81 Có hai chế độ giảm tốc:
Chân khơng đạp ga cũng không đạp phanh: ở chế độ này, xe sẽ giảm tốc dần dần và phanh tái sinh sẽ hoạt động một phần.
Đạp bàn đạp phanh: Ở chế độ này, lƣợng tái sinh sẽ cho phép nhiều hơn và xe sẽ giảm tốc độ nhanh hơn. Trong q trình đạp phanh nhẹ, chỉ có động cơ là làm chậm xe. Khi đạp phanh mạnh hơn, hệ thống phanh ma sát thông thƣờng cũng phát huy tác dụng. Khi giảm tốc, quá trình tái sinh sẽ tiếp tục cho đến khi tốc độ động cơ giảm xuống khoảng 1000 vòng/phút.
Năng lƣợng phanh bị tiêu hao ở dải tốc độ thấp, chẳng hạn nhƣ dƣới 15 km/h là khơng đáng kể. Do đó, chúng ta khơng cần cố gắng đạt đƣợc hiệu suất vận hành cao ở tốc độ thấp trong thiết kế và điều khiển phanh tái sinh. Phanh tái sinh nên đƣợc áp dụng chủ yếu để thu lại nhiều năng lƣợng phanh nhất có thể. Ở tốc độ thấp hơn ngƣỡng này, chủ yếu nên sử dụng phanh cơ học để đảm bảo hiệu suất phanh của xe.
82 Tốc độ xe đóng một vai trị quan trọng trong việc đảm bảo an toàn phanh và chúng ta nên xem xét ảnh hƣởng của tốc độ xe đến lực phanh tái sinh. Khi tốc độ thấp, để đảm bảo phanh an toàn, lực phanh tái sinh phải chiếm tỷ trọng thấp; khi tốc độ trung bình, lực phanh tái sinh có thể tăng lên mức cao phù hợp; khi tốc độ cao ta có thể tăng tỷ số của lực hãm tái sinh lên giá trị lớn nhất.
Hình 4.4: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa phần trăm năng lượng phanh và cơng suất
phanh [1]
Trong hình 4.4 ta thấy khoảng 15% tổng năng lƣợng phanh bị tiêu tán trong dải công suất phanh lớn hơn 14,4 kW. Kết quả này ngụ ý rằng một động cơ điện 15 kW có thể phục hồi khoảng 85% tổng năng lƣợng phanh trong chu trình truyền động này.
Lƣu ý là khi lƣợng pin thấp hơn 10%, điện trở bên trong của pin có giá trị cao và khơng thích hợp để sạc. Vì vậy tại thời điểm này, lƣợng phanh tái sinh phải thấp. Khi lƣợng pin từ 10% đến 90%, pin có thể đƣợc sạc với dịng điện lớn và lƣợng phanh tái sinh phải đƣợc tăng lên tƣơng ứng. Khi lƣợng pin lớn hơn 90%, dòng sạc phải đƣợc giảm và giá trị của lực phanh tái sinh cũng phải thấp [1].
83
4.1.3 Ƣu điểm và nhƣợc điểm của phanh tái sinh
Ƣu điểm:
- Khả năng phanh của hệ thống phanh tái sinh đủ để làm chậm xe trong hầu hết các trƣờng hợp nhƣ mong muốn.
- Một phần năng lƣợng đƣợc nạp lại cho bộ pin, do đó tăng phạm vi hoạt động của xe lên từ 10- 25 %, tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành.
- Độ mịn của hệ thống phanh cơ khí truyền thống và lốp bánh xe đƣợc giảm thiểu đến mức đáng kể, do đó tuổi thọ của những chi tiết này đƣợc tăng lên và giảm chi phí thay thế.
- Giảm phát thải bụi phanh. Nhƣợc điểm:
- Mặc khác phanh tái sinh chỉ là hệ thống hỗ trợ cho việc giảm tốc độ trong một số trƣờng hợp nhƣ: dừng đèn đỏ, đỗ đèo...Và khơng thể thay thế phanh cơ khí khi xảy ra các trƣờng hợp khẩn cấp.
- Hầu nhƣ không thể thu hồi tồn bộ năng lƣợng phanh. Khi đang lái ơ tơ trên đƣờng cao tốc trong trƣờng hợp cần phanh gấp, phải tiêu tốn nhiều năng lƣợng để ô tô dừng lại một cách an toàn. Đổi lại, một phần năng lƣợng phanh phải đƣợc truyền trực tiếp vào phanh chứ không phải vào hệ thống tái sinh.
- Một vấn đề nghiêm trọng hơn phát sinh khi phanh tái sinh đƣợc áp dụng cho hệ thống phanh trên xe dẫn động một cầu. Khi phanh tái sinh hoạt động, mô-men xoắn âm tác động lên các bánh dẫn động. Do đó, mơ-men âm tác dụng lên các bánh có phanh trong khi các bánh khơng có phanh có thể quay tự do. Sự phân bố không đều này xảy ra trƣờng hợp ăn mịn lốp và phanh khơng đồng đều. Điều này có thể gây trƣợt bánh xe có phanh [1].
4.2 Xe tự hành
Hiện nay, đã có rất nhiều tập đồn sản xuất xe hơi và công nghệ lớn trên thế giới đã tham gia vào cuộc chạy đua phát triển xe hơi công nghệ tự lái thông minh mà không cần
84 đến bất cứ can thiệp nào từ bàn tay của con ngƣời, trong đó có những tên tuổi nổi bật nhƣ Tesla, Daimler, Google…
4.2.1 Cấp độ lái tự động của xe tự hành
Khi nghe tới vấn đề cấp độ lái xe tự động, thì dƣờng nhƣ tâm lý của mọi ngƣời đều cảm thấy hơi lo lắng và dẫn tới nhiều sự thắc mắc. Các dòng xe điện mới nhất đều đƣợc các nhà sản xuất chăm chút đến các chức năng hiện đại và xe tự hành là chức năng cải tiến nhất. Cấp độ lái tự động theo Hiệp hội Kỹ sƣ ô tô phân ra sáu cấp độ nhƣ sau:
Cấp độ 0: Hồn tồn khơng có khả năng tự xử lý tình huống
Ở cấp độ này, chiếc xe khơng có khả năng tự động với bất kỳ chức năng lái nào. Tài xế chịu trách nhiệm cho tất cả các thao tác vận hành.
Cấp độ 1: Hỗ trợ tài xế
Ở cấp độ này, xe có khả năng tự động trong một số chức năng nhƣ cảnh báo lệch làn, giữ duy trì làn đƣờng, kiểm sốt hành trình thích ứng hoặc phanh tự động (nhƣng chỉ thực hiện một chức năng chứ không kết hợp hai hay nhiều). Tài xế cần điều khiển để kiểm sốt xe. Hầu hết các loại ơ tơ cao cấp ra mắt trong vòng 1 năm trở lại đây đều hỗ trợ đầy đủ các chức năng của tự lái cấp độ 1.
Cấp độ 2: Tự động hóa một phần
Ở cấp độ này, bằng cách kết hợp hai hay nhiều chức năng tiên tiến nhƣ tự động cảnh báo lệch làn, duy trì làn đƣờng và phanh hoặc chuyển hƣớng và tăng tốc, xe có thể chủ động hơn. Nhƣng tài xế cũng cần “cảnh giác” những tình huống bất ngờ để kịp xử lý.
Cấp độ 3: Tự động hóa có điều kiện
Ở cấp độ này, thƣờng gọi là “khơng cần nhìn đƣờng”, cấp độ này cho phép ngƣời lái xe rãnh mắt làm những việc khác ở tốc độ dƣới 60km/h.
Cấp độ 4: Tự động hóa ở mức cao
Ở cấp độ này, xe có thể tự chuyển hƣớng, phanh hoặc tăng tốc, thậm chí tránh vật cản thơng qua việc liên tục giám sát tình trạng đƣờng sá. Cấp này cho ngƣời lái xe có thể ngủ nghỉ nếu muốn. Và đƣợc kích hoạt trên các cung đƣờng ở tình trạng hồn hảo.
85 Cấp độ 5: Tự động hóa tồn diện
Ở cấp độ cao nhất này, đúng nghĩa là “chiếc xe tự động lái”, có thể vận hành trong mọi tình huống và điều kiện mà khơng cần con ngƣời can thiệp vào. Tài xế có thể thoải mái ngủ nghỉ, thƣ giãn hoặc làm những việc mình thích khi chiếc xe lƣu thông trên đƣờng.
Hiện nay, hãng xe điện nổi tiếng thế giới Tesla cung cấp sự lựa chọn cao nhất ở mức tự động cấp độ 2 nhƣ trên là bằng cách kết hợp hai hoặc nhiều tính năng hỗ trợ ngƣời lái tiên tiến nhƣ tự động cảnh báo chệch làn, duy trì làn đƣờng và phanh hoặc chuyển hƣớng và tăng tốc, xe có thể chủ động hơn trong xử lý một số tình huống. Mặc dù tài xế có thể vận hành mà không phải chú ý nhiều ở cấp độ này, nhƣng vẫn luôn phải “cảnh giác” để tham gia và sẵn sàng can thiệp kiểm sốt trong tình huống bất ngờ.
Chiếc Lucid Air trong vài năm tới cũng có kế hoạch đƣợc nâng cấp lên hệ thống tự lái cấp 3. Audi hay Honda cũng đã ra mắt hệ thống cấp độ 3 này ở chiếc A8 và Legend. Tuy nhiên vẫn đƣợc ra mắt ở cấp độ thử nghiệm là chính. Và hiện nay hầu hết các hãng xe đều hƣớng tới cấp độ này và phổ biến ra thị trƣờng [17].
4.2.2 Tổng quan về hệ thống Autopilot trên xe Tesla
Tesla gọi tính năng này là chức năng tăng cƣờng về mặt an toàn và tiện nghi cho ngƣời lái. Những chiếc xe mới của Tesla sẽ có 8 camera, một radar, 12 cảm biến siêu âm, những chiếc xe cũ từ 2014 đến 2016 thì chỉ có 1 camera và các cảm biến, radar yếu hơn. Trung tâm của hệ thống là một máy tính rất mạnh mẽ, nó sẽ lấy dữ liệu từ camera theo thời gian thực kết hợp với các điểm dữ liệu của radar, cảm biến để xử lý.
Tesla cung cấp 2 gói tự lái cho xe của họ, và bạn sẽ phải mua: gói Autopilot và gói Full Self-Driving. Tuy nhiên cả hai đều yêu cầu có ngƣời ngồi trong cabin và bạn phải đặt tay lên vô lăng, hiện tại xe Tesla chƣa gọi là xe tự hành hồn tồn.
Với gói Auto pilot: xe sẽ có chức năng nhƣ Adaptive Cruise Control (hệ thống kiểm sốt hành trình thích ứng), tự động đánh lái khi lệch làn…
Với gói Full Self-Driving: xe sẽ có thêm chức năng gợi ý và tự động chuyển làn, tự đỗ, gọi xe từ xa, nhận diện biển báo dừng và tín hiệu giao thông để tự động giảm tốc độ…
86 Tesla luôn hỗ trợ cập nhật phần mềm OTA, giống nhƣ cách update điện thoại, máy tính của mình, nên sau một đêm thức dậy thì xe đã có chức năng mới, khơng cần mang xe ra hãng để nâng cấp phần mềm nhƣ đa số các hãng xe khác. Những chức năng tự lái cũng đƣợc cập nhật cho chủ xe theo cách này [17].
4.2.3 Cách hệ thống autopilot vận hành
Chiếc xe cần tài xế vì tài xế là ngƣời thấy đƣợc những gì diễn ra xung quanh, có thể biết đƣợc tình huống này nên làm gì, tình huống kia thì nên hành xử ra sao. Bản thân 1 chiếc xe vơ tri vơ giác thì khơng làm đƣợc chuyện đó.
Tesla xử lý vấn đề bằng cách khiến cho chiếc xe cũng có thể thấy đƣợc mơi trƣờng xung quanh nhƣ con ngƣời, và cũng có khả năng ra quyết định giống nhƣ một ngƣời tài xế thực tế.
Để thấy đƣợc môi trƣờng xung quanh:
Xe Tesla nhìn mơi trƣờng bằng 8 camera đặt xung quanh xe. Ngày xƣa xe Tesla chỉ có 1 camera hƣớng về phía trƣớc mà thơi, sau này Tesla nâng cấp lên hệ thống mạnh mẽ hơn để xe có thể nhìn đƣợc mọi hƣớng xung quanh nó. Phía trƣớc, phía sau, bên hơng xe đều có camera cả. Những camera này đều đƣợc kết nối vào hệ thống máy tính trung tâm. Camera sẽ nhìn đƣợc xe, làn đƣờng, ngƣời đi bộ, biển báo giao thông, các vật cản, lề đƣờng, các tòa nhà xung quanh…
Nhƣng nếu chỉ có camera khơng thơi thì chƣa đủ. Camera sẽ bị hạn chế về khả năng nhìn trong tối, thời gian phản hồi, cũng nhƣ cần nhiều sức mạnh để xử lý. Thế nên Tesla lắp thêm các cảm biến siêu âm để tăng khả năng nhận biết môi trƣờng cho xe trong nhiều điều kiện khác nhau. Ví dụ khi đi trong tối, trong mƣa thì các cảm biến siêu âm này vẫn hoạt động bình thƣờng do chúng nhận biết các vật thể khơng phải bằng hình ảnh mà bằng sóng siêu âm. Cảm biến va chạm, cảm biến lùi trên chiếc ô tô hiện nay của bạn cũng hoạt động theo cách tƣơng tự [17].
Xe Tesla cịn có hệ thống radar nằm phía trƣớc. Radar sẽ phát ra tín hiệu và ghi nhận sóng phản xạ về để biết khoảng cách giữa các xe chạy phía trƣớc là bao nhiêu, giống nhƣ cách radar quân sự phát hiện máy bay của địch ngay cả khi chúng còn ở rất xa.
87 Tất nhiên radar trên xe thì sẽ khơng mạnh nhƣ radar quân sự mà chỉ vừa đủ để lái trên đƣờng.
Hình 4.5: Hệ thống camera, cảm biến và radar của Tesla Model 3 [17]
88 Để nhận thức và đƣa ra quyết định
Con ngƣời có mắt để nhìn, có tay để sờ, nhƣng chỉ nhìn khơng thì chƣa đủ. Chúng ta có não để xử lý tín hiệu hình ảnh do mắt, tay đƣa vào, nhờ có não mà bạn biết đƣợc đó là biển báo cấm, đó là làn đƣờng, cịn xa xa là một anh cảnh sát giao thông đang đứng. Nếu khơng có não chúng ta chỉ đơn giản là thấy ảnh và khơng biết nó là gì và bạn nên làm gì.
Thế nên một phần quan trọng trong hệ thống Autopilot của Tesla đó là chiếc máy tính trung tâm, đóng vai trị tiếp nhận tín hiệu từ các camera, cảm biến và radar, đƣa qua xử lý để “phiên dịch” xem hình ảnh đó có thể là gì, và đƣa ra quyết định xe nên thực hiện hành động nào. Bên dƣới là hình ảnh bo mạch của hệ thống nhận thức nằm trong xe.
