CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1. Lịch sử phát triển 1. Sự ra đời của vô lăng, hệ thống lái Vào những năm đầu thế kỷ XIX, khi ý tưởng về một mẫu xe bốn bánh mới chỉ “nảy mầm” trong tâm trí của các nhà phát minh thời đó, thực sự chỉ có một phương tiện có thể điều hướng theo ý muốn là tàu thuyền. Tàu hỏa cũng không thể chuyển hướng vì các đường ray đã được làm theo tuyến cố định từ điểm A đến điểm B.
Còn điều hướng một chiếc xe ngựa chỉ là kéo dây cương sang bên trái hoặc phải tùy theo ý muốn mà không cần đến một công cụ cơ khí nào cả. Những điều trên đã trở thành nguồn cảm hứng cho các nhà phát minh ô tô trong việc cố gắng tìm ra cách điều khiển một chiếc xe vì tàu thuyền khi ấy được con người điều hướng nhờ cần lái thuyền dạng thanh. Tuy nhiên, đến năm 1894, việc sử dụng cần lái thuyền để điều khiển một chiếc xe ngày càng trở nên kém hiệu quả. Lấy cảm hứng từ ngành công nghiệp hàng hải, các nhà chế tạo xe hơi bắt đầu thay thế các cần lái bằng các tay lái có dạng hình tròn tương tự như tay lái thuyền nhưng có thiết kế nhỏ và đơn giản hơn.
Vô lăng xe hơi ra đời từ đó, đồng thời ghi được dấu ấn trong cuộc đua Paris-Rouen, khi tay đua Alfred Vacheron sử dụng vô lăng để vượt qua các góc cua trên mẫu xe Panhard và về đích đầu tiên. Chiếc xe Panhard 24 (1963 – 1967) do tay đua Alfred Vacheron điều khiển 3 SVTH: NGUYỄN NHO THU LỚP: K65 - CNOT Sự dễ dàng và thuận tiện khi xử lý nhờ vô lăng thể hiện rõ ràng trong cuộc đua năm 1894, các mẫu xe Panhard et Levassor ra đời năm 1898 đều được trang bị tiêu chuẩn với vô lăng. Fitts đã nhận được bằng sáng chế cho một thiết bị lái trợ lực vào năm 1876, trong khi đó một hệ thống khác dựa trên chân không được cấp bằng sáng chế vào năm 1904, và vào năm 1902, Frederick W. Lanchester được công nhận là người sáng chế cho hệ thống trợ lực thủy lực ở Anh.
Tuy nhiên, không ai trong số họ đưa nó vào sản xuất. Những năm 1920, các thử nghiệm với nguyên mẫu của các hệ thống lái trợ lực bắt đầu diễn ra. Davis, một kỹ sư của công ty ô tô Pierce Arrow, đã cố gắng để giúp các tài xế xe tải dễ dàng quay xe hơn một chút, qua đó phát minh ra hệ thống lái trợ lực đầu tiên được lắp vào xe hơi. Sau chiến tranh, Chrysler bắt đầu phát triển hệ thống lái trợ lực của riêng mình dựa trên một vài bằng sáng chế đã hết hiệu lực của Davis.
Hệ thống này được giới thiệu trên chiếc Chrysler Imperial và có tên là Hydraguide. Vì cạnh tranh là động lực của ngành công nghiệp trong thời kỳ hòa bình, GM đã thỏa thuận với Davis để sử dụng hệ thống và đến năm 1953, 1 triệu xe có hệ thống lái trợ lực được chế tạo. Thành công đến ngay lập tức và tạo ra làn sóng vô cùng lớn: vào năm 1956, cứ 4 chiếc xe trên đường thì có một chiếc được trang bị hệ thống lái trợ lực. Đến thập kỷ tiếp theo, 3,5 triệu hệ thống lái trợ lực được bán ra.
Kể từ đó, một số loại hệ thống lái trợ lực khác đã được phát triển. Tùy thuộc vào thành phần được sử dụng để cung cấp năng lượng hỗ trợ cho vô lăng mà có thể chia thành các hệ thống khác nhau như: trợ lực bằng thủy lực, điện kết hợp thủy lực, điện. Một số nhà sản xuất ô tô, như Citroen và AM General, cũng nhận được bằng sáng chế cho các công nghệ của riêng họ. Trong nhiều thập kỷ, ngoài chức năng điều khiển hướng lái thì vô lăng còn là nơi đặt nút bấm còi.
Chỉ đến năm 1960, một số nhà sản xuất ô tô mới bắt đầu lắp bộ điều khiển hành trình Cruise Control lên vô lăng. Một chức năng khác cũng được thêm vào vô lăng là hệ thống túi khí vào những năm 1970. Đến đầu những năm 1990, những tiến bộ trong hệ thống tin giải trí và các công cụ trong xe mới thực sự phát triển phức tạp. 4 SVTH: NGUYỄN NHO THU LỚP: K65 - CNOT Hình 1.
Vô lăng trên xe Bentley Continental GT 2018 Sự xuất hiện ồ ạt của các nút và núm thiết yếu để điều khiển hệ thống âm thanh, hệ thống máy tính của ô tô. khiến các nhà thiết kế nội thất ô tô khó khăn khi nhồi nhét tất cả vào bảng điều khiển trung tâm. Ngoài không gian thì các nút và công tắc cần phải nằm trong tầm tay của người lái. Vô lăng là bộ phận duy nhất trên xe đáp ứng cả hai yếu tố.
Do đó, các vô lăng bắt đầu dần chuyển đổi từ "bánh lái" đơn thuần thành một trung tâm điều khiển. Kích thước cũng thay đổi vì cần nhiều không gian hơn cho các nút điều khiển và dây đi kèm. Đồng thời, thiết kế cũng thay đổi phụ thuộc vào những nhu cầu khác nhau của các kỹ sư mà nhà thiết kế sẽ tạo ra hình dạng phù hợp. Và dĩ nhiên vẫn không có dấu hiệu về việc vô lăng sẽ dừng phát triển trong tương lai.
Lịch sử phát triển của hệ thống lái Sự phát triển của hệ thống lái trên ô tô đã định hình và thay đổi cách mọi người tương tác với phương tiện kể từ những ngày đầu của ngành công nghiệp ô tô. Hệ thống lái là một bộ phận quan trọng của bất kỳ chiếc ô tô nào và đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát và duy trì trải nghiệm lái xe an toàn. Để hiểu rõ hơn về lịch sử phát triển của hệ thống lái ô tô, chúng ta phải nhìn lại qua nhiều giai đoạn phát triển từ sự khởi đầu đơn giản cho đến sự phức tạp và phức tạp ngày nay. 5 SVTH: NGUYỄN NHO THU LỚP: K65 - CNOT Đi đầu trong ngành công nghiệp ô tô, hệ thống lái thường được thiết kế dựa trên các kết cấu cơ khí đơn giản.
Một ví dụ điển hình là hệ thống lái thanh răng. Hệ thống này sử dụng cần đẩy hoặc tay lái trực tiếp để quay bánh xe. Mặc dù hệ thống này đơn giản và dễ bảo trì nhưng nó thường đòi hỏi nhiều nỗ lực để kiểm soát và không mang lại nhiều tính linh hoạt trong điều khiển. Hệ thống lái thanh răng Sự phát triển công nghệ đã dẫn đến sự xuất hiện của các loại trợ lực lái cho hệ thống lái.
Trong những năm 1950 và 1960, kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi. Hệ thống trợ lực lái giúp giảm lực cần thiết để đánh lái, đặc biệt ở tốc độ thấp và khi đỗ xe. Nó tạo sự thoải mái và thuận tiện cho người lái. Hệ thống lái trợ lực thủy lực 6 SVTH: NGUYỄN NHO THU LỚP: K65 - CNOT Thập niên 1990 chứng kiến sự ra đời của Hệ thống lái trợ lực điện tử (EPS – Electric Power Steering).
Thay vì sử dụng bơm thủy lực để tăng thêm sức mạnh như trợ lực cơ học, EPS sử dụng motor điện và bộ điều khiển điện tử. Điều này cung cấp một loạt các ưu điểm như tiết kiệm năng lượng, linh hoạt hơn trong việc điều chỉnh và tích hợp với các hệ thống lái tự động. Ở những năm 2000 đánh dấu sự bùng nổ của công nghệ điện tử trong ngành ô tô. Hệ thống lái trợ lực điện tử (EPAS – Electronic Power Assisted Steering) trở nên phổ biến hơn.
EPAS thay thế cơ chế thủy lực truyền thống bằng cách sử dụng một động cơ điện để cung cấp trợ lực cho người lái. Điều này mang lại nhiều lợi ích hơn so với hệ thống trợ lực thủy lực, bao gồm tiết kiệm năng lượng, tích hợp dễ dàng với các hệ thống điện tử khác và khả năng điều chỉnh linh hoạt hơn. Hệ thống lái trợ lực điện (EPAS) Trong thập kỷ tiếp theo, công nghệ điện tử đã tiếp tục tiến xa hơn với sự phát triển của hệ thống lái điện tử toàn diện (STW – Steer-By-Wire). Thay vì sử dụng cơ cấu cơ học truyền thống để kết nối vô lăng, DBW sử dụng hàng loạt cảm biến và động cơ điện để truyền tín hiệu từ vô lăng đến hệ thống điều khiển.
Điều này mang lại nhiều ưu điểm, chẳng hạn như điều khiển chính xác hơn, tích hợp dễ dàng với hệ thống lái tự động và giảm thiểu trọng lượng cũng như không gian cần thiết cho cơ cấu cơ học. 7 SVTH: NGUYỄN NHO THU LỚP: K65 - CNOT Hình 1. Hệ thống lái điện tử toàn diện Steer By Wire Khi công nghệ ngày càng phát triển, hệ thống điều khiển tự động điện tử bắt đầu xuất hiện. Autopilot cung cấp khả năng tự động điều khiển và duy trì vị trí của xe trên đường mà không cần sự can thiệp của người lái.
Các công ty như Tesla, Google và General Motors đang phát triển và phát triển những công nghệ này, hứa hẹn một tương lai giao thông an toàn và hiệu quả hơn. Ngoài hệ thống điều khiển trí tuệ nhân tạo (AI), trí thông minh cũng sẽ được tích hợp vào hệ thống điều khiển để cung cấp nhiều hơn. phản ứng linh hoạt và thông minh. Trí tuệ nhân tạo có khả năng học hỏi và thích ứng với phong cách lái xe của người lái, tạo ra trải nghiệm lái xe cá nhân hóa và an toàn hơn.
Hệ thống lái tự động hoàn toàn (FSD – Full Self-Driving) là một trong những ứng dụng tiên tiến nhất của công nghệ lái tự động. Những công ty như Tesla, Waymo và Cruise đang tiên phong trong việc phát triển và triển khai công nghệ này. FSD cho phép xe tự lái hoàn toàn mà không cần sự can thiệp của người lái. Các cảm biến, radar và hệ thống máy tính thông minh được tích hợp để phát hiện và phản ứng với môi trường xung quanh, từ xe cộ và người đi bộ đến biển báo giao thông và điều kiện đường.
8 SVTH: NGUYỄN NHO THU LỚP: K65 - CNOT Hình 1. Công nghệ tự lái FSD của Tesla Tuy nhiên, việc triển khai công nghệ lái tự động hoàn toàn vẫn đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm vấn đề về an ninh, luật pháp và đạo đức. Nhiều quốc gia và khu vực đang tiến hành đặt ra các quy định và chuẩn mực để kiểm soát và đảm bảo an toàn cho việc triển khai công nghệ này. Ngoài ra, hệ thống lái trí tuệ nhân tạo (AI) cũng đang trở thành một phần quan trọng của các hệ thống lái hiện đại.
AI được sử dụng để phân tích dữ liệu từ các cảm biến và hệ thống giám sát, từ đó tối ưu hóa hành vi lái xe và cải thiện hiệu suất của hệ thống.