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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
-----------------------------------

ĐỀ TÀI BÁO CÁO

ỨNG DỤNG MATLAB / SIMULINK VÀ CARSIM
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TCS TRÊN TOYOTA
VIOS 2019


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

1

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 sốt 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 vịng trên ơ tơ........................................................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 khơng 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: Mơ 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
2

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: Thơng 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

3


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 khơng có bình tích năng (LS400)...........................33

4


PHẦN MỞ ĐẦU

Với sự tăng trưởng đến chóng mặt của nền kinh tế và bùng nổ
dân số ở nước ta đã làm cho q 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 ơ tơ 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 ơ tơ 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 tốn 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.

5


1 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Đặt vấn đề
Tai nạn giao thơng ln là một vấn đề nóng hậu quả của nó
khơng chỉ liên quan trực tiếp đến những người có liên quan đến vụ
tai nạn mà cịn gây ra thiệt hại về kinh tế về tinh thần và nhiều hệ
lụy 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 bối

cảnh phương tiện gia tăng nhanh chóng đặc biệt là các xe ơ tơ. Việc
ứng dụng công nghệ hiện đại nhằm giám sát hiệu quả và đảm bảo
tính an tồn cho xe là một trong những giải pháp quan trọng được cơ
quan 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 giao
thơng trên tồn 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 cạnh
các giải pháp về chính sách như gia tăng mức độ xử phạt vi phạm
luật giao thông, cải thiện cơ sở hạ tầng. Hiện nay đa số các đơn vị
sản xuất xe đã chủ động đưa vào những hệ thống đảm bảo khả năng
an tồn cho xe đó là hệ thống chống bó cứng phanh (ABS), hệ thống
cân bằng điện tử (ESC) và cuối cùng là hệ thống chống trượt trơn hay
kiểm soát lực kéo (TCS). Ở đây chúng ta sẽ phân tích về hệ thống
kiểm sốt lực kéo TCS thông qua phần mềm mô phỏng Carsim để
cho 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

6


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 tồn của xe, đó là lực bám đường. Lực
bám 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 ( lực bám giúp xe di chuyển về
phía trước hoặc giảm tốc độ khi phanh), lực bám ngang tạo ra sự ổn định khi xe

chuyển 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 và được định nghĩa
như sau:

Với:
: Lực kéo tiếp tuyến cực đại giữa bánh xe với mặt đường.
Gb: Tải trọng thẳng đứng tác dụng lên bánh xe (được gọi là
trọng lượng bám).
Nếu xét khả năng bám theo chiều ngang ( khi dưới bánh xe chỉ có phản lực
ngang Yb ), thì hệ số bám được gọi là hệ số bám ngang và được định nghĩa như sau:

Ở đây: – là phản lực ngang cực đại của mặt đường tác dụng lên
bánh xe
Và 2 lực bám này còn có quan hệ mật thiết với sự trượt thơng
qua đồ thị đặc tính trượt

7


Hình 1.1: Đồ thị đặc tinh trượt
Yếu tố ảnh hưởng đến lực bám:
Khơng có trọng lượng, khơng có lực bám: Nếu bánh trước nhấc lên, sẽ khơng
cịn lực bám giữa bánh và mặt đường nữa. Để khắc phục điều này, các hệ thống treo
đóng vai trị quan trọng, bên cạnh vai trò mang lại sự êm dịu còn giúp bánh luôn tiếp
xúc 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.
Khơng ít lần trong các bộ phim hành động có cảnh một chiếc xe tăng tốc, bánh quay
trịn 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 khả
năng bám của bánh. Hãy duy trì áp suất lốp theo khuyến cáo của nhà sản xuất. Lốp bị
mòn cũng một nguyên nhân làm giảm lực bám, rõ ràng lốp mới có khả năng bám
đường tốt hơn lốp đã bị mòn. Khi lăn trên mặt đường, phần rãnh giữa các hoa lốp tại vị
trí lốp biến dạng là nơi thốt khí, nước giúp cho nó ln được tiếp xúc trực tiếp với
mặt đường.

8


Hình 1.2: Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám
Hình A: Ảnh hưởng của áp suất trong lốp
Hình B: Ảnh hưởng của tốc độ chuyển động của ơ tơ
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 rl 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
lực phanh Fp hay momen phanh Mp) được sử dụng phù hợp khi khảo sát sự phân phối
công suất cho nhiều cầu chủ động qua hộp phân phối mà không sử dụng vi sai.

