CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2 Hệ thống lái Steerby wire (SBW)
1.2.2 Chuyển đổi từ hệ thống lái thông thường sang hệ thống lái SBW
Hệ thống lái Steer by wire (SBW): Thay vì sử dụng trục lái cơ khí (đối với hệ thống lái thông thường) để truyền động đến cơ cấu lái như Hình 1.12(a), hệ thống lái
SBW sử dụng một bộ chấp hành lái gồm 02 động cơ điện một chiều (trong đó 1 động cơ làm nhiệm vụ tạo cảm giác lái và 1 động cơ làm nhiệm vụ quay cơ cấu lái) và bộ điều khiển điện tử (có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cảm biến góc trên vành lái và cơ cấu lái để điều khiển các động cơ điện một chiều hoạt động) như Hình 1.12(b).
a) Hệ thống lái thông thường b) Hệ thống lái SBW Hình 1.12: Chuyển đổi từ hệ thống lái thông thường sang hệ thống lái SBW
Sơ đồ cấu tạo của hệ thống lái thơng thường có trợ lực thủy lực và hệ thống lái SBW như Hình 1.13 và 1.14.
Hệ thống lái thơng thường có trợ lực thủy lực biểu diễn như Hình 1.13:
Trong hệ thống lái thơng thường có trợ lực thủy lực gồm có: Vành lái, trục lái, khớp nối tùy động (các đăng), bộ trợ lực thủy lực, cơ cấu lái (trục vít thanh răng, trục vít – ê cu bi…), hình thang lái và các bánh xe dẫn hướng.
Hệ thống lái SBW được biểu diễn như Hình 1.14:
Hinh 1.14: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái SBW
Trong hệ thống lái SBW gồm có:
- Bộ phận vành lái gồm: Vành lái, cảm biến góc quay vành lái, động cơ M1 tạo cảm giác lái (tạo mô men cản). Khi đánh lái, tùy theo góc đánh lái, góc quay bánh xe dẫn hướng, mơ men cản lên bánh xe dẫn hướng và tốc độ ô tô, bộ điều khiển sẽ điều khiển động cơ điện quay cung cấp mô men cản tương ứng tạo cảm giác cho người lái như đang lái xe với hệ thống lái thơng thường. Động cơ M1 cịn đảm bảo các chức năng khác của tái tạo cảm giác lái sẽ được đề cập tới trong luận án.
- Bộ phận chấp hành dẫn hướng: Gồm động cơ M2, cơ cấu lái, bộ trợ lực thủy lực, dẫn động lái và các bánh xe dẫn hướng. Khi người lái quay vành lái, lúc này tín
hiệu góc quay vành lái sẽ được cấp cho bộ điều khiển, bộ điều khiển sẽ tính tốn cấp điện áp làm quay động cơ điện M2 cung cấp mô men làm quay cơ cấu lái, bộ trợ lực thủy lực, dẫn động lái làm quay bánh xe dẫn hướng.
- Bộ điều khiển điện tử: Bộ điều khiển cảm giác lái nhận các tín hiệu đầu vào là góc quay vành lái, góc quay bánh xe dẫn hướng, mô men cản bánh xe dẫn hướng và tốc độ ô tô để điều khiển điện áp cấp cho động cơ điện quay cung cấp mô men cản tương ứng. Bộ điều khiển chấp hành dẫn hướng nhận tín hiệu vào là góc quay vành lái và điều khiển điện áp cấp cho động cơ điện làm quay động cơ điện M2.
- Cơ cấu an toàn: Nghiên cứu chuyển đổi hệ thống lái thông thường sang hệ thống lái SBW trên xe thật và vận hành thực tếdo đó việc bố trí một cơ cấu an tồn là cần thiết. Trong trường hợp hệ thống gặp sự cố hoặc hư hỏng, cơ cấu an toàn sẽ kết nối hệ thống lái, lúc này hệ thống lái sẽ hoạt động như hệ thống lái thông thường – cơ khí có trợ lực thủy lực. Trong khn khổ của luận án chưa đề cập tới cơ cấu an toàn.
Việc thay thế hệ thống lái thông thường bằng hệ thống lái SBW mang lại một số ưu điểm sau đây:
- Sự loại bỏ trục lái làm đơn giản hóa việc thiết kế nội thất xe hơi, vành lái có thể chế tạo thành các mơ-đun lắp vào bảng điều khiển và dễ dàng bố trí bên trái trái hoặc phải phù hợp với luật giao thông của từng quốc gia.
- Sự vắng mặt của trục lái cho phép sử dụng không gian trong khoang động cơ nhiều hơn.
- Khơng có trục lái thì khơng cịn kết nối cơ khí trực tiếp từ vành lái tới bánh xe dẫn hướng. Khi đó những va đập, rung động…sinh ra do bánh xe dẫn hướng tiếp xúc với mặt đường khơng cịn tác động trực tiếp lên tay người lái, giảm thiểu sự khó chịu, mệt mỏi cho người lái. Hơn nữa, trong trường hợp xảy ra các va chạm xe phía trước sẽ khơng cịn sự tác động của trục lái vào không gian ngồi của lái xe, giảm khả năng thương tật cho người lái.
- Với hệ thống lái SBW, những đại lượng cố định trước đây như tỷ số truyền góc, lực đánh lái, tốc độ đánh lái có thể dễ dàng điều chỉnh để tối ưu các phản ứng và cảm giác cho người lái.
- Ứng dụng trong việc lái xe tự động, điều khiển từ xa, trang bị trên các xe chuyên dụng.
- Do việc điều khiển bằng cách truyền tín hiệu nên q trình tác động sẽ diễn ra nhanh hơn so với các hệ thống lái dẫn động cơ khí hiện nay.
Hệ thống lái SBW phù hợp với xu hướng phát triển, tuy nhiên vẫn có những hạn chế nhất định:
- Việc bố trí hệ thống an toàn dự phỏng trong trường hợp xảy ra sự cố về điện, điều khiển: Hiện nay các nhà sản xuất (Nissan) đưa vào bộ ly hợp từđểtrong trường hợp gặp lỗi, sự cố đối với phần điện, điều khiển thì hệ thống sẽ đóng ly hợp từ, khi đó hệ thống lái sẽ hoạt động như hệ thống lái thông thường. Tuy nhiên việc thêm bộ ly hợp từ vào thì hệ thống lái vẫn cịn trục và thậm trí cịn phức tạp hơn so với hệ thống lái thơng thường. Do đó vấn đề an tồn cần được nghiên cứu hơn nữa trong thời gian tới.
- Một vấn đề nữa đối với hệ thống lái SBW là việc tái tạo cảm giác lái: Vì khơng còn kết nối trưc tiếp với bánh xe dẫn hướng nên việc tính tốn tạo cảm giác lái phụ thuộc vào các mơ hình cản nghiên cứu, và các mơ hình này hầu như chưa phản ánh hết các điều kiện khai thác thực tế trên đường để có thể tạo được cảm giác lái chân thực nhất.