Bài giảng Hệ thống lái điều khiển điện tử cung cấp cho người học những kiến thức như: Tổng quan hệ thống lái điều khiển điện tử; Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử; Hệ thống lái trợ lực điện điều khiển điện tử; Hệ thống lái 4 bánh chủ động điều khiển điện tử; Đặc điểm bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống lái điều khiển điện tử;...
Quan Hệ Thống Lái Điều Khiển Điện Tử
Nhiệm vụ
Hệ thống lái đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hướng chuyển động của ô tô theo ý muốn của người lái, giúp thay đổi hoặc duy trì hướng đi Nó phối hợp cùng các hệ thống điều khiển khác để đảm bảo an toàn giao thông trong quá trình di chuyển Hệ thống lái bao gồm nhiều cụm và chi tiết, từ cơ cấu điều khiển như vành lái cho đến các cơ cấu điều khiển hướng di chuyển toàn bộ xe.
1.1.2 Các phương pháp quay vòng của ô tô
Các phương pháp quay vòng thường được sử dụng trên ô tô được thê hiện trên hình bao gồm:
- Bằng cách quay bánh xe dẫn hướng
- Thay đồi hướng của một phần trục dọc thân xe
Ngoài các phương pháp đã đề cập, các phương tiện cơ động có thể áp dụng nhiều phương pháp quay vòng khác nhau, chẳng hạn như điều chỉnh hướng của toàn bộ cầu xe và thay đổi vận tốc của hai bên bánh xe.
Phương pháp thay đổi hướng chuyển động của ô tô bằng cách quay bánh xe dẫn hướng quanh trụ đứng là rất phổ biến Tùy thuộc vào số lượng cầu xe, các loại ô tô sẽ tạo ra các tâm quay vòng lý thuyết P khác nhau khi thực hiện quay vòng Vị trí của tâm quay vòng lý thuyết P được mô tả qua các cấu trúc ô tô như: a) Ô tô 2 cầu với hai bánh trước dẫn hướng, b) Ô tô 3 cầu với hai bánh trước dẫn hướng, c) Ô tô 4 cầu với bốn bánh trước dẫn hướng, d) Ô tô 2 cầu với bốn bánh trước dẫn hướng, và e) Ô tô 2 cầu với kiểu “bẻ gãy thân xe”.
P: Ô tô 3 cầu, hai bánh trước dẫn hướng Hình 1 1: Một số dạng kết cấu thay đổi hướng chuyển động của ô tô
1.1.3 Nguyên lý điều khiển hướng chuyển động của ô tô thông dụng
Phương pháp quay vòng trên ô tô phổ biến sử dụng việc quay các bánh xe cầu trước quanh trụ đứng O, như mô tả trong hình 1.1 Để thực hiện sự quay vòng cơ bản, cần đảm bảo rằng véc tơ vận tốc dài của các bánh xe lăn trên mặt đất có cùng tâm quay P Tâm quay P thường nằm trên đường kéo dài của trục ngang cầu sau, trong khi các bánh xe cầu trước được điều khiển bởi vành lái với các góc khác nhau xung quanh tâm quay P.
Bánh xe ô tô được điều khiển từ vành lái, quay quanh tâm trụ đứng (điểm O) Mối quan hệ giữa các góc quay của bánh xe dẫn hướng được thiết lập tại điểm O để đảm bảo sự hình thành tâm quay tức thời p của ô tô Điều này giúp các bánh xe lăn mà không bị trượt bên, cho phép người lái điều khiển hướng di chuyển của ô tô theo ý muốn.
P: Tâm quay vòng ô tô v: Chiều chuyển động ô tô
O: Tâm trụ đứng bánh xe dẫn hướng
: Vận tốc góc quay thân xe
V 1n , V 1t : Vận tốc dài các bánh xe trước V 2n , V 2t : Vận tốc dài các bánh xe sau
Hình 1 2: Nguyên lý cơ sở của sự quay vòng ô tô
Các bánh xe dẫn hướng và không dẫn hướng đều quan trọng trong việc điều khiển hướng chuyển động của ô tô, và hiệu quả của quá trình này phụ thuộc vào việc bánh xe tiếp xúc với mặt đường Khi bánh xe dẫn hướng bị nhấc khỏi mặt đường, khả năng chuyển hướng của ô tô sẽ bị mất Hình 1.1 minh họa cách xác định tâm quay vòng cơ bản cho các phương pháp điều khiển quay vòng của ô tô 2, 3 và 4 cầu phổ biến.
1.1.4 Các yêu cầu của kết cấu hệ thống lái ô tô
Yêu cầu đối với hệ thống lái như sau:
Hệ thống lái ô tô cần đảm bảo khả năng điều khiển linh hoạt và an toàn trên mọi loại đường, tùy thuộc vào tốc độ di chuyển Để đạt được điều này, các yếu tố cấu trúc như khả năng quay vòng tối đa trong không gian hạn chế, độ rơ vành lái, tỉ số truyền của hệ thống lái, và khả năng tự ổn định chuyển động của ô tô là rất quan trọng Do đó, cần có những yêu cầu cụ thể để đáp ứng những tiêu chí này.
Góc quay của vành lái không được vượt quá 5 vòng, và ở vị trí biên, cần có cơ cấu hạn chế góc quay của các bánh xe dẫn hướng Điều này đảm bảo bán kính quay vòng phù hợp với khả năng cơ động của xe.
Lực trên vành lái cần phải phù hợp với khả năng điều khiển của người sử dụng, trong khi độ rơ vành lái không được vượt quá mức cho phép: đối với xe có vận tốc tối đa lớn hơn 100 km/h, độ rơ không vượt quá 15°, và đối với xe có vận tốc từ 25 đến 100 km/h, độ rơ không vượt quá 27° Hệ thống lái cũng phải đảm bảo khả năng giảm thiểu các lực va đập từ mặt đường truyền lên vành lái.
Để đảm bảo khả năng điều khiển hướng của ô tô khi hoạt động trên đường xấu, cần phải có khả năng ổn định hướng chuyển động, đặc biệt khi di chuyển thẳng Đồng thời, cần hạn chế tối đa ảnh hưởng của hệ thống treo đối với hệ thống lái.
Phân loại
a) Theo đặc điểm truyền lực:
- Hệ thống lái cơ khí (không trợ lực)
- Hệ thống lái có trợ lực b) Theo kết cấu của cơ cấu lái gồm có:
- Loại trục vít - bánh vít
- Loại bánh răng - thanh răng
- Loại trục vít - vành răng
- Loại trục vít - con lăn c) Phân loại theo cơ cấu trợ lực lái bao gồm
- Loại trợ lực thủy lực
- Loại trợ lực thủy lực điều khiển điện tử
- Loại trợ lực điện điều khiển điện tử
- Hệ thống lái không trục lái
Cấu tạo và nguyên lý làm việc hệ thống lái
1.3.1 Cấu tạo cơ bản của hệ thống lái
Hệ thống lái cơ bản bao gồm vành lái, cơ cấu lái và dẫn động lái, như được minh họa trong hình 1.3 Cơ cấu lái 3 là hộp giảm tốc, được lắp đặt trên khung hoặc vỏ ô tô, đảm nhận phần lớn tỷ số truyền của hệ thống lái.
Vành lái 1 là bộ phận điều khiển chính trong buồng lái, được điều khiển trực tiếp bởi người lái Nó kết nối với cơ cấu lái thông qua trục lái 2, có thể là trục gãy, trục mềm hoặc trục liền Động lực lái được hình thành từ các cấu trúc dẫn động kết nối cơ cấu lái với các bánh xe dẫn hướng và các liên kết giữa chúng Các chi tiết trong hệ thống dẫn động lái bao gồm đòn quay đứng 4, đòn kéo dọc 5, đòn quay ngang 6, trụ xoay đứng 7, hai đòn bên 8, đòn ngang 9, và trục quay bánh xe 11.
Hình 1 3: Cấu tạo hệ thống lái
Trong hệ thống lái ô tô tải, các cấu trúc như hai đòn bên, đòn ngang và dầm cầu tạo thành "hình thang lái", giúp truyền chuyển động quay của các bánh xe dẫn hướng trên cùng một cầu Kích thước của hình thang lái ảnh hưởng đến mối quan hệ góc quay giữa bánh xe dẫn hướng phía trong và phía ngoài.
Trên ô tô con có hệ thống treo độc lập (b), cấu trúc hình thang lái được biến dạng phù hợp với hệ thống treo cơ bản
Khi xe di chuyển thẳng, vành lái giữ ở vị trí trung gian, các cơ cấu được sắp xếp để bánh xe dẫn hướng ở vị trí đi thắng theo phương chuyển động của ô tô.
Khi ta quay vành lái sang phải, thông qua trục lái và cơ cấu lái, đầu đòn quay đứng 4 sẽ dịch chuyển về phía sau Sự chuyển động này được truyền qua đòn kéo dọc 5, làm cho đòn quay ngang xoay theo hướng mong muốn.
Khi ô tô quay vòng sang phải, trục 6 và ngõng trục 11 sẽ kéo bánh xe dẫn hướng bên trái quay sang phải Đồng thời, nhờ tác động của hình thang lái, bánh xe bên phải cũng sẽ quay theo, giúp ô tô thực hiện cú quay một cách linh hoạt.
Khi quay vô lăng sang trái, trục lái và cơ cấu lái sẽ khiến đầu đòn quay đứng 4 di chuyển về phía trước, đồng thời các bánh xe dẫn hướng cũng quay sang trái, giúp ô tô thực hiện vòng quay sang trái Đối với ô tô con sử dụng cơ cấu lái bánh răng thanh ràng, cơ cấu lái 3 sẽ tác động hiệu quả.
1.3.3 Tỉ số truyền của hệ thống lái
Tỉ số truyền của hệ thống lái ảnh hưởng trực tiếp đến lực tác động lên vành lái và tổng góc quay tối đa Cụ thể, tỉ số truyền càng lớn sẽ làm giảm lực cần thiết trên vành lái, nhưng đồng thời tăng tổng góc quay, và ngược lại.
Tỉ số truyền của hệ thống lái được phân thành hai loại: tỉ số truyền động học (theo góc quay) và tỉ số truyền động lực học (theo quan hệ lực) Giá trị của hai loại tỉ số này thường không chênh lệch nhiều, vì vậy tỉ số truyền của hệ thống lái ihtl có thể được tính theo công thức: i htl d d.
Trong đó: , là góc phần tử tương ứng của vành lái và của bánh xe dẫn hướng
Tỉ số truyền ihtl bao gồm tỉ số truyền của cơ cấu lái (iccl) và tỉ số truyền dẫn động lái (idđl), trong đó idđl thường xấp xỉ bằng 1 Tỉ số truyền ihtl được xác định bởi công thức: i htl = i iccl dủl Đối với ô tô con, iccl dao động từ 12 đến 20, trong khi đối với ô tô tải và ô tô buýt, iccl nằm trong khoảng từ 15 đến 40.
Tổng góc quay bánh xe dẫn hướng lớn nhất về hai phía thường bằng: (56÷70) 0 Tổng góc quay vành lái lởn nhất tương ứng bằng 3-5 vòng quay (1080°÷ 1500°)
1.3.4 Tác dụng của các góc kết cấu
Bánh xe dẫn hướng không chỉ chịu tải trọng của ô tô mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn hướng Để đảm bảo hiệu suất tối ưu, các bánh xe cần được bố trí với các góc kết cấu hợp lý, giúp truyền lực tốt nhất giữa bánh xe và mặt đường Điều này cũng góp phần vào sự ổn định của ô tô khi di chuyển thẳng và khi quay vòng.
1.3.5 Các góc đặt bánh xe
Khi xe đứng yên và chưa chịu tải, bánh xe được bố trí theo các góc nghiêng trên mặt phẳng ngang và mặt phẳng dọc, bao gồm góc nghiêng và độ chụm.
Các góc được bố trí nhằm mục đích giúp bánh xe dẫn hướng lăn vuông góc một cách hiệu quả, đồng thời tối ưu hóa khả năng tiếp nhận phản lực từ mặt đường.
1.3.5.1 Góc nghiêng ngang bành xe dẫn hướng (Camber)
Góc nghiêng ngang của bánh xe dẫn hướng là góc được đo trên mặt phẳng ngang giữa làn bánh xe và mặt phẳng đối xứng dọc của xe Hình 1.4 minh họa rõ ràng góc nghiêng này khi nhìn từ phía trước.
Hình 1 4: Định nghĩa góc nghiêng ngang của bánh xe dần hướng
Hầu hết các ô tô hiện đại đều có cấu trúc góc nghiêng ra ngoài (góc nghiêng ngang dương), trong khi những chiếc ô tô đua tốc độ cao thường sử dụng góc nghiêng vào trong (góc nghiêng ngang âm).
Bố trí bánh xe dẫn hướng với góc nghiêng ngang dương có tác dụng:
Thống Lái Trợ Lực Thủy Lực Điều Khiển Điện Tử
Cấu tạo cơ cấu lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử
Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử sử dụng năng lượng từ ắc quy xe, với động cơ điện dẫn động bơm trợ lực lái mang lại nhiều ưu điểm vượt trội.
- Tiêu thụ nhiên liệu tốt hơn
- Tiết kiệm năng lượng (kiểm soát tốc độ động cơ)
- Bộ trợ lực thay đổi tùy theo điều kiện đánh lái
Hệ thống lái trợ lực thủy lực điện tử có chi phí tương đối cao hơn so với hệ thống lái trợ lực thủy lực truyền thống Cấu trúc của hệ thống này hoạt động dựa trên tín hiệu từ các cảm biến và tín hiệu điều khiển từ hộp ECM Các hãng sản xuất độc lập như TRW đã phát triển và ứng dụng hệ thống lái trợ lực thủy lực điện tử trên ô tô.
Theo kết quả thử nghiệm, mức tiêu thụ nhiên liệu giảm 2,8% so với hệ thống lái trợ lực thủy lực thông thường Hệ thống này sử dụng động cơ điện để điều khiển lưu lượng dầu thủy lực, giúp loại bỏ việc động cơ phải dẫn động bơm trợ lực lái, được gọi là “loại điều khiển dòng chảy”.
Hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử được cấu tạo tương tự như các hệ thống lái trợ lực thông thường, bao gồm vành lái, cơ cấu lái, bộ trợ lực lái và dẫn động lái Cơ cấu lái thường áp dụng loại bánh răng - thanh răng kết hợp với bộ trợ lực kiểu van xoay.
Hình 2 1: Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực điện tử của hãng Volkswagen
Hình 2 2: Cấu tạo hệ thống lái trợ lực thủy lực điện tử của hãng Hyundai
2.1.1.2 Van phân phối kiểu van xoay Đường ống bình chứa
Cơ cấu MPU Đường dầu đến Đường dầu hồi
Hệ thống trợ lực lái trên ô tô con sử dụng van phân phối kiểu van xoay, kết hợp với cấu trúc trợ lực thủy lực và VPP kiểu xoay, CCL bánh răng - thanh răng Trong đó, thanh răng hoạt động như một pít tông nằm trong xi lanh, với cụm VPP được đặt phía trên trong cùng một vỏ CCL Xi lanh lực cũng đóng vai trò là đòn ngang giữa của hình thang lái.
Hình 2 3: Cấu tạo van phân phối kiểu xoay
Van phân phối kiểu van xoay hoạt động tương tự như van phân phối 4/3 với cấu hình đĩa quay và tâm mở Trong trạng thái không tải, dòng chảy qua van gặp lực cản rất nhỏ Khi không có áp suất từ bơm, thanh xoắn ở trạng thái hoàn toàn xoắn, và trục van điều khiển cùng trục vít tiếp xúc tại cữ chặn, khiến mômen của trục van điều khiển tác động trực tiếp lên trục vít.
Hình 2 4: Sơ đồ nguyên lý van phân phối kiểu van xoay
2.1.1.3 Mô tơ bơm thủy lực
Bộ mô tơ bơm thủy lực điện (MPU) bao gồm motor điện dẫn động bơm thủy lực, với van một chiều và van giảm áp được bố trí trên đường dầu áp suất cao Bơm thủy lực sử dụng loại bơm bánh răng ăn khớp ngoài, thường được các hãng chế tạo tích hợp với bình chứa dầu Van giảm áp có chức năng giới hạn áp suất lớn nhất của hệ thống, bảo vệ các bộ phận khác khỏi hiện tượng quá áp và giúp hạn chế mô-men xoắn theo tải của motor điện, ngăn ngừa quá tải cho motor.
1.Động cơ điện, 2, Bơm thủy lực, 3 Van 1 chiều, 4 Van giảm áp
Hình 2 5: Cấu tạo bộ MPU
Van một chiều hoạt động khi không có sự điều khiển lái, giúp duy trì áp suất ổn định cho hệ thống nâng và hỗ trợ việc lái xe dễ dàng mà không làm tăng áp suất thủy lực.
Khi động cơ bơm gặp sự cố hoặc đường ống dầu thủy lực bị tắc, van giảm áp sẽ đảm bảo hệ thống lái vẫn hoạt động bình thường, mặc dù không có trợ lực lái.
Hệ thống ống thủy lực bao gồm cả ống cứng và ống mềm, hoạt động ở áp suất cao và thấp, nhằm truyền tải áp suất dầu thủy lực và giảm tiếng ồn trong hệ thống lái.
2.1.2 Nguyên lý hoạt động của bộ trợ lái
Bộ điều khiển ECM xác định tín hiệu tốc độ xe và vị trí góc lái điều khiển tốc độ motor điện dẫn động bơm thủy lực (MPU)
Hình 2 6: Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử
Khi ô tô di chuyển thẳng ổn định hoặc góc lái không thay đổi, bộ điều khiển MPU duy trì áp suất ổn định theo tốc độ xe bằng cách kiểm soát vòng quay.
Dầu từ bơm sẽ đi vào vỏ van, vào trong lõi van và thông về bình chứa Áp suất ở
2 buồng A và B là như nhau trợ lực chưa làm việc
Khi trục van điều khiển không quay, nó sẽ ở vị trí trung gian so với van quay Dầu được bơm cung cấp sẽ quay trở lại bình chứa qua cổng "D" và buồng.
Trục vít và thanh răng
Xi lanh trợ lực lái
- Đường dầu đến Đường dầu hồi bơm
"D" Các buồng trái và phải của xi lanh bị nén nhẹ nhưng do không có sự chênh lệch áp suất nên không có lực trợ lái
Hoạt động của bộ MPU được điều chỉnh dựa trên bản đồ điều khiển mô tơ bơm, tương ứng với tốc độ xe và lực đánh lái, giúp duy trì áp suất hệ thống lái một cách ổn định.
Khi xe quay phải, bộ ECM nhận tín hiệu thay đổi góc lái và điều khiển MPU để điều chỉnh tốc độ mô tơ bơm, tăng áp suất theo lực đánh lái và tốc độ xe Đồng thời, thanh xoắn bị xoắn và trục van điều khiển quay sang phải Các lỗ X và Y hạn chế dầu từ bơm, ngăn dòng chảy vào các cổng.
Dầu chảy từ cổng "B" vào ống nối "B" và tới buồng xi lanh phải, khiến thanh răng dịch chuyển sang trái và tạo ra lực trợ lái Đồng thời, dầu trong buồng xi lanh trái sẽ chảy về bình chứa qua ống nối "C", cổng "C", cổng "D" và cuối cùng tới buồng "D".
Hình 2 7: Van phân phối ở vị trí trung gian
Bơm thủy lực và van điều khiển thủy lực
Sự phát triển của motor điện và công nghệ điện tử đã tích hợp bơm thủy lực cùng van điều khiển trong một khối, nâng cao độ tin cậy và hiệu quả trong không gian nhỏ gọn Hệ thống EPHS sử dụng năm loại động cơ, mỗi loại có ưu nhược điểm riêng, trong đó động cơ bước và động cơ không đồng bộ ít được áp dụng trong hệ thống lái EHPS Các hệ thống trợ lực thủy lực điều khiển điện tử đầu tiên được tích hợp vào xe hạng trung trở xuống, ưu tiên sử dụng động cơ điện một chiều (DC) hoặc động cơ không chổi than (BLDC) để giảm tiếng ồn Đối với các phương tiện lớn hơn, yêu cầu công suất cao hơn dẫn đến việc sử dụng động cơ PMSM (động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 3 pha), với tỉ lệ trọng lượng trên công suất thấp hơn khoảng 40% so với động cơ không đồng bộ cùng công suất.
Động cơ BLDC và PMSM được ưa chuộng nhờ vào khả năng xác định chính xác vị trí rotor thông qua cảm biến Hall hoặc các phương pháp tính toán như mô hình động cơ và điều khiển không cảm biến.
Bảng 2 1: Phân loại motor trong hệ thống lái trợ lực thủy lực điều khiển điện tử
Motor SR ASM DCM BLDC PMSM Đặc điểm Chuyển đổi miễn cưỡng Động cơ không đồng bộ Động cơ một chiều
Dòng điện một chiều không chổi than Động cơ đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu
Nguyên lý Động cơ bước Động cơ không đồng bộ 3 pha Động cơ một chiều Động cơ DC chuyển mạch điện tử Động cơ đồng bộ 3 pha
Nguồn 3 pha AC 3 pha AC DC DC 3 pha AC
Rotor Lá thép kỹ thuật
Lồng sóc Sử dụng cuộn dây và Lá thép kỹ thuật
Nam châm vĩnh cửu đất hiếm (NeFeB) stator Tấm kim loại đục lỗ, cuộn dây tập trung, mở (cuộn dây bánh răng đơn)
Tấm kim loại đục lỗ, cuộn phân phối, mở
Nam châm ferit trong tấm kim loại
Vỏ tấm kim loại lõi và dây quấn giống động cơ không đồng bộ
Vỏ tấm kim loại lõi và dây quấn giống động cơ không đồng bộ chính xác số vòng quay chính xác số vòng quay chính xác số vòng quay
Không sử dụng Không sử dụng Sử dụng bộ điều khiển tốc độ/ gây tiếng ồn
Sử dụng bộ điều khiển tốc độ/ không gây tiếng ồn
Bộ điều khiển tốc độ công suất lớn cho động cơ PMSM sử dụng inverter để chuyển đổi điện áp một chiều 12V thành điện áp xoay chiều 3 pha Hệ thống được trang bị vi điều khiển để quản lý dòng điện và điện áp, đồng thời tự động ngắt hoạt động của inverter khi phát hiện sự cố Điều này giúp bảo vệ động cơ PMSM an toàn, ngăn ngừa nguy cơ cháy nổ.
Tốc độ quay động cơ PMSM đảm bảo lưu lượng từ 750 đến 6.000 L/ Phút
Động cơ hệ thống EPHS có công suất tối đa 1.000 W với dòng điện khoảng 110A Tuy nhiên, do hệ thống điện trên ô tô chỉ được giới hạn ở mức 12V, việc quản lý nhiệt cho động cơ và ECU là cực kỳ quan trọng.
Động cơ PMSM sử dụng dầu thủy lực trong hệ thống lái để giải nhiệt cho các cuộn dây và ECU, giúp ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt của động cơ.
Hình 2 12: Biểu đồ nhiệt của động cơ PMSM
Nhiệt độ giới hạn cho thiết bị điện tử trong động cơ là 120 °C, phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường ban đầu Khi nhiệt độ ban đầu đạt 92 °C, yêu cầu đỗ xe trong 200 giây, động cơ cần hoạt động ở chế độ khô Nếu nhiệt độ môi trường ban đầu là 50 °C, động cơ sẽ hoạt động ở chế độ ướt, với dầu thủy lực giúp giải nhiệt cho động cơ nhằm đảm bảo cầu kỹ thuật.
Hệ thống lái EHPS sử dụng động cơ điện để dẫn động bơm dầu thủy lực, với hầu hết các hãng xe áp dụng bơm bánh răng ăn khớp ngoài Các giá trị đầu vào của bơm bao gồm số vòng quay và áp suất, trong khi đầu ra là lưu lượng, thể tích và mô men truyền động Lưu lượng và thể tích của bơm tỷ lệ thuận với số vòng quay và công suất bơm (cm³/Số vòng quay) Nếu loại bỏ ma sát của ổ trục, hiệu suất lý tưởng của bơm có thể đạt đến giá trị 1, nhưng trên thực tế, hiệu suất bơm thường thấp hơn.
Hình 2 13: Cấu tạo bơm thủy lực
Hệ thống lái EHPS sử dụng ống dẫn dầu thủy lực bọc cao su nhằm giảm tiếng ồn và hấp thụ dao động của dòng chảy áp suất thủy lực.
Các cảm biến
2.3.1 Cảm biến tốc độ động cơ Động cơ phải khởi động để kích hoạt hệ thống EHPS Tín hiệu này nhận từ ECM động cơ thông qua giao tiếp CAN Cảm biến tốc độ động cơ (Cảm biến vị trí trục khuỷu) truyền tín hiệu vị trí trục khuỷu về hộp ECM động cơ Tốc độ quay độ quay được tính toán từ tần số tín hiệu của cảm biến Tín hiệu đầu ra từ cảm biến tốc độ quay là một trong những tín hiệu quan trọng nhất trong để điều khiển động cơ
1.Nam châm vĩnh cửu, 2 Vỏ cảm biến, 3 Thân máy, 4 Lõi sắt, 5 Cuộn dây, 6
Khe hở không khí, 7 Răng cảm biến
Hình 2 15: Cảm biến tốc độ động cơ
Cảm biến được cấu tạo bởi một lõi sắt mềm và một cuộn dây quấn quanh lõi sắt, với một nam châm vĩnh cửu gắn trên đỉnh lõi Cuộn dây và lõi sắt được đặt đối diện với các răng cảm biến và cố định vị trí Khi trục khuỷu quay, các răng cảm biến di chuyển gần và xa cuộn dây, tạo ra một khe hở không khí hẹp giữa chúng Khe hở này cho phép từ trường xuyên qua cuộn dây đến răng cảm biến, và mức từ thông qua cuộn dây phụ thuộc vào vị trí của cuộn dây cũng như vị trí của các răng cảm biến.
Khi răng cảm biến đối diện với lõi thép, độ biến thiên của từ trường bằng 0, dẫn đến sức điện động trong cuộn cảm biến giảm nhanh chóng về 0 Khi trục khuỷu quay và răng cảm biến di chuyển ra xa lõi thép, từ thông qua lõi thép giảm dần, tạo ra sức điện động ngược chiều trong cuộn dây cảm biến Sức điện động sinh ra ở hai đầu dây cuộn cảm biến phụ thuộc vào tốc độ của động cơ.
Điện áp hình sin trong cuộn dây điện từ được tạo ra tỉ lệ với tốc độ thay đổi của từ thông Biên độ điện áp xoay chiều tăng mạnh khi tốc độ trục kích hoạt tăng, dao động từ vài mV đến trên 1V Để đạt được mức tín hiệu thích hợp, động cơ cần quay khoảng 30 vòng/phút.
Hình 2 16: Xung tín hiệu cảm biến tốc độ động cơ theo thời gian
Số lượng răng cảm của cảm biến điện từ phụ thuộc vào từng loại động cơ của các hãng xe Chẳng hạn, hệ thống quản lý động cơ sử dụng cảm biến điện từ có số răng cảm biến khác nhau, điều này ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng hoạt động của động cơ.
Số lượng răng cảm biến thường được sử dụng là 60, nhưng để phát hiện vị trí điểm chết, 2 răng sẽ bị loại bỏ, dẫn đến số răng cảm biến còn lại là 58 Khe hở răng lớn nhất được xác định là vị trí của trục khuỷu, đóng vai trò là mốc tham chiếu để đồng bộ hóa ECU.
Trên các động cơ 4 xi-lanh sử dụng bộ chia điện, cảm biến với 4 răng tạo ra 4 xung mỗi vòng quay Hộp ECU động cơ chuyển đổi điện áp xung sin thành điện áp xung vuông cùng tần số, giúp vi điều khiển xác định vị trí trục khuỷu và số vòng quay của động cơ.
2.3.2 Cảm biến tốc độ xe
Tốc độ động cơ tỷ lệ thuận với tốc độ góc lái, nhưng lại tỷ lệ nghịch với tốc độ của xe, dẫn đến việc nỗ lực đánh lái gia tăng khi xe di chuyển với tốc độ cao Điều này tương tự với chức năng của hệ thống EPS thông thường.
2.3.3 Cảm biến trợ lực lái
Cảm biến trợ lực lái, được lắp đặt trên cơ cấu lái và gắn vào trục lái, có nhiệm vụ xác định góc quay của vành tay lái và tính toán tỉ lệ góc lái Tỉ lệ này được tính toán thông qua bộ điều khiển EHPS, giúp xác định góc vô lăng tương ứng với tay lái bánh xe quay.
Tín hiệu cảm biến góc lái giúp điều khiển hệ thống trợ lực lái để phát hiện các chuyển động vành tay lái
Tỉ lệ góc lái lớn hơn dẫn đến tốc độ bơm và lưu lượng thể tích cao hơn, không tính đến tốc độ xe Nếu cảm biến góc lái bị hư hỏng, hệ thống trợ lực lái sẽ tự động chuyển sang chế độ khẩn cấp để duy trì hoạt động Mặc dù việc điều khiển đánh lái vẫn được đảm bảo, nhưng lực đánh lái sẽ tăng lên đáng kể.
Hình 2 17: Cảm biến bị trí góc lái
Một rotor được gắn trên trục lái và quay giữa 9 tụ điện dạng tấm nhỏ Khi thay đổi vành tay lái, điện dung của các tụ điện này sẽ bị sai lệch Một vi điều khiển sẽ tính toán các sai lệch tín hiệu, bao gồm góc lái và tỉ lệ góc lái, sau đó truyền tín hiệu đến bộ điều khiển EHPS.
Hình 2 18: Cấu trúc cảm biến góc lái điện dung
Hình 2 19: Cấu tạo cảm biến góc lái điện dung
Cảm biến Hall là một công tắc điều khiển điện tử, bao gồm một đĩa gắn nam châm vĩnh cửu với 60 cực bắc nam xen kẽ trên trục lái và một mạch bán dẫn tích hợp trong cảm biến IC Hall Nguyên lý hoạt động của cảm biến dựa vào hiệu ứng Hall; khi IC Hall được cấp điện và đặt trong từ trường vuông góc, nó sẽ tạo ra một hiệu điện thế rất nhỏ, được khuếch đại và xử lý để cung cấp thông tin về góc lái đến hộp EHPS.
Hình 2 20: Cấu tạo cảm biến góc lái loại Hall
Khi trục lái quay ở vị trí vuông góc với cảm biến góc lái, hiệu điện thế Hall đạt giá trị lớn nhất do cường độ từ trường giữa nam châm vĩnh cửu và cảm biến Đặc biệt, khi cực nam của nam châm nằm vuông góc với cảm biến, điện áp phát ra là lớn nhất, trong khi khi cực bắc vuông góc, điện áp phát ra là nhỏ nhất.
Hình 2 21: Xung điện áp cảm biến góc lái loại Hall
Bộ điều khiển điện tử
• tỷ lệ trọng lượng trên công suất thấp hoặc cần ít không gian
• các tùy chọn sắp xếp hoặc điều chỉnh linh hoạt của các bộ phận cơ khí, điện, tín hiệu và thủy lực
• không phát sinh tiếng ồn, dao động tần số không bị nhiễu điện từ b) Phương thức hoạt động, độ tin cậy và an toàn
• Tiêu hao năng lượng tối đa khi phanh động cơ
• Tuổi thọ bình thường là 8.000 giờ khoảng 300.000 km
• tự giám sát / chẩn đoán
• chức năng an toàn ISO WD 26262, tuân thủ phân loại ASIL B mức độ an toàn trên ô tô c) Điều kiện môi trường xung quanh
• Cấp độ bảo vệ chống nước IP6K9K (cách ly bụi, làm sạch hơi nước, v.v.) hoặc IP6K7K (ngâm nhanh, sốc nhiệt), phân biệt theo ứng dụng
• Hoạt động trong môi trường nhiệt độ xung quanh -40 đến 140 ˚C
• khả năng chống ăn mòn thử nghiệm phun muối 720 giờ
• Yêu cầu rung và sốc lên đến 1000 m/s 2 , khác biệt theo ứng dụng d) Yêu cầu về điện
• Điện áp nguồn trên bo mạch 9–16 V
• Dòng điện cung cấp trên bo mạch I