Nghiên cứu hệ thống ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô ESC (Electronic stability control)

Tài liệu tham khảo Nghiên cứu hệ thống ổn định quỹ đạo chuyển động của ô tô ESC (Electronic stability control)

Báo cáo Nghiên cứu khoa học sinh viên

Đề tài: Nghiên cứu hệ thống ổn định quỹ

đạo chuyển động của ôtô ESC (Electronic stability control)

GVHD : TS.Nguyễn Tuấn Anh - Bộ môn Cơ khí ôtô

SVTH : Nhóm sinh viên lớp Cơ khí ô tô A-K45

Mục lục

Mục lục………2Lời nói đầu……… 4Chơng I tổng quan về đề tài ……….6

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

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

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 26CHơng iii Cấu tạo và nguyên lý làm việc của ESC 29i- các phần tử cơ bản của hệthống 29

4- Cảm biến tốc độ góc bánhxe 32

esc 33

phanh 36

1.1- Trạng thái phanh bình ờng 36

2.1- Hoạt động của ESC khi xe quay vòngthừa 44

2.2- Hoạt động của ESC khi xe quay vòngthiếu 49

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

đ-Kết

luận 54

khảo 56

Lời nói đầu

Sự phát triển của ngành công nghiệp ôtô Việt Nam mớibắt đầu, với chiến lợc phát triển của nhà nớc, chính sách nội

địa hoá phụ tùng ô tô trong việc 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 đềnghiên cứu nâng cao tính năng an toàn cho ngời sử dụngthông qua kết cấu và điều khiển là vô cùng quan trọng Do

đờng xá ngày càng đợc cải thiện tốt hơn, tốc độ phát triểnnghành giao thông vận tải tăng nhanh cho nên tốc độchuyển động của ô tô cũng ngày càng đợc nâng cao Tuynhiên, cùng với những sự phát triển đó mật độ phơng tiệncơ giới trên đờng ngày càng cao, vấn đề tai nạn giao thôngtrên đờng là vấn đề quan tâm hàng đầu Chính vì vậy,chúng em chọn nghiên 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 tachủ yếu là lắp ráp nên để có thể độc lập chế tạo trong t-

ơng lai rất cần những nghiên cứu ứng dụng trong thực tiễn

Đây là một hệ thống khá mới và hiện đại đợc ứng dụng trên

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 xuấtkhông đợc công khai rộng rãi, cùng với trình độ chuyên môncha sâu rộng, do vậy mà việc nghiên cứu cụ thể kết cấu,

cấu tạo và nguyên lý của hệ thống gặp nhiều khó khăn và

có nhiều thiếu xót Rất mong sự phê bình, đóng góp ý kiếncủa các thầy trong hội đồng giám khảo và những ngời quantâm đến đề tài

Xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Tuấn Anh là ngời

đã trực tiếp hớng dẫn và giúp đỡ chúng em nghiên cứu đềtài 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 đã giúp đỡ vàgóp ý cho đề tài trong quá trình thực hiện

Nhóm Sinh viên:

Cơ khí

Ôtô A- K45

Chơng I Tổng quan về đề tàiI- Đặt vấn đề

Nh chúng ta đã biết, sự ra đời của chiếc ô tô đầu tiêntrên thế giới đã đánh dấu một bớc ngoặt lớn trong đời sốngcủa nhân loại Ô tô không chỉ giúp chúng ta di chuyển từnơi này sang nơi khác một cách nhanh chóng hay vậnchuyển hàng hoá dễ dàng, thuận tiện mà nó còn đóng vaitrò nh một thiết bị đảm bảo an toàn cho con ngời khi thamgia giao thông vận tải Ngay từ khi ra đời những chiếc ô tô

đã khẳng định đợc vai trò quan trọng của mình trong đờisống của con ngời, cùng với sự phát triển của giao thông vậntải ngành công nghiệp ô tô cũng theo đó không ngừng thay

đổi theo chiều hớng tích cực nhất Ngày nay, những chiếc

ô tô đã trở nên quen thuộc với chúng ta hơn bao giờ hết vàmỗi chúng ta dù ít, dù nhiều đều đợc hởng những tiện ích

mà chúng mang lại Nhng song song tồn tại cùng sự phát triểncủa ngành giao thông vận tải là những vụ tai nại cũng ngàycàng gia tăng bởi rất nhiều nguyên nhân và góp mặt trong

đó là nguyên nhân về tính an toàn của các phơng tiệntham gia lu thông trên đờng, ô tô cũng là một trong số cácphơng tiện đó Vì vậy, một nhu cầu cấp thiết đặt ra làcần có các hệ thống, cũng nh các phơng tiện có tính năng

đảm bảo an toàn tối đa cho con ngời cũng nh hàng hoátham gia lu thông trên các cung đờng

Đứng trớc nhu cầu đó rất nhiều các thiết bị công nghệ

đã đợc nghiên cứu và phát triển nhằm giảm thiểu tai nạnxuống mức thấp nhất Ngành công nghiệp ô tô cũng khôngloại trừ khỏi nhu cầu đó, hầu hết các hãng ô tô trên thế giới

đều đã dành những khoản kinh phí rất lớn cho việc nghiêncứu tích hợp các hệ thống an toàn trên các dòng xe củamình Ngày nay, gần nh toàn bộ các hệ thống, tổng thànhtrên ô tô đã đợc can thiệp bởi các hệ thống tích hợp cơ khíhay điện tử nhằm tạo ra sự tiện nghi và an toàn cao nhấtcho ngời sử dụng

Hiện tại, đã có rất nhiều hệ thống đợc nghiên cứu vàứng dụng trên xe của các hãng sản xuất ô tô và chúng manglại hiệu quả rõ rệt trong việc đảm bảo an toàn cho ngời sửdụng nh :

+ Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi phanh - ABS(Anti-lock Braking System)

+ Hệ thống phân phối lực phanh điện tử - EBD

(Electronic Brake force Distribution)

+ Hệ thống kiểm soát lực kéo - TRC (Traction ControlSystem)

+ 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 quátrình phanh, quá trình khởi hành hay khi chuyển động trêncác loại đờng trơn trợt có hệ số bám thay đổi, chúng chủyếu tác động đến lực phanh, lực kéo nhằm kiểm soát sự tr-

ợt của các bánh xe và chúng thờng đợc ứng dụng một cách

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 họctrong quá trình tăng tốc hay quay vòng( quay vòng thừahoặc quay vòng thiếu) cũng dẫn đến các tình huống nguy

hiểm cho ô tô Ô tô chuyển động trên đờng với quỹ đạo rấtphức tạp, nếu ô tô chuyển động với tốc độ cao, gặp chớngngại vật cần phanh gấp hoặc cần đổi hớng chuyển độngmột cách đột ngột để tránh chớng ngại vật có thể làm xe

bị lật

Các nguyên nhân trên đặt ra cho chúng ta một vấn đề

là cần có một hệ thống kết hợp các hệ thống trên để có thểkiểm 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 làmột hệ thống rất mới và có nhiều tiện ích nên việc nghiêncứu nó là một vấn đề cần thiết để có thể hiểu rõ và ứngdụng vào thực tiễn ở Việt Nam

II- mục đích, ph ơng h ớng nghiên cứu và nhiệm vụ của

đề tài

1- Mục đích của đề tài

Do hệ thống ESC còn khá mới mẻ và cha đợc phổ biến ởViệt Nam, nên mục 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, tàiliệu tham khảo để có thể tiếp tục nghiên cứu sâu hơn vàứng dụng trong thực 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 sốtài liệu khác, đề tài tập trung vào giới thiệu một cách tổngquan nhất về hệ thống, để có những hiểu biết cơ bản vềcấu 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 thốngESC

 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 tôhiện 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 tại hội trợ triển lãm ô tô Mỹ với cái tênESC (Electronic Stability Control) và sau này 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 theonhà sản xuất

 Có thể nói ESC là hệ thống còn rất mới mẻ đối với nớc tanhng trên thế giới thì ESC đã trở thành một hệ thống kháquen thuộc đối với ngành công nghiệp ô tô nói riêng và vớingời sử dụng ô tô nói chung Sự phổ biến của hệ thống này

có thể thấy rõ qua những số liệu sau: ESC là tiêu chuẩn trên40% xe khách năm 2006 và tuỳ chọn trên 15% với các loại xekhác tại Đức Nó là tiêu chuẩn trên mọi xe: Audi 2006, BMW,Infiniti, Mercedes-Benz, Porsche Tám hãng chế tạo ô tô kháclà: Cadillac , Jaguard, Randrover, Lexus, Mini, Toyota,Volkswagen, Volvo cũng đã đa ra ít nhất là tùy chọn trên tấtcả các mẫu xe

