PBL4 Thiết Kế Hệ Thống Giao Thông Thông Minh GVHD TS Lê Văn Tụy TS Nguyễn Văn Đông 3 SVTH Nhóm 8 TS Nguyễn Văn Đông Mục lục CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ THÔNG MINH 7 1 1 KHÁI NIỆM VỀ Ô TÔ THÔNG MINH 7 1.
TỔNG QUAN VỀ Ô TÔ THÔNG MINH
KHÁI NIỆM VỀ Ô TÔ THÔNG MINH
Nhắc đến ô tô thông minh, nhiều người hình dung ngay những chiếc xe có khả năng tự lái và thực hiện được nhiều chức năng tiện ích khác nhau, mà vẫn đảm bảo an toàn cho người ngồi trên xe Những mẫu xe này tích hợp công nghệ AI, hệ thống cảm biến và kết nối mạng để tối ưu hóa hành trình, tăng trải nghiệm lái và giảm thiểu rủi ro khi di chuyển Với những yếu tố trên, ô tô thông minh không chỉ là xu hướng công nghệ mà còn là giải pháp vận hành an toàn và tiện nghi cho người dùng trong tương lai.
Những chiếc ô tô thông minh tự lái đã được giới thiệu khá nhiều nhưng vẫn chưa thể ứng dụng vào thực tế vì nhiều lý do
Trong khi chờ các hãng xe tung ra ô tô thông minh thực sự, bạn vẫn có thể nâng cấp xe hiện tại bằng một số thiết bị hỗ trợ để ô tô trở nên thông minh hơn Những thiết bị này giúp xe kết nối tốt với điện thoại và internet, tối ưu hóa trải nghiệm lái xe, cải thiện an toàn và quản lý xe nhờ các tính năng như định vị, cảnh báo tình trạng xe và trợ lý thông minh Chọn lựa thiết bị tương thích, dễ lắp đặt và có thể cập nhật phần mềm định kỳ sẽ tối ưu hóa hiệu suất mà không cần đợi đến khi xe mới ra mắt Bên cạnh đó, lắp đặt các giải pháp công nghệ ô tô thông minh còn giúp gia tăng giá trị và tiện ích cho chiếc xe của bạn cho tới khi các mẫu ô tô thông minh thực sự từ nhà sản xuất được phổ biến rộng rãi.
Định nghĩa ô tô thông minh ngày nay không nhất thiết là một chiếc ô tô tự lái hay có khả năng tự tính toán để tiết kiệm nhiên liệu; nó được hiểu là các xe được trang bị phụ kiện và công nghệ thông minh hỗ trợ tối ưu cho người lái, với người lái vẫn trực tiếp cầm lái và các thiết bị giúp định vị đường đi, xác định vị trí xe và cảnh báo kịp thời trong nhiều tình huống, từ đó nâng cao an toàn và trải nghiệm lái xe.
LỢI ÍCH CỦA Ô TÔ THÔNG MINH
Những tính năng như gọi điện thoại rảnh tay, ra lệnh bằng giọng nói và tự động điều khiển nhạc bằng trợ lý thông minh cho phép người lái vẫn giữ hai tay trên vô-lăng và tận hưởng đầy đủ các tiện ích giải trí trên xe, mang lại trải nghiệm lái xe thú vị và an toàn hơn Tuy nhiên, việc sử dụng chúng có thể dẫn đến mất tập trung đôi khi Khi đó, các hệ thống hỗ trợ lái xe thông minh trên ô tô hiện đại phát huy tác dụng ở mức cao hơn với khả năng tự động giảm tốc khi nhận diện tình huống giao thông, kèm theo các cảnh báo như chệch làn đường, cảnh báo mất tập trung của người lái, hoặc dựa vào bản đồ để tự động giới hạn tốc độ tối đa theo từng cung đường.
Các tính năng được nêu ở trên tập trung vào mục tiêu đảm bảo an toàn cho con người Vì thế, ta có thể cho rằng càng thông minh xe càng gia tăng độ an toàn và tính thân thiện với người dùng, mang lại trải nghiệm lái xe tin cậy và tiện lợi.
CÁC HỆ THỐNG HỖ TRỢ CHO VIỆC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG THÔNG
Camera hành trình ô tô là thiết bị bạn nên nghĩ đến đầu tiên khi lắp đặt một phụ kiện cho xe, bởi nó ghi lại toàn bộ hình ảnh và sự kiện diễn ra khi xe di chuyển lẫn khi xe dừng lại Đây được xem như hộp đen trên xe và có vai trò quan trọng trong việc cung cấp bằng chứng, tăng cường an toàn và hỗ trợ xử lý các tình huống khi tham gia giao thông Với khả năng ghi hình và âm thanh, camera hành trình giúp xác định nguyên nhân va chạm, giám sát tình hình vận hành và bảo vệ quyền lợi của người lái xe trong mọi tình huống.
Những dòng camera hành trình hiện nay được trang bị các chế độ cảnh báo thông minh như cảnh báo quá tốc độ, cảnh báo chuyển hướng đột ngột, cảnh báo vượt làn đường và cảnh báo khoảng cách quá gần với xe phía trước, giúp tài xế luôn tỉnh táo khi lái xe Các tính năng cảnh báo này nâng cao an toàn giao thông bằng cách nhắc nhở người lái về tốc độ, vị trí và khoảng cách, từ đó giảm nguy cơ va chạm và cải thiện trải nghiệm lái xe trên mọi cung đường.
Camera lùi ô tô là một trong những thiết bị được nhiều tài xế đầu tư cho xế hộp và được xem là một lựa chọn đầu tư hợp lý Thiết bị này hỗ trợ đắc lực khi lùi xe, giúp xe vào đúng vị trí và giảm nguy cơ va quệt, trầy xước hay hư hỏng xe Nhờ camera lùi, tài xế có thể quan sát phía sau một cách toàn diện, tăng an toàn khi vận hành và tiết kiệm chi phí bảo dưỡng về dài hạn.
Hiện nay, camera lùi ô tô được nâng cấp với nhiều tính năng hỗ trợ an toàn và tiện ích cho người lái Những hệ thống như xác định khoảng cách giúp đánh giá nhanh vị trí của các vật sau xe, trong khi chức năng cảnh báo vật cản phát hiện chướng ngại vật để cảnh báo kịp thời Nếu có nguy cơ va chạm, camera lùi có thể kích hoạt phanh khẩn cấp tự động, và nhiều mẫu còn tích hợp chế độ đỗ xe tự động, giúp việc lùi và đỗ xe trở nên dễ dàng và an toàn hơn.
Ăng ten GPS nhận tín hiệu từ vệ tinh và định vị chính xác vị trí của xe trên bản đồ đã được cài đặt, trong khi màn hình LCD hiển thị hình ảnh giao thông tại vị trí hiện tại Nhờ đó, lái xe dễ dàng xác định vị trí của xe, nhận diện các tuyến đường xung quanh và lên kế hoạch di chuyển đến địa điểm cần đến một cách nhanh chóng và thuận tiện.
Chìa khóa thông minh giúp người lái xe loại bỏ nhiều phiền phức khi thao tác với chìa khóa cơ của ô tô Không chỉ dừng lại ở việc tự động mở và đóng cửa xe, tự động khởi động và tắt máy, chìa khóa thông minh ngày nay còn được tích hợp nhiều tính năng tiện ích khác, nâng cao sự thuận tiện và an toàn khi vận hành xe.
10 SVTH: Nhóm 8 như điều chỉnh vị trí ghế ngồi, tự động điều chỉnh nhiệt độ điều hòa, cảnh báo trộm, cảnh báo tốc độ…
Thiết bị dẫn đường cho ô tô là một thiết bị nhỏ gọn gắn trên xe, nhận tín hiệu GPS từ vệ tinh thông qua ăng-ten và định vị chính xác vị trí xe trên bản đồ đã được cài đặt Dữ liệu định vị này cho phép hiển thị hình ảnh giao thông tại vị trí hiện tại của xe trên màn hình LCD, giúp người lái dễ dàng lên kế hoạch lộ trình và theo dõi tình trạng giao thông.
Nhờ hệ thống định vị và bản đồ chi tiết, các tài xế có thể dễ dàng xác định vị trí của xe và các tuyến đường gần đó, từ đó lựa chọn lộ trình tối ưu Tài xế cũng có thể xác định vị trí cần đến và nắm được cách di chuyển phù hợp để đến địa điểm mong muốn một cách nhanh chóng và chính xác.
Để tiết kiệm chi phí nhưng vẫn có thể sử dụng bản đồ dẫn đường trên xe, bạn chỉ cần bỏ ra khoảng 100-200 nghìn để mua một giá đỡ điện thoại ô tô Với phụ kiện này, điện thoại có thể được đặt ngay trước mặt bạn, giúp xem chỉ đường một cách tiện lợi và nhanh chóng mà không cần đầu tư vào một thiết bị dẫn đường đắt tiền.
Hiện nay, mọi smartphone đều được tích hợp bản đồ và các ứng dụng chỉ đường, cho phép bạn sử dụng điện thoại thông minh thay cho thiết bị định vị GPS Việc dùng điện thoại cho định vị và điều hướng mang lại sự tiện lợi, tiết kiệm chi phí và cập nhật dữ liệu vị trí nhanh chóng Để tối ưu trải nghiệm, hãy đảm bảo có kết nối Internet ổn định, cấp quyền định vị cho ứng dụng và sạc pin đầy trước khi di chuyển.
• Sạc pin điện thoại trên xe hơi:
Bạn có lo lắng điện thoại hết pin giữa hành trình dài? Với bộ sạc điện thoại trên ô tô, bạn có thể sạc ngay trên xe khi đang di chuyển, không cần dừng xe hay mang theo sạc dự phòng Thiết bị sẽ lấy nguồn từ ắc quy và máy phát của xe khi nổ máy, giúp sạc nhanh và tiết kiệm thời gian cho chuyến đi của bạn.
• Hệ thống kiểm soát hành trình(Cruise Control):
Kiểm soát hành trình là tính năng phổ biến trên hầu hết các xe hạng C trở lên Với hệ thống này, người lái có thể thư giãn khi di chuyển trên đường trường nhờ việc duy trì tốc độ qua các nút bấm trên vô-lăng Nhờ vậy, bàn đạp ga có thể được thả ra và chân phải sẵn sàng đặt lên bàn đạp phanh để xử lý mọi tình huống trên đường.
Hơn nữa, khi đi trên cao tốc và đường trường, việc canh tốc độ giới hạn có thể khiến người lái phân tâm Với hệ thống Cruise Control, tài xế có thể thiết lập một tốc độ giới hạn tối đa và hệ thống sẽ tự động duy trì ở mức đó, giúp giảm phân tâm và cho phép tập trung vào các tình huống giao thông trên đường mà không lo vượt quá tốc độ cho phép, từ đó nâng cao an toàn lái xe trên cao tốc.
• Đèn pha thích ứng thông minh(Adaptive Headlights):
Những đèn pha thông thường chỉ chiếu sáng thẳng về phía trước nên khi vào cua ánh sáng khó bao phủ, gây mất tầm nhìn và ảnh hưởng đến khả năng nhận diện đường Hiện nay, công nghệ đèn pha thông minh với đèn LED và hệ thống tự động điều chỉnh góc chiếu theo góc đánh lái cho phép đèn chiếu sáng cả những đoạn đường phía trước ở các khúc cua, tăng cường phạm vi quan sát và an toàn khi lái xe Công nghệ này đã trở nên phổ biến trên các mẫu xe tầm trung, mang lại trải nghiệm lái xe an toàn hơn nhờ sự cải thiện đáng kể của hệ thống chiếu sáng.
12 SVTH: Nhóm 8 Đối với một số dòng xe cao cấp hệ thống này được thiết kế thông minh hơn, bằng cách sử dụng nhiều khối đèn LED hay Laser có thể mở tắt độc lập, kết hợp với hệ thống camera để phát hiện các nguồn sáng trước xe, qua đó, hệ thống sẽ điều khiển, tắt các khối sáng có thể gây ảnh hưởng cho xe đối diện Nhờ công nghệ này, lái xe có thể sử dụng đèn pha liên tục, cải thiện đáng kể tầm quan sát, mà không lo ảnh hưởng đến các xe phía trước
1.4 Ô TÔ TỰ LÁI
Xe ô tô tự lái là gì?
Xe ô tô tự lái (Self-driving car) hay xe tự hành là xe có khả năng nhận diện môi trường xung quanh và tự động di chuyển một cách an toàn với sự can thiếp rất ít của người lái hoặc không cần người lái Ô tô tự lái được điều khiển bằng trí tuệ nhân tạo AI thay thế cho các yếu tố con người Xe tự lái sở hữu một hệ thống công nghệ “đồ sộ” giúp nhận biết vị trí và các biến động trên đường như GPS, camera, radar, laser… Từ các dữ liệu thu về này, hệ thống máy tính sẽ tính toán để điều khiển xe tự động chạy trên đường một cách an toàn.
Ưu nhược điểm xe tự lái thông minh
Xe tự lái mang lại ưu điểm nổi bật là giảm gánh nặng cho người điều khiển trên đường cao tốc và khi tắc đường nhờ toàn bộ hệ thống được tự động hóa Các chức năng như phát hiện điểm mù, cảnh báo làn đường khi khởi hành và quản lý gia nhập làn đường giúp tăng cường an toàn và hiệu quả vận hành Khả năng vận hành cả ban đêm và trong điều kiện thời tiết xấu như trời mưa, sương mù giúp hành trình ổn định và tiết kiệm thời gian di chuyển Những yếu tố này góp phần nâng cao trải nghiệm người dùng và tối ưu hóa lưu lượng giao thông trên tuyến cao tốc.
Trước đây, việc lái xe chỉ dành cho những người đã vượt qua kỳ thi cấp bằng, khiến trẻ quá nhỏ, người cao tuổi, người khuyết tật và người có triệu chứng tâm lý không thể có được trải nghiệm lái xe Nhưng với xe tự hành thông minh, giao thông cá nhân sẽ mở ra cho toàn bộ các phân khúc xã hội, không còn bị ràng buộc bởi tuổi tác hay tình trạng sức khỏe Việc làm chủ một thiết bị di chuyển hiện đại nay có thể nằm trong tay mọi người, mang lại cơ hội di chuyển an toàn, tiện lợi và độc lập cho người dùng ở mọi hoàn cảnh.
Về mặt thẩm mỹ, xe tự lái sẽ thay đổi cách nhìn nhận một chiếc xe cao cấp, đặc biệt ở nội thất với thiết kế hiện đại và trải nghiệm người dùng được nâng cấp, khiến khoang cabin trở nên khác biệt so với xe có người lái Những nguyên tắc cứng nhắc như ghế ngồi phải hướng về phía trước sẽ không còn bắt buộc, mở đường cho bố trí ghế đa hướng và tối ưu hóa sự thoải mái, tiện nghi từ mọi vị trí ngồi trong xe tự lái.
Trong bối cảnh công nghệ điều khiển xe hiện đại, vô-lăng, bàn đạp phanh và chân ga có thể trở nên thừa thãi và được chuyển đổi sang các dạng thức điều khiển khác linh hoạt hơn khi cần, nhằm tối ưu hóa trải nghiệm người dùng và tích hợp với hệ sinh thái xe tự động Các thành phần điều khiển truyền thống có thể được thay thế hoặc bổ sung bằng giao diện mới, cảm biến và các giải pháp tương tác từ xa, giúp duy trì an toàn và hiệu suất vận hành trong khi mở rộng khả năng tùy biến và kết nối với các hệ thống tự động hóa.
