[Kỹ thuật – Tìm hiểu] Hệ thống cân bằng điện tử ESP trên xe ôtô

Nếu một chiếc xe được trang bị hệ thống cân bằng điện tử Electronic Stability Program (ESP), nó cũng sẽ bao gồm hai hệ thống an toàn chủ động khác: hệ thống chống bó cứng phanh Anti-blocage System (ABS) và he thống chống trượt Antriebsschlupfregelung (ASR). ABS giúp các bánh xe không bị khóa trong khi phanh, trong khi ASR giúp bánh xe không bị trượt trong khi khởi động hoặc tăng tốc. Nếu như ABS và ASR tác dụng lên động lực theo chiều dọc của xe, thì ESP cũng cải thiện động lực trên bề ngang của thân xe, qua đó giúp xe ổn định ở tất cả các hướng.

ESP – Các cách gọi khác

80% của các nhà sản xuất xe hơi châu Âu sử dụng từ viết tắt ESP. Phần còn lại dùng một số tên khác để chỉ định những hệ thống an toàn tương tự, chẳng hạn như DSC (Dynamic Stability Control) trên xe BMW và Jaguar, VSA (Vehicle Stability Assist) của Honda, DSTC (Dynamic Stability và Traction Control) của Volvo hay VSC (Vehicle Stability Control ) tại Toyota. Các tên này đều được dùng để chỉ chung một hệ thống.

Phương thức hoạt động của các ESP

Trong phần này, chúng ta cùng đi vào làm rõ nguyên lý hoạt động của ESP. Việc xe mất kiểm soát và trượt khỏi làn đường là một trong những nguyên nhân chính của tai nạn giao thông. Nghiên cứu quốc tế cho thấy rằng ít nhất 40% các vụ tai nạn gây tử vong là do các bánh xe bị trượt khỏi đường. ESP có thể ngăn chặn tới 80% các vụ tai nạn liên quan đến trượt. Hệ thống ESP có thể xác định liệu nguy cơ trơn trượt có sắp xảy ra hay không, nếu có hệ thống sẽ rất nhanh chóng can thiệp và người lái xe vẫn kiểm soát được chiếc xe của mình, khỏi các nguy cơ này, với điều kiện là không được vượt quá các giới hạn của các định luật vật lý.

ESP luôn luôn được kích hoạt trên xe. Một máy vi tính siêu nhỏ nhận và kiểm tra tín hiệu từ các cảm biến ESP mỗi 25 lần một giây để đảm bảo rằng các động tác tay lái của người lái tương ứng với các hướng đi thực tế của xe. Nếu chiếc xe di chuyển theo một hướng khác, ESP sẽ phát hiện một tình huống nguy hiểm và phản ứng ngay lập tức – kể cả không 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. ESP không chỉ khởi động can thiệp ở hệ thống phanh, mà còn 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.

Xét về bản chất, ESP là hệ thống bao gồm các hệ thống con sau :

Hệ thống phanh ABS là hệ thống chống bó cứng xe khi phanh, nó có tác dụng lớn nhất là giảm thiểu tối đa hiện tượng mất lái khi người lái vừa phanh vừa tránh chướng ngại vật ở tốc độ cao. Nếu cảm biến bánh xe phát hiện thấy hiện tượng trượt trên bánh nào thì áp lực phanh trên bánh đó sẽ được giảm. Sự kiểm soát này thông qua ECU điều khiển và cơ cấu thừa hành gồm một hệ thống van điện từ. Các van trong cơ cấu thừa hành sẽ điều hòa áp suất phanh của bánh trị trượt theo các chế độ: tăng, giữ và giảm áp.

Hệ thống ASR (Acceleration Slip Regulator) được trang bị trên xe hơi nhằm chống hiện tượng trượt quay của các bánh xe chủ động khi xe khởi hành và tăng tốc đột ngột. Thêm một nhiệm vụ chính yếu của ASR là giúp xe cải thiện tính ổn định bằng cách điều chỉnh lực kéo của các bánh xe chủ động. Trong quá trình khởi hành, tăng tốc… nếu ASR phát hiện thấy bánh xe chủ động nào bị trượt quay, cảm biến tốc độ của bánh xe sẽ gửi tín hiệu này đến bộ ECU. “Bộ não” ECU sẽ ra lệnh cho hệ thống phanh tác động vào bánh xe và làm giảm việc quay trơn vô ích. Trong đó, áp suất phanh được liên tục điều khiển theo chu kỳ ở các chế độ tăng áp, giữ áp và giảm áp. Đồng thời, hệ thống ESP cũng gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ để đóng bớt bướm ga lại hoặc làm chậm thời điểm đánh lửa nhằm giảm mô-men xoắn của động cơ.

Hệ thống EBR (Engine Brake Regulation) có tác dụng chống hiện tượng trượt của các bánh xe chủ động hoạt động ở chế độ không tải cưỡng bức và đảm bảo tính ổn định của xe. Ở chế độ không tải cưỡng bức như trường hợp xe xuống dốc, van bướm ga đóng, khi đó xe xuống dốc ở chế độ phanh bằng động cơ. Nhưng nếu xảy ra trường hợp lực cản của động cơ quá lớn dẫn đến hiện tượng các bánh xe chủ động bị trượt. Ngay lập tức, ESP nhận biết hiện tượng này và gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ nhằm làm giảm sự trượt ở các bánh xe chủ động. Quá trình này diễn ra mà người lái xe không nhận biết được.

Với sự phối hợp của các hệ thống cơ điện tử trên, chức năng chính của ESP là giảm thiểu hiện tượng “văng đầu” (understeering) và “văng đuôi” (oversteering) khi xe vào cua hoặc tránh chướng ngại vật trong trường hợp khẩn cấp. Trong các tình huống đó nếu xảy ra, hệ thống sẽ đảm bảo xe không bị lệch ra khỏi hướng điều khiển của người lái xe.

Ví dụ :

ESP

Trong một khúc của gấp và ở vận tốc cao, chiếc xe có thể mất ổn định và mất kiểm soát đối với người lái xe. Trong hình, màu vàng là chiếc xe không có ESP, còn màu đen là chiếc xe được trang bị ESP. Xe sau khi mất lái có thể rơi vào những trường hợp sau :

understeer: 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. Trong trường hợp này, ESP sẽ can thiệp vào hệ thống phanh và phanh bánh xe ở phía trong của cầu sau.

oversteer: cầu sau bị trượt nhiều hơn cầu trước, và nếu sự kiểm soát không được khôi phục, xe có thể có nguy cơ bị lật. Trong trường hợp này, ESP sẽ can thiệp vào hệ thống phanh và phanh bánh xe ở phía ngoài của cầu trước.

Trong trường hợp người lái vẫn tiếp tục tăng tốc sau khi mất lái, ESP cũng có thể làm giảm mô-men xoắn động cơ bằng cách điều chỉnh việc nạp nhiên liệu của động cơ.

Chúng ta có thể thấy rõ hơn tác dụng và sự cần thiết của hệ thống ESP qua video sau đây :

Các chức năng bổ sung của ESP

Nhiệm vụ chính của ESP là để ngăn chặn việc trượt khỏi quỹ đạo của xe. Nhưng ESP còn cho ta được nhiều hơn thế. ESP có khả năng tác dụng lên hệ thống phanh một cách độc lập mà không phụ thuộc vào vị trí của chân phanh cho phép chúng ta triển khai một loạt các chức năng bổ sung. ESP 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. Một số các chức năng thêm của ESP đã có sẵn trên thị trường. Những chức năng còn lại khác sẽ tiếp tục được phát triển và đưa ra thị trường nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về độ an toàn và sự thoải mái. Theo các nhà sản xuất ô tô, các chức năng bổ sung của ESP sẽ xuất hiện như một lựa chọn hoặc là thiết bị tiêu chuẩn tích hợp trên xe.

Hệ thống bám trên sườn dốc

Việc khởi động trên sườn dốc luôn gặp những khó khăn nhất định, đặc biệt là đối với những chiếc xe tải trọng lớn. Các lái xe phải thao tác rất nhanh giữa chân phanh, chân ga và chân côn để ngăn chặn các xe bị trôi xuống dốc. Trên hệ thống ESP, chức năng khởi động ở sườn dốc giúp mọi việc dễ dàng hơn. Chức năng này 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

Trong tình huống khẩn cấp, người lái xe thường không áp dụng đủ áp lực lên chân phanh. Chức năng hỗ trợ phanh khẩn cấp, qua việc giám sát áp lực trên bàn đạp phanh và sự thay đổi đột ngột của áp lực, sẽ biết được trong trường hợp nào cần hỗ trợ người lái trong việc dừng xe. Trong trường hợp 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 và trọng tâm của xe chở hàng có thể thay đổi đáng kể tùy từng lúc. Tải trọng xe có một tác động rất lớn lên phanh, độ bám đường và sự cân bằng của xe. Chức năng 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 các hệ thống an toàn ABS, ASR và ESP.

Dự báo lật xe

Bởi vì tải trọng lớn và trọng tâm xe cao hơn các loại xe cá nhân, nên nguy cơ lật xe trên các dòng xe bán tải tăng lên rất nhiều. Chức năng dự báo lật xe sử dụng các cảm biến của hệ thống ESP và can thiệp khi chiếc xe đối diện với nguy cơ bị lật. Nó có khả năng tác dụng áp lực phanh 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.

Hệ thống giám sát áp suất lốp

Áp suất trong lốp giảm có thể dẫn đến một sự khác biệt về tốc độ, độ bám mặt đường tại các bánh xe có liên quan. Qua việc so sánh tốc độ từng bánh xe cho phép phát hiện bất kỳ sự thay đổi nào về áp suất. Tính năng này để kiểm soát áp suất lốp xe tránh việc phải sử dụng thêm các cảm biến áp suất trong lốp xe.

Trang bị ESP trên xe 

Với rất nhiều ưu điểm, các hãng xe đang ngày một đưa ESP vào trang bị trên các dòng xe của mình tại hầu hết các thị trường. Chúng ta có thể thấy điều đấy qua hình sau :

Tỉ lệ trang bị ESP trên xe ở từng thị trường
Tỉ lệ trang bị ESP trên xe ở từng thị trường

Theo car-engineer

[Kỹ thuật – Tìm hiểu] Hệ thống cân bằng điện tử ESP trên xe ôtô
5 2 votes