Đều là những hệ thống an toàn chủ động trên xe hơi với chức năng đảm bảo độ bám đường, giúp xe vận hành ổn định nhưng trên thực tế hệ thống kiểm soát lực kéo và hệ thống cân bằng điện tử có những khác biệt về cách thức hoạt động.
Trong lĩnh vực kỹ thuật ô tô, các hệ thống kiểm soát lực kéo và cân bằng điện tử đều có tác dụng duy trì độ bám đường cho các bánh xe tránh khỏi hiện tượng trượt bánh, mất lái nhằm đảm bảo an toàn cho người sử dụng. Tuy nhiên giữa chúng vẫn có những điểm khác nhau, cả về phương thức hoạt động cũng như điều kiện cần và đủ để kích hoạt.
Trong số các hệ thống an toàn chủ động quen thuộc trên xe hơi ngày nay, ra đời đầu tiên là Anti-lock Braking System (ABS) – hệ thống chống bó cứng phanh, phát minh vào năm 1971 dưới tên Antiskid và được ứng dụng lần đầu trên dòng xe Imperial của Chrysler.
Cùng năm đó, chiếc Buick Riviera đã giới thiệu đến người tiêu dùng tính năng MaxTrac, một hệ thống kiểm soát độ bám đường ở dạng nguyên thủy vì không có sự can thiệp của phanh, thay vào đó chỉ đơn giản là ngắt đánh lửa động cơ nếu phát hiện tốc độ vòng quay của bánh sau (được dẫn động) nhanh hơn bánh trước. Vì không có cách nào để giảm lượng nhiên liệu chảy qua bộ chế hòa khí, làm phát sinh nguy cơ cháy nổ, nên giải pháp này sớm bị thay thế bởi hệ thống kiểm soát lực kéo hiện đại hơn như hiện nay.
Trong khi đó, công nghệ có chức năng giống như hệ thống cân bằng điện tử đã xuất hiện lần đầu trên chiếc Mitsubishi Diamante 1990 dành cho thị trường nội địa Nhật Bản. Lúc đó nó được mô tả với tên Active Skid Traction Control (ASTC). Tuy nhiên hệ thống cân bằng điện tử thực thụ tồn tại đến ngày nay lại bắt nguồn từ Bosch và lần đầu ứng dụng trên chiếc Mercedes-Benz S600 coupe 1995.
Hệ thống kiểm soát lực kéo
Traction Control System (TCS) là tên gọi thường dùng nhất để chỉ một hệ thống kiểm soát lực kéo trên ô tô. Nó còn có một số tên gọi khác, chẳng hạn như Traction Monitoring System (TMS) dùng trên xe Cadillac kể từ chiếc Eldorado 1979, hoặc Electronic Traction Control (ETC) của Ford, Automatic Brake Differential (ABD) của Porsche, v.v… Nhiều mẫu xe mô tô 2 bánh cũng có hệ thống này. Tên gọi TCS dần được chuẩn hóa, sau khi hệ thống kiểm soát lực kéo trở thành một phần không thể thiếu của hệ thống cân bằng điện tử xuất hiện sau này.
Ban đầu, ý tưởng tạo nên hệ thống kiểm soát lực kéo xuất phát từ nhu cầu giải quyết vấn đề trượt bánh trên những chiếc xe hiệu năng cao, với động cơ mạnh và dẫn động cầu sau. Khi những chiếc xe này khởi hành từ vị trí đứng yên hoặc tăng tốc trên bề mặt đường có độ bám không lý tưởng (đường trơn ướt do mưa, đường có tuyết hoặc băng), các bánh xe dẫn động rất dễ bị trượt nếu người điều khiển không cẩn thận khi đạp ga. Để kiểm soát chiếc xe trong trường hợp này đòi hỏi sự “nắn nót” mà không phải người lái nào cũng có thể thực hiện, do thiếu kỹ năng hoặc không đủ nhận thức. Ở khía cạnh này, hệ thống máy móc với độ chính xác cao và không bị chi phối bởi cảm xúc sẽ vận hành tốt hơn con người.
Là tính năng an toàn chủ động, một hệ thống kiểm soát lực kéo đúng tiêu chuẩn sử dụng chung cảm biến tốc độ với hệ thống chống bó cứng phanh ABS, liên tục giám sát tốc độ quay của các bánh xe thông qua trung tâm điều khiển ECU. Nếu phát hiện bánh dẫn động quay quá nhanh so với tốc độ di chuyển của xe (hoặc xe không di chuyển), ECU sẽ hiểu là bánh đó đang bị trượt và sẽ phát tín hiệu đề nghị hệ thống kiểm soát lực kéo “can thiệp” bằng phanh.
