Hệ thống lái điện tử Steer-by-wire

Có thể nói ngày nay, công nghệ kỹ thuật số đã len lỏi vào mọi mặt của đời sống. Dần dà, các chi tiết, hệ thống cơ khí được thay thế bởi những công nghệ điện tử hiện đại hơn, chính xác hơn. Và ngành công nghiệp ôtô cũng không tránh khỏi cơn bão số hóa này.

Trước đây, trên chiếc xe ôtô, có những hệ thống cơ khí mà người ta tưởng chừng như sẽ không bao giờ có thể thay thế được: như bộ vi sai, hệ thống trợ lái, hệ thống bánh lái, v.v.. Nhưng ngày nay, điều này đã không còn đúng. Cụ thể, ngày nay, chúng ta bắt đầu được làm quen với thuật ngữ “steer-by-wire” hay “drive-by-wire” ý nói hệ thống bánh lái bằng dây cáp và tín hiệu điện tử. Công nghệ này đã xuất hiện lần đầu trên chiếc xe Infinity Q50 của Nissan vào năm 2013 và sẽ còn phát triển mạnh trong những năm tới.

Hệ thống lái điện tử Drive By Wire cho phép điều khiển dẫn hướng xe bằng các tín hiệu điện tử và truyền động thủy lực.

Thay vì sử dụng các kết nối cơ khí để truyền động, hệ thống lái điện tử Drive By Wire cho phép điều khiển dẫn hướng xe bằng các tín hiệu điện tử và truyền động thủy lực. Kể từ khi ra đời những chiếc ôtô làm việc chủ yếu bằng các cơ cấu cơ khí liên kết và dẫn động với nhau, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật đặc biệt là lĩnh vực tự động hóa và điện tử đã làm cho những chiếc ôtô ngày nay không còn chỉ là của ngành cơ khí. Theo đánh giá của các nhà sản xuất thì những chiếc ôtô ngày nay hệ thống điện tử chiếm đến 60% giá trị, mặc dù các hệ thống điện tử ngày càng được trang bị nhiều trên ôtô, tuy nhiên có một hệ thống đóng vai trò rất quan trọng trên ô tô nhưng vẫn chưa được “điện tử hóa” – Hệ thống lái.

Thực ra thì hệ thống lái điện tử Drive By Wire đã được các nhà sản xuất ôtô nhiên cứu và phát triển từ lâu, tuy nhiên mới chỉ công bố ở mức thử nghiệm và vẫn chưa có nhà sản xuất ôtô nào đưa vào xe thương mại để có thể đến được với người sử dụng. Nissan là nhà sản xuất đầu tiên lên kế hoạch đưa công nghệ này lên các xe thương mại trên vài mẫu xe Infiniti 2013.

Về mặt cấu tạo

Ở thuở sơ khai của ô tô hệ thống lái là sự kết nối thuần túy của các chi tiết cơ khí người lái xoay vô lăng và thông qua các cặp bánh răng ăn khớp, trục vít con lăn…và đến cơ các đòn liên kết tác động lên bánh trước để thay đổi hướng chuyển động của xe. Sau đó, cùng vớ sự tiến bộ thì hệ thống lái được trang bị thêm bộ phận trợ lực bằng thủy lực nhờ máy bơm dẫn động bằng dây curoa từ động cơ, điều này làm giảm công suất của động cơ và tiêu tốn thêm năng lượng. Tuy nhiên cho đến tận ngày nay hệ thống lái này vẫn được duy trì nhờ đảm bảo cả hai tiêu chí: bám đường tốt và thuận tiện.

Cấu tạo hệ thống lái phổ biến hiện nay.

Trong khi đó, hệ thống lái Drive By Wire được Nissan trang bị trên một số mẫu xe Infiniti 2013, mặc dù là hệ thống lái điện tử nhưng vẫn sử dụng thước lái như trên các hệ thống lái hiện nay, tuy nhiên thay vì sử dụng bơm trợ lực như hiện nay mà hệ thống sử dụng một bộ điều khiển điện tử ECU để điều khiển dòng thủy lực xuống thước lái cùng với bộ phận đo góc lái, bên cạnh đó hệ thống sử dụng một ly hợp dùng để kết nối trực tiếp từ vô-lăng xuống thước lái trong trường hợp khẩn cấp. Ngoài ra trên hệ thống lái này còn sử dụng một camera để giám sát hướng dịch chuyển của xe và có thể tác động lên thước lái để chuyển hướng bánh xe khi cần thiết.

Cụ thể, hệ thống lái điện tử bao gồm các bộ phận sau:

1. Hệ thống cảm biến góc quay vô-lăng: Gửi mệnh lệnh (góc quay vô lăng) đến hệ thống tính toán điện tử.
2. Bộ phân ly hợp: Phần lớn thời gian ở trạng thái mở. Được kích hoạt khi gặp vấn đề về điện năng, giúp duy trì liên kết cơ khí giữa vô-lăng với thước lái.
3. Hệ thống tính toán điện tử: Kiểm soát động cơ điện (điều khiển dòng thủy lực xuống thước lái) và hệ thống cảm biến góc quay vô-lăng sao cho góc quay bánh xe tương thích đúng với yêu cầu của người lái.
4. 2 động cơ điện: Giảm chỉ phí so với 1 động cơ điện to, tiết kiệm không gian. Có tác dụng thay đổi dòng thủy lực bên trong thước lái qua đó thay đổi góc quay của bánh xe.

Cấu tạo hệ thống lái Steer-by-wire.

Nguyên lý hoạt động của Drive By Wire

Người lái tác động vào vô lăng thì góc quay của vô lăng sẽ được đo đạc bởi bộ phận đo góc lái và gửi dữ liệu đến ECU của hệ thống. Sau đó tín hiệu từ đây sẽ được xử lý để điều khiển dòng thủy lực xuống thước lái để bánh xe dịch chuyển theo sự mong muốn của hệ thống. Do việc điều khiển bằng cách truyền tín hiệu nên quá trình tác động sẽ diễn ra nhanh hơn so với các hệ thống lái dẫn động cơ khí hiện nay.

Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái điện tử.

Ngoài khả năng phản ứng nhanh hơn thì hệ thống còn có khả năng điều hạn chế phản hồi từ mặt đường, theo đó khi xe đi vào mặt đường xấu, gồ ghề những rung động từ mặt đường tác động lên vô lăng sẽ được loại bỏ, nhờ vậy người lái không bị mỏi tay và thoải mái hơn.

Việc trang bị camera trên các xe sử dụng Drive by wire giúp quan sát đường phía trước và phát hiện các vật thể trên nền đường. Khi xe bắt đầu đi chệch đường (có thể do lái xe mệt mỏi), ECU của hệ thống sẽ đưa ra những điều chỉnh nhỏ cần thiết để duy trì vị trí của xe ở vị trí thích hợp trên đường.

Mặc dù ECU của hệ thống Drive By Wire được chia làm 3 phần hoạt động độc lập để tránh các lỗi có thể xảy ra gây nguy hiểm cho những người ngồi trên xe, nhưng như thế là chưa đủ đối với các hệ thống liên quan trực tiếp đến tính mạng con người.

Hệ thống này còn được trang bị thêm một ly hợp dùng để kết nối trực tiếp từ trục lái tới thước lái như trên các hệ thống lái hiện nay. Điều này đảm bảo hệ thống lái vẫn làm việc bình thường ngay cả khi ECU của hệ thống không làm việc, giúp chiếc xe trở lên an toàn hơn.