NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ ESC TRÊN Ô TÔ DU LỊCH

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT Ô TÔ
Đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CÂN BẰNG
ĐIỆN TỬ ESC TRÊN Ô TÔ DU LỊCH

Hà Nội – 2021


i
MỤC LỤC
MỤC LỤC.........................................................................................................i
LỜI NĨI ĐẦU................................................................................................iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH..............................................................................iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.........................................................................vi
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ ESC

1
1.1 Tình hình tai nạn giao thơng trong những năm gần đây.........................1
1.1.1 Tình hình tai nạn giao thơng trên thế giới........................................1
1.1.2 Tại nạn giao thông tại Việt Nam...................................................... 3
1.2 Định nghĩa ESC...................................................................................... 4
1.3 Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống ESC........................................5
1.4 Hệ thống cân bằng điện tử trên các hãng xe và hiệu quả của chúng.....10
1.5 Kết luận chương 1.................................................................................15
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN
TỬ ESC..........................................................................................................16
2.1 Phanh vi sai........................................................................................... 16
2.2 Kiểm sốt độ ổn định của góc lệch....................................................... 17
2.3 Kiểm sốt độ ổn định cuộn................................................................... 19
2.4 Quy trình kiểm soát động lực học xe.................................................... 21
2.5 Kết luận chương 2.................................................................................23
CHƯƠNG 3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ

THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ ESC.........................................................24
3.1 Các phần tử cơ bản của hệ thống.......................................................... 24
3.1.1 Bộ điều khiển ABS với EDL / TCS / ESC.....................................27


ii
3.1.2 Cảm biến góc lái G85.....................................................................29
3.1.3 Cảm biến gia tốc bên G200............................................................31
3.1.4 Cảm biến góc nghiêng Yaw G202..................................................33
3.1.5 Bộ thủy lực.....................................................................................36
3.1.6 Bộ trợ lực phanh chủ động với xi lanh chính phanh......................37
3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống ESC............................................... 40
3.2.1 Trường hợp thiếu lái.......................................................................41
3.2.2 Trường hợp thừa lái........................................................................42
3.2.3 Kiểm soát xe khi vào cua............................................................... 43
3.3 Sơ đồ thủy lực của hệ thống ESC......................................................... 44
3.3.1 Khối thủy lực ESC trong chế độ không tải và trạng thái phanh thông

thường..................................................................................................... 46
3.3.2 Khi áp dụng ABS (giảm áp suất)................................................... 47
3.3.3 Khi áp dụng ABS (duy trì áp suất).................................................48
3.3.4 Khi áp dụng ABS (tăng áp suất).....................................................49
3.4 Kết luận chương 3.................................................................................49
KẾT LUẬN....................................................................................................50
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................51


iii
LỜI NĨI ĐẦU
Sự phát triển của ngành cơng nghiệp ơ tô Việt Nam mới bắt đầu, với chiến

lược phát triển của nhà nước, chính sách nội địa hố 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 nước trong đó có các hệ thống nâng cao tính
năng an toàn cho người sử dụng. Vấn để nghiên cứu nâng cao tính năng an tồn
cho người sử dụng thơng qua kết cấu và điều khiến là vô cùng quan trọng. Do
đường xá ngày càng được cải thiện tốt hơn, tốc độ phát triển nghành giao thông
vận tải tăng nhanh cho nên tốc độ chuyển động của ô tô cũng ngày càng đưoc
nâng cao. Tuy nhiên, cùng với những sự phát triển đó mật độ phương tiện cơ giới
trên đường ngày càng cao, vấn để tai nạn giao thông trên đường là vấn đề quan
tâm hàng đầu. Chính vì vậy, em chọn nghiên cứu về để tài:

"Nghiên cứu hệ thống cân bằng điện tử ESC (Electronic Stability
Control) trên ô tô du lịch"
Với tình hình hiện nay ngành cơng nghiệp ơ tơ của ta chủ yếu là lắp ráp nên
để có thể độc lập chế tạo trong tương lai rất cần những nghiên cứu ứng dụng
trong thực tiễn. Đây là một hệ thống khá mới và hiện đại được ứng dụng trên ô
tô, đặc biệt với ngành công nghiệp ô tô Việt Nam. Mặt khác, tài liệu chuyên sâu
về hệ thống của các nhà sản xuất không được công khai rộng rãi, cùng với trình
độ chun mơn chưa 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 kiến của các thầy trong khoa và những đọc giả quan tâm
đến để tài để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Nhân đây, em xin chân thành cảm ơn các Thầy giáo trong khoa Công nghệ
ô

tô và Thầy giáo TS. Vũ Hải Quân đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án.


iv
DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1. 1 Tỷ lệ tử vong trung bình trên đường trên 100.000 dân [16].............1
Hình 1.2 Số người chết do tai nạn giao thông đường bộ năm 2017 ( Nguồn:
IHME, Gobal Burden of Disease - GBD).........................................................2
Hình 1. 3 Tỷ lệ tai nạn giữa các phương tiện [12]............................................ 3
Hình 1.4 Số người chết do tai nạn giao thơng ở Việt Nam từ 2012 - 2018 [9] 4
Hình 2.1 Vịng trịn ma sát [1]........................................................................ 16
Hình 2. 2 Phanh vi sai [13]............................................................................. 17
Hình 2. 3 (a) Sự can thiệp của ESC trong quá trình thiếu lái (b) Sự can thiệp
của ESC trong quá trình thừa lái [4]............................................................... 18
Hình 2. 4 Lực lượng bên tác động lên xe trong quá trình di chuyển [1].........19
Hình 2. 5 Đầu vào của tay lái và độ dịch chuyển bên được sử dụng để đánh giá

khả năng phản ứng của xe [4]......................................................................... 21
Hình 2. 6 Quy tắc kiểm sốt [14]....................................................................22
Hình 2. 7 Trường hợp ơ tơ đang có nguy cơ bị thiếu lái [14].........................22
Hình 2. 8 Trường hợp ơ tơ đang có nguy cơ bị thừa lái [14]..........................23
Hình 3. 1 Sơ đồ cấu tạo cơ bản hệ thống ESC của Bosch trang bị trên các dịng

xe Audi [3]...................................................................................................... 25
Hình 3. 2 Sơ đồ khối về tín hiệu đầu vào và cơ cấu chấp hành hệ thống ESC
của Bosch [3].................................................................................................. 26
Hình 3. 3 Chu kì kiểm sốt [3]........................................................................26
Hình 3. 4 Bộ điều khiển ESC [3].................................................................... 28
Hình 3. 5 Cảm biến góc lái G85 [3]................................................................29
Hình 3. 6 Thiết kế cảm biến góc lái G85 [11].................................................30
Hình 3. 7 Ngun lý của cảm biến góc lái [11].............................................. 31
Hình 3. 8 Cảm biến gia tốc bên G200 [3]....................................................... 32
Hình 3. 9 Bố trí của tụ điện dung [11]............................................................ 33

v
Hình 3. 10 Nguyên lý điện dung của cảm biến [11]....................................... 33
Hình 3. 11 Cảm biến góc nghiêng Yaw G202 [3]...........................................34
Hình 3. 12 Các phần tử cơ bản của cảm biến góc nghiêng Yaw [11].............35
Hình 3. 13 Ngun lý âm thoa ở tần số 11kHz [11]........................................35
Hình 3.14 Bộ thủy lực [6]...............................................................................36
Hình 3. 15 Bộ trợ lực phanh chủ động với xi lanh chính phanh [11].............38
Hình 3. 16 Cấu tạo của bộ trực lực phanh [11]...............................................38
Hình 3. 17 Chức năng của cơng tắc phát hiện phanh ESC F83 [11]...............39
Hình 3. 18 Ngun lý của bộ van điện từ pít tơng [11]...................................40
Hình 3. 19 Xe trong trường hợp thiếu lái [10]................................................41
Hình 3. 20 Xe trong trường hợp thừa lái [10].................................................42
Hình 3. 21 Các tình huống khác nhau của xe khi vào cua [10]...................... 43
Hình 3. 22 Sơ đồ thủy lực của hệ thống ESC [8]............................................44
Hình 3. 23 Khối thủy lực ESC trong chế độ khơng tải và trạng thái phanh thơng

thường [10]......................................................................................................46
Hình 3. 24 Khối thủy lực ESC khi áp dụng ABS (giảm áp suất) [10]............47
Hình 3. 25 Khối thủy lực ESC khi áp dụng ABS (duy trì áp suất) [10]..........48
Hình 3. 26 Khối thủy lực ESC khi áp dụng ABS (tăng áp suất) [10].............49


vi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT Kí hiệu
1

ABS

Tiếng Anh

Anti-lock Braking System

Tiếng Việt
Hệ thống chống bó cứng
phanh

2

ASR

Anti Slip Regulator

Bộ điều chỉnh chống trượt

3

EBD

Electronic Brake-force

Phân bố lực phanh điện tử

Distribution
4

EDL

Electronic Differential

Khóa vi sai điện tử

Lock
5
6

Euro-

European New Car

Chương trình đánh giá ơ tơ

NCAP

Assessment Programme

mới của châu Âu

ETS

Electronic Traction System

Hệ thống kiểm soát lực kéo
điện tử

7
8
9
10

FARS

IIHS
IVD
HECU

Fatality Analysis Reporting Hệ thống báo cáo phân tích tử
System

vong

Insurance Institute for

Viện bảo hiểm an toàn đường

Highway Safety

cao tốc

Interactive Vehicle

Hệ thống cân bằng động lực

Dynamics

học của xe

Hydraulic Electronic

Bộ điều khiển điện tử thủy lực

Control Unit

11

NASS-

National Automotive

Hệ thống lấy mẫu ô tô quốc

CDS

Sampling System - the

gia - Hệ thống dữ liệu mức độ

Crashworthiness Data

xung đột (CDS)

System (CDS)
12
13

NHTSA National Highway Traffic
NTSB

Cục quản lý an tồn giao

Safety Administration

thơng đường cao tốc quốc gia

National Transportation

Ban An tồn Giao thơng Quốc

Safety Board

gia


vii
14 SAE

Society of Automotive

Hiệp hội kỹ sư ô tô

Engineers
15 TRC

Traction Control Sytem

Hệ thống kiểm soát lực kéo

16 WTO

World Trade Organization

Tổ chức Thương mại Thế giới

1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN TỬ ESC
1.1 Tình hình tai nạn giao thơng trong những năm gần đây
1.1.1 Tình hình tai nạn giao thơng trên thế giới
Trên khắp thế giới, các con đường gồm rất nhiều phương tiện như ô tô, xe
buýt, xe tải, mô tô, xe gắn máy, người đi bộ, động vật, taxi và những du khách
khác. Việc đi lại bằng phương tiện cơ giới hỗ trợ sự phát triển kinh tế và xã hội
ở

nhiều quốc gia. Tuy nhiên, mỗi năm, các phương tiện giao thông liên quan

đến các vụ tai nạn gây ra hàng triệu người chết và bị thương.
Tai nạn giao thông đường bộ gây ra gánh nặng kinh tế to lớn cho các
nước có thu nhập thấp và trung bình. Mỗi năm, theo ước tính chi phí mới nhất
hiện có (1998), thương tích giao thơng đường bộ gây thiệt hại 518 tỷ USD
trên toàn thế giới và 65 tỷ USD ở các nước có thu nhập thấp và trung bình,
vượt quá tổng số tiền mà các nước này nhận được từ hỗ trợ phát triển.
Các quốc gia có thu nhập thấp và trung bình chỉ chiếm 60% số phương
tiện được đăng ký trên thế giới nhưng hơn 90% số ca tử vong do giao thông
đường bộ trên thế giới. Tỷ lệ tử vong do va chạm giao thông đường bộ ở các
nước thu nhập thấp cao hơn 3 lần so với các nước thu nhập cao. Số ca tử vong
do tai nạn giao thông đường bộ ở bất kỳ quốc gia thu nhập thấp nào từ năm
2013 đến năm 2016 đều khơng giảm.

Hình 1. 1 Tỷ lệ tử vong trung bình trên đường trên 100.000 dân [16]


2
Tỷ lệ tử vong trung bình cao nhất ở các nước thu nhập trung bình, đó là

20,1, so với 18,3 ở các nước thu nhập thấp và 8,7 ở các nước thu nhập cao.
Theo Tổ chức Y tế Thế giới, thương tích giao thơng đường bộ đã gây ra
khoảng 1,35 triệu ca tử vong trên toàn thế giới trong năm 2016. Tức là cứ 25s
lại có một người chết. Chỉ 28 quốc gia, đại diện cho 449 triệu người (bảy phần
trăm dân số thế giới), có luật thích hợp giải quyết tất cả năm yếu tố nguy cơ
(tốc độ, lái xe khi say rượu, mũ bảo hiểm, thắt dây an toàn và ghế an toàn cho
trẻ em). Hơn một phần ba số ca tử vong do tai nạn giao thông đường bộ ở các
nước thu nhập thấp và trung bình là do người đi bộ và đi xe đạp. Tuy nhiên,
chưa đến 35% các nước có thu nhập thấp và trung bình có chính sách để bảo
vệ những người tham gia giao thơng này. Tỷ lệ trung bình là 17,4 trên 100.000
người. Các nước thu nhập thấp hiện có tỷ lệ tử vong do giao thông đường bộ
hàng năm cao nhất, 24,1 trên 100.000, trong khi tỷ lệ này ở các nước thu nhập
cao là thấp nhất, 9,2 trên 100.000.

Hình 1.2 Số người chết do tai nạn giao thông đường bộ năm 2017 ( Nguồn:
IHME, Gobal Burden of Disease - GBD)


3
Hình 1.2 cho thấy tỷ lệ tử vong cao nhất có xu hướng ở các nước châu
Phi và thấp nhất ở các nước châu Âu.
Các số liệu tổng số tử vong được lấy từ báo cáo của WHO và thường là
một số tử vong do tai nạn giao thông đã được điều chỉnh để phản ánh các
phương pháp báo cáo và tính tốn khác nhau giữa nhiều quốc gia (ví dụ: "một
trường hợp tử vong sau bao nhiêu ngày kể từ khi xảy ra tai nạn vẫn được tính
một con đường tử vong? "(theo tiêu chuẩn quốc tế được điều chỉnh thành
khoảng thời gian 30 ngày), hoặc" để bù đắp cho việc báo cáo thiếu ở một số
quốc gia"

Hình 1. 3 Tỷ lệ tai nạn giữa các phương tiện [12]

1.1.2 Tại nạn giao thông tại Việt Nam
Ở

Việt Nam, khoảng 14000 người thiệt mạng mỗi năm do tai nạn giao

thông đường bộ. Người đi xe máy chiếm tỷ lệ cao (khoảng 59%) trong các vụ
va chạm giao thông đường bộ trên cả nước. Phần lớn số người chết và bị
thương trên đường là ở độ tuổi từ 15 đến 49 - nhóm chiếm 56% tổng dân số
và là nhóm hoạt động kinh tế nhất.
WHO ước tính rằng chấn thương giao thơng đường bộ là nguyên nhân
hàng đầu gây tử vong cho những người từ 15-29 tuổi ở Việt Nam. Theo báo


4
cáo hiện trạng toàn cầu của WHO về an toàn đường bộ được cơng bố gần đây,
nhiều luật an tồn đường bộ hiện hành của Việt Nam hoặc khơng tồn diện trong
phạm vi của chúng hoặc được thực thi kém. Việt Nam là một trong mười quốc
gia nằm trong Dự án An toàn Đường bộ của WHO tại 10 quốc gia, dự án này sẽ
được thực hiện trong 5 năm bởi một tập đồn gồm sáu đối tác quốc tế.

Hình 1.4 Số người chết do tai nạn giao thông ở Việt Nam từ 2012 - 2018 [9]
1.2 Định nghĩa ESC
Định nghĩa ESC dựa trên Báo cáo thông tin về phương tiện bề mặt J2564
của Hiệp hội Kỹ sư Ơ tơ (SAE) (sửa đổi tháng 6 năm 2004). ESC được định
nghĩa là một hệ thống có tất cả các thuộc tính sau:
-

ESC tăng cường độ ổn định về hướng của xe bằng cách áp dụng và

điều chỉnh riêng từng mômen phanh của xe để tạo ra thời điểm sai lệch điều

chỉnh cho xe.
-

ESC là một hệ thống được điều khiển bằng máy tính, sử dụng thuật tốn

vịng kín để hạn chế người vượt xe và hạn chế người chạy xe dưới. [Thuật tốn
vịng kín là một chu kỳ hoạt động được theo sau bởi một máy tính bao gồm các

điều chỉnh tự động dựa trên kết quả của các hoạt động trước đó hoặc các điều
kiện thay đổi khác].


5
-

ESC có một phương tiện để xác định tốc độ chệch hướng của xe và ước

tính độ trượt bên hoặc đạo hàm trượt bên của nó theo thời gian. [Tỷ lệ chệch
hướng có nghĩa là tỷ lệ thay đổi góc hướng của xe đối với trục thẳng đứng qua
trọng tâm của xe. Đường trượt là hàm cung của tỷ số giữa vận tốc bên và vận
tốc dọc của trọng tâm].
-

ESC có một phương tiện để giám sát đầu vào của lái xe.

-

ESC có một thuật tốn để xác định nhu cầu và một phương tiện để điều

chỉnh mô-men xoắn của động cơ, nếu cần, để hỗ trợ người lái xe duy trì khả

năng điều khiển phương tiện.
-

ESC hoạt động trên toàn bộ dải tốc độ của xe (ngoại trừ ở tốc độ xe nhỏ

hơn 15 km / h (9,3 mph) hoặc khi được lái ngược lại).
1.3 Lịch sử ra đời và phát triển của hệ thống ESC
Hệ thống cân bằng điện tử (ESC) vẫn chỉ có trên một tỷ lệ nhỏ các mẫu
xe Hoa Kỳ nhưng chúng mang lại những cải tiến đáng kể về hiệu suất bằng
cách cảm nhận khi xe sắp mất kiểm soát và can thiệp để giữ cho xe ổn định.
Hệ thống ESC, được biết đến dưới một loạt các từ viết tắt khác và nhiều tên
thương mại khác nhau, hoạt động bằng cách sử dụng phanh ABS làm nền tảng
và với việc bổ sung các cảm biến đo góc vơ lăng, tốc độ chệch hướng và lực
quay. Các thuật toán phần mềm diễn giải dữ liệu cảm biến và xác định xem
chiếc xe có đang di chuyển theo cách mà nó cần cho người lái xe nhập hay
không. Nếu không, hệ thống sẽ tự động kích hoạt phanh trên một hoặc nhiều
bánh hoặc kích hoạt ga nhẹ để đưa xe trở lại hàng.
Bởi vì việc di chuyển thường xảy ra trước các thao tác né tránh – đặc biệt là
đánh lái và phanh – ESC cung cấp khả năng tránh mất kiểm soát và ngăn chặn
việc lật xe tiếp theo. Tuy nhiên, hệ thống ESC đã không được giới thiệu trên các
loại xe dễ bị lật nhất cho đến nhiều năm sau khi các mẫu xe hạng sang nhận được
tính năng này. Giờ đây, các nhà cung cấp ESC đang lướt qua các khách hàng của
họ, một số người trong số họ quan tâm đến ESC đã trở nên hờ hững, và trực tiếp
kêu gọi người tiêu dùng yêu cầu ESC. Các nhà sản xuất ESC


6
đổ lỗi cho các nhà sản xuất ơ tơ vì đã khơng cung cấp thiết bị tiêu chuẩn và
đóng gói tính năng này với các mặt hàng “xa xỉ” khác như một lựa chọn chi
phí cao. Việc xói mịn thêm các ứng dụng ESC tiềm năng có thể xảy ra khi

các nhà sản xuất “loại bỏ” phương tiện vì lý do chi phí, loại bỏ các thiết bị nền
tảng thiết yếu như phanh ABS bốn kênh và trang bị cho các mẫu xe hệ thống
yêu cầu nâng cấp đáng kể để bổ sung các điều khiển ESC. Nhà cung cấp cũng
tỏ ra thận trọng trong hoạt động tiếp thị bên ngồi của họ vì khách hàng của
họ khơng thích nhìn thấy một hệ thống được quảng bá làm nổi bật các vấn đề
quay vòng với xe của họ.
Các hệ thống ESC mới nhất phức tạp hơn bao giờ hết và bao gồm cảm
biến tốc độ lăn của xe và các tính năng dự đốn khác để chủ động ngăn ngừa
các tình huống có khả năng dẫn đến tai nạn khi lật xe.
Sự lặp lại đầu tiên của ESC về cơ bản là kiểm soát lực kéo được BMW
phát triển vào cuối những năm 1980 và sử dụng hệ thống điều khiển động cơ
để giảm mơ-men xoắn trong các tình huống "quan trọng về độ ổn định".
BMW đã nhận ra xu hướng “phản ứng thái quá và mất kiểm soát” của người
lái xe và đã phát triển các hệ thống tích cực hoạt động để ngăn chặn những
vấn đề này. Hệ thống BMW được phát triển với Bosch và Continental-Teves
và được trang bị cho tồn bộ dịng xe BMW cho năm 1992, bao gồm cả 3Series chi phí thấp nhất của nó (một loại xe có giá tương đương với nhiều
mẫu SUV phổ biến). Đến năm 1992, Mercedes đã dốc sức phát triển và thử
nghiệm ESC với nhà cung cấp Bosch. Tại thời điểm này, các tài liệu kỹ thuật
đã được công bố mô tả việc thử nghiệm và ghi lại khả năng điều khiển xe
được cải thiện bằng cách sử dụng hệ thống ESC. Các nhà sản xuất như Ford
cũng bắt đầu nghiên cứu và phát triển ESC vào đầu những năm 1990, gọi hệ
thống của họ là Hệ động lực xe tương tác (IVD).
Năm 1995, Mercedes bắt đầu sử dụng hệ thống ESC trong sản xuất. Giống
như BMW, hệ thống của Mercedes đã phát triển nhờ ABS, kiểm soát lực kéo


7
điện tử (ETS) và kiểm soát trượt khi gia tốc (ASR). Vào mùa thu năm 1995,
Toyota đã giới thiệu Hệ thống Kiểm soát Ổn định Xe (VSC), kết hợp với ABS
và hệ thống kiểm soát lực kéo hoạt động hiệu quả dọc theo các dòng của hệ

thống đã được Mercedes giới thiệu. Hệ thống này được thiết kế bởi Toyota và
các thành phần chính do Aisin và Denso cung cấp. Trong thời gian này, Ford
đang phát triển hệ thống sản xuất đầu tiên cho Lincoln LS 1999 với nhà cung
cấp ITT (nay là Continental-Teves). Tuy nhiên, Ford cũng đã bắt đầu thử
nghiệm xe SUV với ESC, nhưng những chiếc xe có nguy cơ lật xe cao hơn
này đã lùi lại vị trí của các dịng xe sang của họ.
Đến năm 1996, các tài liệu kỹ thuật tiếp tục mô tả việc thử nghiệm các
hệ thống ESC và sự phát triển của chúng và BMW bắt đầu nói về thiết kế thế
hệ thứ 3 của mình.
Trong suốt năm 1997, các quảng cáo của Mercedes bao gồm các mô tả
về ESC của hãng như một tính năng “ổn định xe bằng điện tử” và “ở chế độ
chờ để điều khiển xe nếu và khi người lái mất kiểm sốt.” Cùng năm đó GM
bắt đầu trang bị cho Cadillac DeVille, Eldorado và Seville sản xuất năm 1997
và thiết kế ESC mang tên Stabilitrak do Delphi thực hiện. Stabilitrak sau đó
đã được điều chỉnh cho phù hợp với một số loại xe GM khác.
Vào cuối tháng 9 năm 1997, ESC đã trở nên nổi bật hơn nhiều nhờ sự
chuyển nhượng của chiếc xe siêu nhỏ A-Class của Mercedes tại thị trường châu
Âu. Trong các cuộc thử nghiệm ở Đan Mạch, một nhà báo đã lăn một chiếc AClass được tải đầy đủ với tốc độ 37 dặm/giờ trong thao tác thường được gọi là
"Elk" hoặc "Moose". Đáp lại, Mercedes tuyên bố sẽ trang bị thêm cho A-Class
ESC cũng như lốp xe và các thành phần hệ thống treo mới để ngăn chặn hiện
tượng lật xe. Ngoài ra Mercedes đã ngừng sản xuất và thay đổi thiết kế. Việc thu
hồi miễn phí cho chủ sở hữu A-Class và ước tính đã tiêu tốn 50 triệu DM (23
triệu USD) cho việc trang bị thêm và 100 triệu DM khác để sửa đổi các mẫu xe
mới. Vào thời điểm đó, một phát ngơn viên của Daimler cho biết “công


8
ty có rất ít lựa chọn,…Với tư cách là Daimler-Benz và Mercedes-Benz, chúng
tôi phải vượt lên dẫn đầu ”. Điều quan trọng cần lưu ý là A-Class là một chiếc
microcar rẻ tiền, dành cho thị trường đại chúng, có giá thấp hơn VW Golf.

Sau sự bùng nổ của A-Class, các tạp chí thương mại trong ngành đã báo
cáo vào năm 1998 rằng cả Ford và VW đều đang kêu gọi để có được ESC trên
các mẫu xe có giá thấp hơn của họ và ESC lần đầu tiên được thêm vào xe dẫn
động bốn bánh. Vào năm 1999, gần như mọi nhà sản xuất đều có ít nhất một
mẫu xe với ESC – Ford đã cung cấp Lincoln LS mới với phiên bản ESC và
GM đã bổ sung hệ thống Bosch cho Oldsmobile Intrigue cỡ trung bình. Trong
khi đó, Ford đang chuẩn bị cung cấp IVD trên Ford Focus phiên bản 2000 nhỏ
gọn giá rẻ của họ ở châu Âu và trên mẫu Mỹ vào năm 2001. Một trong những
lo ngại của nhà sản xuất xe phát sinh ở giai đoạn này là nguồn cung nhanh
chóng bị tiêu thụ như một bộ phận. các nhà cung cấp bắt đầu có dấu hiệu khó
đáp ứng nhu cầu - đặc biệt là đối với những công ty đã chậm đưa ESC vào mơ
hình của họ.
Bosch, cơng ty đi đầu trong cơng nghệ ESC đã xuất bản một bài báo vào
năm 2000 mô tả năm năm kinh nghiệm với các hệ thống ESC trong sản xuất. Họ
trích dẫn dữ liệu vụ tai nạn từ Đức rằng 20 - 25% các vụ va chạm ơ tơ có thương
tích và tử vong là do mất kiểm sốt phương tiện (xe quay vịng) và 60% các vụ
va chạm đó là do xe đơn lẻ. Các tác giả cho rằng điều này xuất phát từ những
khó khăn mà người lái xe gặp phải khi cố gắng điều khiển phương tiện của họ
trong các tình huống giới hạn và xu hướng người lái xe đánh lái quá nhiều, khiến
tình hình trở nên tồi tệ hơn. Để giải quyết những vấn đề đã biết này, ESC của họ
được thiết kế để giúp người lái điều khiển phương tiện, đặc biệt là trong các thao
tác hoảng sợ vì nhiệm vụ chính của ESC là hạn chế góc trượt và ngăn cản sự
quay của xe, giúp người lái không đánh lái quá nhiều.
Khi ESC trở nên phức tạp hơn và ít tốn kém hơn, nhiều nhà sản xuất xe tiếp
tục nghiên cứu thị trường và nhận thấy rằng khi người tiêu dùng được giới


9
thiệu với các khả năng của ESC, họ đã đưa tính năng cao vào danh sách “sản
phẩm mong muốn”.

Đối với năm 2001, hàng chục hãng sản xuất và mẫu xe được cung cấp
ESC dưới dạng thiết bị tiêu chuẩn hoặc tùy chọn và một nghiên cứu do kỹ sư
Ford người Đức đồng tác giả đánh giá dữ liệu khảo sát Nguyên nhân Tai nạn
Châu Âu cho thấy ESC có ảnh hưởng tích cực đến tổng số tổn thất- kiểm sốt
sự cố. Phân tích chỉ ra rằng khoảng 18% tất cả các vụ va chạm thương tích và
34% các vụ tai nạn chết người ESC sẽ làm giảm khả năng xảy ra va chạm
hoặc ngăn chặn nó hồn tồn. Trong các vụ va chạm mà nguyên nhân được
xác định là "mất kiểm sốt phương tiện", ESC sẽ có một lợi ích nhất định
trong 42% trường hợp có hậu quả thương tích và trong 67% trường hợp tai
nạn chết người. Nghiên cứu này được theo sau bởi một số nghiên cứu khác
của Toyota và Mercedes, cũng cho thấy dữ liệu va chạm hỗ trợ luận điểm rằng
các vụ va chạm trong thế giới thực đang được giảm thiểu ở các phương tiện
có ESC. Gần đây, một nghiên cứu từ Thụy Điển và kết quả mô phỏng từ Hoa
Kỳ đã xác nhận hiệu quả của ESC để giảm sự cố. Đây là điều đặc biệt quan
trọng vì đã có q khứ với cơng nghệ “thông minh” như phanh ABS.
Sau khi ABS được triển khai rộng rãi, các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các hệ
thống an tồn này khơng làm giảm các vụ va chạm và trong một số loại điều
kiện, các xe có ABS gặp phải số vụ va chạm xe đơn lẻ nhiều hơn. Những phát
hiện này khiến NHTSA và các tổ chức an toàn khác cảm thấy “bị thiêu đốt” bởi
những khuyến nghị mạnh mẽ của họ về công nghệ “thông minh” đầu tiên. Vấn
đề ABS cũng khiến các nhà nghiên cứu tìm kiếm lý do tại sao một hệ thống hoạt
động tốt trong điều kiện đường thử lại không cho thấy những cải tiến trong thế
giới thực. Mặc dù hầu hết các kết luận rằng vấn đề xuất phát từ sự tương tác của
người lái xe và sự thất bại của các nhà sản xuất xe trong việc giáo dục người tiêu
dùng một cách đúng đắn về nhu cầu chỉ cần nhấn phanh và giữ (thay vì bơm), có
khả năng các vấn đề trên đường một phần là do- chi phí, thiết kế hiệu suất thấp
tràn ngập thị trường. Một số hệ thống rẻ tiền này đã bị NHTSA


10

điều tra và thu hồi. Bất kể nguyên nhân là gì, trải nghiệm ABS đã ảnh hưởng
khơng nhỏ đến sự hỗ trợ của NHTSA và các nhóm an tồn khác đối với các
công nghệ thông minh. Các nhà cung cấp ESC cấp cao nhất hiện đang lo ngại
rằng các hệ thống hiệu suất thấp, chi phí thấp có khả năng tìm đường vào thị
trường, điều này sẽ làm lỗng dữ liệu hiệu suất tích cực trong thế giới thực.
Các phương tiện có nguy cơ lật xe cao như xe tải 15 hành khách, bắt đầu
thu hút sự chú ý của các cơ quan quản lý an toàn và các quan chức an toàn
liên bang vào năm 2001, là một trong những phương tiện cuối cùng được
trang bị ESC. Ngay cả sau khi thúc giục NTSB sử dụng ESC trên các mẫu xe
này, Ford, công ty dẫn đầu thị trường trong phân khúc này, đã bổ sung thêm
nhiều cảnh báo và tun bố sẽ khơng bổ sung tính năng này cho đến năm
2006. Theo Ford, công nghệ mà hãng sẽ kết hợp trên xe tải của mình cũng
tương tự như vậy. sang thiết kế ESC bao gồm cảm biến khi di chuyển, được
gọi là Kiểm soát ổn định cuộn hoặc RSC, được phát triển cùng với Volvo, một
công ty con của Ford và được giới thiệu trên các mẫu SUV Volvo XC90,
Lincoln Aviator và Navigator năm 2004. Ngồi các tính năng ESC thơng
thường, RSC cịn đo mức độ và tốc độ nghiêng của thân xe và nếu cảm thấy
sắp xảy ra hiện tượng lật xe, hệ thống đã được kích hoạt. Bộ cảm biến cuộn
cũng kích hoạt bộ mở rộng dây đai an tồn và kích hoạt túi khí bên rèm.
Ngay cả khi xe tải nhẹ đang ngày càng chuyển sang thiết kế thấp hơn,
rộng hơn để ít bị lật hơn, ESC có thể sẽ vẫn là một tính năng an toàn chủ động
quan trọng. Các thiết kế mới hơn thậm chí cịn kết hợp các thuật tốn để giải
quyết các vấn đề như sự lắc lư của rơ moóc trong trường hợp xe đang kéo.
1.4 Hệ thống cân bằng điện tử trên các hãng xe và hiệu quả của chúng
Hiện nay, ngoài tên gọi phổ biến là ESC (Electronic Stability Control) và
ESP (Electronic Stability Program) thì hệ thống cân bằng điện tử còn được gọi
bằng nhiều cái tên khác nhau, nhưng nguyên lý hoạt động chung của chúng lại


11

tượng tự nhau. Tùy theo từng nhà sản xuất xe hơi mà có các tên khác nhau, ví
dụ:
- Acura: Vehicle Stability Assist (VSA)
- Alfa Romeo: Vehicle Dynamic Control (VDC)
-

Audi: Electronic Stabilization Program (ESP)

- Buick: StabiliTrak (STS)
- BMW: Dynamic Stability Control (DSC) & Dynamic Traction Control
(DTC)
-

Cadillac: All-Speed Traction Control & StabiliTrak (STS)

- Chevrolet: StabiliTrak (STS)
- Chrysler: Electronic Stability Program (ESP)
-

Dodge: Electronic Stability Program (ESP)

- Fiat: Electronic Stability Program (ESP) with Vehicle Dynamic Control
(VDC)
- Ferrari: Controllo Stabilita (CST)
- Ford: AdvanceTrac and Interactive Vehicle Dynamics (IVD)
- GM: StabiliTrak (STS)
-

Hyundai: Electronic Stability Program (ESP)

-

Honda: Electronic Stability Control (ESC) hoặc Electronic Stability

Program (ESP)
- Infiniti: Vehicle Dynamic Control (VDC)
- Jaguar: Dynamic Stability Control (DSC)
- Jeep: Electronic Stability Program (ESP)


12
-

Kia: Electronic Stability Program (ESP)

- Land Rover: Dynamic Stability Control (DSC)
-

Lexus: Vehicle Stability Control (VSC)

- Maserati: Maserati Stability Program (MSP)
- Mazda: Dynamic Stability Control (DSC)
- Mercedes: Electronic Stability Program (ESP)
-

MINI Cooper: Dynamic Stability Control

- Nissan: Vehicle Dynamic Control (VDC)
- Opel: Electronic Stability Program (ESP)
- Peugeot: Electronic Stability Program (ESP)

- Porsche: Porsche Stability Management (PSM)
- Renault: Electronic Stability Program (ESP)
-

Rover: Dynamic Stability Control (DSC)

- Saab: Electronic Stability Program
-

Subaru: Vehicle Dynamics Control Systems (VDCS)

- Suzuki: Electronic Stability Program (ESP)
-Toyota: Vehicle Dynamic Intergrated Management (VDIM) with
Vehicle Stability Control (VSC)
-

Volvo: Dynamic Stability hoặc Traction Control (DSTC)

-

VW: Electronic Stability Program (ESP)

Hệ thống ESC là một cơng nghệ an tồn được thiết kế để chủ động giúp
người lái xe duy trì khả năng kiểm sốt phương tiện của mình trong các tình
huống xe bắt đầu mất ổn định hướng. Thông thường, một hệ thống ESC can


13
thiệp bằng cách sử dụng máy tính để điều khiển phanh từng bánh xe riêng lẻ,
từ đó giúp xe đi đúng hướng mà người lái xe đã định trước. Giữ xe trên đường

ngăn ngừa va chạm trên đường cao tốc, đây là những trường hợp dẫn đến hầu
hết các trường hợp lăn bánh trên đường đơn.
Một số nghiên cứu từ Châu Âu và Nhật Bản đã chỉ ra rằng ESC đã giảm
đáng kể các vụ va chạm, đặc biệt là trong các vụ va chạm đường đơn. Các
nghiên cứu của cơ quan này và một nghiên cứu của Viện Bảo hiểm An toàn
Đường cao tốc (IIHS) cũng kết luận rằng hệ thống ESC sẽ loại bỏ một số vụ va
chạm đáng kể. Dựa trên Hệ thống báo cáo phân tích tử vong năm 2005 (FARS)
và Hệ thống lấy mẫu ô tơ quốc gia (NASS) 2000-2005, cơ quan này ước tính
rằng đã có 34.680 vụ tai nạn xe khách được báo cáo cảnh sát và hơn 2,4 triệu vụ
tai nạn nghiêm trọng khơng nghiêm trọng (được định nghĩa là ít nhất một
phương tiện chở khách liên quan đã được kéo đi) hàng năm. Khoảng 36.110
người tử vong và 1,5 triệu người bị thương trên MAIS 15 có liên quan đến
những vụ va chạm này. Các vụ va chạm đường đơn, thường bao gồm khởi hành
trên đường, chiếm khoảng 54 % (18.786 vụ tai nạn chết người) trong số các vụ
tai nạn chết người và 29% (694.699 vụ tai nạn) trong số các vụ tai nạn đường
dài. Tổng cộng có 20.142 trường hợp tử vong do cư trú và 448.557 MAIS 15 bị
thương có liên quan đến các vụ va chạm xe điện đơn lẻ này. Rollovers chiếm một
phần lớn các vụ tai nạn đơn lẻ này và chịu trách nhiệm về số lượng tử vong
không tương xứng. Rollovers chiếm 43 phần trăm (hoặc 8.046 vụ tai nạn) trong
số các vụ tai nạn xe máy đơn và 43 phần trăm (8.769 trường hợp tử vong) trong
số người cư ngụ và 448.557 trường hợp bị thương MAIS 15 có liên quan đến các
vụ tai nạn xe điện đơn này. Rollovers chiếm một phần lớn các vụ tai nạn đơn lẻ
này và chịu trách nhiệm về số lượng tử vong không tương xứng. Rollovers chiếm
43 phần trăm (hoặc 8.046 vụ tai nạn) trong số các vụ tai nạn chết người đơn lẻ và
43 phần trăm (8.769 trường hợp tử vong) trong số các trường hợp tử vong của
người cư ngụ. ESC có khả năng ngăn chặn nhiều vụ va chạm này xảy ra và do đó
sẽ giảm tử vong và thương tích liên quan. Dựa trên


14

nghiên cứu hiệu quả ESC của cơ quan, cho thấy rằng ESC có hiệu quả cao đối
với việc chuyển nhượng, một phần lớn những lợi ích này sẽ là từ chuyển
nhượng.
Kể từ đầu những năm 1990, cơ quan này đã tích cực tham gia vào việc tìm
cách giải quyết vấn đề an toàn khi di chuyển. Cơ quan đã khám phá một số lựa
chọn. Tuy nhiên, do các vấn đề về tính khả thi và khả thi, cơ quan này cuối cùng
đã chọn cách tiếp cận dựa trên thông tin tiêu dùng cho vấn đề chuyển đổi. Năm
2001, cơ quan này đã thêm xếp hạng khả năng chống lật xe vào thơng tin người
tiêu dùng Chương trình Đánh giá Xe Mới (NCAP) của chúng tôi. Xếp hạng lực
cản khi lật xe, dựa trên chiều cao của trọng tâm và chiều rộng đường ray của một
chiếc xe, đo khả năng một chiếc xe sẽ lật trong một vụ tai nạn. Cơ quan này tin
rằng thông tin xếp hạng khả năng chống lật xe của NCAP cho phép người tiêu
dùng đưa ra quyết định sáng suốt khi họ mua một chiếc xe mới.
Ngồi ra, cơ quan này tin rằng thơng tin về việc luân chuyển NCAP cũng
khuyến khích các nhà sản xuất xe tăng cường độ ổn định hình học và khả năng
chống lật xe của họ thông qua các biện pháp khuyến khích dựa trên thị trường.
Trước thơng tin về khả năng chống lật xe của NCAP, các nhà sản xuất xe đã sửa
đổi nhiều mẫu xe mới của họ, đặc biệt là những mẫu xe có trọng tâm cao hơn
như SUV và xe tải. Ví dụ về những thay đổi của họ bao gồm việc sử dụng nền
tảng đường đua rộng hơn cho các xe thể thao đa dụng (SUV) mới hơn và / hoặc
trang bị cho SUV với công nghệ kiểm soát ổn định cuộn. Tuy nhiên, tác động
của cách tiếp cận dựa trên thông tin tiêu dùng này ít nhất đã được bù đắp một
phần bởi nhu cầu tiếp tục của người tiêu dùng đối với các loại xe có khả năng
chuyên chở lớn hơn và khoảng sáng gầm cao hơn. Trong những năm gần đây, sự
trưởng thành của công nghệ ESC đã tạo cơ hội để thiết lập các tiêu chí về hiệu
suất và giảm sự xuất hiện của việc lật xe trên các phương tiện mới.


15
1.5 Kết luận chương 1

Do yêu cầu ngày càng cao về tính an tồn chuyển động và tiện nghi của ô
tô, việc nghiên cứu động lực học chuyển động ô tơ nói chung, nghiên cứu chuyển
động của xe và phát triển các hệ thống điều khiển tính êm dịu khi chuyển động
của xe nói riêng ln được các nhà khoa học và các hãng sản suất
ô

tô trên thế giới dành sự quan tâm đặc biệt. Có thể nói, trên thế giới việc nghiên

cứu hệ thống cân bằng điện tử ESC và điều khiển sự ổn định của xe đã phát

triển tương đối hồn thiện nhưng vì nhiều lý do khác nhau mà các kết quả
nghiên cứu chưa công bố một cách đầy đủ, chủ yếu mang tính chất giới thiệu,
vì vậy việc ứng dụng vào sản xuất ô tô trong nước còn hạn chế.
Đối với nước ta xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và mang tính cấp thiết của
ngành cơng nghiệp ơ tơ địi hỏi nhanh chóng làm chủ kỹ thuật, công nghệ hiện
đại, tiến tới tự chủ khai thác, sửa chữa và sản xuất chế tạo các cụm – tổng thành,
hệ thống trong đó có hệ thống cân bằng điện tử ESC. Tuy đã có khá nhiều cơng
trình nghiên cứ về hệ thống cân bằng điện tử ESC, điều khiển tính êm dịu và ổn
định của ơ tơ, nhưng cho đến nay các kết quả nghiên cứu đó chưa đáp ứng được
yêu cẩu thiết kế, chế tạo các cụm – tổng thành, hệ thống, chi tiết nhằm nâng cao
chất lượng ô tô lắp ráp và sản xuất trong nước. Với yêu cầu đó, nội dung nghiên
cứu của đồ án có thể làm cơ sở cho các đề tài tiếp theo về điều khiển q tính ổn
định của ơ tô sử dụng hệ thống cân bằng điện tử ESC.


16
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA HỆ THỐNG CÂN BẰNG ĐIỆN
TỬ ESC
2.1 Phanh vi sai
Phanh vi sai liên quan đến việc áp dụng phanh có chọn lọc trên các bánh

xe riêng lẻ, do đó mơmen xoắn điều chỉnh cần thiết sự tác động lên xe. Để
hiểu khái niệm phanh này, trước hết chúng ta phải hiểu khái niệm về lực ma
sát của lốp xe. Ma sát là một khái niệm lý tưởng hóa được sử dụng để giải
thích các mối quan hệ giữa lực dọc và lực bên của lốp. Lực ma sát tối đa có
sẵn ở một lốp sẽ ln bằng tải trọng bình thường của lốp nhân với hệ số ma
sát của mặt. Lực ma sát này có thể được sử dụng theo phương dọc (lực kéo
hoặc phanh) hoặc hướng bên hoặc sự kết hợp của cả hai.

Hình 2.1 Vịng trịn ma sát [1]
Trong hình 2.1 , Fx là lực hãm và Fy là lực bên. Kết quả của những lực này
là FR bằng với tích của lực pháp tuyến lên lốp và hệ số ma sát như đã trình bày
ở

trên. Khi Fx = 0, Fy = FR và ngược lại khi Fy = 0, Fx = FR. Hơn nữa, nếu Fx

được tăng lên bằng cách áp dụng phanh, kết quả hướng của lực sẽ thay đổi và
lực bên nhỏ hơn sẽ được tạo ra bằng lốp xe. Hình 2.2 giải thích rõ hơn khái
niệm này. Khi khơng có phanh nào được áp dụng (độ trượt của lốp (λ) = 0)
lực bên (Fs) bằng lực ma sát lớn nhất FR.x
Khi một lực phanh FB được áp dụng, lực gây ra FR sẽ thay đổi hướng như
thể hiện trong Hình 2.2. Mơmen của lực này đối với trục xoay của xe cũng thay


17
đổi do đó thay đổi sự lệch thân xe. Do đó, mơmen xoay hoạt động trên xe có
thể được điều khiển bằng cách kiểm soát lực phanh trên mỗi lốp. Nếu người
lái xe áp dụng phanh để giữ quyền kiểm sốt xe, ESC vẫn có thể điều chỉnh
lực phanh tại các bánh xe khác nhau để đạt được phanh vi sai. Khái niệm về
phanh vi sai giải thích trong phần này sẽ được sử dụng để giải thích các chế
độ ổn định ngang và cuộn của ESC hoạt động trong phần tiếp theo.

Hình 2. 2 Phanh vi sai [13]
2.2 Kiểm sốt độ ổn định của góc lệch
Chế độ ESC này được sử dụng để ổn định bên (hoặc hướng) của xe. Khi xe
đang hoạt động trong điều kiện giới hạn dưới (góc trượt rất thấp) và có điều
khiển, có một mối quan hệ tuyến tính giữa tỷ lệ chệch hướng và góc vơ lăng
được cho bởi: Tỷ lệ nghiêng = (góc đánh lái)x(tỷ lệ nghiêng thu được). Hơn nữa
cho một phương tiện lái với góc trượt khơng đáng kể, tốc độ nghiêng và gia tốc
bên có sự liên quan như sau: Tỷ lệ chệch hướng = (Gia tốc bên)/(tốc độ