9


Hình 1.3: Sự phụ thuộc của bán kính lăn rl vào momen (hoặc lực) tác dụng lên
bánh xe
Để đơn giản thì mối quan hệ rl(F) thường được tuyến tính hóa trong toàn bộ
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 biến
dạng vòng của lốp). Giá trị này thay đổi trong phạm vi khá rộng phụ thuộc vào loại
lốp.
Bán kính lăn rlo là bán kính lăn của bánh xe bị động, mà trên nó khơng có tác
dụng của bất kì mơmen nào (Mk = Mp = 0).
Khi giá trị lực kéo Fk (hoặc mômen chủ động Mk) tác dụng lên bánh xe dần dần
tăng lên và xuất hiện sự trượt quay giữa bánh xe với mặt đường thì rl giảm xuống. Khi
bánh xe bị trượt quay hồn tồn (Mk = Mkmax = M : mơmen bám ) thì rl = 0. Khi giá trị
lực phanh Fp (hoặc mômen phanh Mp) tác dụng lên bánh xe dần dần tăng lên và xuất
hiện sự trượt lết giữa bánh xe với mặt đường thì rl tăng lên. Khi bánh xe bị trượt lết
hồn tồn (Mp = Mpmax = M) thì rl 
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 độ
trượt giữa bánh xe với mặt đường cũng thay đổi theo. Sự phụ thuộc của hệ số trượt vào
10


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

Hình 1.4: Đồ thị đặc tính trượt ở từng loại đường của lực kéo và phanh
– là hệ số bám theo phương dọc xe
– hệ số bám theo phương ngang
Từ đồ thị ta có một số nhận xét:
thay đổi theo k.
Ở trạng thái trượt hồn tồn k = 1 ta có = S khơng phải là giá trị lớn nhất, 0
do đó bánh xe khơng cịn khả năng bám ngang, rất nguy hiểm vì chỉ cần đụng nhẹ xe
có thể bị lật;

k = 0,2 0,3 có V là giá trị lớn nhất của , tăng lên đáng kể so với trường hợp k
= 1;
Phần đường đặc tính có k = 0,2 0,3 được áp dụng cho hệ thống phanh ABS.

11


Một trong những cơng nghệ hỗ trợ để duy trì lực bám là hệ thống chống bó
cứng phanh ABS. Tác dụng của nó khơng phải để rút ngắn qng đường phanh mà là
tạo ra khả năng lái khi phanh, bằng cách quản lý độ trượt để duy trì lực bám tối ưu.
Ngồi ra cịn một hệ thống quan trọng mà chúng ta sẽ nghiên cứu đó là hệ thống chống
trượt 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 thống
phanh chống bó. Đây là một hệ thống an tồn 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 phanh
nhịp, các kỹ thuật đã từng được thực hiện bởi những người lái xe khéo léo trước khi hệ
thống phanh ABS được phổ biến rộng rãi. ABS hoạt động với tốc độ nhanh hơn và
hiệu quả hơn hầu hết các trình điều khiển có thể quản lý. ABS mang đến khả năng
kiểm 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 cách
phanh 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 thống
như vậy đã trở nên ngày càng tinh tế và hiệu quả. Các phiên bản hiện đại chỉ có thể
ngăn 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 biết
đến 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 máy
bay vào những năm 1950. Và vào những năm 1970, Ford và Chrysler đã chứng minh
rằng nó cũng có thể được sử dụng trong xe hơi. Hiện tại, hệ thống chống bó cứng
phanh 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.

12


Chúng ta biết là phanh càng ăn khi lực phanh càng lớn. Nhưng lực phanh không
thể lớn tùy ý mà còn phụ thuộc vào khả năng tiếp nhận của mặt đường tực là hệ số
bám
Ở phanh thường không phải giá trị cực đại nên hiệu quả phanh khơng tốt nhất.
Ngồi ra khi = 1, y = 0 khơng cịn khả năng bám ngang, dẫn đến mất ổn định
khi phanh.
ABS hoạt động trong khoảng = 0,1 – 0,3 nên khắc phục được 2 nhược điểm
trên ở phanh thường.
Nhiệm vụ của hệ thống phanh ABS là hiệu chỉnh liên tục áp suất trong dẫn
động phanh để lực phanh ở các bánh xe ln ln xấp xỉ bằng lực bám, nhờ đó các
bánh xe không bị hãm cứng và giữ cho độ trượt giữa bánh xe với mặt đường thay đổi
trong một giới hạn hẹp xung quanh giá trị = 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 định
tốt khi phanh.

Hình 1.5: Đồ thị đặc tinh trượt với các loại đường khác nhau
= -1 <0 ,

=r+

Từ đồ thị và công thức trên ta thấy hệ số bám x , y không những phụ thuộc vào
loại đường và tình trạng mặt đường mà cịn phụ thuộc vào độ trượt của bánh xe khi
phanh, hoặc kéo khi lăn trên đường đó.

13


Với định nghĩa trên thì x = 0 khi lực phanh Fp = 0, tức là lúc chưa phanh. Khi
bắt đầu phanh, x tăng nhanh và độ trượt cũng tăng lên. Khi độ trượt nằm trong khoảng
15  25% thì x  x max, đặc biệt khi = = 20% thì x  x max và y có giá trị khá lớn. Bởi
vậy giá trị được gọi là độ trượt tối ưu. Thực nghiệm chứng minh rằng, tùy từng loại xe
mà có thể thay đổi trong giới hạn 15  25%.
Ở hệ thống phanh thường, khi gặp nguy hiểm, người lái đạp mạnh lên bàn đạp
phanh 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 = 100%, do đó x giảm đi gần
một nửa, nên lực phanh Fpi cũng giảm đi gần một nửa, đồng thời khi = 100% thì y  0,
dẫn đến Fy = y.Gb  0, cho nên khả năng bám ngang của các bánh xe khơng cịn nữa,
lúc này chỉ cần một lực ngang nhỏ tác dụng lên xe là xe sẽ bị trượt ngang . Ưu điểm
vượt trội của hệ thống phanh ABS so với phanh thường là : do ABS hiệu chỉnh liên tục
áp suất trong dẫn động phanh, nên độ trượt chỉ dao động trong giới hạn 10  30% . Ở
trong giới hạn này x  xmax nên Fpmax  x max.Gb = F, bởi vậy hiệu quả phanh
sẽ cao nhất. Mặt khác y ở trong giới hạn này cũng có giá trị khá lớn, nên Fy = y.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 cứng
phanh bằng việc chủ động điều chỉnh áp lực phanh xuyên suốt hệ thống. Áp lực phanh
vẫn bị tác động lực bởi người điều khiển phương tiện nhưng qua hệ thống được cải

tiến 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 được
phát minh, nhưng phần lớn hệ thống được triển khai trong sản xuất phương tiện lại là
thủy lực điện tử.
Khi nhận thấy xe có nguy hiểm các cảm biến tốc độ phát hiện tốc độ của từng
bánh 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 khơng cần khố cứng bánh xe.

14


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 phanh
lớn nhất để xe dừng lại kịp thời hoặc cho đến mới.

Hình 1.6 :ABS kiểm sốt 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 hiệu
15


ứng Hall hoặc bánh xe có răng và cuộn dây điện từ để tạo tín hiệu. Vịng quay của
bánh 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 xe

quay, cảm biến này có thể trở nên khơng 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 dịng, 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 khơng thể mở, đóng hoặc thay đổi vị trí. Một van không hoạt động sẽ ngăn hệ
thống 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 phóng
van khi phát hiện trượt bánh xe. Sau khi van giải phóng áp suất được cung cấp từ
người sử dụng, bơm được sử dụng để khôi phục một lượng áp suất mong muốn cho hệ
thống 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 thơng tin mà cảm
biến gửi về. Trong trường hợp nhận thấy xe rơi vào trạng thái khơng an tồn, ECU sẽ
ra lệnh cho các bộ phận khác kích hoạt. Ngồi ra, ECU cịn có tính năng ghi nhớ, dựa
trên những thơng số nhận được từ ABS cho lần kích hoạt trước đó.
1.2.3

Hệ thống ESC

Hệ thống an tồn trên ơ tơ gồm hệ thống an toàn bị động và hệ
thống an toàn chủ động. Hệ thống an tồn bị động (túi khí, dây đai an
toàn, khung xe) bảo vệ người điều khiển khi tai nạn xảy ra, trong khi đó hệ thống an
tồn 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
16

hệ thống chủ động như vậy. Hệ thống cân bằng điện tử được công bố lần đầu bởi
Robert 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 phanh
chống bó cứng ABS, hệ thống kiểm soát lực kéo TCS. Nếu các hệ thống ABS hoặc hệ
thống điều khiển lực kéo TCS là hệ thống giúp tăng tính ổn định thân xe theo chiều
dọc. Thì hệ thống cân bằng điện tử ESC trên ơ tơ sẽ giúp tăng tính ổn
định 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 định
của xe giúp người lái dễ dàng điều khiển xe theo ý muốn trong
trường hợp khẩn cấp để tránh va chạm, lật quay. Hệ thống ESC cũng
tăng cường lực kéo để chống lại hiện tượng trượt xe.

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

17


Hình 1.9: Khảo sát động học quay vịng trên ơ tô
Ý nghĩa của các ký hiệu như sau:
R1 – Bán kính quay vịng 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.
– Góc quay vịng của các bánh xe ở cầu trước.
1 – Góc lệch hướng của các bánh xe dẫn hướng ở cầu trước.
2 – Góc lệch hướng của các bánh xe dẫn hướng ở cầu sau.

* Trường hợp 1:
Nếu 1 = 2 và R1 = R : Xe có tính chất quay vịng trung tính (quay vịng định
mức).
Lúc này bán kính quay vịng thực tế của ơ tơ R1 bằng bán kính quay vịng lý
thuyết R và xe quay vòng đúng với quỹ đạo cong của đường.
18


* Trường hợp 2:
Nếu 1 > 2 và R1 > R: Xe có tính chất quay vịng thiếu. Lúc này
bán kính quay vịng thực tế của ơ tơ R1 lớn hơn bán kính quay vịng
lý thuyết R. Đối với loại xe này, khi quay vịng, người lái phải quay
thêm vơlăng để giảm R1 xuống bằng giá trị của R, nhằm đảm bảo
cho xe quay vòng đúng với quỹ đạo cong của đường.
* Trường hợp 3:
Nếu 1 < 2 và R1 < R: Xe có tính chất quay vịng thừa. Lúc này
bán kính quay vịng thực tế của ơ tơ R1 nhỏ hơn bán kính quay vịng
lý thuyết R. Đối với loại xe này, khi quay vòng, người lái phải giảm
bớt góc quay của vơlăng 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 định
trạng thái chuyển động thực tế. Hệ thống cân bằng điện tử ESC hoạt động dựa vào tín
hiệu 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 vịng, 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. Hiện
tượng mất lái có thể xảy ra khi người lái phải xoay vô lăng nhanh để tránh một chướng
ngại vật bất ngờ trên đường hoặc bẻ lái quá nhiều/ quá ít khi vào cua khiến xe bị văng
đuôi/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 kết
quả với góc quay vơ lăng, từ đó đưa ra các lệnh điều khiển phanh hoặc giảm cơng suất
giúp 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, bộ
phận này cịn có thể làm tăng áp suất dầu vào khu vực cần thiết khi có yêu cầu tạo ra
lực phanh chênh lệch giữa các bánh. Về nguyên tắc, hoạt động của ABS và ESC không
thể tách rời nhau, ABS cho phép ESC phanh độc lập trên từng bánh một cách hiệu quả.
19


Tuy nhiên, hệ thống cân bằng điện tử làm việc hồn tồn tự động khi có sự sai lệch
giữa góc đánh lái và góc quay thân xe, cịn hệ thống chống bó cứng phanh hoạt động
chỉ khi người lái đạp phanh và bánh xe có nguy cơ bị bó cứng. Ngồi ra, ESC cịn 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 lực phanh tại
mỗi bánh xe thì ESC có chức năng kiểm soát độ cân bằng và ổn định của xe khi 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 cả
khơng có sự can thiệp của người lái xe. Nó sử dụng hệ thống phanh của xe để trả lại
cho xe quỹ đạo của nó. ESC khơng chỉ can thiệp ở hệ thống phanh, mà cịn có thể can
thiệp vào động cơ của xe giúp tăng/giảm tốc các bánh xe. Do đó quỹ đạo của xe được
đảm bảo, trong giới hạn của các định luật vật lý. Qua các hệ thống điều khiển điện tử
như ABS, TRC, ESC sẽ tính tốn ổn định ơ tơ theo phương ngang để hạn chế tối đa
hiện 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, thì

ESC sẽ can thiệp vào hệ thống phanh bánh xe ở phía trong của cầu sau để điều chỉnh
lực 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 thiệp
vào hệ thống phanh bánh xe ở phía ngoài cầu trước để điều chỉnh lực phanh cho phù
hợp.

20


Hình 1.10: Hoạt động ESC ảnh hưởng đến góc đánh lái của xe
Ngoài việc ngăn chặn việc trượt khỏi quỹ đạo của xe. ESC cịn có thể cho ta
nhiều hơn thế:
ESC có khả năng tác dụng lên hệ thống phanh một cách độc lập mà khơng phụ
thuộc 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 thoải
mái 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. Các
chức năng bổ sung của ESC sẽ là một lựa chọn hoặc cũng sẽ là thiết bị tiêu chuẩn tích
hợp trên xe trong tương lai trong khi yêu cầu về an toàn và tiện nghi ngày càng cao
như:
Hệ thống bám trên sườn dốc:
Việc khởi động trên sườn dốc thường gặp những khó khăn nhất là đối với xe tải
trọng lớn do ta phải thao tác rất nhanh giữa chân phanh, chân ga và chân côn để ngăn
chặn các xe bị trôi xuống dốc.
Hệ thống ESC có trang bị hệ thống bám trên sườn dốc sẽ giúp khởi động ở sườn
dốc dễ dàng hơn bằng cách vẫn duy trì áp lực ở phanh trong khoảng 2 giây sau khi
người lái nhấc chân khỏi chân phanh. Do đó, người lái có đủ thời gian để chuyển từ
chân phanh sang chân ga mà không cần phải sử dụng phanh tay.
Trợ giúp phanh khẩn cấp:

21


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 lực
trên bàn đạp phanh và sự thay đổi đột ngột của áp lực sẽ giúp ECU biết được khi nào
cần 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 trước
khi 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 bằng
của xe. thích ứng tải xác định những thay đổi của khối lượng xe và trọng tâm của xe
sau 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 hệ
thống ESC và can thiệp khi chiếc xe có nguy cơ bị lật. ECU sẽ điều khiển tác động lên
từng bánh xe riêng rẽ hay làm giảm lực tác dụng của động cơ để ngăn chặn xe bị lật và
giữ xe cân bằng.
1.2.4

Hệ thống TCS

TCS (Traction Control System) là tên gọi thường được dùng nhất của hệ thống
này, ngồi ra nó cịn 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 giúp đảm
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 thống
phanh, bắt đầu xuất hiện từ giữa những năm 1980. Đó là các cơng nghệ ABS (Antilock Brakes 1978), Traction Control (1985) và hệ thống cân bằng điện tử Stability

Control (1995). Ba công nghệ trên đều ra đời từ phịng 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 và
mặt 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
22


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 với
mặt 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 trượt
của bánh xe làm cho bánh xe bắt đầu trượt. Điều này làm xuất hiện sự thay đổi vị trí
của điểm tiếp xúc giữa bánh xe và mặt đường và làm thay đổi vết tiếp xúc khi xe quay
vòng, thắng, tăng tốc hay cả 3 trường hợp. Tuy nhiên vấn đề trượt của xe không phải
hồn tồn 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 sự
trượt xảy ra, người lái xe phải cố gắng không cho việc trượt này xảy ra, điều này lại
phụ 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, điều
này 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 hay

sau ln ổn định khi xe quay vịng. Thay vì đổi hướng của xe bằng cách bẻ lái thì có
thể thay đổi sự trượt của vỏ xe bằng cách tác dụng thắng lên từng bánh riêng biệt. Việc
tác dụng thắng riêng biệt như vậy sẽ chống lại sự lệch hướng của xe sẽ làm cho xe
quay 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 nằm
trong khoảng = (0.2 – 0.3), nên TCS sẽ được điều chỉnh sao cho hợp lý với vùng làm
việc 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
xác định xem bánh xe nào bắt đầu trượt. Khi giá trị đo được vượt quá giá trị được xác
23