Áp suất phanh được tạo ra với bánh xe bị trượt thông qua các cuộn dây thủy lực của hệ thống chống bó cứng phanh ABS, khiến bánh xe đó quay chậm dần. Đồng thời, do đặc tính kỹ thuật của mình nên bộ vi sai cũng sẽ bị buộc phải phân phối lại sức kéo từ động cơ đến bánh xe còn lại vẫn đang bám đường, từ đó giúp xe chuyển động bình thường. Tất cả những điều này diễn ra trong khoảng thời gian chỉ tính bằng phần nhỏ của giây.
Về sau này, theo sự phát triển của công nghệ, các kỹ sư bổ sung thêm những cách thức “can thiệp” khác song song với dùng phanh. Bộ điều khiển bướm ga, bơm nhiên liệu hoặc đánh lửa của động cơ đều có thể nhận được tín hiệu đề nghị cắt giảm hoạt động, càng góp phần làm chậm lại bánh xe đang bị trượt. Một số hệ thống TCS hiện đại thậm chí còn cho phép ECU điều khiển ngắt bớt xy-lanh động cơ.
Bên cạnh đó, hệ thống kiểm soát lực kéo còn có tác dụng tăng cường độ an toàn khi vào cua. Nếu người lái nhấn ga quá nhiều trong lúc ôm cua, các bánh dẫn động sẽ mất độ bám và trượt theo chiều ngang, tạo thành hiện tượng understeer (thiếu lái) với xe dẫn động cầu trước hoặc oversteer (thừa lái) với xe dẫn động cầu sau. Lúc này, hệ thống TCS có thể giảm thiểu và thậm chí có thể khắc phục những hiện tượng đó bằng cách hạn chế lực truyền lên các bánh xe bị mất độ bám.
Với nhu cầu đi off-road, hệ thống TCS đảm bảo rằng chiếc xe có thể phát huy tối đa sức kéo khi leo dốc trong ngưỡng hợp lý nhất mà không bị trượt bánh. Tác dụng của hệ thống kiểm soát lực kéo cũng có thể thấy được trong những hệ thống hỗ trợ xuống dốc, khi các bánh xe được áp dụng lực phanh. Hiện nay, nhiều mẫu xe cao cấp còn đưa ra các lựa chọn tùy chỉnh mức độ can thiệp của TCS cho các điều kiện mặt đường khác nhau.
Trên những chiếc xe thể thao, hệ thống kiểm soát lực kéo có thể giúp các tay đua hoàn thành một vòng đua nhanh hơn, vì họ có thể tự tin tăng ga trở lại sớm hơn khi thoát cua. Chính vì thế, những hệ thống như TCS thường bị cấm trong các bộ môn đua xe chuyên nghiệp do nó tạo ra lợi thế quá lớn, không công bằng đối với kỹ năng của người lái.
Về bản chất, hệ thống TCS không thể làm tăng khả năng bám đường của các bánh xe mà chỉ có tác dụng giảm bớt hậu quả do lỗi của người lái, bù đắp cho việc sức người không phản ứng đủ nhanh khi bánh xe bị trượt. Do đó, các hãng xe luôn ghi rõ trong sách hướng dẫn sử dụng rằng không nên ỷ lại vào hệ thống kiểm soát lực kéo mà thực hiện các hành vi lái xe nguy hiểm, vượt ngoài tầm kiểm soát của người điều khiển.
Thông thường, hệ thống kiểm soát lực kéo trên những mẫu xe đời mới luôn ở trong trạng thái sẵn sàng hoạt động, lúc xảy ra sự cố sẽ tự kích hoạt và trên táp-lô sẽ sáng nhấp nháy đèn có biểu tượng hình chiếc xe với hai vệt bánh xe ở phía sau. Tuy nhiên, bạn có thể muốn tắt tính năng này trong một số trường hợp nhất định, phổ biến nhất là khi cần lực kéo tối đa để thoát lầy. Nút tắt cũng có biểu tượng tương tự kèm theo chữ “OFF”, thường là sẽ phải nhấn giữ vài giây.
Hệ thống cân bằng điện tử
Electronic Stability Control là tên gọi thường dùng nhất để chỉ một hệ thống cân bằng điện tử trên ô tô, tuy nhiên trên thực tế thì loại công nghệ này không có một tên gọi thống nhất như TCS của hệ thống kiểm soát lực kéo, mà hiện nay mỗi hãng xe lại có cách gọi của riêng họ, được đăng ký bản quyền thương mại. Do cơ chế hoạt động của cân bằng điện tử phức tạp hơn kiểm soát lực kéo nên mặc dù nguyên lý và mục tiêu cần đạt được là giống nhau, các hãng xe đều tự mình đưa ra đường hướng phát triển riêng biệt, phù hợp với chủng loại sản phẩm cũng như tiềm lực kinh tế của từng hãng.
Hệ thống cân bằng điện tử đầu tiên được công nhận là Active Skid Traction Control (ASTC), ra mắt năm 1990 trên chiếc Mitsubishi Diamante tại Nhật Bản, sở hữu các ưu điểm vượt trội so với những hệ thống kiểm soát lực kéo vốn đã phổ biến từ trước đó. Hệ thống ASTC này được tạo ra với mục tiêu giúp cho người lái giữ đúng hướng đi mong muốn trong lúc ôm cua, thông qua việc dùng máy tính ghi nhận dữ liệu hoạt động từ các bánh xe rồi tự áp dụng mức giới hạn ga và phanh phù hợp để đảm bảo độ bám đường tối ưu.
Trong khi các hệ thống kiểm soát lực kéo thông thường vào thời điểm đó chỉ có chức năng kiểm soát trượt theo phương dọc, thì ASTC của Mitsubishi được bổ sung thêm chức năng an toàn phòng ngừa chủ động, giúp hạn chế hiện tượng tăng gia tốc ngang quá mức khi vào cua có thể gây trượt bánh. ASTC đã có thể giám sát góc lái, độ mở bướm ga và tốc độ bánh xe riêng lẻ, nhưng vẫn thiếu khả năng kiểm soát chệch hướng.
BMW hợp tác với Bosch và Continental để phát triển một hệ thống giảm mô-men xoắn động cơ nhằm tránh mất kiểm soát và áp dụng nó cho hầu hết các dòng xe BMW năm 1992. Từ 1987 đến 1992, Mercedes-Benz và Bosch đã cùng phát triển một hệ thống có tên Elektronisches Stabilitätsprogramm để kiểm soát hiện tượng trượt ngang, sau này thương mại hóa với tên Electronic Stability Program (ESP). Đến năm 1995, Toyota giới thiệu hệ thống cân bằng điện tử của riêng họ mang tên Vehicle Stability Control (VSC) trên chiếc Crown Majesta.
Các hệ thống cân bằng điện tử đều có điểm chung là tận dụng hết mọi công năng của hệ thống chống bó cứng phanh ABS và hệ thống kiểm soát lực kéo TCS, rồi bổ sung thêm khả năng hạn chế hiện tượng mất lái. Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc: so sánh dự định của người lái (được xác định bằng góc vô-lăng đo được) với hướng di chuyển thực tế của xe (được xác định thông qua gia tốc ngang đo được, hướng quay của xe và tốc độ của từng bánh xe trên đường).
Cảm biến vị trí vô-lăng kết hợp với cảm biến ở phanh và bàn đạp ga sẽ báo cho ECU điều khiển về hướng đi và tốc độ dự định của người lái. Cảm biến lệch đo lường mức độ quay quanh trục thẳng đứng của chiếc xe, còn mô-đun gia tốc kế ba trục phát hiện cả gia tốc ngang và gia tốc dọc, cũng như bất kỳ độ dốc góc nào mà xe đang di chuyển.
Tất cả những dữ liệu này được giám sát kỹ và luôn luôn đối chiếu qua lại. Nếu chúng không khớp, hệ thống sẽ hiểu rằng xe đã rơi vào trạng thái mất lái và lập tức thực hiện thao tác phanh từng bánh xe riêng lẻ, cũng như can thiệp vào sức kéo của động cơ, nhằm điều chỉnh hướng đi của xe phù hợp với ý định của người lái.
Ra mắt sau nên hệ thống cân bằng điện tử cũng dùng chung biểu tượng hiển thị trên bảng đồng hồ với hệ thống kiểm soát lực kéo, dẫn đến việc nhiều người cho rằng chúng là một, đặc biệt là với những người chỉ tiếp cận các mẫu xe đời mới vài năm trở lại đây. Tuy nhiên, cần hiểu rõ rằng hệ thống kiểm soát lực kéo đơn giản hơn so với hệ thống cân bằng điện tử. Một chiếc xe đã trang bị hệ thống ESP thì chắc chắn hệ thống TCS cũng sẽ có mặt, nhưng ngược lại thì không.
Cân bằng điện tử cũng bao gồm luôn kiểm soát lực kéo nên những hạn chế của chúng là tương tự nhau: không giúp cải thiện độ bám đường vượt quá giới hạn vật lý thực sự, mà chỉ đơn giản là bù đắp cho sai sót của con người. Bên cạnh đó, nếu như hệ thống kiểm soát lực kéo có thể tắt được bằng nút bấm ngay tại bảng điều khiển, thì nhiều mẫu xe giấu tùy chọn tắt hệ thống cân bằng điện tử vào sâu trong menu của hệ điều hành, hoặc thậm chí không cho tắt hẳn mà chỉ cho giảm bớt mức độ can thiệp.
Dữ liệu của Cơ quan quản lý đường cao tốc và an toàn giao thông quốc gia Mỹ (NHTSA), đã chỉ ra rằng hệ thống cân bằng điện tử đã cứu sống hàng nghìn người tại Mỹ mỗi năm. Kể từ sau khi hệ thống cân bằng điện tử chứng minh được tác dụng trong việc giảm thiểu tai nạn giao thông, nó đã trở thành trang bị thiết yếu trên hầu hết mọi mẫu xe trên toàn thế giới, thường được ca ngợi là tiến bộ lớn nhất về phương diện an toàn dành cho xe ô tô chỉ sau dây đai an toàn 3 điểm và vùng chịu lực. Tại Mỹ, tất cả ô tô mới bán kể từ năm 2012 đều phải được trang bị tiêu chuẩn hệ thống cân bằng điện tử.
Tên gọi hệ thống cân bằng điện tử của các hãng xe hiện nay:
- Acura: Vehicle Stability Assist (VSA) (trước đây là CSL 4-Drive TCS)
- Alfa Romeo: Vehicle Dynamic Control (VDC)
- Audi: Electronic Stability Program (ESP)
- Bentley: Electronic Stability Program (ESP)
- BMW: Dynamic Stability Control (DSC)
- Bugatti: Electronic Stability Program (ESP)
- Buick: StabiliTrak
- Cadillac: StabiliTrak và StabiliTrak3.0 với Active Front Steering (AFS)
- Chevrolet: StabiliTrak và Active Handling (Corvette & Camaro)
- Chrysler: Electronic Stability Program (ESP)
- Dodge: Electronic Stability Program (ESP)
- Fiat: Electronic Stability Control (ESC) và Vehicle Dynamic Control (VDC)
- Ferrari: Controllo Stabilità (CST)
- Ford: AdvanceTrac với Roll Stability Control (RSC), Interactive Vehicle Dynamics (IVD), Electronic Stability Program (ESP)
- General Motors: StabiliTrak
- Honda: Vehicle Stability Assist (VSA) (trước đây là CSL 4-Drive TCS)
- Hyundai: Electronic Stability Program (ESP), Electronic Stability Control (ESC), Vehicle Stability Assist (VSA)
- Infiniti: Vehicle Dynamic Control (VDC)
- Jaguar: Dynamic Stability Control (DSC) và Automatic Stability Control (ASC)
- Jeep: Electronic Stability Program (ESP)
- Kia: Electronic Stability Control (ESC) và Electronic Stability Program (ESP)
- Lamborghini: Electronic Stability Program (ESP)
- Land Rover: Dynamic Stability Control (DSC)
- Lexus: Vehicle Dynamics Integrated Management (VDIM) với Vehicle Stability Control (VSC)
- Lincoln: AdvanceTrac
- Maserati: Maserati Stability Program (MSP)
- Mazda: Dynamic Stability Control (DSC)
- Mercedes-Benz: Electronic Stability Program (ESP)
- Mini: Dynamic Stability Control (DSC)
- Mitsubishi: Active Skid Traction Control (ASTC) và Active Stability Control (ASC)
- Nissan: Vehicle Dynamic Control (VDC)
- Porsche: Porsche Stability Management (PSM)
- Subaru: Vehicle Dynamics Control (VDC)
- Toyota: Vehicle Stability Control (VSC) và Vehicle Dynamics Integrated Management (VDIM)
- Tesla: Electronic Stability Control (ESC)
- Volvo: Dynamic Stability and Traction Control (DSTC)
- Volkswagen: Electronic Stability Program (ESP)
Tổng hợp