Vô lăng kiểu càng giống vô lăng máy bay
Vô lăng có thể gập lại và trở thành một vật trang trí nội thất, nhưng sự tiện ích đó không làm mất tính an toàn khi xe hoạt động Mặc dù có nhiều ưu điểm, các hệ thống hỗ trợ lái tự động vẫn chưa hoàn hảo và hiệu quả chỉ tối đa khi điều kiện môi trường xung quanh đáp ứng các tiêu chuẩn nhất định Thời tiết xấu và điều kiện môi trường khắc nghiệt có thể làm giảm độ chính xác của hệ thống thu phát tín hiệu, từ đó ảnh hưởng đến an toàn vận hành của xe Ngay cả khi có hệ thống điều khiển tín hiệu, nó có thể xử lý không kịp thời nếu đường lái đột ngột thay đổi so với bản đồ đã lập trình.
Rào cản pháp lý, chứ không chỉ là thách thức kỹ thuật, vẫn là yếu tố cản trở sự phát triển của xe tự lái Khi có tai nạn liên quan đến xe tự lái, xác định xem lỗi thuộc về hành khách trên xe hay hệ thống tự động là một bài toán pháp lý phức tạp Mặc dù luật pháp đã có nhiều cải tiến, khuôn khổ pháp lý vẫn chậm hơn so với nhịp độ phát triển của công nghệ ô tô thông minh Ở Hoa Kỳ, một số tiểu bang đã bắt đầu ban hành các quy định dành cho xe tự động và bán tự động để định hình trách nhiệm và vận hành an toàn.
Trong quan điểm của những người theo chủ nghĩa bảo thủ, những người yêu thích lái xe truyền thống sẽ không phải là khách hàng tiềm năng của xe tự hành Lái xe được xem là một kỹ năng đòi hỏi sự chăm chỉ, sự tập trung và sự khéo léo, tích lũy qua thời gian và kinh nghiệm, chứ không phải thứ có thể thay thế bằng công nghệ hiện đại ngay lập tức Cảm giác làm chủ tay lái mang lại một trải nghiệm thú vị mà không có công nghệ tiên tiến nào có thể hoàn toàn thay thế được.
Xe tự lái thông minh là một xu thế tất yếu trong guồng quay của công nghệ tiên tiến, cho dù bên ngoài có tích cực hay tiêu cực Công chúng có thể không mong đợi sự xuất hiện ngay trong vài năm tới, thậm chí cả thập kỷ tới, nhưng xe tự lái sẽ dần tiếp cận với hình thức lái xe tự động để chuẩn bị cho sự bùng nổ của công nghệ trong tương lai.
Các cấp độ của xe ô tô tự lái
SAE International (Hiệp hội Kỹ sư Ô tô thế giới) và Cơ quan An toàn Giao thông Cao tốc Quốc gia Hoa Kỳ (NHTSA) thống nhất phân loại xe ô tô tự lái thành 5 cấp độ, từ cấp độ 1 đến cấp độ 5, phản ánh mức độ tự động hóa và mức độ can thiệp của người lái Từ cấp độ 1 là hỗ trợ lái xe cơ bản đến cấp độ 5 là vận hành hoàn toàn tự động mà không cần sự can thiệp của người lái, trong khi các cấp độ giữa (2–4) mô tả các hệ thống hỗ trợ, kiểm soát tự động và giám sát có thể yêu cầu người lái vẫn có mặt để can thiệp khi cần Các chuẩn phân loại này giúp người dùng và nhà sản xuất đánh giá tính năng an toàn, khả năng áp dụng thực tế và sự khác biệt giữa các hệ thống tự động hóa trên xe ô tô.
Chú ý rằng một số ô tô hiện đại đã được trang bị các tính năng thông minh hỗ trợ lái xe, với điểm nhấn là hệ thống hộp số tự động AT (Automatic Transmission) và CVT (Continuously Variable Transmission) Những hộp số này giúp sang số mượt mà, tối ưu hóa hiệu suất động cơ và tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời tăng cảm giác lái thoải mái Bên cạnh đó, các xe còn tích hợp loạt công nghệ hỗ trợ như hệ thống phanh và ga tự động, kiểm soát hành trình thích ứng, cảnh báo va chạm, giữ làn đường và camera quan sát 360 độ nhằm nâng cao an toàn và tiện ích vận hành Các tính năng kết nối và trí tuệ nhân tạo trên xe cho phép người lái nhận thông tin nhanh chóng qua màn hình cảm ứng hoặc điều khiển giọng nói, đồng thời đồng bộ hóa điện thoại thông minh để trải nghiệm lái xe an toàn và thuận tiện hơn Việc hiểu rõ vai trò của hộp số AT và CVT cùng các tính năng thông minh sẽ giúp người dùng lựa chọn mẫu xe phù hợp với phong cách lái và nhu cầu sử dụng.
DCT (Dual Clutch Transmission) là hệ thống truyền động ly hợp kép cho phép lái xe không cần thao tác chuyển số thủ công; xe sẽ tự động chọn số phù hợp, mang lại vận hành mượt mà và tiết kiệm nhiên liệu Công nghệ này thường tích hợp hệ thống phanh ABS/TCS (Anti-lock Braking System / Traction Control System) thông minh, giúp xe tự động phanh và kiểm soát lực kéo để tăng độ an toàn và bám đường ngay cả khi đường trơn.
Hiện nay, nhiều xe chỉ có Traction Control System và chưa thể hỗ trợ điều khiển tự động cho ba hệ thống chính (phanh, ga, lái) theo đúng nghĩa của chức năng hỗ trợ tự lái nâng cao ADAS, vì vậy các đời xe này vẫn thuộc cấp độ 0 (Level 0) và chưa đạt chuẩn của một hệ thống tự lái đầy đủ.
5 cấp độ xe tự lái theo SEA.
Cấp độ 1: Hổ trợ cho lái xe (Level 1: Driver Assistance)
Cấp độ 1 của hệ thống hỗ trợ lái xe vẫn để người lái giữ vai trò điều khiển chính, đồng thời xe được trang bị các tính năng trợ lái an toàn Những tính năng này có thể can thiệp điều chỉnh chuyển động dọc của xe, tự động chỉnh ga để duy trì khoảng cách an toàn với xe phía trước, và tự động giảm tốc hoặc phanh trong các tình huống khẩn cấp Tuy nhiên, xe ở cấp độ này không có khả năng tự động can thiệp vào hướng di chuyển.
Kiểm soát hành trình thích ứng (ACC) và giữ làn (LKAS)
Ở cấp độ an toàn 1, các tính năng nổi bật gồm hệ thống kiểm soát hành trình chủ động Adaptive Cruise Control (ACC) giúp duy trì khoảng cách an toàn và tự động điều chỉnh tốc độ giữa xe bạn và xe phía trước; hệ thống phanh tự động thông minh có thể kích hoạt phanh để giảm thiểu hoặc tránh va chạm khi phát hiện nguy cơ; hệ thống cảnh báo va chạm phía trước cảnh báo người lái khi có dấu hiệu va chạm sắp xảy ra và hỗ trợ phản ứng kịp thời; hệ thống cảnh báo chệch làn đường giúp người lái giữ vững làn đường bằng cách cảnh báo khi xe có dấu hiệu lệch Những tính năng này đồng thời nâng cao an toàn và đem lại trải nghiệm lái xe tự tin hơn ở các tình huống giao thông hàng ngày.
Không chỉ xe sang mà hiện nay nhiều mẫu xe ở phân khúc phổ thông cũng được trang bị tính năng tự hành ở cấp độ 1, nhằm tăng cường an toàn và tiện lợi khi lái xe Trong danh sách các mẫu xe phổ thông được hưởng công nghệ này có Mazda 3, Mazda 6, Mazda CX-8, Honda CR-V, VinFast Lux SA2.0, Toyota Fortuner và Ford Ranger, cho thấy tính năng tự hành cấp độ 1 đang trở nên phổ biến trên nhiều dòng xe với mức giá hợp lý Đây là minh chứng cho sự dịch chuyển của công nghệ hỗ trợ lái từ xe sang sang các phân khúc phổ thông, giúp người lái có trải nghiệm an toàn hơn mà không phải trả thêm quá nhiều chi phí.