Hình 4.7: Vi xử lý của Tesla [17]
Trên bo mạch này có những bộ xử lý rất mạnh mẽ vì nó phải tiếp nhận rất nhiều thông tin cùng lúc. CPU, GPU, RAM, bộ lƣu trữ… đều có đầy đủ, nhƣ một cái máy tính thực thụ. Nhiều ngƣời nói rằng những chiếc xe tự lái ngày nay mang theo cả một siêu máy tính thì cũng khơng phải là sai.
Khơng chỉ Tesla mà các hệ thống thơng minh trên nhiều dịng xe hiện đại ngày nay sử dụng trí tuệ nhân tạo (Artificial Intelligence - AI) để phân biệt các vật thể, các đối tƣợng mà camera ghi nhận. Trí tuệ nhân tạo ứng dụng vào việc xử lý hình ảnh giúp Tesla
89 biết đƣợc đó là một chiếc xe, kia là biển báo dừng, đằng xa là ngƣời đi bộ, kia là lề đƣờng…
4.2.4 Hạn chế của tính năng Autopilot
Tesla nói rằng có nhiều yếu tố có thể ảnh hƣởng đến khả năng tự lái của xe, ví dụ nhƣ tầm nhìn kém do thời tiết (mƣa gió, sƣơng mù, tuyết…), ánh sáng quá sáng (do xe đi ngƣợc chiều, do mặt trời chiếu thẳng vào xe), các đối tƣợng quá to che mất xe phía trƣớc, các lớp sơn đặc biệt khiến radar khơng thể phản xạ tín hiệu, đƣờng xá hƣ hỏng, thời tiết quá nóng hoặc quá lạnh… Hay chỉ đơn giản là bụi bặm che mất camera thì tính năng autopilot cũng không hoạt động tốt.
Và dĩ nhiên Autopilot của Tesla chỉ mới dừng lại ở cấp độ 2 vì vậy phải cần tài xế giữ lấy vơ lăng để xử lý những tình huống khẩn cấp. Trong tƣơng lai khi mà công nghệ phát triển hơn việc xe tự hành hồn tồn xử lý đƣợc các tình huống mà khơng cần sự có mặt của tài xế sẽ là bƣớc đột phá cho nền công nghệ xe tự hành [17].
90
Chƣơng 5. XE ĐIỆN CÓ LÀ SỰ THAY THẾ HOÀN HẢO CHO XE CHẠY NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH
5.1 Ƣu điểm của xe điện so với ô tô sử dụng động cơ đốt trong
Thân thiện với môi trƣờng
Xe ô tô điện khôngthải ra bất kỳ loại khí nào gây nguy hiểm đến sức khỏe con ngƣời và môi trƣờng xung quanh. Ngƣợc lại, nếu so sánh, trung bình xe có động cơ xăng sản sinh 350g CO2/1,6 km. Cũng cần chú ý rằng, tuy khơng trực tiếp thải ra khí thải độc hại nhƣng q trình sản xuất xe điện lại có những ảnh hƣởng nhất định đến môi trƣờng. Dù vậy, những ảnh hƣởng này sẽ giảm dần khi công nghệ phát triển.
Tuy nhiên việc sản xuất điện - nguồn nhiên liệu duy nhất của xe điện là q trình có thể tạo ra tác động nhất định tới hệ sinh thái, nhƣng đã đƣợc quy hoạch để quản lý. Điều này khác hoàn toàn so với việc thả nổi hàng triệu xe sử dụng động cơ đốt trong xả khói khắp đƣờng phố gây ảnh hƣởng trực tiếp tới sức khỏe con ngƣời và chỉ hậu kiểm bằng kiểm sốt khí thải. Các chuyên gia đã chỉ ra tác động của việc sản xuất điện phụ thuộc vào nguồn điện của từng khu vực. Ở những nơi nhƣ California, New York và Tây Bắc Thái Bình Dƣơng có nhiều năng lƣợng tái tạo từ năng lƣợng mặt trời, gió, địa nhiệt,