Hệ thống cân bằng điện tử ESP

Một trang thiết bị đang trở thanh tiêu chuẩn tối thiểu cho một mẫu xe cao cấp, và dần được trang bị trên hầu hết các mẫu xe hiện đó chính là hệ thống cân bằng điện tử ESP (Electronic Stability Program).

Hệ thống cân bằng điện tử ESP

Đôi nét về sự phát triển của hệ thống cân bằng điện tử ESP

Hệ thống cân bằng điện từ xuất hiện lần đầu tiên trên 2 chiếc xe của BMW năm 1995, đó là 750iL và 850Ci với động cơ trang bị trên xe là 5.4L V12. Hệ thống cân bằng điện tử này lấy tên là DSC (Dynamic Stability Control) và được sản xuất bởi Bosch - một hãng nổi tiếng trong lĩnh vực thiết bị cơ khí và điều khiển điện tử của Đức. Hệ thống được trang bị cảm biến tại các bánh xe với tấn số 50 lần mỗi giây.

Một năm sau khi hệ thống cân bằng điện tử ra đời, Mercedes-Benz cũng bắt đầu ứng dụng công nghệ này lên mẫu xe của mình và lấy tên là ESP. Mẫu xe đầu tiên của Mercedes-Benz lắp đặt hệ thống cân bằng điện tử là S600. Cũng giống như BMW, Mercedes chọn đối tác cung cấp hệ thống là Bosch và tự mình đưa ra những quy định về những ngưỡng giá trị tối đa trước khi hệ thống ESP hoạt động. Nhưng một điểm nổi bật hơn trong hệ thống ESP của Mercedes là khả năng nhanh chóng lấy lại vị trí ổn định của xe sau khi ESP hoạt động.

Năm 1997, Cadillac công bố hệ thống cân bằng điện tử của mình với cái tên STS (StabiliTrak stability). Giống như hệ thống của BMW và Mercedes, Cadillac sử dụng 3 vị trí cảm biến, đó là cảm biến góc lái, cảm biến hướng của xe và cảm biến tốc độ bánh xe. Năm 1998, Lexus đưa ra cái tên VSC (Vehicle Stability Control) cho hệ thống cân bằng điện tử của mình. Ngoài việc trang bị các cảm biến như Cadillac hay Mercedes, Lexus lắp thêm cảm biến đo áp suất phanh nhằm phối hợp với hệ thống phân bổ lực phanh EBD, giúp xe đạt trạng thái ổn định nhất.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống cân bằng điện tử ESP

Nguyên lý hoạt động như sau: trong quá trình chuyển động, nếu hệ thống ESP phát hiện được tình trạng xe bắt đầu bị mất lái (rõ rệt nhất khi vào cua) thì ESP sẽ làm việc bằng cách can thiệp vào hệ thống phanh để giảm ngay vận tốc xe. ESP có thể ra lệnh cho hệ thống phanh hoạt động riêng rẽ trên một hoặc nhiều bánh xe trên cầu trước hoặc cầu sau. Nhiệm vụ chính của hệ thống ESP chính là giúp ổn định xe khi phanh, khi xe vào cua và ngay cả lúc xe mới khởi hành và tăng tốc. Tuy nhiên, để hiệu quả khi hoạt động, hệ thống ESP cũng tác động đến cả động cơ và hộp số.

Xét về bản chất, ESP là một “hệ thống tổng” bao gồm các hệ thống “cấp dưới” như sau

Hệ thống cân bằng điện tử ESP

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.

1 – Cảm biến tốc độ bánh xe; 2 – Giắc chẩn đoán; 3 – Hộp điều khiển điện ESP; 4 – Công tắc ESP OFF; 5 – Đèn báo ABS; 6 – Đèn báo ESP; 7 – Đèn báo EPC (E –gas) 8 – Cảm biến gia tốc ngang; 9 – Hộp điều khiển làm trễ mômen động cơ; 10 – Đèn báo lỗi ESP; 11 – Cảm biến góc lái; 12 – Công tắc báo phanh; 13 – Bơm cung cấp ESP; 14 – Công tắc phanh đậu xe; 15 – Cảm biến áp suất xy lanh chính; 16 – Xy-lanh chính; 17 – Cơ cấu thừa hành thủy lực ESP.

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.

Để nhận biết được việc xe bị lệch quỹ đạo, ESP phải có thêm các cảm biến góc lái, cảm biến gia tốc ngang. Nếu phát hiện thấy hiện tượng xe chệch khỏi quỹ đạo, ESP tự động điều khiển lực phanh chính xác đến các bánh xe tương ứng để bảo đảm xe nằm trong tầm kiểm soát của người lái.

Hệ thống ESP sẽ nhận biết thông qua các cảm biến góc lái và cảm biến gia tốc ngang, tự động điều khiển một lực phanh chính xác đến các bánh xe tương ứng ở cầu trước hoặc cầu sau để duy trì hướng chuyển động của xe theo sự điều khiển của người lái.

Hệ thống cân bằng điện tử ESP

Hình bên trái cho thấy khi xe có xu hướng bị “văng đầu” thì ESP điều khiển phanh bánh xe sau trái, còn khi xe có xu hướng “văng đuôi” (hình bên phải) thì ESP điều khiển phanh bánh xe trước phải, nhờ vậy giúp cho xe ổn định khi quay vòng.

Đồng thời với việc điều khiển phanh,  ESP cũng gửi tín hiệu đến hộp điều khiển động cơ, điều khiển giảm bớt mô-men xoắn của động cơ. Nhờ vậy xe đạt được tính ổn định cao khi quay vòng. Ngoài ra, các dòng xe hiện đại ngày nay, ESP còn can thiệp vào cả hộp số nhằm tạo ra tính ổn định rất cao khi xe vận hành trong nhiều điều kiện khác nhau.

Hoạt động của hệ thống cân bằng điện tử ESP

Thống kê trang bị cân bằng điện tử của các hãng lớn trên thế giới: