Trờng ĐH GTVT HN Báo cáo NCKHSV năm 2008
thiếu xót. Rất mong sự phê bình, đóng góp ý kiến của các thầy trong hội đồng
giám khảo và những ngời quan tâm đến đề tài.
Xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Tuấn Anh là ngời đã trực tiếp hớng
dẫn và giúp đỡ chúng em nghiên cứu đề tài. Chân thành cảm ơn các thầy trong
Bộ môn Cơ khí ô tô - Khoa Cơ khí Trờng Đại học G.T.V.T Hà nội đã giúp
đỡ và góp ý cho đề tài trong quá trình thực hiện.
Nhóm Sinh viên:
Cơ khí Ôtô A- K45
-
GVHD : TS.Nguyễn Tuấn Anh - Bộ môn Cơ khí Ôtô
SVTH : Nhóm sinh viên Cơ khí Ôtô A-K45 - 5 -
Trờng ĐH GTVT HN Báo cáo NCKHSV năm 2008
Chơng I
Tổng quan về đề tài
I- Đặt vấn đề
Nh chúng ta đã biết, sự ra đời của chiếc ô tô đầu tiên trên thế giới đã
đánh dấu một bớc ngoặt lớn trong đời sống của nhân loại. Ô tô không chỉ giúp
chúng ta di chuyển từ nơi này sang nơi khác một cách nhanh chóng hay vận
chuyển hàng hoá dễ dàng, thuận tiện mà nó còn đóng vai trò nh một thiết bị
đảm bảo an toàn cho con ngời khi tham gia giao thông vận tải. Ngay từ khi ra
đời những chiếc ô tô đã khẳng định đợc vai trò quan trọng của mình trong đời
sống của con ngời, cùng với sự phát triển của giao thông vận tải 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 và mỗi chúng ta dù ít, dù nhiều đều đợc hởng những tiện ích mà chúng
mang lại. Nhng song song tồn tại cùng sự phát triển của ngành giao thông vận
tải là những vụ tai nại cũng ngày càng gia tăng bởi rất nhiều nguyên nhân và
góp mặt trong đó là nguyên nhân về tính an toàn của các phơng tiện tham gia
lu thông trên đờng, ô tô cũng là một trong số các phơng tiện đó. Vì vậy, một
nhu cầu cấp thiết đặt ra là cần có các hệ thống, cũng nh các phơng tiện có tính
năng đảm bảo an toàn tối đa cho con ngời cũng nh hàng hoá tham 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 nạn xuống mức thấp nhất. Ngành công
nghiệp ô tô cũng không loại trừ khỏi nhu cầu đó, hầu hết các hãng ô tô trên thế
-
GVHD : TS.Nguyễn Tuấn Anh - Bộ môn Cơ khí Ôtô
SVTH : Nhóm sinh viên Cơ khí Ôtô A-K45 - 6 -
Trờng ĐH GTVT HN Báo cáo NCKHSV năm 2008
giới đều đã dành những khoản kinh phí rất lớn cho việc nghiên cứu tích hợp
các hệ thống an toàn trên các dòng xe của mình. Ngày nay, gần nh toàn bộ các
hệ thống, tổng thành trên ô tô đã đợc can thiệp bởi các hệ thống tích hợp cơ
khí hay điện tử nhằm tạo ra sự tiện nghi và an toàn cao nhất cho ngời sử dụng.
Hiện tại, đã có rất nhiều hệ thống đợc nghiên cứu và ứng dụng trên xe
của các hãng sản xuất ô tô và chúng mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc đảm
bảo an toàn cho ngời sử dụng 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 Control System).
+ Hệ thống điều khiển góc quay của xe quanh trục dọc xe AYC (Active
Yaw Control).
+ Hệ thống túi khí vv
Và còn rất nhiều các hệ thống đợc ứng dụng trên nhiều xe khác nhau.
Các hệ thống trên hỗ trợ ngời lái trong quá trình phanh, quá trình khởi hành
hay khi chuyển động trên các loại đờng trơn trợt có hệ số bám thay đổi, chúng
chủ yếu tác động đến lực phanh, lực kéo nhằm kiểm soát sự trợt của các bánh
xe và chúng thờng đợc ứng dụng một cách độc lập trên xe.
Tuy nhiên nguyên nhân gây tai nạn không chỉ đơn thuần là do sự trợt của
các bánh xe trên đờng, trên thực tế đã có rất nhiều những tai nạn đáng tiếc xảy
ra do hiệu quả phanh kém hoặc khi phanh xảy ra hiện tợng bó cứng bánh xe
làm mất khả năng điều khiển hoặc khi ô tô khởi hành hay tăng tốc độ đột ngột
trên đờng có hệ số bám thấp thì rất có thể các bánh xe chủ động bị trợt quay
tại chỗ dẫn đến làm mất mát mô men chủ động và có thể làm trợt xe. Đặc biệt
-
GVHD : TS.Nguyễn Tuấn Anh - Bộ môn Cơ khí Ôtô
SVTH : Nhóm sinh viên Cơ khí Ôtô A-K45 - 7 -
Trờng ĐH GTVT HN Báo cáo NCKHSV năm 2008
có những trờng hợp ô tô mất ổn định động học trong quá trình tăng tốc hay
quay vòng( quay vòng thừa hoặc quay vòng thiếu) cũng dẫn đến các tình
huống nguy hiểm cho ô tô. Ô tô chuyển động trên đờng với quỹ đạo rất phức
tạp, nếu ô tô chuyển động với tốc độ cao, gặp chớng ngại vật cần phanh gấp
hoặc cần đổi hớng chuyển động một 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 thể kiểm soát đợc tất cả các tình huống
xảy ra làm mất ổn định cho ô tô. Và hệ thống : ổn định quỹ đạo chuyển
động điện tử ESC (Electronic Stability Control) có thể giải quyết đợc vấn
đề này. Nh đã nói ở trên đây là một hệ thống rất mới và có nhiều tiện ích nên
việc nghiên cứu nó là một vấn đề cần thiết để có thể hiểu rõ và ứng dụng 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 ở Việt 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, tài
liệu tham khảo để có thể tiếp tục nghiên cứu sâu hơn và ứng dụng trong thực
tiễn công việc sau này.
2- Ph ơng h ớng nghiên cứu của đề tài.
-
GVHD : TS.Nguyễn Tuấn Anh - Bộ môn Cơ khí Ôtô
SVTH : Nhóm sinh viên Cơ khí Ôtô A-K45 - 8 -
Trờng ĐH GTVT HN Báo cáo NCKHSV năm 2008
Dựa trên các tài liệu về hệ thống của các hãng sản xuất ô tô lớn nh:
Mercedes-Benz, BMW, Toyota, Honda Và một số tài liệu khác, đề tài tập
trung vào giới thiệu một cách tổng quan nhất về hệ thống, để có những hiểu
biết cơ bản về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cũng nh các tác dụng mà hệ thống
mang lại cho chúng ta.
3- Nhiệm vụ của đề tài.
Giới thiệu tổng quan về hệ thống ESC.
Xây dựng cơ sở lý thuyết cho hoạt động của hệ thống ESC
Tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý làm việc của hệ thống.
III- Tổng quan về hệ thống ESC
1- Quá trình hình thành và phát triển.
ESC là tên viết tắt của Electronic Stability Control, là một trong những hệ
thống an toàn đợc trang bị trên ô tô hiện đại ngày nay. Hệ thống này đợc một
kỹ s ngời Đức triển khai đầu tiên với tên gọi Elektronisches Stabilitọts
Program (ESP) và đợc hai hãng sản xuất ô tô là Mercedes-Benz và BMW ứng
dụng lần đầu tiên trên ô tô vào năm 1995. Sau đó nó đợc giới thiệu tại hội trợ
triển lãm ô tô Mỹ với cái tên ESC (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 theo nhà sản xuất.
Có thể nói ESC là hệ thống còn rất mới mẻ đối với nớc ta nhng trên thế giới
thì ESC đã trở thành một hệ thống khá quen thuộc đối với ngành công nghiệp
ô tô nói riêng và với ngời sử dụng ô tô nói chung. Sự phổ biến của hệ thống
này có thể thấy rõ qua những số liệu sau: ESC là tiêu chuẩn trên 40% xe khách
năm 2006 và tuỳ chọn trên 15% với các loại xe khác tại Đức. Nó là tiêu chuẩn
-
GVHD : TS.Nguyễn Tuấn Anh - Bộ môn Cơ khí Ôtô
SVTH : Nhóm sinh viên Cơ khí Ôtô A-K45 - 9 -
Trờng ĐH GTVT HN Báo cáo NCKHSV năm 2008
trên mọi xe: Audi 2006, BMW, Infiniti, Mercedes-Benz, Porsche. Tám hãng
chế tạo ô tô khác là: Cadillac , Jaguard, Randrover, Lexus, Mini, Toyota,
Volkswagen, Volvo cũng đã đa ra ít nhất là tùy chọn trên tất cả các mẫu xe.
Sau những nghiên cứu trong năm 2004 của cục an toàn giao thông quốc gia
Mỹ, một số nhà sản xuất thông báo kế hoạch chế tạo chuẩn ESC trên tất cả các
mẫu xe SUV. Tỷ lệ những xe SUV có trang bị ESC nh một thiết bị chuẩn đã và
đang phát triển nhanh trên thị trờng ô tô. Hiện tại khoảng 70% số xe thể thao
đa dụng SUV và 40% xe du lịch tại Mỹ đợc trang bị ESC nh một thiết bị tiêu
chuẩn.
Mới đây viện nghiên cứu bảo hiểm an toàn giao thông quốc gia Mỹ(IIHS)
tuyên bố Hệ thống ổn định điện tử ESC sẽ là thiết bị chuẩn trên tất cả các xe
ô tô ở nớc này.
Hiện nay, ngoài tên gọi phổ biến là ESC (Electronic Stability Control) và
ESP (Electronic Stability Program) thì hệ thống ổn định điện tử còn đợc gọi
biết đến với nhiều tên khác, tùy theo từng hãng sản xuất mà có các tên khác
nhau, ví dụ:
+) Audi: ESP - Electronic Stabilization Program
+) Chevrolet: StabiliTrak (except Corvette - Active Handling)
+) Chrysler: Electronic Stability Program (ESP)
+) Fiat: Electronic Stability Program (ESP)
+) Ferrari: Control Stability (CST)
+) Ford: AdvanceTrac and Interactive Vehicle Dynamics
+) Hyundai: Electronic Stability Program
-
GVHD : TS.Nguyễn Tuấn Anh - Bộ môn Cơ khí Ôtô
SVTH : Nhóm sinh viên Cơ khí Ôtô A-K45 - 10 -
Trờng ĐH GTVT HN Báo cáo NCKHSV năm 2008
+) Honda: Electronic Stability Control (ESC) and Vehicle
Stability Assist (VSA)
+) Infiniti: Vehicle Dynamic Control (VDC)
+) Jaguar: Dynamic Stability Control (DSC)
+) Jeep: Electronic Stability Program (ESP)
+) Land Rover: Dynamic Stability Control (DSC)
+) Lexus: Vehicle Stability Control (VSC) and Traction
Control (TRAC) systems
+) Lincoln: AdvanceTrak
+) Mazda: Dynamic Stability Control
+) Mercedes: Electronic Stability Program (ESP)
+) Nissan: Vehicle Dynamic Control (VDC)
+) Porsche: Porsche Stability Management (PSM)
+) Suzuki: Vehicle Stability Control (VSC)
+) Toyota: Vehicle Dynamics Integrated Management
(VDIM) with Vehicle Stability Control (VSC)
2- Cơ sở cho sự ra đời của hệ thống ESC
Trớc hết chúng ta cần hiểu thế nào là tính ổn định của ô tô. Nói một
cách khái quát, tính ổn định của ô tô là khả năng đảm bảo giữ đợc quỹ đạo
chuyển động theo yêu cầu trong mọi điều kiện chuyển động khác nhau. Tùy
thuộc điều kiện sử dụng, ô tô có thể đứng yên, chuyển động trên đờng dốc (đ-
ờng có góc nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang), có thể quay vòng hoặc phanh ở
các loại đờng khác nhau (đờng tốt, đờng xấu, đờng trơn trợt ). Trong những
điều kiện chuyển động phức tạp nh vậy, ô tô phải giữ đợc quỹ đạo chuyển
động của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trợt hoăc xe không bị nghiêng,
-
GVHD : TS.Nguyễn Tuấn Anh - Bộ môn Cơ khí Ôtô
SVTH : Nhóm sinh viên Cơ khí Ôtô A-K45 - 11 -
Trờng ĐH GTVT HN Báo cáo NCKHSV năm 2008
cầu xe bị quay lệch trong 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 và phát 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 cơ khí sang loại điện và nay là loại điện tử. Trong ngành
ô tô thì ABS xuất hiên đầu tiên vào năm 1969, trên thế giới nhiều hãng đã đi
sâu nghiên cứu để trang bị cho ô tô của mình nh: Ford, GM, Bendix, Fiat,
Toyota, Hệ thống ABS có hiệu quả rất cao trong việc chống hãm cứng bánh
xe khi phanh. Tuy nhiên hệ thống ABS thông thờng chỉ có tác dụng trong việc
hãm cứng bánh xe mà không có hiệu quả trong việc phân bố lực phanh cho các
