Ứng dụng matlab simulink và carsim mô phỏng hệ thống TCS trên xe toyota vios 2019

PHẦN MỞ ĐẦUVới sự tăng trưởng đến chóng mặt của nền kinh tế và bùng nổ dân số ở nước ta đã làm cho quá trình cơ giới hóa diễn ra nhanh chóng, đặc biệt về sở hữu phương tiện cá nhân khi xe máy chiếm 73% số phương tiện, 5% là số phương tiện công cộng và ô tô chiếm 10%. Theo nhu cầu kinh tế như hiện nay thì số phương tiện xe máy sẽ ngày càng chuyển sang phương tiện ô tô thì nhu cầu lớn về chế tạo ô tô xe ngày càng cần thiết. Để đáp ứng nhu cầu đó, nước ta nên phải đảm bảo xuất ra số lượng ô tô và chất lượng đúng kiểm định theo tiêu chuẩn nhưng hiện nay ngành ô tô của nước ta chủ yếu mang tính chất kiểm nghiệm và sửa chữa rất phụ thuộc vào các thiết bị như băng thử, trạm đăng kiểm nên dẫn đến mất nhiều chi phí tiền của. Để thuận tiện cho việc tính toán kiểm định được nhanh chóng và hiệu quả thì chúng ta phải cần sự giúp đỡ của máy tính thông qua phần mềm chuyên nghiệp và CarSim là một phần mềm đáp ứng đầy đủ các nhu cầu đó, và phần mềm cho chúng ta can thiệp sâu hơn vào bài toán thiết kế để phù hợp hơn khi đưa ra thực tế và đem lại hiệu quả nhanh chóng và chính xác.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Tp Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2022

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ABS: Anti-lock Brake System

ESC: Electronic stability control

TCS: Traction Control System

ECU: Electronic Control Unit

EBD: Electronic Brakeforce Distribution

EBTCM: Electric brake and Traction control module ASM: Anti-slip module

SRS: Supplemental Restraint System

BSM: Blind Spot Monitor

DAA: Driver Attention Alert

DSC: Dynamic Stability Control

LAS: Lane keep Assist System

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Đồ thị đặc tinh trượt 10

Hình 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám 11

Hình 1.3: Sự phụ thuộc của bán kính lăn rl vào momen (hoặc lực) tác dụng lên bánh xe 12

Hình 1.4: Đồ thị đặc tính trượt ở từng loại đường của lực kéo và phanh 13

Hình 1.5: Đồ thị đặc tinh trượt với các loại đường khác nhau 15

Hình 1.6 :ABS kiểm soát độ ổn định của xe khi phanh hãm cứng 17

Hình 1.7: Sơ đồ bố trí các bộ phận trong hệ thống phanh ABS trên xe 17

Hình 1.8: Biểu tượng đèn báo ESC 19

Hình 1.9: Khảo sát động học quay vòng trên ô tô 20

Hình 1.10: Hoạt động ESC ảnh hưởng đến góc đánh lái của xe 23

Hình 1.11: Tỉ lệ hoạt động TCS 26

Hình 1.12: Hoạt động TCS 26

Hình 1.13: Sơ đồ làm việc TCS khi phanh bình thường 28

Hình 1.14: Sơ đồ làm việc của TCS khi tăng tốc ở chế độ tăng áp 29

Hình 1.15: Sơ đồ làm việc của TCS khi tăng tốc ở chế độ giữ áp 30

Hình 1.16: Sơ đồ làm việc của TCS khi tăng tốc ở chế độ giảm áp 31

Hình 1.17: Sơ đồ làm việc của TCS loại không có bình tích năng (LS400) 32

Hình 1.18: Sơ đồ tổng quát hệ thống TCS 33

Hình 1.19: Cách bố trí hệ thống TCS trên xe 34

Hình 1.20: Bố trí thực hệ thống TCS trên xe 34

Hình 1.21: Hoạt động TCS trên đường băng 35

Hình 2.1: Mô hình hệ thống TCS 39

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống TCS 40

Hình 2.3: Sơ đồ bộ điều khiển qua PID Controller 40

Hình 2.4: Các tín hiệu đầu vào điều khiển PID 41

Hình 2.5: Các tín hiệu đầu ra điều khiển PID 41

Hình 2.6: Thông số đối tượng điều khiển 41

Hình 2.7 Sơ đồ khối Slip Ratio Caculator 42

Hình 2.8: Sơ đồ khối Controller 42

Hình 2.9: Sơ đồ bộ điều khiển PID 43

Hình 2.10: Khối Speed Limit 44

Hình 2.11: Sơ đồ khối Brake Actuator 44

Hình 2.12: Chế độ làm việc 45

Hình 2.13: Chế độ mở hết bướm ga trong 10s và chạy hết bướm ga thêm 5s 46

Hình 2.14: Loại đường cần xác lập 46

Hình 2.16: Đồ thị tỷ số trượt 47

Hình 2.17: Đồ thị vận tốc 47

Hình 2.18: Đồ thị áp suất phanh tại các bánh xe 48

Hình 2.19 Đồ thị gia tốc 49

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Làm việc của TCS khi phanh bình thường 28

Bảng 1.2: Làm việc của TCS khi khi tăng tốc ở chế độ tăng áp 29

Bảng 1.3: Làm việc của TCS khi giữ áp 30

Bảng 1.4: Làm việc của TCS khi tăng tốc ở chế độ giảm áp 31

Bảng 1.5: Làm việc của TCS loại không có bình tích năng (LS400) 33

PHẦN MỞ ĐẦU

Với sự tăng trưởng đến chóng mặt của nền kinh tế và bùng nổdân số ở nước ta đã làm cho quá trình cơ giới hóa diễn ra nhanhchóng, đặc biệt về sở hữu phương tiện cá nhân khi xe máy chiếm73% số phương tiện, 5% là số phương tiện công cộng và ô tô chiếm10% Theo nhu cầu kinh tế như hiện nay thì số phương tiện xe máy

sẽ ngày càng chuyển sang phương tiện ô tô thì nhu cầu lớn về chếtạo ô tô xe ngày càng cần thiết

Để đáp ứng nhu cầu đó, nước ta nên phải đảm bảo xuất ra sốlượng ô tô và chất lượng đúng kiểm định theo tiêu chuẩn nhưng hiệnnay ngành ô tô của nước ta chủ yếu mang tính chất kiểm nghiệm vàsửa chữa rất phụ thuộc vào các thiết bị như băng thử, trạm đăngkiểm nên dẫn đến mất nhiều chi phí tiền của

Để thuận tiện cho việc tính toán kiểm định được nhanh chóng

và hiệu quả thì chúng ta phải cần sự giúp đỡ của máy tính thông quaphần mềm chuyên nghiệp và CarSim là một phần mềm đáp ứng đầy

đủ các nhu cầu đó, và phần mềm cho chúng ta can thiệp sâu hơnvào bài toán thiết kế để phù hợp hơn khi đưa ra thực tế và đem lạihiệu quả nhanh chóng và chính xác

1 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Đặt vấn đề

Tai nạn giao thông luôn là một vấn đề nóng hậu quả của nó

không chỉ liên quan trực tiếp đến những người có liên quan đến vụtai nạn mà còn gây ra thiệt hại về kinh tế về tinh thần và nhiều hệlụy khác cho gia đình và xã hội Thực tế cho thấy tai nạn giao thông

đã trở thành vấn đề vô cùng nhức nhối không chỉ riêng ở Việt Nam

mà còn cả ở trong khu vực và ở trên thế giới Chính vì vậy trong bốicảnh phương tiện gia tăng nhanh chóng đặc biệt là các xe ô tô Việcứng dụng công nghệ hiện đại nhằm giám sát hiệu quả và đảm bảotính an toàn cho xe là một trong những giải pháp quan trọng được cơquan quản lí và người sử dụng phương tiện đặc biệt quan tâm

Tổ chức y tế thế giới WHO cho biết mỗi năm tỉ lệ tử vong vì giaothông trên toàn cầu ước tính cướp đi mạng sống cửa 1,35 triệu người

và khiến 50 triệu người khác bị thương Trước vấn nạn này bên cạnhcác giải pháp về chính sách như gia tăng mức độ xử phạt vi phạmluật giao thông, cải thiện cơ sở hạ tầng Hiện nay đa số các đơn vịsản xuất xe đã chủ động đưa vào những hệ thống đảm bảo khả năng

an toàn cho xe đó là hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), hệ thốngcân bằng điện tử (ESC) và cuối cùng là hệ thống chống trượt trơn haykiểm soát lực kéo (TCS) Ở đây chúng ta sẽ phân tích về hệ thốngkiểm soát lực kéo TCS thông qua phần mềm mô phỏng Carsim đểcho thấy tính ứng dụng của hệ thống này

1.2 Hệ thống kiểm soát lực kéo TCS

1.2.1 Cơ sở tạo nên TCS

Lực bám đường φ

Trước khi chúng ta tìm hiểu về hệ thống chống trượt TCS, chúng ta phải hiểu rõ

về khái niệm quan trọng liên quan đến độ an toàn của xe, đó là lực bám đường Lựcbám đường có thể hiểu là lực bám sinh ra tại bề mặt tiếp xúc giữa mặt đường và bánh

xe Gồm có 2 lực bám tác động lên là lực bám dọc φ x ( lực bám giúp xe di chuyển vềphía trước hoặc giảm tốc độ khi phanh), lực bám ngang φ y tạo ra sự ổn định khi xechuyển động

