Drive-by-wire là một thuật ngữ tổng hợp đề cập đến một số hệ thống điện tử tăng cường hoặc thay thế các bộ điều khiển cơ học truyền thống. Thay vì sử dụng dây cáp cơ khí hoặc áp suất thủy lực để điều khiển xe, công nghệ drive-by-wire sử dụng hệ thống điện – điện tử để kích hoạt phanh, điều khiển lái và cung cấp nhiên liệu cho động cơ.
Drive by Wire là công nghệ đã được sử dụng trong ngành từ những năm 1980. Nó còn được gọi là “X-by-wire” do có nhiều thành phần khác nhau có thể được tích hợp với nó. Drive by Wire là một hệ thống nhằm điều khiển điện tử một loạt các hoạt động như ga, phanh, lái, v.v. Bằng cách sử dụng hệ thống này, các hệ thống thủy lực thông thường đã suy giảm vì hầu hết các ứng dụng Drive by Wire đều hiệu quả và chính xác hơn nhiều. Do tính mô-đun của hệ thống Drive-by-wire, các nhà thiết kế có thể tận dụng không gian bên trong xe và tự do thiết kế các bộ phận. Do những tiến bộ trong công nghệ, các nhà sản xuất đã sẵn sàng tích hợp thiết bị điện tử và máy tính vào xe vì nó có xu hướng làm cho phương tiện an toàn hơn và hiệu quả hơn đáng kể so với hệ thống thông thường không có chúng. Tất cả các chức năng của xe đều được điều hành bởi các cảm biến và bộ truyền động lấy thông tin từ máy tính. Bài viết này thảo luận về các loại hệ thống Drive by Wire khác nhau, những ưu điểm và hạn chế của chúng.
Cơ bản Drive-by-Wire
Trong hệ thống Drive-by-Wire cơ bản, những gì chúng ta thấy là sự thay thế các liên kết cơ học và thủy lực thông thường bằng bộ truyền động và dây điện. Nhờ đó, trọng lượng của xe giảm đi đáng kể do không còn sự tham gia của các hệ thống như thủy lực, ống mềm, bình chứa, v.v. Ngoài ra, còn có các yếu tố về tính mô-đun được cải thiện, quản lý không gian, v.v., hỗ trợ cho quyết định bổ sung các hệ thống điện tử này. Độ an toàn của xe có thể được tăng lên đáng kể bằng cách bổ sung các tính năng Kiểm soát độ ổn định. Cáp điện tử có xu hướng làm tăng tính mô-đun của xe cơ giới, giúp việc sửa đổi hoặc nâng cấp xe trở nên dễ dàng hơn. Một số tính năng như Tiết kiệm nhiên liệu, xử lý tốt hơn và thời gian phản hồi ngắn hơn trong trường hợp khẩn cấp là một số ưu điểm của Điều khiển điện tử.
Hình trên cho thấy các loại điển hình của hệ thống Drive-by-Wire được sử dụng trong ô tô. Với khả năng ứng dụng linh hoạt của hệ thống Drive-by-Wire theo một số cách đáng kể khi dây cơ được thay thế bằng dây điện, hệ thống này có thể được áp dụng vào rất nhiều hệ thống trong ô tô. Một số loại chính đã được áp dụng cho các phương tiện giao thông hiện đại đã được đề cập dưới đây.
Steer-by-Wire
HIện nay đã có một số phương tiện áp dụng hệ thống này và sử dụng nó ở mức độ lớn, điều đó có nghĩa là nó có khả năng trở thành phương pháp đánh lái phổ biến trong tương lai vì nó có khả năng khiến cho phản ứng đánh lái chính xác hơn nhiều, tăng độ chính xác, đồng thời loại bỏ hiện tượng giật lùi không mong muốn có thể gặp ở hệ thống lái thông thường. Về mặt chức năng cũng như độ an toàn. Hệ thống Steer-by-Wire có xu hướng tốt hơn các loại cơ cấu cơ khí.
