Nghiên cứu hệ thống lái trên xe ô tô outlander 2021 thiết kế chế tạo mô hình hệ thống trợ lực lái điện trên xe ô tô

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, sự phát triển không ngừng của khoa học và công nghệ đã nâng cao đời sống vật chất và tinh thần của con người Phương tiện di chuyển cũng đang được cải tiến nhờ vào những nghiên cứu tiên tiến, đặc biệt là hệ thống lái, trong đó có hệ thống lái trợ lực điện Để đảm bảo người điều khiển phương tiện giao thông di chuyển một cách chính xác và dễ dàng, yêu cầu đối với các hệ thống này là rất cao Nhóm thực hiện đề tài xin được trình bày về nghiên cứu hệ thống lái trên xe Outlander.

2021, Thiết kế chế tạo mô hình hệ thống lái điện tử trên xe ô tô”

1.1.2 Tầm quan trọng của vấn đề

Nhóm thực hiện đề tài sẽ giúp người đọc hiểu rõ hơn về hệ thống lái trên xe, cung cấp các khía cạnh và góc nhìn toàn diện về hệ thống này.

Dự án cung cấp một sân chơi và nguồn kiến thức quý giá cho sinh viên, đồng thời hỗ trợ các thành viên trong nhóm trong quá trình học tập và nghiên cứu Đề tài này có khả năng ứng dụng thực tế, đặc biệt liên quan đến phương tiện xe ô tô.

Thông qua việc hoàn thành đề tài, nhóm đã tổng hợp và ứng dụng kiến thức học được từ trường vào thực tiễn, từ đó củng cố và nâng cao nguồn kiến thức của mình.

2 cao khả năng làm việc cá nhân, làm việc nhóm, mang lại cho mỗi người những trải nghiệm đáng ghi nhớ trong quãng thời gian đời sinh viên

Mặc dù không phải là một chủ đề xuất sắc, nhưng bài viết đã giúp các thành viên nhận thức rõ hơn về lĩnh vực và ngành nghề của mình, từ đó củng cố kiến thức và sự tự tin trong hành trình trở thành kỹ sư ô tô chuyên nghiệp Họ sẽ mang tri thức và sức lực của mình để đóng góp cho ngành ô tô trong nước và quốc tế.

1.1.4 Lý do chọn đề tài Đề tài là nghiên cứu về một trong số các hệ thống quan trọng trên xe ô tô, giúp người sử dụng điều khiển phương tiện một các chính xác, dễ dàng Hơn nữa, nó còn mang tính hiệu quả kinh tế rất cao trong đời sống hiện nay Đây là đề tài có tính thời sự, ứng dụng cao trong đời sống Phần nào đó khi thông qua việc thực hiện đề tài, nhóm thực hiện có thể củng cố, áp dụng các kiến thức chuyên ngành, đóng góp công sức của bản thân trong việc phát triển lĩnh vực ô tô Việt Nam, tạo bước đệm cho công cuộc xây dựng đất nước ta phồn vinh.

Tình hình nghiên cứu

Mục tiêu trước mắt: Chính là để nhóm có thể hoàn thành xong chương trình Đại học của bản thân tại trường Đại học Công nghệ Tp.HCM (HUTECH)

Mục tiêu thứ hai là hiểu và trình bày tổng quan về hệ thống lái trên xe ô tô, đặc biệt chú trọng vào các hệ thống lái có trợ lực, bao gồm cả trợ lực điện.

Mục tiêu thứ ba: Thiết kế, chế tạo được được mô hình hệ thông lái điện tử trên xe ô tô hoạt động tốt, đạt yêu cầu

Mục tiêu cuối cùng là áp dụng kiến thức đã học vào công việc để tạo ra thu nhập cá nhân và đóng góp sức lực cho sự phát triển của Tổ quốc.

1.2.2 Các kết quả hướng tới

Hoàn thành đúng tiến độ đề tài, bài báo cáo cung cấp đầy đủ thông tin và yêu cầu cần thiết Mô hình hệ thống lái có trợ lực điện trên xe ô tô được thiết kế và chế tạo hoạt động hiệu quả, đảm bảo tính ứng dụng thực tiễn.

Bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái trên ô tô không chỉ giúp nâng cao tay nghề cá nhân mà còn tạo ra nguồn thu nhập ổn định, đồng thời góp phần vào sự phát triển của nền kinh tế quốc gia.

1.2.3 Nhiệm vụ đề tài Đề tài gồm hai nhiệm vụ chính:

- Nghiên cứu hệ thống lái trên xe ô tô Outlander 2021;

- Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái điện tử trên xe ô tô

- Phương pháp thu thập số liệu: Tìm hiểu, thu thập tài liệu liên quan trên Internet, sách báo và thực tế Đọc và hiểu được các tài liệu;

Phương pháp thực nghiệm bao gồm việc sử dụng phần mềm AutoCad và Solidworks để mô phỏng và vẽ bản vẽ, đồng thời sử dụng Word và PowerPoint cho việc thuyết minh và trình bày Ngoài ra, phương pháp này còn áp dụng các kiến thức đã nghiên cứu vào thực hành và làm mô hình.

Phương pháp so sánh và chọn lọc là quá trình đánh giá các tài liệu và đối chiếu thông tin đã thu thập Qua đó, chúng ta cần lựa chọn những thông tin chính xác và cần thiết nhất để đảm bảo tính hiệu quả và độ tin cậy của nội dung.

- Phương pháp chuyên gia: Tham khảo ý kiến của Quý Thầy (Cô) và những người có kinh nghiệm trong lĩnh vực;

- Phương pháp tổng hợp: Thông qua các kiến thức đã tìm hiểu, đúc kết lại và đưa ra các giải pháp phù hợp, các lựa chọn hợp lý

1.2.5 Hạn chế của đề tài

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài lần này là về hệ thống lái trên Mitsubishi Outlander

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu về Mitsubishi Outlander 2013 Sport, nhóm nhận thấy rằng nguồn tài liệu liên quan đến mục tiêu khá hạn chế và khó tiếp cận Tuy nhiên, sau khi tìm hiểu kỹ lưỡng, nhóm đã phát hiện ra rằng Mitsubishi Outlander 2013 Sport có cấu tạo và chức năng tương tự như Mitsubishi Outlander.

2021 nên đã tham khảo ý kiến giáo viên hướng dẫn và quyết định chọn đó làm mục tiêu để thực hiện trong đề tài lần này

Các linh kiện Mitsubishi trên thị trường khá hiếm và có giá cao, vì vậy nhóm quyết định sử dụng linh kiện thay thế để thi công phần mô hình, đồng thời vẫn đảm bảo khả năng hoạt động của mô hình.

Nội dung đề tài bao gồm sáu chương:

Chương 1: Giới thiệu đề tài;

Chương 2: Tổng quan công nghệ hệ thống lái;

Chương 3: Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện trên Mitsubishi Outlander;

Chương 4: Thiết kế, chế tạo mô hình hệ thống lái trợ lực điện;

Chương 5: Bảo dưỡng, sửa chữa hệ thống lái;

TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ HỆ THỐNG LÁI

Yêu cầu, nhiệm vụ và phân loại hệ thống lái

2.2.1 Yêu cầu đối với hệ thống lái

 Những yêu cầu cơ bản của hệ thống lái:

- Cho phép xe ô tô quay vòng một cách đơn giản ngay cả khi trên một đơn vị diện tích mặt đường nhỏ;

Các bánh xe dẫn hướng cần tự động trở về trạng thái chuyển động thẳng sau khi ra khỏi đường vòng, hoặc có thể quay về trạng thái này chỉ cần tác động một lực nhỏ lên tay lái, nhẹ hơn so với lực cần thiết khi lái xe vào đường vòng.

Hệ thống lái có trợ lực cần đảm bảo rằng người lái vẫn có khả năng điều khiển xe ngay cả khi hệ thống trợ lực gặp sự cố bất ngờ.

Hệ thống lái cần phải dễ dàng điều khiển, đảm bảo an toàn và độ bền cao, đồng thời mang lại sự tiện nghi cho người sử dụng và giảm thiểu khả năng xảy ra các sự cố hư hỏng không mong muốn.

 Có các nước còn quy định một số yêu cầu cụ thể khác đối với hệ thống lái trên ô tô:

Hệ thống lái không trang bị trợ lực cần đảm bảo rằng tay lái không xoay quá năm vòng, tương đương với góc quay bánh xe dẫn hướng 35 độ từ vị trí trung gian Ở vị trí biên, cần có vấu tỳ để hạn chế sự quay của bánh xe.

