LÝ THUYẾT VỀ QUAY VÒNG VÀ ỔN ĐỊNH QUAY VÒNG CỦA XE Ô TÔ DU LỊCH
Một số khái niệm
Bán kính lăn (rl) không chỉ là một thông số hình học mà còn là thông số động học quan trọng, thể hiện mối quan hệ giữa vận tốc tịnh tiến thực tế (v) và vận tốc góc của bánh xe Cụ thể, bán kính lăn được xác định theo công thức: rl = V / ω.
Bán kính lăn là bán kính của một bánh xe ảo, chuyển động không trượt với vận tốc tịnh tiến tương đương bánh xe thực tế Nó được xác định là khoảng cách từ tâm bánh xe đến cực P của chuyển động tương đối giữa bánh xe và mặt đường.
Giá trị của r l phụ thuộc vào các thông số sau:
Tải trọng tác dụng lên bánh xe
Áp suất không khí trong lốp
Độ đàn hồi của vật liệu chế tạo lốp
Khả năng bám của bánh xe với đường
Giá trị momen chủ động M k hoặc momen phanh M p
1.1.2 Vận tốc chuyển động lý thuyết V o
V o là vận tốc của xe khi chuyển động hoàn toàn không có trượt b b b b l o r t
S l – Quãng đường lý thuyết mà bánh xe đã lăn t– Thời gian bánh xe đã lăn r b – Bán kính tính tốn của bánh xe
N b – Tổng số vòng quay của bánh xe ɷ b – Vận tốc góc của bánh xe
1.1.3 Vận tốc chuyển động thực tế V
V là vận tốc chuyển động của xe khi có tính đến ảnh hưởng của sự trượt của bánh xe với mặt đường l b b l t r t
S t – quãng đường thực tế mà bánh xe đã lăn t– thời gian mà bánh xe đã lăn r l – bán kính lăn của bánh xe
Khi xe di chuyển, sự trượt giữa bánh xe và mặt đường sẽ tạo ra sự khác biệt giữa vận tốc thực tế và vận tốc lý thuyết của xe Chênh lệch này được gọi là vận tốc trượt.
Vận tốc trượt có thể dương hoặc âm tùy theo hiện tượng trượt là trượt lết hay trượt quay
1.1.5 Hệ số trƣợt và độ trƣợt
+ Hệ số trượt và độ trượt khi kéo:
Sự trượt của bánh xe được thể hiện thông qua hệ số trượt δ k : δk = - b l O
+ Hệ số trượt và độ trượt khi phanh:
Trong trường hợp phanh ta có hệ số trượt và độ trượt như sau:
1.1.6 Hệ số bám Độ bám giữa bánh xe với mặt đường được đặc trưng bởi hệ số bám Tùy theo chiều của phản lực mặt đường tác dụng lên bánh xe mà hệ số bám sẽ có tên gọi khác nhau Nếu xét khả năng bám theo chiều dọc (khi dưới bánh xe chỉ có phản lực dọc: lực kéo hoặc lực phanh), thì hệ số bám được gọi là hệ số bám dọc φ x và được định nghĩa như sau: b k x G
F kmax – Lực kéo tiếp tuyến cực đại giữa bánh xe với mặt đường
G b – Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe(được gọi là trọng lượng bám)
Hệ số bám ngang φ y được xác định khi xem xét khả năng bám theo chiều ngang, với phản lực ngang Y b tác động dưới bánh xe Công thức tính hệ số bám này là b b y G.
Y bmax – Phản lực ngang cực đại của mặt đường tác dụng lên bánh xe
Hình1: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám
2 Đường ướt a Ảnh hưởng của áp suất trong lốp b Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động của ô tô c Ảnh hưởng của phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe d Ảnh hưởng của độ trượt của bánh xe với mặt đường
Khi bánh xe lăn mà không có lực ngang F y tác động, bánh xe chỉ chịu ảnh hưởng của lực G b, lực đẩy F x và lực cản lăn F f Điểm B của lốp sẽ tiếp xúc với mặt đường tại vị trí B1, trong khi điểm C ở
Quỹ đạo quay của bánh xe nằm trùng với đường thẳng AA1, và vết tiếp xúc của bánh xe phù hợp với đường đối xứng qua mặt phẳng dọc của bánh xe, như thể hiện trong hình 2.a.
Hình 2: Sơ đồ minh họa sự lăn của bánh xe đàn hồi a Khi không có lực ngang tác dụng
Khi lực ngang tác dụng lên bánh xe, bánh xe sẽ bị biến dạng và các lốp sẽ uốn cong, dẫn đến việc mặt phẳng giữa bánh xe dịch chuyển so với tâm vết tiếp xúc Khi bánh xe lăn, điểm B của lốp tiếp xúc với mặt đường tại các vị trí khác nhau, tạo ra hiện tượng lăn lệch theo hướng nhất định Mặc dù mặt phẳng quay của bánh xe giữ nguyên vị trí, nhưng nó tạo ra một góc δ với hướng chuyển động, và đường tâm của vết tiếp xúc cũng trùng với hướng chuyển động, tạo thành cùng một góc δ Hiện tượng này được gọi là sự lăn lệch, với góc δ được gọi là góc lệch hướng hay góc lệch bên.
