Hệ thống cân bằng điện tử cua xe hơi ESP

Hệ thống cân bằng điện tử của xe hơi ESP (Electronic Stability Program) là một hệ thống an toàn chủ động cải tiến ổn định của xe trong tất cả mọi tình huống chuyển động. Trong suốt quá trình điều khiển xe, mọi hoạt động đều được cảm biến ghi lại và truyền liên tục cho hệ thống điều khiển trung tâm để so sánh với những chuyển động đã tính toán từ trước. Nếu đột nhiên có hiện tượng bất thường xảy ra như xe đi chệch quỹ đạo ở tốc độ cao hay vào cua bị phanh gấp thì ngay lập tức hệ thống ESP sẽ hoạt động theo những chương trình đã được cài đặt.

Hệ thống ESP làm việc bằng cách can thiệp vào hệ thống phanh, có thể tác động riêng rẽ trên một hoặc nhiều bánh xe trên cầu trước hoặc cầu sau. ESP giúp ổn định xe khi phanh, khi quay vòng, khi khởi hành và tăng tốc. Để tăng cường cho việc điều khiển phanh có hiệu quả, thì ESP cũng tác động đến cả động cơ và hộp số. 

Như chúng ta đã biết, khi đang phóng xe ở tốc độ cao, lái xe phanh gấp khi đánh tay lái trên khúc cua tay áo hệ quả lật xe (do thiếu lái hoặc thừa lái) xảy ra rất lớn. Ngoài lý do của lực quán tính, độ ma sát, tính chất đường, một trong những nguyên nhân chính từ yếu tố kỹ thuật của xe ôtô là bộ truyền động vi sai, các bộ cảm biến tại trục bánh xe và cầu xe không xử lý kịp trong tinh huống này. Trong tình huống cụ thể khi xe vào vòng cua bị phanh gấp, nhờ một hệ thống điện tử ESP sẽ chủ động tinh chỉnh góc xoay và tốc độ của từng bánh xe sao cho cân bằng với góc trượt quan tính của xe, hạn chế tối đa. 

Không những thế ESP sẽ tự động giảm năng lượng của động cơ để rút bớt lực tác động vào bánh xe cho đến khi bánh xe có đủ lực ma sát cần thiết. Ví dụ như khi xe cua phải, bánh xe bên phải quay chậm hơn trong khi đó bánh trái vì mất ma sát sẽ quay rất nhanh. Lúc đó ESP sẽ tự động khóa bánh bên trái để giảm lực đẩy của bánh này. 

Bên cạnh đó, ESP sẽ phân tích tốc độ quay của từng bánh xe để phối hợp với hệ thống chống khóa phanh (ABS- một hệ thống nhấp phanh liên tục nhằm triệt tiêu quán tính lăng của xe) để điều tiết lực trượt và lệch hướng của bánh xe. ESP khắc phục hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa. Trong tất cả mọi tình huống, nó đảm bảo rằng xe không bị lệch ra khỏi hướng điều khiển của người lái xe. 

Khi có hiện tượng quay vòng thiếu hoặc quay vòng thừa (understeering or oversteering) xảy ra, 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. Hình (a) cho thấy khi xe có xu hướng quay vòng thiếu thì ESP điều khiển phanh bánh xe sau trái, còn khi xe có xu hướng quay vòng thừa (hình b) thì ESP điều khiển phanh bánh xe trước phải, nhờ vậy giúp cho xe ổn định khi quay vòng.

Sơ đồ vị trí hệ thống ESP trên xe

1 - Cảm biến tốc độ bánh xe; 2 – Cụm giắc chẩn đoán; 
3 - Hộp điều khiển điện tử 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 moment xoay xe; 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 – Bộ chấp hành thủy lực ESP. 

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. 

Cách đây không lâu NHTSA (Ủy ban an toàn giao thông quốc gia Hoa Kỳ) ước lượng mức giá cho việc lắp đặt hệ thống ESP trên 1 xe là 111 USD, tất nhiên là mẫu xe đó đã được trang bị hệ thống phanh ABS. Nhưng trên thực tế mỗi xe sẽ phải chi phí thêm từ 300-800 USD khi lắp đặt thêm hệ thống cân bằng điện tử. 

Còn tại Việt Nam, “giới chơi xe” cũng dựa vào trang bị này để so sánh sự cao thấp giữa 2 xe với nhau. Nếu cắt đi hệ thống cân bằng điện tử ESP, giá thành của một xe nhập về Việt Nam có thể giảm được 1000 USD trở lên,tính tại thời điểm năm 2007. 

Theo thống kế của Cơ quan quản lý an toàn giao thông xa lộ (NHTSA) và Viện nghiên cứu an toàn giao thông (IIHS) tại Mỹ chỉ riêng trong năm 2004 hệ thống cân bằng điện tử đã làm giảm 35% tỷ lệ tai nạn giao thông, cứu 7.000 mạng sống hàng năm và tính cho đến tháng 6/2006 nếu xe có lắp thiết bị ESC sẽ không có 10.000 tai nạn nghiêm trọng xảy ra

Quy trình hoạt động

Khi xe vận hành,tất cả các thông số đều được cảm biến ghi lại và truyền về liên tục cho hệ thống điều khiển trung tâm.Tại đây, máy tính sẽ so sánh các giữa thông số được gởi về với các thông số giả lập tình trạng chuyển động của xe .

Giả sử khi bạn đang đi với tốc độ 80 km/h mà bất ngờ cua gấp thì tai nạn sẽ là điều không thể tránh khỏi nếu xe bạn không được bị hệ thống ESP. Nếu như có hệ thống ESP thì thông số về vận tốc và góc đánh lái của xe sẽ được gởi về bộ điều khiển trung tâm và trong tích tắc hệ thống sẽ tái hiện chuyển động của xe bạn, sau đó tính toán khả năng xảy ra mất ổn định của xe rồi quyết định can thiệp vào hệ thống điểu khiển.

Lúc này cơ cấu điều khiển thủy lực trong hệ thống sẽ thông qua chương trình điện tử can thiệp vào hệ thống chống bó cứng phanh ABS, nhằm điều chỉnh góc xoay và tốc độ của từng bánh xe sao cho cân bằng với góc trượt quán tính của xe. Ngoài ra cơ cấu này sẽ tự động giảm công suất tức thời động cơ, điều khiển giảm tốc độ vòng quay tại các bánh đến khi bánh xe đủ độ bám đường cần thiết, đưa xe về vùng làm việc an toàn. Nếu như xe được trang bị hệ thống dẫn động 4 bánh thì ESP cũng điều chỉnh mô men truyền tới các bánh xe. Nhờ đó mà xe không "văng đuôi" hay lật xe.

Sau đây là danh các tên gọi của hệ thống cân bằng điện tử của mỗi hãng sản xuất:

Acura: Vehicle Stability Assist (VSA)
Alfa Romeo: Vehicle Dynamic Control (VDC)
Audi: Electronic Stabilization Program (ESP)
Buick: StabiliTrak (STS)
BMW: Dynamic Stability Control (DSC), bao gồm cả 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) và 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) và Electronic Stability Program (ESP)
Infiniti: Vehicle Dynamic Control (VDC)
Jaguar: Dynamic Stability Control (DSC)
Jeep: Electronic Stability Program (ESP)
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 Stability Control (VSC)
Volvo: Dynamic Stability và Traction Control (DSTC)
VW: Electronic Stability Program (ESP)