 Sau những nghiên cứu trong năm 2004 của cục an toàngiao thông quốc gia Mỹ, một số nhà sản xuất thông báo kếhoạch chế tạo chuẩn ESC trên tất cả các mẫu xe SUV Tỷ lệnhững xe SUV có trang bị ESC nh một thiết bị chuẩn đã và

đang phát triển nhanh trên thị trờng ô tô Hiện tại khoảng70% số xe thể thao đa dụng SUV và 40% xe du lịch tại Mỹ

đợc trang bị ESC nh một thiết bị tiêu chuẩn

 Mới đây viện nghiên cứu bảo hiểm an toàn giao thôngquốc 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 nhiềutên khác, tùy theo từng hãng sản xuất mà có các tên khácnhau, ví dụ:

+) Audi: ESP - Electronic Stabilization Program

+) Chevrolet: StabiliTrak (except Corvette - ActiveHandling)

+) 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

+) 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

+) 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 StabilityControl (VSC)

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

Trớc hết chúng ta cần hiểu thế nào là tính ổn địnhcủa ô tô Nói một cách khái quát, tính ổn định của ô tô làkhả năng đảm bảo giữ đợc quỹ đạo chuyển động theo yêucầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau Tùy thuộc

điều kiện sử dụng, ô tô có thể đứng yên, chuyển độngtrên đờng dốc (đờng có góc nghiêng dọc hoặc nghiêngngang), có thể quay vòng hoặc phanh ở các loại đờng khácnhau (đờng tốt, đờng xấu, đờng trơn trợt ) Trong những

điều kiện chuyển động phức tạp nh vậy, ô tô phải giữ đợcquỹ đạo chuyển động của nó sao cho không bị lật đổ,không bị trợt hoăc xe không bị nghiêng, cầu xe bị quay lệchtrong giới hạn cho phép để đảm bảo cho xe chuyển động

an toàn Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô,rất nhiều hệ thống tích hợp trên ô tô cũng đợc nghiên cứu vàphát triển nhằm đảm bảo sự ổn định cho xe

Năm 1949 bộ chống hãm cứng bánh xe ABS đợc sử dụng

đầu tiên trong ngành hàng không, ABS lúc đó là loại cơ khí.Trong quá trình phát triển, ABS đã đợc cải tiến từ loại cơkhí sang loại điện và nay là loại điện tử Trong ngành ô tôthì ABS xuất hiên đầu tiên vào năm 1969, trên thế giớinhiều hãng đã đi sâu nghiên cứu để trang bị cho ô tô củamình nh: Ford, GM, Bendix, Fiat, Toyota, Hệ thống ABS cóhiệu quả rất cao trong việc chống hãm cứng bánh xe khiphanh Tuy nhiên hệ thống ABS thông thờng chỉ có tác dụngtrong việc hãm cứng bánh xe mà không có hiệu quả trongviệc phân bố lực phanh cho các bánh xe khi trọng tải trêncác cầu thay đổi, vì thế mà hiệu quả phanh đạt đợc làkhông cao nhất Để giải quyết khuyết điểm này, trên hệthống ABS đã đợc tích hợp thêm hệ thống phân phối lựcphanh điện tử EBD (Electronic Brake-force Distribution).EBD là một công nghệ cho phép tăng lục phanh của xehoặc ứng dụng một cách tự động tùy theo điều kiện 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 ờng theo dõi áp suất của bàn đạp phanh, tải trọng của xe

đ-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 độngcủa các bánh xe và xác định dựa trên cơ sở tải trọng, thông

số mà các bánh xe phải sử dụng lực tác dụng nhiều nhất ứngvới từng điều kiện Nhờ sự phân phối lực phanh một cáchchính xác tự động kết hợp với hệ thống ABS sẽ làm tăng khả

năng chống bó cứng bánh xe trong các điều kiện chuyển

động khác nhau nh khi quay vòng Nhờ đó tăng tính ổn

định hớng chuyển động của xe Tuy nhiên trong quá trìnhchuyển động của ô tô có rất nhiều yếu tố dẫn đến mất ổn