Hình 2: Sơ đồ minh họa sự lăn của bánh xe đàn hồi b Khi có lực ngang tác dụng
Góc lệch hướng là góc tạo bởi giữa vecto chuyển động thực tế và mặt phẳng chuyển động đối xứng của bánh xe có phản lực ngang tác dụng
Khi bánh xe lăn lệch, các phần tử lốp ở phía trước vết tiếp xúc bị biến dạng ngang ít hơn so với các phần tử ở phía sau, dẫn đến phản lực ngang tại phần trước nhỏ hơn phần sau Hợp lực Y b của phản lực ngang có trị số F y và dịch chuyển ra phía sau so với tâm vết tiếp xúc một khoảng c 1 Do đó, khi bánh xe đàn hồi lăn, lực ngang F y sẽ tạo ra một mômen do sự dịch chuyển của phản lực X b và Y b so với tâm vết tiếp xúc của lốp.
Góc lệch hướng δ phụ thuộc vào trị số lực ngang (hoặc phản lực ngang Y b vì
Khi lực ngang F y tác động theo hướng nghiêng của bánh xe, góc lệch hướng sẽ tăng lên Ngược lại, nếu lực này tác động theo hướng ngược lại, góc lệch hướng sẽ giảm xuống.
Khi lực ngang F y nhỏ, bánh xe thay đổi hướng do biến dạng đàn hồi của lốp Khi lực này tăng gần bằng lực bám ngang, lốp bắt đầu trượt ngang cục bộ, chủ yếu ở phần sau vết tiếp xúc Nếu lực ngang đạt hoặc vượt quá Fφy, lốp sẽ bị trượt ngang hoàn toàn.
Hình 2 minh họa sự lăn của bánh xe đàn hồi, bao gồm ba phần: a Trạng thái khi không có lực ngang tác dụng; b Trạng thái khi có lực ngang tác dụng; c Biểu đồ phân bố lực ngang tại vết bánh xe.
Góc lệch hướng δ và lực ngang F y có quan hệ với nhau bởi biểu thức sau
Lực ngang tác dụng lên bánh xe (F y) được đo bằng Newton (N), trong khi góc lệch hướng của bánh xe (δ) được tính bằng độ Hệ số chống lệch bên (k c) phụ thuộc vào kích thước lốp, cấu trúc và áp suất trong lốp, với đơn vị là N/độ.
Sự lăn lệch của bánh xe dưới tác dụng của lực ngang ảnh hưởng rất lớn đến tính năng dẫn hướng và ổn định của xe khi chuyển động
Các yếu tố ảnh hưởng đến góc lệch hướng
Độ cứng ngang cy của lốp
Trượt ngang của lốp ảnh hưởng của lực ngang đến góc lệch hướng
Khi lực ngang F y nhỏ, bánh xe thay đổi hướng chủ yếu do biến dạng đàn hồi của lốp Khi lực này tăng gần bằng lực bám ngang, lốp sẽ bắt đầu trượt ngang cục bộ, đặc biệt ở phần sau của vết tiếp xúc Nếu lực ngang đạt hoặc vượt quá F φy, lốp sẽ trượt ngang hoàn toàn Đặc tính hướng thể hiện mối quan hệ giữa góc lệch hướng α và các thông số như X, Y, Z, C Y, với α là hàm số của các thông số này.
C y : Độ cứng ngang của lốp
Đặc tính quay vòng
Khả năng điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe ô tô phụ thuộc vào sự tác động của người lái lên vô lăng Trong suốt quá trình di chuyển, việc quay vô lăng cho phép người lái thay đổi hướng đi của xe theo ý muốn Nghiên cứu và tìm hiểu về cơ chế này là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả điều khiển xe.
Khi ô tô quay vòng, giả định rằng bánh xe không bị biến dạng và không trượt ngang, điều này chỉ đúng trong trường hợp ô tô di chuyển với tốc độ rất chậm và bán kính quay vòng lớn Sự quay vòng lý thuyết này có mối liên hệ chặt chẽ với lực ly tâm.
Hình 6: Quay vòng lí thuyết
Để đảm bảo các bánh xe quay đúng, chúng phải lăn trên các vòng tròn đồng tâm, với tâm quay lý thuyết có bán kính R0 Để đạt được điều này, hai bánh xe dẫn hướng cần quay với hai góc khác nhau, cụ thể là βn và βt.
