Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển mô tơ trợ lực lái điện cho xe tải 2 5 tấn lắp ráp tại Việt Nam

Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển mô tơ trợ lực lái điện cho xe tải 2 5 tấn lắp ráp tại Việt Nam Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển mô tơ trợ lực lái điện cho xe tải 2 5 tấn lắp ráp tại Việt Nam Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển mô tơ trợ lực lái điện cho xe tải 2 5 tấn lắp ráp tại Việt Nam luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN DUY HIỂN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ TƠ TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN CHO XE TẢI 2,5 TẤN LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN DUY HIỂN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÔ TƠ TRỢ LỰC LÁI ĐIỆN CHO XE TẢI 2,5 TẤN LẮP RÁP TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ Khí Động Lực

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT Ô TÔ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS HOÀNG THĂNG BÌNH

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 10

1.1 Hệ thống lái trợ lực hiện nay 10

1.1.1 Hệ thống lái trợ lực thủy lực 10

1.1.2 Hệ thống lái trợ lực điện 12

1.2 Đặt vấn đề nghiên cứu 14

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN 16

2.1 Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện 16

2.1.1 Mô tơ 16

2.1.2 Bộ điều khiển trung tâm (ECU) 16

2.1.3 Các cảm biến 17

2.1.4 Hộp giảm tốc 18

2.2 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện 18

2.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của EPS 20

2.3.1 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 1 20

2.3.2 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 2 22

2.4 Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện 25

2.4.1 Cảm biến tốc độ đánh lái loại máy phát điện 25

2.4.2 Loại cảm biến tốc độ đánh lái loại hiệu ứng Hall 26

2.4.3 Cảm biến mô men lái có 3 loại 26

2.4.3.1 Loại lõi thép trượt 26

2.4.3.2 Loại lõi thép xoay 27

2.4.3.3 Loại 4 vành dây 28

2.4.4 Cảm biến vận tốc xe 29

2.4.4.1 Loại công tắc lưỡi gà 30

2.4.4.2 Loại từ - điện 30

2.4.4.3 Loại quang điện 31

2.4.4.4 Loại mạch từ trở MRE 31

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ THỐNG 33

LÁI XE TẢI VÀ MÔ PHỎNG 33

3.1 Động lực học quay vòng xe tải 33

3.1.1 Đặc điểm quay vòng của xe tải 33

3.1.2 Xây dựng các phương trình động lực học quay vòng xe tải 33

3.1.3 Ảnh hương của độ đàn hồi lốp tới tính năng quay vòng của ô tô tải 39

3.1.4 Ảnh hưởng của các góc đặt của bánh xe dẫn hướng tới tính quay vòng 43

của ô tô tải 43

3.1.4.1 Góc nghiêng ngang bánh xe (Camber) 43

3.1.4.2 Góc nghiêng ngang của trụ đứng (Kingpin) 47

3.1.4.3 Góc nghiêng do ̣c của trụ đứng bánh xe (Caster) 51

4.1.4.4 Độ chụm bánh xe dẫn hướng (Toe) 53

3.1.5 Mômen cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng 55

3.2 Mô phỏng số với công cụ MATLAB – SIMULINK 56

3.2.1 Giới thiệu ô tô Cửu Long DFA7027T2 57

3.2.2 Các thông số xe cần khai thác 58

3.2.3 Xây dựng chương trình mô phỏng 59

3.3 Phân tích kết quả khảo sát sự phụ thuộc của mômen trả lái 67

CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ CHẾ TẠO THỬ NGHIỆM BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG 70 CƠ ĐIỆN 70

4.1 Động cơ điện được sử dụng trong EPS 70

4.2 Điều khiển công suất mô tơ (hay điều khiển mô men trợ lực) 73

4.2.1 Giới thiệu chíp Atmega16 73

4.2.2 Các tính năng mới của họ AVR 73

4.2.3 Mô tả chức năng các chân của atmega16 75

4.3 Thiết kế mạch và mô phỏng 75

4.3.1 Module nguồn 75

4.3.2 Sơ đồ mạch và chức năng của các linh kiện trong mạch 76

4.3.3 Module điều khiển và bộ chấp hành 77

4.3.3.1 Khối ADC 77

4.3.3.2 Mosfet IRF 540 78

4.3.4 Mô phỏng khối điều khiển 79

4.3.5 Mạch điện đã thiết kế 86

KẾT LUẬN CHUNG 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi Những nội dung được trình bày trong luận văn do chính tôi thực hiện với sự hướng dẫn khoa học của thầy

giáo TS Hoàng Thăng Bình, cùng các thầy giáo Bộ môn ô tô – Trường Đại học

Bách Khoa Hà Nội Toàn bộ nội dung trong luận văn hoàn toàn phù hợp với nội dung đã được đăng ký và phê duyệt của Hiệu trưởng Trường Đại học Bách Khoa

Hà Nội Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

Hà Nội, ngày 20 tháng 09 năm 2017

Tác giả

Nguyễn Duy Hiển

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

x, y, z Mx,My,

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực 10

Hình 1.2 Hệ thống lái trợ lực điện kiểu bố trí trên trục lái 12

Hình 1.3 Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện 13

Hình 2.1 Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện 18

Hình 2.2 Bản đồ điều khiển ECU trong hệ thống trợ lực lái điện 19

Hình 2.3.Trợ lực lái điện với moto trợ lực trên trục lái 20

Hình 2.4 Hộp giảm tốc dùng cho trợ lực lái kiểu 1 21

Hình 2.5 Sơ đồ điều khiển trợ lực lái kiểu 1 21

Hình 2.6 Bố trí các cụm và Taplô thể hiện đèn báo lỗi P/S 22

Hình 2.7 Mô tơ trợ lực lắp rời trên cơ cấu lái 23

Hình 2.8 Sơ đồ trợ lực lái điện trên cơ cấu lái 23

Hình 2.9 Cụm mô tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay 24

Hình 2.10 Cụm mô tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay 25

Hình 2.11 Cấu tạo và tín hiệu của cảm biến tốc độ đánh lái 25

Hình 2.12 Cảm biến tốc độ đánh lái (góc đánh lái) loại Hall 26

Hình 2.13 Sơ đồ đặc tính và các vị trí làm việc của cảm biến 27

Hình 2.14 Vị trí lắp, cấu trúc và đặc tính của cảm biến mô men 28

Hình 2.15 Cấu tạo cảm biến mô men lái loại 4 vành dây 29

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý và xung của cảm biến 29

Hình 2.17 Cảm biến loại công tắc lưỡi gà 30

Hình 2.18 Cảm biến loại từ điện 30

Hình 2.19 Cảm biến loại quang điện 31

Hình 2.20 Cảm biến tốc độ ô tô loại MRE 32

Hình 3.1 Quỹ đạo của ô tô khi quay vòng 33

Hình 3.2 Lực ngang và gia tốc 34

Hình 3.3 Các lực và momen tác dụng vào ô tô khi quay vòng 36

Hình 3.4 Các lực tác dụng vào bánh xe dẫn hướng 38

Hình 3.5 Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng dưới tác động của lực ngang 39

Hình 3.6 Đồ thị quan hệ giữa lực ngang và góc lệch bên của lốp 40

Hình 3.7 Quay vòng xe khi lốp có biến dạng ngang 41

Hình 3.8 Mô hình quay vòng 1 dãy 41

Hình 3.9 Sơ đồ bánh xe lăn khi lốp bị biến dạng dưới tác dụng của lực bên 42

Hình 3.10 Góc nghiêng bánh xe dẫn hướng trong mặt phẳng ngang 44

Hình 3.11 Thay đổi cánh tay đòn nk và xác định thành phần Fzsinγ 44

Hình 3.12 Sự thay đổi của góc Camber 45

Hình 3.13 Mòn lốp xe do trị số góc Camber quá lớn 46

Hình 3.14 Góc nghiêng ngang của trụ đứng 47

Hình 3.15 Cách xác định góc Kingpin 47

Hình 3.16 Sự lệch của góc Kingpin 48

Hình 3.17 Xác định khoảng cách r2 49

Hình 3.18 Xác định r3 và các thành phần của phản lực thẳng đứng 50

Hình 3.19 Góc Caster và cánh tay đòn nτ 51

Hình 3.20 Tác dụng của gió bên khi góc Caster dương 53

Hình 3.21 Độ chụm và góc chụm bánh xe dẫn hướng 53

Hình 3.22 Mômen làm quay bánh xe dẫn hướng của các lực dọc 54

Hình 3.23 Sự ăn mòn lốp do độ chụm quá lớn 55

Hình 3.24 Hình dáng chụp tổng thể ô tô CUULONG DFA7027T2 58

Hình 3.25 Sự thay đổi góc Camber của bánh xe phía trong và phía ngoài 59

Hình 3.27 Sự thay đổi của góc Caster ứng với các giá trị góc Kingpin khác 60

Hình 3.28 Sự thay đổi của góc Camber ứng với các giá trị góc Caster 60

khác nhau khi góc quay bánh xe dẫn hướng thay đổi 60

Hình 3.29 Mô-đun xác định sự thay đổi của góc Camber 61

Hình 3.30 Mô-đun xác định sự thay đổi của góc Caster 61

Hình 3.31 Mô-đun xác định sự thay đổi khoảng Caster 62

Hình 3.32 Mô-đun tính góc lệch bánh xe dẫn hướng 62

Hình 3.33 Mô-đun tính lực ngang tại điểm 1 63

Hình 3.34 Subsystem tính lực dọc tại điểm 1 63

Hình 3.35 Mô-đun tính lực dọc tại điểm (1) 64

Hình 3.36 Subsystem tính tổng lực dọc 65

Hình 3.37 Mô-đun tính tổng lực dọc 65

Hình 3.38 Subsystem tính tổng lực ngang 66

Hình 3.39 Mô-đun tính tổng lực ngang 66

Hình 3.40 Subsystemtính mômen cản quay vòng 67

Hình 3.41 Mô-đun tính mô men cản quay vòng 67

Hình 3.42 Quan hệ phụ thuộc của Mcqv với góc quay dẫn hướng 67

Hình 3.43 Quan hệ phụ thuộc của Mcqv với vận tốc 68

Hình 3.44 Quan hệ của Mcqv với vận tốc và góc quay bánh xe dẫn hướng 68

Hình 4.1 Sơ đồ mạch điện động cơ một chiều 70

Hình 4.2 Đặc tính của động cơ điện một chiều 70

Hình 4.3 Thay đổi cường độ dòng điện của động cơ điện trợ lực phụ thuộc vào 71

mômen và tốc độ 71

Hình 4.4 Sơ đồ khối điều khiển mô tơ điện của EPS 72

Hình 4.5 Mạch điều khiển mô tơ 72

Hình 4.5 Mạch điều khiển mô tơ điện 73

Hình 4.6 Sơ đồ chân Atmega16 74

Hình 4.7 Sơ đồ khối module nguồn 75

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Các thông số xe tải được khai thác 58 Bảng 4.1 Các thông số điện áp 76 Bảng 4.2 Chức năng của khối mạch nguồn 76

MỞ ĐẦU

Ngày nay, nền kinh tế của Việt Nam đang trên đà tăng trưởng mạnh, đời sống của người dân tăng cao, nhu cầu đi lại, mua sắm các phương tiện cá nhân cũng tăng Hệ thống giao thông nước ta ngày càng được hoàn thiện từ đó cho phép vận tốc tối đa của ô tô tăng lên nhằm rút ngắn thời gian di chuyển của con người và hàng hóa, mang lại nhiều lợi ích về kinh tế Tuy nhiên, cùng với sự phát triển đó thì tại nạn giao thông là vấn đề thách thức lớn mang tính thời sự nóng bỏng Trong các

vụ tai nạn giao thông, số vu ̣ liên quan tới hệ thống lái chiếm mô ̣t tỷ lê ̣ đáng kể ô tô

Ở nước ta, số lượng xe tải tham gia giao thông chiếm một tỷ lệ tương đối lớn Xuất phát từ yêu cầu thực tế, với mong muốn đóng góp một phần công sức của mình vào vấn đề an toàn giao thông cũng như có được kiến thức về động lực học hệ thống lái xe tải làm cơ sở dữ liệu cho việc nghiên cứu, thiết kế hệ thống lái trợ lực sau này, tác giả đã chọn đề tài nghiên cứu của mình liên quan đến động lực học của

hệ thống lái xe tải

Trong thời gian làm luận văn tác giả luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo hướng dẫn khoa học: T.S Hoàng Thăng Bình cùng các thầy giáo trong Bộ môn ô tô và xe chuyên dụng trường Đại ho ̣c Bách Khoa Hà Nội Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Thăng Bình và các thầy trong bộ môn cùng các bạn đồng nghiệp đã tận tình giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận văn của mình

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Hệ thống lái giữ vai trò quyết định đến tính năng điều khiển và dẫn hướng của ô tô Trong hệ thống lái của nhiều ô tô hiện nay vẫn còn sử dụng hệ thống trợ lực thủy lực Tuy nhiên, đặc tính mô men của hệ thống lái trợ lực thủy lực lại không phù hợp với quy luật biến đổi của mô men cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng đặc biệt khi xe chuyển động với vận tốc cao (từ 50 km/h trở lên)

Sử dụng hệ thống lái trợ lực điện có ưu điểm là dễ bố trí các mạch điều khiển điện tử thay đổi trị số mô men trợ lực của động cơ phù hợp với quy luật biến đổi của mô men cản quay vòng tác dụng lên bánh xe dẫn hướng khi chuyển động ở các tốc độ khác nhau Ngoài ra, hệ thống lái trợ lực điện còn có tính kinh tế, an toàn và thân thiện với môi trường tốt hơn so với hệ thống lái trợ lực thủy lực

Nhiều hãng sản xuất ô tô đã sử dụng hệ thống lái trợ lực điện, tuy nhiên các tài liệu về mạch điều khiển cũng như thuật toán điều khiển lại không được công bố

Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo bộ điều khiển cũng như thuật toán điều khiển cho động cơ điện trợ lực trong hệ thống lái là rất cần thiết đặc biệt trong điều kiện lắp ráp, bố trí các hệ thống lái trợ lực điện cho các ô tô vận tải cỡ nhỏ sản xuất trong nước

1.1 Hệ thống lái trợ lực hiện nay

1.1.1 Hệ thống lái trợ lực thủy lực

Hình 1.1 Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực

Hệ thống lái trợ lực thủy lực là bộ trợ lực sử dụng một phần công suất động

cơ để tạo ra áp suất dầu thủy lực hỗ trợ cho quá trình xoay các bánh xe dẫn hướng để chuyển hướng chuyển động của ô tô Khi xoay vô lăng, sẽ chuyển mạch một đường dầu tại van điều khiển

Thông qua đặc điểm làm việc của hệ thống lái trợ lực thuỷ lực có thể thấy hệ thống có các ưu điểm, nhược điểm như sau:

+ Ưu điểm: với hệ thống lái trợ lực thuỷ lực đã giúp người lái điều khiển nhẹ nhàng hơn so với hệ thống lái không có trợ lực vì có thêm trợ lực tác động của piston-xy lanh lực lên thanh răng do áp suất dầu của bơm trợ lực gây ra Trong trường hợp xe bị nổ lốp hoặc xì hơi thì hệ thống đảm bảo được an toàn về hướng trong quá trình chuyển động

+ Nhược điểm: trong hệ thống lái trợ lực thuỷ lực, nguồn năng lượng trợ lực được tạo thành do sự làm việc bơm dầu mà bơm dầu lại được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ, sử dụng một phần công suất của động cơ Trong quá trình chuyển động, ngay cả khi xe chuyển động thẳng thì bơm dầu vẫn làm việc, điều này gây lãng phí công suất động cơ trong khi hệ thống lái không cần nguồn trợ lực Để đảm bảo được áp suất dầu trợ lực thì hệ thống cần yêu cầu về độ kín khít cao ở trên đường ống, van do đó thường xuyên phải kiểm tra sự rò rỉ dầu trong hệ thống lái Hệ thống làm việc ồn do tiếng kêu của bơm dầu và dầu chảy qua các đường ống, van Ngoài ra, dầu trợ lực lái khi thải ra còn là nguồn chất thải gây ô nhiểm môi trường

- Đánh giá: đối với hệ thống lái trợ lực thủy lực thì tỉ số truyền lái không thay đổi Do đó, không đáp ứng được yêu cầu rất quan trọng đối với hệ thống lái trên xe ô tô hiện đại ngày nay Để cải thiện điều này, người ta đưa ra hệ thống lái trợ lực thuỷ lực

hỗ trợ điện tử EHPS bằng cách đưa ra thêm các van điện từ vào sau van phân phối

để điều khiển áp suất dầu trợ lực Tuy nhiên, hệ thống EHPS tồn tại nhiều nhược điểm như: hệ thống phức tạp, về bản chất là hệ thống thuỷ lực nên tổn hao công suất

do phải dùng bơm thuỷ lực, các yêu cầu về độ kín khít cao, khối lượng lớn và chiếm diện tích bố trí lớn Cùng với các loại EHPS, trong thời gian gần đây đã xuất hiện các dạng hệ thống lái trợ lực khác hoàn hảo hơn đó là hệ thống lái trợ lực điện EPS

+ ECU điều khiển: ECU tiếp nhận các thông số tín hiệu của cảm biến mômen, cảm biến tốc độ động cơ, tín hiệu IG, tín hiệu tốc độ xe sau đó tính toán và điều khiển môtơ trợ lực

Hình 1.2 Hệ thống lái trợ lực điện kiểu bố trí trên trục lái

+ Mô tơ trợ lực: mô tơ trợ lực nối với trục lái bằng bộ giảm tốc trục vít - bánh vít và được điểu khiển bằng ECU, mô tơ có thể đảo chiều và quay ở các tốc độ khác nhau tùy theo mức độ đánh lái của người lái và mô men cản quay vòng

- Nguyên lý hoạt động: ECU tiếp nhận các thông số chính từ cảm biến mô men

và từ tốc độ xe, ngoài ra có các thông số phụ như: tín hiệu tốc độ động cơ, tín hiệu B+ , chế độ không tải… để tính toán điều khiển mô tơ trợ lực phù hợp với điều kiện lái Lực đánh lái càng lớn thì mô tơ trợ lực càng nhiều, nhưng mô men trợ lực sẽ giảm dần khi tốc độ xe tăng dần

+ Trạng thái quay vòng: khi người điều khiển tác động quay vành lái, xuất hiện hiện tượng xoay tương đối giữa hai đầu thanh xoắn, cảm biến mô men thay đổi

điện áp tùy theo chiều quay và độ lệch tương đối giữa hai đầu thanh xoắn sau đó truyền tín hiệu về ECU, kết hợp với tín hiệu tốc độ xe lấy từ cảm biến tốc độ mà ECU tính toán ra dòng điện điều khiển và chiều quay của mô tơ trợ lực cho phù hợp

Hình 1.3 Sơ đồ tín hiệu điều khiển hệ thống lái trợ lực điện

+ Trạng thái đi thẳng: trục lái không được tác động do đó không có hiện tượng xoay tương đối ở hai đầu thanh xoắn, cảm biến mômen không thay đổi điện áp,

vì thế ECU không điều khiển môtơ trợ lực và trạng thái đi thẳng được giữ nguyên

- Ưu nhược điểm của hệ thống lái trợ lực điện: so sánh kết cấu với hệ thống lái trợ lực thuỷ lực thì hệ thống lái trợ lực điện không sử dụng bơm dầu để tạo ra năng lượng trợ lực mà sử dụng một motor điện một chiều, do đó giảm tổn hao nhiên liệu

từ 2-3% Hệ thống không sử dụng các đường ống dẫn và van phức tạp như hệ thống lái trợ lực thuỷ lực Với việc sử dụng motor điện một chiều, hệ thống lái trợ lực điện dễ dàng điều khiển được chiều quay của motor điện cũng như dễ dàng thay đổi mômen xoắn của motor bằng cách thay đổi cường độ dòng điện cấp vào motor

- Đánh giá: ngoài những ưu điểm vượt trội khi so sánh với hệ thống lái trợ lực

thủy lực thì hệ thống lái trợ lực điện đã đáp ứng được yêu cầu về tỉ số truyền lái thay

đổi Đây là một yêu cầu rất quan trọng và đặc biệt là đối với các xe ô tô hiện đại ngày nay Nhờ việc dễ dàng thay đổi tỉ số truyền lái mà hệ thống lái trợ lực điện giúp nâng cao tính năng an toàn chuyển động của xe khi xe đi ở tốc độ cao, ngoài ra hệ thống còn giúp cho người lái dễ dàng điều khiển xe khi xe đi vào những đường hẹp, yêu cầu quay vòng với bán kính nhỏ

1.2 Đặt vấn đề nghiên cứu

Khi xe ô tô chạy với vận tốc càng lớn thì hệ thống lái càng nhạy nếu vẫn giữ nguyên mô men đánh lái thì nguy cơ quá lái (bay lái) rất cao, điều này là vô cùng nguy hiểm cho người lái và các phương tiện tham gia giao thông Theo các công trình nghiên cứu của các tác giả trên thế giới thì khi vận tốc lớn thì mô men trợ lực lái cần giảm để giữ nguyên mô men đánh lái Vì vậy, để có cảm giác lái thì hệ thống trợ lực phải có tỷ số truyền lực thay đổi

Ở trên thế giới, có rất nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống lái , công trình của tác giả Wichai Siwakosit năm 2006 "Improvement of Cornering characteristic Using Variable Steering Ratio" đề cập đến ảnh hưởng của tỷ số truyền thay đổi đến khả năng hiệu chỉnh quỹ đạo quay vòng của xe trong điều kiện vận tốc, thông số hình học của xe thay đổi Các tác giả XU Zhenlin, Wanghao, Shang Zhe, Zhang Hai-hua, Wang Jia-jun với công trình "Study on characteristic of electric power assist steering system" đưa ra kết luận là đường đặc tính phi tuyến của hệ thống trợ lực lái Các công trình nghiên cứu nước ngoài này thường rất khó để tiếp cận vì rào cản về ngôn ngữ, về tính bảo mật của nó

Trong nước, cho đến nay đã có các nghiên cứu liên quan đến tính ổn định chuyển động của ô tô trên đường vòng Trong công trình "Nghiên cứu đặc tính quay vòng của ô tô du lịch", tác giả Lê Đức Hiếu đã sử dụng mô hình một vết để tính toán ảnh hưởng của các thông số kết cấu cũng như điều kiện chuyển động (vận tốc, góc đánh lái) đến tính chất quay vòng của xe du lịch Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu mới chỉ dừng lại ở mức độ mô tả quỹ đạo chuyển động của xe ứng với một số trường hợp khảo sát như tải trọng, góc đánh lái thay đổi Trong công trình "Xây dựng

mô hình khảo sát đặc tính làm việc của hệ thống lái trợ lực điện trên xe ô tô du

lịch" , tác giả Chu Đức Hùng đã phân tích đặc điểm của hệ thống lái điều khiển điện tử trên ô tô du lịch, phân tích các yêu cầu đối với hệ thống lái của ô tô khi chuyển động ở tốc độ cao, khả năng đáp ứng yêu cầu đòi hỏi thay đổi tỷ số truyền của hệ thống lái điện

Cho đến nay ở nước ta chưa có công trình nghiên cứu riêng các thông số, cơ

sở dữ liệu để cải tiến, thiết kế hệ thống trợ lực lái xe tải Xuất phát từ đó tác giả đã chọn hướng xây dựng đề tài tốt nghiệp: “Nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển mô tơ trợ lực lái điện cho xe tải 2,5 tấn lắp ráp tại Việt Nam” để đưa ra bộ thông số thiết

kế bộ mạch điều khiển của hệ thống lái nói chung và xe tải nói riêng

Mục đích của đề tài:

- Xác định mô men cản quay vòng của ô tô tải khi xe đi vào đường vòng

- Mô phỏng mô men cản quay vòng của xe tải trên máy tính bằng phần mềm Matlab&Simulink

- Thiết kế chế ta ̣o thử nghiê ̣m bô ̣ điều khiển đô ̣ng cơ điê ̣n

Với mục đích trên thì nội dung của đề tài được thể hiện như sau:

Chương I : Tổng quan về đề tài

Chương II: Nghiên cứu hệ thống lái trợ lực điện

- Các phần tử cơ bản cuả trợ lực lái điện

- Xác định mô men cản quay vòng của xe tải

- Mô phỏng mô men cản quay vòng của xe tải trên máy tính bằng phần mềm Matlab&Simulink

Chương IV : Thiết kế chế tạo thử nhiệm bộ điều khiển động cơ điện

CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG LÁI TRỢ LỰC ĐIỆN

2.1 Các phần tử cơ bản của trợ lực lái điện

Trợ lực lái điện (EPS - Electric Power Steering) là một hệ thống điện hoàn chỉnh làm giảm đáng kể sức cản hệ thống lái bằng cách cung cấp dòng điện trực tiếp

từ mô tơ điện tới hệ thống lái Thiết bị này bao gồm có cảm biến vận tốc xe, một cảm biến lái (mô men, vận tốc góc), bộ điều khiển điện tử ECU và một mô tơ Tín hiệu đầu ra từ mỗi cảm biến được đưa tới ECU có chức năng tính toán chế độ điều khiển lái để điều khiển hoạt động của mô tơ trợ lực

Các phần tử chính của trợ lực lái điện gồm có: mô tơ điện một chiều; bộ điều khiển trung tâm (ECU); các cảm biến; hộp giảm tốc

2.1.1 Mô tơ

Mô tơ điện của trợ lực lái là một mô tơ điện một chiều nam châm vĩnh cửu, gắn với bộ truyền động của trợ lực lái Mô tơ chấp hành của trợ lực lái điện có nhiệm vụ tạo ra mô men trợ lực dưới điều khiển của ECU và phải đáp ứng các yêu cầu:

- Mô tơ phải đưa ra được mô men xoắn và lực xoắn mà không làm quay vô lăng

- Mô tơ phải có cơ cấu đảo chiều quay khi có sự cố xảy ra

- Những dao động của mô tơ và mô men xoắn, lực xoắn phải trực tiếp chuyển đổi thông qua vành lái tới tay người lái phải được cân nhắc

Do vậy, mô tơ điện có các đặc điểm:

- Nhỏ, nhẹ, và có kết cấu đơn giản

- Lực, mô men xoắn biến thiên nhỏ thông qua điều khiển

- Dao động và tiếng ồn nhỏ

- Lực quán tính và ma sát nhỏ

- Độ an toàn và độ bền cao

2.1.2 Bộ điều khiển trung tâm (ECU)

Bộ điều khiển trung tâm (ECU) nhiệm vụ nhận tín hiệu từ các cảm biến, xử lý thông tin để điều khiển mô tơ

Yêu cầu đối với ECU gồm có:

- Đảm bảo tính tiện nghi khi lái (chức năng điều khiển dòng điện mô tơ) Các chức năng này gồm có:

+ Điều khiển được dòng điện cấp cho mô tơ theo quy luật xác định Tạo ra lực trợ lực (tương ứng với dòng điện cấp cho mô tơ) theo tốc độ xe và mô men đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp trong toàn dải tốc độ xe

+ Điều khiển bù để giảm thiểu sự biến động của lực lái bằng cách bù dòng điện cấp cho mô tơ tương ứng với sự biến động mô men xoắn đầu vào

+ Bù ma sát khi ô tô chuyển động với vận tốc thấp, trợ lực lái điện giúp cho vành tay lái trở lại vị trí chuyển động thẳng sau khi đã quay vòng bằng cách bù dòng điện mô tơ

+ Điều khiển tụ khi ô tô chuyển động với vận tốc cao, trợ lực lái giữ ổn định lực tác động lên vành lái ở vị trí đang quay vòng (ví dụ, trong khi chuyển làn đường) bằng cách bù dòng điện cấp cho mô tơ làm cho vành lái có thể dễ dàng trở

về vị trí thẳng

+ Tối đa dòng điện cấp cho mô tơ để giới hạn dòng điện của mô tơ tối đa đến mức tối ưu để bảo vệ ECU và mô tơ không bị hư hỏng do quá tải

- Đảm bảo độ tin cậy (chức năng tự chuẩn đoán và sửa lỗi)

Để đảm bảo độ tin cậy trong ECU sẽ có mạch tự chuẩn đoán và sửa lỗi) Nó sẽ theo dõi sự sai lệch của các phần tử trong hệ thống và khi phát hiện bất kỳ sai lệch nào, nó sẽ điều khiển các chức năng EPS phụ thuộc vào ảnh hưởng của sự sai lệch

và cảnh báo cho người lái xe Ngoài ra, nó còn lưu trữ các vị trí các sai lệch trong ECU

- Đảm bảo tính đối thoại với các hệ thống khác (chức năng truyền tin và kiểm tra hệ thống EPS)

2.1.3 Các cảm biến

Các cảm biến có nhiệm vụ cấp tín hiệu mô men lái, vận tốc chuyển động xe và tốc độ trục khuỷu động cơ Về cơ bản trợ lực lái điện có cảm biến mô men lái hoặc

tốc độ đánh lái Đa phần hiện nay sử dụng cảm biến mô men lái, các cảm biến này

có hai loại chính:

+ Có tiếp điểm

+ Không có tiếp điểm

Ưu điểm của loại không tiếp điểm là: không bị mòn do lão hóa, từ trễ nhỏ, ít

bị ảnh hưởng bởi dịch chuyển dọc trục và lệch trục

2.1.4 Hộp giảm tốc

Giảm tốc có nhiệm vụ tăng lực lái và truyền mô men trợ lực đến cơ cấu lái

2.2 Sơ đồ khối nguyên lý của hệ thống trợ lực lái điện

Trợ lực lái được điều khiển theo các bản đồ được lưu trữ sẵn trong bộ nhớ của ECU, EPS ECU có thể lưu trữ 16 bản đồ, các bản đồ này được kích hoạt theo yêu cầu cho trước (ví dụ trọng lượng của ô tô)

1- Dòng cấp mô tơ; 2- Tốc độ mô tơ; 3- Vận tốc mô tơ; 4- Mô men lái;

6- Điều khiển dòng tối đa cho mô tơ; 7- Điều khiển bù rung động;

8- Điều khiển phục hồi; 9- Điều khiển bù; 10- Điều khiển chính;

11- Dòng đích; 12- Hạn chế dòng cấp áp tối đa ra mô tơ;

13- Điều khiển dòng cấp ra mô tơ; 14- Dòng cấp cho mô tơ

Hình 2.1 Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện

Ngoài ra, các bản đồ này cũng được kích hoạt bằng những công cụ quét ECU hoặc hệ thống lái sau khi bảo dưỡng hoặc thay thế ECU hoặc hệ thống lái Với

bất kì một xe đã cho thì cả hai bản đồ tương ứng với xe hạng nặng và hạng nhẹ được chọn Mỗi bản đồ có 5 đặc tính khác nhau tương ứng với các vận tốc chuyển động của ô tô Các bản đồ này xác định vùng trợ lực lái có thể làm việc

Hình 2.2 Bản đồ điều khiển ECU trong hệ thống trợ lực lái điện

Nguyên lý làm việc của trợ lực lái gồm các bước:

- 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 lái sẽ làm cho thanh xoắn trong cơ cấu lái xoay Cảm biến mô men lái sẽ xác định góc quay của thanh xoắn và gửi các lực lái

đã được tính toán đến ECU

- Bước 3: Cảm biến góc quay của vô lăng sẽ thông báo góc quay vành lái và tốc

độ đánh tay lái hiện thời

- Bước 4: Phụ thuộc vào lực lái, tốc độ chuyển động, tốc độ động cơ, góc quay

vô lăng, tốc độ đánh tay lái và bản đồ được lưu giữ trong ECU, EPS ECU sẽ tính toán lực trợ lực cần thiết và gửi đến động cơ điện

- Bước 5: Trợ lực lái sẽ tác động lên cơ cấu lái một lực trợ lực song song với lực đặt lên vành lái

- Bước 6: Tổng của lực đặt lên vành lái và lực trợ lực sẽ tác động lên cơ cấu lái

để quay vòng xe

2.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của EPS

Tùy thuộc vào vị trí đặt hộp giảm tốc có 2 kiểu trợ lực điện Kiểu thứ nhất, hộp giảm tốc đặt trực tiếp trên trục lái ngay dưới vành lái Kiểu thứ hai, hộp giảm tốc được tích hợp vào cơ cấu lái (trong trường hợp này cơ cấu lái thường là loại bánh răng – thanh răng và đặt trực tiếp trên thanh lái ngang)

2.3.1 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 1

Trong hệ thống trợ lực lái kiểu 1 (được sử dụng trên xe Kia Morning 2009, Toyota Vioss 2008) có một mô tơ điện trợ lực cùng cơ cấu giảm tốc trục vít - bánh

vít được bố trí ở trục lái chính (trước đoạn các đăng trục lái) (Hình 2.3) Tại đây

cũng bố trí cảm biến mô men lái Cạnh đó là bộ điều khiển điện tử của trợ lực lái

điện (EPS ECU) Trên (Hình 2.4) là cấu tạo hộp giảm tốc

1- Moto; 2- Cảm biến mô men; 3- Trục lái; 4- Trục vít - bánh vít;

5- Cơ cấu lái bánh răng - thanh răng; 6- Ly hợp điện từ

Hình 2.3.Trợ lực lái điện với moto trợ lực trên trục lái

1- Vòng bi; 2- Trục vít; 3- Vỏ trục lái; 4- Khớp nối; 5- Roto;

6- Stator; 7- Trục mô tơ; 8- Trục lái chính; 9- Bánh vít

Hình 2.4 Hộp giảm tốc dùng cho trợ lực lái kiểu 1

Hệ thống được điều khiển theo sơ đồ tổng quát (Hình 2.5) trên đó có thể nhận thấy các tín hiệu đầu vào của EPS, ECU gồm 4 nhóm tín hiệu chính:

A- Tín hiệu cảm biến mô men số 1; B- Tín hiệu cảm biến mô men số 2; 1- Giắc nối đa năng số 1; 2- Giắc nối đa năng số 2; 3- Táp lô;

4- ABS+TRC ECU; 5- Cảm biến tốc độ ô tô; 6- ECU Mô tơ ; 7- Cảm biến vị trí trục khuỷu; 8- Đèn báo; 9- Mô tơ trợ lực; 10- EPS ECU;

11- Giắc kết nối dữ liệu số 1;12- Giắc kết nối dữ liệu số 2

Hình 2.5 Sơ đồ điều khiển trợ lực lái kiểu 1

 Nhóm tín hiệu (2 hoặc 4 tín hiệu) từ cảm biến mô men lái

 Tín hiệu vận tốc chuyển động ô tô có thể gửi trực tiếp về EPS ECU hoặc thông qua ECU truyền lực và mạng điều khiển vùng (CAN – Controller Area Network) và các giắc nối truyền tới EPS ECU

 Tín hiệu tốc độ mô tơ (xung biểu diễn số vòng quay trục khuỷu từ cảm biến trục khuỷu) thông qua ECU động cơ và mạng CAN truyền tới EPS ECU

 Nhóm dữ liệu cài đặt và tra cứu thông qua giắc kết nối dữ liệu DLC3 (Data Link Connector) để truy nhập các thông tin cài đặt và tra cứu thông tin làm việc của

hệ thống và báo lỗi hệ thống

1- Đèn báo; 2- EPS ECU; 3- ECU Mô tơ ; 4- Bảng táp lô;

5- Trục lái (cảm biến mô men, Mô tơ điện 1 chiều, cơ cấu giảm tốc);

6- ECU điều khiển trượt

Hình 2.6 Bố trí các cụm và Taplô thể hiện đèn báo lỗi P/S

Những sự cố trong quá trình vận hành hệ thống được ghi lại trong bộ nhớ của

EPS ECU và cảnh báo bằng đèn P/S trên Bảng táp lô 4 (Hình 2.6)

2.3.2 Hệ thống lái có trợ lực điện kiểu 2

Kiểu này có 2 cách bố trí mô tơ trợ lực:

+ Thứ nhất là loại mô tơ chế tạo rời lắp với trục bánh răng của cơ cấu lái

(Hình 2.7) sử dụng trên xe Toyota Lexus

+ Thứ hai là loại mô tơ được chế tạo liền khối với cơ cấu lái Loại này sử dụng trên xe BMW Trong trợ lực lái loại này mô tơ trợ lực được chế tạo liền với cơ

cấu lái và là một bộ phận cấu thành của cơ cấu lái (Hình 2.8) Phương án này rất

gọn, tuy nhiên giá thành hệ thống cao Phương án này đang được áp dụng cho dòng

xe Lexus đời 2006

1- Khớp cầu; 2- Chụp cao su; 3- Thanh lái;

4- Mô tơ; 5- Giắc điện; 6- Trục lái

Hình 2.7 Mô tơ trợ lực lắp rời trên cơ cấu lái

Cấu tạo mô tơ thể hiện ở (Hình 2.9) Phần kéo dài của thanh răng (13) được

chế tạo dưới dạng trục vít và trục vít này ăn khớp với đai ốc (7) liên kết cứng với rôto (10) của mô tơ trợ lực lái thông qua các viên bi tuần hoàn (9)

1- Cảm biến mô men; 2- Vành tay lái; 3- Cảm biến góc quay;

4- Mô tơ trợ lực; 5- Tăng điện thế

Hình 2.8 Sơ đồ trợ lực lái điện trên cơ cấu lái

1- Cảm biến mô men; 2- Stator; 3- Cuộn dây; 4- Bi cầu;

5- Giắc điện; 6- Gioăng làm kín; 7- Đai ốc; 8- Chốt;

9- Bi cầu; 10- Rô to; 11- Nam châm; 12- Vỏ thanh răng;

13- Thanh răng của cơ cấu lái; 14- Vòng bi

Hình 2.9 Cụm mô tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay

Cảm biến mô men là loại không tiếp điểm được bố trí trên trục lái, cấu tạo

của nó được thể hiện trên (Hình 2.10) Để điều khiển chế độ trợ lực (điều khiển mô

tơ trợ lực) cảm biến mô men lái gửi tín hiệu giá trị mô men về EPS ECU EPS ECU

sẽ tính toán chế độ trợ lực theo chương trình đã được cài đặt sẵn và điều khiển mô

tơ trợ lực bằng chuỗi xung để tạo ra các mức điện áp khác nhau tùy theo việc cần trợ lực mạnh hay yếu

Trong hệ thống điều khiển này để tăng độ nhạy chấp hành và giảm kích thước, trọng lượng mô tơ điều khiển EPS ECU có thêm mạch tăng thế, nâng điện áp

điều khiển lên gấp đôi (24V), cụm (5) trên (Hình 2.10)

Các tín hiệu từ động cơ, hệ thống phanh thông qua mạng CAN gửi về EPS ECU, còn các tín hiệu từ các cảm biến khác được gửi trực tiếp về EPS ECU EPS ECU sẽ tính toán và đưa ra lệnh điều khiển mô tơ lực, trong đó tín hiệu của cảm biến mô men đóng vai trò quan trọng nhất

1- Trục bánh răng của cơ cấu lái; 2- Thanh xoắn; 3- Trục vào;

4- Thanh răng; 5- Cuộn phân tích 1; 6- Cuộn phân tích 2

Hình 2.10 Cụm mô tơ và trục vít, thanh răng và cảm biến góc quay

2.4 Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện

Trong trợ lực lái điện, có một phần tử rất quan trọng không thể thiếu đó là các cảm biến Các cảm biến này có nhiệm vụ truyền thông tin đến ECU để ECU sử

lý thông tin và quyết định vòng quay của mô tơ trợ lực

Các cảm biến trong hệ thống lái trợ lực điện – điện tử gồm: cảm biến mô men lái, cảm biến tốc độ đánh lái (tốc độ quay vành lái), cảm biến tốc độ ô tô

2.4.1 Cảm biến tốc độ đánh lái loại máy phát điện

1- Trục răng; 2- Biến thế vi sai; 3- Mạch giao diện; 4- Trục vào;

5- Thanhxoắn;6- Bánh răng trung gian; 7- Mô tơ;

8- Cơ cấu cam; 9- Lõi théptrượt; 10- Cánh

Hình 2.11 Cấu tạo và tín hiệu của cảm biến tốc độ đánh lái

Được dẫn động từ trục lái thông qua các cặp bánh răng tăng tốc làm tăng tốc

độ quay và phát ra điện áp 1 chiều tuyến tính tỉ lệ với tốc độ quay của trục lái Tín hiệu của máy phát, phát ra được hiệu chỉnh và khuyếch đại thông qua 1 bộ khuếch đại

2.4.2 Loại cảm biến tốc độ đánh lái loại hiệu ứng Hall

Có cấu tạo đơn giản hơn, dễ lắp đặt và đặc tính ra là dạng xung số Vì vậy, các xe ngày nay thường sử dụng loại cảm biến này

Cấu tạo của cảm biến gồm 1 rôto nam châm nhiều cực gắn với trục lái Một

IC Hall được đặt đối diện với vành nam châm (Cách 1 khe hở nhỏ: 0,2 ÷ 0,4 mm) Cảm biến được cấp nguồn điện 12V một chiều Khi đánh tay lái, vành nam châm sẽ quay và từ trường của nam châm tác động vào IC Hall tạo ra chuỗi xung vuông 0V

÷ 5V Số xung tăng dần theo góc quay trục lái Tín hiệu này sẽ được gửi về EPS ECU và phân tích thành góc quay trục lái và tốc độ đánh lái (nếu đặt vào mạch đếm thời gian)

a- Cấu tạo; b- Xung của cảm biến 1- Vỏ; 2- Rô to nam châm; 3- Ổ bi; 4- IC Hall;

5- Giắc điện; 6- Nhựa từ tính

Hình 2.12 Cảm biến tốc độ đánh lái (góc đánh lái) loại Hall

2.4.3 Cảm biến mô men lái có 3 loại

2.4.3.1 Loại lõi thép trượt

Gồm 1 lõi thép được lắp lỏng trượt trên trục lái, trên đó có 1 rãnh chéo, rãnh này sẽ được lắp với 1 chốt trên trục lái Phía ngoài lõi thép là 3 cuộn dây quấn: 1

cuộn sơ cấp và 2 cuộn thứ cấp Cuộn sơ cấp được cấp 1 nguồn điện xoay chiều tần

số cao Tùy thuộc vào vị trí của lõi thép mà suất điện động cảm ứng ra trong hai cuộn dây thứ cấp khác nhau Tín hiệu của 2 cuộn thứ cấp được chỉnh lưu và đưa về mạch so sánh để biến đổi thành điện áp tuyến tính tỉ lệ với góc xoắn của 1 thanh xoắn đặt giữa trục lái và cơ cấu lái (như trong van trợ lực thủy lực loại van xoay)

Ba trạng thái của rãnh chéo, chốt và lõi thép tương ứng với các trường hợp

quay vòng phải, vị trí trung gian và quay vòng trái cũng được thể hiện trong (hình

2.13)

1- Lái phải; 2- Trung gian; 3- Lái trái; 4- Cuộn sơ cấp;

5, 7- Cuộn thứ cấp; 6- Lõi thép trượt

Hình 2.13 Sơ đồ đặc tính và các vị trí làm việc của cảm biến

mô men lái loại lõi thép trượt

2.4.3.2 Loại lõi thép xoay

Gồm trục vào (gắn với phần trên trục lái), trục ra (gắn với phần nối tiếp của trục lái tới cơ cấu lái), giữa trục vào và trục ra được liên kết bằng 1 thanh xoắn Trên trục vào lắp 1 vành cảm ứng số 1 có các rãnh để cài với các răng của vành cảm ứng số (2) Còn vành cảm ứng số (3) cũng có các răng và rãnh được lắp trên trục ra

Phía ngoài các vòng cảm ứng là các cuộn dây được chia ra các cuộn dây cảm ứng

và cuộn dây bù Cấu tạo và nguyên lý của cảm biến được thể hiện trong (hình 2.14)

1- Cảm biến mô men; 2- Trục lái chính; 3- Bộ giảm tốc;

4- Vô lăng; 5- Vành phát hiện 1; 6- Trục sơ cấp;

7- Cuộn dây bù;8-Vành cảm ứng 1; 9- Vành cảm ứng 3;

10- Trục thứ cấp; 11- Từ trục lái; 12- Từ cơ cấu lái;13- Vành cảm ứng 2

Hình 2.14 Vị trí lắp, cấu trúc và đặc tính của cảm biến mô men

lái loại lõi thép xoay

xung của cảm biến được trình bày trên (Hình 2.16)

1- Vành 2; 2- Thanh xoắn; 3- Vành 1; 4- Trục vào;

5- Vành 1 (phần Stator); 6- Vành 2 (Stator); 7- Trục ra

Hình 2.15 Cấu tạo cảm biến mô men lái loại 4 vành dây

Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý và xung của cảm biến

mô men lái loại 4 vành dây

2.4.4.1 Loại công tắc lưỡi gà

Gồm 1 tiếp điểm lá đặt trong một ống thủy tinh nhỏ và đặt cạnh một mâm nam châm quay Mâm nam châm được dẫn động bởi dây công tơ mét Khi ô tô chuyển động, thông qua bánh vít- trục vít ở trục thứ cấp hộp số làm cho dây công tơ mét quay và làm quay mâm nam châm Từ trường của nam châm làm cho công tắc lưỡi gà đóng, mở theo nhịp quay của mâm nam châm và tạo ra chuỗi xung vuông Cảm biến này thường được lắp ngay sau công tơ mét ( đồng hồ tốc độ ô tô) ở bảng táplô

1- Nối với cáp đồng hồ tốc độ; 2- Nam châm; 3- Công tắc lưỡi gà

Hình 2.17 Cảm biến loại công tắc lưỡi gà

2.4.4.2 Loại từ - điện

1- Rô to; 2- Cảm biến tốc độ; 3- Trục thứ cấp

Hình 2.18 Cảm biến loại từ điện

Gồm 1 cánh phát xung được lắp ở trục thứ cấp hộp số và 1 cuộn phát xung với 3 phần tử: lõi thép, nam châm và cuộn dây Được đặt cách cánh phát xung một khe hở (0,5 ÷ 1,0) mm Mỗi lần cánh phát xung lướt qua đầu cuộn phát xung thì ở cuộn dây sẽ cảm ứng ra 1 cặp xung

2.4.4.3 Loại quang điện

Được lắp ngay sau đồng hồ công tơ mét Nó gồm 1 cánh xẻ rãnh được dẫn động quay từ dây công tơ mét Cánh xẻ rãnh quay giữa khe của đèn LED và phototransittor (Tranzito quang) Tốc độ quay của cánh sẻ rãnh tỉ lệ với tốc độ ô tô

và lần lượt che và thông luồng ánh sáng từ đèn LED sang tranzito quang để tạo nên chuỗi xung vuông (0V– 5V) tỷ lệ với tốc độ quay của trục thứ cấp hộp số phản ảnh tốc độ ô tô

1- Nối với cáp đồng hồ tốc độ; 2- Tranzito;

3- Cặp quang điện; 4- Bánh xe có khía rãnh

Hình 2.19 Cảm biến loại quang điện

2.4.4.4 Loại mạch từ trở MRE

Cảm biến được lắp ở trục thứ cấp hộp số Cảm biến gồm 1 vòng nam châm nạp nhiều cực lắp trên trục của cảm biến Khi vòng nam châm quay, từ trường sẽ tác động lên mạch từ trở MRE và tạo ra các xung xoay chiều tại 2 đầu mút (2) và (4) của mạch MRE Các xung đưa tới bộ so và điều khiển tranzito để tạo xung (0V – 12V) ở đầu ra của cảm biến Tần số xung tỉ lệ với tốc độ ô tô

1- Trục thứ cấp của hộp số; 2- Bánh răng bị động;

3- Cảm biến tốc độ;4- HIC có gắn MRE bên trong; 5- Các vòng từ tính

Hình 2.20 Cảm biến tốc độ ô tô loại MRE

Tín hiệu ra của cảm biến được đưa tới đồng hồ công tơ mét để báo tốc độ ô tô

và đưa tới các ECU như PS ECU, ECT ECU để điều khiển các cơ cấu chấp hành (ví dụ van điện từ trong hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử hoặc mô tơ trợ lực lái)

Hiện nay trên thị trường đã có một số xe đang sử dụng hệ thống lái có trợ lực lái điện như: Toyota Vios-2008, Toyota Corolla Altis-2009, KIA NewMorning-

2010, Lexus-2006…Với nhiệm vụ của luận văn, tác giả đi sâu vào thiết kế mạch điều khiển và viết chương trình điều khiển động cơ điện

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA

HỆ THÔNG LÁI XE TẢI VÀ MÔ PHỎNG 3.1 Động lực học quay vòng xe tải

3.1.1 Đặc điểm quay vòng của xe tải

Hình 3.1 Quỹ đạo của ô tô khi quay vòng

Quá trình ô tô đi vào đường vòng được chia làm 3 giai đoạn như (Hình 3.1):

-Giai đoạn 1: xe bắt đầu vào đường vòng (đoạn ab), ở giai đoạn này bán kính quay vòng thay đổi vì khi quay vòng để đạt ngay bán kính quay vòng bằng hằng số thì rất nguy hiểm cho xe Chính vì vậy ở giai đoạn này người lái phải đánh lái từ từ

-Giai đoạn 2: Người lái giữ vành tay lái để xe quay vòng với bán kính không đổi hay còn gọi là giai đoạn quay vòng ổn định (đoạn bc)

-Giai đoạn 3: Khi thực hiện quay vòng xong người lái trả vô lăng về, ở giai đoạn này bán kính quay vòng giảm dần (đoạn cd)

3.1.2 Xây dựng các phương trình động lực học quay vòng xe tải

Khi xe vào đường vòng, để đảm bảo các bánh xe dẫn hướng không bị trượt lết hoặc trượt quay thì đường vuông góc với các véctơ vận tốc chuyển động của tất

cả bánh xe phải gặp nhau ở một điểm, điểm đó chính là tâm quay tức thời của xe

(điểm O trên Hình 3.2)

Xét mô hình mô ̣t dãy với điểm 1,2 và điểm C có tâm quay tức thời là O

Hình 3.2 Lực ngang và gia tốc

Từ hình vẽ tính được gia tốc của xe theo các phương:

Gia tốc theo phương y của xe: (3.1)

Gia tốc theo phương x của xe: (3.2) 1

a , a2: Gia tốc hướng tâm và gia tốc tiếp tuyến đối với tâm quay tức thời O

3

a , a4: Gia tốc hướng tâm và gia tốc tiếp tuyến đối với tâm trục sau

R: là bán kính quay vòng,

v: là vận tốc ô tô theo phương x

Lực ngang của ô tô khi đi vào đường vòng:

Lực ngang của ô tô khi đi ra đường vòng:

(3.4) Lực ngang của ô tô khi quay vòng ổn định:

- Khi đi vào đường vòng thì thời điểm dễ làm cho xe lệch khỏi quỹ đạo nhất

là thời điểm khi xe bắt đầu đi vào đường vòng Vậy, để an toàn người lái nên giảm tốc độ, đánh lái từ từ, khi bắt đầu đi vào đường vòng

Khi ô tô chịu lực ngang Py lúc đó xuất hiện lực ngang của mặt đườngR y1, 2

y

R tác dụng lên lốp xe

Mô men cản lăn do lực quán tính được tính theo công thức:

(3.12) Trong đó:  là bán kính quán tính của ô tô

Từ (Hình 3.1) viết phương trình cân bằng mômen tại điểm (1) và điểm (2)

Hình 3.3 Các lực và momen tác dụng vào ô tô khi quay vòng

Khi chuyển động quay vòng khi đó ô tô chịu thêm các lực do chuyển động tròn, các lực nay sinh ra mô men cản sự quay vòng của ô tô Tổng mô men cản được

L





tính theo công thức:

(3.16) Trong đó:

M1: Mô men cản lăn

M2: Mô men do lực ngang sinh ra

M3: Mô men cản quay vòng do chênh lệch lực kéo giữa hai bánh xe

Mô men do lực cản lăn được tính theo công thức:

Hình 3.4 Các lực tác dụng vào bánh xe dẫn hướng

Từ (Hình 3.4) có được:

Ry1 phân ra làm 2 lực:

+ Lực theo phương dọc lốp bánh xe dẫn hướng Ry1,x

+ Lực theo phương ngang lốp bánh xe dẫn hướng Ry1,y

(3.28) (3.29)

Fx1 phân ra làm 2 lực:

+ Lực theo phương dọc lốp bánh xe dẫn hướng F’x1

+ Lực theo phương ngang lốp bánh xe dẫn hướng F