ áp suất để tối ưu hóa mức trượt cho từng bánh xe Hệ thống thủy lực cũng được điều chỉnh linh hoạt để đáp ứng các 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 ECU sẽ xác định vị trí trung gian 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 âm thoa, bao gồm một phần rung và một phần phát hiện dịch chuyển 90 độ để tạo thành một bộ phận hoàn chỉnh Miếng gốm áp điện được lắp vào cả hai phần này, có đặc tính biến dạng khi có điện áp và sinh ra điện áp khi bị tác động bởi ngoại lực.
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 phần cảm biến, dựa vào mức lệch và hướng lệch của miếng gốm áp điện, chịu tác động của lực Coriolis xung quanh cộng hưởng.
4 Cảm biến tốc độ góc bánh xe
( Hình ảnh cảm biến tốc độ góc bánh xe )
Xe được trang bị bốn cảm biến tốc độ, bao gồm hai cảm biến cho cầu trước và hai cảm biến cho cầu sau Các 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, được bảo vệ bởi 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, sinh ra sức điện động xoay chiều trong cuộn dây với tần số thay đổi 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 is a harmonious integration of the Anti-lock Braking System (ABS), Electronic Brake-Force Distribution (EBD), and traction control systems This combination enhances vehicle stability and safety during braking, ensuring optimal performance in various driving conditions.
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 có thêm hệ thống tự nâng bàn đạp phanh EDC (Electronic Diesel Control) trên một số xe Điều này cho phép ESC (Electronic Stability Control) thực hiện tất cả các chức năng của các hệ thống này khi hoạt động, đảm bảo an toàn và ổn định cho xe.
Kiểm soát và điều chỉnh lực phanh một cách chính xác cho từng bánh xe là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả phanh tối ưu Hệ số bám dọc cần duy trì trong khoảng 15%-30% và hệ số bám ngang phải cao, giúp ngăn ngừa hiện tượng bó cứng bánh xe trong mọi điều kiện di chuyển Điều này không chỉ giảm quãng đường phanh và thời gian phanh mà còn 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 trong mọi điều kiện, việc kiểm soát và điều chỉnh mô men từ động cơ đến các bánh xe chủ động là rất quan trọng 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 ý muốn của lái xe do các bánh trước thiếu lực bám Khi đó, bánh trước sẽ trượt ra ngoài, và hệ thống phanh sẽ can thiệp bằng cách phanh vào bánh sau phía trong khúc cua Mô men phanh sinh ra sẽ hoạt động như một mô men cân bằng, giúp 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 do phần sau bị trượt khỏi quỹ đạo Trong tình huống này, hệ thống phanh sẽ tự động can thiệp, tác động lực phanh vào bánh trước phía ngoài khúc cua để tạo mô men phanh, 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 ổn định cho ô tô, đặc biệt là đối với những người mới lái Nó hoạt động như một người thầy dạy lái vô hình, mang lại sự an tâm và hỗ trợ trong quá trình điều khiển xe.
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 như sau: cửa (a) ở van điện từ giữ áp suất mở, trong khi cửa (b) ở van điện từ giảm áp suất đóng Khi đạp phanh, dầu từ xilanh chính chảy qua cửa (a) và được truyền trực tiếp tới xi lanh ở bánh xe, trong khi hoạt động của van 1 chiều (2) ngăn cản dầu phanh chảy về bơm Hình ảnh dưới đây mô tả 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 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 bánh xe Đồng thời, cửa (e) sẽ đóng lại do dầu chảy xuống bình chứa Trong khi 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 điều khiển bởi ECU thông qua tín hiệu điều khiển, đóng mạch van điện từ giữ áp suất và ngắt mạch van điện từ giảm áp suất Điều này giúp ngắt áp suất thủy lực ở cả hai phía của xi lanh chính và bình chứa, từ đó duy trì áp suất thủy lực ổn định cho xi lanh bánh xe.
( Hoạt động của hệ thống trong chế độ giữ áp suất )
Chế độ tăng áp suất được điều khiển bởi tín hiệu từ ECU, giúp trượt ngắt các van điện từ giữ và giảm áp suất Cụ thể, van điện từ giữ áp suất sẽ mở cửa (a) trong khi van điện từ giảm áp sẽ đóng cửa (b), tương tự như khi phanh bình thường Quá trình này làm tăng áp suất thủy lực trong xi lanh chính, từ đó tác động vào xi lanh bánh xe, dẫn đến sự gia tăng 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 là khi di chuyển trên đường vòng với tốc độ cao Trong những trường hợp này, có thể xảy ra hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa, dẫn đến sự mất ổn định của xe và có thể gây ra tai nạn Hệ thống ổn định điện tử (ESC) được thiết kế để giải quyết những vấn đề này, giúp tăng cường an toàn khi lái xe.
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 đóng vai trò quan trọng trong chiến lược điều chỉnh của hệ thống, giúp xác định xem xe quay vòng thiếu hay thừa.
Giải pháp công nghệ ESC nổi bật với 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 vận hành hiệu quả và thông minh.
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 hệ thống 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.