B –Chiều rộng cơ sở của xe
L – Chiều dài cơ sở của xe
Trong thực tế, để duy trì hai bánh xe dẫn hướng quay với hai góc khác nhau thì người ta phải sử dụng hình thang lái
Hình 7: Ảnh hưởng của góc β n và β t Trong trường hợp đơn giản ta có thể coi sự khác biệt của β n và β t là không lớn và β n
=βt=β Khi đó ta có thể sử dụng model một vết
Khi xe quay vòng với vận tốc lớn, lực ly tâm tác động mạnh khiến các bánh xe bị biến dạng và trượt ngang, dẫn đến sự xuất hiện của góc lệch hướng α1 và α2 ở hai cầu Những góc lệch hướng này làm cho quỹ đạo quay vòng thực tế khác biệt rõ rệt so với quỹ đạo quay vòng lý thuyết.
Hình 9: Quay vòng thực tế
Giả sử tại cầu trước, vectơ tốc độ v1 lệch một góc α1, và tại cầu sau, vectơ tốc độ v2 lệch một góc α2 Tâm quay được xác định bằng cách vẽ hai đường vuông góc với v1 và v2.
Sự xuất hiện của hai góc α1 và α2 dẫn đến việc tâm quay vòng thực tế O và bán kính quay vòng thực tế R thay đổi so với lý thuyết, gây ra sự khác biệt giữa quỹ đạo quay vòng thực tế và quỹ đạo lý thuyết.
R=L/(tanβ+α2-α 1 ) Bán kính quay vòng thực tế cũng chịu ảnh hưởng của góc lệch hướng
Phương trình trên mô tả tính chất quay vòng của ô tô, đồng thời xem xét độ biến dạng ngang ở các bánh xe Có ba trường hợp khác nhau có thể xảy ra trong quá trình này.
Nếu α1 = α2, thì R = R0, cho thấy xe có tính chất quay vòng trung tính Trong trường hợp này, bán kính quay vòng thực tế tương đương với bán kính quay vòng lý thuyết, và xe quay vòng chính xác theo quỹ đạo cong của đường.
Hình 10: Quay vòng trung tính
Mặc dù bán kính quay vòng thực tế bằng với bán kính quay vòng lý thuyết nhưng tâm quay khác nhau dẫn đến quỹ đạo thay đổi
Trường hợp α1 = α2 rất khó xảy ra, mặc dù quỹ đạo có thay đổi nhưng mà ảnh hưởng không nhiều
Khi ô tô di chuyển thẳng với góc β bằng 0, nếu có lực ngang Y và hai góc α1 và α2 bằng nhau, ô tô sẽ chuyển động độc lập Trong tình huống này, người lái có thể điều chỉnh vô lăng để duy trì hướng di chuyển của xe.
Nếu α 1 > α 2 (góc lệch hướng cầu trước lớn hơn góc lệch hướng cầu sau) suy ra R >
R 0 : Xe có tính chất quay vòng thiếu Lúc này bán kính quay vòng thực tế lớn hơn bán kính quay vòng lý thuyết
Trường hợp này phải đánh thêm vô lăng là thuận với phản ứng của người lái và về cơ bản là chấp nhận được
Khi chuyển động thẳng nếu gặp gió ngang Y và α 1 > α 2
Hình 12: Ảnh hưởng của lực li tâm và trượt ngang đến quay vòng thiếu
Khi ô tô quay vòng, tâm quay nằm đối diện với lực Y, dẫn đến lực ly tâm ngược chiều với lực Y và triệt tiêu ảnh hưởng của nó Kết quả là ô tô duy trì hướng chuyển động thẳng, cho phép kết luận rằng α 1 > α 2 là chấp nhận được.
Nếu α 1 < α 2, điều này dẫn đến R 0 > R, cho thấy xe có tính chất quay vòng thừa Khi đó, bán kính quay vòng thực tế của ô tô sẽ nhỏ hơn bán kính quay vòng lý thuyết Đối với loại xe này, để đảm bảo xe quay đúng theo quỹ đạo cong của đường, người lái cần giảm góc quay của vô lăng để hai bán kính trở nên bằng nhau.
Khi ô tô di chuyển thẳng dưới tác động của gió ngang với α1 < α2, ô tô sẽ bắt đầu quay vòng Tâm quay sẽ hướng cùng phía với lực Y, và lực ly tâm cũng sẽ đồng hướng với lực ngang Y Sự cộng hưởng của hai lực này khiến ô tô không thể duy trì chuyển động thẳng.
Hình 14: Ảnh hưởng của lực ngang và lực li tâm đến quay vòng thừa
Qua phân tích chuyển động của ba loại xe với tính chất quay vòng khác nhau, chúng ta nhận thấy rằng xe có tính chất quay vòng thừa sẽ mất khả năng di chuyển thẳng ổn định khi có lực ngang tác động Nếu người lái thiếu kinh nghiệm và không xử lý đúng chiều quay của vô lăng, xe có nguy cơ bị lật, gây ra nguy hiểm.
1.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quay vòng ô tô
Góc lệch hướng thông qua việc điều khiển ba lực X, Y, Z
X: Phản lực tiếp tuyến, điều khiển được
Y: Lực ngang Y, hơi khó điều khiển được
Hiện nay, xu hướng là tăng góc α1 và giảm góc α2 để hạn chế tình trạng quay vòng thừa và thiếu Do đó, việc điều khiển góc α phụ thuộc vào các yếu tố X, Y, Z, trong đó lực X là yếu tố chính được nhắm đến.
F k là lực kéo tiếp tuyến
Mà lực kéo tiếp tuyến có thể điều chỉnh bằng cách tăng cường lực phanh, khi đó lực phanh bổ sung sẽ bù đắp cho lực phanh trong công thức.
NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP LÍ THUYẾT ĐỂ KIỂM SOÁT SỰ ỔN ĐỊNH CỦA XE KHI QUAY VÒNG
Khái quát về hệ thống ESC
2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển
Hệ thống ESC (Electronic Stability Control) là một trong những công nghệ an toàn quan trọng trên ô tô hiện đại Được phát triển đầu tiên bởi một kỹ sư người Đức, ESC đã được Mercedes-Benz và BMW ứng dụng lần đầu vào năm 1995 Sau đó, hệ thống này được giới thiệu tại hội triển lãm Mỹ và nhanh chóng trở nên phổ biến với tên gọi ESC.
27 nhận của hiệp hội kỹ sư ô tô Mỹ, mặc dù cũng có nhiều tên gọi khác nhau tùy theo nhà sản xuất
Hệ thống ESC (Electronic Stability Control) vẫn còn mới mẻ tại Việt Nam nhưng đã trở nên quen thuộc trên thế giới, đặc biệt trong ngành công nghiệp ô tô Tại Đức, ESC đã trở thành tiêu chuẩn trên 40% xe khách vào năm 2006 và là tùy chọn cho 15% các loại xe khác Tất cả các mẫu xe của Audi, BMW, Infiniti, Mercedes-Benz và Porsche đều trang bị ESC, trong khi tám hãng ô tô khác như Cadillac, Jaguar, Land Rover, Lexus, Mini, Toyota, Volvo và Volkswagen cũng cung cấp ESC như một tùy chọn cho các mẫu xe của họ.
Theo các số liệu điều tra, xe được trang bị bộ điều khiển ESC (Electronic Stability Control) hay ESP (Electronic Stability Program) có thể giảm 43% nguy cơ tai nạn Hiện nay, khoảng 70% xe thể thao đa dụng (SUV) và 40% xe du lịch bán tại Mỹ được trang bị công nghệ này.
Hiện nay, hệ thống ổn định điện tử được biết đến phổ biến với các tên gọi như ESC (Electronic Stability Control) và ESP (Electronic Stability Program) Tuy nhiên, tùy theo từng hãng sản xuất, hệ thống này còn có nhiều tên gọi khác nhau.
Audi: Electronic Stabilization Program – ESP
Chevrolet: Stabilitrak (Except Corvette – Active Handling)
Chrysler: Electronic Stability Program – ESP
Fiat: Electronic Stability Program – ESP
Ford: Advancetrac and Interactive Vehicle Dynamics
Huyndai: Electronic Stability Program – ESP
Honda: Electronic Stability Control – ESC and Vehicle Stability Assist – VSA
Ifiniti: Vehicle Dynamic Control – VDC
Jaguar: Dynamic Stability Control – DSC
Jeep: Electronic Stability Program – ESP
Lexus: Vehicle Stability Control – VSC and Traction Control (TRAC) Systems
Mazda: Dynamic Stability Control – DSC
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
Hình 15: Xe bị lật, một trong những tai nạn nghiêm trọng nhất của ô tô
Hệ thống ESC hoạt động dựa trên hai công nghệ chính là ABS (hệ thống chống bó cứng phanh) và TCS (hệ thống điều khiển lực kéo) ABS sử dụng cảm biến để phát hiện tình huống bánh xe mất độ bám đường khi phanh gấp, từ đó liên tục nhấn phanh để bánh xe đạt được độ bám cần thiết, giúp lái xe duy trì sự ổn định trong tay lái.
Khi có sự khác biệt vượt quá giới hạn cho phép, hệ thống ESC sẽ ngay lập tức can thiệp để đưa xe trở về vùng an toàn Điều này được thực hiện bằng cách tác động vào hệ thống phanh hoặc giảm cường độ hoạt động của động cơ thông qua cơ cấu điều khiển thủy lực và hệ thống máy tính điện tử.
