Electronic throttle control – Điều khiển ga điện tử (ETC) là công nghệ ô tô sử dụng thiết bị điện tử để thay thế các liên kết cơ học truyền thống giữa đầu vào của người lái như bàn đạp chân với cơ cấu ga của xe nhằm điều chỉnh tốc độ hoặc khả năng tăng tốc. Khái niệm này cũng được gọi là Accelerate-by-wire (tăng tốc bằng dây điện) hoặc Throttle-by-wire (ga bằng dây điện).
Điều khiển ga điện tử, đôi khi được gọi là truyền động bằng dây điện – Drive-by-wire (thực chất nó là một phần của Drive-by-wire), sử dụng tín hiệu điện tử, thay vì cơ học, để điều khiển bướm ga. Điều đó có nghĩa là khi bạn đạp lên bàn đạp ga của ô tô, thay vì mở ga, bạn đang kích hoạt mô-đun bàn đạp ga, mô-đun này sẽ chuyển áp lực bạn đặt lên bàn đạp thành tín hiệu điện. Tín hiệu đó sau đó được gửi đến một bộ điều khiển điện tử, bộ điều khiển này sẽ tính đến các yếu tố đầu vào của bạn cũng như các biến số bên ngoài để mở ga nhằm đạt hiệu quả và hiệu suất tối ưu.
Đó là một hệ thống phức tạp nhưng có rất nhiều lợi ích về tính mài mòn, hiệu suất và hiệu quả của động cơ. Tuy nhiên, giống như bất kỳ hệ thống phức tạp nào, nó không hoàn hảo và các tài xế đã đặt ra rất nhiều câu hỏi về chúng. Tín hiệu bên ngoài có thể tương tác với ETC không? Loại biện pháp an toàn nào được áp dụng nếu sự can thiệp đó xảy ra?
Các thành phần của điều khiển ga điện tử
Hệ thống điều khiển ga điện tử bao gồm bàn đạp ga, module ETC và thân ga. Bàn đạp ga vẫn giống như trước đây, nhưng sự tương tác của nó với thân ga đã thay đổi. Cáp ga đã được thay thế bằng cảm biến vị trí chân ga (Accelerator position sensor – APS), giúp phát hiện vị trí chính xác của bàn đạp tại bất kỳ thời điểm nào, truyền tín hiệu này đến mô-đun ETC.
Khi điều khiển ga điện tử lần đầu tiên xuất hiện, nó đã đi kèm với mô-đun ETC riêng. Trên thực tế, tất cả các phương tiện hiện đại đều tích hợp điều khiển bướm ga điện tử vào các mô-đun điều khiển động cơ (ECM), giúp đơn giản hóa việc cài đặt, lập trình và chẩn đoán.
Thân ga điện tử trông giống như một thân ga thông thường. Nó được trang bị động cơ servo điện tử hoặc động cơ bước và cảm biến vị trí bướm ga (Throttle position sensor – TPS) thay vì dây cáp. Dữ liệu TPS thời gian thực xác nhận vị trí bướm ga thực tế cho mô-đun ETC.
Điều khiển ga điện tử hoạt động như thế nào
Đơn giản nhất, mô-đun ETC đọc đầu vào từ APS và truyền hướng dẫn động cơ servo đến thân ga. Về cơ bản, khi người lái nhấn ga 25% thì ETC sẽ mở Thân ga điện tử (Electronic throttle body – ETB) lên 25% và khi người lái nhả chân ga thì ETC sẽ đóng ETB. Ngày nay, chức năng điều khiển bướm ga điện tử phức tạp và hữu dụng hơn, mang lại một số lợi ích cho việc tích hợp và lập trình ETC như vậy.
Kiểm soát không tải: Tốc độ không tải của động cơ cần được điều chỉnh để tính đến tải trọng và nhiệt độ của động cơ. Một số xe có ETC không sử dụng van điều khiển không khí không tải (Idle Air Control – IAC) hoặc công tắc chân không không tải mà kiểm soát tốc độ không tải của động cơ bằng ETB.
Kiểm soát hành trình: Hệ thống điều khiển bướm ga điện tử hiện đại kiểm soát tốc độ xe bằng điện tử, với các đầu vào lập trình bổ sung từ cảm biến tốc độ xe (Vehicle speed sensor – VSS), vị trí sang số và tốc độ cài đặt. Kiểm soát hành trình thích ứng bổ sung thêm đầu vào cảm biến, chẳng hạn như từ hệ thống RADAR, LIDAR hoặc SONAR.
Kiểm soát lực kéo: Sử dụng các đầu vào cảm biến khác, chẳng hạn như VSS, WSS riêng lẻ (wheel speed sensor – cảm biến tốc độ bánh xe) và vị trí chuyển số, ETC có thể điều chỉnh công suất động cơ để giảm độ xoáy của bánh xe, như khi tăng tốc trên các bề mặt có độ bám đường thấp, chẳng hạn như tuyết, băng hoặc sỏi.
Kiểm soát độ ổn định điện tử: Ở tốc độ cao hơn, bằng cách giám sát các cảm biến VSS, WSS, lực g và tỷ lệ lệch yaw rate, ETC có thể điều chỉnh công suất động cơ để cải thiện độ ổn định của xe.
Hệ thống trước va chạm: Sử dụng đầu vào từ hệ thống trước va chạm (Pre-Collision System – PCS), điều khiển bướm ga điện tử có thể cắt công suất động cơ trong trường hợp tính toán là không thể tránh khỏi va chạm.
Quản lý RPM của hộp số: Trên một số xe có hộp số thể thao, ETC có thể sử dụng tốc độ động cơ (RPM), vị trí sang số, VSS và các cảm biến khác để khớp tốc độ động cơ với lựa chọn số dự định. Trong hộp số tay, điều này thường được người lái điều chỉnh, chẳng hạn như nhấn ga khi chuyển số, nhưng trên xe ETC, “bướm ga” được đồng bộ hóa hoàn hảo với chuyển số để tương tác nhanh hơn và truyền lực mượt mà hơn.
Hệ thống ETC và tín hiệu bên ngoài
Hãy tưởng tượng bạn đang lái xe dọc theo tuyến đường bạn thường đi làm, khi xe của bạn đột nhiên bắt đầu tăng đột ngột vì dòng xe cộ đông đúc. Đó là điều mà một số tài xế cho rằng đã xảy ra với họ và một số người trong số họ đổ lỗi cho hệ thống điều khiển ga điện tử của ô tô.
Theo một số tài xế từng trải qua tình trạng tăng tốc ngoài ý muốn cũng như một số chuyên gia về kỹ thuật ô tô, nhiễu điện từ có thể khiến hệ thống điều khiển ga điện tử gặp trục trặc. Trong một số trường hợp, sự can thiệp từ những thứ như điện thoại di động và đường dây điện được cho là nguyên nhân gây ra đoản mạch trong bộ điều khiển ga điện tử, dẫn đến tăng tốc đột ngột ngoài ý muốn.
Trong trường hợp được công bố rộng rãi nhất, Giáo sư David Gilbert, giáo sư kỹ thuật tại Đại học Nam Illinois, đã trình bày trên đài ABC về cách ông có thể tạo ra đoản mạch trong một chiếc Toyota Avalon khiến động cơ quay vòng, giúp xe tăng tốc mà không cần người lái điều khiển – – và bất chấp việc sử dụng phanh [nguồn: Ross].
Tuy nhiên, Toyota và các chuyên gia khác phản bác rằng ví dụ của Gilbert là giả tạo và khó có thể xảy ra trong thế giới thực. Theo những người chỉ trích Gilbert, anh ấy đã phải cắt và nối lại một số dây trong hệ thống, một điều cực kỳ khó xảy ra trên một chiếc ô tô được sử dụng bình thường [nguồn: Toyota].
Về mặt lý thuyết, trong khi đoản mạch có thể khiến bộ điều khiển ga điện tử mở ga và quay động cơ, nhiều chuyên gia chỉ ra rằng các hệ thống được cách nhiệt tốt để ngăn chặn nhiễu điện từ ảnh hưởng đến hệ thống.
Tuy nhiên, việc khó xảy ra hiện tượng đoản mạch và nhiễu không có nghĩa là các nhà sản xuất ô tô đã bỏ qua khả năng chúng xảy ra. Hãy đọc tiếp để tìm hiểu về các biện pháp dự phòng và dự phòng đã được tích hợp trong hệ thống điều khiển bướm ga điện tử.
Chế độ an toàn dự phòng của ETC
Giống như hầu hết các hệ thống phức tạp, hệ thống điều khiển bướm ga điện tử có một số cơ chế an toàn. Chúng được thiết kế như các phương án dự phòng và sao lưu để duy trì hoạt động của hệ thống hoặc cung cấp khả năng tắt máy an toàn nếu có sự cố.
