Hệ thống lái điện tử Steer-by-wire: Cấu tạo & Nguyên lý vận hành
Ngày nay, các công nghệ kỹ thuật số đã có mặt ở hầu hết mọi khía cạnh của cuộc sống. Càng ngày, các chi tiết hệ thống cơ khí sẽ dần được thay thế bằng các công nghệ điện tử tiên tiến hơn, với đó hiệu quả cao hơn. Và trong đó, ngành công nghiệp ô tô cũng nằm trong cơn bão số hóa này.
Xem thêm:
Trước kia, có những hệ thống cơ khí mà người ta tưởng chừng sẽ không thể nào thay thế được trên mỗi chiếc xe ô tô như: hệ thống trợ lái, bộ vi sai, hệ thống bánh lái… Nhưng thực tế cho thấy, điều trên đã không còn đúng nữa.
Cụ thể hiện nay, chúng ta bắt đầu dần làm quen với thuật ngữ “Steer-by-wire”, hay “drive-by-wire”, nghĩa là hệ thống lái bằng dây cáp và tín hiệu điện tử. Công nghệ này xuất hiện lần đầu vào năm 2013, được ứng dụng trên chiếc xe Infiniti Q50 của hãng Nissan và được phát triển mạnh mẽ cho tới tận ngày nay.
Thay vì truyền động bằng cách sử dụng các kết nối cơ khí, hệ thống lái điện tử Drive by wire cho phép điều khiển xe bằng các tín hiệu điện tử và truyền động thủy lực.
Kể từ khi ra đời đến nay, những chiếc xe ô tô hoạt động chủ yếu bằng các cơ cấu khí liên kết và dẫn động với nhau, đi cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, đặc biệt là lĩnh vực điện tử và tự động hóa đã khiến những chiếc ô tô ngày này không chỉ còn thuộc ngành cơ khí.
Theo đánh giá từ phía nhà sản xuất xe, những chiếc xe hơi ngày nay có tới 60% hệ thống điện tử. Mặc dù trên những chiếc xe ô tô ngày nay càng ngày càng được trang bị nhiều hệ thống điện điện tử, nhưng trong đó có một hệ thống vô cùng quan trọng vẫn chưa được “điện tử hóa” đó chính là “hệ thống lái”.
Trên thực tế, hệ thống lái điện tử Drive by wire đã được các nhà sản xuất xe hơi nghiên cứu và phát triển từ rất lâu, thế nhưng hệ thống này chỉ mới dừng lại ở mức thử nghiệm, và vẫn chưa có nhà sản xuất này áp dụng vào xe thương mại để có thể đưa đến tay người dùng.
Nissan là thương hiệu ô tô đầu tiên lên kế hoạch phát triển và áp dụng công nghệ nào vào các dòng xe thương mại trên một số mẫu xe Infinity 2013.
Cấu tạo hệ thống lái điện tử
Ở thời kỳ ban đầu của ô tô, hệ thống lái là sự kết nối cơ bản của các chi tiết cơ khí, người lái đánh lái vô lăng, 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 có thể thay đổi hướng di chuyển của xe.
Sau này, cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô thì hệ thống lái được trang bị thêm một bộ phận trợ lực bằng thủy lực, bộ phận này sẽ nhờ máy bơm dẫn động bằng dây curoa từ động cơ, điều này sẽ khiến hiệu suất từ động cơ bị giảm và tiêu tốn thêm năng lượng.
Thế nhưng, hệ thống này vẫn được áp dụng cho đến tận ngày nay bởi nó đảm bảo được 2 tiêu chí đó là: thuận tiện và bám đường tốt.
Trong khi đó, hệ thống lái Drive by wire được hãng Nissan áp dụng trên một số dòng xe Infinity năm 2013, mặc dù là hệ thống lái điện tử nhưng nó vẫn sử dụng thước lái giống các hệ thống lái ngày nay.
Tuy nhiên, thay vì sử dụng bơm trợ lực như hiện nay, thì hệ thống này 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. Đồng thời, hệ thống này còn sử dụng một ly hợp dùng để kết nối trực tiếp từ vô lăng tới thước lái trong những tình huống khẩn cấp.
Ngoài ra, hệ thống lái này còn được gắn thêm một camera để giám sát hướng di chuyển của xe và có thể tác động trực tiếp lên thước lái để dịch chuyển hướng di chuyển của bánh xe khi cần.
Cụ thể, hệ thống lái điện tử gồm có các bộ phận sau:
- Hệ thống cảm biến góc quay vô lăng: Gửi mệnh lệnh tới hệ thống tính toán điện tử.
- Bộ phận ly hợp: Đa số thời gian trong trạng thái mở. Khi điện năng gặp vấn đề sẽ được kích hoạt, qua đó giúp vô lăng với thước lái duy trì liên kết với nhau.
- 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 của bánh xe đúng với yêu cầu từ người lái.
- Hai động cơ điện: Tiết kiệm không gian và giảm chi phí so với 1 động cơ điện to. Chúng có tác dụng thay đổi dòng thủy lực phía trong thước lái, qua đó thay đổi góc quay của bánh xe.
Nguyên lý hoạt động của Drive By Wire
Người lái tác động lực vào vô lăng thì góc quay của vô lăng sẽ được tính toán bởi bộ phận đo góc lái, sau đó gửi dữ liệu đã tính toán tới ECU của hệ thống. Dữ liệu tín hiệu từ đây sẽ được xử lý để điều khiển dòng thủy lực xuống thước lái, giúp bánh xe dịch chuyển theo yêu cầu của hệ thống. Vậy nên, việc điều khiển bằng cách truyền tín hiệu sẽ được diễn ra một cách nhanh hơn so với các hệ thống lái dẫn động cơ khí hiện nay.
Ngoài khả năng phản ứng nhanh thì hệ thống này còn có khả năng hạn chế phản hồi từ mặt đường, nghĩa là khi xe di chuyển vào mặt đường xấu, gập ghềnh thì các rung động từ mặt đường tác động tới vô lăng sẽ được loại bỏ, qua đó giúp người lái dễ dàng điều khiển xe hơn, tránh tình trạng mỏi tay.
Việc trang bị camera trên các dòng xe sử dụng hệ thống Drive by wire sẽ giúp quan sát và phát hiện được các vật thể trên đường. Khi xe có dấu hiệu di chuyển chệch hướng (có thể do người lái không chú ý), ECU từ hệ thống sẽ đưa ra những điều chỉnh cần thiết để chiếc xe di chuyển ở vị trí thích hợp trên đường.
Mặc dù ECU của hệ thống Drive by wire được chia thành 3 phần hoạt động riêng biệt để tránh xảy ra các lỗi có thể gây nguy hiểm tới những hành khách ngồi trên xe, thế nhưng như vậy vẫn là không đủ đối với một hệ thống liên quan trực tiếp tới sự an toàn của con người.
Hệ thống này còn được trang bị thêm một ly hợp để kết nối trực tiếp từ trục lái đến thước lái, giống như các hệ thống lái ngày nay. Điều này sẽ đảm rằng ngay cả khi ECU không hoạt động thì hệ thống lái vẫn làm việc bình thường, giúp nâng cao tính an toàn khi đi khiển xe hơn.
Chúc các bạn có được bài học bổ ích và học sửa chữa ô tô tốt hơn cùng VATC. Xem thêm nhiều bài viết chia sẻ kiến thức về ô tô tại đây.
Trung tâm đào tạo sửa chữa ô tô VATC
Địa chỉ: số 50 đường 12, P.Tam Bình, Q.Thủ Đức, TP.HCM
Điện thoại: 0945711717
Email: info@oto.edu.vn
Bài viết mới