Hệ thống ESC điều chỉnh mô-men của xe bằng cách phanh riêng lẽ từng bánh xe, tạo ra mô-men tại trọng tâm phương tiện Điều này giúp xe duy trì hướng đi ổn định, ngăn chặn sự chệch hướng đột ngột và nhanh chóng thiết lập lại chế độ làm việc thích hợp cho động cơ.
2.1.2 Hệ thống cân bằng điện tử ESC
Một chiếc xe có thể phải đối mặt với các yêu cầu lái nặng và sự thay đổi trọng lượng, dẫn đến tình trạng không ổn định Khi xe không ổn định, nó có thể mất khả năng phản hồi với các điều khiển của người lái, gây ra hiện tượng trượt hoặc quay vòng.
Để duy trì sự ổn định khi vào cua, hệ thống ESC bao gồm các thành phần chính giúp phát hiện ý định của người lái xe cũng như phản ứng của xe.
Hình 16 minh họa mối quan hệ giữa mong muốn của người lái xe và phản ứng của chiếc xe Mong muốn của người lái xe là điều hướng xe theo một hướng nhất định, trong khi xe sẽ di chuyển theo hướng đó Việc hiểu rõ hướng lái xe và phản ứng của xe là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong quá trình lái.
Khi xe di chuyển, hệ thống ESC sẽ theo dõi ý định của người lái xe và phản ứng của xe
Nó so sánh cả hai và quyết định xem chiếc xe có phản ứng đúng với ý định của người lái xe hay không
Hệ thống thu được câu trả lời cho câu hỏi đầu tiên từ cảm biến góc lái (1) và cảm biến tốc độ ở các bánh xe (2)
Câu trả lời cho câu hỏi thứ hai được cung cấp bằng cách đo tốc độ quay vòng (3) và gia tốc bên (4)
Khi thông tin nhận được đưa ra hai câu trả lời khác nhau cho câu hỏi a và b, hệ thống ESC giả định rằng có thể xảy ra tình huống bất lợi và cần thiết phải can thiệp ESC sẽ can thiệp bằng cách phanh một hoặc nhiều bánh xe để duy trì sự ổn định cho xe.
Nếu a và b khác nhau thì có thể biểu hiện trong hai trạng thái quay vòng khác nhau của xe đó là quay vòng thừa và quay vòng thiếu
Tình huống quay vòng thiếu xảy ra khi một hoặc cả hai bánh xe phía trước bị trượt, dẫn đến việc xe phản ứng chậm hoặc không phản ứng với các thao tác điều khiển, khiến xe bắt đầu trượt về phía trước.
Một ví dụ về quay vòng thiếu là khi chiếc xe rẽ trái với mục đích dừng lại ở vị trí A, nhưng do không đủ quay vòng, xe đã trượt về phía trước và dừng lại ở vị trí khác.
Hình 18: ESC hoạt trong trường hợp quay vòng thiếu
Các đường màu xanh lam đại diện cho trạng thái của xe trước sự can thiệp ESC, đường màu đỏ biểu diễn sau can thiệp ESC
Các vòng tròn kéo cho bánh xe phía trước chỉ ra rằng chiếc xe đang yêu cầu lực nhiều hơn là có sẵn
Hệ thống ESC cảm nhận rằng chiếc xe không quay sang bên trái nhiều như người lái xe muốn
Hệ thống ESC cung cấp tùy chọn cho phanh hoặc bánh xe phía trước bên trái hoặc bánh sau bên trái, nhằm tạo ra yêu cầu chống ngược chiều kim đồng hồ bổ sung.
Bánh xe phía trước bên trái đang gần như trượt, đòi hỏi một lực lớn hơn để kiểm soát tình huống Để ổn định xe, hệ thống ESC đã chọn bánh xe phía sau bên trái để thực hiện phanh.
Một số trường hợp điển hình
2.2.1 Trường hợp 1 (quay vòng thừa)
Một chiếc xe di chuyển với tốc độ 60 đến 65 km/h trên một đoạn đường cong bên phải, trong khi người lái xe phải đối mặt với một chiếc xe ngược chiều đang chạy ở giữa lòng đường.
Người lái xe đã rẽ trái để tránh va chạm, dẫn đến bánh xe bên trái vượt qua làn đường chính và vào làn đường phụ Chiếc xe sau đó quay vòng theo chiều kim đồng hồ, di chuyển qua cả hai làn đường và băng qua bờ cỏ.
Phía sau bên trái của chiếc xe đã va chạm với một cây cách bờ đường 2,5 mét Hình ảnh dưới đây thể hiện các điều kiện môi trường tại vị trí xảy ra tai nạn.
