CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI 1. Lịch sử phát triển của hệ thống lái Ở thời kì sơ khai hệ thống lái ô được thiết kế dựa trên các kết cấu cơ khí đơn giản, 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 chứ không thông qua một hệ thống trợ lực trung gian. Mặc dù hệ thống này đơn giản và dễ bảo trì nhưng người lái để có thể kiểm soát nó phải rất khó khăn và dùng nhiều lực để sử dụng nên không thể mang lại sự linh hoạt, an toàn trong điều khiển.
Vì vậy nó đã thúc đẩy sự phát triển công nghệ, đã dẫn đến sự xuất hiện của các loại trợ lực lái thủy lực cho hệ thống lái. Trong những năm 1950 và 1960, hệ thống trợ lực lái này được sử dụng rộng rãi. Hệ thống trợ lực lái giúp giảm lực cần thiết để đánh lái, nhưng hệ thống trợ lực này lại phụ thuộc và tốc độ của động cơ vì vậy khi ở tốc độ thấp trợ lực lái hoạt đông chưa được hiệu quả. Nặng lái còn ở tốc độ cao thì lại quá nhẹ gây ra cảm giác không an toàn.
Vì vậy nên thập niên 1990 chứng kiến sự ra đời của Hệ thống lái trợ lực điện tử (EPS - Electric Power Assist). 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 8859hoạt 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. 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 4 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. 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.
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.
Hệ thống này có khả năng học và điều chỉnh theo điều kiện đường, môi trường và phong cách lái của người lái, tạo ra một trải nghiệm lái xe cá nhân hóa và an toàn hơn. 5 Có thể nói rằng, hệ thống lái trên ô tô đã trải qua một sự tiến hóa đáng kinh ngạc từ những ngày đầu của cơ chế cơ khí đơn giản đến công nghệ hiện đại và tự động hóa ngày nay. Sự kết hợp giữa công nghệ điện tử, trí tuệ nhân tạo và kết nối đang tạo ra những tiến bộ đáng kể trong việc cải thiện an toàn, hiệu suất và trải nghiệm người dùng trong lĩnh vực lái xe. Điều này hứa hẹn một tương lai giao thông thông minh và tiện ích hơn đối với tất cả các bên liên quan 1.
Nhiệm vụ, yêu cầu của hệ thống lái 1. Nhiệm vụ Nhiệm vụ chính của hệ thống lái là thay đổi hoặc duy trì hướng của ô tô. Dù lái xe tiến hay lùi, nó đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo người lái có thể điều khiển đường đi của xe một cách dễ dàng và chính xác. Yêu cầu - Phải có khả năng tự động quay về trung tâm, để sau khi quay, vô lăng có thể tự động trở về vị trí trung tâm, giảm bớt gánh nặng vận hành cho người lái.
- Hoạt động của hệ thống lái phải nhẹ nhàng, nhạy bén để đảm bảo người lái có thể dễ dàng điều khiển xe trong quá trình lái xe và phản ứng nhanh với các hướng dẫn lái xe. - Hệ thống lái phải có khả năng truyền chính xác ý định rẽ của người lái tới ô tô để đảm bảo hướng lái của xe phù hợp với mong đợi của người lái. - Hệ thống lái không được có độ dơ lớn. Với xe có tốc độ lớn hơn 100Km/h độ rơ vành tay lái cho phép không vượt quá 18 độ.
Với xe có tốc độ lớn nhất nằm trong khoảng (25 đến 100)Km/h độ rơ vành tay lái cho phép không vượt quá 27 độ. Phân loại hệ thống lái 1. Theo cách bố trí vành tay lái (vô lăng) Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên trái theo chiều chuyển động của ô tô được sử dụng trên các loại ô tô của các nước có luật đi đường bên phải như Việt Nam và một số nước khác. 6 Hệ thống lái với vành tay lái bố trí bên phải theo chiều chuyển động của ô tô được dùng trên các loại ô tô của các nước có luật đi đường bên trái như Anh, Nhật, Thụy Điển… 1.
Theo số lượng cầu dẫn hướng a) Hệ thống lái bánh dẫn hướng cầu trước Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu trước, loại này thường được trang bị trên hầu hết các dòng xe ô tô du lịch hiện nay như Toyota Vios, Toyota Camry, KIA Morning, KIA Cerato, HYUNDAI I10, HYUNDAI Elantra…và xe thương mại như FORD Transit, HYUNDAI County… b) Hệ thống lái bánh dẫn hướng cầu sau Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cầu sau, loại hệ thống lái này ít được trang bị trên ô tô vì kết cấu hệ thống lái phức tạp khi phải bố trí thêm các trục và đòn dẫn từ phía trước đến phía sau, đồng thời đòi hỏi việc trợ lực lái nhiều hơn khi xe tăng tốc do lực quán tính làm tải trọng tập trung về phía cầu sau do đó làm tăng mức tiêu hao nhiên liệu, nó thường được trang bị trên các loại máy nâng chuyển, xe chuyên dùng… c) Hệ thống lái dẫn cả cầu trước và cầu sau Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở cả cầu trước và cầu sau, mục đích của việc trang bị hệ thống lái trên các cầu nhằm để giảm bán kính quay vòng của ô tô, giúp xe dễ quay vòng khi vận tốc thấp, giảm khả năng bị mòn bánh không được dẫn hướng, đồng thời tăng sự ổn định cho xe khi di chuyển với vận tốc cao. Loại hệ thống lái này được trang bị trên các dòng xe của nhà sản xuất Porsche như: Panamera, Cayenne2018, 911 GT3, AG… và các nhà sản suất xe cao cấp khác như Audi, Mercedes-Benz, BMW, Lexus…với phiên bản hiện đại hơn, được điều khiển điện tử. Khi vận tốc xe trên 80km/h bánh phía sau sẽ tự động xoay cùng chiều với bánh trước để làm tăng hiện tượng quay vòng thiếu của xe, giúp xe ổn định hơn. Khi vận tốc xe dưới 50km/h, bánh sau sẽ quay ngược chiều với bánh trước để đảm bảo xe dễ vào cua, người lái sẽ không bị cảm giác giằng vô lăng và nặng tay lái.
Phân loại theo hệ thống lái trợ lực a) Trợ lực lái thủy lực (trợ lực dầu) – Hydraulic Power Steering (HPS) Các bộ phận chính của hệ thống gồm: bơm dầu, van phân phối, xi-lanh trợ lực và hộp cơ cấu lái. Tùy vào bố trí của van phân phối sẽ có 3 loại trợ lực dầu chính: van phân phối và xi-lanh kết hợp trong cơ cấu lái, van phân phối và xi- lanh kết hợp trong đòn kéo, van phân phối và xi-lanh bố trí riêng biệt.1: Sơ đồ bố trí của hệ thống trợ lực dầu Bơm trợ lực sẽ nhận công suất từ động cơ và tạo ra áp suất dầu cần thiết. Khi tài xế đánh vô-lăng, van phân phối sẽ hoạt động và đưa áp suất dầu vào xi- lanh, từ đó piston. Nhờ áp suất dầu thuỷ lực mà lực tác dụng lên tay lái giảm đi và không phải quay tay lái quá nhiều.
Do bơm dầu nhận công suất từ động cơ nên hệ thống chỉ hoạt động khi nổ máy, việc đánh tay lái khi dừng xe và tắt động cơ sẽ gặp nhiều khó khăn. Ngoài ra khi ở vận tốc cao, áp lực dầu lớn có thể khiến tay lái nhạy qua mức cần thiết. Hư hỏng thường gặp nhất là thiếu dầu trợ lực, nguyên nhân có thể do các nút chặn cao su lão hóa hoặc bình chứa dầu bị thủng dẫn đến rò rỉ.