Nghiên cứu hệ thống trợ lái dùng động cơ nam châm vĩnh cửu cực chìm cho ô tô điện

Gi ới thiệu về hệ thống lái Chức năng của hệ thống lái trong ô tô là điều khiển chuyển động của bánh xe đáp ứng thích hợp với lực lái truyền tới từ người lái để định hướng cho chiều chu

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

-

TR ẦN QUANG THỦY

V ĨNH CỬU CỰC CHÌM CHO Ô TÔ ĐIỆN

Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC ĐIỀU KHIỂN – TỰ ĐỘNG HÓA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TẠ CAO MINH

`

Tôi xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Nghiên c ứu hệ thống trợ lái dùng động cơ nam châm vĩnh cửu cực chìm cho ô tô điện” do tôi tự thiết kế dưới sự

hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS Tạ Cao Minh Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này tôi chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếu phát hiện có sự sao chép tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 27 tháng 03 năm 2011

Học viên thực hiện

Trần Quang Thủy

M ỤC LỤC

Trang TRANG PHỤ BÌA

PHỤ LỤC3 85

`

EV Electric Vehicle Ô tô điện

HPS Hydraulic Power Steering Trợ lái thủy lực

EHPS Electro-Hydraulic Power Steering Trợ lái điện – thủy lực

EPS Electric Power Steering Trợ lái điện

ECU Electronic Control Unit Khối điều khiển

BLDCM Brushless Direct Current Motor Động cơ một chiều không chổi than DCM Direct Current Motor Động cơ một chiều

IM Induction Motor Động cơ không đồng bộ

IPM Interior Permanent Magnet Động cơ đồng bộ NCVC cực chìm SRM Switch Reluctance Motor Động cơ từ trở

4WS Four Wheel Steering Hệ thống lái 4 bánh

Trong cấu trúc của ô tô nói chung và ô tô điện nói riêng, hệ thống lái là thành

phần quan trọng của xe, thông qua cơ cấu này, người lái có thể điều khiển xe chạy đúng theo quỹ đạo mình mong muốn Vì thế, tính an toàn, thoải mái và điều khiển

dễ dàng là mục tiêu chung trong việc phát triển hệ thống lái của ngành công nghiệp

sản xuất ô tô Từ những hệ thống lái cơ khí thô sơ ban đầu đã được thay thế bằng hệ

thống lái được trợ lái bằng thủy lực và tương lai gần là hệ thống trợ lái bằng điện

Hệ thống trợ lái bằng điện mới đang trong giai đoạn đầu của sự phát triển kết

hợp với điều kiện trong nước khi việc thiết kế, chế tạo ô tô điện đã được chú trọng

bằng việc đưa vào đề tài nghiên cứu cấp nhà nước và định hướng của PGS.TS Tạ Cao Minh – người có nhiều bằng phát minh sáng chế về hệ thống trợ lái điện là lý

do để tôi chọn đề tài nghiên cứu về hệ thống trợ lái điện trong luận văn này

Mục đích chính của luận văn là nghiên cứu về hệ thống trợ lái điện sử dụng động cơ trợ lái là động cơ đồng bộ NCVC cực chìm và chú trọng vào việc nâng cao

chất lượng cảm giác lái của hệ thống Để thực hiện điều đó, trong luận văn này tôi

đã đưa ra thuật toán nhằm thay đổi đường cong trợ lái (được các hãng sản xuất ô tô nghiên cứu sử dụng để tạo ra dòng điều khiển động cơ trợ lái)

Phương pháp nghiên cứu chính là tìm hiểu về hướng phát triển hiện nay của

hệ thống trợ lái điện trên thế giới dựa vào các bài báo đã viết đồng thời đưa ra đánh giá của bản thân để xác định được hướng phát triển Từ đó xây dựng mô hình mô

phỏng hệ thống trong phần mềm Matlab/Simulink và thực hiện việc đánh giá chất lượng của hệ thống trợ lái thông qua việc phân tích kết quả mô phỏng

Sau một thời gian nghiên cứu về xe điện và hệ thống trợ lái điện cho ô tô,

luận văn đã được hoàn thành và trình bày trong 4 chương

Chương 1: Giới thiệu một cách tổng quan về sự phát triển của ô tô điện nói

chung đồng thời giới thiệu về cấu trúc, chức năng của hệ thống lái hệ thống trợ lái

thủy lực và hệ thống trợ lái điện nói riêng

Chương 2: Đi sâu vào việc tìm hiểu hệ thống trợ lái điện về cấu trúc, chức

năng của từng thành phần

Chương 3: Xây dựng mô hình lái, mô hình động học của xe (trong phần này

đưa ra phương pháp ước lượng phản lực của mặt đường tác dụng lên hệ thống lái)

và tiến hành mô phỏng, phân tích để xác định những thay đổi, ảnh hưởng của hệ thống lái trên toàn bộ xe

Chương 4: Đưa ra thuật toán để thay đổi hình dạng đường cong trợ lái góp

phần cải thiện chất lượng cảm giác lái của hệ thống

Do thời gian có hạn cũng như còn nhiều hạn chế về kiến thức và điều kiện thực nghiệm, luận văn sẽ khó tránh khỏi những thiếu sót Vì thế, em kính mong nhận được những lời nhận xét, đánh giá và góp ý của các thầy cô để có thể khắc phục và cải tiến các vấn đề còn tồn tại của luận văn, tạo điều kiện cho việc đi sâu nghiên cứu, tìm hiểu, phát triển và triển khai đề tài vào thực tế

Hà Nội, ngày 28 tháng 03 năm 2011

Học viên thực hiện

`

– EV)

Vào giai đoạn những năm 30 của thế kỉ 19, phiên bản thử nghiệm đầu tiên

của chiếc xe ô tô điện được sản xuất và ngay sau đó được tung vào trong thị trường

thương mại cho tới tận cuối thế kỷ này Hiện tại xe ô tô điện đã bước vào thập kỷ

thứ ba như là một sản phẩm thương mại đạt được những thành công nhất định và trụ

vững được nhiều hơn các ý tưởng kỹ thuật khác xuất hiện cùng lúc Tuy nhiên, xe ô

tô điện không được ưa thích và chiếm ưu thế so với ô tô dùng động cơ đốt trong bởi

ô tô dùng động cơ đốt trong chạy được quãng đường xa hơn đối với mỗi lần nạp nhiên liệu và việc nạp nhiên liệu đơn giản hơn nhiều so với ô tô điện Ngày nay vấn

đề môi trường, đặc biệt là tiếng ồn và ô nhiễm môi trường đã đặt ra yêu cầu về việc phát triển pin và các nguồn nhiên liệu sạch Chính điều này đã tạo điều kiện cho sự phát triển mạnh mẽ của ô tô điện (EV) Vì thế các nguyên lý thiết kế ô tô điện là điều kiện cần thiết và quan trọng bởi nó liên quan trực tiếp tới vấn đề công nghệ và môi trường

1.1.1 Gi ới thiệu chung

Chiếc xe ô tô điện thử nghiệm đầu tiên vào những năm 1830 sử dụng pin không có khả năng nạp lại điện Hơn một nửa thập kỷ trôi qua trước khi pin được phát triển để có thể sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô Vào cuối thế kỷ 19, với

việc sản xuất hàng loạt pin có khả năng nạp lại thì ô tô điện đã được sử dụng một cách khá rộng rãi Hình 1.1 giới thiệu chiếc xe taxi điện ở New York vào khoảng

năm 1901 Quả thật, nếu xét về hiệu suất thì xe ô tô điện vẫn thích được sử dụng

hơn so với đối thủ của nó là ô tô sử dụng động cơ đốt trong và động cơ hơi nước Chiếc xe ô tô điện đầu tiên có tốc độ vượt quá 100 km/h là chiếc xe La Jamais

Contente do Camille Jenatzy - một lái xe người Bỉ lái Tốc độ được ghi nhận vào

năm 1899 là 106 km/h

Mặc dù đã bán được hàng trăm ngàn chiếc xe ô tô điện vào những năm 1910s với các loại ô tô con, ô tô tải, taxi, xe chuyên chở và xe bus tuy nhiên tương lai hứa hẹn đấy bị dập tắt một cách nhanh chóng bởi các dòng xe ô tô chạy bằng động cơ đốt trong đã thay thế việc khởi động xe bằng tay cầm bằng thiết bị tự khởi động (được phát minh vào năm 1911) đồng thời xăng dầu phổ biến và rẻ

Hình 1.1 Chi ếc xe taxi điện ở New York năm 1901[16]

Giai đoạn phát triển tiếp theo của ô tô điện là giai đoạn từ sau năm 1910 cho

tới những năm đầu của thế kỷ 20 Đây là giai đoạn suy sụp của ô tô điện và sự lên ngôi của ô tô sử dụng động cơ đốt trong Lý do dẫn tới điều này rất đơn giản và dễ

`

Ví dụ: Năng lượng lưu giữ/1 kg thiết bị của nhiên liệu (xăng, dầu) khoảng 9000

Wh/kg

Năng lượng lưu giữ/1 kg thiết bị của pin chì axit khoảng 20 Wh/kg

Hiệu suất của động cơ đốt trong sử dụng xăng là 20%, như vậy năng lượng nhận

được ở đầu trục động cơ khoảng 1800 Wh/kg

Với xe sử dụng động cơ điện, hiệu suất của động cơ khoảng 90%, như vậy năng

lượng nhận được ở đầu trục động cơ chuyển động là 27 Wh/kg

Để dễ hình dung, ta xét 1 ô tô sử dụng động cơ xăng chạy 50km, khi đó nó cần thiết

phải sử dụng 4.5 lit xăng tức tương đương với 4 kg xăng Điều đấy có nghĩa là năng

lượng ở đầu trục động cơ khoảng 1800 x 4 = 7200 Wh/kg

Xét tiếp với động cơ điện của ô tô điện, để có thể có năng lượng ở đầu trục động cơ

như vậy thì khối lượng pin cần thiết phải có: 7200 / 27 = 270 (kg)

Hinh 1.2 So sánh n ăng lượng của xăng (dầu) và pin chì-axit[16]

Như vậy, để chạy 50km thì xe ô tô sử dụng động cơ đốt trong chỉ cần mang

theo 4kg bình xăng trong khi xe ô tô điện cần phải mang theo pin nặng 270kg Việc

so sánh này được thực hiện khi chúng ta đang giả sử là 2 loại động cơ đều chạy

cùng 1 quãng đường mà không cần nạp nhiên liệu Đối với ô tô điện, để giảm khối

lượng pin thì sẽ cần phải nạp năng lượng rất nhiều lần, mỗi lần nạp lại tốn thời gian

hơn so với nạp nhiên liệu xăng dầu

Mặc dù mang trong mình nhược điểm lớn nhất ở trên nhưng việc sử dụng EV

vẫn thường xuyên được sử dụng từ đầu thế kỷ 20 Ưu điểm lớn nhất của chúng so

với động cơ đốt trong là đảm bảo vấn đề an toàn môi trường (không xả khí độc ra môi trường và giảm tiếng ồn trong khi hoạt động), khi đó, EV là động cơ lý tưởng trong nhà kho, sân golf,…

1.1.2 Các d ạng ô tô điện được sử dụng ngày nay

Trong giai đoạn nửa cuối thể kỷ 20, đã có một số thay đổi lớn ảnh hưởng tới

sự phát triển của EV, làm cho EV có sức hấp dẫn nhiều hơn đối với người tiêu dùng

Thứ nhất, cuộc sống phát triển, con người ngày càng quan tâm nhiều hơn về

việc bảo vệ môi trường sống của chính mình đặc biệt là ở các thành phố lớn nơi

lượng khí thải COR 2 R và các khí độc hại khác trong thành phố

Thứ hai, đã có sự phát triển trong kỹ thuật chế tạo pin có khả năng nạp lại

cũng như động cơ và các phương pháp điều khiển Ngoài ra, phát minh về pin nhiên

liệu (fuel cells) của William Grove vào năm 1940 được ứng dụng vào EV đã đánh

dấu bước phát triển mới trong việc chế tạo và sản xuất EV

Hiện tại, chúng ta có thể chia EV thành 6 dạng như sau:

+ Ô tô điện sử dụng pin truyền thống

+ Ô tô điện hybrid (hybrid EV): kết hợp sử dụng pin và động cơ đốt trong, đây là dạng ô tô đang chiếm ưu thế chủ đạo hiện nay

+ EV sử dụng nhiên liệu có thể thay thế như nguồn năng lượng sử dụng pin nhiên liệu,…

+ EV được cấp bởi đường dây điện trên không (power lines)

+ EV sử dụng năng lượng mặt trời

`

1.1.3 Xu h ướng trong tương lai

Hiện tại, ô tô điện lai đang chiếm ưu thế chủ đạo trong quá trình phát triển

của ngành công nghiệp ô tô với việc kết hợp sử dụng hai nguồn năng lượng là pin (Li-ion chiếm ưu thế) và động cơ đốt trong Tuy nhiên, với vấn đề khan hiếm nguồn tài nguyên, khủng hoảng kinh tế thế giới, khủng hoảng chính trị của các nước nắm

giữ nguồn tài nguyên xăng dầu khiến giá xăng dầu ngày càng được đẩy lên cao Nên

người tiêu dùng lúc này sẽ có xu hướng chuyển sang dòng xe ít phụ thuộc vào nguồn tài nguyên thiên nhiên sẵn có Đây là thời điểm thích hợp để xe điện có điều

kiện phát triển một cách mạnh mẽ Một nguyên nhân cơ bản dẫn tới xe điện chưa được ưa chuộng là thời gian nạp pin lâu trong khi dung lượng lưu giữ của pin là hạn

chế Vì thế, nếu so sánh các dạng ô tô điện trong mục 1.1.2 thì ô tô điện dùng siêu

tụ sẽ có khả năng phát triển cao hơn Điều này càng rõ ràng hơn khi mới đây các nhà khoa học tại đại học Illinois (Mỹ) công bố một công nghệ làm cho thời gian sạc pin có thể được rút ngắn xuống hàng trăm lần so với hiện nay Công nghệ này làm pin từ những tấm phim mỏng 3 chiều, nó là sự kết hợp của việc nạp và phóng nhanh

của tụ điện và khả năng lưu trữ lớn của pin

Một xu hướng khác hiện tại cũng đang được GS.Hoiri (phòng thí nghiệm NSK) phát triển tại Nhật là sử dụng việc nạp điện cho ô tô không cần dây dẫn Theo

đó, dưới mặt đường sẽ có các vòng dây dẫn, khi ô tô chạy qua vòng dây này thì pin

của ô tô sẽ được nạp điện mà không cần phải dừng xe lại Hướng phát triển này bước đầu đã đạt được những thành công nhất định tuy nhiên vẫn đang còn rất nhiều

việc phải làm và đây là xu hướng của tương lai

1.2.1 Gi ới thiệu về hệ thống lái

Chức năng của hệ thống lái trong ô tô là điều khiển chuyển động của bánh xe đáp ứng thích hợp với lực lái truyền tới từ người lái để định hướng cho chiều chuyển động của toàn bộ ô tô Tuy nhiên, góc lái thật sự đạt được phụ thuộc vào cấu trúc của giảm sóc, cấu trúc nội tại của hệ thống lái, dạng đường đi và tác động của

nó tới cảm giác của người lái

Trong quá trình phát triển của ô tô thì hệ thống lái là thành phần quan trọng trong việc nghiên cứu bởi nó là cơ cấu chính ảnh hưởng trực tiếp tới người lái Mọi nghiên cứu đều nhằm mục đích tạo tính thoải mái, an toàn và dễ điều khiển cho người lái Nếu như trước đây, hệ thống lái thông thường là hệ thống cơ khí mà ở đó người lái cần phải tác dụng một lực lớn mới có thể chuyển hướng cho xe thì hiện nay tất cả các xe đều sử dụng hệ thống trợ lái giúp người lái điều khiển chuyển hướng dễ dàng hơn

Đối với cấu hình xe ô tô 4 bánh, hệ thống dẫn hướng (hệ thống dẫn lái) trong hệ thống lái có thể được đặt ở bánh trước và sau, tuy nhiên để tạo sự chủ động

và cảm giác lái tốt hơn cho người lái thì hệ thống dẫn hướng đều được đặt để lái chuyển hướng bánh trước

Hiện nay, do yêu cầu của người tiêu dùng đối với tính năng điều khiển của

một chiếc xe ngày càng cao nên công nghệ lái bốn bánh 4WS (four-wheel steering) hay lái tất cả các bánh AWS (all-wheel steering) được các nhà sản xuất dần coi

`

Khi vô lăng điều khiển bánh trước chuyển hướng thì hệ thống máy tính cũng

sẽ điều khiển bánh sau chuyển hướng Quá trình điều khiển 4WS phải thông qua máy tính và các bộ cảm biến do cơ cấu cơ khí không trực tiếp điều chỉnh góc chuyển hướng của bánh sau được

Khi ở tốc độ thấp, để thực hiện việc rẽ hay quay xe thì bánh sau sẽ xoay ngược hướng với hướng xoay của bánh trước để dễ dàng đỗ xe hoặc quay xe Ngược lại, khi chạy ở tốc độ cao, bánh sau lại xoay cùng hướng với bánh trước giữ cho thân xe ở trạng thái song song với làn đường giúp xe giữ thăng bằng, đỡ bị lắc,

tạo cảm giác thoải mái và tăng tính an toàn cho người ngồi trong xe khi rẽ hay chuyển làn đường

1.2.2 Ch ức năng của hệ thống lái

Chức năng chính của hệ thống lái là điều khiển góc lái, góc rẽ của xe bằng cách tác động lên bánh lái nhờ có các thanh nối và các cơ cấu lái để chuyển đổi góc quay của vô lăng thành góc quay của bánh lái

Hình 1.4 Bánh xe ở hệ thống lái bằng hai bánh trước trong khi rẽ[9]

Ngoài tính năng chính nêu trên hệ thống lái còn có nhiều tính năng khác như sau:

 Đảm bảo chuyển động theo hướng thẳng của xe được ổn định

Đặc điểm này rất quan trọng do việc đảm bảo cho xe đi thẳng nhiều khi khó hơn cả khi rẽ Nếu như hệ thống lái không ổn định, hai bánh lái trước không

ở vị trí đảm bảo cho xe đi thẳng theo như trí tương ứng của vô lăng thì xe có thể bị chệch hướng và mất kiểm soát hoàn toàn

 Đảm bảo ổn định quá trình lái (các bánh xe đều quay trong quá trình chuyển hướng)

Khi xe chuyển hướng, hai bánh trước rẽ làm xuất hiện lực xoắn trên trục các đăng của xe Lực xoắn này gây ra tác động lên bộ vi sai làm cho hai bánh sau của xe có tốc độ khác nhau Theo hình 1.4 thì chính là đảm bảo tồn tại tâm rẽ tức thời của xe hay trục của bốn bánh xe giao nhau tại một điểm

 Dễ dàng lấy lại sự ổn định của xe sau khi rẽ

Sau khi rẽ, hai bánh trước phải có hướng thẳng về phía trước và hai bánh sau phải trở về cùng tốc độ thì xe mới ở trạng thái ổn định

 Giảm nhẹ lực tác động nhờ động cơ lái (ở hệ thống EPS)

Như đã nói ở trên, một hệ thống lái thông thường không có hệ thống trợ lái thì cảm lái trên vô lăng là rất nặng Vì vậy, để giảm thiểu cảm giác lái nặng này ta có thể dùng hệ thống lái thủy lực hoặc hệ thống lái dùng động cơ điện

 Tối thiểu hóa sự hao mòn của lốp

Trong quá trình rẽ thì do bán kính rẽ của các bánh xe là khác nhau nên phải đảm bảo tồn tại tâm rẽ tức thời của xe hay giao điểm của trục các bánh xe phải trùng nhau Khi đó, các bánh xe sẽ chuyển động theo phương tiếp tuyến với bán kính tức thời và giảm thiểu sự trượt của bánh, qua đó giảm thiểu sự hao mòn của lốp xe

1.2.3 K ết cấu của hệ thống lái

Mặc dù hệ thống lái của các loại ô tô ngày nay hết sức đa dạng và phong phú

về nguyên lý cũng như về kết cấu, từ hệ thống lái của xe con, xe tải, hệ thống lái trên các loại xe có hệ thống treo độc lập đến các xe có hệ thống treo phụ thuộc tuy nhiên về cơ bản chúng đều có 4 bộ phận chính và được bố trí như hình 1.5

`

+ Cơ cấu lái

+ Dẫn động lái

Hình 1.5 Cách b ố trí hệ thống lái trên ô tô

a Vành tay lái (Vô l ăng)

Vô lăng là bộ phận đặt trên buồng lái, có nhiệm vụ tiếp nhận momen quay

của người lái và truyền cho trục lái Vành tay lái có cấu tạo tương đối giống nhau trên các loại xe ô tô Mặc dù trên hầu hết các hệ thống lái ngày nay đều được trang bị bộ trợ lực lái nhưng vành lái cũng cần phải đủ vững chắc để có

thể truyền được momen yêu cầu lớn nhất kể cả khi bộ trợ lực bị hư hỏng Ngoài ra vành lái cũng cần phải đảm bảo tính thẩm mỹ

bảo đủ cứng để truyền momen điều khiển nhưng lại phải đảm bảo giảm rung động trong hệ thống lái, không gây rung, ồn trong buồng điều khiển,…

+ Hiệu suất truyền động thuận và nghịch sai lệch không lớn

+ Độ rơ của cơ cấu lái phải nhỏ

Hiện tại trên thị trường, cơ cấu lái sử dụng trên các loại ô tô được chia thành

3 loại chính là: kết cấu thanh răng – bánh răng, kết cấu lái kiểu xe tải, kết cấu lái

`

Có hai kiểu liên kết giữa 2 bánh dẫn hướng:

• Liên kết truyền tác động lái phụ thuộc

Với kết cấu này, góc quay của bánh lái sẽ truyền trực tiếp xuống một bánh và gián tiếp qua bánh còn lại nhờ thanh truyền Vô lăng tác động

một lực nhỏ thì hộp lái sẽ chuyển tác động này thành một góc tương ứng

xuống bánh lái bên vô lăng làm cho bánh lái này quay một lượng tương ứng Thông qua thanh nối liên kết, chuyển động rẽ của bánh này sẽ truyền sang bánh kia tạo ra góc lái phù hợp giữa hai bánh

Hình 1.7 Liên kết truyền tác động lái phụ thuộc

• Liên kết truyền tác động lái độc lập

Kết cấu này giúp truyền góc quay trực tiếp lên cả hai bánh Việc tạo liên

kết này tương đối khó khăn do cần sự chính xác cao hơn Khi xe đi thẳng

sẽ gặp khó khăn do phải giữ cho cơ cấu ổn định

Hình 1.8 Liên k ết truyền tác động lái độc lập

d D ẫn động lái

Cơ cấu dẫn động lái có chức năng thời phải đảm bảo mối quan hệ về góc quay của bánh xe dẫn hướng sao cho trục của bốn bánh xe trong quá trình chuyển động phải đồng quy tại tâm tức thời của xe như truyền chuyển động điều khiển từ hộp cơ cấu lái tới hai khớp quay của bánh xe Để đảm bảo việc

thực hiện dẫn động lái thì có hai kết cấu cơ khí chính của Davis và Ackermann

 Cơ cấu dẫn động lái Davis:

Kết cấu Davis được thể hiện như hình 1.9 Đặc điểm của cơ cấu này là

có hiện tượng trượt trên cả hai bánh, gây ra ma sát lớn và hao mòn cho lốp Bánh răng làm nhiệm vụ kết nối cơ bản trong mọi quá trình

chạy xe Do lốp bị hao mòn nên hệ thống trở nên không chính xác sau

một thời gian sử dụng Cơ cấu lái này có hai thanh cố định EM và FN làm cho truc GH luôn song song với AC Điều này tạo ra quan hệ không hợp lý trong góc rẽ hai bánh lái và gây ra những bất lợi kể trên

Hình 1.9 C ơ cấu dẫn động lái Davis

 Cơ cấu dẫn động lái Ackermann:

Khác với cơ cấu Davis, cơ cấu Ackermann được thiết kế nhằm đảm

bảo khi rẽ thì bánh gần hướng rẽ sẽ quay một góc nhỏ hơn và bánh

ại sẽ quay một góc lớn hơn Nhờ kết cấu cơ khí mà thanh chỉnh

`

với cơ cấu Davis Hạn chế của cơ cấu này là thực hiện các quy trình

cơ bản ở các góc rẽ giới hạn và đi thẳng thì trục nối tâm bốn bánh không trùng nhau

Hình 1.10 Cơ cấu dẫn động lái Ackermann

a Xe chạy thẳng b Xe rẽ trái

Giả sử δR 0 R là góc rẽ bánh ngoài, δR i R là góc rẽ bánh trong

L: Khoảng cách giữa trục trước và sau của xe

t: Độ dài của trục sau

R: Bán kính cung rẽ của trọng tâm xe (tâm là tâm tức thời) Với kết cấu Ackermann thì các góc rẽ được xác định như sau:

δR 0 R = tanP

-1

P

2/)

2/

L t

R

L

+

≅+

δR i R = tanP

-1

P

2/)

2/

L t

Lực và mô men tác dụng lên hệ thống lái được tạo ra do tương tác giữa lốp

xe với mặt đường Do vậy sau đây ta sẽ phân tích các lực và mô men tác dụng lên lốp xe

Trong hình 1.11 thì hệ trục tọa độ XYZ được chọn sao cho:

 Trục X có gốc tại giao của mặt bánh và mặt đường theo hướng di chuyển

là hướng dương

 Trục Z vuông góc mặt đường với hướng dương hướng xuống dưới

 Trục Y xác định theo quy tắc bàn tay phải

Các lực và mô men tác động lên lốp:

 Lực dọc Fx là thành phần lực tác động lên lốp bởi đường trong mặt phẳng của đường và song song với đường giao giữa mặt phẳng bánh và mặt đường

 Lực bên Fy là thành phẩn lực tác dụng lên lốp bởi đường trong mặt phẳng của đường và vuông góc với Fx

 Lực vuông góc Fz là thành phần lực tác dụng lên lốp bởi đường và vuông góc với mặt đường Lực vuông góc có giá trị âm Tải vuông góc được định nghĩa là âm của lực vuông góc, do đó nó có giá trị dương

`

Hình 1.11 Các lực và mô men tác dụng lên lốp[9]

 Mô men lật Mx là mô men do đường tác động lên lốp trong mặt phẳng đường và song song với giao của mặt phẳng bánh với mặt đường

 Mô men cản lăn My là mô men tác động lên lốp trong mặt phẳng đường và vuông góc với giao của mặt bánh với mặt đường

 Mô men nắn thẳng Mz là mô men tác dụng lên lốp bởi đường vuông góc với mặt phẳng đường

 Góc trượt α là góc giữa hướng của đầu bánh và hướng di chuyển Góc dương phụ thuộc vào việc lốp dịch sang phải trước so với hướng di chuyển

 Góc bẻ θ là góc nghiêng giữa mặt phẳng bánh và đường thẳng đứng Góc dương khi đỉnh bánh nghiêng ra phía ngoài xe

Để tăng tính an toàn khi lái xe, các nhà chế tạo đã nghĩ ra cách tăng diện tích

và giảm áp suất của lốp xe để tăng cường khả năng bám đường khi xe di chuyển với

tốc độ cao (điển hình là dòng xe BMW) nhưng như vậy cần nhiều lực đánh lái hơn

do tăng diện tích tiếp xúc lốp Nếu tăng tỷ số truyền thì rõ ràng sẽ giảm được lực đánh lái nhưng khi lái xe chúng ta phải quay vô lăng nhiều hơn Chính vì vậy mà hệ

thống trợ lái ra đời được gắn vào hệ thống lái với mục đích vừa giảm được lực đánh lái mà không phải quay vô lăng quá nhiều

Ở một hệ thống lái thông thường, giới hạn góc lái của bánh xe nằm trong khoảng ± 30P

về mặt đường, loại lốp, thời tiết và thời gian lái mà nhiều hệ thống trợ lái được đưa

ra nhằm giúp người lái xe có cảm giác tốt hơn trong khi lái

Phát minh sớm nhất liên quan tới hệ thống trợ lái là của Frederick W.Lanchester, người Anh vào tháng 2 năm 1902 và một số phát minh khác cùng

thời tại Mỹ Tuy nhiên, Chryster là công ty đầu tiên đưa hệ thống trợ lái vào trong

thương mại năm 1951 dưới cái tên Hydraguide Hầu hết tất cả các xe ô tô ngày nay đều sử dụng hệ thống trợ lái với mục đích giảm lực tác động cần thiết từ người lái vào vô lăng để điều khiển chuyển động bánh trước (tương đương với việc điều khiển hướng chuyển động của ô tô) Chính vì thế mà việc điều khiển ô tô trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn Hiện nay, trên thế giới đang sử dụng 2 loại trợ lái phổ biến

là hệ thống trợ lái thủy lực HPS (Hydraulic Power Steering) và hệ thống trợ lái điện EPS (Electric Power Steering)

1.3.1 H ệ thống trợ lái thủy lực HPS (Hydraulic Power Steering Systems)

Một hệ thống trợ lái thủy lực phổ biến có cấu trúc như hình 1.12

`

Hình 1.12 H ệ thống trợ lái thủy lực HPS[10]

Các bộ phận chính của hệ thống này gồm có: bơm, van điều khiển, xilanh trợ

lực, hộp cơ cấu lái Hệ thống lái sử dụng công suất động cơ để dẫn động cho bơm

trợ lực tạo ra áp suất Khi xoay vô lăng sẽ chuyển mạch một đường dẫn dầu tại van điều khiển Nhờ áp suất dầu này mà pitton trong xilanh trợ lực được đẩy đi và làm quay bánh xe dẫn hướng Do vậy, nhờ áp suất dầu thủy lực mà lực đánh lái vô lăng

sẽ giảm đi mà không phải quay tay lái quá nhiều

Một dạng cải tiến của hệ thống trợ lái thủy lực HPS là hệ thống trợ lái điện - thủy lực (EHPS) Về cơ bản, nguyên tắc trợ lái điện - thủy lực giống với trợ lái thủy

lực, chỉ khác ở chỗ hệ thống EHPS sử dụng bơm để tạo ra áp lực điều khiển chuyển động rẽ của bánh Rõ ràng khi sử dụng hệ thống EHPS thì tác động lái (quay vô lăng) nhẹ nhàng hơn rất nhiều so với dùng hệ thống HPS Vô lăng lúc này đóng vai trò tạo tín hiệu điều khiển cho động cơ bơm thực hiện hoạt động bơm dầu đi hoặc hút dầu về bình chứa dầu

Mặc dù được sử dụng tương đối rộng rãi và phổ biến ở các loại xe khách và xe tải hiện nay do tạo được cảm giác lái thực (về mặt cấu tạo cơ khí thì từ

tay lái đến lốp xe là một khối truyền lực thống nhất hay chính xác hơn là khi xe đi trên đường, sự thay đổi điều kiện mặt đường và các tác động vào bánh xe đều tạo phản lực tác động lên tay lái giúp cho người lái xe có được cảm giác về ngoại cảnh tốt hơn và đưa ra các thao tác cũng như phản xạ tốt hơn khi điều khiển xe) nhưng hệ thống trợ lái thủy lực cũng tồn tại một số nhược điểm sau:

 Van quá áp đặt trong bơm

Trong trường hợp bánh lái bị mắc không thể di chuyển, chất lỏng thủy lực bị kẹt trong van không thể di chuyển tới bộ làm mát Hơn nữa, thường trong trường hợp này, người điều khiển cố quay vô lăng để khắc phục tình trạng kẹt bánh lái, điều này làm cho động cơ bơm hoạt động và sinh ra nhiệt Nhiệt này làm cho cả van quá áp nóng lên có thể làm hỏng van và biến dạng đường ống dẫn dầu trợ lái

 Van điều chỉnh lưu lượng đặt bên trong cơ cấu lái

Trong trường hợp đột ngột có môt lực tác động vào bánh xe sẽ làm cho áp suất trong đường ống dẫn dầu tăng nhanh Áp lực sinh ra sẽ tác động ngược lên van điều chỉnh lưu lượng Áp suất bên trong cơ cấu lái sẽ tăng nhanh đột ngột và có thể phá hủy hệ thống trợ lái

1.3.2 H ệ thống trợ lái điện EPS (Electric Power Steering Systems)

Với sự phát triển mạnh mẽ của động cơ điện, ý tưởng đưa động cơ điện vào thay thế động cơ bơm dầu của hệ thống trợ lái bằng thủy lực (HPS) xuất hiện từ

những năm đầu 90 của thế kỷ XX mà tiên phong là dòng xe Acura NSX của hãng Honda Từ đó tới nay, hệ thống trợ điện EPS đang phát triển nhanh chóng và dần hoàn thiện với mục đích chính là đảm bảo tính an toàn cho con người và thân thiện

với môi trường

Về kết cấu cơ bản, hệ thống trợ lái điện gần giống như hệ thống trợ lái thủy

lực, động cơ điện sử dụng được gắn trên trục lái, bánh răng hoặc thanh răng của hệ

thống lái (Hình 1.13)

`

Hình 1.13 H ệ thống trợ lái điện EPS của xe Toyota Prius[12]

Khi người lái xe quay vô lăng, một cảm biến được gắn trên trục lái sẽ xác định vị trí và góc quay của vô lăng Tín hiệu này cùng với tín hiệu tốc độ của xe được đưa về khối điều khiển ECU (Electronic Control Unit), kết hợp với hệ thống điều khiển ổn định xe để tính toán lực trợ lái thích hợp Sau khi tính toán, ECU sẽ điều khiển động cơ trợ lái quay cùng chiều với hướng xoay của vô lăng; cảm biến vị trí của động cơ sẽ là tín hiệu phản hồi về khối điều khiển ECU để quan sát được vị trí của động cơ

Nếu so với hệ thống trợ lái thủy lực HPS (hay EHPS) thì hệ thống trợ lái điện EPS an toàn hơn rất nhiều, tuy nhiên cảm giác lái của hệ EPS không tốt bằng HPS Ngoài ra còn có một số đặc điểm khác biệt giữa trợ lái thủy lực HPS và trợ lái điện EPS:

 HPS có kết cấu phức tạp hơn so với EPS

 HPS thường nặng và cồng kềnh hơn EPS

 HPS sử dụng chất lỏng để vận hành, trong khi đó EPS không cần, vì vậy EPS thường ít phải bảo dưỡng hơn so với HPS

 EPS đưa ra đáp ứng tốt hơn khi tốc độ xe có sự thay đổi

 EPS ít khi xảy ra lỗi do vậy nó bền hơn HPS

 HPS không sử dụng nhiên liệu để hoạt động, trong khi đó EPS hoạt động bằng ắc qui, và ắc qui thì cần phải nạp lại

U

Trong quá trình tìm hiểu về hệ thống trợ lái ở trên chúng ta thấy rằng hệ

thống trợ lái điện có những ưu điểm vượt trội so với hệ thống trợ lái thủy lực và đang ngày càng được hoàn thiện để đưa vào sử dụng Một trong những vấn đề chủ

yếu của việc phát triển hệ thống trợ lái vẫn là đảm bảo tính thoải mái, an toàn cho người sử dụng và đáp ứng tốt khi người lái tác động Đây là một hướng phát triển đang còn nhiều điều mới mẻ đặc biệt là trong giai đoạn Việt Nam đang chú trọng vào việc phát triển ngành ô tô với đề tài cấp nhà nước về thiết kế, chế tạo ô tô điện

Vì vậy, nghiên cứu về trợ lái điện được chọn làm đề tài của luận văn này

`

(ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM)

Với sự ảnh hưởng rõ rệt, ngày càng tăng của hiện tượng nóng toàn cầu, điều

tất yếu là chúng ta phải phát triển các sản phẩm thân thiện hơn với môi trường trái đất Hệ thống trợ lái điện là một sản phẩm như vậy EPS tạo momen trợ lực nhờ động cơ điện để quay vô lăng và giảm lực đánh lái Với việc sử dụng năng lượng khi có sự quay vô lăng từ phía người lái, nó chỉ sử dụng năng lượng bằng 1/20 năng

lượng khi sử dụng hệ thống trợ lái thủy lực, đồng thời EPS không sử dụng dầu, nguyên liệu dễ gây ô nhiễm môi trường khi hoạt động cũng như khi đã vứt bỏ Ngoài ra, việc phát triển phần mềm với các thuật toán điều khiển vào EPS giúp hoàn thiện việc trợ lái và tạo cảm giác lái an toàn cho người sử dụng Vì thế với

những ưu điểm của mình, EPS đang dần được phát triển để trở thành hệ thống trợ lái thông dụng trong các dòng xe trên thị trường

So sánh với hệ thống lái cơ khí hay hệ thống trợ lái thủy lực đã xuất hiện từ

trước, EPS thực sự được quan tâm và phát triển mạnh mẽ bởi nhiều ưu điểm: cải thiện khả năng xử lý lỗi, loại bỏ nhiễu, tiết kiệm năng lượng, hoạt động ở nhiệt độ

thấp, an toàn và thân thiện với môi trường EPS đã trở thành 1 phần quan trọng trong việc nghiên cứu, phát triển ngành công nghiệp ô tô Chúng ta có thể thấy được

sự phát triển nhanh chóng của EPS như đồ thị hình 2.1

Hình 2.1 S ự phát triển của EPS[31]

Với sự phát triển nhanh chóng và ngày càng hoàn thiện, cấu hình trợ lái điện được lựa chọn để nghiên cứu và ứng dụng trong ô tô điện trong luận văn này

Một trong những thành phần quan trọng nhất của ô tô đó là hệ thống lái, nó ảnh hưởng trực tiếp tới độ an toàn của người lái Trong hệ thống lái bao gồm 2 cơ

cấu: cơ cấu dẫn hướng và cơ cấu dẫn động

Cơ cấu dẫn động có thể là hai bánh (trước hoặc sau) hoặc bốn bánh Tuy nhiên, với cấu hình phức tạp và đắt tiền nên chúng ta sẽ không đi tìm hiểu và ứng

dụng trợ lái đối với cơ cấu dẫn động bốn bánh Cơ cấu dẫn động hai bánh sau hiện nay vẫn đang chiếm ưu thế vì thế nó sẽ được chọn làm cơ cấu dẫn động cho ô tô mà

luận văn này thực hiện

Cơ cấu dẫn hướng được chọn ở đây là cơ cấu dẫn hướng hai bánh trước bởi

khả năng kiểm soát lái tốt hơn và do thói quen sử dụng ô tô của chúng ta.Với vị trí đặt động cơ trợ lái thì có ba kiểu hệ thống trợ lái điện cho ô tô được sử dụng:

+ Hệ thống trợ lái kiểu trụ (Column-type EPS)

2.2.2 Hệ thống trợ lái kiểu bánh răng

+ Động cơ trợ lái được gắn trên trục của bánh răng

+ Động cơ trợ lái nằm gần bánh bánh dẫn hướng nên khả năng trợ lái tốt hơn đồng thời tất cả các cơ cấu trợ lái được tích hợp vào một chiếc hộp và đặt ngoài cabin vì thế mà cơ cấu này giảm ồn tốt hơn so với kiểu trụ

Hình 2.3 H ệ thống trợ lái kiểu bánh răng[8]

2.2.3 H ệ thống trợ lái kiểu thanh răng

+ Động cơ trợ lái được gắn trên thanh răng dẫn hướng làm thành một khối

thống nhất

+ Hệ thống nhỏ gọn, dễ dàng được lắp đặt trên xe

+ Lực trợ lái được tác động trực tiếp tới thanh răng, giảm ma sát và quán tính, đem lại cảm giác lái lý tưởng cho người lái

`

Với đặc điểm cấu hình của ba hệ thống trợ lái như trên thì hệ thống trợ lái

kiểu trụ là hệ thống được sử dụng nhiều nhất hiện nay bởi tính đơn giản của nó, nhỏ

gọn khi lắp đặt Động cơ được đặt trên cao, gần với vô lăng vì thế mà làm giảm ảnh hưởng của mặt đường tác động lên động cơ; đồng thời dễ thay thế hơn khi xảy ra

hỏng hóc cần phải sửa chữa, thay thế Cấu hình này cũng là cấu hình được lựa chọn

để nghiên cứu trong luận văn này

2.3.1 Nguyên lý ho ạt động

Về cơ bản, một hệ thống trợ lái điện chỉ khác hệ thống trợ lái thông thường đang được sử dụng (hệ thống HPS) ở phần động cơ trợ lái thay cho hệ thống ống dẫn thủy lực Hệ thống EPS cũng bao gồm vô lăng, các liên kết cơ khí truyền động

từ vô lăng tới bánh lái Ngoài ra còn có các cảm biến (cảm biến độ xoắn (cảm biến

mô men), cảm biến tốc độ, cảm biến vị trí), khối điều khiển (ECU) và động cơ dùng

để trợ lái Bộ điều khiển sẽ lấy các tín hiệu từ cảm biến và động cơ đem xử lý, tính toàn và đưa ra tín hiệu điều khiển động cơ, làm cho thanh răng dịch chuyển sang trái hay phải dẫn đến bánh lái đổi hướng giúp xe chuyển động theo quỹ đạo mong muốn

Hình 2.5 Cấu hình hệ thống trợ lái điện đơn giản[17]

Một hệ thống trợ lái thông thường hoạt động theo ba chế độ khác nhau, đó là chế độ lái, chế độ tự trả về và chế độ giảm rung Ở chế độ lái, động cơ hoạt động theo tín hiệu từ người lái đặt vào vô lăng Khi người lái xe tác động rẽ vào vô lăng thì khi xe chạy trên đường thẳng, người lái có thể bỏ tay ra để vô lăng quay về vị trí góc “0” tức bánh lái sẽ hướng theo trục chính của xe gọi là chế độ trả lái Ngoài ra ở

hệ thống SBW (Steer-by-wire) có thêm động cơ tạo cảm giác lái thì động cơ này sẽ đẩy vô lăng về bị trí góc lái bằng “0” khi người lái bỏ tay khỏi vô lăng Điều này kéo theo bánh cũng được trả về tâm nhưng có thêm tác động từ động cơ trợ lái giống như khi người điều khiển quay vô lăng về vị trí “0” Chế độ giảm rung là chế

độ cải thiện cảm giác lái và tăng khả năng ổn định của xe khi chạy trong những môi trường không ổn định, bất lợi

Tùy thuộc vào vận tốc của xe và độ xoắn của tay lái mà góc lái và mô men trợ lái là khác nhau Giả sử với cùng một giá trị trả về từ cảm biến độ xoắn nhưng ở các vận tốc xe khác nhau thì mô men trợ lái của động cơ khác nhau Ở tốc độ cao, tác động trợ lái sẽ nhỏ hơn ở tốc độ thấp do nếu xe đang đi nhanh mà ta bẻ lái đột ngột thì xe dễ bị lật Có thể phân tích hiện tượng này như sau: Khi người điều khiển

bẻ lái đột ngột, bánh lái (hai bánh trước) sẽ tạo ra một hướng rẽ mới Lúc này sinh

ra một mô men xoắn trên trục các đăng (không phải mô men truyền động của xe) làm cho bộ vi sai tiến hành chia tốc độ cho hai bánh phát động (hai bánh sau) khác nhau Tuy nhiên, quá trình chia tốc độ của hai bánh sau chậm hơn quá trình rẽ và tùy theo tốc độ bẻ lái và gia tốc của xe mà sinh ra một mô men xoắn dọc thân xe làm cho xe biến dạng hay sinh ra mô men làm lật xe tại vị trí bánh trước tiếp xúc với mặt đường

Dạng đồ thị đặc tính trợ lái giống như trong hình 2.6 Đặc tính trợ lái này ở từng xe, từng động cơ cụ thể có dạng giống nhau nhưng giá trị dòng điện (hay mô men) đặt vào động cơ là khác nhau Đường đặc tính trợ lái này do các hãng xe thu được từ thực nghiệm trong quá trình nghiên cứu, sản xuất sản phẩm

`

Hình 2.6 Đồ thị quan hệ vận tốc xe, mô men lái và dòng điện đặt vào động cơ[31]

Trong hình 2.6, ta thấy, tùy vào tốc độ, mô men lái mà dòng điện đặt vào động cơ là khác nhau Có những vùng không cần trợ lái, có những vùng cần trợ lái nhiều, có vùng tác dụng trợ lái là cố định Dễ thấy càng ở tốc độ cao thì tác động trợ lái càng nhỏ như đã nói ở trên, và khí ở tốc độ lớn (ở đây là trên 60 km/h) thì tác động trợ lái gần như không còn mà chỉ còn tác động lái của người điều khiển Khi

mô men lái nhỏ hơn 1 Nm thì động cơ trợ lái không làm việc do khi cho xe đi thẳng thì độ rung của xe do động cơ gây hay ảnh hưởng của mặt đường có thể làm cho tay lái bị dao động và lượng dao động này là nhỏ hơn 1 Nm Nếu như tại vùng này, động cơ trợ lái làm việc thì thực tế động cơ sẽ làm việc ở chế độ dài hạn, đảo chiều liên tục, có thể làm cháy động cơ Ở vùng mô men lái lớn hơn 7 Nm, tác động trợ lái là cố định, một phần giúp hạn chế dòng điện vào động cơ, tiết kiệm chi phí mua động cơ, không gian lắp đặt thì phần quan trọng nhất là giúp cho người điều khiển

có đủ cảm giác lái và đó là những góc cua lớn, cần phải đảm bảo an toàn cho người

và xe

Khi điều khiển xe đi theo một góc không đổi (đi theo vòng tròn), vô lăng quay một góc tới góc rẽ thích hợp (tùy theo người lái) rồi giữ nguyên thì khi đó động cơ sẽ trợ lái tới khi dừng quay vô lăng Lúc này tốc độ động cơ, dòng điều khiển động cơ giảm và chỉ giữ ở một lượng nhỏ tùy theo tác động ngược từ mặt đường lên hệ thống lái, chống quá dòng, đảm bảo an toàn cho động cơ Bộ điều khiển cũng được thiết kế để bảo vệ động cơ trước hiện tượng quá áp khi xảy ra sự

cố Khi có sự cố xảy ra, bộ điều khiển sẽ ngắt toàn bộ hệ thống lái và đưa ra thông báo cho người điều khiển biết để lường trước khó khăn khi điều khiển và tìm cách khắc phục sự cố Lúc này hệ thống lái vẫn làm việc như hệ thống lái cơ khí thông thường mà không có tác động trợ lái

2.3.2 Ch ức năng của hệ thống trợ lái điện

Không chỉ đơn giản là cung cấp mô men trợ lái, hệ thống EPS có các chức năng chính như sau:

 Trợ giúp bánh xe chỉnh hướng trong quá trình rẽ trái hoặc rẽ phải

 Tạo ra sự ổn định hướng bằng cách cố định thanh răng khi có tác động từ bên ngoài và hệ thống và từ mặt đường lên lốp

 Tác động, làm giảm bớt sự hao mòn của lốp xe giống một hệ thống lái thông thường

 Biến đổi góc quay của vô lăng thành góc rẽ của bánh trước

 Tạo sự cân bằng của xe của khi rẽ bằng cách giảm bớt ảnh hưởng lắc của

xe

 Khi có sự cố xuất hiện trên mặt đường, hệ thống trợ lái sẽ ngăn chặn ảnh hưởng của nó tới tay của người lái, hay nâng cao sự an toàn và tạo cảm giác lái cho người điều khiển

2.4.1 C ảm biến momen (cảm biến độ xoắn)

Cảm biến là một trong những phần quan trọng nhất của trợ lái điện Trong hệ thống EPS, cảm biến thường được gắn trên các trục và nó gồm hai cảm biến chính

là cảm biến quay và cảm biến độ xoắn Cảm biến quay có chức năng nhận góc lái,

`

biến được đưa vào bộ điều khiển, sau đó bộ điều khiển sẽ đưa ra tín hiệu điều khiển thích hợp tới phần điều khiển động cơ trợ lái

Cảm biếm độ xoắn là phần cốt lõi của hệ thống và là một trong những thiết

bị điện tử tiên tiến nhất được biết đến trong một vài năm gần đây Chìa khóa thành công của EPAS là sự chính xác, tin cậy và giá thành hạ của cảm biến độ xoắn Tuy nhiên các thiết bị đo độ xoắn cấu tạo khá phức tạp và đắt tiền Mặc dù có một số hệ thống mới được phát triển dựa trên sự phù hợp giữa trục lái - thường là thanh xoắn -

và sự kết nối về điện giữa trục lái với các thiết bị điện tử Các cảm biến không tiếp xúc cũng có thể sử dụng nhưng chúng thường khá đắt Đây thực sự là phần rất quan trọng của hệ thống

Đa phần các cảm biến độ xoắn đều dựa trên độ sai lệch tín hiệu giữa hai đầu cảm biến để tính toán ra mô men tương ứng Có nhiều cách để tìm sai lệch này và sau đây sẽ giới thiệu một số loại cảm biến độ xoắn vẫn được sử dụng

a Cảm biến độ xoắn dựa trên hiệu ứng quang học

Lucas Varity đã kêt hợp hai thiết bị quang học với nhau tạo ra một loại cảm biến mới Loại cảm biến này kết hợp giữa công nghệ không tiếp xúc và hệ thống cơ khí đơn giản nhưng rất đáng tin cậy Để vận hành, cảm biến được đặt giữa vô lăng

và trụ lái Mô men đặt vào vô lăng tạo ra chuyển động tương đối giữa hai phần Cường độ chiếu sáng tạo ra thay đổi về hình ảnh tương đối trên đĩa quay ứng với độ

xoắn Khi đó các cảm biến đo được cường độ ánh sáng khác nhau và do đó sự chênh lệch độ xoắn sẽ được xác định Độ chênh lệch trên hai phần cho phép chương trình tính toán được vị trí tương đối của vô lăng và tốc độ quay bằng cách so sánh tín hiệu từ hai cảm biến quang này

b Cảm biến độ xoắn dựa trên hiệu ứng từ hóa

Các nhà nghiên cứu ở ủy ban năng lượng quốc gia Hoa Kỳ đã đưa ra phát kiến về việc sử dụng những chiếc vòng hợp kim đặc biệt dày ¼ inch trong các cảm biến độ xoắn để kiểm tra mô men trợ lái trong hệ thống EPS