Thời tiết Trời tiết tốt Ánh sáng Ban ngày
Loại đường Cao tốc nông thôn , đường khô, 2 chiều
Hình 22: Điều kiện khi xảy ra tai nạn trường hợp 1
Hình 23: Mô tả diễn ra sự cố trường hợp 1
1 Mong muốn của người lái xe
Người lái xe muốn rẽ trái để tránh một chiếc xe đang đi ngược chiều, sau đó sẽ đánh lái sang phải để trở lại làn đường và tiếp tục di chuyển trên đoạn đường mong muốn Hình ảnh dưới đây mô tả rõ hơn về mong muốn của người lái xe.
Hình 24: Mô tả mong muốn của người lái trường hợp 1
Tại vị trí A người lái xe đánh lái sang trái để tránh chiếc xe
Tại vị trí B người lái xe đánh lái sang phải để trở lại làn đường ban đầu
2 Phản ứng của chiếc xe
Khi người lái xe đánh lái sang trái chiếc xe đi ra khỏi làn đường chính và hai bánh trái bị ra ngoài làn đường chính
Người lái xe đã điều khiển xe quay trở lại làn đường bên phải, nhưng trong quá trình này, xe gặp phải tình trạng quá tải do sự dịch chuyển tải trọng, dẫn đến hiện tượng quay vòng thừa.
3 Các can thiệp của ESC
Hình 25: Can thiệp của ESC trong trường hợp 1
Khi tài xế đánh lái sang trái trước điểm A, hệ thống ESC sẽ kích hoạt phanh cho cả hai bánh bên trái, giúp xe di chuyển nhanh hơn sang bên trái và giảm tốc độ một cách hiệu quả.
Hình 25.1: Can thiệp của ESC trong trường hợp 1
Khi người lái xe đánh lái ngược về bên phải (điểm A), có khả năng xảy ra tình trạng quá tải gây quay vòng
Hệ thống ESC giúp phanh bánh trước bên trái hiệu quả hơn và nhẹ hơn so với bánh sau bên trái Khi bánh xe rời khỏi làn đường chính và di chuyển vào đường lân cận, hệ số ma sát giảm, dẫn đến tăng khả năng trượt.
Hình 25.2: Can thiệp của ESC trong trường hợp 1
Người lái xe tiếp tục đánh lái sang trái để đưa xe trở lại làn đường bên trái (điểm B) Khi trọng lượng xe chuyển dịch, có nguy cơ xảy ra tình trạng quá mức, dẫn đến việc xe quay theo hướng khác Hệ thống ESP sẽ phản ứng bằng cách phanh bánh xe phía trước bên phải mạnh mẽ và bánh sau bên phải với lực yếu hơn.
Hình 25.3: Can thiệp của ESC trong trường hợp 1
2.2.2 Trường hợp 2 (quay vòng thừa)
Trạng thái: Một chiếc xe đang đi xuống một đoạn đường hẹp với tốc độ vượt quá
130 km / h Khi chiếc xe đi qua đỉnh của một cái đồi, người lái xe đã phải đối mặt với một chiếc xe tải nằm giữa đường xe
Chiếc xe tải di chuyển ngược chiều với tốc độ 15 km/h, và tài xế đang cố gắng rẽ trái để nhường đường cho xe khác đi qua.
Người lái xe phanh gấp và rẽ phải, khiến chiếc xe xoay theo chiều kim đồng hồ trên đường cao tốc, sau đó lao lên lề bên phải, gần như chạm vào phía trước xe tải.
Góc phía trước bên trái của chiếc xe đã va chạm với một cây lớn, cách đường cao tốc 4,5 mét Hình 26 minh họa các điều kiện môi trường tại vị trí xảy ra tai nạn.
Thời tiết Trời tiết tốt Ánh sáng Ban ngày
Loại đường Cao tốc nông thôn, đường khô, 2 chiều
Hình 26: Điều kiện khi xảy ra tai nạn trường hợp 2
Hình 27: Mô tả diễn ra sự cố trường hợp 2
1 Mong muốn của người lái xe
Người lái xe phanh xe và quay sang phải để tránh xe tải và sau đó đánh lái sang trái để trở lại làn đường ban đầu
Tại vị trí A người lái xe đánh lái sang phải để tránh chiếc xe
Tại vị trí B người lái xe đánh lái sang trái để trở lại làn đường ban đầu
Hình 28: Mô tả mong muốn của lái xe trong trường hợp 2
2 Phản ứng của chiếc xe
Khi tài xế phanh và rẽ phải, xe đã quay theo chiều kim đồng hồ trên đường cao tốc, sau đó lên bờ bên phải Kết quả là góc phía trước bên trái của xe va chạm với một cái cây lớn, cách đường cao tốc khoảng 4,5 mét.
3 Các can thiệp của ESC
Hình 29: Can thiệp của ESC trong trường hợp 2 Điểm A:
Khi người lái đánh lái sang phải, hệ thống ESP sẽ phanh bánh trước bên phải và giới hạn số lượng phanh, ưu tiên cho bánh xe bên phải, đặc biệt là ở phía trước Điều này giúp ngăn chặn tình trạng quay vòng thừa, đảm bảo an toàn khi xe di chuyển.