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 địnhnghĩa như sau:

φ x=F kmax

G b

Với:

F kmax: Lực kéo tiếp tuyến cực đại giữa bánh xe với mặt đường

Hình 1.1: Đồ thị đặc tinh trượt

Yếu tố ảnh hưởng đến lực bám:

Không có trọng lượng, không có lực bám: Nếu bánh trước nhấc lên, sẽ khôngcòn lực bám giữa bánh và mặt đường nữa Để khắc phục điều này, các hệ thống treođóng vai trò quan trọng, bên cạnh vai trò mang lại sự êm dịu còn giúp bánh luôn tiếpxúc với mặt đường Một chiếc xe tốt sẽ không “bốc đầu” khi tăng tốc đột ngột hay

“nhấc đuôi” khi phanh gấp dù điều này dưởng như làm nhiều người thích thú

Nguyên nhân thứ hai là bánh bị trượt do tăng tốc hay đạp phanh đột ngột.Không ít lần trong các bộ phim hành động có cảnh một chiếc xe tăng tốc, bánh quaytròn và bốc khói, nhưng sau vài một khoảng thời gian xe mới di chuyển Nguyên nhân

do độ trượt của bánh quá lớn

Yếu tố quan trọng thứ ba là mặt đường Đường trơn làm giảm lực, khi phải lái

xe trên đường bùn, đường có cát, lực bám dọc giảm khiến cho xe không thể tăng tốc

Cuối cùng là tình trạng lốp Áp suất lốp quá thấp hay quá cao đều làm giảm khảnăng bám của bánh Hãy duy trì áp suất lốp theo khuyến cáo của nhà sản xuất Lốp bịmòn cũng một nguyên nhân làm giảm lực bám, rõ ràng lốp mới có khả năng bámđường tốt hơn lốp đã bị mòn Khi lăn trên mặt đường, phần rãnh giữa các hoa lốp tại vịtrí lốp biến dạng là nơi thoát khí, nước giúp cho nó luôn được tiếp xúc trực tiếp vớimặt đường

Hình 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bámHình A: Ảnh hưởng của áp suất trong lốp

Hình B: Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động của ô tô

Hình C: Ảnh hưởng của phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe

Hình D: Ảnh hưởng của độ trượt của bánh xe với mặt đường

Quan hệ giữa bán kính lăn r l và lực kéo (hoặc lực phanh) tác dụng lên xe:

Sự phụ thuộc giữa bán kính lăn rl và lực kéo Fk hay momen chủ động Mk (hoặc

công suất cho nhiều cầu chủ động qua hộp phân phối mà không sử dụng vi sai

Hình 1.3: Sự phụ thuộc của bán kính lăn rl vào momen (hoặc lực) tác dụng lên

bánh xe

vùng tác dụng của momen theo mối quan hệ sau:

1 rl = rlo – λpFp hoặc rl = rlo – λpFk

Ở đây:

λp (có đơn vị N-1 m) là các hệ số thay đổi bán kính lăn (có khi gọi là hệ số biếndạng vòng của lốp) Giá trị này thay đổi trong phạm vi khá rộng phụ thuộc vào loạilốp

Bán kính lăn rlo là bán kính lăn của bánh xe bị động, mà trên nó không có tácdụng của bất kì mômen nào (Mk = Mp = 0)

Khi giá trị lực kéo Fk (hoặc mômen chủ động Mk) tác dụng lên bánh xe dần dầntăng lên và xuất hiện sự trượt quay giữa bánh xe với mặt đường thì rl giảm xuống Khibánh xe bị trượt quay hoàn toàn (Mk = Mkmax = M : mômen bám ) thì rl = 0 Khi giá trịlực phanh Fp (hoặc mômen phanh Mp) tác dụng lên bánh xe dần dần tăng lên và xuấthiện sự trượt lết giữa bánh xe với mặt đường thì rl tăng lên Khi bánh xe bị trượt lết

Đặc tính trượt của bánh xe khi kéo và khi phanh:

Khi giá trị lực kéo Fk (hoặc lực phanh Fp) tác dụng lên bánh xe thay đổi thì độtrượt giữa bánh xe với mặt đường cũng thay đổi theo Sự phụ thuộc của hệ số trượt vào

các lực Fk hoặc Fp :  (k);  (p) được biểu diễn ở hình 4 trong cả hai vùng : vùng trượtquay và vùng trượt lết.

Hình 1.4: Đồ thị đặc tính trượt ở từng loại đường của lực kéo và phanh

φ x – là hệ số bám theo phương dọc xe

φ y – hệ số bám theo phương ngang

Từ đồ thị ta có một số nhận xét:

φ x thay đổi theo k

Ở trạng thái trượt hoàn toàn k = 1 ta có φ x = φ xS không phải là giá trị lớn nhất,

Một trong những công nghệ hỗ trợ để duy trì lực bám là hệ thống chống bócứng phanh ABS Tác dụng của nó không phải để rút ngắn quãng đường phanh mà làtạo ra khả năng lái khi phanh, bằng cách quản lý độ trượt để duy trì lực bám tối ưu.Ngoài ra còn một hệ thống quan trọng mà chúng ta sẽ nghiên cứu đó là hệ thống chốngtrượt hay hệ thống kiếm soát lực kéo TCS dựa trên sự hỗ trợ của 2 hệ thống quan trọng

là hệ thống chống bó cứng phanh ABS và hệ thống cân bằng điện tử ESC

1.2.2 Hệ thống ABS

ABS là thuật ngữ viết tắt của Anti-Lock Brake System, có nghĩa là hệ thốngphanh chống bó Đây là một hệ thống an toàn được sử dụng trên ô tô, xe máy, xe tải,

xe bus, máy bay

ABS là một hệ thống tự động sử dụng các nguyên tắc phanh ngưỡng và phanhnhịp, các kỹ thuật đã từng được thực hiện bởi những người lái xe khéo léo trước khi hệthống phanh ABS được phổ biến rộng rãi ABS hoạt động với tốc độ nhanh hơn vàhiệu quả hơn hầu hết các trình điều khiển có thể quản lý ABS mang đến khả năngkiểm soát xe được cải thiện và giảm khoảng cách dừng trên bề mặt khô ráo, trơn trượt,trên bề mặt sỏi, bề mặt bùn hoặc phủ tuyết, ABS có thể tăng đáng kể khoảng cáchphanh trong khi vẫn cải thiện khả năng kiểm soát tay lái

Kể từ khi ABS được giới thiệu trong các phương tiện sản xuất, các hệ thốngnhư vậy đã trở nên ngày càng tinh tế và hiệu quả Các phiên bản hiện đại chỉ có thểngăn chặn khóa bánh xe khi phanh, nhưng cũng có thể thay đổi độ lệch phanh trước –sau Chức năng sau này, tùy thuộc vào khả năng và cách triển khai cụ thể, được biếtđến như là phân phối lực phanh điện tử, hệ thống kiểm soát lực kéo, hỗ trợ phanh gấp

ABS lần đầu tiên được giới thiệu là một hệ thống chống trượt để sử dụng máybay vào những năm 1950 Và vào những năm 1970, Ford và Chrysler đã chứng minhrằng nó cũng có thể được sử dụng trong xe hơi Hiện tại, hệ thống chống bó cứngphanh hiện có mặt trong tất cả các xe hiện đại được bán ở châu Âu

Hệ thống phanh ABS hoạt động như thế nào?

Đặt vấn đề: Hệ thống phanh hãm cứng có 2 nhược điểm Chúng ta sẽ đưa vào

đặc tính trượt khi phanh để chỉ ra 2 đặc điểm đó

Chúng ta biết là phanh càng ăn khi lực phanh càng lớn Nhưng lực phanh khôngthể lớn tùy ý mà còn phụ thuộc vào khả năng tiếp nhận của mặt đường tực là hệ sốbám φ

Ở phanh thường φkhông phải giá trị cực đại nên hiệu quả phanh không tốt nhất.Ngoài ra khi δ = 1, φy = 0 không còn khả năng bám ngang, dẫn đến mất ổn địnhkhi phanh

trên ở phanh thường

Nhiệm vụ của hệ thống phanh ABS là hiệu chỉnh liên tục áp suất trong dẫnđộng phanh để lực phanh ở các bánh xe luôn luôn xấp xỉ bằng lực bám, nhờ đó cácbánh xe không bị hãm cứng và giữ cho độ trượt giữa bánh xe với mặt đường thay đổitrong một giới hạn hẹp xung quanh giá trị δ = 0,1 – 0,3 Cho nên hệ thống phanh ABS

đã đảm bảo được hiệu quả phanh cao nhất, duy trì được tính dẫn hướng và tính ổn địnhtốt khi phanh

Hình 1.5: Đồ thị đặc tinh trượt với các loại đường khác nhau

δ p = r r

l -1 <0 , r l = r + λ F|F p|

Từ đồ thị và công thức trên ta thấy hệ số bám φx , φy không những phụ thuộcvào loại đường và tình trạng mặt đường mà còn phụ thuộc vào độ trượt của bánh xekhi phanh, hoặc kéo khi lăn trên đường đó

Với định nghĩa trên thì φx = 0 khi lực phanh Fp = 0, tức là lúc chưa phanh Khibắt đầu phanh, φx tăng nhanh và độ trượt δ p cũng tăng lên Khi độ trượt nằm trongkhoảng 15  25% thì φx  φx max, đặc biệt khi δ p = δ po= 20% thì φx  φx max và φy

có giá trị khá lớn Bởi vậy giá trị δ pođược gọi là độ trượt tối ưu Thực nghiệm chứngminh rằng, tùy từng loại xe mà δ po có thể thay đổi trong giới hạn 15  25%

Ở hệ thống phanh thường, khi gặp nguy hiểm, người lái đạp mạnh lên bàn đạpphanh làm cho áp suất trong dẫn động phanh tăng cao, dẫn đến Fpi > Fi ở các bánh

xe, lập tức các bánh xe bị hãm cứng và trượt lết hồn tồn δ p = 100%, do đó φx giảm đigần một nửa, nên lực phanh Fpi cũng giảm đi gần một nửa, đồng thời khi δ p = 100%thì φy  0, dẫn đến Fφy = φy.Gb  0, cho nên khả năng bám ngang của các bánh xekhông còn nữa, lúc này chỉ cần một lực ngang nhỏ tác dụng lên xe là xe sẽ bị trượt

hiệu chỉnh liên tục áp suất trong dẫn động phanh, nên độ trượt δ p chỉ dao động trong

F, bởi vậy hiệu quả phanh sẽ cao nhất Mặt khác y ở trong giới hạn này cũng có giátrị khá lớn, nên Fφy = φy.Gb cũng có giá trị lớn, các bánh xe sẽ không bị trượt ngang,

do đó đảm bảo được tính dẫn hướng và độ ổn định của xe khi phanh

Hệ thống phanh ABS tiến một bước xa hơn để khắc phục tình trạng bó cứngphanh bằng việc chủ động điều chỉnh áp lực phanh xuyên suốt hệ thống Áp lực phanhvẫn bị tác động lực bởi người điều khiển phương tiện nhưng qua hệ thống được cảitiến áp lực phanh được điều chỉnh (bằng cách giảm nhanh và tác động trở lại) qua một

bộ điều khiển, giúp duy trì độ trượt của bánh với mặt đường trong giới hạn cho phép

Khi phát hiện tình huống khoá bánh mặc dù các hệ thống ABS cơ học đã đượcphát minh, nhưng phần lớn hệ thống được triển khai trong sản xuất phương tiện lại làthủy lực điện tử

Khi nhận thấy xe có nguy hiểm các cảm biến tốc độ phát hiện tốc độ của từngbánh xe và truyền tín hiệu ra của ECU điều khiển trượt

Chống bó cứng phanh sẽ tiến hành hoạt động bóp nhả liên tục chỉ trong vài giây

để giúp xe giảm tốc mà không cần khoá cứng bánh xe

Duy trì tốc độ trượt của bánh xe với mặt đường trong giới hạn cho phép Giúp

xe không bị mất lực bám ngang, gây hiện tượng lắc đuôi xe

Sau khi tránh được tình huống nguy hiểm, hệ thống sẽ tái áp dụng lực phanhlớn nhất để xe dừng lại kịp thời hoặc cho đến mới.

Hình 1.6 :ABS kiểm soát độ ổn định của xe khi phanh hãm cứng

Những bộ phận trong hệ thống phanh ABS:

Hình 1.7: Sơ đồ bố trí các bộ phận trong hệ thống phanh ABS trên xe

Cảm biến tốc độ: Một cảm biến tốc độ được sử dụng để xác định gia tốc

hoặc giảm tốc của bánh xe Những cảm biến này sử dụng nam châm và cảm biến hiệuứng Hall hoặc bánh xe có răng và cuộn dây điện từ để tạo tín hiệu Vòng quay củabánh xe tạo ra từ trường xung quanh cảm biến Sự dao động của từ trường này tạo ra

một điện áp trong cảm biến Vì điện áp gây ra trong cảm biến là kết quả của bánh xequay, cảm biến này có thể trở nên không chính xác ở tốc độ chậm.

Van: Có một van trong đường phanh được điều khiển bởi ABS Trên một số

hệ thống van có ba vị trí:

Ở vị trí một – van mở; áp suất từ xi lanh chủ được truyền thẳng qua phanh

Ở vị trí hai – van chặn dòng, cách ly phanh đó khỏi xi lanh chủ Điều này ngăn

áp lực tăng thêm nếu người lái nhấn bàn đạp phanh mạnh hơn

Ở vị trí thứ ba – van giải phóng một số áp lực từ phanh

Phần lớn các vấn đề với hệ thống van xảy ra do van bị tắc Khi một van bị tắc,

nó không thể mở, đóng hoặc thay đổi vị trí Một van không hoạt động sẽ ngăn hệthống điều chỉnh các van và kiểm soát áp suất cung cấp cho phanh