Hệ thống điều khiển Steer-by-Wire bao gồm hai phần chính. Một là phần lái bao gồm vô lăng, cảm biến góc của bộ truyền động phản hồi và bộ truyền động phản hồi. Phần bánh xe bao gồm các bánh xe, thanh răng và bánh răng, bộ truyền động lái và cảm biến góc bánh xe.
Cảm biến góc phản hồi cung cấp đầu vào ban đầu được gửi đến bộ vi điều khiển để xử lý dữ liệu đầu vào và chuyển đổi nó thành tín hiệu mà trên thực tế sẽ di chuyển các bánh xe bằng thủy lực hoặc tương tự. Ngay khi người lái bắt đầu quay vô lăng, hệ thống phản hồi sẽ hoạt động theo hướng muốn quay trở lại vị trí ban đầu. Điều này mô phỏng cảm giác lái thực tế. Sự khác biệt ở đây là phản hồi lực của tay lái có thể tăng hoặc giảm tùy thuộc vào sở thích của người lái hoặc nhà sản xuất. Bộ truyền động lái được kích hoạt sẽ quay bánh xe đến vị trí chính xác do người lái khởi động.
Trong số những lợi ích của việc có cơ chế Steer-by-Wire bao gồm tính mô-đun của hệ thống. Hệ thống này giúp các nhà sản xuất cực kỳ dễ dàng sử dụng các bộ phận giống nhau cho xe tay lái bên trái và tay phải. Điều này giúp giảm chi phí sản xuất và đồng thời chi phí vận hành. Vì kích thước của hệ thống này khi không có cột lái nhỏ hơn đáng kể so với hệ thống có cột lái, nên các nhà sản xuất có thể linh hoạt sử dụng không gian đó để làm cho chiếc xe trở nên nhỏ gọn hơn nếu cần. Điều này cũng cho phép đơn giản hóa nội thất của xe, làm cho nó sạch sẽ và hiệu quả hơn. Do thiếu kết nối vật lý giữa tay lái và vô lăng, khả năng tiếp cận dành cho người khuyết tật có thể được cải thiện vì hệ thống lái có thể được thiết lập theo nhu cầu cụ thể của họ trong trường hợp tình huống đó xảy ra. Một công nghệ mới đang được ứng dụng vào nhiều loại xe hơn trong hệ thống lái bánh sau. Ở đây, bánh sau của xe quay theo hướng ngược lại với lốp trước giúp việc quay và vào cua ở tốc độ thấp dễ dàng hơn nhiều, cải thiện khả năng cơ động và bán kính quay vòng trong không gian nhỏ. Nhưng xét về vấn đề an toàn, do không có trụ lái nên khả năng cản trở trong trường hợp người lái gặp tai nạn sẽ giảm đi. Một khía cạnh khác của sự an toàn là nếu một người lái xe thiếu kinh nghiệm lái xe quá tay, bản năng tự nhiên này có thể là quay vào trong, dẫn đến việc lái xe quá tay. Một hệ thống thông minh có thể ngăn chặn điều này xảy ra và cải thiện sự an toàn cho người lái xe.
Throttle-by-Wire
Throttle-by-Wire đã được giới thiệu vào năm 1988 trên dòng BMW 7. Kể từ đó trở đi, nó đã tìm được đường vào hầu hết mọi phương tiện trên thế giới và dẫn đến việc loại bỏ dây cáp ga trên quy mô lớn trên toàn thế giới. Thực tế là hệ thống mới rất mô-đun, có nhiều chức năng, tiết kiệm chi phí để sản xuất và vận hành đồng thời chính xác hơn đáng kể.
Ở đây, bàn đạp thực sự có 2 chiết áp có thể xác định chính xác mức độ di chuyển của van tiết lưu và điều khiển van tiết lưu đến vị trí chính xác cần thiết. Có lực cản đối với bàn đạp này giống như bàn đạp thông thường. Thông tin này được chuyển đến mô-đun điều khiển động cơ (ECM). ECM xử lý thông tin này và chuyển nó thành các xung điện làm di chuyển thân ga điện tử. Xung điện này kích hoạt bộ truyền động trong khoảng thời gian chính xác cần thiết để giải phóng một lượng nhiên liệu cụ thể vào xi lanh động cơ. Bộ chấp hành là một mô tơ servo chạy bằng điện áp đầu vào từ ECM. Trong thân ga điện tử còn có một cảm biến gọi là cảm biến vị trí bướm ga. Cảm biến này cung cấp chính xác vị trí hiện tại của van tiết lưu và mức điện áp tương ứng với vị trí này được gửi đến ECM xử lý dữ liệu này dưới dạng vòng phản hồi, thực hiện các chỉnh sửa cần thiết, dựa trên đầu vào của người lái.
Lý do Throttle by Wire được chấp nhận rộng rãi là do nó cho phép ECM tích hợp và kết hợp các tính năng như quản lý mô-men xoắn cùng với kiểm soát độ ổn định, kiểm soát hành trình và kiểm soát lực kéo. Do vị trí của ga được theo dõi liên tục nên có thể thực hiện các điều chỉnh cần thiết về mức ga và giữ cho xe ổn định và không bị mất kiểm soát.
Một ưu điểm khác của Throttle by wire là tối ưu hóa việc cung cấp không khí cho động cơ, đảm bảo lượng khí thải độc hại được giữ ở mức tối thiểu tuyệt đối và nâng cao hiệu suất của xe.
Việc loại bỏ bộ phận cơ khí khỏi động cơ và thay thế bằng thiết bị điện tử phản ứng nhanh hơn đã dẫn đến việc giảm số lượng bộ phận chuyển động và do đó giảm thiểu việc bảo trì cũng như yêu cầu điều chỉnh ở mức tối thiểu. Nhưng trên hết, thực tế cơ bản là hệ thống này hiệu quả hơn đáng kể và độ chính xác của dữ liệu từ hệ thống này cũng cực kỳ cao dẫn đến việc chuyển đổi tổng thể chiếc xe thành một chiếc xe chính xác hơn nhiều, thay thế hiệu quả và an toàn hơn cho cáp ga thông thường không có tính năng nào nói trên.
Brake-by-Wire
Hệ thống Brake-by-Wire là một công nghệ ô tô vẫn đang phát triển và sắp mở rộng trong lĩnh vực ô tô. Nhiều nhà sản xuất đang dần chuyển đổi phương tiện của họ sang hệ thống này nhưng phần lớn vẫn chưa được áp dụng rộng rãi. Điều này được thực hiện để loại bỏ hoàn toàn các bộ phận cơ khí và thủy lực của phanh và thay thế chúng bằng các cảm biến và bộ truyền động điện tử để điều khiển hệ thống phanh của xe. Trong hệ thống này, Brake-by-Wire là công nghệ trong đó các bộ phận thủy lực và cơ khí của hệ thống phanh thông thường được thay thế bằng các cảm biến và bộ truyền động điện tử thực hiện chức năng phanh trong xe.
Brake-by-Wire cũng có thể là một hệ thống gồm các hệ thống điều khiển điện tử bao gồm một số bộ truyền động cơ điện và giao diện người-máy, trong trường hợp này là bàn đạp. Tuy nhiên, việc sử dụng ngày nay chủ yếu là đa hệ thống vì thiếu độ tin cậy của các hệ thống này. Hiện nay, các hệ thống này được sử dụng tích hợp với hệ thống phanh thủy lực. Khi phanh được áp dụng, lực được truyền đến xi lanh chính tác động vào phanh với lực phanh cần thiết. Nhưng ở các loại xe hybrid và xe điện hoàn toàn, hệ thống thủy lực này có thể được thay thế bằng một hệ thống giảm tốc giúp chuyển đổi, giảm tốc độ của xe và tái tạo năng lượng dùng để sạc lại pin. Đây là một phương pháp hiệu quả để sử dụng toàn bộ hệ thống.