Hình 29.1: Can thiệp của ESC trong trường hợp 2
Khi người lái xe điều khiển xe trở lại bên phải (điểm B), có nguy cơ xảy ra tình trạng quá tải Hệ thống ESP sẽ tăng cường phanh cho bánh trước bên phải, nhằm duy trì hiệu quả phanh tối đa và đảm bảo sự ổn định trong quá trình lái xe.
Hình 29.2: Can thiệp của ESC trong trường hợp 2
2.2.3 Trường hợp 3 ( quay vòng thừa)
Một chiếc xe di chuyển với tốc độ 85 km/h đã thực hiện một cú cua trái với tốc độ 55 km/h Trong quá trình cua, bánh xe bên phải của xe đã vượt qua tim đường.
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG KIỂM SOÁT ỔN ĐỊNH ESC TRÊN XE
Khái quát cấu tạo các hệ thống ổn định chính trên xe Audi A6
Hình 46: Các hệ thống ổn định chính trên xe Audi A6
1.Bộ điều khiển ABS 2 Bơm nạp
3.Phanh 4 Cảm biến áp suất phanh
5.Cảm biến gia tốc dọc 6 Cảm biến góc lái
7.Cảm biến tốc độ bánh xe 8.Cảm biến góc xoay xe
9.Cảm biến gia tốc bên 10.Bộ phận thủy lực
Những hệ thống ổn định chính trên Audi A6
Hình 47: Những hệ thống ổn định chính trên Audi A6
Hình 48: Nguyên lí hoạt động
1 Bộ điều khiển ABS với EDL/TCS/ESP
2 Bộ phận thủy lực bơm nạp
3 Cảm biến áp lực phanh
4 Cảm biến gia tốc bên
5 Cảm biến góc xoay xe
6 Nút điều khiển TCS/ESP
9-12.Cảm biến tốc độ bánh xe
14 Đèn cảnh báo hệ thống phanh
15 Đèn cảnh báo hệ thống ABS
16 Đèn cảnh báo hệ thống TCS/ESP
Các cảm biến tốc độ(speed sensor) nhận dòng dữ liệu liên tục về tốc độ cho mỗi bánh xe
Cảm biến góc lái(The steering angle sensor) là cảm biến duy nhất cung cấp dữ liệu trực tiếp qua CANbus tới thiết bị điều khiển
Bộ điều khiển tính toán hướng lái mong muốn và hiệu suất xử lý yêu cầu của xe từ cả hai bộ thông tin
Cảm biến gia tốc bên sẽ thông báo cho thiết bị điều khiển khi xe bị nghiêng sang một bên, trong khi cảm biến tốc độ quay vòng sẽ cảnh báo khi xe bắt đầu trượt Thiết bị điều khiển sử dụng thông tin từ hai cảm biến này để tính toán trạng thái thực tế của xe.
Nếu giá trị lý thuyết và giá trị thực tế không khớp, ESP sẽ thực hiện các phép tính can thiệp khắc phục
Bánh xe để phanh hoặc tăng tốc và đến mức độ nào
Mô-men xoắn động cơ bị giảm và liệu bộ điều khiển hộp số có được kích hoạt hay không
Hệ thống sau đó kiểm tra xem liệu sự can thiệp có thành công từ dữ liệu mà nó nhận được từ cảm biến
Nếu đúng, ESP kết thúc can thiệp và tiếp tục theo dõi các đặc tính xử lý của xe
Nếu sai, chu trình can thiệp được lặp lại Khi can thiệp khắc phục đang diễn ra, tín hiệu cho người lái xe bằng đèn ESP nhấp nháy
3.2.1 ABS bộ điều khiển với EDL / TCS / ESP J104
Hình 49: ABS bộ điều khiển với EDL / TCS / ESP J104
Bộ điều khiển ABS bao gồm một máy vi tính hiệu năng cao
Hệ thống được thiết kế với hai đơn vị xử lý để đảm bảo mức độ an toàn cao, cùng với thiết bị giám sát điện áp riêng biệt và giao diện chẩn đoán.
Hai đơn vị xử lý sử dụng phần mềm giống nhau để xử lý thông tin và giám sát lẫn nhau
Thiết bị điều khiển J104 có được nguồn điện thông qua kết nối dương với bảng điều khiển Ảnh hưởng khi không hoạt động:
Khi không chắc chắn về lỗi của thiết bị điều khiển, người lái xe nên sử dụng hệ thống phanh tiêu chuẩn mà không có ABS, EBS, TCS và ESP.
Chẩn đoán: các lỗi sau được phát hiện thiết bị điều khiển bị lỗi lỗi cung cấp điện
Cảm biến góc lái G85: Được gắn trên cột lái giữa công tắc cột lái và tay lái Vòng định tâm có vòng trượt cho túi khí
Tín hiệu từ góc khóa tay lái được truyền đến thiết bị điều khiển ABS thông qua EDL, TCS và ESP, với góc điều chỉnh lên đến ± 720 °, tương đương với bốn lượt đánh lái đầy đủ của vô-lăng.
Hình 51: Cảm biến góc lái G85
Cảm biến G85 là thành phần duy nhất trong hệ thống ESP, truyền tải thông tin trực tiếp qua CANbus tới bộ điều khiển Khi thiết bị đánh lửa được bật, cảm biến sẽ khởi động ngay khi tay lái được xoay qua góc 4,5 ° Việc cảm biến không hoạt động có thể gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của hệ thống.
Nếu không có thông tin được cung cấp bởi cảm biến góc lái, ESP sẽ không thể xác định hướng đi mong muốn
Chẩn đoán: không có thông tin liên lạc
- Tín hiệu không chính xác
Góc được đo bằng nguyên tắc của rào cản ánh sáng
Các thành phần cơ bản là:
Bộ đếm (e) cho các vòng quay đầy đủ của đĩa mã hóa bao gồm hai vòng: vòng tuyệt đối và vòng gia tăng, được quét bởi hai cảm biến.
Để đơn giản hóa việc thiết lập, chúng ta có thể sắp xếp một mẫu lỗ gia tăng và một mẫu lỗ tuyệt đối cạnh nhau, với nguồn sáng đặt ở giữa Các cảm biến quang học được bố trí ở bên ngoài, và khi ánh sáng va chạm vào một cảm biến qua khoảng cách, nó sẽ tạo ra một điện áp tín hiệu Nếu nguồn sáng bị che phủ, điện áp sẽ bị hỏng.
Di chuyển các mẫu lỗ tạo ra hai dãy điện áp khác nhau, với cảm biến gia tăng cung cấp tín hiệu thống nhất nhờ vào khoảng trống đều đặn Ngược lại, cảm biến tuyệt đối tạo ra tín hiệu không đều do ánh sáng truyền qua khoảng trống không theo thời gian nhất quán Bằng cách so sánh hai tín hiệu này, hệ thống có thể tính toán khoảng cách mà mẫu lỗ đã di chuyển, trong khi phần tuyệt đối xác định điểm khởi đầu của chuyển động.
3.2.3Cảm biến gia tốc bên G200:
Cảm biến này rất nhạy cảm với hư hỏng
Cảm biến này được lắp đặt gần trọng tâm của xe để tối ưu hóa hiệu suất, vì vậy nó được đặt ở chân dưới ghế lái xe.
G200 xác định và ở mức độ nào đó thì lực bên là nguyên nhân gây mất phương hướng
Hình 53: Cảm biến gia tốc bên G200
Cảm biến gia tốc bên được kết nối với thiết bị điều khiển J104 bằng ba dây Ảnh hưởng khi không hoạt động:
Trong trường hợp không có phép đo gia tốc bên, việc tính toán trạng thái vận hành thực tế của phương tiện trong thiết bị điều khiển sẽ không khả thi, dẫn đến việc hệ thống ESP không hoạt động hiệu quả.
Xác định liệu mạch mở có xảy ra hay không, hoặc ngắn mạch hay không
Xác định xem cảm biến có bị lỗi hay không
Cảm biến gia tốc hoạt động dựa trên các thành phần chính như nam châm vĩnh cửu, lò xo, tấm van điều tiết và cảm biến Hall, tạo nên một thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả.
Hệ thống từ tính bao gồm nam châm vĩnh cửu, lò xo và van điều tiết, trong đó nam châm được kết nối chắc chắn với lò xo và có khả năng dao động qua lại trên tấm van điều tiết.
Khi xe tăng tốc bên, nam châm vĩnh cửu sẽ theo dõi chuyển động này với một khoảng thời gian trễ do quán tính của nó Điều này dẫn đến việc tấm van điều tiết, vỏ cảm biến và toàn bộ chiếc xe di chuyển ra phía dưới nam châm vĩnh cửu, trong khi nam châm vẫn ở trạng thái nghỉ ban đầu.
Chuyển động này sinh ra dòng điện xoáy trong tấm van điều tiết, tạo nên các dòng xoáy xây dựng trường đối lập từ trường của nam châm vĩnh cửu.
Sức mạnh của từ trường tổng thể bị giảm theo cách này Điều này làm cho điện áp Hall (V) thay đổi
Sự thay đổi điện áp Hall tỷ lệ thuận với gia tốc bên, dẫn đến sự gia tăng chuyển động giữa van điều tiết và nam châm Khi từ trường yếu hơn, điện áp Hall sẽ thay đổi nhiều hơn Nếu không có gia tốc bên, điện áp Hall sẽ giữ nguyên.