định xe.ở đờng có hệ số bám thấp , các bánh xe chủ động

dễ bị trợt quay nếu xe khởi hành hay tăng tốc đột ngột dolực kéo vợt quá giới hạn bám giữa lốp và mặt đờng, làm mấtmát mô men chủ động và xe mất ổn định.Để khắc phụchiện tợng này,phần lớn các xe ngày nay đợc trang bị hệthống kiểm soát lực kéo TRC ( Traction Control System) Hệthống này thiết kế dựa trên cơ sở của một hệ thống ABS.Khi có hiện tợng trợt quay của bánh xe, hệ thống TRC sẽ có

đồng thời hai tác dụng: làm giảm mô mên 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 dụng lên các bánh xe chủ

động,vì vậy làm giảm mô men kéo truyền tới mặt đờng tớimột giá trị phù hợp Nhờ đó xe có thể khởi động và tăng tốcmột cách nhanh chóng và ổn định

Trên một số xe hiện nay trongtrờng hợp phanh khẩn cấp

nh gặp chơng ngại vật độ ngột ngời lái xe đặc biệt là ờithiếu kinhnghiệm , thờng hoang mang va phản ứng khôngkịp thời nên đạp chân lên bàn phanh không đủ mạnh , do

ng-đó không đủ lục phanh để dừng xe, Lực phanh tác dụng

lên bàn đạp cũng yếu dần đi trong quá trình phanh làmgiảm tác dụng phanh.

Bằng cách nhận biết tốc độ và lực tác dụng lên bàn đạpphanh của ngời lái xe, một hệ thống trợ lực phanh khẩn cấpBAS – Brake Assist System sẽ tự động cung cấp thêmmọt lựcphanh lớn hơn nhiều so với lực phanh do ngời lái tạo ra đểdừng hẳn xe

Do sự phát triển , ngày nay ESC la kết hợp của tất cảcác hệ thống trên ESC ngày càng đợc tích hợp nhiều hệthống đi cùng để nhằm tăng tính an toàn cho xe

Có thể nói hệ thống ổn định điện tử ESC là mộtthành tựu mới của nghành công nghiệp ô tô trong việcnâng cao tính an toàn cho ngời sử dụng Sự ra đời của ESCgắn liền với quá trình hoàn thiện của các hệ thống điện tửkhác liên quan đến tính an toàn đó là: Hệ thống chống bócứng bánh xe khi phanh ABS (Anti-lock Braking Sytem), hệthống kiểm soát lực kéo TRC Và ESC chính là sự kết hợpcủa hai hệ thống này, nó làm việc dựa trên cơ sở kế thừa vàphát huy nhng u điểm của cả hai hệ thống và kết hợp chúngmột cách hoàn hảo Ta có thể tóm tắt qua sơ đồ sau:

 Từ sơ đồ trên ta có thể thấy hệ thống ESC làm việc dựatrên nền tảng sự kết hợp của hệ thống ABS phức hợp và hệthống TRC Chính nhờ sự kết hợp này nên hầu hết cácnguyên 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 đây chúng ta sẽ tìm hiểu sâu hơn về hệ thốngESC

Chơng II Cơ sở lý thuyết của hệ thống ESC

I

Động lực học của ô tô khi phanh  

 Quan hệ giữa lốp và mặt đờng :

Lực phanh sinh ra ở mỗi bánh của ô tô trong suốt quátrình phanh là một hàm của phản lực từ mặt đờng tácdụng vuông góc lên bánh xe và hệ số bám giữa 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

đ-ợc biểu diễn bởi công thức (1-1):

(1-1)

Trong đó : Fx - Lực phanh

- Hệ số bám giữa lốp và mặt đờng

- Tải trọng tĩnh và động đặt lên bánh xe

 Hệ số bám giữa lốp và đờng không phải là một hằng số

mà là một hàm của các nhân tố, nó phụ thuộc vào loại bềmặt đờng cũng nh mức độ trợt dọc giữa lốp và mặt đờng.Các đờng cong quan hệ giữa hệ số bám dọc với độ trợt bánh

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 trợt hoàn toàn, không có lực phanh Mối quan

hệ này là nguyên tắc cơ bản để hiểu quá trình phanh

và không dễ quan sát khi độ trợt gần 100% (bánh xe trợtlết hoàn toàn) khó nhận thấy khi không có thiết bịchuyên dùng

 Lực phanh cao nhất có đợc khi mức độ trợt nhỏ Khicung cấp lực phanh quá lớn sẽ gây ra trợt 100 % và nh thế

sẽ không sinh ra lực phanh cực đại, vì vậy cần điềukhiển áp suất phanh cung cấp bằng kỹ năng của ngời lái

20 0.2 0.4 0.6 0.8

hoặc thông qua bộ điều khiển chống hãm cứng đểquãng đờng phanh ngắn nhất trên hầu hết các bề mặt.

 Lực phanh sinh ra biến đổi nhiều theo bề mặt đờng.Quãng đờng phanh và gia tốc phanh rất dễ nhận ra khiphanh trên đờng asphalt khô so sánh với phanh trên đờng

đóng băng

 Khi vợt qua điểm có hệ số bám lớn nhất đờng cong ()( - độ trợt) sẽ đi xuống Điều này nói lên rằng, khi lựcphanh bằng với lực bám cực đại thì tăng thêm lực phanhcũng không có kết quả và giải thích đợc vì sao một ngờilái có kinh nghiệm có thể đạt đợc quãng đờng phanhngắn hơn đáng kể hơn một ngời lái xe thiếu kinhnghiệm

 Một đặc điểm khác quan trọng của lốp ôtô trong khiphanh sinh ra lực bên chống lại sự trợt bên phản Lực bên làlực giữ cho lốp xe khỏi trợt theo phơng vuông góc với ph-

ơng chuyển động của xe Công thức lực bên đợc viết nhsau:

(1-2)+ Trong đó : Fy - lực bên

- hệ số bám ngang giữa lốp và mặt đờng

 Hệ số bám ngang giảm nhanh khi một bánh xe bắt

đầu trợt dọc Khi bánh sau trợt quá lớn dẫn đến mất lực bên

sẽ góp phần làm không ổn định phần đuôi xe dẫn đến

sự trợt ngang khi có lực bên nhỏ tác động vào xe Bánh xetrợt quá lớn dẫn đến mất lực bên tác động lên các bánh trớccủa xe làm tăng khả năng mất lái; hiện tợng mất lái này th-ờng xảy ra khi phanh gấp trên đờng có hệ số bám thấp

nh đờng đóng băng, tác dụng lực phanh quá lớn làm cholốp ở trạng thái trợt 100%

 Trong quá trình phanh ô tô thờng xảy ra sự trợt tơng

đối của bánh xe với mặt đờng , mà hệ số bám của bánh xe

và mắt đờng lại phụ thuộc rất nhiều vào độ trợt này, do dốlàm ảnh hởng đến chất lợng phanh.sự thay đổi của lực bámtheo 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:

+ 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 trợt tối 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 không những đảm

bảo cho hệ số bám dọc có giá trị cực đại mà còn cho giá trị

hệ số bám ngang khá cao

 Nh vậy giữ cho quá trình phanh xảy ra ở vùng trợt tối ucủa bánh xe λo thì sẽ đạt đơc lực phanh tối u hay hiệuquả phanh cao nhất, đồng thời đảm bảo tốt tính dẫn h-ớng và tính ổn định hớng khi phanh do hệ số bám ngang

φ đạt giá trị cao muốn có đợc điều đó thì lái xe trongquá trình phanh phải thực hiện thao tác đạp - nhả-đạpliên tục trong khoảng thời gian vô cùng nhỏ Tuy nhiêntrong thời gian phanh gấp lái xe không thể đủ thời gian

để thực hiện những thao tác đó, Do vậy khi phanh trongtình trạng khẩn cấp, lực phạnh tạo ra do lái xe thờng lớnhơn lực phanh tối u, điều này dẫn điến bó cứng bánh xe,làm mất khả năng kiểm soát cua lái xe cả về hớng và khảnăng điều khiển phanh dẫn đến gây ra tai nạn Để giúpcho lái xe có thể phanh với hiệu quả phanh tối u, tức làphanh trong trạng thái gấp với hệ số trợt tối u thì các ô tôhiện đại ngày nay đã đợc trang bị hệ thống chống bốcứng 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 không xảy ra hiện tợng bócứng bánh xe

 Để đánh giá tính ổn định dẫn hớng của ôtô khi phanhngời ta dùng một số chỉ tiêu sau:

- Góc lệch  của ôtô khi phanh, về mặt lý thuyết góc nàyxác định đợc.

- Hành lang cho phép mà ôtô không đợc vợt ra ngoài ởcuối quá trình phanh

- 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 chỗnếu xe khởi hành hay tăng tốc nhanh, làm mất mátmômen chủ động và có thể làm trợt xe Mômen cực đại cóthể truyền đến các bánh xe đợc quyết định bởi hệ số

ma sát giữa lốp xe và mặt đờng Nếu cố truyền mômen

đến các bánh xe vợt quá mức này, nó sẽ làm bánh xe dễ bịtrợt quay Việc đảm bảo mômen phù hợp với hệ số ma sáttrong các trờng hợp này đôi khi không dễ dàng với cả ngờilái ở phần lớn các trờng hợp, khi khởi hành xe đột ngột, ng-

ời lái đạp chân ga quá mạnh và làm bánh xe bị trợt quay,mất mát lực kéo và mômen Hệ thống điều khiển lực kéo(TRC) giảm mômen xoắn của động cơ khi bánh xe bắt

đầu trợt quay không phụ thuộc vào ý định của ngời lái,

cùng lúc đó nó điều khiển hệ thống phanh vì vậy giảmmômen truyền đến mặt đờng tới một giá trị phù hợp Vìvậy có thể khởi hành và tăng tốc một cách nhanh chóng

và ổn định Trên hình 2.1 là sơ đồ khối của hệ thốngTRC:

 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 cầu trớc chủ động) duytrì khả năng bám bên thích hợp Phơng thức cơ bản nhất

đạt đợc bằng điều khiển riêng mô men động cơ Tất cảcác bánh xe chủ động đợc truyền lực kéo nh nhau, tơngứng với khả năng bám ở bánh xe có lực bám thấp và vì vậykhả năng bám bên ở các bánh xe có độ bám dọc lớn sẽ lớnhơn Khi khả năng bám xấp xỉ ở tất cả các bánh chủ động,

hệ thống làm tăng tính ổn định của xe (điều khiển tínhdẫn hớng) Khi tăng lực kéo, các bánh xe trợt lết nên có thểkhông điều khiển đợc xe Hệ thống điều khiển lực kéo

Các cảm biến bánh

xe Công tắc

điều khiển

ECU

ECU động cơ

Bộ điều khiển

Hình 2.1- Sơ đồ khối hệ thống điều khiển

lực kéo

kết hợp chặt chẽ với bộ điều khiển mô men động cơ và

bổ sung thêm phanh (hoặc điều khiển vi sai) có thể ápdụng đồng thời để đảm bảo tính ổn định của xe (điềukhiển tính dẫn hớng) và tối u sự tăng tốc Bộ điều khiểnmômen động cơ là phơng pháp đợc u tiên trên các mặt đ-ờng có đủ điều kiện bám đồng nhất, trong khi tác dụnglực phanh (hoặc điều khiển vi sai) cung cấp sự tăng tốctối u ở tất cả các bánh xe chủ động

Hình 2.2 trình bày lực tác động lên các bánh xe khităng tốc trên đờng có bề mặt không đồng nhất

Lực kéo cực đại có thể đơc tính nh sau:

+ Độ trợt khi tăng tốc

với Rr  V+ Trong đó:  A và B lần lợt là độ trợt khi tăng tốc vàkhi phanh

 Độ trợt khi tăng tốc có thể nằm trong khoảng từ 0 tới rấtcao và thờng đợc sử dụng để mô tả các điều kiện có thểxảy ra khi các bánh chủ động trợt quay khi tăng tốc lúc khởihành Hình 2.3 tới hình 2.6 mô tả quá trình tăng tốc 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 bámdọc và độ trợt khi tăng tốc trên đờng thẳng Yêu cầu duytrì độ bám bên nhỏ ở những điều kiện này (ví dụ sự bùgió bên), sự duy trì lực kéo mới là nhân tố chính

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

 Hình 2.4 là đồ thị quan hệ giữa hệ số bám ngang vớigóc trợt  Góc trợt ngang tới hạn nằm trong khoảng 12- 150

Để điều khiển phanh, cần phải xem xét đến cả lực bên

Hình 2.4- Đồ thị hệ số bám ngang theo góc tr ợt

0.2 0.4 0.6 0.8

12-15° Góc tr ợ t 

Hệ số bám ngang  x

1.0

0.6 0.4 0.2

1.0 0.8

3.0 4.0 0.2

 Trên những mặt đờng khô, lực tăng tốc cực đại có thể

đạt đợc ở độ trợt từ 10-30 %, khi lực kéo tăng khoảng 5-10

% có thể dẫn đến trợt các bánh xe chủ động

Hệ số bám d

ọc và bám ng

ang ,

1.0 0.6

Độ tr ợt giữa lốp và mặt đ ờng

 A (%)

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 dàytuyết, hệ số bám khi tăng tốc tăng liên tục cùng với độ trợt,

và nó chỉ đạt giá trị cực đại tại điểm có độ trợt trên 60 %

 Hình 2.5 biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số bám dọc vàbám ngang khi xe chạy trên đờng khô với các góc trợt khácnhau Đờng cong bắt đầu từ độ trợt 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 bởikhả năng bám nếu đủ lực bên để duy trì

 Trên mặt đờng đóng băng (hình 2.6), hệ số bám bịhạn chế nghĩa là sự ổn định của xe khi tăng tốc chỉ đợc

duy trì khi góc trợt nhỏ ( 20) Khi góc trợt rất nhỏ ( 0.050)

sẽ làm hệ số bám bên giảm đáng kể Điều này cho chúng tathấy rất rõ việc điều khiển độ trợt là cần thiết khi xe chạytrên đờng băng tuyết (và các đờng khác có hệ số bámthấp) Bộ điều khiển lực kéo phải có độ chính xác cao,tín hiệu xử lý và cơ cấu chấp hành của phần tử điềukhiển 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 quanh trục nào đó gần sát trục dọc của xemột 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:

(3-1)

 Mô men này làm thay đổi các phản lực đặt lên bánh

xe Giả sử xe quay vòng, ở cầu trớc tải trọng thay đổi mộtlợng Zt, bánh xe phía trong giảm đi Zt, bánh xe phíangoài tăng lên một lợng Zt Tơng tự, ở cầu sau bánh phíatrong giảm một lợng Zs, và bánh xe phía ngoài tăng một l-ợng Zs

 Giả thiết với vận tốc quay vòng không đổi tải trọngthẳng đứng tác dụng lên các bánh xe cầu trớc và cầu saulà:

 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 xe phía bên ngoài vì lực kéo haylực phanh cực đại phụ thuộc vào phản lực từ mặt đờng lênbánh xe

 Sự chuyển động của ô tô trên đờng đòi hỏi phải thựchiện theo quỹ đạo rất phức tạp, ngời lái luôn phải điềukhiển góc quay vành tay lái Khi chuyển động với tốc độcao, mối quan hệ giữa quỹ đạo chuyển động với góc quayvành tay lái càng phải chặt chẽ Trong nhiều trờng hợp chỉcần một sự sai lầm nhỏ trong điều khiển sẽ dẫn tới mấtquỹ đạo chuyển động và có thể dẫn đến tai nạn giaothông Khi ô tô chuyển động trên đờng vòng với tốc độcao, gặp chớng ngại vật cần phải phanh xe đột ngột dẫn tớibánh xe bị trợt lết, gia tốc hớng tâm tăng đột ngột sẽ làmcác bánh xe bị trợt bên làm cho xe mất ổn định và có thể

bị lật

 Khi ô tô quay vòng có thể xảy ra hiện tợng quay vòngthiếu hoặc quay vòng thừa, nếu xe quay vòng thừa cácphản lực thẳng đứng tác dụng lên các bánh phía bên tronggiảm làm cho phản lực bên bị giảm không cân bằng đợcvới lực ly tâm dẫn đến các bánh xe sau bị trợt bên rất lớnlàm cho phần đuôi xe bị văng ra phía ngoài, ô tô mất