Cấp độ 2: Tự động lái một số phần (Level 2: Partial Automation)
Ở cấp độ 2, người lái vẫn giữ vai trò điều khiển chính nhưng xe có thể tự tác động đánh lái và can thiệp điều chỉnh chuyển động ngang trong một số tình huống, đồng thời bổ sung nhiều hệ thống hỗ trợ lái nhằm chủ động xử lý các tình huống nguy hiểm và tăng cường an toàn khi vận hành xe.
Chế độ Autopilot của Tesla ở cấp độ 2 theo thang đo xe tự lái
Ở mức độ cấp độ 2, các tính năng nổi bật bao gồm hệ thống hỗ trợ duy trì làn đường và hệ thống đỗ xe chủ động, giúp tăng an toàn và tiện nghi khi lái xe Các công nghệ này cho phép xe duy trì giữa làn đường và hỗ trợ quá trình đỗ xe một cách chủ động, dù người lái vẫn cần theo dõi và can thiệp khi cần Hầu hết các mẫu xe sang hàng đầu từ Mercedes-Benz, Lexus, Audi, BMW và Volvo đều nằm trong nhóm cấp độ 2 này, mang lại trải nghiệm lái xe bán tự động ở mức cao và phổ biến trên thị trường xe hạng sang.
Cấp độ 3: Tự động có điều kiện (Level 3: Conditional Automation)
Conditional Automation (tự động hóa có điều kiện) là thuật ngữ do SAE sử dụng để mô tả xe tự lái cấp độ 3, cho phép xe tự hành gần như hoàn toàn trong một số điều kiện lý tưởng, chẳng hạn như trên đường cao tốc có dải phân cách, vạch kẻ đường rõ ràng và di chuyển ở vận tốc giới hạn.
Xe sẽ tự di chuyển theo lộ trình đã được định trước, đồng thời các chức năng an toàn sẽ được hệ thống điều khiển trung tâm kiểm soát
Ở cấp độ 3 của hệ thống hỗ trợ lái xe, người lái có thể rời tay khỏi vô-lăng nhưng vẫn ngồi ở vị trí điều khiển và sẵn sàng can thiệp để lấy lại quyền kiểm soát xe khi cần thiết.
Hệ thống hổ trợ lái thông minh AI của Audi A8 đời 2019
Cấp độ 4: Tự động lái cao (Level 4: High Automation)
Xe tự hành cấp độ 4 hiện bị giới hạn chủ yếu bởi các quy định pháp lý, dù các mẫu xe thử nghiệm đã có thể vận hành hiệu quả trên đa dạng điều kiện giao thông từ cao tốc đến đô thị đông đúc Phạm vi hoạt động của xe tự lái cấp độ 4 vẫn giới hạn trong một khu vực nhất định, trong khi vai trò chính của công nghệ này là kết nối trực tuyến và thu thập dữ liệu giao thông từ trung tâm điều khiển dữ liệu để dự đoán tình huống và tăng độ chính xác trong quá trình tự hành Ở cấp độ 4, vô-lăng vẫn được trang bị để người lái có thể chủ động xử lý điều khiển trong một vài tình huống nhất định.
Hyundai trình diễn xe điện tự lái cấp độ 4 đầu tiên trên thế giới.
Cấp độ 5: Tự động lái hoàn toàn (Level 5: Full Automation)
Khác biệt chính ở xe tự lái cấp độ 5 nằm ở việc xe có thể hoạt động hoàn toàn tự động mà không cần khu vực điều khiển kiểm soát từ trung tâm Phương tiện di chuyển mà không cần sự can thiệp của con người, thể hiện sự tự động hóa toàn diện Đồng thời, xe tự lái cấp độ 5 không bị hạn chế về phạm vi hay điều kiện hoạt động như các cấp độ 3 và 4.
Xe tự hành cấp độ 5 có thể được trang bị hệ thống trí tuệ nhân tạo (AI) đầy đủ và đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn cao nhất, cho phép xe vận hành hoàn toàn tự chủ Nhờ công nghệ AI tiên tiến, xe có thể xử lý dữ liệu từ nhiều cảm biến, đưa ra quyết định nhanh chóng và đảm bảo an toàn cho hành khách cũng như người tham gia giao thông.
Xe tự lái Full Automation tương lai
Xe tự hành cấp độ 5 được thiết kế không có vô-lăng hay buồng lái và loại bỏ các bàn đạp ga - phanh, giúp xe có thể di chuyển độc lập mà không phụ thuộc vào người lái Với mức tự động hóa cao này, xe có thể phục vụ nhu cầu di chuyển của mọi đối tượng trong tương lai, bao gồm cả những người không có bằng lái hoặc không đáp ứng điều kiện sức khỏe Điều này mở ra khả năng tiếp cận giao thông công cộng và dịch vụ di chuyển một cách an toàn, tiện lợi và linh hoạt hơn cho đa dạng người dùng.
GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHANH ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO 23 2.1 ĐỊNH NGHĨA
PHÂN LOẠI
Hệ thống phanh là thành phần rất quan trọng trên ô tô, đảm bảo an toàn khi điều khiển bằng cách kiểm soát tốc độ và dừng xe một cách hiệu quả Hiện nay ô tô được trang bị nhiều loại hệ thống phanh khác nhau như phanh chính, phanh dừng, phanh tang trống (phanh tăng bua) và phanh đĩa Theo đó, hệ thống phanh được phân loại thành các nhóm chủ yếu dựa trên nguyên lý làm việc và cấu tạo, cụ thể là phanh đĩa và phanh tang trống (phanh tăng bua), cùng với các biến thể như phanh chính và phanh dừng tùy thuộc vào thiết kế và mục đích sử dụng của xe.
- Hệ thống phanh dự phòng
- Hệ thống phanh chậm dần (phanh bằng động cơ, thủy lực hoặc điện tử)
Phanh động cơ là kỹ thuật giảm tốc độ xe ôtô đang chuyển động bằng cách nhả hết bàn đạp ga để động cơ làm việc ở chế độ không tải; nhờ quán tính và ma sát trong hệ thống, xe sẽ chậm lại mà không phải dùng phanh chân Khi xuống dốc cao và nguy hiểm hoặc chạy trên đường trơn lầy, cần áp dụng phanh động cơ để đảm bảo an toàn; càng gài số thấp, hiệu quả phanh động cơ càng cao, giúp kiểm soát tốc độ và giảm mài mòn lên hệ thống phanh phụ.
Hệ thống phanh chính, hay còn gọi là phanh chân, là bộ phận trên ô tô dùng để làm giảm tốc độ xe theo ý muốn của người lái Hệ thống này được trang bị trên tất cả các bánh xe của ô tô, ở cả cầu trước và cầu sau, nhằm đảm bảo lực phanh đồng đều và tăng cường sự an toàn khi vận hành.
Hình 2.2: Hệ thống phanh chính
Hệ thống phanh dừng, hay còn gọi là phanh tay, được dùng để giữ ô tô ở trạng thái đứng yên và thường được vận hành bằng tay Chức năng chính của hệ thống này là duy trì vị trí của xe khi dừng trên đường bằng hoặc đèo dốc, giúp xe không bị trôi và đảm bảo an toàn khi đỗ hoặc lên xuống dốc.
Hình 2.3: Hệ thống phanh dừng
2.2.2 Theo cơ cấu của phanh
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh guốc
- Hệ thống phanh với cơ cấu phanh đĩa
- Hệ thống phanh dẫn động bằng cơ khí
- Hệ thống phanh dầu trợ lực hơi hoặc chân không
- Hệ thống phanh dẫn động có cường hóa
- Hệ thống phanh dẫn động bằng điện
2.2.4 Theo khả năng điều chỉnh momen phanh ở cơ cấu phanh
Theo khả năng điều chỉnh mô men phanh ở cơ cấu phanh với bộ điều hòa lực mạnh
2.2.5 Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh
Theo khả năng chống bó cứng bánh xe khi phanh chúng ta có hệ thống phanh với bộ chống cứng bánh xe ( hệ thống phanh ABS)
Hình 2.4: Sơ đồ bố trí cảm biến và tín hiệu phanh ABS
Trên xe ô tô con, phanh chân là hệ thống phanh cơ bản và phanh tay đóng vai trò phanh dự phòng Hai hệ thống phanh được điều khiển độc lập với nhau, giúp tăng tính tin cậy và an toàn cho người lái Phanh tay có cơ chế tự khóa, giúp xe giữ ở trạng thái cần thiết mà người lái không phải liên tục tác động lực.
CÁC KIỂU HỆ THỐNG PHANH
Hệ thống phanh dẫn động cơ khí, hay còn gọi là dẫn động bằng dây cáp, thường được sử dụng trên các dòng xe đời cũ Hiện nay, kiểu dẫn động phanh này chỉ được áp dụng cho hệ thống phanh dừng, nhằm đảm bảo độ tin cậy và an toàn của hệ thống phanh dừng.
Nguyên nhân khiến hệ thống phanh dẫn động cơ khí ít được sử dụng là do kết cấu phức tạp và khó khăn trong việc bố trí các điểm nối dây cáp tới cơ cấu phanh tại bánh xe Để khắc phục tình trạng này, các nhà sản xuất đã thiết kế ra hệ thống phanh dẫn động thủy lực.
Hình 2.5: Hệ thống phanh dẫn động cơ khí
Hệ thống phanh dẫn động thủy lực là loại phanh phổ biến nhất trên xe du lịch hiện nay, được các hãng xe hàng đầu như Toyota, Honda, Kia, Mazda và Hyundai áp dụng rộng rãi Nó hoạt động dựa trên nguyên lý Pascal, truyền áp suất từ bàn đạp phanh qua dầu thủy lực tới các xilanh và má phanh ở các bánh xe Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của hệ thống được giải thích trong hình minh họa phía dưới, giúp hình dung cách lực phanh được chuyển từ bàn đạp sang các má phanh để làm chậm hoặc dừng xe.
Hình 2.6: Hệ thống phanh dẫn động thủy lực
Hệ thống phanh dẫn động khí nén là loại hệ thống được lắp đặt chủ yếu trên các dòng xe tải nặng, xe đầu kéo và sơ mi rơ moóc Điểm nổi bật của hệ thống này là phải có một máy nén khí được bố trí trên xe để nén khí cung cấp cho các bộ phận phanh hoạt động Do yêu cầu nguồn khí nén ổn định, hệ thống phanh khí nén đi kèm với bình chứa khí và các ống dẫn khí nhằm đảm bảo phanh hoạt động an toàn và tin cậy khi tải trọng lớn và điều kiện vận hành khắc nghiệt.
Hệ thống phanh dẫn động kết hợp thủy lực – khí nén là loại phanh được bố trí chủ yếu trên các dòng xe tải nặng và xe chuyên dùng Loại dẫn động này kết hợp lực tác động của thủy lực và khí nén để tối ưu hóa hiệu suất phanh và độ ổn định khi vận hành ở tải trọng lớn, mang lại an toàn cho các xe chuyên dụng và xe tải nặng.
TỔNG QUAN VỀ CÁC CƠ CẤU PHANH
2.4.1 Cơ cấu phanh trống guốc
Phanh là bộ phận trực tiếp tạo lực cản làm việc dựa trên nguyên lý ma sát Kết cấu của cơ cấu phanh bao giờ cũng gồm hai thành phần chính: các phần tử ma sát và cơ cấu ép Ngoài ra, cơ cấu phanh còn có một số bộ phận phụ, như bộ phận điều chỉnh khe hở giữa các bề mặt ma sát và bộ phận xả khí đối với dẫn động thủy lực để đảm bảo hoạt động an toàn và ổn định.
2.4.1.1 Cơ cấu phanh trống guốc loại 1
Hình 2.7: Cơ cấu phanh trống guốc loại 1
1- Piston ép; 2- Guốc phanh trước ; 3- Má phanh trước ; 4- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc trước ; 5- Chốt cố định ; 6- Guốc phanh sau ; 7- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc sau ; 8- Má phanh sau ; 9- Lò xo hồi vị guốc ; 10- Xy-lanh ; 11- Lò xo xy-lanh
- Loại cơ cấu phanh trống guốc này có cơ cấu ép bằng xy-lanh kép và có hai điểm tựa cố đinh của guốc được bố trí cùng phía
Cấu tạo của cơ cấu phanh loại này gồm hai chốt cố định có bố trí bạc lệnh tâm để điều chỉnh khe hở giữa má phanh và trống phanh; ở phía trước là khe hở, phía trên được điều chỉnh bằng cam lệch tâm Ưu điểm của thiết kế này là dễ điều chỉnh khe hở một cách chính xác và thuận tiện nhờ cơ chế cam lệch tâm.
- Kết cấu đơn giản, hai guốc đối xứng qua trục, chỉ dùng một xy-lanh ép
- Mô-men phanh chạy tiến như chạy lùi
Mô men ma sát do các guốc phanh tạo ra trên tang trống có giá trị khác nhau tùy thuộc vào tính chất tách/siết của guốc đối với tang trống, và phụ thuộc vào chiều quay của xe Khi guốc phanh siết vào tang trống, ma sát tăng lên và sinh ra mô men phanh lớn; ngược lại khi guốc thả ra khỏi tang trống, ma sát giảm và mô men phanh cũng giảm tương ứng Đồng thời, chiều quay của xe ảnh hưởng tới sự phân bổ lực giữa guốc và tang trống, khiến cùng một hệ thống phanh cho ra các giá trị mô men ma sát khác nhau ở các hướng quay khác nhau Vì vậy, việc đánh giá tính chất tách/siết và ảnh hưởng của chiều quay là yếu tố quan trọng để tối ưu hiệu quả phanh và đảm bảo an toàn khi vận hành.
2.4.1.2 Cơ cấu phanh trống guốc loại 2
Hình 2.8: Cơ cấu phanh trống guốc loại 2
1- Piston ép; 2- Guốc phanh trước ; 3- Má phanh trước ; 4- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc trước ; 5- Chốt cố định ; 6- Guốc phanh sau ; 7- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc sau ; 8- Má phanh sau ; 9- Lò xo hồi vị guốc ; 10- Xy-lanh; 11 Lò- xo xy-lanh
- Đây là loại trống guốc có cơ cấu ép băng xy-lanh đơn và có hai điểm tựa cố định của tâm quay guốc được bố trí khác phía
Loại tang trống này có tính chất đối xứng hoàn toàn về kết cấu quanh tâm quay bánh xe, vì vậy mô men ma sát được tạo ra bởi hai guốc là bằng nhau tuyệt đối Sự cân bằng này cho phép phân phối lực ma sát đồng đều giữa hai guốc, tăng độ ổn định của hệ thống phanh và tối ưu hiệu suất làm việc của phanh tang trống Các đặc điểm nổi bật bao gồm giá trị mô men ma sát đồng nhất giữa hai guốc và khả năng giảm mài mòn, từ đó kéo dài tuổi thọ các thành phần phanh và duy trì hiệu quả phanh ở mọi điều kiện vận hành.
+ Hai guốc sử dụng hai cơ cấu ép riêng biệt bởi hai xy-lanh đơn bố trí vể hai phía khác nhau
+ Hai guốc của cơ cấu phanh có tâm quay của điểm tựa cố định được bố trí về hai phía khác nhau Ưu điểm:
- Hiệu quả phanh khi ôtô chuyển động tiến tăng lên nhiều
- Kết cấu phức tạp vì phải dùng hai xy-lanh
- Hiệu quả phanh khi ô tô chuyển động lùi là rât kém
2.4.1.3 Cơ cấu phanh trống guốc loại 3 (loại cường hóa)
Hình 2.9: Cơ cấu phanh trống guốc loại 3
1- Piston ép ; 2- Guốc phanh trước ; 3- Má phanh trước ; 4- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc trước ; 5- Thanh cường hóa ; 6- Guốc phanh sau ; 7- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc sau ; 8- Má phanh sau ; 9- Lò xo hồi vị guốc ; 10- Xy-lanh; 11- Lò xo xy-lanh
- Đây là loại cơ cấu phanh kiểu tang trống guốc có cơ cấu ép băng xy-lanh kép và thanh cường hóa
Đây là một kiểu đặc biệt có tính đối xứng về kết cấu qua mặt phẳng đối xứng Tuy vậy, mô men ma sát được tạo ra bởi hai guốc ma sát tăng lên đáng kể nhờ cơ chế guốc này cường hóa cho guốc kia, mang lại sự hợp tác chặt chẽ giữa hai thành phần và nâng cao hiệu quả truyền lực Đặc điểm nổi bật của cấu hình này là sự đồng bộ về mặt cấu trúc và sự gia tăng mô men ma sát khi hai guốc tác động lẫn nhau, giúp phân bổ lực đều và ổn định cho toàn hệ thống.
- Đầu trên hai guốc sử dụng chung một xy-lanh kép để tạo lực ép chính cho hai guốc
- Đầu dưới của hai guốc được nối với nhau bằng thanh cường hóa tùy động
- Mỗi guốc của cơ cấu phanh đều thêm một tâm quay tùy động được bố trí cùng phía xy-lanh kép
- Do tính chất của thanh cường hóa song song với phương lực ép nên các lực tác dụng lên các guốc là cùng song song nhau Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, dể chế tạo, dể bảo dưỡng
- Kích thước lớn, giá thành cao
2.4.1.4 Cơ cấu phanh trống guốc loại 4 (loại cam ép)
Hình 2.10: Cơ cấu phanh trống guốc loại 4
1- Cam ép; 2- Guốc phanh trước; 3- Má phanh trước; 4- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc trước; 5- Chốt cố định; 6- Guốc phanh sau; 7- Cam lệch tâm điều khiển khe hở trên cho guốc sau; 8- Má phanh sau; 9- Lò xo hồi vị guốc
Đây là một kiểu đặc biệt có tính đối xứng về kết cấu qua mặt phẳng đối xứng, mang lại sự cân bằng và đồng bộ cho thiết kế cơ học Tuy nhiên, mô-men ma sát do hai guốc tạo ra lại có giá trị hoàn toàn bằng nhau, cho thấy sự phân bố lực đều giữa hai thành phần của hệ.
Trong hệ thống này, nhóm 8 guốc bị ép cưỡng bởi cùng một hành trình nâng cam, làm cho chúng biến dạng đồng nhất và từ đó chịu cùng một áp lực cũng như mô men ma sát.
- Hai guốc sử dụng cùng một cam ép cùng kiểu và hành trình nâng để tạo lưc ép cho hai guốc
- Hai guốc có tâm quay của điểm tỳ cùng bố trí về một phía Ưu điểm:
- Kết cấu đơn giản, dể chế tạo, dể bảo dưỡng
- Kích thước lớn, giá thành cao
Thông thường, các bộ trợ lực chân không được dùng để tăng lực dẫn động cho hệ thống phanh Tuy nhiên, khi động cơ không làm việc, hiệu quả trợ lực phanh giảm đáng kể và việc kết hợp chúng để phanh dừng xe trở nên khó khăn.
Cơ cấu phanh đĩa là loại phanh được sử dụng phổ biến trên ôtô du lịch, chủ yếu ở các bánh trước, và trên máy kéo; gần đây phanh đĩa bắt đầu được trang bị trên một số ôtô vận tải và xe chở khách, cho thấy sự mở rộng của công nghệ này trong ngành vận tải nhờ hiệu suất phanh ổn định và khả năng tản nhiệt tốt.
Phanh đĩa có các loại đa dạng như kín và hở, một đĩa hoặc nhiều đĩa, loại vỏ quay, đĩa quay và vòng ma sát quay Đĩa phanh có thể là đĩa đặc hoặc có rãnh thông gió, đồng thời có thể cấu tạo từ một lớp kim loại hoặc ghép hai kim loại khác nhau để tối ưu độ bền và hiệu suất làm việc.
Trên ôtô, chủ yếu sử dụng đĩa quay dạng hở, ít khi dùng vỏ quay; trong khi trên máy kéo vẫn có thể dùng cả loại vỏ và đĩa cố định, đi kèm với vòng ma sát quay.
Có hai phương án lắp ghép má kẹp: lắp cố định và lắp tùy động kiểu bơi
CÁC LOẠI HỆ THỐNG PHANH HIỆN ĐẠI
Loại dẫn động phanh này thường chỉ bố trí trên các dòng xe tải nặng và xe chuyên dùng
Phanh điện từ là một dạng hệ thống phanh sử dụng từ trường được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu để thực hiện phanh bánh xe Đây là hệ thống phanh không có ma sát, nên không gây mài mòn và không có áp suất nội bộ trong hệ thống Thời gian tác dụng ngắn của phanh điện từ giúp quá trình phanh diễn ra nhanh chóng và mang lại sự an toàn và tin cậy cao Với những ưu điểm này, phanh điện từ là giải pháp phanh hiệu quả cho nhiều ứng dụng đòi hỏi phản ứng nhanh, ít bảo trì và độ bền cao.
Phanh dừng động điện (Electronic Parking Brake – EPB), hay phanh tay điện tử, là hệ thống phanh thay thế dẫn động cơ khí bằng dẫn động điện và được điều khiển bằng điện tử Một công tắc phanh được bố trí bên cạnh cần số; khi người lái nhấn công tắc, mô tơ điện quay và ép má phanh vào đĩa phanh tạo lực phanh Để nhả phanh, người lái chỉ cần khởi động động cơ và lái xe; hệ thống phanh sẽ tự động ngắt phanh trước khi chiếc xe bắt đầu di chuyển mà không cần nhấn công tắc Hệ thống phanh này còn được gọi là phanh tay điện tử và được trang bị trên nhiều dòng xe cao cấp của các nhà sản xuất như Mercedes-Benz, Audi, BMW, Lexus, Volvo, Porsche.
Phanh điện là hệ thống phanh sử dụng trên xe điện, hoạt động dựa trên các mô tơ điện dẫn động bánh xe Khi người lái đạp phanh, các mô tơ điện đổi chức năng thành máy phát điện, biến động năng di chuyển của xe thành điện năng và các dạng năng lượng khác để thực hiện phanh Phanh tái sinh (regenerative braking) được nhắc tới nhiều khi nói về xe điện sản xuất tại Việt Nam.
• Hệ thống phanh điện tử (Electronic Braking System)
Việc điều khiển điện tử các chi tiết của hệ thống phanh rút ngắn thời gian đáp ứng và giảm quãng đường phanh, từ đó hạn chế nguy cơ tai nạn Hệ thống phanh được trang bị tính năng chống bó cứng má phanh ABS, giúp lái xe ổn định hơn và giảm thiểu mất kiểm soát khi phanh.
• Ngoài ra còn một vài hệ thống kết hợp với hệ thống phanh để tăng hiệu quả phanh:
+ Hệ thống ổn định thân xe (ESC, ESP )
+ Hệ thống hỗ trợ phanh khẩn cấp (BA)
+ Hệ thống chống bó cứng má phanh (ABS) và hệ thống trượt vi sai (DSR)
+ Hệ thống phanh tự động khẩn cấp (AEB)
+ Hệ thống phân bố lực phanh điện tử (EBD)
2.5.1 Hệ thống chống bó cứng phanh ABS (Anti – lock Braking System)
Hình 2.14: Hệ thống ABS trên ô tô
Hệ thống phanh ABS (Anti-lock Braking System) là một hệ thống an toàn trên ô tô, được điều khiển bằng điện tử nhằm ngăn ngừa hiện tượng phanh bị khóa khi giảm tốc đột ngột Hệ thống phanh chống bó cứng này giúp các bánh xe không bị khóa, hạn chế trượt và giúp người lái kiểm soát hướng lái dễ dàng hơn trong các tình huống khẩn cấp Nhờ ABS, xe được giữ ổn định thân xe và quá trình phanh được tối ưu hóa, tăng an toàn cho người lái và hành khách.
