Đồ Án mô hình lái Điện trên Ô tô

- Các nghiên cứu về hệ thống lái điện SBW là tiền đề để phát triển công nghệlái tự động đã được nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới thực hiện.. 1.2 Sơ lượt về hệ thống lái điện - Hệ thốn

UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

MÔ HÌNH LÁI ĐIỆN TRÊN Ô TÔ

Giảng viên hướng dẫn : Phan Nguyễn Thanh Bình Sinh viên thực hiện : Lục Nguyễn Đức Lương

Nguyễn Văn Hướng Phan Minh chính Thức Lớp : 22CNOT1G

Đà nẵng, Ngày 10 Tháng 1 Năm 2025

UỶ BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG

MỤC LỤC

I LỜI MỞ ĐẦU 1

II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ 4

III HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN LÀ GÌ : 5

IV NHIỆM VỤ, YÊU CẦU PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN 6

1 Nhiệm vụ 6

2 Phân loại: 6

V SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN 8

1 Cấu tạo 8

2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống lái điện 9

VI CÁC BỘ PHẬN TRONG TRONG HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN 12

1 Các bộ phận chính 12

2 Các phần tử cơ bản của hệ thống lái điện tử: 10

2.1 Hệ thống lái có trợ lực điện trên trục lái 10

2.2.Các cảm biến trong hệ thống lái điện: 12

3. So sánh sự khác nhau giữa hệ thống lái trợ điện và trợ lực thủy lực: 12

VII BẢO DƯỠNG SỬA CHỬA HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN 13

1.Qui trình xử lý sự cố 14

2 Chuẩn hóa cho cảm biến mô men 14

2.1 Chuẩn “ không” cho cảm biến mô men bằng thiết bị scan 14

2.2 Chuẩn “ không” cho cảm biến mô men bằng thiết bị thử cầm tay SST 15

2.3 Chẩn đoán hư hỏng 16

VIII KẾT LUẬN 18

I LỜI MỞ ĐẦU

 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu về sự phát triển các hệ thống trên ô tô cho thấy ô tô thế giới đang

có sự thây đổi mạnh mẽ trong đó có những thây đổi của hệ thống lái Xu thế dẫn độngđiều khiển kiểm soát toàn bộ động lực học xe thông qua điều khiển bằng điện đangdần trở nên rõ nét Các nghiên cứu về hệ thống điều khiển bằng điện là tiền đề pháttriển cộng nghệ lái tự động Công nghệ này đã và đang được thử nghiệm ở các cấp độkhác nhau trên ô tô có khả năng kết nối với cơ sở hạ tầng giao thông thông minh

- Có bốn cấp độ phát triển công nghệ lái ô tô khác nhau: Hỗ trợ người lái, kết hợpchức năng tự động với người lái, lái tự động mức độ giới hạn, lái tự động hoàn toàn.Trong đó, công nghệ lái tự động hoàn toàn ngoài việc cho phép phương tiện thực hiện

tự động tất cả các chức năng lái xe còn có chức năng giám sát điều kiện giao thông khivận hành Công nghệ này giúp giải phóng sức lao động và thời gian lái xe, người sửdụng chỉ cần lựa chọn điểm đi và đến, công việc còn lại hoàn toàn tự động

- Các nghiên cứu về hệ thống lái điện (SBW) là tiền đề để phát triển công nghệlái tự động đã được nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới thực hiện Tại Việt Nam, cácnghiên cứu về hệ thống lái điện chưa được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đúng mức.Với mong muốn nắm bắt được các công nghệ điều khiển lái hiện đại trên thế giới mộtcách sâu sắc, tiến tới làm chủ công nghệ và phát triển các công nghệ mới tại Việt Namtác giả đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu điều khiển hệ thống lái điện trên ô tô con” làmluận án tiến sĩ

- Hệ thống lái điện đang được áp dụng trên nhiều xe hiện đại đời mới vì nó cónhiều ưu điểm hơn các hệ thống lái khác, để hiểu thêm nó có những ưu điểm nào, hoạtđộng của nó ra sao, những hư hỏng và sửa chữa hệ thống lái điện ta

 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI :

- Đề tài giúp sinh viên năm cuối khi sắp tốt nghiệp có thể củng cố kiến, tổng hợp

và nâng cao kiến thức chuyên ngành cũng như những kiến thức ngoài thực tế, xãhội.Đề tài còn thiết kế chế tạo thiết bị, mô hình để các sinh viên trong trường và khoa

cơ khí động lực tham khảo

- Đề tài nghiên cứu về “ Hệ Thống Lái Điện” không chỉ giúp cho chúng em tiếp

cận với thực tế mà còn trở nên quen thuộc với học sinh- sinh viên Tạo tiền đề nguồn

tài liệu cho các bạn học sinh – sinh viên các khóa sau có them nguồn tài liệu để nghiên

cứu, học tập.

- Những kết quả thu thập được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên sẽ giúpcho chúng em, những sinh viên khóa k22 CNOT có thể hiểu sâu hơn về “Hệ thống láitrợ lực điện”, biết được kết cấu , điều kiện làm việc và một số hư hỏng cũng nhưphương pháp kiểm tra chẩn đoán các hư hỏng thường gặp đó

 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

- Kiểm tra đánh giá được tình trạng kỹ thuật các thông số chính bên trong, cácthông số kết cấu của “Hệ thống lái”

- Đề xuất giải pháp , phương án để kết nối kiểm tra,chẩn đoán , khắc phục hưhỏng của “Hệ thống lái”

- Xây dựng hệ thống bài tập thực hành về “Hệ thống lái ”

 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU.

- Phân tích đặc điểm, kết cấu, nguyên lý làm việc của “Hệ thống lái”

- Tổng hợp các phương án kết nối, kiểm tra, chẩn đoán, sửa chữa và phục hồi của “Hệ thống lái”

- Nghiên cứu và khảo sát các thông số ảnh hưởng tới “Hệ thống lái”

- Các bước thực hiện : Từ thực tiễn thực hành trên xưởng ô tô và từ các nguồn tài liệu lý thuyết đưa ra hệ thống bài tập thực hành bảo dưỡng sửa chữa khắc phục hư hỏng của “Hệ thống lái”

NHẬN XÉT ( Của giáo viên hướng dẫn )

NHẬN XÉT

II: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÁI TRÊN Ô TÔ

1 Mục đích, ý nghĩa đề tài

- Đề tài giúp cho những sinh viên năm cuối củng cố lại kiến thức để chuẩn bị chosinh viên khi ra trường để đáp ứng được phần nào nhu cầu của công việc Đề tàinghiên cứu về “Nghiên cứu động lực học hệ thống lái trợ lực điện EPS ” giúp chúng

em hiểu rõ hơn nữa và bổ trợ thêm kiến thức mới về hệ thống này Nội dung và kếtquả của đề tài này có thể làm tài liệu tham khảo cho học sinh, sinh viên các khóa biếtđược các cấu tạo, nguyên lý hoạt động để dễ dàng chẩn đoán, sửa chữa trong cáctrường hợp thực tế bên ngoài

1.2 Sơ lượt về hệ thống lái điện

- Hệ thống lái là hệ thống giữ vai trò điều khiển hướng chuyển động của ô tô đithẳng, quay vòng hoặc rẽ trái, rẽ phải theo tác động của người lái lên vô lăng

- Hệ thống lái tham gia cùng các hệ thống khác thực hiện điều khiển điều khiểnoto và đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn giao thông khi oto chuyểnđộng

- Các bộ phận chính của hệ thống lái + Cơ cấu lái, vô lăng, trục lái: Truyềnmomen do người lái tác dụng lên vô lăng đến dẫn động lái + Dẫn động lái: Truyềnchuyển động từ cơ cấu lái đến các bánh xe dẫn hướng và đảm bảo động học quay vòngđúng + Trợ lực lái: Có thể có hoặc không Dùng để giảm nhẹ lực quay vòng của ngườilái Thường được sử dụng trên các xe đời mới, xe tải trọng lớn…

 Một số bộ phận cơ bản của hệ thống lái

Vành tay lái: (volant)

+ Chức năng: có chức năng tiếp nhận momen quay từ người lái rồi truyền cho

trục lái

+ Cấu tạo: Vành tay lái có cấu tạo tương đối giống nhau ở tấc cả các loại ôtô.Nó

bao gồm một vành hình tròn và một vài nan hoa được bố trí quanh vành trong củavành tay lái Ngoài chức năng chính là tạo momen lái, vành tay lái còn là nơi bố trímột số bộ phận khác của ôtô như: nút điều khiển còi,túi khí an toàn

Hộp số lái:

+ Chức năng: hộp số lái hay còn gọi là cơ cấu lái có chức năng:

- Biến chuyển động quay của trục lái thành chuyển động ngang của dẫn động lái

- Tăng lực tác động của người lái lên vành tay lái để thực hiện quay vòng xe  nhẹ

Hộp số lái hoạt động tương tự như một hộp số với hai bộ phận cơ bản được gọiquy ước là trục quay của hộp số lái và trục lắc của hộp số lái.Trục quay là đầu vào củahộp số lái, nó trực tiếp liên kết với đầu dưới của trục lái vàthực hiện chuyển động quaytheo chuyển động của trục lái

Ưu điểm của hộp số lái kiểu này là có kết cấu gọn, trục vít và con lăn có độ  bềncao do ma sát giữa chúng là ma sát lăn và ứng suất nhỏ nhờ có nhiều ren của con lăn

và trục vít tiếp xúc với nhau, hiệu suất cao, dễ điều chỉnh khe hở giữa các bộ phận liênkết trong hộp sốlái

Hình thang lái :

Hình thang lái là cấu hình của dẫn động láicó tác dụng duy trì mối quan hệ độnghọc giữa các bánh xe dẫn hướng

Các yêu cầu đối với hệ thống lái:

+ Hệ thống lái phải đảm bảo điều khiển dễ dàng,nhanh chóng và an toàn Các cơcấu điều khiển bánh xe dẫn hướng và quan hệ hình học của hệ thống lái phải đảm bảokhông gây nên các dao động và va đập trong hệ thống lái

+ Các bánh xe dẫn hướng khi ra khỏi đường vòng cần phải tự động quay về trạngthái chuyển động thẳng, hoặc là để quay bánh xe về trạng thái chuyển động thẳng thìcần đặt lực lên vành tay lái nhỏ hơn khi xe đi vào đường vòng

+ Hệ thống lái không được có độ rơ lớn Với xe có tốc dộ lớn hơn 100Km/h  độ

rơ vành tay lái cho phép không vượt quá 18 độ Với xe có tốc độ lớn nhất nằm trongkhoảng (25 – 100)Km/h độ rơ vành tay lái cho phép không vượt quá 27độ

III HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN LÀ GÌ :

- Hệ thống lái trợ lực điện EPS, còn được gọi là trợ lực lái dẫn động bằng động

cơ Đây là hệ thống sử dụng động cơ điện để hổ trợ người lái trong quá trình đánh lạinhẹ nhàng, đơn giản, mượt mà hơn khi di chuyển ở tốc độ thấp hay rẽ góc 90 độ

- Đây là hệ thống tiêu chuẩn của nhũng dòng xe ô tô đời mới hiện nay Chúngđược ví như hệ thống thông minh khi sử dụng motor điện để lấy năng lượng từ hệthống điện trên xe và hổ trợ cho quá trình điều khiển tay lái

IV NHIỆM VỤ, YÊU CẦU PHÂN LOẠI HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN

1 Nhiệm vụ

Hệ thống lái trên xe ô tô có nhiệm vụ giúp ô tô chuyển hướng theo ý muốn củangười lái và đảm bảo tâm quay của các bánh xe tuân thủ theo đúng động học quayvòng ô tô để hạn chế hiện tượng mòn bánh khi quay vòng

2 Phân loại:

 Sơ đồ hệ thống lái không có trợ lực.

Hình 2.1: Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái không có trợ lực

1 Vành lái 4.Vỏ thanh răng

2.Trục lái chính và ống lái 5.Trục vít

3 Cơ cấu lái 6.Thanh răng

 Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái có trợ lực.

Hình 2.2 : Hệ thống có trợ lực lái điện

Trong quá trình hoạt động bơm được dẫn động bằng động cơ do đó lưu lượngcủa bơm thay đổi theo tốc độ của động cơ Khi động cơ quay chậm thì lưu lượng dầunhỏ do đó người lái cần tác động lực lớn hơn, khi động cơ quay nhanh thì lưu lượngdầu lớn hơn gấp nhiều lần do đó người lái cần tác động lực nhỏ hơn Nói cách khácyêu cầu về lực đánh tay lái thay đổi theo tốc độ của động cơ đây là điều bất lợi về mặt

ổn định lái Vì vậy việc duy trì lưu lượng của bơm không đổi, không phụ thuộc vào tốc

độ của động cơ là một yêu cầu cần thiết do đó trên các loại bơm được lắp thêm vanđiều tiết lưu lượng

Mặt khác khi xe chạy ở tốc độ cao sức cản lốp xe nhỏ do đó lực xoay các bánh xedẫn hướng sẽ nhỏ hơn vì vậy lực đánh tay lái cũng nhỏ hơn Vì vậy một yêu cầu của bộtrợ lực nữa là ít trợ lực hơn ở điều kiện tốc độ cao mà vẫn đạt được lực lái thích hợp

Để đảm bảo được các yêu cầu trên, trên các bộ trợ lực thường được gắn thêm vanđiều tiết lưu lượng Sau đây xin trình bầy loại van điều tiết lưu lượng loại nhậy cảmvới tốc độ

Với loại van điều tiết lưu lượng loại này khi tốc độ động cơ tăng lên nhưng lượngdầu được bơm tới cơ cấu lái lại giảm xuống

 Sơ đồ cấu tạo của hệ thống lái có điện tử điều khiển

Hình 2.3: Hệ thống lái có điện tử điều khiển

Ưu điểm của bộ trợ lực điện so với bộ trợ lực thủy lực là ít tiêu hao công suấtđộng cơ hơn Trên bộ trợ lực thủy lực đông cơ luôn luôn kéo bơm thủy lực hoạt động,điều này gây lãng phí công suất của động cơ trong những khoảng thời gian không cóyêu cầu trợ lực

Khắc phục được nhược điểm này bộ trợ lực điện chỉ cung cấp những mô men trợlực trong những khoảng thời gian cần thiết nhờ các cảm biến mô men quay của trục lái

và các cảm biến khác quyết định thời điểm và cường độ dòng điện đưa vào động cơđiện một chiều

V SƠ ĐỒ CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN

1 Cấu tạo

Cảm biến momen xoắn: được gắn vào cột lái gần thanh xoắn Chúng đảm nhận

nhiệm vụ chuyển đổi momen xoắn thành tín hiệu điện đưa tới EPS ECU EPS ECU sẽtiếp nhận tín hiệu này và tính toán mức trợ lực mà động cơ cần

 EPS ECU: là bộ phận đảm nhận nhiệm vụ vận hành motor trợ lực lái DC gắn

trên trục lái Từ đây, chúng sẽ tạo ra trợ lực dựa vào tín hiệu nhận được từ cảm biếntốc độ xe và tốc độ động cơ

 ECU động cơ: là bộ phận truyền tín hiệu tốc độ động cơ tới EPS ECU.

 Motor điện DC: là bộ phận có cấu tạo bởi động cơ DC chổi than, roto, cổ góp,

cuộn dây và từ trường Chúng hoạt động tương tự như động cơ khởi động của ô tô để

có thể tùy ý tạo ra trợ lực từ tín hiệu của EPS ECU

 Đèn cảnh báo P/S (năm trên bảng đồng hồ taplo): có chức năng thông báo

tới người lái khi hệ thống gặp vấn đề

 Cụm đồng hồ bảng taplo: bộ phận đảm nhận nhiệm vụ truyền tín hiệu tốc độ

xe tới EPS ECU."

2 Nguyên lí hoạt động của hệ thống lái điện

Dựa theo sự hoạt động của EPS người ta chia nguyên lý làm việc của nó ra làm 6bước sau:

Bước 1 Trợ lực lái sẽ bắt đầu làm việc khi người lái tác dụng lực

để quay vô lăng

Bước 2 Lực tác dụng lên vành tay lái sẽ làm cho thanh xoắntrong cơ cấu lái xoay Cảm biến mô men lái sẽ xác định góc quay của thanh xoắn vàgửi các tín hiệu về lực lái đã được tính toán đến ECU

Bước 3 Từ cảm biến mô mem lái, góc quay của vô lăng và tốc độđánh tay lái hiện thời sẽ thông báo cho ECU

Bước 4 Nhờ vào lực lái, tốc độ chuyển động, tốc độ động cơ, gócquay vô lăng, tốc độ đánh tay lái và đường đặc tính được lưu trữ trong ECU EPS ECU

sẽ tính toán lực trợ lực cần thiết để điều khiển mô tơ điện

Bước 5 Trợ lực lái của mô tơ sẽ tác động lên cơ cấu lái một lựctrợ lực song song với lực đặt lên vành tay lái

Bước 6 Tổng của lực đặt lên vành lái và lực trợ lực sẽ tác độnglên cơ cấu lái để ô tô quay vòng

Hệ thống lái trợ lực điện EPS được sửu dụng phổ biến như hiện nay 1 phần

là do sự linh hoạt trong việc điều khiển lực của trợ lực lái Nếu như nói hệ thốnglái trợ lực thủy lực có một nhược điểm vô cùng lớn đó chính vô lăng bị mất cảmgiác lái ở tốc độ cao do mực dầu trong cơ cấu trực lực dầu nâng cao làm cho trợlực nhiều hơn so với khi di chuyển ở tốc độ thấp trong khi đó khi di chuyển tốc độcao ta lại cần sự ổn định của vô lăng Trợ lực lái điện có khả năng giảm momenttrợ lực hoặc thay vào đó, hệ thống lái trợ lực điện còn có khả năng tạo ra momentcản giúp giữ ổn định vô lăng khi di chuyển ở tốc độ cao

VI CÁC BỘ PHẬN TRONG TRONG HỆ THỐNG LÁI ĐIỆN

1 Các bộ phận chính

Cảm biến mô men xoắn:Cảm biến mô men là cảm biến chính, quan trọng

trong hệ thống trợ lực lái bằng điện Cảm biến này cung cấp tín hiệu cho hộp điềukhiển, từ đó hộp điều khiển sẽ nhận biết trạng thái của tay lái (đánh về hướng nào,đánh nhanh hay chậm, đánh đột ngột hay từ từ …)."

Mô tơ điện DC:

Cấu tạo: Gồm có 3 phần chính đó là rotor (phần ứng), stato (phần cảm) và phần

cổ góp – chỉnh lưu Stator của động cơ điện 1 chiều thường sẽ là 1 hoặc nhiều nhữngcặp nam châm vĩnh cửu, hoặc là nam châm điện Rotor có những cuộn dây quấn vàđược nối với những nguồn điện một chiều

Nguyên lí hoạt động:Stato của động cơ cần được cấp dòng điện xoay chiều để

hoạt động Dòng điện qua dây quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ: n=60(vòng/phút)

Trong quá trình quay, từ trường được tạo ra sẽ quét qua các thanh dẫn của roto.Suất điện động cảm ứng sẽ xuất hiện Bởi dây quấn roto là mạch kín nên suất điệnđộng tạo ra được dòng điện trong các thanh dẫn của roto Các thanh dẫn có dòng điện

sẽ tương tác với nhau ngay tại từ trường Tạo ra lực điện từ đặt vào các thanh dẫn.Tổng hợp các lực này sẽ tạo ra mômen quay đối với trục roto Roto lúc này sẽđược quay theo chiều của từ trường

Khi ĐC làm việc, tốc độ quay của roto sẽ chậm hơn tốc độ quay của từ trường

Động cơ lúc này được gọi là động cơ không đồng bộ.

Độ sai lệch giữa tốc độ roto và tốc độ từ trường được gọi là hệ số trượt, ký hiệu

là S

Hiện nay, hệ số trượt chủ yếu rơi vào khoảng 2% đến 10%

EPS - Hộp điều khiển thước lái điện:

Cấu tạo: ECU cấu thành từ 3 bộ phận chính: bộ nhớ trong ECU, bộ vi xử lý (bộ

não của ECU) và đường truyền – BUS – ROM (Read Only Memory): Dùng trữ thôngtin thường trực Bộ nhớ này chỉ đọc thông tin đã được lập trình sẵn, chứ không thể ghivào được Do đó, ROM chính là nơi cung cấp thông tin cho bộ vi xử lý

Nguyên lí hoạt động:ECU hoạt động được một phần là do cảm biến tốc độ của

động cơ và các piston Sự phụ thuộc lẫn nhau này sẽ hỗ trợ ECU xác định được thờiđiểm phun xăng, đánh lửa để nâng cao hiệu suất xe và đảm bảo khả năng tối ưu nhiênliệu

2 Các phần tử cơ bản của hệ thống lái điện tử:

Do đòi hỏi tốc độ ngày một cao hơn, chất lượng tốt hơn và yêu cầu giảm nănglượng tiêu thụ ở phương tiện ngày một gia tăng Để đáp ứng cho các đòi hỏi này, việcnghiên cứu và phát triển theo xu hướng cải thiện hệ thống điều khiển điện tử nhằmmục đích nâng cao hơn nữa các chức năng và đặc tính của nó Điểm đặc biệt đó gồmhai đề xuất là giới thiệu lôgíc toán học và hệ thống lái chuyên sâu phù hợp với môitrường xe chạy bằng cách thay đổi các trợ lực cho phù hợp với điều kiện giao thông