Máy bơm: Bơm trong ABS được sử dụng để khôi phục áp suất cho phanh

thủy lực sau khi các van đã giải phóng nó Một tín hiệu từ bộ điều khiển sẽ giải phóngvan khi phát hiện trượt bánh xe Sau khi van giải phóng áp suất được cung cấp từngười sử dụng, bơm được sử dụng để khôi phục một lượng áp suất mong muốn cho hệthống phanh Bộ điều khiển sẽ điều chỉnh trạng thái của máy bơm để cung cấp lượng

áp suất mong muốn và giảm độ trượt

Bộ điều khiển: Electronic Control Unit là bộ điều khiển điện tử, là bộ não

của ABS Nhiệm vụ của ECU là tiếp nhận, phân tích, so sánh các thông tin mà cảmbiến gửi về Trong trường hợp nhận thấy xe rơi vào trạng thái không an toàn, ECU sẽ

ra lệnh cho các bộ phận khác kích hoạt Ngoài ra, ECU còn có tính năng ghi nhớ, dựatrên những thông số nhận được từ ABS cho lần kích hoạt trước đó

1.2.3 Hệ thống ESC

Hệ thống an toàn trên ô tô gồm hệ thống an toàn bị động và hệthống an toàn chủ động Hệ thống an toàn bị động (túi khí, dây đai antoàn, khung xe) bảo vệ người điều khiển khi tai nạn xảy ra, trong khi đó hệ thống antoàn chủ động sẽ giảm thiểu nguy cơ tai nạn Bộ công nghệ cân bằng điện tử ESP -Electronic Stability Program (hay còn gọi là ESC - Electronic Stability Control) là một

hệ thống chủ động như vậy Hệ thống cân bằng điện tử được công bố lần đầu bởiRobert Bosch và được ứng dụng trên dòng sedan S-class của Mercedes-Benz vào năm

1995 Hệ thống này hoạt động dựa trên sự tích hợp và liên kết giữa các hệ thống phanhchống bó cứng ABS, hệ thống kiểm soát lực kéo TCS Nếu các hệ thống ABS hoặc hệthống điều khiển lực kéo TCS là hệ thống giúp tăng tính ổn định thân xe theo chiềudọc Thì hệ thống cân bằng điện tử ESC trên ô tô sẽ giúp tăng tính ổnđịnh thân xe theo phương ngang Từ việc kết hợp các hệ thống trên

sẽ giúp ô tô hạn chế tối đa nhược điểm của các hệ thống trên ô tô(như hệ thống lái, hệ thống phanh) Điều này làm tăng sự ổn địnhcủa xe giúp người lái dễ dàng điều khiển xe theo ý muốn trongtrường hợp khẩn cấp để tránh va chạm, lật quay Hệ thống ESC cũngtăng cường lực kéo để chống lại hiện tượng trượt xe

Hình 1.8: Biểu tượng đèn báo ESCChúng ta sẽ khảo sát động học quay vòng của xe khi có kể đến biến dạng ngangcủa lốp do độ đàn hồi ở hình sau:

Hình 1.9: Khảo sát động học quay vòng trên ô tô

Ý nghĩa của các ký hiệu như sau:

R1 – Bán kính quay vòng của xe khi lốp bị biến dạng ngang

v1 – Vận tốc chuyển động tịnh tiến của tâm cầu trước

v2 – Vận tốc chuyển động tịnh tiến của tâm cầu sau

α – Góc quay vòng của các bánh xe ở cầu trước

δ1 – Góc lệch hướng của các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước

δ2 – Góc lệch hướng của các bánh xe dẫn hướng ở cầu sau

* Trường hợp 2:

này bán kính quay vòng thực tế của ô tô R1 lớn hơn bán kính quayvòng lý thuyết R Đối với loại xe này, khi quay vòng, người lái phảiquay thêm vôlăng để giảm R1 xuống bằng giá trị của R, nhằm đảmbảo cho xe quay vòng đúng với quỹ đạo cong của đường

* Trường hợp 3:

này bán kính quay vòng thực tế của ô tô R1 nhỏ hơn bán kính quayvòng lý thuyết R Đối với loại xe này, khi quay vòng, người lái phảigiảm bớt góc quay của vôlăng để tăng R1 lên bằng giá trị của R,nhằm đảm bảo cho xe quay vòng đúng với quỹ đạo cong của đường

Cấu tạo ESC

ESC được cấu thành từ 5 bộ phận chính, tín hiệu từ các cảm biến gia tốc ngang

ở thân xe, cảm biến tốc độ ở các bánh xe và góc đánh lái được thu thập để xác địnhtrạng thái chuyển động thực tế Hệ thống cân bằng điện tử ESC hoạt động dựa vào tínhiệu từ bộ các cảm biến như cảm biến tốc độ bánh xe (dùng chung với hệ thống ABS

và TCS) để xác định độ trượt của bánh, cảm biến quay vòng, gia tốc, góc lái cũng như

áp suất phanh để xác định khi xe có xu hướng lật, mất lái và tiến hành can thiệp Hiệntượng mất lái có thể xảy ra khi người lái phải xoay vô lăng nhanh để tránh một chướngngại vật bất ngờ trên đường hoặc bẻ lái quá nhiều/ quá ít khi vào cua khiến xe bị văngđuôi/văng đầu và rất dễ gây tai nạn

Khi tín hiệu truyền tới bộ vi xử lý điều khiển trung tâm, máy tính sẽ so sánh kếtquả với góc quay vô lăng, từ đó đưa ra các lệnh điều khiển phanh hoặc giảm công suấtgiúp xe nhanh chóng trở về trạng thái theo đúng ý muốn của người lái

Hệ thống cân bằng điện tử sử dụng mô đun điều khiển thủy lực tương tự ABS,nhưng ngoài tác dụng kiểm soát hoặc giảm áp suất dầu phanh tác động lên xi lanh, bộphận này còn có thể làm tăng áp suất dầu vào khu vực cần thiết khi có yêu cầu tạo ralực phanh chênh lệch giữa các bánh Về nguyên tắc, hoạt động của ABS và ESCkhông thể tách rời nhau, ABS cho phép ESC phanh độc lập trên từng bánh một cách

hiệu quả Tuy nhiên, hệ thống cân bằng điện tử làm việc hoàn toàn tự động khi có sựsai lệch giữa góc đánh lái và góc quay thân xe, còn hệ thống chống bó cứng phanhhoạt động chỉ khi người lái đạp phanh và bánh xe có nguy cơ bị bó cứng Ngoài ra,ESC còn gắn bó mật thiết với hệ thống chống trượt TCS và phân phối lực phanh điện

tử EBD Nếu ABS làm nhiệm vụ điều khiển quá trình phanh hãm xe (theo chiều dọc),TCS điều khiển lực kéo khi xe tiến về phía trước (theo chiều dọc), EBD điều khiển lựcphanh tại mỗi bánh xe thì ESC có chức năng kiểm soát độ cân bằng và ổn định của xekhi xảy ra hiện tượng bị văng đuôi, trượt ngang lúc vào cua hoặc do đánh lái đột ngột

ở tốc độ cao (vtec.edu.vn)

Hoạt động:

ESC sẽ phát hiện một tình huống nguy hiểm và phản ứng ngay lập tức – kể cảkhông có sự can thiệp của người lái xe Nó sử dụng hệ thống phanh của xe để trả lạicho xe quỹ đạo của nó ESC không chỉ can thiệp ở hệ thống phanh, mà còn có thể canthiệp vào động cơ của xe giúp tăng/giảm tốc các bánh xe Do đó quỹ đạo của xe đượcđảm bảo, trong giới hạn của các định luật vật lý Qua các hệ thống điều khiển điện tửnhư ABS, TRC, ESC sẽ tính toán ổn định ô tô theo phương ngang để hạn chế tối đahiện tượng quay vòng thừa và quay vòng thiếu

Chống quay vòng thiếu: 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 ESC, thìESC sẽ can thiệp vào hệ thống phanh bánh xe ở phía trong của cầu sau để điều chỉnhlực phanh cho phù hợp

Chống quay vòng thừa: Cầu sau bị trượt nhiều hơn cầu trước, xe có thể có nguy

cơ bị lật Nếu xe có trang bị hệ thống ESC, thì ESC sẽ gửi tín hiệu đến ECU can thiệpvào hệ thống phanh bánh xe ở phía ngoài cầu trước để điều chỉnh lực phanh cho phùhợp

Hình 1.10: Hoạt động ESC ảnh hưởng đến góc đánh lái của xeNgoài việc ngăn chặn việc trượt khỏi quỹ đạo của xe ESC còn có thể cho tanhiều hơn thế:

ESC có khả năng tác dụng lên hệ thống phanh một cách độc lập mà không phụthuộc vào vị trí chân phanh chúng ta giúp triển khai một loạt các chức năng bổ sung.ESC nhờ đó làm tăng sự an toàn của xe và cung cấp cho người lái một cảm giác thoảimái và một chế độ lái vô cùng linh hoạt

Ngoài một số các chức năng thêm của ESC đã là tiêu chuẩn trên các xe Cácchức năng bổ sung của ESC sẽ là một lựa chọn hoặc cũng sẽ là thiết bị tiêu chuẩn tíchhợp trên xe trong tương lai trong khi yêu cầu về an toàn và tiện nghi ngày càng caonhư:

Hệ thống bám trên sườn dốc:

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

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

Khi phanh khẩn cấp, người lái thường không áp dụng đủ áp lực lên chân phanh.Đối với hệ thống ESC có trang bị trợ giúp phanh khẩn cấp qua việc giám sát áp lựctrên bàn đạp phanh và sự thay đổi đột ngột của áp lực sẽ giúp ECU biết được khi nàocần 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 trướckhi dừng hẳn cũng sẽ giảm

Thích ứng với tải trọng:

Tải trọng xe có một tác động rất lớn lên phanh, độ bám đường và sự cân bằngcủa xe thích ứng tải xác định những thay đổi của khối lượng xe và trọng tâm của xesau đó sẽ có những điều chỉnh tương ứng nhờ vào các biện pháp can thiệp của ESC

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 hệthống ESC và can thiệp khi chiếc xe có nguy cơ bị lật ECU sẽ điều khiển tác động lêntừng bánh xe riêng rẽ hay làm giảm lực tác dụng của động cơ để ngăn chặn xe bị lật vàgiữ xe cân bằng

1.2.4 Hệ thống TCS

TCS (Traction Control System) là tên gọi thường được dùng nhất của hệ thốngnày, ngoài ra nó còn có các tên gọi khác như TRC, ASR, DSC tùy theo từng hãng.TCS được trang bị phổ biến trên nhiều loại xe hoạt động chủ yếu với mục đích giúpđảm bảo độ tiếp xúc của xe (chính xác là lốp xe) với mặt đường bằng các thiết bị điện

tử rất hiện đại

Hệ thống chống trượt TCS là một trong ba công nghệ an toàn của hệ thốngphanh, bắt đầu xuất hiện từ giữa những năm 1980 Đó là các công nghệ ABS (Anti-lock Brakes 1978), Traction Control (1985) và hệ thống cân bằng điện tử StabilityControl (1995) Ba công nghệ trên đều ra đời từ phòng thí nghiệm của hãng BOSCH(Đức) và cả ba công nghệ đều liên quan đến vấn đề đảm bảo độ tiếp xúc giữa lốp xe vàmặt đường

Hệ thống TCS được dùng để làm giảm sự trượt của bánh xe và

để tăng tối đa khả năng bám đất mà không bị trượt Hệ thống này

tác động lên hệ thống thắng và động cơ để điều hòa lực tiếp tiếp đặt tại điểm tiếp xúc vỏ xe và mặt đường Hệ thống này không chỉ dùng trong khi thắng xe mà còn dùng khi tăng tốc.

Một vài hệ thống TCS cũng tác động làm giảm công suất động

cơ bằng bộ điều khiển điện tử cho sự phun xăng hay thời điểm đánh lửa Việc này được thực hiện nhờ thông tin hai chiều giữa TCS, ECU

và PCM

Hệ thống điều khiển chống trượt là một hệ thống đơn giản để ngăn các bánh xe

bị trượt do công suất truyền đến các bánh xe quá lớn là cho các đáp ứng của xe đối vớimặt đường trở thành không đồng bộ Các bánh xe trượt do các lý do khác nhau:

Công suất truyền đến các bánh chủ động quá lớn phá vỡ sự bám không trượtcủa bánh xe làm cho bánh xe bắt đầu trượt Điều này làm xuất hiện sự thay đổi vị trícủa điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường và làm thay đổi vết tiếp xúc khi xe quayvòng, thắng, tăng tốc hay cả 3 trường hợp Tuy nhiên vấn đề trượt của xe không phảihoàn toàn có kết quả xấu mà hệ số ma sát cực đại sẽ đạt được khi xe bắt đầu trượt.Điều này xảy ra khi hệ số trượt là 10% khi đường khô và 5% khi đường ướt Khi sựtrượt xảy ra, người lái xe phải cố gắng không cho việc trượt này xảy ra, điều này lạiphụ thuộc vào kinh nghiệm của người lái xe Có nhiều cách giải quyết vấn đề này:

Phải biết cách điều khiển xe để xe luôn giữ đúng hướng và không bị trượt, điềunày thì lại liên quan đến góc lệch hướng của xe

Có một hệ thống chống trượt có bộ vi xử lý thay cho suy nghĩ của con người

Hệ thống chống trượt dùng để chọn các tác dụng riêng biệt cho thắng trước haysau luôn ổn định khi xe quay vòng Thay vì đổi hướng của xe bằng cách bẻ lái thì cóthể thay đổi sự trượt của vỏ xe bằng cách tác dụng thắng lên từng bánh riêng biệt Việctác dụng thắng riêng biệt như vậy sẽ chống lại sự lệch hướng của xe sẽ làm cho xequay quanh trọng tâm của nó Hệ thống chống trượt có liên quan đến hệ thống chống

bó cứng bánh xe nữa, mà chúng ta biết vùng làm việc của ABS với hệ số trượt nằmtrong khoảng δ = (0.2 – 0.3), nên TCS sẽ được điều chỉnh sao cho hợp lý với vùng làmviệc này của ABS Để phát hiện sự trượt ta cần phải có cảm biến

Tín hiệu từ các cảm biến nay được đưa đến bộ vi xử lý đã được lập trình trước