Hệ thống ESP trên ô tô

Những ưu điểm của hệ thống EPSAdvances of electronic power steering Gọn nhẹ, chỉ cần bình accu là hoạt động được Không cần xả gió trong hệ thống, nhẹ hơn so với hệ thống trợ lực bằng t

Đồ án chuyên ngành

KHÁI QUÁT HỆ THỐNG EPS

(Electronic Power Steering)

Sinh viên thực hiện:

PHẠM CHÂU VŨ

Giáo viên hướng dẫn:

Thạc sĩ NGUYỄN NGỌC BÍCH Trưởng bộ môn công nghệ ôtô

Bộ môn khung gầm Khoa cơ khí động lực Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố hồ chí minh

2005

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ

Thuật

Tp Hồ Chí Minh

KHÁI QUÁT HỆ THỐNG EPS

(Electronic Power Steering)

GVHD : Thạc sĩ Nguyễn Ngọc Bích

SVTH : Phạm Châu Vũ

MSSV : 02205062

GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG EPS

Lịch sử của hệ thống EPS

So sánh hệ thống EPS với hệ thống lái thường

Ưu điểm của hệ thống EPS

CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG EPS

Thư giãn

Lịch sử của hệ thống EPS

Trước đời xe S2000 (xe thể thao) , NSX là xe sử dụng hệ thống EPS đầu tiên Một số nhà sản xuất khác cũng quan tâm đến hệ thống này trong đó có một số xe như (MR2, EV1…) có hệ thống trợ lực bằng điện và thuỷ lực Hệ thống này có nhiệm vụ là thay thế bơm truyền thống (bơm dầu) bằng bơm điện Và hãng Honda là nhà sản xuất đầu tiên phát triển hệ thống này (EPS) Hệ thống này không tiêu tốn công suất vô ích đồng nghĩa là tiết kiệm được tiền cho người sử dụng.

Hãng Honda tập trung nghiên cứu chủ yếu hệ thống này vì : nó gọn nhẹ và không lấy thêm công suất của động cơ vì hệ thống EPS chỉ sử dụng năng lượng điện khi cần thiết, tuy nhiên nó vẫn cho người lái kiểm soát xe một cách chính xác, dễ dàng hơn với sự trở lực bằng điện tử Ngoài ra hệ thống này rất dễ dàng lắp đặt ,đặc biệt với những

xe động cơ đặt ở giữa hay phía sau (rất hay xảy ra hiện tượng bể ống dầu khi dùng hệ thống lái thường).

Những ưu điểm của hệ thống EPS

(Advances of electronic power steering)

Gọn nhẹ, chỉ cần bình accu là hoạt động được

Không cần xả gió trong hệ thống, nhẹ hơn so với hệ thống trợ lực bằng thuỷ lực

Ít tốn công suất hơn vì động cơ không phải kéo bơm thuỷ lực

Sử dụng cấu trúc cầu phân áp để đáp ứng theo sự thay đổi của xe

Lấy tín hiệu từ cảm biến tốc độ bánh xe để đáp ứng sự trợ lực mà xe cần

Có chức năng dự phòng cho phép xe trở về hệ thống lái thường , khi hệ thống lái bằng điện bị hỏng

CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG Electronic Power Steering

SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT CỦA HỆ THỐNG

So sánh hệ thống EPS với hệ thống thường

Sự vận hành của hệ thống lái trợ lực bằng điện tử

(Electronic Power Steering System Operation)

Cảm biến góc quay tay lái (Steering sensor)

Sự vận hành của môtơ điện và cơ cấu lái (Electronic motor and steering

Là hệ thống trợ lực lái bằng điện , dùng một môtơ điện để dẫn động bơm thuỷ lực hoặc dẫn động trực tiếp hệ thống lái , chức năng của hệ thống này không phụ thuộc vào tốc độ xe vì thế rất tiết kiệm được năng lượng.

HÌNH

Cảm biến góc quay tay lái gồm một cảm biến momen ( Torque Sensor) và một bộ phận giắc cắm (giao diện giao tiếp) Cảm biến này gồm một lõi trượt được gắn trên trục bánh răng bên của bán trục, một rãnh xoắn được lắp bên hông của con trượt và hai chốt nhô ra khỏi trục bánh răng bên của bán trục được gắn trong rãnh này Con trượt quay cùng với trục bánh răng bên của bán trục Khi có một sự cản trở rất nhỏ ở bánh trước khi bánh xe quay , con trượt và trục bánh răng bên của bán trục sẽ quay cùng nhau và những cái chốt vẫn nằm ở giữa trong rãnh xoẵn trên con trượt, sự cản trở rất nhỏ ở bánh trước khi bánh xe quay xảy ra khi vỏ trước của xe bị trượt trên mặt đường trơn (xấu) hay là bánh trước của xe bị giằng nhô lên khỏi mặt đường Khi có sự cả trở này ở bánh trước của xe khi xe quay tay lái , thanh xoắn quay trong trục bánh răng bên của bán trục Hoạt động này làm cho những chốt sẽ di chuyển trong những rãnh xoắn của con trượt làm cho con trượt sẽ di chuyển lên xuống.

XEM HÌNH

Trục bánh răng bên của bán trục với con trượt và bộ chuyển đổi

Một số cảm biến góc quay tay lái và cảm biến momen

Steering sensor Torque sensor

Lõi trượt được bao quanh bởi bộ chuyển đổi vi sai biến thiên và con trượt di chuyển lên xuống bên trong cuộn dây của bộ chuyển đổi khi quay vô lăng Bộ chuyển đổi có một cuộn dây sơ cấp và hai cuộn thứ cấp phía trên và phía dưới Khi bật công tắc đánh lửa, một dòng điện dao động trong cảm biến góc quay tay lái cung cấp dòng điện xoay chiều đến cuộn sơ cấp của bộ chuyển đổi Khi dòng điện đổi chiều qua cuộn sơ cấp, từ trường biến thiên liên tục quanh cuộn sơ cấp ( sinh ra và mất đi ) Sự thay đổi từ trường này cảm ứng hiệu điện thế lên cuộn thứ cấp phía trên và phía dưới, điện áp ở các cuộn thứ cấp thay đổi tuỳ theo vị trí của con trượt Khi lái thẳng , con trượt nằm chính giữa cuộn thứ cấp trên và dưới Trong điều kiện này điện áp cảm ứng lên các cuộn này bằng nhau Khi điện áp ở cuộn thứ cấp phía trên và dưới bằng nhau , tín hiệu điện áp từ những cuộn này gởi đến hộp điều khiển và báo cho hộp biết là xe đang chạy thẳng hay vô lăng của xe quay không có sự cản trợ và không cần trợ lực bằng điện.

Nếu vô lăng quay về phía bên phải,con trượt di chuyển lên trên , vị trí con trượt này làm cho điện áp ở cuộn thứ cấp phía trên lớn hơn cuộn thứ cấp phía dưới Khi tín hiệu điện áp từ cuộn thứ cấp phía trên gởi đến hộp điều khiển, hộp điều khiển sẽ cung cấp một dòng điện đến môtơ điện trên thanh răng( môtơ điện được đặt đồng trục với thanh răng, khi môtơ quay làm cho thanh răng di chuyển tạo ra trợ lực thích hợp cho người lái về phía bên phải.

Khi vô lăng quay về phía bên trái , con trượt di chuyển xuống phía dưới , vị trí này của con trượt làm cho điện áp ở cuộn thứ cấp phía dưới lớn hơn điện áp ở cuộn thứ cấp phía trên, khi tín hiệu điện áp từ cuộn thứ cấp phía dưới gởi đến hộp điều khiển, hộp điều khiển sẽ cấp một dòng điện cho môtơ điện , mô tơ điện này được đặt đồng trục với thanh răng Khi môtơ quay thanh răng di chuyển tạo ra trợ lực thích hợp cho người lái về phía bên trái

Tín hiệu điện áp từ cuộn thứ cấp phía trên và phía dưới được gởi qua giao diện giao tiếp ( giắc cắm ) trong cảm biến góc quay tay lái và đến hộp điều khiển Giao diện giao tiếp này nắn tín hiệu dòng xoay chiều từ bộ chuyển đổi cuộn thứ cấp phía trên và cuộn thứ cấp phía dưới thành tín hiệu điện áp một chiều và khuếch đại tín hiệu này lên.

Phần ứng của môtơ điện rỗng, và thanh răng được kéo dài qua tâm của phần ứng Phần ứng

được đỡ bởi những bạc đạn được lắp vào đường kính ngoài của phần ứng và vỏ của cơ cấu lái Một

đầu phần ứng có cổ góp điện và hai chổi than tỳ lên cổ góp đó nhờ vào các lò xo Đầu còn lại của

phần ứng có một bắn răng với các răng xoắn Các răng của bánh răng phần ứng ăn khớp liên tục

với bánh răng trên trục vít bi

Mô tơ điện

Mô tơ dùng trong hệ thống là mô tơ điện một chiều với điện áp 12V và dòng diện 58A, và có khả năng truyền nhiệt ra bên ngoài để chống quá nhiệt.

Trên trục vít bi có một đai ốc dạng đặc biệt với các vòng bi tuần hoàn Bạc đạn được lắp trong các rãnh trong trục vít bi và đai ốc có bi tuần hoàn, trục vít có bi tuần hoàn được lắp vào thanh răng của

cơ cấu lái Trục vít bi và đai ốc có bi tuần hoàn có cấu tạo như là trục vít và đai ốc trong một cơ cấu lái có bi tuần hoàn

Trục vít bi

Vỏ của cơ cấu lái có một nam châm vĩnh cửu và lõi phần ứng được bao quanh bởi nam châm vĩnh cửu này , có một khe hở nhỏ giữa lõi phần ứng và nam châm vĩnh cửu này.

Cơ cấu lái

Khi quay vô lăng dòng điện được cung cấp từ mạch công suất trong hộp điều khiển qua chổi than và cuộn dây phần ứng về mát Dòng điện này tạo ra từ trường mạnh xung quanh cuộn dây phần ứng Từ trường này bao quanh cuộn dây phần ứng và tương tác với từ trường của nam châm vĩnh cửu làm cho phần ứng quay trợ lực theo hướng lái Khi phần ứng quay, bánh răng nằm trên trục phần ứng quay dẫn động bánh răng của trục vít quay theo Trục vít bi quay làm cho đai ốc có bi tuần hoàn di chuyển trên trục , mà đai ốc có bi tuần hoàn được vặn trên thanh răng của cơ cấu lái do đó sự di chuyển của đai ốc có các bi tuần hoàn này sẽ trợ lực cho hệ thống lái theo hướng cần thiết

Mạch công suất có thể trợ lực qua trái hoặc qua phải bằng cách đổi cực tính của chổi than trên cổ góp Khi chổi than bị đổi cực thì dòng điện trong cuộn dây phần ứng bị đổi chiều và làm cho phần ứng quay theo chiều ngược lại.

Đai ốc có bi tuần hoàn được thiết kế sao cho những viên bi lăn giữa các rãnh trong trục vít

bi và các rãnh trong đai ốc có bi tuần hoàn Những viên bi này ra khỏi đai ốc xuống một cái ống sau đó lại đi vòng vào trở lại đai ốc theo các cái rãnh (đi tuần hoàn) Tác dụng của các viên bi này là làm cho đai ốc di chuyển trên trục vít bi nhẹ nhàng và ít bị ma sát hơn.

Mạch công suất trong hộp điều khiển bao gồm: một mạch dẫn động , cảm biến dòng, một transistor FET , rơle công suất và rơle dự phòng.

Tác dụng khi động cơ chết máy đột ngột và vào khúc cua

Khi bật công tắc đánh lửa và động cơ nổ thì hộp điều khiển đóng rơle công suất và rơle dự phòng để cho hệ thống EPS hoạt động Các rơle này thực sự đóng lại khi máy phát điện cấp điện áp cho động cơ và động cơ đang nổ và hộp điều khiển nhận được tín hiệu điện áp này từ máy phát và công tắc đánh lửa Hệ thống EPS vẫn hoạt động khi động cơ ngừng công tắc ở vị trí ON Động cơ sử dụng hệ thống lái trợ lực bằng thuỷ lực sẽ bị mất trợ lực khi động cơ chết máy và công tắc vẫn ở vị trí ON

do đó rất khó để quay tay lái, và sự cố này có thể gây tai nạn khi động cơ chết máy trong lúc vào khúc cua Còn hệ thống EPS vẫn hoạt động khi động cơ chết máy , công tắc vẫn ở vị trí ON chính vì thế nên hệ thống này sẽ giảm được khả năng gây tai nạn vì mất trợ lực lái khi động cơ chết máy.

xem hình

Hoạt động

Khi người tài xế quay vô lăng ,thì tín hiệu điện áp từ cảm biến góc quay tay lái gởi về hộp để báo là cần phải trợ lực lái , và tín hiệu điện áp này cũng báo cho hộp biết là cần phải trợ lực lái về phía nào và cần trợ lực là bao nhiêu Nếu tài xế quay vô lăng nhiều thì tín hiệu này báo cho hộp biết là cần phải trợ lực lái nhiều.

Khi hộp điều khiển EPS nhận tín hiệu điện áp từ cảm biến góc quay tay lái xem cần trợ lực bao nhiêu , thì hộp điều khiển này sẽ gởi tín hiệu tới con FET( transistor) trong mạch công suất Mạch dẫn động này sẽ cung cấp một xung điện áp có cực tính phù hợp vói chiều cần trợ lực đến chổi than của mô tơ xung điện áp này là xung vuông có tần số không đổi nhưng có thời gian mở thay đổi

Mỗi chu kỳ của một tín hiệu xung vuông là khoảng chiều dài của thời gian đóng và thời gian mở của tín hiệu đó Nếu thời gian mở là 40% và thời gian đóng là 60% của mỗi chu kỳ thì dòng qua môtơ sẽ ít làm giảm tốc độ quay của môtơ điều, làm giảm sự trợ lực lái Khi mà thời gian mở của mỗi chu kỳ là 60% và thời gian đóng của mỗi chu kỳ là 40% thì dòng qua môtơ lớn và làm tăng sự trợ lực lái

Khi môtơ trợ lực bằng điện vận hành, dòng môtơ qua cảm biến dòng trong mạch công suất và giá trị dòng điện này không phụ thuộc vào chiều quay của môtơ Cảm biến dòng gởi tín hiệu điện áp hồi tiếp đến hộp điều khiển , nếu dòng qua môtơ vượt quá giá trị dòng giới hạn trong điều kiện làm việc bình thường, hộp điều khiển sẽ gỏi tín hiệu này đến mạch dẫn động trong mạch công suất làm giảm dòng chống cháy môtơ Nếu quay tay lái lệch nhiều về một hướng và giữ ở vị trí đó thì dòng qua môtơ sẽ rất lớn Trong điều kiện này tín hiệu từ cảm biến dòng được gới tới hộp , hộp sẽ gởi tín hiệu này đến mạch dẫn động trong mạch công suất làm giảm dòng để bảo vệ môtơ.

Nếu như có hư hỏng xẩy ra trong hệ thống EPS thì hộp điều khiển sẽ gởi tìn hiệu tới đèn báo lỗi trên táplô và báo cho người lái biết là có hư hỏng trên hệ thống Trong trường hợp này hộp sẽ điều khiển mở rơle công suất và rơle dự phòng để tắt hệ thống EPS trở về hệ thống lái tường trợ lực bằng thuỷ lực.

Nếu một bánh trước của xe bị cản nhiều , lực từ bánh đó sẽ truyền đến thanh răng của cơ cấu lái Thanh răng sẽ chuyển động để di chuyển đai ốc có bi tuần hoàn trên trục vít bi nên làm quay trục vít bi và phần ứng của môtơ Do dó cần phải có một giá trị lực để di chuyển đai ốc có bi tuần hoàn và làm quay trục vít bi và phần ứng, bởi vì các cuộn dây phần ứng phải quay từ trường giữa nam châm vĩnh cửu Sự cản trở này di chuyển đai ốc có bi tuần hoàn, trục vít bi, và phần ứng giúp chống lại rung động mặt đường truyền từ cơ cấu lái đến vô lăng Khi rung động mặt đường truyền đến vô lăng lớn, sẽ làm di chuyển trục bánh răng bên của bán trục và con trượt trong cảm biến góc quay tay lái Khi hộp điều khiển nhận được tín hiệu này từ cảm biến góc quay tay lái và ngay lập tức đảo cực cuộn dây phần ứng để trợ lực làm giảm rung động mặt đường đến cơ cấu lái Vì vậy , cơ cấu lái trợ lực bằng điện làm giảm rung động mặt đường truyền từ bánh trước đến tay lái.

Em xin trân trọng cám ơn các thầy trong khoa cơ khí động lực , đặc biệt là thầy Nguyễn Ngọc Bích đã tận tình giúp đỡ,cố vấn cho em hoàn thành đồ án này.

Em xin trân trọng cám ơn !

The end.