Sử dụng hệ thống Brake-by-Wire có một số lợi ích như giảm trọng lượng và tiết kiệm không gian cùng với tiếng ồn và độ rung khi vận hành thấp hơn, đồng thời thời gian phản ứng nhanh hơn vì không có liên kết cơ học, điều này có thể dẫn đến khoảng cách dừng ngắn hơn. Hệ thống quản lý mô-men xoắn đã được đề cập trong Throttle by Wire cũng có thể được sử dụng ở đây để giúp duy trì khả năng kiểm soát xe trong những điều kiện khắc nghiệt bằng cách sử dụng hệ thống Kiểm soát ổn định điện tử hoặc kiểm soát độ bám đường và cả các chức năng như kiểm soát hành trình, v.v.
Shift-by-Wire
Shift-by-wire sử dụng các kết nối điện hoặc điện tử thay thế kết nối cơ học giữa cơ cấu sang số của người lái và hộp số. Kể từ khi được thương mại hóa vào năm 1996, shift-by-wire đã được sử dụng phổ biến trong hộp số tay tự động và sau đó được triển khai trong hộp số bán tự động và hộp số tự động.
Park by wire có thể được coi là một hình thức của shift-by-wire. Chốt đỗ trong hộp số tự động truyền thống có liên kết cơ học với cần số và khóa hộp số ở vị trí đỗ khi cần chuyển số được đặt ở “park”. Hệ thống park-by-wire sử dụng các lệnh điện tử được gửi đến bộ truyền động để điều khiển chốt đỗ xe.
Ưu điểm và hạn chế của Drive-by-Wire
Trong số những ưu điểm chính bao gồm kích thước giảm đáng kể của các bộ phận khác nhau giúp làm cho chiếc xe trở nên nhỏ gọn hơn nhiều và tận dụng không gian đó để bổ sung các tính năng tốt hơn. Tính mô-đun của hệ thống này là một lợi thế khác. Một loạt các loại xe có thể sử dụng cùng một sản phẩm và duy trì chất lượng như nhau. Việc gia tăng tính mô-đun cũng giúp chúng ta giảm chi phí sản xuất và vận hành sản phẩm.
Vì tất cả các liên kết cơ học đang được thay thế bằng cáp điện và các hệ thống tiên tiến hơn đáng kể đang được sử dụng nên độ chính xác vận hành cao hơn và thuận tiện hơn, nó sẽ giúp kéo dài thời gian giữa các lần bảo trì cơ khí và các ứng biến khác. Một số hệ thống Drive-by-Wire không cần phải bảo trì trong thời gian dài, điều này dẫn đến trọng lượng nhẹ hơn và độ chính xác cao hơn, cuối cùng làm tăng hiệu quả sử dụng nhiên liệu và ít khí thải hơn. Công nghệ này đã được thử nghiệm trong ngành hàng không trong nhiều thập kỷ nay và hiệu quả của hệ thống chắc chắn là vô cùng rõ ràng. Việc áp dụng quy mô lớn trên toàn thế giới với tất cả các nhà sản xuất sẽ giúp hạn chế ô nhiễm do hệ thống có thể được tạo ra thông minh như thế nào.
Nhưng ngay cả với tất cả những lợi thế của một hệ thống mang tính cách mạng như vậy, vẫn luôn có sự không chắc chắn trong đó. Thực tế là nhiều người tin rằng một chương trình chỉ tốt khi có người lập trình giỏi. Và chỉ cần một sai sót nhỏ trong việc đọc số liệu thì rất có thể hậu quả sẽ rất thảm khốc. Hãy xem xét lỗi khi đọc dữ liệu cảm biến trong hệ thống Brake-by-Wire. Trong trường hợp như vậy, nếu lực phanh nhỏ hơn hoặc lớn hơn mức yêu cầu của người lái xe thậm chí có thể dẫn đến tai nạn. Nhưng trên thực tế, khả năng xảy ra lỗi như vậy là cực kỳ hiếm vì hệ thống chúng ta sử dụng ngày nay rất tiên tiến. Bất chấp khả năng xảy ra lỗi nghiêm trọng trong hệ thống, một số khía cạnh của Drive-by-Wire vẫn đang được nghiên cứu. Và nó sẽ chỉ trở nên tốt hơn khi có nhiều nghiên cứu hơn.
Một mối lo ngại về an toàn khác là khả năng hack phương tiện từ xa và chiếm quyền điều khiển phương tiện, khiến người lái xe không thể lái xe an toàn. Nhưng cho đến nay, tin tặc mới chỉ có thể kích hoạt các hệ thống nhỏ như cần gạt nước kính chắn gió, v.v. Nhưng mối nguy hiểm từ những hệ thống tương tự vẫn rất lớn. Xem xét thực tế là hầu hết các nhà sản xuất đã chấp nhận Drive-by-Wire làm hệ thống đi kèm trên xe của họ và cũng nhận thấy rằng các công ty này đã thực hiện nhiều nghiên cứu và các hệ thống này đang chạy thành công, chúng ta có thể gạt bỏ những lo lắng này và chấp nhận rằng hệ thống này là tương lai.
Tương lai của Drive-by-Wire
Drive-by-Wire không giới hạn ở ba hệ thống được đề cập ở trên. Với nhiều nghiên cứu đang được thực hiện trong việc áp dụng nhiều hệ thống theo công nghệ này, hiệu suất tổng thể của phương tiện chắc chắn sẽ tăng lên trong tương lai gần. Drive-by-Wire là bước đệm dẫn đến tương lai cuối cùng của công nghệ ô tô, Xe tự hành. Với việc sử dụng rộng rãi các phương tiện điện trên toàn thế giới, các giải pháp an toàn hơn cho tình trạng quá tải phương tiện tràn lan vốn là nguyên nhân khiến giao thông tắc nghẽn ở nhiều thành phố sẽ trở thành quá khứ với sự ra đời của các phương tiện tự hành. Nhưng để điều này trở thành hiện thực, hệ thống Drive-by-Wire sẽ đóng một vai trò rất lớn, vì sự phát triển của hệ thống này sẽ cho phép các nhà sản xuất hoặc nhà cung cấp dịch vụ có quyền truy cập từ xa vào bộ điều khiển của xe và do đó loại bỏ nhu cầu về hoàn toàn là một người lái xe. Khi độ phức tạp và tinh vi của các hệ thống tăng lên, chúng ta có thể mong đợi ngày càng có nhiều hệ thống được đưa vào.
Kết luận
Có rất nhiều lo ngại xung quanh sự an toàn của hệ thống và khả năng hỏng hóc của hệ thống điện khi so sánh với hệ thống cơ khí. Nhưng hệ thống này đã được chứng minh là an toàn một cách đáng kinh ngạc trong ngành hàng không trong nhiều năm nay. Và ngay cả với ảo ảnh xung quanh sự an toàn, những lợi thế của việc sử dụng hệ thống, chẳng hạn như các tính năng an toàn bổ sung hoặc tăng hiệu quả, hiệu suất, thời gian phản ứng, v.v., sẽ vượt qua những nhược điểm và đây có thể sẽ là hệ thống của tương lai. Hệ thống Drive-by-Cable đơn giản là không thể đón đầu làn sóng công nghệ mới nhất về hiệu suất và hiệu quả giúp cải thiện đáng kể khả năng lái của xe. Hệ thống Drive-by-Wire sẽ thay thế hoàn toàn hệ thống Drive-by-Cable trong những năm tới.
