[Góc kỹ thuật] Tìm hiểu hệ thống lái tiên tiến nhất Steer-by-wire
Nhắc đến hệ thống trợ lực tay lái trên ô tô, chúng ta sẽ nghĩ ngay đến 2 loại chính là trợ lực dầu (thủy lực) và trợ lực điện cùng 1 dạng kết hợp của 2 hệ thống này. Tuy nhiên, công nghệ trợ lực tay lái Steer-by-wire có mặt trên mẫu xe thương mại Q50 vừa giới thiệu vào năm ngoái của Infiniti mới là tiên tiến nhất.
Trên các hệ thống trợ lực dầu và trợ lực điện, vô lăng sẽ kết nối trực tiếp với thước lái thông qua hệ thống trục, khớp và các bánh răng có cấu tạo phức tạp. Các chuyển động từ vô-lăng sẽ thay đổi góc đánh lái thông qua một bộ chuyển đổi mômen có tỉ số truyền cố định trên trợ lực dầu và có thể thay đổi trên trợ lực điện.
Cơ cấu hệ thống trợ lực lái dầu
Hệ thống trợ lực tay lái steer-by-wire trên Infiniti Q50 khác hoàn toàn các hệ thống trợ lực truyền thống. Lấy cảm hứng từ hệ thống lái fly-by-wire trên máy bay, steer-by-wire về cơ bản sẽ "số hóa" các hoạt động của vô lăng bằng dây thay cho các liên kết trực tiếp phức tạp trước đây.
Cơ cấu hoạt động của hệ thống trợ lực steer-by-wire giống trong hình minh họa bên dưới. Các chuyển động từ vô-lăng sẽ được cảm biến lực đánh lái chuyển thành một dạng tín hiệu số và truyền đến hộp điều khiển trung tâm của hệ thống lái. Hộp điều khiển đóng vai trò điều khiển 2 động cơ điện đánh lái trực tiếp 2 bánh xe trước. Trên steer-by-wire, khách hàng có thể dễ dàng lựa chọn giữa nhiều tỉ số lái khác nhau để vô lăng có cảm giác nhanh hay chậm, hay động cơ điện can thiệp ít hay nhiều sao cho phù hợp với điều kiện hoạt động và sở thích cá nhân.
Infiniti gọi hệ thống trợ lực tay lái steer-by-wire trên Q50 là Direct Adaptive Steering. Họ cũng thuê tay đua Sebastian Vettel, người từng 3 lần vô địch giải F1, chịu trách nhiệm thiết kế chính . Không biết có phải là chiêu PR hay không, Infiniti cho biết là hệ thống steer-by-wire tuy không kết nối cơ học trực tiếp với thước lái như các hệ thống trợ lực trước đây, nhưng nó lại cho phản hồi nhanh hơn do bỏ qua độ trễ do ma sát ở các vị trí truyền động.
(1) Cảm biến lực đánh lái: đóng vai trò nhận biết phản hồi từ tài xế và truyền tín hiệu về hộp điều khiển. (2) Bộ ly hợp: bộ phận này sẽ mở ra trong hầu hết thời gian. Chỉ khi hệ thống steer-by-wire gặp trục trặc, bộ ly hợp sẽ đóng lại và hoạt động như một hệ thống trợ lực điện bình thường. Nghĩa là trên xe sẽ có 2 hệ thống trợ lực, steer-by-wire đóng vai trò chính, còn trợ lực điện dự phòng trong trường hợp steer-by-wire bị lỗi. (3) Hộp điều khiển: chịu trách nhiệm điều khiển động cơ trợ lực và các cảm biến. Nhà sản xuất chu đáo đến mức trang bị đến 3 hộp điều khiển có thể thay thế cho nhau để đảm bảo sự an toàn. (4) Động cơ trợ lực: cách bố trí 2 động cơ cho 2 bánh xe sẽ giúp giảm chi phí so với phương án 1 động cơ lớn cũng như tạo ra nhiều không gian hơn cho khối động cơ đặt dọc ở vị trí thấp.
Tới đây có lẽ nhiều bạn sẽ thắc mắc về độ an toàn của hệ thống trợ lực mới này sẽ như thế nào? Nhà sản xuất đã tính đến yếu tố này nên họ trang bị đến 3 hộp điều khiển hệ thống lái mắc song song và bypass (vòng qua). Trong trường hợp 1 hợp gặp trục trặc thì sẽ còn đến 2 hộp thay thế ngay lập tức. Cũng đừng lo cái Steer-by-wire này hiện đại quá sẽ hóa hại điện, Infiniti còn phòng hờ thêm một cột lái bằng "cơm" nối từ vô-lăng đến thước lái cứu cánh (Xem hình trên - số 2). Bình thường hệ thống lái dự phòng sẽ ngắt bởi một bộ ly hợp. Khi hệ thống điện trên xe gặp sự cố không thể khắc phục và trợ lực steer-by-wire bị vô hiệu hóa thì bộ ly hợp sẽ mở ra để đưa hệ thống này vào hoạt động, tránh tình trạng xe bị mất lái. Tuy nhiên, việc sử dụng 2 hệ thống lái cùng lúc phần nào sẽ khiến trọng lượng xe tăng lên.
Điểm đáng chú ý khác là steer-by-wire sẽ cô lập người lái khỏi những tác động từ mặt đường. Điều này có mặt tốt và cả hạn chế. Anh bạn Jonny Lieberman, biên tập viên đánh giá xe từ tạp chí Motor Trend chia sẻ: mặt tích cực là khi đi qua các ổ gà hay mặt đường xấu, độ rung lắc sẽ không ảnh hưởng trực tiếp đến vô-lăng và vì thế cảm giác lái sẽ êm ái hơn. Trong tương lai, hệ thống trợ lực steer-by-wire sẽ đóng vai trò rất lớn trong những mẫu xe tự hành (autonomous). Đơn giản là vì nó cho phép các hệ thống an toàn can thiệp ở mức độ sâu hơn so với những công nghệ trợ lực hiện nay. Các hệ thống steer-by-wire thế hệ tiếp theo sẽ được trang bị thêm một camera đặt ở kính trước có nhiệm vụ quét tình trạng mặt đường giúp mang lại nhiều ứng dụng an toàn thiết thực hơn nữa. Chúng ta có thể xem thêm cách hoạt động của hệ thống steer-by-wire cùng như hiểu rõ hơn các ứng dụng trong tương lai của nó trong clip sau.
