Khi vô lăng bị chịu lực tác động của tài xế, khi đó vô lăng sẽ truyền tới trục lái theo hướng mà tài xế đánh lái và trục lái tác động tới cơ cấu lái, các thanh dẫn động lái di chuyển từ
Trang 1GVHD: ThS VŨ ĐÌNH HUẤN SVTH: HUỲNH TẤN HUY
LÊ VĂN CƯỜNG
S K L 0 0 9 0 9 1
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÁI ĐIỆN CHO Ô TÔ ĐIỆN
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
GVHD: ThS Vũ Đình Huấn SVTH: Huỳnh Tấn Huy MSSV: 18110118
Lê Văn Cường MSSV: 18145093
Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Ô Tô
Tp Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2022
NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN LÁI ĐIỆN CHO Ô TÔ ĐIỆN
Trang 3TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
Trang 4Tp Hồ Chí Minh, ngày…tháng…năm 2022
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Huỳnh Tấn Huy MSSV: 18110118
Lê Văn Cường MSSV: 18145093
Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Lớp: 18145CL1A
Giảng viên hướng dẫn: ThS Vũ Đình Huấn
Ngày nhận đề tài: 10/03/2022 Ngày nộp đề tài: 09/08/2022
1 Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển lái điện cho ô tô điện
2 Các số liệu, tài liệu ban đầu: Tài liệu về cảm biến trên xe
3 Nội dung thực hiện đề tài:
- Tìm hiểu về hệ thống lái trên ô tô
- Tìm hiểu về hệ thống lái trợ lực điện
- Tìm hiểu về các linh kiện điện tử , lập trình arduino
- Thiết kế hệ thống điều khiển công suất suất cho hệ thống lái điện
- Thử nghiệm và kết luận
4 Sản phẩm:
- 1 quyển thuyết minh đề tài
- Mô hình mô phỏng hệ thống lái trợ lực điện
XÁC NHẬN CỦA TRƯỞNG NGÀNH GIẢNGVIÊN HƯỚNG DẪN
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***
Trang 5PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
Họ và tên Sinh viên: Huỳnh Tấn Huy MSSV: 18110118
Lê Văn Cường MSSV: 18145093
Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển lái điện cho ô tô điện Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: ThS Vũ Đình Huấn NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại:
6 Điểm: ……… (Bằng chữ: )
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên)
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***
Trang 6PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên Sinh viên: Huỳnh Tấn Huy MSSV: 18110118
Lê Văn Cường MSSV: 18145093
Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô
Tên đề tài: Nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển lái điện cho ô tô điện
Họ và tên Giáo viên phản biện: ThS Nguyễn Quang Trãi
NHẬN XÉT
1 Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
2 Ưu điểm:
3 Khuyết điểm:
4 Đề nghị cho bảo vệ hay không?
5 Đánh giá loại: …
6 Điểm: ……… (Bằng chữ: … )
……
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc ***
Trang 7LỜI CẢM ƠN
Được sự phân công của Khoa Đào tạo chất lượng cao- Trường Đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật TPHCM, cùng với sự đồng ý của giảng viên hướng dẫn ThS Vũ
Đình Huấn, nhóm chúng em đã thực hiện đề tài “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LÁI ĐIỆN”
Trong khi thực hiện đề tài, nhóm xin cảm ơn thầy Vũ Đình Huấn đã tận tình
hướng dẫn đề tài và giải đáp thắc mắc trong suốt quá trình hoạt động Nhờ quá trình
báo cáo tiến độ liên tục và đặc biệt hơn là sự ân cần quan tâm, giúp cho nhóm chúng
em hoàn thành đề tài đúng tiến độ và đạt được những mục tiêu đã đề ra Ngoài ra
chúng em học những kiến thức mới và cũng ứng dụng vào đề tài Chúng em xin gửi
lời cảm ơn đến nhà trường và các thầy cô trong khoa đã tạo điều kiện cho nhóm thực
hiện
Trong quá trình thực hiện bài báo cáo, nhóm có thể mắc những thiếu sót và
nhiều chỗ còn chưa chính xác, nên nhóm rất mong sẽ nhận được sự đóng góp ý kiến
của quý Thầy Cô và các bạn
Sau cùng, nhóm chúng em xin kính chúc quý Thầy Cô dồi dào sức khoẻ, giữ
vững niềm tin để tiếp tục thực hiện sứ mệnh trồng người và truyền đạt tri thức cho
các thế hệ trẻ mai sau
Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2022
Nhóm sinh viên thực hiện
Huỳnh Tấn Huy_ Lê Văn Cường
Trang 8MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN iv
MỤC LỤC v
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ x
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1
1.1Lí do chọn đề tài 1
1.2 Mục tiêu 1
1.3 Nội dung nghiên cứu 1
1.4 Phương pháp nghiên cứu 2
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI 3
2.1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI 3
2.1.1 Công dụng hệ thống lái 3
2.1.2 Phân loại hệ thống lái 3
2.1.2.1 Theo cách bố trí vô lăng 3
2.1.2.2 Bố trí theo kiểu chuyển hướng: 3
2.1.2.3 Theo kết cấu của cơ cấu lái 3
2.1.2.4 Phân loại kết cấu lái truyền lực 3
2.1.3 Yêu cầu của hệ thống lái 3
2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, CÁC BỘ PHẬN HỆ THỐNG LÁI 4
2.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái 4
2.2.2 Các bộ phận của 1 hệ thống lái 5
2.3 TỶ SỐ TRUYỀN VÀ HIỆU SUẤT CỦA THỐNG LÁI 8
2.3.1 Tỷ số truyền 8
2.3.2 Hiệu suất 9
2.3.2.1 Hiệu suất thuận 9
Trang 92.3.2.2 Hiệu suất nghịch 9
2.4 CÁC LOẠI HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC 10
2.4.1 Hệ thống lái trợ lực thủy lực 10
2.4.2 Hệ thống lái trợ lực thủy lực- điện 11
2.4.3 Hệ thống lái trợ lực điện 11
2.4.4 Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống lái trợ lực thủy lực và hệ thống lái trợ lực điện 12