Nói chung, khi có dấu hiệu đầu tiên của sự cố, hầu hết các bộ điều khiển ga điện tử đều được thiết kế để đóng ga và trở về trạng thái không tải. Vì vậy, ví dụ, nếu bộ điều khiển động cơ phát hiện sự cố với cảm biến, hệ thống sẽ chuyển sang chế độ không tải, ngăn không cho bướm ga mở.
Tương tự, có một số dự phòng được tích hợp trong hệ thống. Ví dụ: chỉ một cảm biến không được sử dụng để phát hiện đầu vào của trình điều khiển hoặc các yếu tố khác. Mỗi vị trí cảm biến đều sử dụng hai cảm biến Nếu một cảm biến bị trục trặc hoặc hai cảm biến ở một vị trí nhất định báo cáo các số đọc khác nhau, hệ thống sẽ đóng ga, để động cơ chạy không tải.
Còn sự can thiệp từ bên ngoài gây ra hiện tượng tăng điện hoặc đoản mạch thì sao? Hầu hết các hệ thống đều sử dụng mô tơ bướm ga thông minh. Mô tơ bướm ga là người gác cổng cuối cùng mà tín hiệu ga cần phải đi qua trước khi ga thực sự di chuyển. Nếu mô tơ bướm ga phát hiện điện áp hoặc tín hiệu không đến từ mô-đun điều khiển động cơ, nó sẽ được thiết kế để tắt động cơ. Nếu nhiễu điện từ đủ mạnh để ảnh hưởng đến điều khiển ga điện tử thì hệ thống điều khiển ga được thiết kế để tắt chứ không tăng vọt về phía trước.
Điều đó không có nghĩa là hệ thống điều khiển ga điện tử không có vấn đề; đúng hơn, chúng được thiết kế với một số biện pháp an toàn mà nếu hoạt động bình thường sẽ ngăn chặn sự tăng tốc và tăng tốc đột ngột của động cơ.
Tuy nhiên, trước nhận thức mới của người tiêu dùng về việc tăng tốc ngoài ý muốn và thắc mắc về điều khiển ga điện tử, các nhà sản xuất ô tô đang bổ sung thêm một lỗi an toàn khác: ghi đè phanh. Những hệ thống này hiện đã có sẵn trên một số ô tô của các nhà sản xuất Đức, cho phép người lái điều khiển và điều khiển hệ thống ga. Vì vậy, nếu hệ thống gặp trục trặc nào đó và bướm ga tự mở, đạp phanh sẽ đóng nó lại.
Các vấn đề về điều khiển ga điện tử
Điều khiển bướm ga điện tử phức tạp hơn và đắt hơn các hệ thống điều khiển bằng cáp cũ, nhưng nó có xu hướng tồn tại lâu hơn – ít nhất là mười năm. Tuy nhiên, có một số triệu chứng có thể cho thấy có vấn đề trong hệ thống ETC.
Một số APS và TPS dựa trên điện trở có thể bị hao mòn theo thời gian, dẫn đến các “điểm trống” trong tín hiệu, nơi điện trở hoặc điện áp đột ngột tăng hoặc giảm. Tất nhiên, lập trình ETC coi những điểm này là sự cố, khiến toàn bộ hệ thống rơi vào tình trạng hỏng hóc. Nếu việc khởi động lại xe dường như có thể “khắc phục” được sự cố thì nguyên nhân có thể liên quan đến lỗi không liên tục của APS hoặc TPS. Dây hoặc đầu nối lỏng lẻo cũng có thể gây ra loại sự cố này.
Nếu đèn kiểm tra động cơ bật sáng, có một số mã liên quan đến ETC đề cập đến hệ thống. Trong trường hợp này, chiếc xe có vẻ “đang chạy tốt”, trong trường hợp đó lỗi có thể là mạch dự phòng – một số hệ thống ETC sử dụng mạch APS và TPS song song để tự kiểm tra và dự phòng lỗi, vì vậy bạn vẫn có thể lái xe vòng quanh. Trong một số trường hợp, bạn có thể gặp phải tình trạng công suất động cơ hoặc tốc độ xe bị hạn chế, trong trường hợp đó ETC đã chuyển sang chế độ lỗi vận hành hạn chế.
