Mô hình dạy học hệ thống lái trợ lực điện giao tiếp máy tính thông qua labview

 Mô phỏng các thông số và các tr ng thái ho t động c a hệ thống lái trên máy tính thông qua phần mềm LabVIEW.. 127 Trang 8 DANH SÁCH CÁC CH VI T T T  ADRC active disturbance rejection

TÓM T T

Lu n văn có tựa đề "Mô hình d y h c hệ thống lái tr lực điện giao ti p máy tính thông qua LabVIEW" đư c hoƠn thƠnh vƠo tháng 4 năm 2013, t i trư ng Đ i h c

Sư ph m Kỹ thu t TP H Chí Minh

Nội dung chính c a lu n văn bao g m:

 Thi t k ch t o mô hình hệ thống lái tr lực điện

 Tính toán thi t k bộ t o ra mô men c n quay vòng

 Mô phỏng các thông số và các tr ng thái ho t động c a hệ thống lái trên máy tính thông qua phần mềm LabVIEW

 Tính toán kiểm nghiệm cho mô hình

Mô hình đư c thi t k dựa theo hệ thống lái tr lực điện c a xe TOYOTA - Prius,

s n xuất năm (2004 ậ 2007) Bộ t o mô men c n quay vòng có thể điều ch nh thay

đ i theo tốc độ ho t động c a xe Giao diện mô phỏng trên máy tính đư c thực hiện

b i phần mềm LabVIEW, ch y u thể hiện các thông số như: điện áp thay đ i c a

c m bi n mô men; kh năng tr lực c a motor; màn hình hiển th xung khi hệ thống làm việc nhiều ch độ khác nhau vƠ núm điều ch nh thay đ i tốc độ ô tô Tính toán kiểm nghiệm mô hình để điều ch nh các thông số c a mô hình đúng theo thực

t

Ngoài ra, để giúp cho việc s d ng mô hình đ t hiệu qu tốt trong gi ng d y và h c

t p, tác gi đã biên so n bộ tài liệu gi ng d y theo chư ng trình đào t o hệ cao đẳng, ngành công nghệ ô tô, kèm theo mô hình

ABSTRACT

The thesis entitled "Computer aid teaching model of the electric power steering system using LabVIEW software" was completed in April 2013, at the University

of Technical Education Ho Chi Minh City

The contents of the thesis include:

 Designing an electric power steering system model

 Calculating and designing the drag torque module applying to the vehicles

 Changing the parameters to simulate the operating status of the steering system using the LabVIEW software

 Experiments to evaluate the performance of the model

The model was based on the electric power steering system of the Toyota Prius, which was produced from 2004 to 2007 The drag torque module applying to the vehicles when they turn around is adjusted according to speed of the vehicles The interface on the simulating computer is performed with LabVIEW software The main parameters and devices illustrated on the display are the voltage of the torque sensor, the resistance of the driving motor, the display to show the pulses and a knob to change the vehicles speed Experiments were carried out to check the operation of the model and adjust the parameters of the model in accordance with the reality

For using the model effectively in teaching and learning, the author has compiled teaching materials used for college training programs in automotive technology

M C L C

TRANG

LÝ L CH KHOA H C i

L I CAM ĐOAN ii

L I C M N iii

TÓM T T iv

M C L C vi

DANH SÁCH CÁC CH VI T T T xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH xii

DANH SÁCH CÁC B NG xvi

Ch ng 1: T NG QUAN 17

1.1 T ng quan chung về lĩnh vực nghiên c u 17

1.2 Tình hình nghiên c u trong vƠ ngoƠi nư c 18

1.2.1.Tình hình nghiên c u về hệ thống lái trên th gi i: 18

1.2.2.Tình hình nghiên c u trong vùng ASEAN vƠ trong nư c: 21

1.3 M c tiêu vƠ đối tư ng nghiên c u 25

1.3.1.M c tiêu nghiên c u: 25

1.3.2.Đối tư ng nghiên c u: 25

1.4 Nhiệm v và ph m vi nghiên c u c a đề tài 26

1.4.1.Nhiệm v c a đề tài: 26

1.4.2.Ph m vi nghiên c u: 26

1.5 Phư ng pháp nghiên c u 26

Ch ng 2: C S LÝ THUY T 28

2.1 T ng quan về hệ thống lái tr lực 28

2.1.1 Công d ng hệ thống lái tr lực: 28

2.1.2 Phân lo i hệ thống lái tr lực: 28

2.2 Hệ thống lái có tr lực th y lực 30

2.2.1 Cấu trúc t ng quát HTL tr lực thuỷ lực: 30

2.2.3 Đặc tính tr lực lái: 31

2.2.4 Gi i pháp điều khiển thay đ i hệ số tr lực lái: 32

2.3 Hệ thống tr lực th y lực điều khiển điện điện t 32

2.3.1 HTL tr lực th y lực v i van điện từ l p b m tr lực thực hiện điều khiển lưu lư ng: 32

2.3.2 Hệ thống tr lực th y lực v i van điện từ trên m ch dầu van tr lực lái: 34

2.3.3 Hệ thống lái tr lực th y lực v i van điện từ t i c a vào ra (c a P và c a R) c a van tr lực: 36

2.3.4 Hệ thống lái tr lực th y lực v i cách thay đ i tốc độ b m tr lực lái: 36

2.4 Hệ thống lái tr lực điện ậ điện t 40

2.4.1 Tr lực trên tr c lái: 42

2.4.2 Tr lực trên c cấu lái: 49

2.4.3 C m bi n trong hệ thống tr lực lái Điện ậ Điện t : 53

2.4.3.1 C m bi n tốc độ đánh lái có 2 lo i: 53

2.4.3.2 C m bi n mô men lái có 3 lo i: 54

2.4.3.3 C m bi n tốc độ ô tô: 56

CH NG 3: PH N M M LABVIEW 59

3.1 Nh ng khái niệm c b n 59

3.1.1 Gi i thiệu chung: 59

3.1.2 VI (Virtual Instrument) - Thi t b o 60

3.1.3 Front Panel và Block Diagram 60

3.1.3.1 Front Panel: 61

3.1.3.2.Block Diagram: 61

3.1.4 Icon & Connector 62

3.1.4.1 Icon (biểu tư ng): 62

3.1.4.2 Connector (đầu nối): 62

3.2 Kỹ thu t l p trình trên LabVIEW 63

3.2.1 Các công c hỗ tr l p trình 63

3.2.1.1 Tools Palette: 63

3.2.1.2 Controls Palette (b ng điều khiển): 64

3.2.2 D liệu 67

3.2.2.1 Variables (bi n): 67

3.2.2.2 String: 69

3.2.2.3 Array: 71

3.2.3 Các cấu trúc điều khiển lu ng chư ng trình 74

3.2.3.1 For Loop: 74

3.2.3.2 While Loop: 75

3.2.3.3 Case & Sequence Structures: 76

3.2.3.4 Formula Node: 77

3.3 SubVI và cách xây dựng subVI 77

3.3.1 Khái niệm SubVI 77

3.3.2 Xây dựng SubVI 78

3.3.2.1 T o một SubVI từ một VI: 78

3.3.2.2 T o một SubVI từ một phần c a VI: 80

3.3.3 Xây dựng ng d ng 80

3.3.4 Gỡ rối và s a chư ng trình xơy dựng trên LabVIEW 83

3.4 Xây dựng giao diện điều khiền trên máy tính 84

Ch ng 4: THI T K CARD GIAO TI P 85

4.1 Gi i thiệu chung vi điều khiển 85

4.2 Cấu trúc phần c ng c a h vi điều khiển AVR 87

4.2.1 T ng quan về ki n trúc 87

4.2.2 Các thanh ghi đa d ng 90

4.2.3 C ng ra vào 91

4.2.4 Bộ nh SRAM 92

4.2.5 Cấu trúc ng t 93

4.2.6 Bộ so sánh analog 94

4.2.7 Bộ bi n đ i A/D bên trong 95

4.2.8 Bộ đ nh th i watchdog bên trong 97

4.3 Gi i thiệu vi điều khiển ATmega16 (AT90s4414/8515) 99

4.3.1 Đặc điểm 99

4.3.2 S đ chân ATmega16 101

4.3.3 Mô t ch c năng các chân ATmega16 101

4.4 Gi i thiệu vi điều khiển ATtmega8 104

4.4.1 Đặc điểm 104

4.4.2 S đ chơn vƠ s đ khối c a ATmega8 106

4.4.3 Mô t ch c năng các chơn ATmega8 106

4.5 Thi t k card giao ti p gi a máy tính và mô hình 109

4.η.1 S đ giao ti p gi a máy tính và mô hình: 109

4.5.2 Chuẩn giao ti p: 110

Ch ng 5: THI T K , THI CÔNG MÔ HÌNH H TH NG LÁI TR L C ĐI N 111

5.1 Gi i thiệu mô hình 111

5.2 Thi t k các bộ ph n chính trên mô hình 113

5.2.1 Bộ ph n t o mô men c n c a mặt đư ng: 113

5.2.2 Tr c lái tr lực điện vƠ c cấu dẫn động: 114

5.2.3 Bộ ph n điều khiển: 115

5.3 Thi t k các bộ ph n ch c năng trên mô hình hệ thống lái EPS 116

5.3.1 Bộ ph n phát tín hiệu tốc độ động c : 116

5.3.2 Bộ ph n phát tín hiệu tốc độ xe: 117

5.3.2.1 Cấu t o c m bi n tốc độ bánh xe: 118

5.3.2.2 Ho t động c a c m bi n tốc độ bánh xe lo i điện từ: 118

5.3.2.3 C m bi n tốc độ bánh xe vƠ s đ truyền tín hiệu trên mô hình 120

η.3.3 Nguyên lý điều khiển trên mô hình EPS: 120

η.4 Hư ng dẫn s d ng mô hình 121

η.4.1 Điện áp s d ng cho mô hình: 121

5.4.2 V n hành mô hình: 122

5.4.2.1 Chuẩn b thi t b và kiểm tra: 122

5.4.2.2 V n hành mô hình khi không k t nối v i tính: 122

5.4.2.3 V n hành mô hình khi k t nối v i tính: 123

Ch ng 6: TH C NGHI M 125

6.1 M c tiêu thực nghiệm 125

6.2 Thi t b và d ng c thực nghiệm 125

6.3 Trình tự thực nghiệm 125

6.3.1 Tính toán và kiểm nghiệm mô men c n quay vòng tác d ng lên mô hình: 125

6.3.1.1 Tính toán mô men c n quay vòng cực đ i Mc max: 125

6.3.1.2 Thực nghiệm giá tr mô men c n quay vòng cực đ i MCmax 127

6.3.1.3 Tính toán mô men c n quay vòng MCmax trên xe TOYOTA Prius s n xuất 2004 - 2007 128

6.3.2 Tính toán kiểm nghiệm lực tác d ng lên vô lăng lái 128

6.3.3 Đánh giá k t qu thực nghiệm 129

6.3.4 Tính toán mô men tr lực cực đ i c a motor tr lực trên mô hình 130

Ch ng 7: K T LU N - H NG PHÁT TRI N C A Đ TÀI 131

7.1 K t lu n 131

7.2 Hư ng phát triển c a đề tài 131

TÀI LI U THAM KH O 133

DANH SÁCH CÁC CH VI T T T

 ADRC (active disturbance rejection controller):

 EPAS (electrical power assist steering): Hệ thống lái tr lực điện

 ABS (Anti-lock Brake System): Hệ thống phanh có bộ ph n chống hãm c ng bánh

xe

 CAN (Controller Area Network): Vùng m ng điều khiển

 ECU (Electronic Control Unit): Bộ điều khiển điện t

 EPS (Electronic Power Steering): Hệ thống lái tr lực điện

 HPS (Hydraulic Power Steering) : Hệ thống lái tr lực th y lực

 EHPS (Electronic Hydraulic Power Steering) : Hệ thống lái tr lực th y lực ậ

điện

 HTL: Hệ thống lái

 HTTP: Hệ thống phanh

 4WD (Four Wheel Driver): Bốn bánh xe ch động

 4WS (Four Wheel Steering): Hệ thống lái 4 bánh xe

 DTC (Diagnostic trouble code): Mã chẩn đoán hư hỏng

 DLC (Data link connector): Gi c c m k t nối d liệu

 LabVIEW (Virtual Instrument Engineering Workbench):

 VI (Virtual Instrument): Thi t b o

 PPS (Progressive Power Steering): Bộ cư ng hoá tích cực

DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG

Hình 1.1: Mô hình thi t k hộp ECU điều khiển hệ thống lái tr lực điện 22

Hình 1.2: Hệ thống lái 4WS điều khiển điện-c khí 23

Hình 2.1: S đ t ng quát hệ thống lái tr lực th y lực 30

Hình 2.2: S đ khối mô hình toán h c HTL có tr lực 31

Hình 2.3: Đ th đặc tính tr lực 32

Hình 2.4: S đ hệ thống lái tr lực th y lực v i van điện từ l p b m tr lực 33

Hình 2.η: B m tr lực lái vƠ van điện từ 33

Hình 2.θ: S đ HTL thay đ i hệ số tr lực lái bằng van điện từ van tr lực 34

Hình 2.7: S đ m ch cầu th y lực 34

Hình 2.8: (a) - V trí bố trí van điện từ; (b) - S đ m ch dầu; 35

Hình 2.9: Nguyên lý thay đ i hệ số tr lực bằng van điện từ t i c a vào ra 36

Hình 2.10: Hệ thống lái tr lực th y lực có điều khiển thay đ i tốc độ motor dẫn động b m 37

Hình 2.11: Bề mặt l p trình cho tốc độ b m 38

Hình 2.12: Cấu t o motor bư c 39

Hình 2.13: Hệ thống lái tr lực điện ậ điện t v i motor tr lực bố trí trên tr c lái 41 Hình 2.14: Hệ thống lái tr lực điện ậ điện t v i motor tr lực bố trí trên c cấu lái vƠ đư c thi t r i 41

Hình 2.15: Hệ thống lái tr lực điện ậ điện t v i motor tr lực bố trí trên c cấu lái vƠ đư c thi t k liền 42

Hình 2.1θ: C cấu tr lực lái điện ậ điện t tr lực trên tr c lái 42

Hình 2.17: S đ t ng quát c a hệ thống lái điện tr lực trên tr c lái 43

Hình 2.18: Bố trí các c m và Taplô thể hiện đèn báo lỗi P/S 44

Hình 2.19: S đ mô phỏng quá trình điều khiển motor tr lực lái theo phư ng pháp điều khiển điện áp 45

Hình 2.20: S đ mô phỏng quá trình điều khiển motor tr lực lái theo phư ng pháp

điều khiển dòng điện 46

Hình 2.21: M ch tư ng đư ng c a motor 46

Hình 2.22: S đ điều khiển t ng quát c a ECU tr lực lái điện 47

Hình 2.23: Điều khiển ch độ motor 48

Hình 2.24: Đặc tính điều khiển 48

Hình 2.25: Mô hình toán h c c a hệ thống tr lực trên tr c lái 49

Hình 2.2θ: S đ tr lực lái điện ậ điện t trên c cấu lái 50

Hình 2.27: Các bộ ph n c a motor và c m bi n góc quay 50

Hình 2.28: C m motor và tr c vít, thanh răng và c m bi n góc quay 51

Hình 2.29: S đ điều khiển t ng quát c a hệ thống tr lực trên c cấu lái 51

Hình 2.30: Tín hiệu quan tr ng để điều khiển motor tr lực lái 52

Hình 2.31: Mô phỏng mô hình toán h c c a hệ thống lái tr lực trên c cấu lái 52

Hình 2.32: Cấu t o và tín hiệu c a c m bi n tốc độ đánh lái 53

Hình 2.33: C m bi n tốc độ đánh lái (góc đánh lái) lo i Hall 53

Hình 2.34: Đặc tính, v trí làm việc c a c m bi n mô men lái lo i lõi thép trư t 54

Hình 2.35: Cấu trúc vƠ đặc tính c a c m bi n mô men lái lo i lõi thép xoay 55

Hình 2.36: C m bi n mô men lái lo i 4 vành dây 55

Hình 2.37: S đ nguyên lý và xung c a c m bi n mô men lái lo i 4 vành dây 56

Hình 2.38: Ba lo i c m bi n tốc độ ô tô 57

Hình 2.39: C m bi n tốc độ ô tô lo i MRE 58

Hình 3.1: Front Panel và Block Diagram 61

Hình 3.2: V trí Icon và Connector 62

Hình 3.3: Tools palette 64

Hình 3.4: Control Palette 64

Hình 3.5: Numeric controls 65

Hình 3.6: Numeric indicators 65

Hình 3.7: Boolean 66

Hình 3.8: String và Path 66

Hình 3.9: Functions Palette 67

Hình 3.10: String 69

Hình 3.11: Truy xuất một String 70

Hình 3.12: Các từ thay th Escape Code 70

Hình 3.13: B ng Array 73

Hình 3.14: Hàm Array Max & Min 73

Hình 3.15: For Loop 75

Hình 3.16: While Loop 75

Hình 3.17: Case & sequence Structure 76

Hình 3.18: Formula Node 77

Hình 3.19: Icon mặc đ nh vƠ Icon sau khi đư c t o 79

Hình 3.20: Cách th c t o Connector c a một VI 80

Hình 3.21: Front Panel và Block Diagram c a một VI 81

Hình 3.22: Edit Icon c a VI 82

Hình 3.23: Gỡ rối chư ng trình 83

Hình 3.24: Giao diện trên c a s Font Panel 84

Hình 3.25: L p trình trên c a s Block Diagram 84

Hình 4.1: So sánh th i gian thực hiện 2 lệnh gi a các bộ vi x lý 86

Hình 4.2: Ki n trúc c a bộ x lý AVR 88

Hình 4.3: S đ t ch c bộ nh 89

Hình 4.4: T p thanh ghi c a vi điều khiển AVR 90

Hình 4.5: Các port đ c và ghi 91

Hình 4.6: K t nối SRAM ngoài v i bộ vi điều khiển 93

Hình 4.7: S đ khối c a bộ so sánh Analog 94

Hình 4.8: S đ khối bộ bi n đ i ADC 95

Hình 4.9: S đ khối c a bộ đ nh th i Watchdog 97

Hình 4.10: S đ chân ATmega16 101

Hình 4.11: S đ khối vi điều khiển AVR ATmega16 103

Hình 4.12 Cách bố trí để điều khiển bộ vi điều khiển 104

Hình 4.13 S đ chân ATmega8 106

Hình 4.14: S đ khối vi điều khiển AVR ATmega8 108

Hình 4.1η: S đ khối giao ti p gi a máy tính v i một số bộ ph n điều khiển trên mô hình 109

Hình 4.1θ: S đ giao ti p gi a máy tính v i card giao ti p 110

Hình 4.17: K t cấu card giao ti p 109

Hinh η.1: S đ khối mô hình hệ thống lái tr lực điện giao ti p v i máy tính 111

Hình 5.2: K t cấu mô hình 112

Hình 5.3: Mặt trư c c a mô hình 112

Hình η.4: S đ khối bộ t o mô men c n 113

Hình 5.6: K t cấu kh p ly h p từ 113

Hình 5.7: Tr c lái tr lực điện vƠ c cấu dẫn động trên mô hình 114

Hình 5.8: B ng điều khiển c a mô hình 115

Hình 5.9: Bố trí các hộp ECU trong mô hình và các công t c pan 115

Hình η.10: S đ khối m ng CAN 116

Hình η.11: S đ truyền d liệu c m bi n Ne qua m ng CAN trên ô tô 116

Hình η.12: S đ truyền d liệu c m bi n Ne qua m ng CAN trên mô hình 117

Hình η.13: S đ truyền d liệu c m bi n tốc độ xe qua m ng CAN trên ô tô 117

Hình 5.14: C m bi n tốc độ bánh xe 118

Hình 5.15: Tín hiệu điện áp c a c m bi n tốc độ bánh xe 119

Hình 5.16: Cấu t o c m bi n tốc độ bánh xe lo i nam châm quay 119

Hình η.17: S đ truyền tín hiệu tốc độ bánh xe và CAN tốc độ xe 120

Hình η.18: S đ m ch điện điều khiển trên mô hình 120

Hình 5 19: Các ECU s d ng truyền d liệu CAN trên mô hình 121

Hình 5.20: Giao diện trên máy tính 124

Hình θ.1: S đ động lực h c thực t c a mô hình 126

Hình 6.2: Kiểm nghiệm giá tr mô men c n 127

DANH SÁCH CÁC B NG

B NG TRANG

B ng 4.1: S p x p các chân c a bộ so sánh Analog 95

B ng 4.2: Các thanh ghi điều khiển bộ bi n đ i ADC 96

B ng 4.3: Sự s p x p các chân lối vào c a bộ bi n đ i ADC 96

B ng 5.1: Th tự các Pan c a mô hình 123

B ng 6.1 So sánh k t qu tính toán và thực nghiệm gi a mô hình và trên xe 129

Chư ng 1

T NG QUAN

1.1 T ng quan chung v lĩnh v c nghiên c u

Trong nh ng năm gần đơy, ngƠnh Công Nghệ Ô tô phát triển rất nhanh đặc biệt là các hệ thống điều khiển c khí, th y lực, khí nén… đư c thay th điều khiển bằng điện vƠ điện t Trong đó, hệ thống lái tr lực bằng điện (Electric Power Steering ậ EPS) là một trong nh ng hệ thống đang đư c ng d ng rất m nh m trên hầu h t các hãng xe trên th gi i nói chung và Việt nam nói riêng Cũng như tuyên bố gần đơy c a Hãng Ford ắ Hệ thống tr lực tay lái điện EPS s đư c l p đặt cho (80 ậ 90)% số xe Ford vƠo năm 2012 Tất c nh ng dòng xe s n xuất năm 2008 hiện hƠnh

c a Ford như Ford Escape, Mercury Mariner vƠ nh ng mẫu xe hybrid s p t i đều đã

có kh năng tích h p hệ thống EPS”

Hệ thống lái tr lực bằng điện EPS lƠm việc trên c s ph thuộc năng lư ng c a c quy, thực hiện các ch c năng tr lực thông thư ng nhưng v i ưu điểm n i b t so

v i các hệ thống lái tr lực truyền thống trư c đơy:

 Hệ thống EPS có kích thư c nhỏ g n, dễ l p đặt, b o dưỡng

 Gi m tiêu tốn nhiên liệu, một số nghiên c u cho thấy rằng nhiên liệu tiêu tốn

ti t kiệm (5% ậ 8%) so v i cùng một xe trang b hệ thống lái HPS

 Không ph thuộc vƠo tốc độ vòng quay c a động c

 Tăng kh năng thích ng c a hệ thống lái trong các điều kiện lƠm việc khác nhau vƠ góp phần qu n lý hệ thống tốt h n, do có kh năng đưa nhiều thông số vƠo các m ch điều khiển vƠ x lý các chư ng trình phần mềm cƠi đặt sẵn bên trong EPS-ECU

 Cho phép góp phần h n ch lư ng tiêu th nhiên liệu c a động c nhiệt bằng cách thu h i năng lư ng c a động c nhiệt khi dư thừa cấp cho bình tích năng

lư ng ( c quy) vƠ sau đó s d ng v i m c đích hỗ tr lực điều khiển c a ngư i lái

 T o điều kiện kiểm soát chặt ch sự lƠm việc c a hệ thống lái thông qua các đèn báo giúp nơng cao kh năng đ m b o an toƠn trong chuyển động c a ô tô Tuy nhiên, áp d ng các công nghệ điện t làm ph c t p thêm hệ thống, đ ng th i ngư i s d ng cần chăm sóc hệ thống cung cấp điện chặt ch h n (máy phát điện,

c quy…)

1.2 Tình hình nghiên c u trong và ngoài n c

1.2.1 Tình hình nghiên c u v h th ng lái trên th gi i:

Hiện nay, trên th gi i cùng v i sự phát triển c a các ngành khoa h c công nghệ khác như vô tuy n điện t , ch t o máy v i các bộ ph n điều khiển tinh vi, các rôbốt công nghiệp th hệ thông minh, ngành tin h c, ngành ch t o ô tô đang có

nh ng bư c ti n l n v i sự ng d ng công nghệ tin h c, điều khiển, khoa h c mô

phỏng, v t liệu m i

Ô tô ngƠy nay đư c s d ng tốc độ cao, vấn đề an toàn chuyển động ngày càng

đư c các nhà khoa h c công nghệ c a các trung tâm khoa h c t i các nư c có ngành công nghiệp ô tô hoàn ch nh như Mỹ, Tây Âu và Nh t B n đầu tư nghiên c u Trong cấu t o ô tô, hai hệ thống đư c coi là quan tr ng nhất đ m b o an toàn chuyển động là hệ thống lái (HTL) và hệ thống phanh (HTP)

Trong nh ng năm gần đơy đã có hƠng trăm các công trình khoa h c đư c công bố

nhằm hoàn thiện HTL, các công trình ch y u t p trung trong lĩnh vực động h c và động lực h c c a HTL bốn bánh- 4WS (Four Wheel Steering) nhằm tăng tính c động và hoàn thiện tính điều khiển c a HTL Tác gi Samkr Moham (USA) vào tháng θ năm 2000 đã công bố trong công trình về lo i xe có hệ thống lái c 4 bánh (All Wheel Drive) Nhiều nhà khoa h c Đ c cũng t p trung nghiên c u về hệ thống điều khiển cho các lo i xe có HTL 4WS Nh ng trung tâm khoa h c công nghệ l n như Mỹ, Tây Âu và Nh t B n hiện đang có nhiều nỗ lực nghiên c u về vấn đề tự động điều khiển HTL, đó lƠ nh ng công trình nghiên c u l n v i sự nỗ lực c a hƠng trăm nhƠ khoa h c hƠng đầu th gi i Hãng Mercedes cũng đã trình diễn lo i

xe v i HTL tự động, trong tư ng lai s đư c ng d ng để s d ng trên các lo i

đư ng thông minh Để tăng tính điều khiển và tiện nghi cho việc hoàn thiện HTL, các nhà khoa h c cũng đã đi sơu vƠo việc ch t o các bộ cư ng hoá tích cực PPS (Progressive Power Steering) để đ m b o c m giác c a ngư i lái v i mặt đư ng, tăng tính điều khiển c a HTL khi xe ch y tốc độ cao, đặc biệt là các xe th hệ m i

đư c s d ng tốc độ cao h n 100km/h

Nh ng nhà công nghệ cũng luôn ti n t i nh ng k t cấu m i cho HTL như việc phát triển các c cấu điều khiển góc đặt tr c lái vƠ vô lăng TS (Tilt Steering), cùng v i

gh ng i ngư i lái có thể điều ch nh theo 3 chiều nhằm bố trí v trí ngư i điều khiển

một cách thu n tiện nhất Xu th chung c a các trung tâm công nghiệp ô tô l n trên

th gi i là nghiên c u HTL tích cực nhằm s d ng các thành tựu về điện, điện t

ng d ng, các thành tựu về tin h c để kiểm soát đư c các tính năng c a HTL và

đ m b o các ch độ ho t động c a chúng ch độ tối ưu Như v y, có thể thấy rằng HTL v i ch c năng đ m b o tính dẫn hư ng đang đư c các nhà khoa h c hƠng đầu

th gi i t p trung nghiên c u v i nhiều nỗ lực l n Các nhà nghiên c u đã t p trung vào các nội dung sau:

 Nghiên c u động h c HTL thông qua mối tư ng quan hình h c các khơu độc

l p từ đó xác đ nh sự thay đ i động h c các khâu, k t lu n kh năng s d ng

c a các HTL khác nhau trên xe

 Xác đ nh lực tác d ng lên vƠnh tay lái để tính toán kh năng áp d ng các hệ

thống tr lực để điều khiển lái

 Xây dựng các mô hình động h c HTL trong nh ng gi thi t c h c cho sát v i điều kiện thực t từ đó nghiên c u tính năng điều khiển ô tô

 Nghiên c u các hệ thống lái có điều khiển Điện ậ Th y lực hoặc điệnậ điện t

 Nghiên c u các hệ thống lái tự động

Sau đơy lƠ m t s công trình tiêu bi u nh t:

 Công trình nghiên c u " Điều khiển động lực học c a hệ thống lái trợ lực điện"

c a PRASANTH BABU KANDULA t ại Clveland State Universitty, tháng 08 năm

2010: Nội dung c a đề tài là trình bày việc áp d ng một bộ điều khiển lo i bỏ

nh ng tác động gây nhiễu (ADRC) v i một hệ thống tr lực lái điện (EPAS) trên

ô tô M c tiêu chính c a việc điều khiển là gi m mô men xo n tác d ng b i ngư i lái xe cũng như đ t đư c c m giác lái tốt trong điều kiện có mặt c a các

rối lo n gây nhiễu từ bên ngoài và t o ra tác động xấu đ n hệ thống C hai k t

qu mô phỏng vƠ tần số - miền phơn tích ch ng minh sự n đ nh, v ng m nh, vƠ theo dõi hiệu suất tuyệt v i c a bộ điều khiển ADRC Ngoài ra, ADRC ch có hai thông số điều ch nh, làm cho nó rất đ n gi n để thực hiện và điều ch nh trong th

gi i thực

 Công trình nghiên c u c a Shin Hung Chang, Pin Yung Chen , Yi Hua Ting và Shih Wei Hung (Implementation and Control Logic Design of Intelligent Electric Power Steering System) thu ộc Phòng thí nghiệm và nghiên c u cơ khí, Viện nghiên c u Công ngh ệ Công nghiệp, Đài Loan: Đề tài ng d ng thu t toán logic

m thi t k điều khiển hệ thống lái tr lực điện thay th cho các hệ thống lái tr

lực th y lực và tr lực điện ậ th y lực nhằm đ t đư c hiệu qu tốt h n cho hệ

thông số hình h c ch n lựa c a HTL và hệ thống treo phía trư c cần ph i phù

h p trong quan hệ v i sự bi n đ i c a góc nghiêng d c c a tr c đ ng, c a góc nghiêng ngoài c a bánh xe, c a góc ch m bánh xe, vƠ độ chuyển d ch ngang c a

ti p điểm ti p xúc bánh xe v i mặt đư ng khỏi v trí thi t k tùy theo v trí bánh

xe trên chiều cao đối v i phần treo c a ô tô, cũng như trong quan hệ ph thuộc

vƠo góc quay bánh xe ngoƠi đối v i góc quay bánh xe trong Ngoài ra, còn ph i tính đ n c góc nghiêng ngang c a tr c đ ng, nó có ý nghĩa đáng kể đối v i độ

n đ nh chuyển động c a ô tô, vì sự thay đ i c a nó tư ng ng gần chính xác v i

sự thay đ i góc nghiêng ngoài c a bánh xe Nh ng sự ph thuộc nƠy đư c xác

đ nh bằng phư ng pháp đ th hoặc phư ng pháp gi i tích Phư ng pháp đ th rõ ràng, trực quan, nhưng rất tốn công s c vƠ do đó độ chính xác c a k t qu thu

đư c ph thuộc vào sự cẩn th n khi thực hiện và các thi t b v hiện có Vì v y, phư ng pháp đ th ch dùng trong các s đ động h c đ n gi n và xác đ nh

nh ng ph thuộc đ n lẻ Phư ng pháp gi i tích đư c s d ng đặc biệt h p lý khi

có kh năng dùng máy tính C trong nh ng trư ng h p ph c t p nhất sau khi đã đưa ra đư c nh ng sự ph thuộc gi i tích cần thi t, phư ng pháp nƠy cho ta kh năng l p chư ng trình cho máy tính vƠ s thu đư c l i gi i điển hình cho một v trí và dễ dàng thực hiện các tính toán như v y cho các v trí ti p theo c a bánh

xe, cho một hoặc một số giá tr c a các thông số hình h c

1.2.2 Tình hình nghiên c u trong vùng ASEAN vƠ trong n c:

Nh sự phát triển nhanh về khoa h c kỹ thu t, trên th gi i đã có nhiều công trình nghiên c u về HTL tr lực thuỷ lực vƠ đưa vƠo ng d ng có hiệu qu , ngày càng

đư c c i ti n và tối ưu hóa qúa trình điều khiển c a hệ thống Theo đó, nội dung chư ng trình vƠ công nghệ ch t o mô hình ph c v cho việc gi ng d y và nghiên

c u cũng đư c thực hiện hoƠn thƠnh vƠ đánh giá tốt

Trong công tác nghiên c u, nh ng năm gần đơy cũng đã có một số cán bộ khoa h c công nghệ đi sơu nghiên c u các hệ thống ô tô đặc biệt là HTL và hệ thống phanh Nhóm các cán bộ nghiên c u c a các trư ng Đ i h c cũng đã có nhiều nỗ lực ng

d ng các phần mềm chuyên d ng như Alaska 2.3, Sap 90, Simulink trong quá trình nghiên c u ô tô Việt Nam chúng ta đang trong giai đo n xây dựng nền công nghiệp ô tô giai đo n l p ráp và ti n hƠnh chư ng trình nội đ a hóa các c m chi ti t và ph tùng ô tô xe máy Trong đó cũng có một số công trình nghiên c u đã

đư c công bố như:

 Thạc sĩ Lê Thanh Nhàn [9]nghiên c u thiết kế chế tạo ECU điều khiển trợ lực lái điện (tháng 10 năm 2008) (xem hình 1.1):

N i dung nghiên c u ch y u c a đ tài:

 Đề tƠi đã gi i thiệu một cách khái quát

các hệ thống lái điều khiển tr lực, đặc

tính vƠ các trư ng h p khi hệ thống ho t

động thực t , qua đó ngư i thực hiện đã

l p trình và x lý các tình huống để có

đư c hệ thống lái an toàn và tiện l i

 Gi i thiệu t ng quan về vi điều khiển và

ngôn ng l p trình Assembly, các ng

d ng vi điều khiển trong việc hiển th

thông tin trên LCD, các m ch chuyển

đ i tín hiệu và các m ch điều khiển,

trên c s đó lựa ch n các linh kiện

điện t thông d ng trên th trư ng Việt

Nam để thi t k m ch điều khiển tr lực

lái điện Đ ng th i đề tƠi đã xơy dựng

đư c s đ khối điều khiển, lưu đ thu t toán điều khiển, l p trình phần mềm

n p vƠo vi điều khiển và ch t o thành công m ch điều khiển tr lực lái điện

 Sau khi ch t o hoàn thiện đã ti n hành th nghiệm trên mô hình, tuy nhiên do

h n ch về th i gian và là hệ thống m i hiện nay rất ít xe có nên việc th nghiệm thực t vẫn chưa thực hiện đư c

Tuy nhiên, đề tài ch t p trung ng d ng vi điều khiển vƠ các đặc tính làm việc

c a hệ thống lái tr lực điện để thi t k hộp ECU điều khiển Do đó, đề tài còn

h n ch trong việc ng d ng vào gi ng d y chuyên ngƠnh hay điều khiển thay đ i các thông số làm việc c a hệ thống NgoƠi ra, đề tài ch ng d ng cho một lo i ô

tô c thể lƠ Suzuki, chưa ng d ng đư c nhiều cho các hãng xe khác

Hình 1.1: Mô hình thi t k

h p ECU đi u khi n h th ng lái tr l c đi n [9]

 Thạc sĩ Trần Văn Lợi [10] nghiên c u thiết kế mô hình hệ thống lái không trục lái (tháng 10 năm 2010) :

N i dung nghiên c u c a đ tài:

- ng d ng phần mềm LabVIEW để điều khiển c cấu lái không thông qua tr c lái

- T o c m giác lái c a mô hình xác thực v i c m giác lái c a hệ thống lái thực

t trên ô tô

- Thi t k mô hình v i bánh xe dẫn hư ng không ti p xúc v i mặt đư ng

Đề tài có nhiều tính năng m i n i b t về ng d ng phần mềm LabVIEW điều khiển, t o c m giác lái dựa trên s c c n mặt đư ng Tuy nhiên, đề tƠi cũng còn

một số h n ch về kỹ thu t, an toƠn như: Truyền động không thông qua tr c lái nên tính năng về độ tin c y c a hệ thống chưa cao, đề tài ch dừng l i m c độ

mô hình và thực nghiệm chưa ng d ng đư c vào thực t

 Tiến Sĩ Nguyễn Khắc Trai [6] trong luận án c a mình cũng nghiên c u sâu về lý thuy ết quay vòng c a hệ thống lái tất cả các bánh xe và bộ điều khiển lái điện cho c ầu sau 4WS (Four Wheels Steering) (xem hình 1.2) :

Hình 1.2: H th ng lái 4WS đi u khi n đi n - c khí [6]

Nội dung nghiên c u c a hệ thống: Hệ thống đư c bố trí trên xe Volkswagen, Renault, các c m: cầu trư c vƠ cầu sau thuộc lo i cầu có các bánh xe dẫn hư ng Trên cầu trư c s d ng tr lực điện bằng motor bư c 4 Trên cầu sau bố trí motor

bư c điều khiển chuyển hư ng cho các bánh sau 3 Điều khiển các motor nh các c m bi n: tốc độ, vƠ gia tốc bên c a ô tô 2, mô men trên tr c lái vƠ góc quay

tr c lái η,ηWS-ECU điều khiển các motor bư c M c đích chính c a việc nghiên

c u lƠ xác đ nh tình tr ng mong muốn c a ngư i lái (góc quay mô men tr c lái, tốc độ ô tô), điều khiển sự quay vòng vƠ tr lực c a các bánh xe trư c Các c m

bi n tốc độ ô tô, gia tốc bên, góc quay thơn xe điều khiển ch độ chuyển hư ng

c a các bánh xe sau thông qua motor bư c Hệ thống còn xác đ nh tình tr ng nguy hiểm có thể x y ra c a ô tô để điều khiển chuyển hư ng cho tất c các bánh

xe vƠ điều khiển các ho t động c a ABS, tr ng thái ho t động c a động c Hiệu

qu c a các ch độ lƠm việc đư c đánh giá thông qua các phần mềm cƠi đặt sẵn

c a 4WS-ECU đ m b o ô tô quay vòng ắlý tư ng”, h n ch tối đa hiện tư ng trư t bên c a các bánh xe sau (văng ngang đuôi xe), h n ch sự quay m nh thơn

xe Ngoài ra, hệ thống còn cho phép m rộng góc chuyển hư ng c a các bánh cầu trư c vƠ cầu sau lên xấp x 400 nhằm nơng cao kh năng c động ra vƠo chỗ

đỗ

Ngoài ra, còn một số công trình nghiên c u khác như: GS.TSKH Đỗ Sanh cũng lãnh đ o một nhóm nghiên c u về động h c, động lực h c trong đó có một phần nghiên c u về động h c quay vòng xe tốc độ cao Th c sĩ Nguyễn Xuơn Chơu đã

b o vệ thành công lu n văn Th c sĩ v i đề tƠi c cấu lái đặc biệt cho ngư i tàn t t

t i Seminar 12/2000 TS Nguyễn Xuân Thiện và TS Lê H ng Quang trong khuôn

kh đề tƠi nhƠ nư c KHCN-05-09 đã th nghiệm thành công bộ tr lực lái thuỷ lực

do Việt Nam ch t o áp d ng cho xe xích T55 TS Nguyễn Thanh Quang v i đề tài nghiên c u động h c, động lực h c vƠ độ bền HTL trên xe Mêkông Star Th c sĩ Vũ Cao Điền v i đề tài tính toán n đ nh l t cho xe t i nhỏ bằng đ th quỹ đ o pha c a HTL Th c sĩ Nguyễn H ng Vũ v i đề tƠi tính toán động lực h c quay vòng cho

Trong th i gian qua, việc gi ng d y về HTL có tr lực thuỷ lực nư c ta còn gặp nhiều khó khăn lƠ do m ng thi t b và mô hình d y h c c a hệ thống chưa nhiều, giá thành c a các thi t b ngo i nh p khá cao, nhiều trư ng khó có thể trang b Việc nghiên c u và ch t o các mô hình ph c v cho việc gi ng d y và nghiên c u vẫn còn quy mô nhỏ, phần l n là do nhu cầu cấp thi t c a công tác gi ng d y nên tự thi t k và thi công trên các thi t b sẵn có Một số công ty s n xuất đ dùng d y

h c nư c ta cũng đã nghiên c u ch t o nhiều thi t b , mô hình d y h c về HTL

có tr lực thuỷ lực trên c s các chi ti t và thi t b nh p từ nư c ngoài về, nhưng

rất đ n gi n, phần l n là ch dùng để d y về cấu t o, và gi i thiệu về nguyên lý ho t động c b n c a hệ thống Các mô hình này thi u một số ch c năng cần thi t để h c

t p và nghiên c u trên mô hình, như không quan sát đư c các ch độ ho t động c a

hệ thống, không đo kiểm đư c một số thông số c b n …

Nhìn chung, v i các thi t b và mô hình đã có, chưa thể đáp ng đư c nhu cầu gi ng

d y và nghiên c u nư c ta hiện nay về hệ thống lái tr lực điện

1.3 M c tiêu vƠ đ i t ng nghiên c u

1.3.1 M c tiêu nghiên c u:

V n d ng các ki n th c lý thuy t về hệ thống lái trên ô tô, lý thuy t về vi điều khiển, thi t k m ch giao ti p, m ch điều khiển, vi t chư ng trình giao ti p vƠ điều khiển nhằm giúp cho quá trình d y và h c đư c tốt h n, giúp cho giáo viên vƠ h c viên có thể trực ti p quan sát sự ho t động c a hệ thống qua d liệu hiển th trên máy tính, đ ng th i từ máy tính có thể điều khiển các ch độ ho t động c a hệ

1.4 Nhi m v và ph m vi nghiên c u c a đ tài

1.4.1 Nhi m v c a đ tài:

Trong lĩnh vực d y h c và nhất lƠ trong lĩnh vực đƠo t o nghề, mô hình d y h c đóng vai trò quan tr ng Việc giao ti p gi a máy tính và mô hình gi ng d y giúp giáo viên ch động trong quá trình lên l p và việc truyền th ki n th c cũng như rèn luyện kỹ năng nghề cho các h c viên đư c thu n tiện h n Giao ti p gi a máy tính

và các thi t b máy móc dùng trong s n xuất công nghiệp đã đư c ng d ng khá ph

bi n nhưng dùng trong d y h c thì còn h n ch Vì v y, đề tài ắmô hình hệ thống lái

tr lực điện có giao ti p máy tính thông qua LabVIEW” đã đư c ch n lƠm đề tài nghiên c u nhằm có thể áp d ng nh ng thành tựu mà phần mềm này mang l i, giúp cho các giáo viên và các h c viên có thêm một phư ng tiện m i để h c t p và nghiên c u

1.4.2 Ph m vi nghiên c u:

Đề tài là mô hình d y h c nên ph m vi nghiên c u ch y u t p trung nghiên c u lý thuy t về hệ thống lái tr lực điện, m ch giao ti p gi a máy tính v i mô hình thông qua phần mềm LabVIEW, thi t k giao diện mô phỏng trên máy tính và thi t k bố trí mô hình

1.5 Ph ng pháp nghiên c u

 Tìm hiểu lý thuy t về nhiệm v , cấu t o và nguyên lý ho t động c a các hệ thống lái tr lực th y lực (Hydraulic Power Steering ậ HPS hay PS), tr lực th y lực - điện (Electric Hydraulic Power Steering ậ EHPS) đang đư c ng d ng trên ô tô

hiện nay Từ đó rút ra các như c điểm c a các hệ thống

 Tìm hiểu lý thuy t về nhiệm v , cấu t o và nguyên lý ho t động c a hệ thống lái

tr lực điện (Electric Power Steering ậ EPS)

 Nghiên c u một số s đ m ch điện điều khiển hệ thống lái tr lực điện c a một

số hãng xe

 Nghiên c u lý thuy t động h c quay vòng vƠ động h c c a hệ thống lái để tìm ra

mô men quay c a vành tay lái và mô men c n do mặt đư ng tác d ng lên hệ

thống lái Từ đó tìm ra phư ng pháp l p trình điều khiển hệ thống từ phần mềm LabVIEW

 Tìm hiểu và ng d ng phần mềm LabVIEW l p trình điều khiển hệ thống và thay

đ i một số thông số cần thi t như: tốc độ ô tô, tốc độ động c vƠ mô men c n quay vòng…

 Nghiên c u lý thuy t vi điều khiển để thi t k các card giao ti p từ máy tính v i

mô hình thông qua phần mềm LabVIEW để truyền và nh n tín hiệu

 Nghiên c u thi t k mô hình gi ng d y hệ thống lái tr lực điện có giao ti p máy tính theo LabVIEW

 So n bộ tài liệu hư ng dẫn kiểm tra, chẩn đoán vƠ s a ch a hệ thống và thi t k

một số bài h c thực hành trên mô hình

Ch ng 2

C S LÝ THUY T

2.1 T ng quan v h th ng lái tr l c

2.1.1 Công d ng h th ng lái tr l c:

Tr lực c a hệ thống lái có tác d ng gi m nhẹ cư ng độ lao động c a ngư i lái,

gi m mệt mỏi khi xe ho t động trên đư ng dƠi Đặc biệt trên xe có tốc độ cao, tr

lực lái còn nhằm nâng cao tính an toàn chuyển động khi xe có sự cố bánh xe như

n lốp, h t khí nén trong lốp và gi m va đ p truyền từ bánh xe lên vành tay lái

Để c i thiện tính êm d u chuyển động, phần l n các xe hiện đ i đều dùng lốp b n

rộng, áp suất thấp để tăng diện tích ti p xúc v i mặt đư ng K t qu là cần một lực lái l n h n

Lực lái có thể gi m bằng cách tăng tỷ số truyền c a c cấu lái Tuy nhiên, việc đó

l i đòi hỏi ph i quay vô lăng nhiều h n khi xe quay vòng dẫn đ n không thể thực hiện đư c việc quay vòng ngoặc gấp

Vì v y, để gi cho hệ thống lái nhanh nh y trong khi vẫn ch cần lực lái nhỏ, cần

- Nhóm tr lực có điều khiển điện ậ điện t

Các phư ng pháp điều khiển c a hai nhóm nêu trên có thể đư c mô t tóm t t như sau:

 Phư ng pháp điều khiển lưu lư ng (Flow Control Method): Trong phư ng pháp nƠy van điện từ Solenoid đư c đặt t i v trí c a ra c a b m để m một

điện từ solenoid m khi ô tô ch y tốc độ cao để gi m lưu lư ng c a b m cấp

đ n van tr lực và xy lanh tr lực Điều nƠy lƠm tăng lực lái Bằng việc gi m

độ c n c a m ch gi a b m vƠ xy lanh tr lực, yêu cầu về tr lực s gi m Dòng dầu th y lực đư c đưa t i xy lanh tr lực s gi m khi lái tốc độ cao và

v y đối v i phư ng pháp nƠy, lư ng t lệ ph n h i và lực ph n lái s cân bằng

bằng gi a lư ng ph n h i lái và lực c n lái

 Phư ng pháp điều khiển đặc tính van (Valve Characteristics Control Method): Trong phư ng pháp nƠy, áp suất điều khiển b gi i h n b i c cấu van xoay

t c lƠ điều khiển lư ng và áp suất c a dầu cung cấp cho xy lanh tr lực đư c chia thành phần th hai, phần th ba Còn phần th tư đư c điều khiển b i tín hiệu động c điều khiển dòng dầu gi a phần th hai và phần th ba c a van

Hiệu qu lái đư c điều khiển bằng cách phát hiện ra nh ng bi n đ i điều khiển

c a phần th tư để bi n đ i t lệ tr lực Do cấu trúc hệ thống đ n gi n và dòng dầu đư c cung cấp hiệu qu từ b m đ n xy lanh tr lực, hệ thống này thể

hiện lư ng ph n h i tốt Khi dòng điện cấp cho van điện từ là 0,3A van s m

h t cỡ và rất phù h p v i ch y xe tốc độ cao

 Phư ng pháp điều khiển ph n lực dầu (Hydraulic Reaction Force Method):

Trong phư ng pháp nƠy hiệu qu tr lực lái đư c điều khiển b i c cấu ph n

lực dầu, nó đư c l p trên van xoay (van tr lực) Van điều khiển ph n lực dầu lƠm tăng áp suất dầu cấp cho khoang ph n lực phù h p v i tốc độ xe

2.2.2 Mô hình toán h c HTL tr l c thuỷ l c:

Dựa trên mô hình t ng quát c a hệ thống lái tr lực thuỷ lực ta có thể xây dựng mô hình toán h c như sau:

Hình 2.2: S đ kh i mô hình toán h c HTL có tr l c

1- Vô lăng; 2- Trục lái chính; 3- Cơ cấu lái; 4- Dẫn động lái; 5a, 5b – Bánh xe

d ẫn hướng; 6- Xi lanh trợ lực;

P 1 - L ực quay vòng c a người lái đặt trên vành tay lái

P 2 - L ực trên ngõng lái (hoặc thanh răng)

P 3-1 , P 3-2 - L ực cản quay vòng các bánh xe

M 1 – Mô men do người lái tác động vào trục lái

Trên mô hình toán h c (Hình 2.2) c a HTL có tr lực có bố trí thêm phần t 6, đó lƠ

phần t tr lực Phần t tr lực t o ra một lực PTLtác động vƠo c cấu lái để hỗ tr cho lực c a ngư i lái Như v y, c cấu lái 3 s là bộ ph n t ng h p c a 2 lực: Lực

do mô men M1 đư c chuyển hoá từ lực c a ngư i lái P1 và lực PTL sinh ra do phần

t tr lực C 2 thông số nƠy đều bi n đ i theo lực c n quay vòng c a ô tô

2.2.3 Đặc tính tr l c lái:

Trong thi t k hệ thống tr lực lái ngư i ta có thể ch n ch độ điều khiển sao cho

lực lái P1đặt trên vô lăng tư ng đối nhỏ, kho ng (3 - 5)kg v trí PCmax Tuy nhiên,

n u đặc tính này bất bi n thì s x y ra tình tr ng mất c m giác lái tốc độ cao vì khi

xe ch y tốc độ cao thì lực c n quay vòng nhỏ và lực đặt trên vành tay lái rất nhỏ làm

mất c m giác mặt đư ng c a ngư i lái Vì v y, trong các HTL tr lực hiện đ i ngư i ta thực hiện ch độ điều khiển thay đ i hệ số tr lực lái, t c là tốc độ càng cao càng ph i gi m phần PTL và có thể gi m t i 0 Khi đó coi như hệ thống tr lực

không làm việc Nói cách khác, ngư i ta có thể t o ra một chùm các đặc tính tr lực (các đư ng tia trên đ th đặc tính tr lực, xem hình 2.3)

Hình 2.3: Đ th đặc tính tr l c 2.2.4 Gi i pháp đi u khi n thay đ i h s tr l c lái:

Một số xe c a hãng HONDA đ i từ 1992 tr về trư c s d ng một b m dầu ph l p

tr c dơy công t mét để t o ra dòng dầu có lưu lư ng thay đ i theo tốc độ ô tô tác động vào van tr lực nên dẫn đ n gi m hệ số tr lực

2.3 H th ng tr l c th y l c đi u khi n đi n đi n t

Hệ thống lái tr lực điều khiển điện ậ điện t có nhiều lo i đư c thi t k bố trí khác nhau Vì v y, việc phân tích cấu trúc hệ thống vƠ phư ng pháp điều khiển cũng

đư c tách riêng đối v i từng kiểu

2.3.1 H th ng lái tr l c th y l c v i van đi n t l p b m tr l c th c hi n

Hình 2.4: S đ h th ng lái tr l c th y l c v i van đi n t l p b m tr

l c[6]

Hình 2 5: B m tr l c lái vƠ van đi n t [6]

Trong phư ng pháp nƠy van điện từ đư c điều khiển b i một ECU tr lực lái (PS - ECU) lƠm thay đ i độ m van từ c a cấp về c a h i dầu theo tốc độ ô tô Nh đó

mà áp suất trong hệ thống tr lực lái gi m theo tốc độ ô tô Tín hiệu tốc độ ô tô

đư c ph n nh bằng c m bi n tốc độ ô tô l p tr c th cấp hộp số

2.3.2 H th ng tr l c th y l c v i van đi n t trên m ch d u van tr l c lái:

Van tr lực lái đư c ch t o theo nguyên lý m ch cầu thuỷ lực g m 6 c a:

+ C a P: C a dầu từ b m tr lực đ n

+ C a R: C a dầu từ van tr lực về bình dầu

+ C a A và c a B: C a dầu đ n 2 phía c a piston xi lanh tr lực

+ C a C và c a D: C a dầu đ n van điện từ

Độ m c a van điện từ đư c điều khiển bằng chuỗi xung có tỷ lệ thư ng trực thay

đ i từ ECU lái (PS - ECU) Độ m l n c a van điện từ tốc độ cao s làm c n tr dòng dầu từ c a B c a van (t c là từ 1 phía c a piston xi lanh tr lực) h i về thùng dầu vƠ như v y s c n tr việc di chuyển c a piston xi lanh tr lực lái Điều này s làm cho HTL kém nh y h n, lái nặng h n tốc độ cao (Hình 2.6; 2.7; 2.8)

Hình 2.6: S đ HTL thay đ i h s tr l c lái bằng van đi n t van tr l c

(a) (b)

(c)

Hình 2.8: (a) - V trí b trí van đi n t ; (b) - S đ m ch d u;

(c) - M i quan h gi a áp su t d u và mô men tr l c lái

Mô men tr l c

Áp su t

2.3.3 H th ng lái tr l c th y l c v i van đi n t t i c a vƠo ra (c a P vƠ c a R) c a van tr l c:

Bằng cách điều khiển độ m c a van điện từ thay đ i theo tốc độ ô tô làm cho một

phần dầu từ b m tr lực lái đư c đi t t qua van điện từ và h i về bình dầu, dẫn t i

thay đ i áp suất vƠ lưu lư ng cấp cho xi lanh tr lực Từ đó, thay đ i lực lái (xem hình 2.9)

Hình 2.9: Nguyên lý thay đ i h s tr l c bằng van đi n t t i c a vào ra[9] 2.3.4 H th ng lái tr l c th y l c v i cách thay đ i t c đ b m tr l c lái:

Trong trư ng h p nƠy b m tr lực lái không dẫn động bằng dơy đai từ động c mƠ

đư c dẫn động từ một động c điện, đư c điều khiển b i PS - ECU Tốc độ b m

ph thuộc vào 2 y u tố chính là tốc độ ô tô và tốc độ đánh tay lái Hai y u tố này

đư c ph n nh bằng hai tín hiệu, tín hiệu c m bi n tốc độ ô tô và c m bi n góc đánh lái Có hai cách điều khiển ph thuộc vào lo i motor dẫn động b m tr lực

(a) S đ h th ng (b) C u trúc và tín hi u ra

(c) S đ t ng quát h th ng Hình 2.10: H th ng lái tr l c th y l c có đi u khi n thay đ i t c đ motor

Hình 2.10 là hệ thống tr lực lái dùng motor điện 1 chiều thông thư ng (có c góp,

ch i than) dẫn động b m tr lực lái Tốc độ b m tr lực lái thay đ i làm thay đ i lưu lư ng và áp suất trong hệ thống, k t qu là nh hư ng đ n hệ số tr lực lái Ngày nay, do kỹ thu t l p trình phát triển m nh các hệ thống điều khiển ô tô nên

nh ng hệ thống lái tr lực th y lực điều khiển điện đã áp d ng motor bư c (không

c góp, ch i than) để dẫn động b m tr lực lái

Xe Ford Focus s n xuất năm 2007 do liên doanh ô tô Ford ậ Việt Nam s n xuất áp

d ng phư ng án nƠy Tốc độ b m đư c l p trình điều khiển theo tốc độ ô tô và tốc

lực ph c t p như v y m i thực hiện đư c nh điều khiển motor bư c Hình 2.12 mô

t k t cấu c a motor bư c

Hình 2.12: C u t o motor b c[9]

1- Gi ắc điện; 2- Hộp điều khiển; 3- Phớt; 4- Vòng bi; 5- Trục; 6- Nắp che; 7- Rô to có nam châm; 8- Stato; 9- B ộ phân phối; 10- Vòng bi;

Hệ thống tr lực này, s d ng một motor điện áp 12 V không ch i than dẫn động

b m thuỷ lực Tốc độ b m đư c điều khiển tăng cao khi đánh lái Việc nƠy để tránh tiêu th năng lư ng không cần thi t trong phần l n th i gian khi lái xe Phư ng pháp điều khiển motor cũng đư c thực hiện bằng điện t , không có ch i than và c góp Do v y, toàn bộ hệ thống đư c thi t k để không cần b o dưỡng

Trong h n 8η% tình huống lái xe, b m tr lực lái ho t động tốc độ ch và tiêu th dòng điện nhỏ h n 4A Tuy nhiên, tốc độ b m có thể đư c tăng lên nhanh chóng t i

tốc độ tối đa khi đánh lái trong trư ng h p khẩn cấp Hệ thống này thuộc lo i điều khiển tốc độ liên t c Dùng motor không ch i than lƠm tăng độ tin c y và kéo dài

tu i th c a b m B m thuỷ lực là lo i b m bánh răng, một bu ng cộng hư ng

đư c nằm trong thơn b m s làm gi m ti ng kêu do b m phát ra Một van h n ch

áp suất đư c l p vào trong vỏ b m s gi i h n áp suất dầu thuỷ lực áp suất tối đa

120 bar

2.4 H th ng lái tr l c đi n ậ đi n t

Hệ thống lái tr lực điện - điện t ra đ i lƠ do đòi hỏi tốc độ ngày một cao h n, chất

lư ng tốt h n vƠ yêu cầu gi m năng lư ng tiêu th phư ng tiện ngày một gia

tăng Để đáp ng cho các đòi hỏi này, việc nghiên c u và phát triển theo xu hư ng

c i thiện hệ thống điều khiển điện điện t nhằm m c đích nơng cao h n n a các

ch c năng vƠ đặc tính c a nó Điểm đặc biệt đó g m hai đề xuất là gi i thiệu lôgíc toán h c và hệ thống lái chuyên sâu phù h p v i môi trư ng xe ch y bằng cách thay

đ i các tr lực cho phù h p v i điều kiện giao thông hoặc điều kiện bề mặt đư ng

để t o c m giác nh y bén khi lái xe Vấn đề quan tr ng nhất là kh năng ph n ng

t c th i c a tr lực lái, gây c m giác cho ngư i lái làm h ph i chú ý đ n sự bi n

đ i do ph n lực lái gơy ra Như v y, hệ thống cung cấp cho ngư i lái xe các thông tin cần lưu ý trong điều kiện v n hành c a phư ng tiện, ví d : Sự bi n đ i v n tốc

và gia tốc, ph n lực lái, không ch c i thiện mối quan hệ gi a ngư i lái vƠ phư ng

tiện mà còn có thể t o ra sự phù h p gi a c m giác c a ngư i lái và hệ thống lái, nhưng ch c năng tự động bù khi phư ng tiện có nh ng bi n đ i không đ ng đều mà nguyên nhân do sự xáo trộn gơy ra cũng có thể đư c gi i quy t

Tr lực lái điện (EPS ậ Electric Power Steering) là một hệ thống điện hoàn ch nh làm gi m đáng kể s c c n hệ thống lái bằng cách cung cấp dòng điện trực ti p từ motor điện t i hệ thống lái Thi t b này bao g m có c m bi n tốc độ xe, một c m

bi n lái (mô men, v n tốc góc), bộ điều khiển điện t ECU và một motor Tín hiệu đầu ra từ mỗi c m bi n đư c đưa t i ECU có ch c năng tính toán ch độ điều khiển lái để điều khiển ho t động c a motor tr lực

Hệ thống lái tr lực điện ậ điện t g m có 3 lo i tr lực c b n:

 Motor tr lực bố trí trên tr c lái (hình 2.13)

 Motor tr lực bố trí trên c cấu lái vƠ đư c thi t k r i (hình 2.14)

Motor r i, có tr c vít ăn kh p v i bánh vít trên thanh răng c a c cấu lái

 Motor tr lực bố trí trên c cấu lái vƠ đư c thi t k liển (hình 2.15)

Hình 2.13: H th ng lái tr l c đi n ậ đi n t v i motor tr l c b trí trên tr c

lái[15]

Hình 2.14: H th ng lái tr l c đi n ậ đi n t v i motor tr l c b trí trên c

c u lái vƠ đ c thi t r i[15]

C cấu lái tr c răng ậ thanh răng

C m bi n

mô men

Tr c lái

Tr c vít bánh vít

Hình 2.15: H th ng lái tr l c đi n ậ đi n t v i motor tr l c b trí trên c

c u lái vƠ đ c thi t k li n[15]

2.4.1 Tr l c trên tr c lái:

Motor tr lực cùng c cấu gi m tốc tr c vít- bánh vít đư c bố trí tr c lái chính (trư c đo n các đăng tr c lái) T i đơy cũng bố trí c m bi n mô men lái C nh đó lƠ ECU tr lực lái điện ậ điện t (ECU - EPS), xem hình 2.16

Hình 2.16: C c u tr l c lái đi n ậ đi n t tr l c trên tr c lái[15]

Hệ thống đư c điều khiển theo s đ t ng quát (hình 2.16 và 2.17) trên đó, có thể

nh n thấy các tín hiệu đầu vào c a ECU-EPS g m 4 nhóm tín hiệu chính:

1- Nhóm tín hiệu từ c m bi n mô men lái

2- Tín hiệu tốc độ ô tô: Tín hiệu này có thể g i trực ti p về ECU-EPS hoặc truyền d liệu thông qua m ng CAN (Controller Area Network)

3- Tín hiệu tốc độ động c (xung NE từ c m bi n tr c khuỷu) thông qua ECU động c vƠ m ng CAN truyền t i ECU-EPS

4- Nhóm d liệu cƠi đặt và tra c u thông qua gi c k t nối d liệu DLC3 (Data Link Connector) để truy nh p các thông tin cƠi đặt và tra c u thông tin làm việc c a hệ thống và báo lỗi hệ thống

Hình 2.17: S đ t ng quát c a h th ng lái đi n tr l c trên tr c lái[12]