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 14
3.1 Giới thiệu về hệ thống trợ lực điện 14
3.2 Các bộ phận cơ bản của trợ lực điện 14
3.2.1 Cảm biến momen xoắn 14
3.2.2 Mô tơ trợ lực và cơ cấu giảm tốc 16
3.2.3 Bộ điều khiển ECU 18
3.2.4 Đèn báo EPS 19
3.2.5 Nguyên lý làm việc của hệ thống lái trợ lực điện : 20
3.2.6 Các cảm biến trong hệ thống trợ lực điện 20
3.2.6.1 Cảm biến mô men 20
3.2.6.2 Cảm biến tốc độ xe 21
3.2.6.3 Cảm biến góc lái 28
3.3 Phân loại các hệ thống trợ lực điện EPS 29
3.3.1 Trợ lực cột lái – Column EPS 29
3.3.2 Trợ lực lái thanh răng đơn – Single-Pinion EPS 30
3.3.3 Trợ lực lái thanh răng kép – Dual-Pinion EPS 31
3.3.4 Trợ lực lái điện trục song song – Parallel Axis EPS 32
Chương 4: HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN TRÊN XE TESLA MODEL S 34
4.1 Xe điện Tesla S 34
4.2 Hệ thống lái xe Tesla 34
4.3 Hộp điều khiển trợ lực lái 36
Trang 104.4 Động cơ điều khiển trợ lực lái 38
4.5 Cảm biến mô men 38
CHƯƠNG 5 :THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN 41
5.1 Giới thiệu phần mềm lập trình Arduino 41
5.2 Thiết kế và lập trình cho mô tơ trợ lực lái 49
5.2.1 Yêu cầu của hệ thống 49
5.2.2 Các linh kiện điện tử sử dụng để xây dựng mô hình 49
5.2.3 Drive BTS 7960 43A bộ điều khiển động cơ công suất cao cầu H kép 50
5.2.3 Biến trở Tocos 10K B103 RV24YN20S 52
5.2.4 Encoder 400 xung 2 pha AB 52
5.2.5 Mạch điều khiển tốc độ động cơ giảm tốc 54
5.2.6 Mô tơ giảm tốc 5-9V 54
5.3 Lập trình điều khiển mô tơ trợ lực lái điện 56
5.3.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống trợ lực lái điện 56
5.3.2 Sơ đồ chân của hệ thống trợ lực lái điện: 56
5.3.3 Lưu đồ thuật toán 57
5.3.4 Lập trình điều khiển: 61
5.4 Thiết kế mô hình 70
5.5 Mô hình sau khi hoàn thiện 73
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 79
6.1 Kết Luận 79
6.2 Kiến nghị 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO 80
PHỤ LỤC 81
Trang 11DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
ECU: Engine Control Unit
EPS: Electric power steering
ABS: Anti-lock Brake System
CAN: Controller Area Network
PWM: Pulse-Width Modulation
Trang 12DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng5 1: Thông số kỹ thuật của Arduino Mega 2560 49
Bảng5 2: Thông số kỹ thuật của driver BTS 7960 50
Bảng5 3: Thông số kỹ thuật của biến trở Tocos 10K 52
Bảng5 4: Thông số kỹ thuật của encoder 400 xung 52
Bảng5 5: Thông số kỹ thuật của mạch điều khiển động cơ giảm tốc 54
Bảng5 6: Thông số kỹ thuật của mô tơ giảm tốc 55
Bảng5 7: Giải thích các kí hiệu hiển thị 74
Trang 13DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình ảnh 2 1: Kết cấu của hệ thống lái đơn giản 4
Hình ảnh 2 2: Vô lăng (vành tay lái ) 5
Hình ảnh 2 3: Cấu tạo một trục lái 6
Hình ảnh 2 4: Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng 7
Hình ảnh 2 5: Cơ cấu dẫn động lái trên xe ô tô 7
Hình ảnh 2 6: Các thành phần cơ bản của hệ thống trợ lực lái bằng thủy lực 10
Hình ảnh 2 7: Các bộ phận trên trợ lực lái thủy lực - điện 11
Hình ảnh 2 8: Hệ thống trợ lực lái bằng điện 11
Hình ảnh 3 1: Các bộ phận cần thiết cho hệ thống trợ lực lái điện 14
Hình ảnh 3 2: Cảm biến mô men 15
Hình ảnh 3 3: Cấu tạo của cảm biến monen 15
Hình ảnh 3 4: Tín hiệu của cảm biến mô men 16
Hình ảnh 3 5: Cấu tạo mô tơ 17
Hình ảnh 3 6: ECU trợ lực lái 18
Hình ảnh 3 7: Đèn báo EPS 19
Hình ảnh 3 8: Hình sơ đồ đặc tính các vị trí làm việc của cảm biến mô men lái loại lõi thép trượt 21
Hình ảnh 3 9: Hình cảm biến tốc độ loại công tắc lưỡi gà 22
Hình ảnh 3 10: Cảm biến loại quang điện 22
Hình ảnh 3 11: Sơ đồ mạch điện của cảm biến tốc độ loại quang 23
Hình ảnh 3 12: Loại cảm biến điện từ 24
Hình ảnh 3 13: Sơ đồ mạch điện của cảm biến tốc độ loại điện từ 25
Hình ảnh 3 14: Cảm biến tốc độ loại MRE 26
Hình ảnh 3 15: Tín hiệu cảm biến 27
Hình ảnh 3 16: Hình mạch điện loại 20 cực- điện áp ra 28
Hình ảnh 3 17: Hình mạch điện loại 4 cực-biến trở 28
Hình ảnh 3 18: Cảm biến góc lái loại Hall 29
Hình ảnh 3 19: cảm biến tích hợp mô men với góc lái 29
Hình ảnh 3 20: Trợ lực cột lái –Column EPS 30
Hình ảnh 3 21: Hình Mô tơ lực lái thanh răng đơn 30
Hình ảnh 3 22: Trợ lực lái thanh răng kép – Dual-Pinion EPS 31
Hình ảnh 3 23: Cấu tạo trợ lực lái thanh răng kép 32
Hình ảnh 3 24: Trợ lực lái điện trục song song Parallel Axis EPS 32
Trang 14Hình ảnh 3 25: Cấu tạo trợ lực lái điện trục song song 33
Hình ảnh 4 1: Xe điện Tesla S 34
Hình ảnh 4 2: Vị trí các chi tiết 35
Hình ảnh 4 3: Các bộ phận bố trí trên trục lái 35
Hình ảnh 4 4: Cụm thước lái 36
Hình ảnh 4 5: Hộp điều khiển EPS của xe Tesla S 37
Hình ảnh 4 6: Mạch điện tín hiệu điều khiển trợ lực lái 37
Hình ảnh 4 7: Động cơ trợ lực lái 38
Hình ảnh 4 8: Cảm biến mô men xe Tesla S 39
Hình ảnh 5 1: Phần mềm Arduino 41
Hình ảnh 5 2: Giao diện phần mềm Arduino 42
Hình ảnh 5 3: Giao diện chính của phần mềm Arduino 44
Hình ảnh 5 4 : Các mục chọn trong File 45
Hình ảnh 5 5: Các mục chọn trong Edit 46
Hình ảnh 5 6: Các mục chọn trong Sketch 47
Hình ảnh 5 7: Các mục chọn trong Tools 48
Hình ảnh 5 8: Đầu ra Output 49
Hình ảnh 5 9: Mạch Arduino mega 2560 50
Hình ảnh 5 10: Driver BTS 7960 43A 51
Hình ảnh 5 11: Biến trở Tocos 10K B103 52
Hình ảnh 5 12: Cảm biến Encoder 400 xung 53
Hình ảnh 5 13: Tín hiệu xung đọc từ encoder 400 xung 53
Hình ảnh 5 14: Mạch điều tốc động cơ DC PWM 54
Hình ảnh 5 15: Mô tơ giảm tốc 55
Hình ảnh 5 16: Màn hình LCD 2004 tích hợp sẵn module chuyển đổi I2C 55 Hình ảnh 5 17: Sơ đồ tổng quát hệ thống 56
Hình ảnh 5 18: Sơ đồ mạch điện của hệ thống trợ lực lái điện 57
Hình ảnh 5 19: Lưu đồ thuật toán 59
Hình ảnh 5 20: đồ thị đặc trưng của hệ thống EPS 60
Hình ảnh 5 21: Đồ thị biểu diễn công suất cấp cho moto theo momen và tốc độ 61
Hình ảnh 5 22: Khai báo thư viện và define các chân 62
Hình ảnh 5 23: Khai báo các biến và thư viện LCD 62
Hình ảnh 5 24 Hàm đếm xung tốc độ 62
Trang 15Hình ảnh 5 25: Hàm Setup 63
Hình ảnh 5 26: Các hàn LCD khai báo các ký tự 63
Hình ảnh 5 27: Dùng Eeprom lưu giá trị và đọc tín hiệu điện trở 64
Hình ảnh 5 28: Dùng các hàm LCD đọc các thông số cần thiết hiện thị 64
Hình ảnh 5 29 : Dùng các hàn LCD đọc giá trị goc và đọc xung 65
Hình ảnh 5 30: Hiển thị xung từ -3200 đến 3200 65
Hình ảnh 5 31: Ứng với các giá trị momen và tốc độ sẽ cho ra công suất khác nhau 66
Hình ảnh 5 32: Hàm pwmOut 67
Hình ảnh 5 33:Nếu tốc độ lớn quá nên cho motor dùng hoặc hãm lại 68
Hình ảnh 5 34:Nếu vô lăng quay hơn 4 vòng phải cho chặn lại 68
Hình ảnh 5 35: Hàm ngắt cho Encoder 69
Hình ảnh 5 36: Hàm cho vô lăng quay sang phải, trái và dừng 69
Hình ảnh 5 37 : Hình chiếu đứng của mô hình 70
Hình ảnh 5 38: Hình chiếu bằng của mô hình 71
Hình ảnh 5 39: Hình chiếu cạnh của mô hình 72
Hình ảnh 5 40: Mô hình 3D 72
Hình ảnh 5 41: Mô hình sau khi hoàn thiện 73
Hình ảnh 5 42: Màn hình hiển thị các thông số và các nút điều chỉnh 74
Hình ảnh 5 43: Trạng thái xe đi thẳng 75
Hình ảnh 5 44: Trạng thái xe đứng yên, quay sang phải, momen cản nhỏ 75
Hình ảnh 5 45: Trạng thái xe đứng yên, quay sang phải, momen cản lớn 75
Hình ảnh 5 46: Trạng thái xe ở tốc độ trung bình, quay sang phải,momen nhỏ 76
Hình ảnh 5 47: Trạng thái xe ở tốc độ trung bình, quay sang phải, momen cản lớn 76
Hình ảnh 5 48: Trạng thái xe ở tốc độ cao 77
Hình ảnh 5 49: Trạng thái xe ở tốc độ (75km/h→ 100km/h) 77
Hình ảnh 5 50: Trạng thái xe ở tốc độ trên 100km/h 77
Hình ảnh 5 51: Vô lăng quay hết hành trình bên trái 78
Hình ảnh 5 52: Vô lăng quay hết hành trình bên phải 78
Trang 16CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1 Lí do chọn đề tài
Trong quá trình học tập, nhóm đã nắm được những kiến thức cơ bản về kỹ thuật cũng như những công nghệ hiện đại ngày nay áp dụng trên động cơ đốt trong Bên cạnh đó, nhóm nghiên cứu cũng đã từng bước tìm hiểu thêm về xu thế phát triển của ngành công nghiệp ô tô hiện nay và nhận ra ô tô điện là một xu hướng phát triển đầy tiềm năng trong tương lai Để có thể nghiên cứu ô tô, nhóm nghiên cứu bước đầu tập trung nghiên cứu các hệ thống lái trên ô tô
Hệ thống lái bao gồm dẫn động lái, cơ cấu lái và trợ lực lái Nhóm chọn phương pháp điều khiển trợ lực lái điện để xe có thể hoạt động tốt dưới những điều kiện làm việc khác nhau là một trong những vấn đề quan trọng nhất trên xe ô tô mà nhóm muốn thực hiện nghiên cứu Do đó, nhóm quyết định chọn đề tài “Thiết kế hệ thống điều khiển công suất cho hệ thống lái điện ”
Nhóm nghiên cứu tập trung nghiên cứu việc nhận các tín hiệu đầu vào để điều khiển tín hiệu đầu ra cho mô tơ trợ lực lái điện Đề tài nghiên cứu tập trung vào việc kiểm tra các thông số cơ bản của động cơ: cảm biến tốc độ, góc đánh lái và momen đánh lái Từ đó, hệ thống giúp xe có thể chạy được trơn tru trên đường Đây cũng là mục đích chính của đề tài mà chúng em hướng đến
Cùng với đó, chúng em cũng mong muốn đề tài có thể được tiếp tục nghiên cứu và cho ra đời thành công hệ thống điều khiển trợ lực lái điện thích hợp một số sản phẩm xe ô tô hiện nay, vừa giúp cải thiện tình trạng an toàn giao thông, vừa phục
vụ nhu cầu đi lại của người dân
1.2 Mục tiêu
Nghiên cứu và thiết kế về hệ thống điều khiển công suất cho hệ thống lái điện nhằm hiểu rõ hơn về hệ thống lái trên xe, trang bị thêm kiến thức phục vụ cho công việc sau này, tạo thêm tài liệu tham khảo cho sinh viên nghiên cứu và học tập
1.3 Nội dung nghiên cứu
• Nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống lái
• Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện, cảm biến, hộp điều khiển
• Nghiên cứu thông số , cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện
tử
• Thiết kế mô hình
• Giả lập tín hiệu để lập trình điều khiển mô tơ trợ lực lái điện trên phần mềm arduino
Trang 17• Thực nghiệm và điều chỉnh mô hình
1.4 Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp sau được sử dụng để thực hiện đề tài:
Phương pháp tham khảo tài liệu: Tham khảo ý tưởng thiết kế trên internet
Phương pháp tính toán: Tính toán các kích thước cần thiết, giá trị giới hạn
Phương pháp lập trình vi điều khiển: Viết lập trình điều khiển trên phần mềm arduino
Phương pháp thực nghiệm: Thực nghiệm, điều chỉnh trên mô hình thực tế
Trang 18CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG LÁI
2.1 CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI, YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÁI
2.1.1 Công dụng hệ thống lái
Hệ thống lái trên xe đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển quỹ đạo
của xe Việc thay đổi quỹ đạo của xe có nhiệm vụ duy trì chuyển động thẳng hoặc thay đổi hướng di chuyển của xe Vì thế, hai vấn đề này chính là vòng quay của xe
Có ba chế độ quay cơ bản: quay vòng thiếu, quay vòng thừa và , quay vòng đủ
2.1.2 Phân loại hệ thống lái
2.1.2.1 Theo cách bố trí vô lăng.
- Vô lăng sẽ được phân bố bên trái và được dùng trên ôtô của quốc gia có luật
đi đường bên phải như ở Việt nam và một số các nước khác
- Vô lăng sẽ được phân bố bên phải và được dùng trên ôtô của quốc gia có luật
đi đường bên trái như ở Anh, Nhật, Thuỵ Điển
2.1.2.2 Bố trí theo kiểu chuyển hướng:
• Chuyển hướng theo kiểu cả hai cầu
• Chuyển hướng theo kiểu bánh dẫn hướng cầu sau
• Chuyển hướng theo kiểu bánh dẫn hướng cầu trước
2.1.2.3 Theo kết cấu của cơ cấu lái
• Cơ cấu lái loại bánh răng và thanh răng
• Cơ cấu lái trục vít và con lăn
• Cơ cấu lái trục vít và ecu bi
• Cơ cấu lái trục vít và răng hình quạt
• Cơ cấu lái loại trục vít- bánh vít
2.1.2.4 Phân loại kết cấu lái truyền lực
• Hệ thống lái trợ lực điện
• Hệ thống lái trợ lực thủy lực điện
• Hệ thống lái cơ khí
• Hệ thống lái trợ lực thủy lực
2.1.3 Yêu cầu của hệ thống lái
• Hệ thống lái có nhiệm vụ điều khiển một cách linh hoạt, nhanh chóng,
an toàn
• Tay lái êm và dễ đánh lái, tức lực tác động để quay vô lăng phải nhỏ
• Quay vòng ô tô thật ngoặt trong thời gian ngắn và trên diện tích bé
• Xe đi thẳng thì phải ổn định
Trang 19• Người lái không cần tốn nhiều sức nhưng phải có cảm nhận quay vòng trên vô lăng và hệ thống lái có khả năng tránh sự va đập của lực bánh xe dẫn hướng lên vô lăng
• Ngoài ra, các bánh xe của cầu trước và sau phải đáp ứng yêu cầu lăn theo đường tròn đồng tâm
• Hệ thống lái phải được thiết kế ở vị ví thuận tiện, phải linh hoạt và dễ sửa chữa mỗi khi các kĩ thuật viên cần sửa chữa và bảo dưỡng định kỳ
2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG, CÁC BỘ PHẬN HỆ THỐNG LÁI
2.2.1 Nguyên lý hoạt động của hệ thống lái
Khi vô lăng bị chịu lực tác động của tài xế, khi đó vô lăng sẽ truyền tới trục lái theo hướng mà tài xế đánh lái và trục lái tác động tới cơ cấu lái, các thanh dẫn động lái di chuyển từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng kết quả là chuyển hướng chuyển động mà tài xế điều khiển
Để quay vòng sang trái hoặc sang phải thì vô lăng cần được tác động một lực
từ người điều khiển Đồng thời trong quá trình di chuyển, sẽ có một phản lực sinh ra
từ mặt đường tác động lên bánh xe Để quay vòng chính xác thì các bánh xe dẫn hướng phải quay quanh một tâm quay khi quay vòng
Hình ảnh 2 1: Kết cấu của hệ thống lái đơn giản
1 -Vô lăng (vành tay lái) 4 - Khung xe
2 - Trục lái 5 - Các cơ cấu dẫn động lái
3 - Hộp số lái
Trang 202.2.2 Các bộ phận của 1 hệ thống lái
Hệ thống lái hiện nay có nhiều tính năng và ổn định về chế độ hoạt động cũng như liên kết nhưng về cơ bản chúng đều có 4 bộ phận sau :
• Vô lăng ( vành tay lái )
Hình ảnh 2 2: Vô lăng (vành tay lái )
Vô lăng là bộ phận đặt trên buồng lái có nhiệm vụ nhận lực tác động và tiếp nhận mô men quay của tài xế, sau đó truyền đến cho trục lái Ngoài ra vô lăng còn là nơi lắp đặt các bộ phận quan trọng như: cần gạt mưa rửa kính, cần gạt đèn và túi khí
để bảo vệ tài xế mỗi khi xe xảy ra sự cố Các hệ thống lái hiện nay được sử dụng bộ trợ lực lái nhưng vô lăng cũng cần phải đủ vững chắc để có thể truyền được mô men yêu cầu lớn nhất kể cả khi bộ trợ lực bị hư hỏng
• Trục lái
Chức năng: Trục lái là nhân tố cấu thành hệ thống lái có chức năng chính là truyền momen lái từ vô lăng đến cơ cấu lái Một trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục lái và các bộ phận bao che trục lái Ngày nay trên những ô tô hiện đại có kết cấu phức tạp nó cho phép thay đổi độ nghiêng của vô lăng hoặc cho phép trục lái co ngắn lại khi người lái va đập trong lúc xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với tài xế
Trang 21
Hình ảnh 2 3: Cấu tạo một trục lái
1.Tay điều khiển độ cao vô lăng 2.Cơ cấu co lại
Cơ cấu lái (hộp số lái )
Cơ cấu lái là bộ phận chuyển đổi momen nhằm giảm tốc để đảm bảo tăng mô men giữa tài xế đánh lái vô lăng đến các bánh xe dẫn hướng
Cơ cấu lái cần phải chấp hành các yêu cầu sau :
- Có thể quay được sang bên trái hoặc phải
- Có tính hiệu quả để lái nhẹ, trong đó cần có công suất thuận phải lớn hơn công suất nghịch để giữ lại phần lớn ở cơ cấu lái do lực tác động từ mặt đường
- Điều quan trọng là có khả năng thay đổi tỷ số truyền
- Có khả năng canh chỉnh độ rơ ăn khớp của cơ cấu lái
- Khoảng hở của cấu lái là nhỏ nhất
- Các bộ phận cơ cấu lái đơn giản để dễ sửa chữa
- Dễ dàng tháo lắp và không gian lắp ráp ít
- Chức năng:
Đóng vai trò cần thiết trong việc biến sự di chuyển quay của trục lái thành chuyển động theo phương ngang của thước lái Ngoài ra, trợ lực tác động của tài xế đánh lái tác động vào vô lăng để thực hiện chuyển hướng xe dễ nhàng hơn Cơ cấu lái có nguyên lý giống như một hộp số với hai bộ phận cơ bản được gọi quy ước là trục quay và trục lắc Trục đầu vào là trục quay của hệ thống lái, nó sẽ kết nối với trục đầu dưới của trục lái và thực hiện di chuyển quay theo chuyển động của trục lái
Trang 22Trục đầu ra là trục lắc của hệ thống lái và trục này sẽ liên kết với đòn lắc thay đổi hướng của bộ phận dẫn động lái
Hình ảnh 2 4: Cơ cấu lái kiểu bánh răng- thanh răng
• Dẫn động lái
Dẫn động lái có thực hiện việc truyền chuyển động điều khiển từ hộp số lái đến cơ cấu của hai bánh xe Đảm bảo tính linh hoạt về góc quay của các bánh xe dẫn hướng có động học đúng khi thực hiện xe di chuyển sang phải hoặc sang trái Mối quan hệ cần thiết về góc quay của các bánh xe dẫn hướng được đảm bảo bằng kết cấu của hình thang lái Cơ cấu dẫn động lái hiện nay cơ bản gồm các thanh dẫn động và các khớp liên kết Các nhà khoa học thiết kế dẫn động lái phụ thuộc vào các dòng xe khác nhau
Hình ảnh 2 5: Cơ cấu dẫn động lái trên xe ô tô
Trang 232.3 TỶ SỐ TRUYỀN VÀ HIỆU SUẤT CỦA THỐNG LÁI
2.3.1 Tỷ số truyền
Tỷ số truyền của cơ cấu lái
Tỷ số truyền của cơ cấu lái ic là tỷ số truyền giữa góc quay của bánh lái và góc quay của đòn quay đứng.Tùy theo cơ cấu lái có 𝑖𝑐 có thể không đổi hoặc thay đổi Ở loại có tỷ số truyền thay đổi , tỷ số truyền có thể tăng hoặc giảm khi quay vành tay lái ra khỏi vị trí trung gian
Ở xe ô tô du lịch cần ứng dụng loại cơ cấu có tỷ số truyền thay đổi Tỷ số truyền này có giá trị cực đại khi vành tay lái ở vị trí trung gian Như vậy đảm bảo được ô tô di chuyển ở vận tốc cao an toàn hơn, vì khi vành tay lái quay đi một góc bé
sẽ làm cho bánh dẫn hướng quay ít
Tỷ số truyền theo góc của hệ thống lái 𝒊𝒈
𝒊𝒈 là tỷ số góc quay vành tay lái lên góc quay của bánh dẫn hướng Tỷ số
truyền này bằng tích tỷ số truyền của cơ cấu lái 𝑖𝑐 với tỷ số truyền dẫn động lái
𝑖𝑔= 𝑖𝑐 𝑖𝑑
Tỷ số truyền lực của hệ thống lái i l
Là tỷ số giữa tổng lực cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng và lực đặt lên vành lái cần thiết để khắc phục lực cản quay vòng
Trang 24𝑀𝑐 : Mô men cản quay vòng của bánh xe
C : Cánh tay đòn quay vòng , tức là từ tâm mặt tựa của lốp đến đường trục đứng kéo dài
𝑀𝐿: Mô men lái đặt trên vành tay lái
2.3.2.1 Hiệu suất thuận
Hiệu suất thuận là hiệu suất có sự truyền lực từ vô lăng xuống trục lái, hiệu suất thuận càng cao thì lực đánh lái càng dễ dàng Các nhà khoa học chế tạo hệ thống lái đảm bảo tính hiệu suất thuận lớn và có chức năng chuyển đổi phù hợp với các chế
độ hoạt động
2.3.2.2 Hiệu suất nghịch
Hiệu suất nghịch là hiệu suất tính theo lực tác động truyền từ đòn quay đứng tới trục lái Ngoài ra, có hai vấn đề cần giải quyết là đảm bảo khả năng tự trả lái về vị trí ban đầu và phải giảm thiểu lực va đập từ mặt đường tác dụng lên các bánh xe tới các bộ phận trong hệ thống lái thì cơ cấu lái được thiết kế với một hiệu suất nghịch
ổn định
Nếu hiệu suất nghịch càng ít thì các lực va đập tác dụng lên hệ thống lái của ô
tô sẽ không truyền tới bánh xe dẫn hướng được vì lực đó bị mất chính bởi sự ma sát trong cơ cấu lái Hiệu suất nghịch không thể xuống thấp quá vì khi đó chức năng trả lái cho các bánh xe dẫn hướng sẽ không thể tự trả về được về vị trí ban đầu
Trang 252.4 CÁC LOẠI HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC
2.4.1 Hệ thống lái trợ lực thủy lực
Hình ảnh 2 6: Các thành phần cơ bản của hệ thống trợ lực lái bằng thủy lực
- Các thành phần chính của hệ thống lái trợ lực thủy lực :
Bình chứa : Bình chứa cung cấp dầu trợ lực lái Nó được lắp trực tiếp vào thân bơm hoặc lắp tách biệt Nếu không lắp với thân bơm thì sẽ được nối với bơm bằng hai ống mềm
Thông thường, nắp bình chứa có một thước đo mức đề kiểm tra mức dầu Nếu mức dầu trong bình chứa giảm dưới mức chuẩn thì bơm sẽ hút không khi vào gây ra lỗi trong vận hành
Bơm trợ lực lái : Bơm được dẫn động bằng sức kéo động cơ và dây đai dẫn động, và đưa dầu bị nén vào hộp cơ cấu lái Lưu lượng của bơm tỷ lệ với tốc độ của động cơ nhưng lưu lượng dầu đưa vào hộp cơ cấu lái được điều tiết nhờ một van điều khiển lưu lượng và lượng dầu thừa được đưa trở lại đầu hút của bơm
Van điều khiển : Van điều khiển chuyển hướng dầu hồi về bình chứa hoặc đi tới xilanh
Hộp cơ cấu lái : Piston trong xi lanh trợ lực được đặt trên thanh răng, và thanh răng dịch chuyển do áp suất dầu tạo ra từ bơm trợ lực lái tác động lên pít tông theo
cả hai hướng Một phớt dầu trên Piston ngăn dầu rò rỉ ra ngoài
Trục van điều khiển được nối với vô lăng Khi vô lăng quay theo hướng nào
đó thì van điều khiển thay đổi đường truyền do vậy dầu chảy vào một trong các buồng Dầu trong buồng đối diện bị đẩy ra ngoài và chảy về bình chứa theo van điều khiển
Trang 262.4.2 Hệ thống lái trợ lực thủy lực- điện
Hình ảnh 2 7: Các bộ phận trên trợ lực lái thủy lực - điện
Hệ thống lái trợ lực thủy lực- điện là hệ thống trợ lực thủy lực nhưng được điều khiển bởi bộ điều khiển trợ lực riêng giúp kiểm soát được các giá trị trợ lực ứng với điều kiện tải và tốc độ của ô tô
2.4.3 Hệ thống lái trợ lực điện
Hình ảnh 2 8: Hệ thống trợ lực lái bằng điện
Trang 272.4.4 Phân tích ưu nhược điểm của hệ thống lái trợ lực thủy lực và hệ thống lái trợ lực điện
Hệ thống lái trợ lực thủy lực
Ưu điểm :
Ưu điểm được nhắc đến đầu tiên đó là chi phí sản xuất thấp, phí bảo dưỡng rẻ
Do đã xuất hiện và được kiểm chứng từ rất lâu trên mọi thị trường về các kết cấu có
cơ khí có độ tin cậy cao, tuổi thọ cao và rất ít khi bị hư hỏng Bên cạnh đó, còn đơn giản trong kết cấu
Tính ổn định: Trợ lực lái thủy lực có tốc độ trả lái vô lăng về trung tâm nhanh, vậy nên việc giữ xe đi trên một đường thẳng sẽ trở nên dễ dàng hơn
Cảm giác lái chân thực: hệ thống này có kết cấu hoàn toàn bằng cơ khí nên phản ứng với mặt đường vô cùng chân thực Tài xế có thể cảm nhận được lực dội ngược lên vô-lăng Chính bởi vì điều này nên những ai đam mê Off-road vô cùng thích hệ thống lái thủy lực
Nhược điểm :
Hệ thống lái thủy lực khiến bạn có cảm giác nặng tay lái ở dải tốc độ thấp và nhẹ khi di chuyển ở tốc độ cao Do phụ thuộc vào vòng tua máy động cơ để bơm có thể tạo ra áp suất dầu, ở dải tốc độ thấp thì áp suất sẽ thấp, đồng nghĩa với việc trợ lực yếu và ngược lại
Phải kiểm tra dầu trợ lực lái: Đối với xe sử dụng hệ thống trợ lực thủy lực, chủ
xe cần phải quan tâm tới điều này nhiều hơn
Độ chính xác chưa cao: Hiện nay, mọi thứ đều đi theo hướng điện tử hóa để
Trang 28Tính công nghệ hiện đại: Với việc tích hợp điện tử, thì hệ thống lái hoàn toàn được kết nối với hệ thống phanh, treo bằng mạng giao tiếp giữa các ECU Từ đó chiếc
xe sẽ phục vụ bạn một cách tốt nhất và an toàn nhất
Nhược điểm :
Có cấu tạo phức tạp: Hệ thống trợ lực điện được cấu tạo nhiều chi tiết hơn trợ lực lái thủy lực
Độ tin cậy không cao: Vì nó liên quan tới cảm biến, motor, tất cả đều là thiết
bị điện nên bị đánh giá độ tin tưởng không cao
Mất cảm giác lái: Khi xe di chuyển chậm thì cảm giác đánh lái là rất nhẹ Điều này khó khắc phục được hoàn toàn do giới hạn tối thiểu công suất của motor Nếu khi
di chuyển vào những đoạn được xấu thì sẽ khiến người lái không thể cảm nhận được
bề mặt đường để điều khiển
Chi phí sản xuất và bảo dưỡng cao hơn: Hệ thống trợ lực điện ít khi phải kiểm tra Tuy nhiên, nếu hư hỏng phần cứng thì đa số đều phải thay mới toàn bộ nên chi phí cho mỗi lần sửa chữa sẽ cao hơn
Trang 29CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ HỆ THỐNG LÁI
TRỢ LỰC ĐIỆN
3.1 Giới thiệu về hệ thống trợ lực điện
- Hệ thống EPS sử dụng động cơ điện một chiều và cơ chế giảm tốc lắp ghép với hệ thống lái tạo ra mô men xoắn hỗ trợ lực lái xe Lực hỗ trợ được tính
toán bởi ECU hệ thống lái
- Hệ thống cung cấp các đặc tính tiết kiệm nhiên liệu bởi vì mô tơ trợ lực lái được lắp trên cột lái và chỉ tiêu thụ năng lượng khi nhận được tín hiệu điện
- Không giống như các hệ thống lái thủy lực điện thông thường, hệ thống này vượt trội trong việc bảo trì vì nó không có các đường ống, bơm, puly và dầu
thủy lực
3.2 Các bộ phận cơ bản của trợ lực điện
Hình ảnh 3 1: Các bộ phận cần thiết cho hệ thống trợ lực lái điện
1 ECU EPS; 2 Mô tơ trợ lực; 3 Cảm biến mô men
3.2.1 Cảm biến momen xoắn
Cảm biến mô men xoắn được gắn vào cột lái gần thanh xoắn Chúng đảm nhận nhiệm vụ chuyển đổi mô men xoắn thành tín hiệu điện đưa tới EPS ECU EPS ECU
sẽ tiếp nhận tín hiệu này và tính toán mức trợ lực mà động cơ cần
Trang 30Hình ảnh 3 2: Cảm biến mô men
Cấu tạo của mô men lái gồm : thanh xoắn, trục sơ cấp, cuộn phát hiện, cuộn hiệu chỉnh, rô to phát số 1, rô to phát số 2, rô to phát số 3 và trục thứ cấp
Hình ảnh 3 3: Cấu tạo của cảm biến monen
• Chức năng của từng bộ phận
- Chức năng của rô to phát là tạo từ trường ( phần cảm )
- Chức năng của cuộn phát hiện là thu nhận từ trường từ các rô to phát (phần ứng) gởi tín hiệu về ECU trục lái Tín hiệu này là điện áp, dựa vào tính hiệu này ECU sẽ kích hoạt mô tơ trợ lực
Trang 31- Rô to phát thứ nhất kết hợp với cuộn hiệu chỉnh sẽ làm nhiệm vụ xác định vị trí trung gian (khi thanh xoắn tự do)
- Rô to phát thứ hai và ba kết hợp với cuộn phát hiện, sẽ gởi tín hiệu VT1 và VT2 (tín hiệu điện áp), sở dĩ có 2 VT là mục đích tăng độ tin cậy
- Hoạt động (đầu ra) của cảm biến mô men: Khi vô lăng được đánh lái sang bên trái hoặc bên phải, phản lực của mặt đường sẽ vặn thanh xoắn và tạo nên sự thay đổi vị trí tương quan giữa rô to phát số 2 và rô ro phát số 3 VT1 và VT2 có đặc tính giống nhau Khi cảm biến mô men có sự cố thì giá trị VT1 sẽ khác VT2
Hình ảnh 3 4: Tín hiệu của cảm biến mô men
Khi không đánh lái: điện thế tín hiệu của cảm biến mô-men tạo ra (2.5v)
Khi đánh lái, tín hiệu của cảm biến mô-men tạo ra:
Lớn hơn 2.5v báo hiệu xe quay phải
Nhỏ hơn 2.5v báo hiệu xe quay trái
3.2.2 Mô tơ trợ lực và cơ cấu giảm tốc
* Công dụng
Trang 32Mô mơ trợ lực lái có công dụng tạo moment trợ lực lái dưới sự điều khiển của ECU
* Cấu tạo
Mô tơ trợ lực lái bao gồm rotor, stator, và trục mô tơ Mô men xoắn được tạo
ra bởi mô tơ được truyền qua mối nối đến trục vít Mô men xoắn được truyền qua bánh vít ( cơ cấu giảm tốc) đến trục thứ cấp
Hình ảnh 3 5: Cấu tạo mô tơ
* Yêu cầu
- Mô tơ phải đưa ra được mô men xoắn mà không làm quay vô lăng
- Mô tơ phải có cơ cấu đảo chiều quay khi có sự cố xảy ra
- Những dao động của mô tơ và mô men xoắn, lực xoắn phải trực tiếp chuyển đổi thông qua vành lái tới tay người lái phải được cân nhắc
Cơ cấu giảm tốc :
Có chức năng giảm vận tốc truyền của động cơ điện D/C truyền chuyển động tới trục thứ cấp
Trang 333.2.3 Bộ điều khiển ECU
Hình ảnh 3 6: ECU trợ lực lái
Hộp EPS ECU (bên trong gồm các mạch điều khiển mô tơ mà hoạt động theo chương trình nạp sẵn) lắp trên hộp cơ cấu lái Hộp sẽ nhận tín hiệu điện từ các cảm biến khác nhau, đánh giá điều kiện xe hiện tại của xe từ đó đưa ra tín hiệu điều khiển cho động cơ điện phù hợp với điều kiện hiện tại
Trong trường hợp hệ thống gặp vấn đề, chức năng bảo vệ an toàn cho dừng hệ thống và trở về trạng thái điều khiển hệ thống lái bằng tay Vào lúc này đèn báo P/S sáng lên để cảnh báo sự cố cho người lái xe biết
ECU hệ thống lái điện có chức năng:
* Điều khiển chính
• Từ giá trị mô men xoắn của thanh lái và vận tốc xe, định mức dòng điện cung cấp cho mô tơ trợ lực lái
* Điều khiển bù quán tính
• Đảm sự bắt đầu hoạt động của động cơ điện khi lái xe bắt đầu khởi hành và xoay tay lái
* Điều khiển trả lái
• Điều khiển trợ lực hồi về của các bánh xe sau khi người lái đánh hết vô lăng sang một bên
* Điều khiển giảm rung
Trang 34• Điều chỉnh lượng trợ lực lái khi lái xe xoay vô lăng ở tốc độ cao, do vậy sẽ giảm rung động các thay đổi trong độ lệch của thân xe
* Điều khiển bảo vệ quá nhiệt
• Dự tính nhiệt độ của mô tơ dựa trên cường độ dòng điện và điện áp vào Nếu nhiệt độ của mô tơ hay ECU trợ lực lái tăng quá giá trị cho phép, nó sẽ giảm cường độ dòng điện vào để tránh mô tơ bị quá nhiệt
* Dự phòng để đảm bảo an toàn
• Nếu ECU hệ thống lái điện phát hiện một sự cố trong hệ thống EPS, nó mở đèn cảnh báo trên đồng hồ để thông báo cho lái xe và dừng hổ trợ điều khiển lúc này EPS hoạt động như hệ thống lái thường
• Trong trường hợp sự cố xảy ra, chức năng dự phòng hoạt động và ECU điều khiển hoạt động khác nhau
Trang 35Nếu không có hư hỏng sau khi động cơ hoạt động vài giây (khi xe đã chạy ) thì đèn báo EPS tắt
Khi ECU EPS xác định được trong hệ thống EPS có hư hỏng, thì đèn EPS sẽ chớp để báo cho người lái biết có hiện tượng bất thường trong hệ thống Đồng thời đèn báo EPS còn có chức năng xuất mã lỗi khi chuẩn bằng tay thông qua việc chớp đèn
3.2.5 Nguyên lý làm việc của hệ thống lái trợ lực điện :
Đầu tiên : Trợ lực lái sẽ bắt đầu làm việc khi người lái tác dụng lực để quay
vô lăng Lực tác dụng lên vành lái sẽ làm cho thanh xoắn trong cơ cấu lái xoay Cảm biến mô men lái sẽ xác định góc quay của thanh xoắn và gửi các lực lái đã được tính toán đến ECU Cảm biến góc quay của vô lăng sẽ thông báo góc quay vành lái và tốc
độ đánh tay lái hiện thời Phụ thuộc vào lực lái, tốc độ chuyển động, tốc độ động cơ, góc quay vô lăng, tốc độ đánh tay lái và bản đồ được lưu giữ trong ECU, EPS ECU
sẽ tính toán lực trợ lực cần thiết và gửi đến động cơ điện Trợ lực lái sẽ tác động lên
cơ cấu lái một lực trợ lực song song với lực đặt lên vành lái Tổng của lực đặt lên vành lái và lực trợ lực sẽ tác động lên cơ cấu lái để quay vòng xe
3.2.6 Các cảm biến trong hệ thống trợ lực điện
- Các cảm biến có nhiệm vụ truyền thông tin đến ECU từ đó ECU sẽ xử lí thông tin và đưa ra những tín hiệu để điều khiển số vòng quay của mô tơ trợ lực điện
- Các cảm biến trong hệ thống trợ lực lái gồm có: cảm biến mô men, cảm biến tốc độ đánh lái (tốc độ quay của vành lái), Cảm biến tốc độ ô tô…
3.2.6.1 Cảm biến mô men
Ngoài cảm biến mô men dạng thanh xoắn loại lõi thép xoay như (hình 3.2) còn
có loại lõi thép trượt
• Cảm biến mô men loại lõi thép trượt
Một lõi thép được lắp lỏng trên trục lái, trên đó có 1 rảnh chéo, rãnh này sẽ được lắp với một chốt trên trục lái, phía ngoài lõi thép có 3 cuộn dây quấn: 1 cuộn sơ cấp và 2 cuộn thứ cấp Cuộn sơ cấp được cấp một nguồn điện xoay chiều tần số cao Tùy vị trí của lõi thép mà suất điện động cảm ứng ra trong hai cuộn thứ cấp sẽ khác nhau Lúc này, tín hiệu của 2 cuộn thứ cấp được chỉnh lưu và đưa về mạch so sánh
Trang 36để biến đổi thành điện áp tuyến tính tỉ lệ với góc xoắn của 1 thanh xoắn đặt giữa trục lái và cơ cấu lái
Ba trạng thái của rảnh chéo và chốt và lõi thép tương ứng với các trường hợp quay vòng sang phải, vị trí trung gian và quay quanh vòng sang trái
Hình ảnh 3 8: Hình sơ đồ đặc tính các vị trí làm việc của cảm biến mô men
lái loại lõi thép trượt
1: Lái phải; 2: Lái trung gian; 3: Lái trái; 4: Cuộn sơ cấp; 5: Cuộn thứ cấp trên; 6: Lõi thép trượt; 7: Cuộn thứ cấp dưới;
3.2.6.2 Cảm biến tốc độ xe
• Cảm biến tốc độc ô tô loại công tắc lưỡi gà
Cảm biến này là loại cũ vẫn sử dụng dây cáp truyền động từ hộp số lên đồng
hồ taplo, cảm biến được lắp trong bảng đồng hồ loại kim Nó bao gồm một nam châm quay bằng cáp đồng hồ tốc độ, chuyển động quay làm cho công tắc đóng và mở Công tắc lưỡi gà đóng 4 lần khi cáp quay một vòng
Khi ô tô chuyển động, thông qua bánh vít- trục vít ở trục thứ cấp hộp số làm cho dây công tơ mét quay và làm quay nam châm Từ trường của nam châm làm cho công tắc lưỡi gà đóng, mở theo nhịp quay của mâm nam châm và tạo ra chuỗi xung
Trang 37vuông Cảm biến này thường được lắp ngay sau công tơ mét (đồng hồ tốc độ của ô tô) ở bảng táp lô
Hình ảnh 3 9: Hình cảm biến tốc độ loại công tắc lưỡi gà
Nam châm được phân cực như hình vẽ, lực từ trường tại 4 vùng chuyển tiếp cực N và S của nam châm sẽ đóng và mở tiếp điểm của công tắc lưỡi gà khi nam châm quay
Cảm biến tốc độ xe loại cảm biến quang học
Cảm biến này được lắp trong bảng đồng hồ Nó bao gồm một cảm biến quang học
làm từ một đèn LED, chiếu vào một transistor quang học Một bánh xe có xẻ rãnh đặt
giữa đèn LED và transitor quang học được dẫn động bằng cáp đồng hồ tốc độ
Hình ảnh 3 10: Cảm biến loại quang điện
Trang 38Các rãnh trên bánh xe sẽ tạo ra xung ánh sáng khi bánh xe quay, ánh sáng do đèn LED chiếu ra được chia thành 20 xung trong mỗi vòng quay của cáp 20 xung này chuyển thành 4 xung nhờ bộ đếm số, sau đó gửi đến ECU
Hình ảnh 3 11: Sơ đồ mạch điện của cảm biến tốc độ loại quang
Cảm biến tốc độ xe loại điện từ
Cảm biến này được lắp trong hộp số và nhận biết tốc độ quay của hộp trục thứ cấp hộp số Nó bao gồm một nam châm vĩnh cửu, một cuộn dây và một lõi Một roto có
4 răng được lắp trên trục thứ cấp của hộp số
Trang 39Hình ảnh 3 12: Loại cảm biến điện từ
Hoạt động của cảm biến tốc độ xe loại điện từ:
Trang 40Khi trục thứ cấp của hộp số quay, khoảng cách giữa lõi của cuộn dây và roto tăng hay giảm bởi các răng Số lượng đường sức từ đi qua lõi tăng hay giảm tương ứng, tạo ra một điện áp xoay chiều AC trong cuộn dây
Do tần số của điện áp xoay chiều này tỷ lệ với tốc độ quay của roto, nó có thể được dùng để nhận biết tốc độ xe
Hình ảnh 3 13: Sơ đồ mạch điện của cảm biến tốc độ loại điện từ