- Khi đi trong đoạn đường cong có bán kính không đổi bằng 12m với tốc độ 10km/h, lực tác dụng trên vành tay lái tối đa không vượt quá 250N;

- Cần phải đảm bảo khả năng bị động của xe, không gây ra những tổn thương lớn cho người lái khi phương tiện bị đâm chính diện

2.2.2 Nhiệm vụ hệ thống lái

Hệ thống lái đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển quỹ đạo chuyển động của ô tô, cho phép xe chuyển hướng theo ý muốn của người lái và đảm bảo tâm quay của bánh xe tuân thủ động học quay vòng, từ đó hạn chế mòn bánh xe Quá trình điều khiển quỹ đạo chuyển động của xe bao gồm việc duy trì hoặc thay đổi phương chuyển động, được gọi chung là quay vòng xe Có ba trạng thái quay vòng cơ bản: quay vòng đủ, quay vòng thừa và quay vòng thiếu.

2.2.3 Phân loại hệ thống lái

 Theo cách bố trí vô lăng (theo chiều chuyển động của ô tô):

Hệ thống lái bên trái được áp dụng cho ô tô tại các quốc gia có luật giao thông đi bên phải, như Việt Nam và nhiều nước khác.

- Hệ thống lái với vô lăng bố trí bên phải được sử dụng trên ô tô của các nước có luật đi đường bên trái như Anh, Pháp,…

 Theo số lượng cầu hướng dẫn:

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng cầu trước;

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng cầu sau;

- Hệ thống lái với các bánh dẫn hướng ở tất cả các cầu

 Theo kết cấu của cơ cấu lái:

 Loại trục vít – bánh vít (với hình rẽ quạt răng hay con lăn);

 Lọa trục vít – cung răng;

 Loại trục vít – con lăn;

 Loại bánh răng trụ – thanh răng;

 Loại trục vít – đòn quay (với một hay hai chốt trên đòn quay);

 Liên hợp (trục vít ECU và đòn quay hay trục vít ECU và thanh khía)

 Theo kết cấu và nguyên lý làm việc của bộ trợ lực:

- Loại trợ lực thủy lực;

- Loại trợ lực cơ khí.

Nguyên lý hoạt động, cấu tạo của hệ thống lái

Hình 2 1 Sơ đồ hệ thống lái ô tô

1- Vành lái; 2- Trục lái; 3- Cơ cấu lái; 4- Đòn quay đứng; 5- Đòn kéo dọc;

6- Hình thang lái; 7- Đòn quay ngang; 8- Trụ xoay đứng; 9- Bánh xe

Khi tài xế tác động lên vô lăng, lực này sẽ được truyền đến trục lái, tạo ra momen và chiều điều khiển Trục lái tiếp tục truyền chuyển động đến cơ cấu lái, và các thanh dẫn động sẽ chuyển động từ cơ cấu lái đến bánh xe dẫn hướng Nhờ vậy, xe sẽ di chuyển theo hướng mà tài xế điều khiển Cấu trúc hệ thống lái phụ thuộc vào thiết kế tổng thể của xe và từng loại xe cụ thể.

Để thực hiện quay vòng, người lái xe cần tác động lực vào vô lăng, đồng thời một phản lực từ mặt đường phải tác động vuông góc với bánh xe Để quá trình quay vòng diễn ra chính xác, bánh xe dẫn hướng cần quay quanh một tâm quay tức thời.

2.2.2 Cấu tạo của hệ thống lái

Về cơ bản, hệ thống lái bao gồm ba bộ phận chính sau:

Hình 2 2 Cấu tạo hệ thống lái ô tô [13] a Dẫn động lái

Bộ phận dẫn động lái, bao gồm vành lái, trục lái, các thanh dẫn động và khớp liên kết, có vai trò quan trọng trong việc truyền chuyển động của tài xế đến hệ thống lái, giúp thay đổi hướng di chuyển của xe Đồng thời, bộ phận này cũng tiếp nhận phản ứng từ mặt đường, mang lại cảm giác lái chân thực cho tài xế.

Vô lăng lái là một vành bằng thép (thường có hình tròn), ở giữa có một lỗ côn gia công rãnh then hoa để lắp ghép với trục lái

Vành vô lăng ô tô thường được bọc da hoặc nhựa nhằm tăng cường lực ma sát giữa tay người lái và vô lăng Đặc biệt, trên các mẫu ô tô đời mới, nhiều phím chức năng được tích hợp trên bề mặt vô lăng, cho phép người điều khiển dễ dàng điều chỉnh các hoạt động như máy nghe nhạc, máy lạnh, đèn và còi.

Vô lăng lái là thiết bị chính để điều khiển hướng di chuyển của ô tô Người lái cần xoay vô lăng theo hướng mong muốn để giữ thăng bằng hoặc thay đổi hướng, từ đó vô lăng sẽ kích hoạt các bộ phận khác trong hệ thống lái, giúp ô tô di chuyển theo ý muốn của người điều khiển.