bánh xe khi trọng tải trên các cầu thay đổi, vì thế mà hiệu quả phanh đạt đợc
là không cao nhất. Để giải quyết khuyết điểm này, trên hệ thống ABS đã đợc
tích hợp thêm hệ thống phân phối lực phanh điện tử EBD (Electronic Brake-
force Distribution). EBD là một công nghệ cho phép tăng lục phanh của xe
hoặc 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 đờng theo dõi áp suất của bàn đạp phanh, tải trọng của xe
để xác định thời điểm áp dụng lực ép tới các xy lanh bánh xe. Các cảm biến
đợc thiết kế để theo dõi sự chuyển động của 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
ứng với từng điều kiện. Nhờ sự phân phối lực phanh một cách chính 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 trình chuyển động
của ô tô có rất nhiều yếu tố dẫn đến mất ổn định xe.ở đờng có hệ số bám
-
GVHD : TS.Nguyễn Tuấn Anh - Bộ môn Cơ khí Ôtô
SVTH : Nhóm sinh viên Cơ khí Ôtô A-K45 - 12 -
Trờng ĐH GTVT HN Báo cáo NCKHSV năm 2008
thấp , các bánh xe chủ động dễ bị trợt quay nếu xe khởi hành hay tăng tốc đột
ngột do lực kéo vợt quá giới hạn bám giữa lốp và mặt đờng, làm mất mát mô
men chủ động và xe mất ổn định.Để khắc phục hiện tợng này,phần lớn các xe
ngày nay đợc trang bị hệ thống kiểm soát lực kéo TRC ( Traction Control
System). Hệ thống 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 động cơ 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 tới một giá trị phù hợp. Nhờ đó xe có thể
khởi động và tăng tốc một 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 ngờithiếu kinhnghiệm , thờng hoang
mang va phản ứng không kịp thời nên đạp chân lên bàn phanh không đủ
mạnh , do đó không đủ lục phanh để dừng xe,. Lực phanh tác dụng lên bàn
đạp cũng yếu dần đi trong quá trình phanh làm giảm tác dụng phanh.
Bằng cách nhận biết tốc độ và lực tác dụng lên bàn đạp phanh của ngời
lái xe, một hệ thống trợ lực phanh khẩn cấp BAS Brake Assist System sẽ tự
động cung cấp thêmmọt lực phanh lớn hơn nhiều so với lực phanh do ngời lái
tạo ra để dừng hẳn xe.
Do sự phát triển , ngày nay ESC la kết hợp của tất cả các hệ thống trên.
ESC ngày càng đợc tích hợp nhiều hệ thống đi cùng để nhằm tăng tính an toàn
cho xe.
Có thể nói hệ thống ổn định điện tử ESC là một thành tựu mới của
nghành công nghiệp ô tô trong việc nâng cao tính an toàn cho ngời sử dụng.
Sự ra đời của ESC gắn liền với quá trình hoàn thiện của các hệ thống điện tử
-
GVHD : TS.Nguyễn Tuấn Anh - Bộ môn Cơ khí Ôtô
SVTH : Nhóm sinh viên Cơ khí Ôtô A-K45 - 13 -
Trờng ĐH GTVT HN Báo cáo NCKHSV năm 2008
khác liên quan đến tính an toàn đó là: Hệ thống chống bó cứng bánh xe khi
phanh ABS (Anti-lock Braking Sytem), hệ thống kiểm soát lực kéo TRC. Và
ESC chính là sự kết hợp của hai hệ thống này, nó làm việc dựa trên cơ sở kế
thừa và phát huy nhng u điểm của cả hai hệ thống và kết hợp chúng một 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 dựa trên nền tảng sự
kết hợp của hệ thống ABS phức hợp và hệ thống TRC. Chính nhờ sự kết hợp
này nên hầu hết các nguyên nhân gây mất an toàn cho xe đều đợc kiểm soát và
ngăn chăn một cách kịp thời ngay khi nó có xu hớng xảy ra. Sau đây chúng ta
sẽ tìm hiểu sâu hơn về hệ thống ESC.
-
GVHD : TS.Nguyễn Tuấn Anh - Bộ môn Cơ khí Ôtô
SVTH : Nhóm sinh viên Cơ khí Ôtô A-K45 - 14 -
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét