Nghiên cứu xây dựng phần mềm giảng dạy hệ thống lái tích cực

Nghiên cứu xây dựng phần mềm giảng dạy hệ thống lái tích cực Nghiên cứu xây dựng phần mềm giảng dạy hệ thống lái tích cực Nghiên cứu xây dựng phần mềm giảng dạy hệ thống lái tích cực 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

-

HOÀNG VĂN ĐẠI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM GIẢNG DẠY

HỆ THỐNG LÁI TÍCH CỰC

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Hà Nội – Năm 2012

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

-

HOÀNG VĂN ĐẠI

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG PHẦN MỀM GIẢNG DẠY

HỆ THỐNG LÁI TÍCH CỰC

CHUYÊN NGHÀNH

Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN DỤNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN PGS- TS HỒ HỮU HẢI

Hà N ội – Năm 2012

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn

của thầy giáo PGS.TS HỒ HỮU HẢI Đề tài được thực hiện tại bộ môn Ô tô và

xe chuyên dụng Viện Cơ khí động lực, Đại học Bách Khoa Hà Nội Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng ai được công nhận trong bất cứ công trình nào

Hà Nội, ngày … tháng …… năm 2012

Tác giả

Hoàng V ăn Đại

2

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ……… 1

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 5

CHƯƠNG I: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG LÁI TÍCH CỰC 9

1.1 Hệ thống lái trên ô tô 9

1.1.1 Khái nệm chung về hệ thống lái 9

1.1.2 Cấu trúc cơ bản của hệ thống lái cơ khí 10

1.1.3 Đánh giá về hệ thống lái cơ học loại thường ( không có trợ lực ) 12

1.2.2 Bộ trợ lực thủy lực 13

1.2.3 Cấu tạo bộ trợ lực thủy lực 13

1.2.4 Nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực lái thủy lực 14

1.2.5 Van điều khiển ( van quay ) 15

1.2.6 Nguyên lý hoạt động của van quay 16

1.3 Đánh giá về hệ thống lái trợ lực không dùng điện tử 17

1.4 Khái niệm hệ thống lái tích cực 17

1.5 Lịch sử phát triển của hệ thống lái tích cực 19

CHƯƠNG II: HỆ THỐNG LÁI TÍCH CỰC 22

2.1 Tổng quan về hệ thống lái tích cực 22

2.2 Phân loại hệ thống lái tích cực 23

2.3 Các hệ thống lái tích cực cơ bản 23

2.3.1 Hệ thống lái thủy lực điều khiển điện tử (Electric Hydraulic Power Steering – EHPS) 23

2.3.2 Những ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 29

2.4 Hệ thống lái điện (Electric Power Steering – EPS) 30

2.5 Hệ thống lái 4 bánh xe dẫn hướng 42

2.5.1 Điều khiển thụ động và điều khiển tích cực: 43

2.5.2 Điều khiển 4WS tích cực: 44

2.5.3 Hệ thống lái 4WS điều khiển điện-cơ khí 51

2.5.4 Phương thức điều khiển 4WS 52

CHƯƠNG III: HỆ THỐNG LÁI BẰNG DÂY (Steer-by-wire system) 55

3

3.1 Khái niệm chung về hệ thống 55

3.2 Hệ thống lái bằng dây: 56

3.3 Hệ thống lái bằng dây 57

3.4 Hệ thống lái bằng dây: Cơ cấu chấp hành điện-cơ hoặc điện thủy lực, hoặc thủy lực cơ khí 58

3.5 Hệ thống lái bằng dây: Cơ cấu chấp hành điện-cơ hoặc 59

3.6 Hệ thống lái bằng dây: Đòi hỏi độ tin cậy rất cao 60

3.7 Hệ thống lái bằng dây: Tổng quan sách lược điều khiển 61

3.8 Hệ thống lái Active Steering kết hợp với các hệ thống khác 62

CHƯƠNG IV: XÂY DỤNG MÔ ĐUN BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ HỆ THỐNG LÁI TÍCH CỰC 64

4.1 Yêu cầu của bài giảng điện tử 64

4.2 Các công cụ xây dựng bài giảng điện tử 64

4.2.1 Phần mềm Violet 64

4.2.2 Phần mềm Flash 65

4.2.3 Phần mềm Microsoft PowerPoint 65

4.3 Ứng dụng phần mềm PowerPoint xây dựng mô đun phần mềm bài giảng điện tử hệ thống lái tích cực 67

4.3.1 Xác định mục tiêu của mô đun phần mềm bài giảng điện tử hệ thống lái tích cực 67

4.3.2 Cấu trúc modul bài giảng điện tử 67

4.3.3 Xây dựng giáo án 69

4.3.4 Giao diện bài giảng 72

4.3.5 Nội dung bài giảng: 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

EHPS : Hệ thống lái thủy lực điều khiển điện tử EPS : Hệ thống lái điều khiển điện tử

α

5

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình: 1.1 Hệ thống lái cơ khí loại trục vít – bánh vít 10

Hình: 1.2 Hệ thống lái cơ khí loại bánh răng - thanh răng 10

Hình: 1.3 Sơ đồ hệ thống trợ lực thủy lực 13

Hình: 1.4 Bộ trợ lực thủy lực 13

Hình: 1.5 Cấu tạo thanh răng 14

Hình: 1.6 Sơ đồ kết cấu van quay 15

Hình: 1.7 Kết cấu bơm trợ lực kiểu cánh gạt 16

Hình: 1.8 Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử 18

Hình: 2.1 Sơ đồ quan hệ các góc trong hệ thống lái 22

Hình: 2.2 Sơ đồ và một số bộ phận cơ bản của hệ thống EHPS 23

Hình: 2.3 Các bộ phận chính của hệ thống lái thủy lực điều khiển điện tử 24

Hình: 2.4 Cơ cấu lái trong hệ thống lái tích cực 25

Hình: 2.5 Cơ cấu hành tinh 25

Hình: 2.6 Các chi tiết của bộ trợ lực lái 26

Hình: 2.8 Đồ thị mối quan hệ vận tốc và tỉ số truyền 28

Hình: 2.9 Đặc tính trợ lực của EHPS trên ô tô con 29

Hình: 2.10 Các bộ phận cơ bản của hệ thống EPS 31

Hình: 2.11 Kết cấu bộ trợ lực lái điện trên trục lái Error! Bookmark not defined Hình: 2.12 Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái và cảm biến góc quay vô lăng 33

Hình: 2.13 Sơ đồ hệ thống lái điều khiển điện tử 34

Hình: 2.14 Sơ đồ cấu tạo mô tơ điện 35

Hình: 2.15 Sơ đồ tổng quát của hệ thống 35

Hình: 2.16 Các phương pháp bố trí mô tơ trên CCL 36

Hình: 2.17 Sơ đồ của hệ thống EPS 37

Hình: 2.18 Kết cấu của CCL và mô tơ điện 39

Hình: 2.19 Cấu tạo cảm biến đo góc của mô tơ điện 40 Hình: 2.20 Quan hệ của Mvl và gia tốc của một ô tô con khi dùng EHPS và EPS 41

6

Hình: 2.2 Hệ thống four Wheels Steering (4WS) 43

Hình: 2.22 Hệ thống điều khiển cầu sau thụ động bố trí trên ô tô Mitsubishi Sigma 44

Hình: 2.23 Hệ thống lái 4WS với 3 trạng thái điều khiển bánh xe cầu sau 45

Hình: 2.24 Hệ thống lái 4WS với kết cấu cơ khí 46

Hình: 2.25 Hệ thống lái 4WS với kết cấu khí thủy lực điện tử 47

Hình: 2.26 Sơ đồ bố trí hệ thống 4WS trên Mitsubishi Sigma 49

Hình: 2.27 Biểu diễn bố trí chung của hệ thống 4WS trên xe BMW 50

Hình: 2.28 Hệ thống lái 4WS điều khiển điện-cơ khí 51

Hình: 2.29 Ô tô xoay vòng Jeep Hurricane concept 54

Hình: 3.1 Sơ đồ hệ thống lái bằng dây 56

Hình: 3.2 Sơ đồ tổng quan của hệ thống lái bằng dây 57

Hình: 3.3 Cơ cấu chấp hành điện cơ của hệ thống 58

Hình: 3.4 Cơ cấu chấp hành điện-thủy lực 59

Hình: 3.5 Hệ thống đòi hỏi độ tin cậy rất cao 60

Hình: 3.6 Tổng quan sách lược điều khiển 61

Hình: 3.7 Active Steering kết hợp với các hệ thống khác 62

7

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay giao thông ở nước ta giữ một vai trò rất quan trọng trong sự phát triển của nền kinh tế và đời sống xă hội, trong đó ôtô là một phương tiện giao thông phổ biến nhất

Trong những năm gần đây nghành vận tải ôtô phát triển với tốc độ cao, nhiều kiểu dáng mẫu mã hợp thị hiếu khách hàng Ở Việt Nam xe hơi đã bắt đầu được sử dụng rộng rãi Tuy nhiên nhu cầu đi lại của con người vẫn chưa được thỏa mãn Do vậy các hãng sản xuất xe không ngừng cải tiến, ứng dụng đưa những thành tựu khoa học kỹ thuật vào nghành thiết kế và chế tạo ôtô nhằm làm tăng công suất, tốc độ và giảm suất tiêu hao nhiên liệu, giảm độ độc hại của khí thải…Những cải tiến trên là nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người và những quy định khắt khe về

ô nhiễm môi trường

Với tốc độ phát triển giao thông như hiện nay thì việc đảm bảo an toàn cho con người là điều rất quan trọng vì vậy đòi hỏi các ôtô phải có hệ thống điều khiển đáng tin cậy, an toàn và tiện nghi

Hệ thống lái tích cực là một hệ thống đã được nghiên cứu và ứng dụng trên các xe ô tô hiện đại trong những năm gần đây, nó đáp ứng được những yêu cầu khắt khe của hệ thống lái, nó là định hướng cơ bản cho sự nghiên cứu, ứng dụng và phát triển của hệ thống lái trong tương lai

Các giáo trình và tài liệu giảng dạy chuyên nghành kỹ thuật ô tô dùng trong các trường đại học và cao đẳng chưa đề cập đầy đủ về hệ thống này Việc nghiên cứu và xây dựng mô dun bài giảng điện tử áp dụng các phần mềm sẽ giúp nâng cao hiệu quả quá trình dạy học, giúp bồi dưỡng thêm kiến thức đội ngũ cán bộ giảng dạy tại các trường Đề tài nghiên cứu xây dựng phần mềm giảng dạy hệ thống lái tích cực có ý nghĩa khoa học về mặt chuyên môn, và có ý nghĩa thực tiễn về ứng dụng tại các trường đại học và cao đắng tại Việt Nam

Với nôi dung trên Tôi được giao đề tài: “ Nghiên cứu xây dựng phần mềm giảng dạy hệ thống lái tích cực ”

8

Nội dung của đề tài gồm có các phần sau:

1) Nghiên cứu lịch sử phát triển của hệ thống lái tích cực

2) Nghiên cứu cấu trúc và nguyên lý làm việc của hệ thống lái tích cực

3) Nghiên cứu hệ thống lái bằng dây

4) Nghiên cứu ứng dụng phần mềm PowerPoin xây dựng mô đun phần mềm giảng dạy hệ thống lái tích cực dùng cho các trường Đại học, Cao đẳng

Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi đã được thầy giáo hướng dẫn PGS T.S

Hồ Hữu Hải đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi về mặt tinh thần cũng như tài liệu tham khảo để tôi hoàn thành các nội dung trong đề tài

Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành đề tài nhưng trình độ bản thân còn nhiều hạn chế nên đề tài không tránh khỏi những sai sót Rất mong được sự thông cảm và góp ý của quý thầy và các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn

Qua đây tôi xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài này

9

CHƯƠNG I: LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG LÁI TÍCH CỰC

1.1 H ệ thống lái trên ô tô

1.1.1 Khái nệm chung về hệ thống lái

Hệ thống lái là một hệ thống trên xe ô tô mà thông qua các thao tác của con người can thiệp vào hệ thống để điều khiển các bánh xe dẫn hướng nhằm điều chỉnh, ổn định hướng chuyển động của xe, đảm bảo an toàn giao thông trên đường Các yêu cầu cơ bản của hệ thống lái :

+ Cho phép quay vòng xe một cách dễ dàng trên một đơn vị diện tích mặt đường nhỏ

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

+ Đối với hệ thống lái có trợ lực, phải cho phép điều khiển được xe khi hệ thống trợ lực có sự cố

+ Hệ thống lái phải điểu khiển dễ dàng, tiện nghi và độ bền cao, rất an toàn, ít xẩy ra các sự cố hư hỏng

Một số nước còn quy định một số yêu cầu cụ thể khác đối với hệ thống lái của ôtô: + Với hệ thống lái không có trợ lực, số vòng quay toàn bộ của vành tay lái không được quá 5 vòng, tương ứng với góc quay của bánh xe dẫn hướng phía trong

về cả hai phía kể từ vị trí trung gian là 35 độ Ở vị trí biên cần phải có vấu tỳ hạn chế quay của bánh xe

+ Khi đi trên đường cong có bán kính không đổi bằng 12m với tốc độ 10km/h, lực đặt trên vành tay lái tối đa không vượt quá 250N

+ Đảm bảo khả năng bị động của xe, không gây tổn thương lớn cho người sử dụng khi bị đâm chính diện

Với những yêu cầu trên của hệ thống lái thì các hệ thống lái thông dụng đã phần lớn đáp ứng được những yêu cầu trên

10

1.1.2 C ấu trúc cơ bản của hệ thống lái cơ khí

Sau đây là hai hệ thống lái cơ bản của hệ thống lái cơ khí

+ Hệ thống lái cơ học loại bánh vít –trục vít

Hình:1.

1 Hệ thống lái cơ khí loại trục vít – bánh vít

1-Vô lăng hay vàn tay lái, 2-Trục lái, 3-Trục vít,

4-Bánh vít dạng hình quạt, 5-Đòn quay đứng, 6-Thanh kéo dọc,

7-Đòn quay ngang, 8-Mặt bích, 9-Thanh nối, 10-Thanh ngang

11-Cầu trước hay dầm đỡ, 12-Trục ( trụ ) đứng

13-Trục hay ngỗng trục của bánh xe dẫn hướng

+ Hệ thống lái loại thanh răng – bánh răng

Hình:1.2 Hệ thống lái cơ khí loại bánh răng - thanh răng

và nối bản lề với tay đòn 5 Tay đòn 5 cố định với trục hay ngỗng trục 7 của bánh

xe dẫn hướng 8 và quay xung quanh trục đứng 6

+ Nguyên lý hoạt động chung của hệ thống:

Khi thay đổi hướng chuyển động của ôtô, giả sử quay vòng sang bên trái, người lái phải quay vành tay lái hay vô lăng 1 theo chiều mũi tên hay ngược chiều kim đồng hồ, qua cơ cấu lái của bánh vít, trục vít hay bánh răng thanh răng làm dịch chuyển các đòn, thay đổi các góc của hình thang lái làm cho các bánh xe dẫn hướng xoay quanh trục đứng theo chiều quay của vô lăng theo một tỷ lệ nhất định với góc quay của vô lăng thực hiện nhiệm vụ chuyển hướng

+ Để thực hiện được các yêu cầu cơ bản, hệ thống lái được thiết kế kết cấu và các góc cơ bản sau:

Hệ thông lái là một loại cơ cấu truyền chuyển động từ vành tay lái đến đòn chuyển hướng tại bánh xe dẫn hướng Trong phạm vi hệ thống lái có thể phân biệt các tỷ số truyền sau:

- Tỷ số truyền của hộp số lái ( I l1 ): Là tỷ số truyền của góc quay của vành tay lái chia cho góc quay của đòn lắc chuyển hướng

-Tỷ số truyền của hộp số lái có thể có trị số cố định hoặc có thể tăng hoặc giảm khi vành tay lái được quay khỏi vị trí trung gian

Đối với xe du lịch sẽ có lợi hơn nếu sử dụng hộp số lái với tỷ số truyền thay đổi Điều này làm tăng tính an toàn khi ôtô chạy nhanh, vì khi vành tay lái được quay một góc nhỏ thì các bánh xe dẫn hướng xoay ít hơn Ngoài ra với tỷ số truyền của hộp số lái cao thì sự rung động của các bánh xe dẫn hướng ở tốc độ cao sẽ ảnh hưởng ít hơn đến người lái

12

Công thức tính tỷ số truyền: il=αl1/ αl2 =i

l1 il2 α

l1: Góc quay vành tay lái α

l2: Góc quay bánh dẫn hướng

1.1.3 Đánh giá về hệ thống lái cơ học loại thường ( không có trợ lực )

Các hệ thống lái cơ học loại thường ( không có trợ lực ) đã đáp ứng được

phần lớn các yêu cầu của hệ thống lái nhưng vẫn chưa được hoàn thiện ở chỗ khi quay xe người lái phải sử dụng lực tương đối lớn tác dụng lên vành tay lái để làm quay bánh dẫn hướng gây ra mệt mỏi cho người lái chính vì thế mà hệ thống lái đã

có cải tiến thêm phần trợ lực và đã đáp ứng được các yêu cầu trên

1.2 Hệ thống lái cơ học loại cường hóa ( có trợ lực )

1.2.1 Khái niệm chung về hệ thống lái có trợ lực

Hệ thống lái trợ lực là hệ thống lái có khả năng tạo ra lực đẩy phụ hỗ trợ lái xe quay vòng tay lái khi quay vòng Việc trang bị hệ thống lái trợ lực sẽ mang lại những lợi ích sau đây:

+ Giảm nhẹ cường độ lao động của người lái khi quay vòng xe, người lái chỉ cần tác động lên vành tay lái một mô men nhỏ hơn so với trường hợp hệ thống lái không có trợ lực

+ Nâng cao tính an toàn trong trường hợp có sự cố ở bánh xe (như nổ lốp, bánh xe non hơi, v.v ) vì trong những trường hợp như vậy việc điều khiển xe sẽ không quá khó khăn như trường hợp không có trợ lực

+ Giảm va đập từ các bánh xe lên vành tay lái

Ở các xe đời cũ hệ thống trợ lực lái chủ yếu là hệ thống lái trợ lực thủy lực, do vậy tôi chỉ giới thiệu hệ thống trợ lực thủy lực

13

1.2.2 Bộ trợ lực thủy lực

Hình: 1.3 Sơ đồ hệ thống trợ lực thủy lực

1- Vành tay lái; 2- Van điều khiển; 3- Bơm dầu;

4- Bình dầu; 5- Thanh răng; 6- Pittông trợ lực

1.2.3 Cấu tạo bộ trợ lực thủy lực

Hình: 1.4 Bộ trợ lực thủy lực

Ở hệ thống này thanh răng được thiết kế hơi khác so với hệ thống lại thường một chút Một phần của thanh răng có chứa một xilanh và một piston luôn ở vị trí giữa Piston được nối với thanh răng Có hai đường ống dẫn chất lỏng ở hai bên của piston ( thường là dầu không chịu nén ) Một dòng chất lỏng có áp suất cao sẽ được

14

bơm vào một đầu đường ống để đẩy piston dịch chuyển hỗ trợ thanh răng dịch chuyển Như vậy khi ta đánh lái sang bên nào thì cũng có sự hỗ trợ của hệ thống thủy lực sang bên đó

Hình: 1.5 Cấu tạo thanh răng

1- Con trượt phân phối; 2- Thanh răng;

1.2.4 Nguyên lý hoạt động của bộ trợ lực lái thủy lực

Khi xoay vành tay lái, sự cản trở gây ra bởi trọng lượng xe và sự ma sát giữa bánh xe và mặt đường gây ra sự xoắn trên thanh xoắn làm van xoay bị lệch Sự thay đổi vị trí của van xoay dẫn hướng cho dầu chảy đến đúng đầu của xi lanh lực Sự khác nhau về áp lực dầu trên hai mặt piston làm thanh răng dịch chuyển nhờ vậy giảm được lực lái Đầu bên kia của xi lanh lực sẽ bị đẩy về bình chứa của bơm Khi ngừng xoay vành tay lái, lực xoắn của thanh xoắn sẽ đẩy van xoay về vị trí trung tâm, áp lực cân bằng trên hai mặt piston, lúc này bánh xe trở về vị trí thẳng đứng Lượng dầu ở hai đường ống được điều khiển bằng van quay

15

1.2.5 Van điều khiển ( van quay )

- Cấu tạo van quay:

Hình:1.6 Sơ đồ kết cấu van quay

Chi tiết chính của van quay là thanh xoắn Thanh xoắn là một thanh kim loại mỏng có thể xoắn được khi có một mô men tác dụng vào nó Đầu trên của thanh xoắn nối với trục lái còn đầu dưới nối với bánh răng hoặc trục vít tùy thuộc vào kiểu

hệ thống lái, vì vậy toàn bộ mô men xoắn của thanh xoắn cân bằng với tổng mô men của người lái sử dụng để làm đổi hướng bánh xe Mô men người lái tác động càng lớn thì mức độ xoắn của thanh càng nhiều Đầu vào của trục tay lái là một thành phần bên trong của khối van hình trụ ống Nó cũng nối với đầu mút phía trên của thanh xoắn Phía dưới thanh xoắn nối với phía ngoài của van ống Thanh xoắn cũng làm xoay đầu ra của cơ cấu lái, nối với bánh răng hoặc trục vít phụ thuộc vào kiểu hệ thống lái

16

1.2.6 Nguyên lý hoạt động của van quay

Khi người lái xoay vành tay lái thi sẽ làm cho thanh xoắn bị vặn đi, nó làm bên trong van ống xoay tương đối với phía ngoài Do phần bên trong của van ống cũng được nối với trục lái nên tổng số góc quay giữa bên trong và bên ngoài của van ống phụ thuộc vào người lái xoay vành tay lái Khi vành tay lái không có tác động, cả hai đường ống thủy lực đều cung cấp áp suất như nhau cho cơ cấu lái Nhưng nếu van ống được xoay về một bên, các đường ống sẽ được mở để cung cấp dòng cao áp cho đường ống phía bên đó

Để cung cấp cho hệ thống thủy lực hoạt động hỗ trợ cho hệ thống lái, người ta

sử dụng một bơm thủy lực kiểu cánh gạt Bơm này được dẫn động bằng mô men của động cơ nhờ truyền động puli-đai Nó bao gồm rất nhiều cánh gạt vừa có thể di chuyển hướng kính trong các rãnh của một rô to

1.2.7.2 Nguyên lý hoạt động của bơm trợ lực thủy lực

Khi rô to quay, dưới tác dụng của lực ly tâm các cánh gạt này bị văng ra và tì sát vào một không gian kín hình ô van Dầu thủy lực bị kéo từ đường ống có áp suất thấp và bị nén tới một đầu ra có áp suất cao Lượng dầu được cung cấp phụ thuộc vào tốc độ của động cơ Bơm luôn được thiết kế để cung cấp đủ lượng dầu ngay khi động cơ chạy không tải, và do vậy nó sẽ cung cấp quá nhiều dầu khi động cơ hoạt

17

động ở tốc độ cao Để tránh quá tải cho hệ thống ở áp suất cao, người ta lắp đặt cho

hệ thống một van giảm áp Khi áp suất dầu quá lớn thì dầu sẽ mở van giảm áp và cho dầu chạy về khoang chứa dầu Để cung cấp cho hệ thống thủy lực hoạt động hỗ trợ cho hệ thống lái, người ta sử dụng một bơm thủy lực kiểu cánh gạt Bơm này được dẫn động bằng mô men của động cơ nhờ truyền động puli-đai

1.3 Đánh giá về hệ thống lái trợ lực không dùng điện tử

Hệ thống lái trợ lực không dùng điện tử đã đáp ứng được các yêu cầu cơ bản của hệ thống lái Giảm được lực tác dụng lên vành tay lái khi quay vòng xe, tạo cảm giác thoải mái cho người lái Độ tin cậy cao, khi bộ trợ lực bị hỏng hóc thì hệ thống lái vẫn hoạt động bình thường như trường hợp không có trợ lực Nhưng hệ thống này chỉ giúp được lái xe về lực vần tay lái, hệ thống trợ lực phụ thuộc nhiều vào tốc

độ của động cơ sẽ tốn nhiên liệu và không ổn định khi xe chuyển động ở tốc độ cao

1.4 Khái niệm hệ thống lái tích cực

Hệ thống lái cơ khí cũng như hệ thống lái có trợ lực thủy lực trên ô tô đã đáp ứng được các yêu cầu cơ bản của hệ thống lái Với sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ thông tin, sự đòi hỏi ngày càng cao của người tiêu dùng cũng như sự cạnh tranh khốc liệt của các hãng xe trên thế giới mà các hệ thống trên

xe ô tô không ngừng được cải tiến và hoàn thiện Trong những năm gần đây hệ thống lái mới được một số hãng xe, nhà chế tạo, sản xuất xe chú ý tới và cải tiến

Hệ thống lái được cải tiến từng bước từ hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển bằng điện tử, hệ thống lái cơ khí trợ lực bằng điện, hệ thống lái bằng dây

Những hệ thống lái này được goi là hệ thống lái tích cực bởi vì ngoài nhưng đảm bảo cơ bản của hệ thống lái thường, hệ thống lái trợ lực thuần túy, hệ thống lái tích cực còn có những tính năng ưu việt nổi trội mà các hệ thống lái trước đây không có được Một số ưu việt nổi bật đó là:

- Hệ thống lái tích cực là hệ thống lái có khả năng tạo ra lực đẩy phụ hỗ trợ lái

xe quay vành tay lái khi quay vòng

- Việc điều khiển xe không hoàn toàn phải phụ thuộc vào người lái nữa, bộ trợ lực lái điều khiển bằng điện tử sẽ hỗ trợ một phần trong việc điều khiển xe, đặc biệt

18

là lúc xe chạy với tốc độ cao thì việc điều khiển xe sẽ khó hơn, lúc này bộ trợ lực điện tử sẽ tự động điều chỉnh để cho xe có thể chạy được bình thường giảm căng thẳng cho người lái, và nâng cao độ an toàn cho người và xe

- Hệ thống có thể thay đổi tỷ số truyền động lái một cách phù hợp

-Tiết kiệm được năng lượng của động cơ

- Hệ thống trợ lực lái không phụ thuộc vào tốc độ của động cơ đặc biệt khi ở tốc

độ thấp, cần năng lượng trợ lực lớn và ngược lại, điều này không thể thực hiện được

ở các hệ thống lái trước đây

- Có thể điều chỉnh tự động góc lái một cách phù hợp khi hệ thống mất an toàn

- Có thể lập trình một phần hoặc toàn bộ những chế độ tự động lái như vào bãi đậu xe, xe đi theo đoàn, xe đi theo bản đồ v.v

- Có thể tích hợp với các hệ thống khác để điều chỉnh hệ thống lái một cách phù hợp, ổn định và an toàn

- Có thể nhận dạng trạng thái tâm lý cũng như sức khỏe của lái xe để có những xử

lý hiệu quả an toàn v.v

- Hệ thống lái tích cực còn có kết cấu gọn nhẹ hơn, dễ bố trí hơn, ít hỏng hóc hơn,

an toàn và tiện nghi hơn hẳn các hệ thống lái truyền thống trước đây

Chính vì những ưu điểm nội trên mà hệ thống lái tích cực đã được nghiên cứu, thử nghiệm và đã được áp dụng vào hầu hết các xe ô tô hiện đại sản xuất trong những năm gần đây Đặc biệt là quá trình thử nghiệm và ứng dụng hệ thống lái bằng dây trên xe ô tô

Một số bộ phận của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử:

Hình: 1.8 Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử

19

1.5 L ịch sử phát triển của hệ thống lái tích cực

Hệ thống lái trên xe ô tô được ra đời và phát triển cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ, trong đó Cột mốc quan trọng nhất trong lịch sử thiết kế ô

tô là sự ra đời của động cơ chạy xăng, dầu vào năm 1885-1886 do công của hai nhà phát minh Gottlieb Daimler và Karl Benz, đồng thời là phát minh động cơ đốt trong

4 thì của Nicolaus August Otto năm 1876, mở ra thời kì phát triển của những chiếc

ô tô hiện đại ngày nay Sự hoàn thiện của động cơ thời kỳ này kéo theo sự phát triển

và thay đổi của thiết kế mẫu mã, kiểu dáng và cấu tạo của xe

Trong giai đoạn này chứng kiến sự gia tăng nhanh chóng nhu cầu sử dụng ô tô

và ngành thiết kế xe bắt đầu được mùa phát triển Một loạt những mẫu thiết kế mới

về mẫu mã và kiểu dáng phong phú, đa dạng xuất hiện Chiếc xe Mercury và một số mẫu xe Ford tung ra thị trường năm 1949 dấy lên một phong cách thiết kế mới với thân xe cao, gầy và diện mạo hoàn toàn khác so với những mẫu xe của những năm

1930, 1940 trước đó Một cải tiến đáng chú ý khác trong thời kì này do hãng Hudson (Mỹ) đưa ra là mẫu xe có gầm thấp khiến trọng lượng xe thấp đi và độ bám đường cho thân xe tăng lên

Một cột mốc quan trọng trong việc cải tiến hệ thống lái trên xe ô tô đó là cải tiến hệ thống lái cơ khí sang hệ thống lái trợ lực, nó đã giúp cho lái xe điều khiển

xe nhẹ nhàng hơn, an toàn và thoải mái hơn rất nhiều so với hệ thống lái cơ khí thuần túy trước đây Đó là vào năm 1951, Francis Davis và George Jessup phát minh ra hệ thống lái trợ lực và được trang bị đầu tiên cho xe Imperial của Chrysler

Và từ đó cho đến cuối thập niên 80 sự phát triển các mẫu xe chủ yếu phụ thuộc vào tình hình kinh tế thế giới và phần lớn là phần động cơ, hệ thống nhiên liệu và hệ thống phanh v.v.v

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ ô tô theo một chiều hướng mới dựa vào

sự phát triển của công nghệ thông tin, trong đó quan trọng nhất đó là cơ điện tử

Cơ điện tử là một yếu tố quan trọng trong quá trình phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật thiết kế hiện đại Sự phát triển của máy tính, tiếp theo là máy vi tính, máy tính nhúng, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và công nghệ

20

phần mềm đã khiến cho Cơ điện tử trở thành một yêu cầu cấp thiết trong nửa cuối thế kỷ 20 Sang thế kỷ 21, với những tiến bộ đã được dự báo trong các hệ cơ-điện-sinh học, máy tính lượng tử, hệ pico và nano cùng những phát triển khác, tương lai của Cơ điện tử sẽ đầy tiềm năng và triển vọng

Sự phát triển của Cơ điện tử hiện đại đóng góp rất lớn cho sự phát triển của ôtô Đến tận thập niên 1960, chỉ có rađio là thiết bị điện tử đáng kể duy nhất trong ô

tô Tất các các chức năng khác thuần túy mang tính cơ khí hoặc điện ví dụ như động

cơ khởi động và hệ thống nạp ắc quy Không hề có một “hệ thống an toàn thông minh” nào, ngoại trừ việc tăng kích cỡ đệm giảm chấn và các phần tử kết cấu để bảo

vệ hành khách trong trường hợp xảy ra tai nạn Vào đầu thập niên 1960, dây an toàn

ra đời nhằm tăng độ an toàn cho người sử dụng và được vận hành hoàn toàn bằng cơ khí

Lịch sử phát triển của hệ thống lái tích cực

Cơ điện tử được áp dụng vào hệ thống lái tương đối chậm hơn so với các hệ thống khác trên ô tô bởi vì hệ thống lái có những đặc tính khác biệt so với các hệ thống khác Một trong những khác biệt quan trọng nhất đó là vấn đề an toàn khi vận hành, Hệ thống điều khiển tương đối phức tạp, thói quen cảm giác lái xe, hệ thống lái xe trợ lực cũ vẫn đủ các tiêu chí cơ bản của hệ thống lái và hệ thống lái còn chịu ảnh hưởng và phụ thuộc rất lớn đến các hệ thống khác trên ô tô Chính vì các lý do nêu trên mà hệ thống lái tích cực cuối thập kỷ 90 mới bắt đầu được áp dụng trên một số xe ô tô

Vào năm 1990 Chryste đã nghiên cứu hệ thống lái tự động có tên là Automated Durability Road Sử dụng Rô bốt để lái xe trên những cung đường thử rất khó khăn Cũng vào năm 1990 Ferdinand porsche đã thiết kế một chiếc ô tô sử dụng hệ thống truyền động bằng điện để giới thiệu tại triễn lãm thế giới

Vào năm 2002, hãng xe BMW đã sử dụng hệ thống lái công nghệ AL-active Steering Cũng vào đầu năm 2002, Hãng xe BMW đã lắp hệ thống trợ lực lái bằng điện tử lên xe BMW Z4 nhưng chưa tỏ rõ sự ưu việt hơn so với hệ thống trợ lực

Hệ thống lái bằng dây By wire đầu tiên được lắp lên xe BMW 5- Series vào năm 2001 Nhưng vẫn trong quá trình thực nghiệm

Hệ thống lái điều khiển bằng giọng nói được giới thiệu tại thị trường Bắc Mỹ vào năm 2010 trên dòng xe Nissan châu âu

Khoảng 2005 cho đến nay hầu hết các xe ô tô du lịch đều được trang bị hệ thống lái trợ lực điện Hệ thống trợ lực điện ngày càng được tích hợp với các hệ thống khác trên xe nhằm đưa lại những ưu việt nổi trội, dễ dàng điều khiển, an toàn khi vận hành, và còn giúp lái xe vận hành trong những tình huống nhất định

Hệ thống lái xe bằng dây By wire là một hệ thống có rất nhiều ưu việt nổi trội

so với các hệ thống lái khác Nhưng vì tính phức tạp của hệ thống, vì tính an toàn trong vận hành v.v Nên hệ thống này đã được nghiên cứu, thử nghiệm trên một

số xe ô tô của các hãng xe như đã trình bày ở trên nhưng chưa thể đưa ra sản xuất hàng loạt được vì đang quá trình hoàn thiện và thực nghiệm Chắc chắn hệ thống lái bằng dây sẽ là hệ thống lái trong tương lai gần

Sơ đồ mối quan hệ các góc quay của hệ thống lái tích cực được thể hiện ở hình sau :

Hình: 2.1 Sơ đồ quan hệ các góc trong hệ thống lái

Ở sơ đồ trên ta thấy góc quay của bánh xe dẫn hướng không chỉ hoàn toàn phụ thuộc vào góc quay của vô lăng mà còn phụ thuộc vào góc quay của mô tơ, tỷ số truyền iM Đặc biệt tỷ số truyền iM và góc quay của mô tơ được điều khiển dựa vào tín hiệu góc độ quay của vô lăng, tốc độ của ô tô v.v… thông qua bộ điều khiển điện

23

tử (ECM) Do vậy hệ thống lái tích cực khi vận hành, ngoài tác động của người lái còn có sự tác động của hệ thống cơ điện tử can thiệp vào, nhờ đó lái xe vận hành êm dịu hơn, ổn định hơn, an toàn hơn.v.v

2.2 Phân loại hệ thống lái tích cực

Theo mức độ hoàn thiện về kết cấu cũng như mức độ ứng dụng cơ điện tử vào trong hệ thống lái Chúng ta có thể phân loại hệ thống lái tích cực như sau:

- Hệ thống lái trợ lực thủy lực có hộ trợ bởi điện tử (Electric Hydraulic Power Steering – EHPS)

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

- Hệ thống lái 4 bánh trợ lực điện (Super Handling All- Drive system )

- Hệ thống lái bằng dây dây ( By wire )

Hình: 2.2 Sơ đồ và một số bộ phận cơ bản của hệ thống EHPS

1: Bình chứa dầu; 2: EHPS-ECU;

3: XLL; 4: Mô tơ bơm dầu; 5: Van PP;

4

24

Hình: 2.3 Các bộ phận chính của hệ thống lái thủy lực điều khiển điện tử

Thành phần chính của hệ thống Active Steering bao gồm: Cơ cấu hành tinh, bộ điều khiển độc lập, bộ trợ lực thủy lực và các cảm biến Trong số đó, bộ phận quan trọng nhất của Active Steering là cơ cấu lái điều khiển kép với “2 đầu vào 1 đầu ra” Một đầu liên kết với trục tay lái, đầu vào thứ 2 là động cơ điện điều khiển nối với thanh chuyển hướng Đầu ra là trục bánh lái với góc quay do động cơ điện điều khiển Có thể thấy rằng động cơ trợ lực không thể tự mình quay các bánh xe mà cần đến sự giúp đỡ của bộ trợ lực lái thuỷ lực như ở những tay lái thông thường khác Phần bên ngoài của Active Steering nối với bộ điều khiển và kiểm tra tính ổn định thân xe (DSC-Dynamic Stability Control) Hệ thống này sẽ được kích hoạt khi

bộ tay lái không còn làm chủ được tình huống Tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, Active Steering sẽ tăng hoặc giảm bớt góc quay của bánh trước so với góc quay tay lái Các bộ phận thủy lực tương đối giống như hệ thống lái trợ lực thông thường

do vậy chúng ta chỉ nghiên cứu cơ cấu trợ lực điện tử nhằm thay đổi tỷ số truyền động lái một cách phù hợp như sau:

Sơ đồ cấu tạo:

25

Hình: 2.4 Cơ cấu lái trong hệ thống lái tích cực

Hình:2.5 Cơ cấu hành tinh

26

Hình: 2.6 Các chi tiết của bộ trợ lực lái

Cơ cấu hành tinh gồm có trục lái được chia làm hai phần Phần trên nối với vành tay lái, phần dưới (đầu ra) được nối với thanh răng Đầu ra là dạng bánh răng

ăn khớp với thanh răng Hai phần của trục lái không nối cứng với nhau mà có thể chuyển động tương đối với nhau Và hai phần của trục lái được liên hệ với nhau nhờ

bộ bánh răng hành tinh Bộ bánh răng hành tinh bên ngoài có các răng được ăn khớp với bánh răng của động cơ điện Còn bên trong là bốn bánh răng hành tinh quay quanh bánh răng trung tâm Bánh răng trung tâm là phần cuối của trục lái Chính nhờ có bộ bánh răng trung tâm mà tỉ số truyền của hộp số lái có thể thay đổi được Ở thanh răng cũng được trợ lực bằng thủy lực giúp cho việc lái xe được nhẹ nhàng hơn Kết cấu bao gồm: 1- Các bánh răng hành tinh; 2 - Trục đầu ra nối với thanh răng; 3 - Chốt; 4 - Nắp; 5 - Vòng răng ăn khớp với mô tơ trợ lực; 6

-Trục nối với vành tay lái

Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử (hệ thống lái linh hoạt) hoạt động không như các hệ thống lái khác Khi xe chạy với tốc độ chậm, bình thường thì việc điều khiển xe tương đối dễ dàng, lúc này bộ trợ lực điều khiển điện tử vẫn chưa hoạt động Khi xe chạy với tốc độ cao, tình trạng mặt đường xấu và có sự thay đổi đột ngột trong khi lái như qua khúc cua với tốc độ cao, lạng lách để trách các xe khác

Bộ xử lý trung tâm ECU sau khi nhận các tín hiệu từ các cảm biến sẽ xử lý các thông tin đó và đưa ra tín hiệu để điều khiển cho động cơ điện quay, làm cho bộ bánh răng hành tinh quay theo dẫn tới thanh răng sẽ được chuyển động và làm cho các bánh xe dẫn hướng hoạt động

Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử hoạt động không phụ thuộc hoàn toàn vào sự điều khiển của người lái mà nó có thể tự điều khiển việc lái xe khi mà người lái chưa tác dụng một lực nào lên vành tay lái, tức là nó có thể xen vào tức thời để

hỗ trợ cho người lái

Hình: 2.7 Phạm vi thay đổi tỷ số truyền trong các hệ thống lái

28

Hình: 2.8 Đồ thị mối quan hệ vận tốc và tỉ số truyền

Trên đa số các xe hơi hiện nay người ta thường phải xoay vành tay lái đến ba bốn vòng để chuyển hướng bánh xe từ cuối cùng bên trái sang tận cùng bên phải và ngược lại Một tỷ số truyền cao nghĩa là bạn phải quay vành tay lái nhiều hơn để bánh xe đổi hướng theo một khoảng cách cho trước Tuy nhiên một tỷ số truyền cao

sẽ không hiệu quả bằng tỷ số truyền thấp Tỷ số truyền thấp sẽ cho tay lái phản ứng nhanh hơn

Với hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử thì có thể thay đổi tỷ số truyền lái

để phù hợp với từng trường hợp có thể xảy ra trong quá trình lái xe Đặc biệt là khi

xe qua chỗ cua gấp thì không cần xoay nhiều vành tay lái Còn đối với xe không có

bộ trợ lực điều khiển điện tử thì không thể thay đổi được tỷ số truyền, điều đó được thể hiện trên hình 2.8

Với hệ thống lái trợ lực điều khiển bằng điện tử thì khi người lái thay đổi hướng chuyển động của xe như lúc quay vòng hay vượt lên trước xe khác thì vết của hai bánh trước và sau trùng nhau, chính điều này giúp cho lốp xe ít bị mòn và bám sát quỹ đạo quay vòng của xe

Đối với các xe không dùng hệ thồng lái trợ lực điều khiển điện tử thì khi thay đổi hướng chuyển động của xe như lúc quay vòng hoặc vượt lên trước xe khác thì

29

vết của hai bánh xe trước và hai bánh sau không trùng với nhau, nên lốp của các bánh xe mau mòn hơn và quay vòng cũng không chính xác bằng hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử và đặc biệt là lúc quay vòng ở tốc độ cao sẽ dễ bị lật xe

2.3.2 Những ưu điểm của hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử

So với hệ thống trợ lực thủy lực thông dụng, hệ thống EHPS có các đặc điểm khác cơ bản sau:

- Sử dụng bơm dầu được dẫn động bằng mô tơ điện một chiều được điều khiển thông qua ECU

- Sử dụng cảm biến kiểm soát các trạng thái làm việc của hệ thống lái, tình trạng quay vòng, tình trạng hoạt động của ô tô

Hình: 2.9 Đặc tính trợ lực của EHPS trên ô tô con

Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử có thể thay đổi tỷ số truyền lái một cách linh hoạt tùy thuộc vào tốc độ của xe và góc quay vành tay lái Ví dụ khi xe chạy qua khu vực đèo núi với góc cua tay áo và có gió mạnh, với thiết bị lái thông thường, lái xe không có lựa chọn nào khác là bắt chéo tay trên vô-lăng, giảm đáng

kể năng lực điều khiển các thiết bị khác Việc tăng tỷ lệ truyền lái giúp loại bỏ tư thế nguy hiểm này, tay đặt đúng vị trí trên vô-lăng sẽ cho phản xạ tốt trong tình huống bất ngờ và kiểm soát toàn bộ các phím chức năng trên vành lái Di chuyển ở tốc độ cao, chiếc xe sẽ phản ứng cực nhạy khi điều khiển, nếu tỷ lệ truyền góc lái từ vô-lăng xuống bánh trước cao thì một động tác đánh lái rộng và gấp sẽ gây nguy hiểm Lúc này, động cơ số 1 chi phối ngược chiều quay vô-lăng, làm giảm tỷ lệ

30

truyền lái Mô tơ số 2 sẽ được phát động làm cho lực vần tay lái nặng thêm, tránh các phản xạ quá mạnh và đột ngột của người điều khiển Áp lực tăng lên còn có tác dụng ổn định vô-lăng, tránh tác động từ mặt đường làm thay đổi góc lái Một lợi ích khác của tỷ lệ truyền này là giúp chiếc xe đi thẳng một cách hoàn hảo trên xa lộ

- Khi chuyển hướng xe đột ngột thì vết của hai bánh trước và sau trùng nhau tránh cho lốp xe it bị mòn

- Không cần phải quay nhiều vòng vành tay lái khi qua khúc cua, chỉ cần một tác động nhỏ ở vành tay lái là đã tạo nên một góc xoay tương đối lớn ở bánh xe Giúp cho người lái có cảm giác thoải mái và tự tin

- Quay vòng xe giảm bớt lực tác dụng lên vành tay lái

- Với hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử thì nó có thể xen vào trong một tức khắc để điều chỉnh nếu hệ thống lái có sự cố Khi bộ trợ lực điều khiển điện tử có hỏng hóc thì hệ thống lái vẫn hoạt động bình thường

- Hệ thống lái trợ lực điều khiển điện tử hoạt động êm dịu, độ an toàn và tin cậy cao

- Tiết kiệm được nhiên liệu do bơm dầu hoạt động không phụ thuộc vào tốc độ của động cơ

- Hệ thống EHPS có những ưu điểm nội trội nêu trên, tuy nhiên hệ thống này vẫn còn những hạn chế như giá thành hệ thống cao và cần nhiều cụm chi tiết chính xác và phức tạp đặc biệt vẫn còn hệ thống thủy lực trong hệ thống làm cho độ bền không cao, bảo dưỡng sửa chữa phức tạp Để khắc phục những hạn chế nêu trên người ta thiết kế hệ thống lái trợ lực điện (Electric Power Steering – EPS)

2.4 Hệ thống lái điện (Electric Power Steering – EPS)

- Hệ thống EMPS (Electric Mechanic Power Steering) hay còn viết tắt là EPS: dùng năng lượng trợ lực từ ắc quy điều khiển mô tơ điện trợ lực cho vành lái (hình 2.10) Bố trí động cơ điện trên hệ thống lái có hai cách chính :

- Động cơ điện được bố trí trên trục lái

- Động cơ điện được bố trí trên cơ cấu lái

* Động cơ điện được bố trí trên trục lái có sơ đồ như sau

31

Hình: 2.10 Các bộ phận cơ bản của hệ thống EPS

Hệ thống lái gồm:

+ Bộ xử lý EPS ECU (1)

+ Cảm biến mô men vành tay lái (2)

+ Mô tơ điện một chiều (3)

+ Cơ cấu giảm tốc (4)

+ Bộ chấp hành ABS và ECU ABS (5)

Từ những tiêu chí trên, hệ thống EPS có khả năng xử lý rộng rãi nhiều thông tin liên quan tới khả năng quay vòng của ô tô, hoàn thiện chất lượng điều khiển và

32

quay vòng Hệ thống cho phép điều khiển mọi chế độ trợ lực theo nhiều thông số làm việc của ô tô Việc sử dụng năng lượng điện cho trợ lực lái tương tích với nhu cầu hoàn thiện cho ô tô theo hướng thân thiện với môi trường

Trên các ô tô ngày nay năng lượng của động cơ khi dư thừa được tích lũy tại bình điện, và phục vụ các chế độ làm việc của các hệ thống tiêu thụ điện trong đó có

hệ thống lái có trợ lực

- Hệ thống EPS có kết cấu gọn, xong khó khăn gặp phải trong việc chế tạo các loại

mô tô bước DC với công suất lớn

Các dạng bố trí EPS cho hệ thống lái của ô tô con đang phát triển với các kết

cấu bố trí mô tô điện ở các vị trí: Trên trục lái và trên cơ cấu lái

* Bộ trợ lực lái nằm trên trục lái

Bộ trợ lực lái bằng điện bố trí trên trục lái của hệ thống lái được trình bày trên hình 2.11 Khác với cấu trúc được trình bày ở trên, bộ trợ lực sử dụng động cơ điện một chiều 2 có cổ góp 14 để điều khiển sự chuyển động của bộ phận nối cơ khí

Trục vít 9, bánh vít 15 Động cơ điện một chiều bố trí trên trục lái và nối với bộ giảm tốc trục vít bánh vít 6 bằng ống nối then hoa mịn 18 Bánh vít 15 được lắp chặt trên trục lái, tạo nên khả năng trợ lực cho trục lái 9 khi được cấp điện áp tới mô

tơ điện

Mô tơ điện bố trí trên trục lái cho phép giảm nhẹ được mô men tạo nên bởi mô

tơ điện, và điện áp sử dụng cho động cơ điện tương thích với hệ thống nguồn 12V

Hệ thống EPS có các thiết bị chính như sau:

33

Hình :2.11 Kết cấu bộ trợ lực lái điện trên trục lái

ECU của EPS nhận tín hiệu từ các cảm biến, đánh giá tình trạng xe và quyết định dòng điện cần đưa vào động cơ điện một chiều để trợ lực

Hình: 2.12 Sơ đồ cấu tạo hệ thống lái và cảm biến góc quay vô lăng

Khi người lái xe điều khiển vô lăng, mô men lái tác động lên trục sơ cấp của cảm biến mô men thông qua trục lái chính Người ta bố trí các vòng phát hiện 1 và 2 trên trục sơ cấp và vòng 3 trên trục thứ cấp (phía cơ cấu lái) Trục sơ cấp và trục thứ cấp được nối bằng một thanh xoắn Các vòng phát hiện có cuộn dây phát hiện kiểu

34

không tiếp xúc trên vòng ngoài để hình thành một mạch kích thích Khi tạo ra men lái thanh xoắn bị xoắn tạo độ lệch pha giữa vòng phát hiện 2 và 3 Dựa trên độ lệch pha này, một tín hiệu tỷ lệ với mô men vào được đưa tới ECU Dựa trên tín hiệu này, ECU tính toán mô men trợ lực cho tốc độ xe và dẫn động mô tơ

mô-Hình: 2.13 Sơ đồ hệ thống lái điều khiển điện tử

Mô tơ điện một chiều DC bao gồm rô to, stato và trục chính Cơ cấu giảm tốc bao gồm trục vít và bánh vít Mô-men do rô to tạo ra truyền tới cơ cấu giảm tốc Sau đó, mô men này được truyền tới trục lái Trục vít được đỡ trên các ổ đỡ để giảm

độ ồn Ngay dù mô tơ DC bị hỏng không chạy thì chuyển động quay của trục lái chính và cơ cấu giảm tốc vẫn không bị cố định nên vô lăng vẫn có thể điều khiển

35

Hình : 2.14 Sơ đồ cấu tạo mô tơ điện

Ngoài ra còn có: ECU ABS (tín hiệu tốc độ xe); ECU động cơ (tín hiệu tốc

độ động cơ); Đồng hồ táp lô (Trường hợp có sự cố đèn sẽ bật sáng); Rơle (Cung cấp năng lượng cho mô tơ DC và ECU EPS)

Hình :2.15 Sơ đồ tổng quát của hệ thống

36

Bộ trợ lực lái nằm trên cơ cấu lái

Bộ trợ lực lái trên thanh răng (Campry, Lexus)

Hình: 2.16 Các phương pháp bố trí mô tơ trên CCL

Xe bố trí trợ lực điện có mô tơ DC đặt ở thanh răng Trong cơ cấu lái bánh răng thanh răng Phần chủ động của cơ cấu lái bố trí cảm biến đo mô men xoắn nhằm kiểm soát mô men tác dụng lên vành lái Phần bị động của Cơ cấu lái bố trí

mô tơ điện DC trong vỏ trượt của thanh răng Mô tơ điện liên kết bằng kết cấu cơ khí với thanh răng truyền thống

Phần cơ khí bao gồm các kết cấu trên hình 2.17

Vành lái thực hiện chức năng điều khiển hệ thống lái qua trục truyến, cơ cấu lái bánh răng thanh răng trong CCL và các đòn bên liên kết.Truyền động của cơ cấu lái được điều khiển chính bởi mô tơ điện thông qua các cảm biến và bộ điều khiển

Hệ thống sử dụng sơ đồ kiểm soát tổng thể các thông số chính của ô tô Sơ đồ tóm lược liên kết các kết cấu và các thông tin được mô tả trên hình 2.17 Hệ thống trợ lực điện làm việc như một hệ thống điều khiển tự động

37

Hình: 2.17 Sơ đồ của hệ thống EPS

Trên sơ đồ, các khối mạch điện cơ bản bao gồm: Bộ phận thừa hành là mô tơ điện EPS làm việc với điện áp lớn nhất 28V Nguồn điện cung cấp cho hệ thống trợ lực là điện ắc quy 12V Mô tơ điện được điều khiển bởi rơ le và tín hiệu của EPS – ECU Thực hiện xử lý thông tin trong EPS – ECU nhờ các chương trình lập sẵn và các tín hiệu cụ thể của các cảm biến và hệ thống thông tin toàn xe thông qua mạng liên kết nội bộ CAN Thông tin toàn xe được tiếp nhận đưa vào EPS – ECU gồm các tín hiệu về động cơ ECM, hệ thống truyền lực

Để kiểm soát được trạng thái của hệ thống trợ lực, mạng điện còn liên kết với đèn hiển thị PS, đầu nối DLC 3 Đèn PS bố trí trên bảng tablo của buồng lái và được hiển thị như các loại đèn kiểm soát và báo lỗi hệ thống khác Đầu nối chờ DCL 3 dùng cho việc xác định tình trạng kỹ thuật, các mã lỗi khi liên kết với các thiết bị hiển thị và đấu nối chuyên dùng hoặc máy tính (laptop) Ngoài ra trên EPS –

lý Các tín hiệu đưa ra cơ cấu thừa hành bao gồm mật độ xung và chiều rộng xung điều khiển để thay đổi mức độ trợ lực lái của mô tơ điện

Kết cấu của cơ cấu lái và cảm biến đo mô men trục lái được trình bày ở hình 2.18 Cơ cấu lái bánh răng thanh răng bao gồm: Bánh răng 5 dẫn động thanh răng 6, các bộ phận điều chỉnh ăn khớp của bộ truyền giống như cơ cấu lái thông dụng Cơ cấu thực hiện chuyển động quay của bánh răng và dẫn động thanh răng chuyển động tịnh tiến Hình mặt cắt của cơ cấu lái được trình bày trên hình 2.18

Hình: 2.18 Kết cấu của CCL và mô tơ điện