Hình 2 3 Vô lăng xe Mitsubishi Outlander [14]

Trục lái là bộ phận quan trọng trong hệ thống lái của ô tô, có chức năng truyền momen lái từ vô lăng đến cơ cấu lái Trong khi trục lái đơn giản chỉ bao gồm trục và các bộ phận bảo vệ, trục lái của ô tô hiện đại có cấu tạo phức tạp hơn, cho phép điều chỉnh độ nghiêng của vô lăng, nâng cao khả năng điều khiển và trải nghiệm lái xe.

11 trục lái chùn ngắn lại khi nguời lái va đập trong trường hợp xảy ra tai nạn để hạn chế tác hại đối với người lái

Trục lái là vị trí lắp đặt các bộ phận quan trọng của ô tô, bao gồm cần điều khiển hệ thống đèn, cần điều khiển gạt nước, hệ thống dây điện và các đầu nối điện.

Trục lái là bộ phận quan trọng bên trong vỏ, bao gồm một hoặc nhiều đoạn trục liên kết với nhau Phần đầu trên của trục lái thường có ren và then hoa để kết nối và cố định vô lăng, trong khi phần đầu dưới liên kết với trục đầu vào của cơ cấu lái thông qua các loại khớp nối như khớp nối kiểu cardan, khớp nối mềm và khớp nối kiểu chốt.

Hình 2 4 Cấu tạo trục lái ô tô [15]

1- Thanh giá đỡ; 2- Trục lái chính; 3- Trục trung gian; 4- Khớp nối b Cơ cấu lái

Cơ cấu lái là bộ phận quan trọng giúp tăng momen tác động của người lái lên các bánh xe dẫn hướng, chuyển đổi chuyển động quay tròn thành chuyển động quay góc trong mặt phẳng thẳng đứng của đòn quay đứng Ngoài ra, nó còn có chức năng giảm tỷ số truyền theo yêu cầu.

Phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái đều do cơ cấu lái đảm bảo, vậy nên cơ cấu lái phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Có thể quay cả hai chiều để đảm bảo chuyển động cần thiết ổn định của xe;

- Đảm bảo giá trị thay đổi của tỷ số truyền theo yêu cầu cần thiết khi thiết kế xe;

Để đạt được hiệu suất cao trong việc lái nhẹ, cần đảm bảo rằng hiệu suất theo chiều thuận (từ vành lái xuống bánh xe dẫn hướng) lớn hơn một chút so với hiệu suất theo chiều nghịch Điều này giúp giữ lại một phần lớn các va đập từ mặt đường tại cơ cấu lái.

- Điều chỉnh khoảng hở ăn khớp của cơ cấu lái đơn giản nhất;

- Độ rơ của cơ cấu lái là nhỏ nhất;

- Đảm bảo kết cấu đơn giản, giá thành hợp lý, độ bền cao, dễ dàng tháo lắp

- Các kiểu cơ cấu lái

 Loại bánh răng trụ – thanh răng;

 Kiểu trục vít – cung răng;

 Kiểu trục vít – con lăn;

 Kiểu trục vít – đòn quay;

 Kiểu trục vít – ECU bi c Trợ lực lái

Hiện nay, có ba loại trợ lực lái phổ biến:

Trợ lực lái điện là công nghệ hiện đại được áp dụng trên các dòng xe hơi mới, khác với hệ thống trợ lực dầu, nó sử dụng mô tơ điện để điều khiển thanh răng lái.

Trợ lực lái thủy lực, hay còn gọi là trợ lực dầu, là hệ thống hỗ trợ lái đầu tiên được phát triển và phổ biến nhờ vào cấu trúc đơn giản cùng chi phí lắp đặt và bảo trì thấp.

Trợ lực lái điện kết hợp với thủy lực là hệ thống trợ lực Hybrid, hoạt động tương tự như hệ thống trợ lực lái thủy lực truyền thống Điểm khác biệt chính là áp suất dầu được tạo ra bởi motor điện, thay vì sử dụng năng lượng từ động cơ để truyền động trực tiếp.

Hệ thống lái trợ lực điện (EPS – Electric Power Steering)

Hệ thống lái trợ lực điện đang ngày càng được ưa chuộng trên các dòng xe du lịch nhờ vào những ưu điểm vượt trội và khả năng vận hành tin cậy Trong phân loại hệ thống lái, có các loại trợ lực như cơ khí, thủy lực, điện và thủy lực – điện, mỗi loại đều có những ưu, nhược điểm riêng Bài viết này sẽ tập trung vào việc trình bày các tiêu chí và nhiệm vụ liên quan đến hệ thống lái trợ lực điện, nhằm cung cấp cái nhìn tổng quát về ứng dụng của nó trong ngành công nghiệp ô tô hiện nay.

2.3.1 Tổng quan về hệ thống lái trợ lực điện

Hệ thống lái EPS đã trở thành một bước ngoặt quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô, vượt trội hơn hẳn so với các hệ thống trợ lực khác về tính năng và hiệu suất Nó hỗ trợ người lái điều khiển xe một cách dễ dàng, gia tăng tính cơ động của ô tô Ban đầu, EPS chỉ được áp dụng cho các loại ô tô cỡ nhỏ do giới hạn về công nghệ động cơ điện và vật liệu Tuy nhiên, với sự phát triển công nghệ, hệ thống lái trợ lực điện hiện nay đã được sử dụng rộng rãi trên các xe hạng trung và trở thành phổ biến nhất trong các dòng xe du lịch.

Hình 2 5 Các bộ phận của trợ lực lái điện được đặt ở hệ thống lái dưới nắp capo [16]

Hệ thống lái trợ lực điện, tương tự như các hệ thống trợ lực khác, có chức năng tạo ra lực hỗ trợ lên cơ cấu dẫn động lái, giúp duy trì và thay đổi hướng di chuyển của xe.

Do đó việc điều khiển tay lái sẽ trở nên nhẹ nhàng và tính cơ động của xe cao hơn Trong một số trường hợp, việc linh hoạt tay lái sẽ giúp tài xế đánh lái một cách nhẹ nhàng với tốc độ phản hồi nhanh để tránh khỏi các chướng ngại vật hay nguy hiểm trong quá trình di chuyển Yêu cầu đối với hệ thống trợ lực lái điện chính là khả năng vận hành, sự êm ái, linh hoạt cũng như độ tin cậy do hệ thống đa phần sử dụng các thiết bị điện tử Bên cạnh đó, hệ thống phải hoạt động chính xác và đồng bộ với các hệ thống khác như ECU động cơ, chuẩn đoán và hiển thị lỗi Các chức năng an toàn cho hệ thống cũng phải hoạt động tốt do điều kiện làm việc của hệ thống lái là liên tục và khắc nghiệt để bảo vệ các chi tiết, thiết bị cũng như toàn bộ hệ thống trợ lực và các hệ thống khác của xe

Bên cạnh những ưu điểm thì hệ thống lái trợ lực điện cũng có một số nhược điểm nhất định, nhưng vẫn đang được nghiên cứu và phát triển không ngừng nhằm khắc phục những nhược điểm đó

- Tiết kiệm nhiên liệu từ 2 ÷ 3%: Bởi hệ thống dùng mô tơ điện để đẩy các cơ cấu bánh răng, thanh răng mà không kết nối với động cơ như hệ thống trợ lực lái thủy lực, giúp giảm tải cho động cơ;

- Khi di chuyển ở tốc độ thấp hay đánh lại tại chỗ thì việc điều khiển tay lái cũng nhẹ và linh hoạt hơn so với các hệ thống khác;

- Do loại bỏ được các chi tiết như bơm dầu, ống nhiên liệu, dây đai,… nên hệ thống lái trợ lực điện có xu hướng nhỏ và nhẹ hơn hệ thống trợ lực thủy lực;

- Việc ECU sử dụng tín hiệu từ cảm biến để điều khiển mô tơ nên hệ thống lái có thể được kết nối với các hệ thống khác như hệ thống hỗ trợ giữ làn đường, đỗ xe tự động hay hiện đại nhất chính là ứng dụng trên xe tự hành

- Tuy ít chi tiết, bộ phận nhưng các chi tiết của hệ thống lái trợ lực điện rất đắt và hoạt động đồng bộ với nhau nên nếu có hư hỏng một chi tiết thì phải thay toàn bộ các chi tiết liên quan, chi phí sửa chữa sẽ rất cao;

- Vì bị hạn chế bởi công suất mô tơ, momen xoắn của các cơ cấu nên hệ thống vẫn chỉ được áp dụng trên các dòng xe du lịch cỡ nhỏ và trung;

- Vì mô tơ được đặt ở bên trong khoang lái nên ở trên một số xe, tài xế nghe được tiếng ồn từ mô tơ trợ lực khi hệ thống hoạt động;

- Nhược điểm lớn nhất chính là vô lăng lái rất nhẹ ở dải tốc độ cao (trên 80km/h), việc này làm giảm cảm giác lái, dễ gây buồn ngủ Mặt khác, khi di chuyển ở tốc độ cao mà vô lăng nhẹ thì chỉ cần tác động một lực nhẹ lên vô lăng điều khiển sẽ khiến xe bị văng ra khỏi quỹ đạo di chuyển, gây nguy hiểm

2.3.2 Phân loại hệ thống lái trợ lực điện tử

Phân loại kiến trúc trợ lực lái dựa vào cách bố trí động cơ điện và kiểu truyền động

Có bốn kiểu trợ lực lái điện chính: trợ lực cột lái, trợ lực lái điện thanh răng đơn, trợ lực lái điện thanh răng kép, và trợ lực lái điện trục song song.