Ngày nay thì ABS trở thành trang bị tiêu chuẩn trên xe hơi, cả xe trang bị phanh tang trống và phanh đĩa
Nguyên lý hoạt động của hệ thống phanh ABS dựa trên cảm biến tốc độ của các bánh xe gửi dữ liệu về ECU (Electronic Control Unit – bộ xử lý và điều khiển điện tử trung tâm) Khi ECU phát hiện một hoặc nhiều bánh xe có tốc độ thấp hơn quy định, van thủy lực và bơm sẽ điều chỉnh áp suất tác động lên đĩa phanh để làm giảm sự bó cứng Hệ thống ABS sẽ tác động ấn–nhả thanh kẹp trên phanh đĩa với tần suất khoảng 15 lần/giây thay vì tác động lực mạnh kéo dài, giúp bánh xe không bị trượt và đảm bảo an toàn khi phanh Dựa vào thông số cảm biến vận tốc và thao tác của người lái, hệ thống sẽ tính toán và điều chỉnh áp suất phanh tối ưu cho các bánh xe, đảm bảo sự ổn định của thân xe và quỹ đạo di chuyển Ngược lại, nếu trong quá trình di chuyển, một hay nhiều bánh xe quay quá nhanh, ABS sẽ điều chỉnh lực phanh để duy trì quá trình hãm an toàn.
Hình 2.15: Mô phỏng tình huống Hệ thống phanh ABS giúp ổn định và kiểm soát xe
Cấu tạo của hệ thống phanh ABS trên ô tô bao gồm:
• Van mở; Van chặn dòng; Van giải phóng áp lực
Cảm biến tốc độ được sử dụng để xác định gia tốc hoặc giảm tốc của bánh xe Cảm biến này có thể hoạt động bằng cảm biến hiệu ứng Hall, nam châm hoặc bánh xe có răng, và cuộn dây điện từ để tạo tín hiệu Sự dao động của từ trường quanh bánh xe sinh ra điện áp cảm biến, và vì điện áp này phụ thuộc vào vận tốc quay của bánh xe nên khi xe di chuyển với tốc độ chậm, cảm biến tốc độ có thể cho kết quả không chính xác.
Van: Hệ thống van trên ABS gồm 3 vị trí, trong đó có một van được điều khiển bởi hệ thống ABS Khi một van không hoạt động, hệ thống sẽ không thể điều chỉnh các van còn lại và kiểm soát áp suất cung cấp cho phanh, làm giảm hiệu quả phanh và sự an toàn của xe.
Van mở: Áp suất từ xi lanh sẽ được truyền thẳng qua phanh
Van chặn dòng: Cách ly phanh khỏi xy lanh chủ để ngăn áp lực tăng thêm nếu người lái đạp phanh mạnh hơn
Van giải phóng 1 số áp lực từ phanh
Máy bơm: Có chức năng khôi phục áp suất cho phanh thủy lực sau khi van đã giải phóng Bộ điều khiển sẽ điều chỉnh trạng thái máy bơm để cung cấp áp suất mong muốn đồng thời làm giảm độ trượt
Bộ điều khiển: Là đơn vị ECU đảm nhiệm vai trò nhận thông tin từ cảm biến tốc độ bánh xe riêng Khi 1 bánh xe bị mất lực kéo, tín hiệu sẽ phát đến bộ điều khiển Từ đó bộ điều khiển sẽ tự động giới hạn lực phanh, kích hoạt hệ thống ABS
Hình 2.16: Cấu tạo hệ thống phanh ABS trên xe hơi
2.5.2 Hệ thống phân bố lực phanh điện tử EBD (Electronic Brakeforce Distribution)
Trong quá trình phanh, quán tính của xe dồn về phía trước, làm tăng nhu cầu phân phối lại lực phanh cho các bánh để đảm bảo hiệu quả phanh Tất cả các tình huống phanh đều đòi hỏi phân bổ hợp lý lực phanh giữa các bánh nhằm duy trì sự ổn định và rút ngắn quãng đường phanh Bằng cách tính toán tốc độ, tải trọng và độ bám đường của các bánh, hệ thống EBD sẽ điều chỉnh và cân bằng lực phanh, giúp quá trình phanh trở nên tối ưu hơn.
EBD (Electronic Brakeforce Distribution) là hệ thống phanh được thiết kế để triệt tiêu dao động quá lớn khi xe di chuyển trên đường, giúp xe luôn cân bằng và giảm nguy cơ mất kiểm soát Trong khi ABS một mình có thể làm phanh bánh xe bị bó cứng hoặc lực phanh chưa đủ khiến xe vẫn lăn, EBD kết hợp cùng ABS sẽ phân bổ lực phanh tới từng bánh một cách linh hoạt Nhờ đó, lực phanh được tối ưu hóa đặc biệt khi xe đi qua địa hình khó khăn hoặc vào cua gấp, tăng độ ổn định và an toàn khi lái.
Cấu tạo của hệ thống EBD
Hình 2.17: Mô phỏng điều khiển của hệ thống EBD
Giống như ABS, hệ thống phân bổ lực phanh điện tử EBD hoạt động cùng với bộ điều khiển trung tâm ECU để nhận biết tốc độ của từng bánh xe và vận tốc của xe Nhờ đó EBD có thể điều chỉnh lực phanh trên từng bánh một cách chính xác, tối ưu sự cân bằng phanh và cải thiện độ bám đường khi xe di chuyển trên các điều kiện đường khác nhau.
Bên cạnh đó EBD kết hợp với thêm một vài cảm biến khác như:
HECU là van điều khiển thủy lực của hệ thống phanh, trong đó EBD được trang bị thêm các van trượt để điều chỉnh lượng dầu phanh cho từng bánh xe riêng biệt, không giống như ABS phân bổ lực phanh đồng đều cho mọi bánh Nhờ đó, lực phanh có thể được tối ưu theo tải trọng, tốc độ và điều kiện đường đi ở từng bánh, giúp tăng ổn định và hiệu quả phanh Các van trượt cho phép cấp/phân bổ áp suất phanh tới từng bánh một cách độc lập, thay vì giới hạn ở mức phân bổ chung Hệ thống cũng kết hợp với cảm biến yaw (Yaw sensor) để nhận diện sự lệch hướng và hỗ trợ điều chỉnh lực phanh nhằm cải thiện an toàn khi vào cua hoặc tránh va chạm.
Cảm biến gia tốc ngang: xác định độ trượt ngang và trọng tâm của xe
Cảm biến tải trọng trên xe liên tục đo và tính toán tải trọng tổng thể của xe, sau đó phân bổ tải trọng này cho từng bánh nhằm phân phối lực phanh một cách phù hợp Quá trình phân bổ tải trọng giữa các bánh giúp tối ưu hóa lực phanh theo điều kiện thực tế, tăng độ ổn định và độ bám khi xe giảm tốc Nhờ đó hệ thống phanh hoạt động hiệu quả hơn và an toàn hơn trong mọi tình huống lái xe, đặc biệt khi tải trọng thay đổi hoặc khi vào các trạng thái lái xe khác nhau.
SA sensor - cảm biến góc tay lái: đo góc quay vô lăng để xem xét xe có đang nằm trong tầm kiểm soát hay có nguy cơ bị trượt
Ngoài ra còn có một số hệ khác như: hệ trợ phanh gấp BA (Brake Assist), hệ thống cân bằng điện tử ESC (ESP, VSC, VSA…)
HỆ THỐNG PHANH ĐƯỢC PHÂN CÔNG THIẾT KẾ
➢ Hệ thống phanh dẫn động dầu – trợ lực chân không:
Những nhược điểm cơ bản của hệ thống phanh thuỷ lực cổ điển và hệ thống dẫn động phanh thuỷ lực nói chung là lực phanh nhỏ, do tỷ số truyền không lớn, khiến hiệu suất phanh bị giới hạn bởi kích thước của cơ cấu phanh và bởi lực tác dụng lên bàn đạp phanh từ người lái.
Hiện nay, các hệ thống phanh thủy lực được trang bị trợ lực (bộ tăng lực) giúp quá trình điều khiển phanh trở nên nhẹ nhàng hơn, giảm cường độ lao động cho người lái và đồng thời vẫn tăng lực phanh, cải thiện hiệu quả phanh.
Có nhiều phương pháp trợ lực phanh: trợ lực khí nén, trợ lực chân không, trợ lực thủy lực và trợ lực điện Hiện nay phổ biến là trợ lực khí nén và trợ lực thủy lực trên các xe tải nặng, còn trợ lực chân không hay gặp ở xe du lịch và vận tải trung bình Đặc điểm của hệ thống trợ lực chân không là sử dụng áp suất chân không tại họng cổ hút của động cơ đưa vào một khoang của bộ trợ lực, khoang kia thông với khí trời Khi đạp phanh, tín hiệu điều khiển mở van cho bộ trợ lực hoạt động Sự chênh lệch áp suất giữa hai khoang tạo ra ngoại lực tác động lên xi lanh lực, làm tăng áp suất trong dẫn động phanh và do đó tăng lực phanh.
Trợ lực chân không tận dụng sự chênh lệch áp suất giữa khí quyển và áp suất đường ống nạp khi động cơ làm việc mà không ảnh hưởng đến công suất động cơ; ngược lại, khi phanh, hệ thống này làm giảm công suất động cơ do giảm hệ số nạp, từ đó làm giảm một phần tốc độ xe và tăng hiệu quả phanh Kết cấu của bộ trợ lực chân không rất đơn giản và dễ bố trí trên xe Tuy nhiên, lực trợ lực không lớn và bị giới hạn bởi tiết diện của màng tác dụng lực; nếu màng lớn lên thì kích thước của bộ trợ lực cũng tăng lên Vì vậy, trợ lực chân không thích hợp cho xe du lịch và xe vận tải ở mức trung bình và nhỏ; đối với xe tải nặng thì nên dùng trợ lực khí nén.
Hình 2.25 Sơ đồ trợ lực khí nén bố trí theo kiểu song song
1,8-Các xi lanh phanh; 7-Mạch dầu; 2-Bộ trợ lực; 9-Xilanh chính Tandem; 5-Bình chứa khí 6-Cụm van điều khiển; 3-Đòn dẫn động; 4 -Bàn đạp; 10 – Bình dầu.
Trợ lực khí nén tạo lực cường hoá đáng kể nhờ áp suất khí nén có thể đạt tới 7-8 kg/cm2, là giải pháp phù hợp cho xe vận tải lớn khi được dẫn động phanh thủy lực Mặc dù cấu tạo hệ thống phức tạp và đòi hỏi phải bổ sung máy nén khí, trợ lực khí nén vẫn mang lại hiệu suất phanh tối ưu cho tải trọng nặng.
Loại trợ lực khí nén bố trí theo kiểu nối tiếp, còn được gọi là dẫn động phanh thuỷ – khí, là một cấu hình được sử dụng trên một số xe vận tải nặng và được thể hiện trong hình 2.23 Hệ thống này kết hợp thủy lực và khí nén để tăng lực phanh và đảm bảo sự kiểm soát phanh ở những xe tải trọng lớn.
Hình 2.26 Dẫn động phanh thuỷ lực-khí nén bố trí theo kiểu nối tiếp
Hệ thống phanh gồm các thành phần chính là phần cấp khí nén, bình chứa, bàn đạp và van tổng phanh, bầu trợ lực và các xilanh phanh Đặc điểm của hệ thống là sự liên kết giữa dẫn động thuỷ lực và dẫn động khí nén theo nguyên lý chu trình, tức mạch dẫn động thuỷ lực được nối tiếp với nguồn cấp khí nén để tạo lực phanh Khi xảy ra sự cố ở mạch dẫn động thuỷ lực hoặc ở nguồn cung cấp khí nén, toàn bộ hệ thống phanh sẽ mất tác dụng.
Hình 2.27 Dẫn động phanh thuỷ khí kết hợp
1-Máy nén; 2-Bình chứa dầu; 6-Bình chứa khí; 5-Tổng van phanh hai tầng; 3-Air master; 4-Cơ cấu phanh
Việc tách mạch cả phần cung cấp khí nén (Hình 2.25) kết hợp đồng thời van bảo vệ 4 ngã(chi tiết
8) làm tăng thêm độ tin cậy vào sự an toàn trên dẫn động phanh xe tải nặng Hyundai tải trọng 9,5; 11,5,14; tải tự đổ 15 tấn.
Hình 2.28 Dẫn động phanh thuỷ-khí xe Hyundai 9,5 ; 11,5 ;14; tải tự đổ 15 tấn
1-Tổng van phanh; 2-Van điều khiển; 3-Bộ khử ẩm; 4- 5-Bình làm sạch khí;
Trong hệ thống phanh khí nén, 6-Xilanh phanh trước và sau và 7-Xilanh phanh giữa làm việc phối hợp để tạo lực phanh ổn định 8-Van bảo vệ 4 ngã và 9-Van an toàn đóng vai trò kiểm soát luồng khí và bảo vệ hệ thống khỏi quá áp 10-Ap kế giám sát áp suất, hỗ trợ vận hành an toàn và hiệu quả 11-12-Air master là nguồn khí nén chính cung cấp lực phanh cho toàn bộ hệ thống 13-Van điện từ 3 ngã điều khiển tín hiệu và luồng khí điều khiển các chu trình phanh, trong khi 14-Van phanh khí xả cho phép xả áp khi ngừng phanh hoặc thả phanh 15-Bình chứa dầu phanh cung cấp dầu phanh cho các cơ cấu cần dầu phanh, và 16-Van nhả phanh sự cố cho phép thả phanh nhanh trong trường hợp khẩn cấp Tất cả các thành phần này kết hợp với nhau để đảm bảo phanh nhạy bén, an toàn và đáng tin cậy trong vận hành.
Ngoài ra, trên một số xe tải nặng khác còn được trang bị trợ lực thủy lực Dù kết cấu hệ thống này khá phức tạp, việc điều khiển vẫn rất nhẹ nhàng và có khả năng phản ứng rất nhanh, giúp xe tải vận hành linh hoạt và ổn định ngay cả khi tải trọng lớn.
Hình 2.29 Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực thuỷ lực.
Hệ thống phanh gồm các thành phần chủ chốt: van điều chỉnh áp suất để thiết lập áp lực dầu phù hợp, bơm dầu cấp nguồn cho toàn bộ hệ thống, van một chiều ngăn dầu chảy ngược, bình tích năng tích trữ năng lượng áp suất và van an toàn bảo vệ khỏi quá áp Xilanh phanh chính nhận dầu do bàn đạp điều khiển qua hệ thống trợ lực, chuyển đổi lực thành phanh và truyền động tới các xilanh phanh công tác để tác động lên má phanh Bàn đạp là điểm bắt đầu của chu trình phanh, được người lái điều khiển để kích hoạt các xilanh công tác và bộ trợ lực, nhằm mang lại lực phanh an toàn và hiệu quả.
Để tăng độ tin cậy và cải thiện tốc độ phản ứng, xilanh phanh của mỗi cầu xe được thiết kế với bầu trợ lực và bình tích năng riêng biệt Cấu hình này giúp hệ thống phanh hoạt động ổn định hơn, giảm thiểu sự cố và tối ưu hóa lực phanh truyền tới từng cầu xe, từ đó nâng cao an toàn cho người lái và hành khách.
Hình 2.30 Dẫn động phanh thuỷ lực trợ lực thuỷ lực
1, Bàn đạp; 2 Xilanh phanh chính; 3,4 Bầu trợ lực; 5-Van phân phối; 6-Van điều chỉnh áp suất; 7-Bơm dầu; 8-Bình tích năng; 9 Xilanh công tác.
Với xe tải nặng và siêu nặng thì dẫn động phanh kiểu khí nén, thuỷ khí , với nguồn năng lượng bên ngoài