CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, nền sản xuất ô tô của thế giới ngày càng tăng trưởng vượt bậc, số lượng xe ô tô được bán ra thị trường ngày càng nhiều. Ngay tại Việt Nam, hãng xe Vinfast cũng cho ra nhiều mẫu xe đẹp và thu hút được người mua.
Như vậy, mật độ ô tô trên đường bộ Việt Nam ngày càng tăng, và vấn đề tai nạn giao thông gây ra bởi xe ô tô cũng rất cần được quan tâm. Theo thống kê của Ủy ban An toàn giao thông quốc gia, trong 8 tháng đầu năm của năm 2022, toàn quốc xảy ra 7488 vụ tai nạn giao thông, làm chết 4276 người, bị thương 4957 người. Trong đó, số vụ tai nạn giao thông đường bộ là 7390 vụ, làm chết 4178 người, bị thương 4930 người. Những nguyên nhân chính gây ra vấn đề tai nạn giao thông là do con người, do hư hỏng trục trặc kỹ thuật và các nguyên nhân khách quan như đường xá, thời tiết… Trong hư hỏng trục trặc kỹ thuật thì vấn đề cần đáng lưu tâm là hệ thống phanh của xe.
Ô tô chở đoàn nghệ thuật tình thương biểu diễn ở Nghệ An bị mất phanh Vì vậy, việc trang bị một hệ thống an toàn, hiện đại, đảm bảo tính ổn định và tính dẫn hướng của xe ô tô khi phanh là một việc hết sức cần thiết, và hệ thống ESC , TCS là một trong những hệ thống an toàn phổ biến trên xe ô tô. Chính vì những lực ích thiết thực của hệ thống an toàn trên xe nên nhóm chúng em đã quyết định lựa chọn đề tài: Mô phỏng các hệ thống an toàn của phanh (TCS, ESC) của xe ô tô 1. Mục đích nghiên cứu - Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống ESC, TCS - Dùng được phần mềm Carsim và Matlab/Simulink để mô phỏng hệ thống điều khiển ESC, TCS - Hiểu và nhận xét được các đồ thị để từ đó rút ra kết luận về lợi ích của việc trang bị hệ thống ESC, TCS trên ô tô hiện nay 1. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu quá trình điều khiển của hệ thống ESC, TCS 1.
Phạm vi nghiên cứu Mô phỏng và thiết lập các thông số đầu vào của hệ thống ESC, TCS trên Carsim, sau đó dùng Matlab/Simulink để phân tích mô hình hệ thống, hàm truyền, các khối của bộ điều khiển và phân tích các yếu tố: quãng đường phanh, vận tốc, gia tốc, độ trượt. Tổng quan về hệ thống an toàn phanh trên ô tô 1. Hệ thống Anti – Lock Brake System (ABS) Ngành công nghiệp oto đã là một ngành lâu đời với vô vàn mẫu xe, thiết bị, linh kiện, phụ gia hỗ trợ được ra đời. Vì mỗi chiếc oto đều là một tài sản giá trị, đồng thời việc sử dụng oto nếu không đúng cách cũng có thể gây ra những tai nạn nghiêm trọng ngoài ý muốn nên các sản phẩm phục vụ cho oto vẫn luôn luôn không ngừng được nghiên cứu, cải tiến, phát triển những công nghệ mới để giúp cho trải nghiệm của người tài xế được trọn vẹn, an toàn.
Một trong những công nghệ quan trọng đã ra đời và được ứng dụng rộng rãi trong ngành oto là công nghệ phanh ABS. Phanh ABS, tên tiếng anh là Anti-Lock Brake System, là hệ thống phanh an toàn trên xe ô tô. Cơ cấu phanh điều khiển điện tử có tác dụng ngăn ngừa việc hãm cứng bánh xe khi người lái giảm tốc độ khẩn cấp, đảm bảo sự ổn định của xe và giúp người lái dễ dàng kiểm soát xe trong các tình huống phanh Hãy hình dung như thế này, khi xe di chuyển chậm thì không có gì phải quá lo lắng, nhưng khi xe đang di chuyển với một tốc độ trung bình hoặc cao mà xảy ra một sự cố bất ngờ khiến người tài xế phải đạp phanh. Khi đó má phanh sẽ phải ghì chặt lấy đĩa phanh để giảm tốc hoặc dừng xe theo ý muốn của người tài xế.
Tuy nhiên, vì xe đang có quán tính lớn nên lốp xe sẽ mất đi độ bám rồi bị trượt dài theo một phương hướng không thể xác định được gây nguy hiểm lớn cho cả người tài xế, khách ngồi trong xe lẫn những người đi đường xung quanh. Khi xe được trang bị hệ thống phanh ABS thì nỗi lo này sẽ được giải quyết vì xe lốp xe không còn bị bó cứng khi phanh gấp với lực phanh mạnh nữa. Cơ chế của phanh ABS cho phép má phanh thực hiện thao tác kẹp đĩa phanh rồi nhả ra một cách liên tục, nhiều lần chứ không phải ôm ghì chặt lấy đĩa phanh. Nhờ vậy khi xe phanh gần như không có một sự trượt xe, văng xe, thậm chí là không có những chệch choạc quỹ đạo xe nào, dù là nhỏ nhất.
Hệ thống Traction Control System (TCS) Giới thiệu hệ thộng kiểm soát lực kéo TCS: Hệ thống kiểm soát lực kéo TCS (Traction Control System) đươc phát triển trên cơ sở của hệ thống phanh ABS. Hệ thống TCS chủ yếu tác động đến lực bám dọc - lực giúp xe di chuyển về phía trước hoặc giảm tốc khi phanh. Hệ thống TCS hoạt động để kiểm soát lực bám giữa bánh xe với mặt đường trong quá trình tăng tốc và đảm bảo sao cho nó luôn nằm trong giới hạn cho phép không bị trượt. Vì bánh xe là bộ phận duy nhất của xe thực sự tiếp xúc với mặt đất, nên khi xảy ra hiện tượng mất ma sát đều dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng.
Sự cần thiết của hệ thống: Trong những trường hơp xe bạn không được trang bị hệ thống TCS khi đang đi trên đoạn đường trơn, lầy lội hay đường bị đóng băng, lúc đó xe của bạn sẽ càng bị lún sâu hơn hoăc sẽ bị trượt không ma sát trên mặt đường. Ở đường có hệ số ma sát thấp, chẳng hạn như đường tuyết, băng, hay đường ướt, bánh xe chủ động sẽ bị quay tại chỗ nếu xe khởi hành hay tăng tốc nhanh, làm mất mát mômen chủ động và có thể làm trượt xe. Khi có hệ thống TCS, nó sẽ giúp giảm mômen xoắn của động cơ khi bánh xe bắt đầu trượt quay không phụ thuộc vào ý định của người lái, cùng lúc đó nó điều khiển hệ thống phanh vì vậy giảm mômen truyền đến mặt đường tới một giá trị phù hợp. Vì vậy có hệ thống TCS trên xe là rất cần thiết vì nó giúp ta dễ điều khiển xe hơn và tiết kiệm nhiên liệu hơn khi ta điều khiển xe như các tình trạng trên.
Hệ thống Electronic Stability Control (ESC) Hệ thống cân bằng điện tử ESC (Electronic Stability Control) là một trong những giải pháp an toàn chủ động quan trọng bên cạnh hệ thống chống bó cứng phanh ABS, phân bổ lực phanh điện tử EBD và hệ thống chống trượt TCS… Mỗi khi người lái mất kiểm soát tay lái, ESC sẽ tác động lên hệ thống phanh giúp điều chỉnh lại hướng lái, đồng thời tự động giảm công suất động cơ giúp người lái có thời gian giành lại quyền kiểm soát xe. ESC không chỉ làm việc khi xe vận hành trên đường ẩm ướt hay băng giá mà còn hoạt động tốt khi xe tăng tốc, vào cua. Yếu tố cốt lõi của ESC giúp phát hiện nguy cơ trượt bánh xe trước khi điều này trở thành mối de dọa thực sự. Công nghệ đằng sau ESC xuất hiện lần đầu tiên trên xe Mercedes-Benz vào năm 1987 với nguyên bản là hệ thống kiểm soát độ bám đường.
Từ đầu những năm 1990 đến nay, công nghệ này đã được nhiều nhà sản xuất ô tô khác chú trọng phát triển và ứng dụng trên hầu hết các mẫu xe. Trước 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 được 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 đường dốc (đường có góc nghiêng dọc hoặc nghiêng ngang), có thể quay vòng hoặc phanh ở các loại đường khác nhau (đường tốt, đường xấu, đường trơn trượt.
Trong những điều kiện chuyển động phức tạp như vậy, ô tô phải giữ được quỹ đạo chuyển động của nó sao cho không bị lật đổ, không bị trượt hoăc xe không bị nghiêng, 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 được nghiên cứu và phát triển nhằm đảm bảo sự ổn định cho xe. Năm 1949 bộ chống hãm cứng bánh xe ABS được sử dụng đầu tiên trong ngành hàng không, ABS lúc đó là loại cơ khí. Trong quá trình phát triển, ABS đã được 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 như: 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 thường 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 được là không cao nhất. Để giải quyết khuyết điểm này, trên hệ thống ABS đã được 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 đường, 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 đường 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 được 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 như khi quay vòng. Nhờ đó tăng tính ổn định hướng 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.