 Trợ lực cột lái – Column EPS

Trợ lực cột lái là công nghệ trợ lực lái truyền thống, với mô tơ được lắp đặt trực tiếp tại cột lái để điều khiển trục lái Ưu điểm nổi bật của hệ thống này là cấu trúc đơn giản và chi phí sản xuất thấp.

Động cơ được lắp đặt bên trong bảng điều khiển giúp giảm thiểu chi phí sản xuất nhờ không bị ảnh hưởng bởi điều kiện môi trường và nhiệt độ Tuy nhiên, vị trí này cũng khiến người lái có thể nghe thấy tiếng ồn từ mô tơ.

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRÊN XE MITSUBISHI OUTLANDER

Cấu tạo của hệ thống lái có trợ lực điện trên Mitsubishi Outlander 2013 Sport

Bảng 3 1 Một số thông số về hệ thống lái trên Mitsubishi Outlander 2.13 Sport

Loại 3 chấu Đường kính ngoài 370 mm

Loại trợ lực Trợ lực điện

Cơ cấu lái kiểu bánh răng thanh răng có thiết kế đơn giản và được sử dụng phổ biến trên nhiều loại xe ô tô hiện nay Nó bao gồm một bánh răng nghiêng gắn liền với trục lái, kết hợp với một thanh răng nghiêng Hai đầu của thanh răng có thể kết nối trực tiếp với các đòn dẫn động lái bằng khớp trụ hoặc qua hai thanh dẫn động khác được cố định bằng bu lông Mặc dù có kết cấu gọn, tỉ số truyền của cơ cấu này nhỏ, nên chỉ phù hợp cho các loại xe nhỏ Đặc biệt, độ rơ tay lái thấp do được dẫn động trực tiếp hơn so với các cơ cấu lái khác.

Loại Thanh răng – bánh răng

Tỷ lệ hành trình (Hành trình thanh răng/

Số vòng quay tối đa của vô lăng) mm / vòng quay

Hành trình thanh răng 144mm

Góc đánh lái Góc bánh xe bên trong 38 0 50 ’

Góc bánh xe bên ngoài 32 0 20 ’

Loại Nam châm vĩnh cửu Điện áp định mức DC 12V

Cảm biến mô men xoắn Loại IC loại không tiếp xúc

EPS ECU Loại điều khiển Vi điều khiển

32 bit) Điện áp định mức DC 12V

Cơ cấu lái này sử dụng bánh răng có răng nghiêng, với ổ thanh lăn kim ở đầu dưới và ổ lăn cầu ở đầu trên Thanh răng, nằm dưới bánh răng, cũng có răng nghiêng và được gia công ở phần bên trong, trong khi phần còn lại có tiết diện cầu Thanh răng chuyển động qua lại trên bạc trượt và nửa bạc trượt, trong đó nửa bạc trượt được trang bị lò xo trụ để giảm khe hở giữa bánh răng và thanh răng thông qua êcu điều chỉnh Bộ truyền của cơ cấu lái được bôi trơn bằng mỡ, và vỏ cơ cấu lái được gắn với thân xe bằng hai ụ cao su ở hai đầu.

Hình 3 2 Hệ thống lái có trợ lực điện trên Mitsubishi Outlander 2013 Sport [6]

1- Vô lăng; 2- Cụm trục cột lái; 3-Mô tơ trợ lực; 4- Cảm biến mô men xoắn;

5- EPS – ECU; 6- Thước lái; 7- Cùm cố định thước lái

Hình 3 3 Vô lăng của xe Mitsubishi Outlander 2013 Sport [6]

1,2- Nắp chụp nhựa; 3,6,7- Mô đun túi khí; 4- Nút bấm điều khiển từ xa;

5- Điều khiển ga tự động; 8- Bộ thổi khí

Vô lăng của Mitsubishi Outlander 2013 Sport là loại ba chấu, với khung thép và mặt che bằng nhựa, được bọc cao su polyurethane hoặc da Nó được trang bị túi khí cho người lái và tích hợp nhiều chức năng điều khiển như điều khiển giọng nói, đàm thoại rảnh tay, và điều khiển hành trình Cruise Control Tuy nhiên, phiên bản vô lăng bọc cao su polyurethane chỉ có túi khí mà không có các chức năng điều khiển bổ sung.

3.1.3 Trục lái và cơ cấu hấp thụ va đập

Trục lái chính có vai trò quan trọng trong việc truyền momen quay từ vô lăng đến hộp số lái và ống đỡ, giúp cố định trục lái vào thân xe Phần trên của trục được thiết kế thon gọn, có răng cưa và vành lái được gắn chặt bằng đai ốc Phần dưới kết nối với hộp số lái thông qua khớp nối mềm, giúp giảm thiểu chấn động từ mặt đường lên vành tay lái.

Hình 3 4 Trục lái Mitsubishi Outlander 2013 Sport [6]

1- Trục thứ cấp; 2- Mô tơ; 3- Cảm biến mô men xoắn; 4- Trục lái chính;

5- Cơ cấu hấp thụ va đập; 6- Cần gạt chỉnh vô lăng

 Cơ chế an toàn hấp thụ va đập của trục và cột lái

Hình 3 5 Cơ cấu hấp thụ va đập từ phía trước [6]

1- Trục thứ cấp; 2- Trục sơ cấp a- Trước khi xảy ra va đập; b- Sau khi xảy ra va đập

Trục lái là bộ phận quan trọng truyền lực từ vô lăng đến cơ cấu lái và nhận phản lực từ mặt đường Trong quá trình di chuyển, trục lái thường xuyên bị nén do bề mặt đường xấu, dẫn đến những va đập nhẹ Mặc dù hệ thống treo có khả năng triệt tiêu va đập, trục lái vẫn hấp thụ một phần nhỏ lực tác động Biên độ dao động nhỏ nhưng tần suất cao có thể gây hư hỏng cho các chi tiết điện tử và cảm biến gắn trên trục lái, ảnh hưởng đến tính an toàn và cảm giác lái.

Cơ chế hấp thụ dạng phuộc được lắp đặt trên trục lái nhằm bảo vệ người lái trong trường hợp xảy ra va chạm phía trước Nó có tác dụng hấp thụ va đập, ngăn chặn trục lái bị đẩy về phía người lái, từ đó giảm thiểu nguy hiểm và bảo vệ các chi tiết gắn trên trục lái khỏi hư hại.

 Cơ chế hấp thụ khi người lái va đập vào vô lăng

Khi xe gặp va chạm từ phía trước hoặc bên cạnh, túi khí của người lái sẽ bung ra, giúp giảm thiểu lực tác động của vô lăng vào người lái Ngay sau khi túi khí nổ, nó trở nên cứng, và lực tác động từ đầu người lái vào túi khí sẽ rất lớn Tuy nhiên, nhờ vào cơ chế với các chốt một chiều gắn trong bộ khớp sau vô lăng, khi người lái va chạm vào túi khí, các chốt này sẽ bung ra, giúp khớp nén về phía trước Điều này làm giảm độ cứng của túi khí tại thời điểm nổ, mang lại sự an toàn hơn cho người lái.

Hình 3 6 Cơ cấu hấp thụ va đập khi người lái va đập vào vô lăng [6]

1- Ổ đỡ; 2- Cụm chốt; 3- Chốt một chiều; 4- Ống lòng ngoài; 5- Ống lồng trong a- Trước khi xảy ra va đập; b- Sau khi xảy ra va đập

Hình 3 7 Mô tơ trợ lực lái trên Mitsubishi Outlander 2013 Sport [6]

1- Roto, Stator; 2- Trục vít; 3- Bánh vít

Động cơ không chổi than hoạt động dựa trên sự tương tác giữa từ trường do stato tạo ra và nam châm vĩnh cửu trên rotor Khi dòng điện đi qua một trong ba cuộn dây stato, nó tạo ra cực từ hút các nam châm vĩnh cửu có cực từ trái dấu Rotor sẽ tiếp tục quay khi dòng điện chuyển sang cuộn dây liền kề Việc cấp điện tuần tự cho mỗi cuộn dây giúp rotor quay theo từ trường quay.

Khi EPS ECU nhận tín hiệu từ cảm biến về góc xoay vô lăng, momen xoắn và tốc độ động cơ, nó sẽ tính toán chế độ trợ lực phù hợp Qua đó, ECU điều khiển mô tơ bằng chuỗi xung, tạo ra các mức điện áp khác nhau tùy thuộc vào các thông số đầu vào.

Hình 3 8 Vị trí của cảm biến momen xoắn trên trục lái [6]

Hình 3 9 Cảm biến momen xoắn loại Hall trên hệ thống trợ lực lái điện xe

1- Cảm biến momen xoắn; 2- Vòng tập trung từ thông; 3- Vòng từ; 4- Stator; 5- Trục lái; 6- Cảm biến góc xoay vô lăng; 7- Bánh răng; 8- Trục trung gian

Hai vòng stato đồng quay được làm từ vật liệu sắt từ và được cố định vào đầu vào của thanh xoắn, kết nối với cột lái Vòng từ mã hóa có các cực nam và bắc xen kẽ, và được nối với đầu ra của thanh xoắn.

Thanh xoắn là một thanh kim loại giống như lò xo, có khả năng xoắn khi một đầu được cố định và momen tác động vào đầu kia Các vòng stato kết nối với một đầu của thanh xoắn, trong khi vòng từ mã hóa gắn với đầu kia Khi người lái quay vô lăng, thanh xoắn bị xoắn, làm cho vòng mã hóa di chuyển và thay đổi vị trí so với các vòng stato, dẫn đến sự thay đổi từ thông Từ thông này được tập trung qua vòng dẫn hướng, tạo ra điện áp hall qua phần tử hall Kết quả là, đầu ra của mạch tích hợp chuyển sang trạng thái dẫn điện, và bộ tạo tín hiệu phản ánh sự thay đổi điện áp liên tục theo dạng xung khi thanh xoắn tiếp tục xoắn do tác động của việc đánh lái.

Cảm biến góc xoay vô lăng hoạt động dựa trên nguyên lý tương tự như tín hiệu gửi về EPS ECU để phân tích momen xoắn và điều khiển mô tơ trợ lực lái Bánh răng của cảm biến được gắn vào trục lái, chỉ tiếp nhận góc xoay vô lăng Khi bánh răng lớn quay, nó kéo theo hai bánh răng nhỏ và vành nam châm của cảm biến cũng quay theo, làm thay đổi từ trường tác động vào IC hall Quá trình này tạo ra chuỗi xung vuông, số lượng xung tăng dần theo góc xoay trục lái và được gửi về EPS ECU để phân tích tín hiệu góc xoay vô lăng và tốc độ đánh lái.

Nguyên lý hoạt động

 Quá trình khởi động động cơ

Hình 3 10 Quá trình khởi động mô tơ trợ lực [6]

Sau khi khởi động động cơ, tín hiệu từ ECU động cơ được gửi đến bộ EPS ECU Hệ thống trợ lực lái sẽ được kích hoạt khi số vòng quay đạt 500 vòng/phút, với thời gian chờ tối thiểu là 0,6 giây để EPS ECU xác định điều khiển Nếu động cơ vẫn duy trì 500 vòng/phút sau 0,6 giây, mô tơ sẽ được điều khiển tăng dần dòng điện trong 0,8 giây tiếp theo, tối đa đạt 82A Khi quá trình khởi động kết thúc, dòng điện điều khiển mô tơ sẽ thay đổi tuyến tính theo sự thay đổi của số vòng quay động cơ và các thông số khác.

 Khi vô lăng hoạt động

Hình 3 11 Khi vô lăng hoạt động [6]

Khi vô lăng hoạt động, góc lệch pha giữa trục vào và trục dưới sẽ thay đổi do sự biến dạng của thanh xoắn Mô-men xoắn cảm biến tích hợp trong trục lái sẽ phát hiện sự thay đổi này và gửi hai tín hiệu điện áp đến ECU EPS để điều chỉnh phù hợp.

EPS ECU tạo ra dòng điện tương ứng với tín hiệu từ cảm biến mô men xoắn đến động cơ, bao gồm mạch giao diện đầu vào, bộ vi xử lý, mạch truyền động đầu ra, rơle nguồn và rơle dòng động cơ Nó tích hợp chức năng tự chẩn đoán và hiển thị đèn cảnh báo trên đồng hồ táp lô khi có sự cố, đồng thời gửi mã chẩn đoán đến đầu nối chẩn đoán EPS ECU cũng giao tiếp với các bộ ECU khác và các tín hiệu đầu vào thông qua giao thức CAN để điều khiển hệ thống lái.

- Động cơ xuất ra momen quay (hỗ trợ momen xoắn) tương ứng với cường độ dòng điện và trợ lực cho cơ cấu lái

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN

BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÁI