Khảo sát các trường hợp quay vòng của ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TRUNG ĐÔNG KHẢO SÁT CÁC TRƯỜNG HỢP QUAY VỊNG CỦA Ơ TƠ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Hµ néi - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: - Những số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị - Mọi giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả Nguyễn Trung Đông MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE CHƯƠNG 2: ĐỘNG LỰC HỌC BÁNH XE 15 2.1 Giới thiệu chung bánh xe 15 2.1.1 Bánh xe 15 2.1.2 Lốp xe 16 a Yêu cầu 16 b Sơ lược cấu tạo lốp xe 19 2.1.3 Bán kính bánh xe 21 2.2 Động lực học bánh xe 24 2.2.1 Trường hợp tổng quát 25 2.2.2 Bánh xe chủ động 27 2.2.3 Bánh xe chịu mô men phanh 28 2.2.4 Bánh xe bị động 31 2.3 Sự trượt bánh xe 31 2.3.1 Bánh xe chủ động 32 2.3.2 Bánh xe chịu mô men phanh 33 2.4 Khả bám bánh xe hệ số bám 35 2.4.1 Khả bám 35 2.4.2 Lực bám 35 2.4.3 Hệ số bám 36 2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám 38 2.5 Bánh xe chịu lực ngang 40 2.5.1 Góc trượt ngang 40 2.5.2 Đặc tính góc lốp 42 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT CÁC TRƯỜNG HỢP QUAY VỊNG CỦA Ơ TƠ 44 3.1 Kết cấu hệ thống lái 44 3.1.1 Các phương pháp quay vòng 44 3.1.2 Hệ thống lái 46 3.1.3 Tính điều khiển ô tô: 48 3.2 Động học quay vòng 49 3.2.1 Bánh xe không biến dạng 49 3.2.2 Bánh xe đàn hồi 51 3.3 Các trường hợp quay vòng 54 3.3.1 Quay vòng đủ 54 3.3.2 Quay vòng thiếu 55 3.3.3 Quay vòng thừa 57 3.4 Phản ứng quay vòng xe quay vô lăng 59 3.4.1 Vận tốc góc quay thân xe ω ( ε ) 60 3.4.2 Gia tốc bên 63 3.4.3 Cung quay vòng 64 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ BIỆN PHÁP KẾT CẤU NÂNG CAO TÍNH ĐIỀU KHIỂN QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE 67 4.1 An toàn chuyển động xe 67 4.1.1 Đặt vấn đề 67 4.1.2 Các giải pháp kỹ thuật đảm bảo an toàn chủ động 68 a Nhóm giải pháp liên quan đến điều kiện khả điều khiển lái xe 68 b Nhóm giải pháp liên quan đến đường xá 69 c Nhóm giải pháp liên quan đến tô 69 4.2 Giải pháp kết cấu cho hệ thống lái 71 4.2.1 Mô tơ trợ lực 72 4.2.2 Bộ điều khiển trung tâm (ECU) 73 4.2.3.Cảm biến vành tay lái: 76 KẾT LUẬN 77 1- Về phương pháp 77 2- Tính đắn phương pháp 77 3- Khả ứng dụng phương pháp vào thực tế thiết kế 77 4- Khả mở rộng đề tài 78 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình vẽ TT Trang Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tơ 11 Hình 1.2 Quan hệ hình học xe 11 Hình 2.1 Bánh xe tơ ngày 16 Hình 2.2 Ảnh hưởng áp suất lốp tới tuổi thọ 18 Hình 2.3 Lốp xe 20 Hình 2.4 Thơng số hình học lốp 20 Hình 2.5 Biến dạng tiếp tuyến lốp xe chịu mô men xoắn 22 Hình 2.6 Ảnh hưởng mơ men chủ động đến bán kính lăn bánh xe 22 Hình 2.7 Sự thay đổi giá trị bán kính lăn theo mơ men xoắn tác dụng 24 vào bánh xe 10 Hình 2.8 Lực mô men tác dụng lên bánh xe kéo 25 11 Hình 2.9 Lực moomen tác dụng lên bánh xe phanh 29 12 Hình 2.10 Sơ đồ thiết bị đo khoảng dịch chuyển phản lực thẳng đứng 30 lên bánh xe 13 Hình 2.11 Sự thay đổi khoảng cách dịch chuyển e theo lực phanh 30 14 Hình 2.12 Khả truyền lực dọc bánh xe 34 15 Hình 2.13 Lực bám 35 16 Hình 2.14 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám 38 17 Hình 2.15 Ảnh hưởng phản lực thẳng đứng tác dụng lên bánh xe 38 18 Hình 2.16 Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số bám 39 19 Hình 2.17 Bánh xe đàn hồi chịu lực ngang 40 20 Hình 2.18 Đặc tính góc lốp 42 21 Hình 3.1 Dẫn hướng bánh trước 43 22 Hình 3.2 Dẫn hướng bánh 43 23 Hình 3.3 Sơ đồ khối hệ thống lái 45 24 Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống lái 46 Tên hình vẽ TT Trang 25 Hình 3.5 Hệ tọa độ xe 26 Hình 3.6: Đồ thị lý thuyết thực tế mối quan hệ góc quay vịng 49 47 bánh xe dẫn hướng 27 Hình 3.7 Quan hệ lực ngang biến dạng ngang lốp xe 50 28 Hình 3.8 Quay vịng xe lốp có biến dạng ngang 50 29 Hình 3.9 Mơ hình dãy 51 30 Hình 3.10 Quan hệ vận tốc xe góc quay bánh dẫn hướng 55 trạng thái quay vòng xe Huyndai Trago (L=3m) Hino truck (L=3,2m), CNC (L=2,93m) 31 Hình 3.11 Quỹ đạo quay vòng xe trạng thái quay vịng 56 32 Hình 3.12.Quỹ đạo chuyển động xe có lực ngang tác dụng 56 33 Hình 3.13 Tâm quay vịng phụ có lực ngang tác dụng 57 34 Hình 3.14 Hàm truyền vận tốc góc quay thân xe Huyndai Trago 60 35 Hình 3.15 Hàm truyền vận tốc góc quay thân xe Hino truck 60 37 Hình 3.16 Hàm truyền gia tốc xe Huyndai Trago 62 38 Hình 3.17 Hàm truyền gia tốc xe Hino truck 63 39 Hình 3.18 Hàm truyền cung quay vịng xe Huyndai Trago 64 40 Hình 3.19 Hàm truyền cung quay vịng xe Hino truck 65 41 Hình 4.1 Các trường hợp quay vịng xe 69 42 Hình 4.2 Phản ứng người điều khiển gặp chướng ngại vật đột 70 ngột 43 Hình 4.3 Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện 71 44 Hình 4.4 Cụm mơ tơ trục vít, cảm biến góc quay 71 45 Hình 4.5 Cụm mơ tơ trục vít, cảm biến góc quay 72 46 Hình 4.6 Bản đồ điều khiển ECU hệ thống trợ lực lái điện 74 47 Hình 4.7 Vị trí lắp, cấu trúc đặc tính cảm biến mômen lái loại lõi 75 thép xoay CÁC KÝ HIỆU TRONG LUẬN VĂN Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa A m Khoảng cách từ tâm cầu trước đến trọng tâm xe B m Khoảng cách từ tâm cầu sau đến trọng tâm xe L m Chiều dài sở xe M kg Khối lượng xe g m/s2 rd m Bán kính động lực học bánh xe G1 kg Trọng lượng xe phân lên cầu trước G2 kg Trọng lượng xe phân lên cầu sau CL1, CL2 N/rad Độ cứng lốp trước lốp sau M kg.m2 Mô men cản lăn Mp kg.m2 Mô men phanh Fy N Phản lực ngang mặt đường tác dụng lên bánh xe Fx N Phản lực tiếp tuyến mặt đường tác dụng lên bánh xe Fp N Lực phanh v km/h Vận tốc tịnh tiến xe δ rad Góc trượt ngang lốp α rad Góc quay bánh xe dẫn hướng ε rad Góc quay thân xe ω rad Vận tốc góc quay thân xe Gia tốc trọng trường LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, kinh tế Việt Nam đà tăng trưởng mạnh, đời sống người dân tăng cao nên nhu cầu lại, mua sắm phương tiện cá nhân tăng Trong điều kiện đường sá cải thiện nhiều, tốc độ trung bình tơ nâng cao, tốc độ xe tăng lên làm cho thời gian lưu thông rút ngắn lại, mang lại nhiều lợi ích mặt kinh tế tăng vận tốc lên cao lại liên quan đến vấn đề an toàn giao thông Hiện tai nạn giao thông vấn đề thời nóng bỏng Để thiện vấn đề tai nạn giao thông cần phải nâng cao ý thức người tham gia giao thông, người điều khiển loại phương tiện giới đường bộ: ô tô, xe máy Về mặt kỹ thuật phương tiện tham gia giao thơng phải đảm bảo tính điều khiển mức độ tốt nhất, tức phải đảm bảo quỹ đạo chuyển động tơ có tín hiệu điều khiển người lái xe Việc nghiên cứu quỹ đạo chuyển động ô tô Việt Nam cần thiết, sở để đánh giá chất lượng loại ô tô nhập Việt Nam, khai thác phương tiện có đồng thời sở để đánh giá chất lượng loại ô tô cải tiến, lắp ráp, hốn cải mục đích sử dụng nâng cao an tồn chuyển động, góp phần đẩy nhanh kinh tế nước nhà thực nghị định Chính Phủ an tồn giao thơng Xuất phát từ u cầu thực tế, lựa chọn đề tài nghiên cứu liên quan đến quỹ đạo chuyển động tơ, với mong muốn góp phần cơng sức vào vấn đề an tồn giao thơng có kiến thức tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô phục vụ cho công việc sau Trong thời gian làm luận văn nhận hướng dẫn, bảo quan tâm tận tình thầy giáo hướng dẫn: PGS,TS Lưu Văn Tuấn thầy giáo môn ô tô trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn PGS,TS Lưu Văn Tuấn, thầy môn bạn đồng nghiệp tận tình giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Viện Đào Tạo Sau Đại Học Bách Khoa Hà Nội đơn vị công tác tạo điệu kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Hà Nôi, ngày…tháng… năm 2014 Nguyễn Trung Đông Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam trình hình thành phát triển, năm vừa qua đạt nhiều kết khả quan đáng mong đợi Bước đầu đà hội nhập với khu vực giới Chủ trương Chính phủ đưa tăng tỉ lệ nội địa hóa sản phẩm tới chế tạo sản phẩm mang thương hiệu Việt Nam Trong thời gian qua xuất lô hàng xe buýt sang Châu Mỹ, thắng lợi công nghiệp ô tô non trẻ Đấy động lực khích lệ để nhà nghiên cứu sản xuất ô tô nước đầu tư chất xám, tài vào ngành cơng nghiệp tơ Để đạt mục tiêu cần quan tâm nghiên cứu sâu cụm chi tiết, hệ thống điều kiện làm việc ô tơ để có giải pháp kỹ thuật can thiệp sâu vào cụm, hệ thống nhằm phát huy đặc tính tối ưu chúng Nghiên cứu động lực học chuyển động ô tô tốn lý thuyết tơ nhằm đánh xác định chất lượng khai thác ô tô điều kiện khác Trong vấn đề điều khiển ô tô thiếu trình nghiên cứu, thời gian gần chất lượng ô tô cung điều kiện đường xá tăng lên rõ rệt, vận tốc trung bình tơ đạt 60km/h tín hiệu đáng mừng cho lĩnh vực giao thông nước nhà bên cạnh lại lên vấn đề đáng ngại an tồn giao thơng Để giảm thiểu tai nạn giao thơng tơ gây ngồi việc nâng cao trình độ, kỹ thuật, ý thức người điều khiển cần phải giảm thiểu tai nạn yếu tố kỹ thuật gây như: kết cấu toàn tơ, tính điều khiển, thiết bị an toàn bị động Với tốc độ phát triển khoa học cơng nghệ ngày ngồi việc đảm bảo yêu cầu kỹ thuật cụm tổng thành việc cải thiện tính điều khiển tơ nhà khoa học quan tâm Trong tính điều khiển quỹ đạo chuyển động ô tô mảng nghiên cứu rộng, liên quan đến nhiều lĩnh vực: điều khiển tự động, khí, khí động học… Quay vong thua K=-0,05 Quay vong thua K=-0,035 Hàm truy?n cung quay vòng l/m.rad Quay vong thua K=-0,005 0.5 0.4 Quay vong du K=0 0.3 Quay vong thieu K=0,025 0.2 0.1 Quay vong thieu K=0,04 v (km/h) 50 100 150 Hình 3.18 Hàm truyền cung quay vòng Huyndai Trago Khi quay vòng đủ, K = 0, cung quay vịng khơng phụ thuộc vận tốc xe, điều tương tự bán kính quay vịng Khi quay vòng thiếu K > 0, hệ số cung quay vòng giảm theo vận tốc xe Khi quay vòng thừa K < 0, vận tốc xe tăng lên, mẫu số biểu thức 3.26 giảm dần hệ số cung quay vịng tăng nhanh chí tăng đến vơ (hình 3.16) điều cho thấy bánh xe sau bị trượt ngang Qua thông số GΩ; Ga; Gρ ta nhận xét: Xe quay vịng thừa có phản ứng nhanh với góc quay bánh xe dẫn hướng (tức góc quay vơ lăng) quay vịng dễ ổn định Xe có phản ứng chậm (hay nói cách khác nhạy) với góc quay vơ lăng trường hợp quay vòng thiếu xe ổn định quay vòng 65 Quay vong thua K=-0,035 Quay vong thua K=-0,025 Hàm truy?n cung quay vòng l/m.rad Quay vong thua K=-0,013 0.5 0.4 Quay vong du K=0 0.3 Quay vong thieu K=0,022 0.2 0.1 Quay vong thieu K=0,03 v (km/h) 50 100 150 L=2,93m R=30m Quay vong thua K=-0,04 Quay vong thua K=-0,027 Hàm truy?n cung quay vòng l/m.rad Quay vong thua K=-0,013 0.5 0.4 Quay vong du K=0 0.3 Quay vong thieu K=0,022 0.2 0.1 Quay vong thieu K=0,035 v (km/h) 50 100 150 Hình 3.19 Hàm truyền cung quay vịng Hino Truck CNC 66 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ BIỆN PHÁP KẾT CẤU NÂNG CAO TÍNH ĐIỀU KHIỂN QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE 4.1 An toàn chuyển động xe 4.1.1 Đặt vấn đề Ơ tơ phương tiện giao thơng phổ biến tồn giới Ô tô đời từ nửa cuối kỷ 18, sau động nước đời Những “thế hệ” tơ có số lượng không lớn vận tốc ô tô không cao Hơn 200 năm trôi qua, ngày ô tô tràn ngập khắp giới, vào “hang ngõ hẻm” đặc biệt vận tốc ô tô tăng lên vượt bậc Ngày đường bình thường, ô tô chạy đến 100 km/h, đường cao tốc vận tốc cho phép lên đến 150 km/h nữa, xe đua chạy đường đặc biệt vận tốc lên 200 km/h Ơ tơ với khối lượng m chạy với vận tốc v có động năng: L= mv 2 Nếu tơ va chạm với đối tượng tùy theo tính chất va chạm, phần lượng truyền cho đối tượng Nếu đối tượng vật thể gây hư hại cho vật thể Nếu đối tượng người đối tượng bị thương chết Đối với ô tơ va chạm, vùng va chạm bị hư hỏng, ngồi vận tốc ô tô đột ngột giảm xuống, (đến vận tốc dừng lại), tô chịu gia tốc lớn Hậu tơ bị hư hỏng, người hàng hóa ô tô bị va đập gây hư hỏng hàng hóa, gây thương tích chết người Khi va chạm, ô tô bị đổ, bị văng khỏi đường, lao xuống ruộng, sông, vực, gây nên hậu khơn lường Do “an tồn" ln ln đồng hành với vận hành tơ Ơ tơ phương tiện giao thông đường bộ, tham gia giao thơng với tơ cịn có phương tiện khác Ngồi đường cịn có loại hình giao thông khác đường sắt, đường thủy, đường không Vì có khái niệm chung an tồn giao thơng 67 An tồn giao thơng hình thành mối quan hệ người tham gia giao thông, phương tiện giao thông môi trường giao thông An tồn giao thơng chia thành: an tồn người tham gia giao thơng, an tồn phương tiện tham gia giao thơng, an tồn kết cấu hạ tầng giao thơng an tồn mơi trường An tồn giao thơng đường có phạm vi hẹp là: an tồn người tham gia giao thơng đường (người lái, hành khách người bộ), an tồn phương tiện tham gia giao thơng đường bộ, an tồn kết cấu hạ tầng giao thơng đường an tồn mơi trường Đối với lĩnh vực nghiên cứu tơ, có khái niệm an tồn chuyển động tơ 4.1.2 Các giải pháp kỹ thuật đảm bảo an toàn chủ động Các giải pháp kỹ thuật có tác dụng ngăn tai nạn xảy thuộc nhóm Có nhóm giải pháp sau đây: a Nhóm giải pháp liên quan đến điều kiện khả điều khiển lái xe - Điều kiện làm việc: tạo môi trường bảo đảm cho lái xe trì sức khoẻ trình điều khiển: + Khoang lái rộng rãi, chống ồn, điều hoà khơng khí + Ghế ngồi thuận tiện, tạo cảm giác thoải mái: điều chỉnh vị trí ghế ngồi, giảm chấn ghế ngồi, … - Khả lái xe quan sát cảm nhận xác tín hiệu cần thiết điều khiển xe: gương, camera cảm biến giúp lái xe nhìn thấy cảm nhận thấy chướng ngại vật, cảm biến, đồng hồ giúp lái xe biết tình trạng kỹ thuật xe, lau kính, … - Tính thuận tiện cấu điều khiển ca bin: màu sắc, thứ tự núm điều khiển khơng gây nhầm lẫn, 68 b Nhóm giải pháp liên quan đến đường xá - Đường: Chất lượng bề mặt; độ dốc; bán kính đoạn đường cong; khoảng lưu không (từ mép đường đến chướng ngại vật gốc cây, cơng trình dân sinh, cơng cộng, …); tầm nhìn (khơng có vật gây hạn chế tầm nhìn); - Các biển báo: Số lượng biển báo: đủ để lái xe biết rõ đặc điểm, tình trạng đường; nội dung biển báo nơi đặt phải gây ý cho lái xe, dễ đọc; … - Gương lồi (ở khúc cua ngoặt); - Trạm nghỉ, đường tránh nạn; … c Nhóm giải pháp liên quan đến tơ - Tăng hiệu phanh: Về góc độ an tồn, phanh người ta quan tâm đến hai yếu tố: quãng đường phanh độ lệch hướng xe phanh Ngày việc tăng mô men phanh Mp khó khăn cả, nhiên mơ men phanh bị khống chế mô men bám Mφ Khi Mp> Mφ bánh xe bị trượt lết, trượt lết, hệ số bám dọc φx hệ số bám ngang φy giảm φx giảm làm giảm quãng đường phanh, φy giảm làm gia tăng nguy lệch hướng xe Giải pháp cho vấn đề trang bị hệ thống ABS cho xe - Trang bị hệ thống điều khiển lực kéo TCS (Traction Control System) Về nguyên lý hệ thống phanh “phụ” làm việc độc lập với hệ thống phanh bình thường xe Hệ thống phanh xe làm việc theo điều khiển người lái, hệ thống phanh phụ điều khiển hoàn toàn tự động ECU hệ thống nhận tín hiệu từ cảm biến vận tốc bánh xe, góc đánh lái, góc quay thân xe, sau phân tích lệnh để tiến hành phanh nhiều bánh xe tùy theo tính cụ thể Ta xét tình sau (hình 4.1): 69 Hình 4.1 Các trường hợp quay vịng xe Ở hình 4.1.a trường hợp quay vòng thiếu, nguy xẩy tai nạn cao Hệ thống TCS kích hoạt phanh bánh xe bên phải, làm cho xe ngoặt sang bên phải Ở hình 4.1.b trường hợp quay vòng thừa Lúc hệ thống TCS điều khiển để phanh bánh xe bên trái, làm cho xe ngoặt sang bên trái Xét tình thứ hai sau (hình 4.2): Xe thẳng qua ngã ba Bất ngờ có xe khác từ hướng vng góc (như hình vẽ) Theo phản ứng, lái xe quay vơ lăng sang phải để tránh sau đánh trở lại để trở quỹ đạo thẳng 70 Hình 4.2 Phản ứng người điều khiển gặp chướng ngại vật đột ngột Nếu việc diễn sn sẻ quỹ đạo xe theo đường mũi tên nét liền Tuy nhiên bất ngờ nên lái xe đánh vô lăng sang phải nhanh làm cho xe có nguy vượt khỏi đường lái xe lại vội quay vơ lăng sang trái đột ngột, lực qn tính làm “văng” xe sang phải Nếu khơng có can thiệp quỹ đạo xe theo đường mũi tên nét đứt Lúc TCS điều khiển để phanh bánh xe bên phải lại, tạo mô men quay đầu xe sang phải Trên hệ thống phanh có TCS thường có ABS hệ thống phanh xe tích hợp hai hệ thống xe có an tồn chủ động cao Hệ thống TCS hỗ trợ xe khắc phục tượng trượt quay bánh xe chủ động tăng tốc, đường có hệ số bám thấp bùn lầy, băng tuyết Ngày tiến nhanh chóng cơng nghệ, nhiều giải pháp kỹ thuật khác nghiên cứu áp dụng Để thực điều mặt kết cấu người ta sử dụng biện pháp sau: 4.2 Giải pháp kết cấu cho hệ thống lái Trợ lực lái điện (EPS - Electric Power Steering) hệ thống điện hoàn chỉnh làm giảm đáng kể sức cản hệ thống lái cách cung cấp dòng điện trực tiếp từ 71 mô tơ điện tới hệ thống lái Thiết bị bao gồm có cảm biến tốc độ xe, cảm biến lái (mơmen, vận tốc góc), điều khiển điện tử ECU mơtơ Tín hiệu đầu từ cảm biến đưa tới ECU có chức tính tốn chế độ điều khiển lái để điều khiển hoạt động mơtơ trợ lực Hình 4.3 Sơ đồ khối nguyên lý trợ lực lái điện 1- Dòng cấp mô tơ; 2- Tốc độ mô tơ; 3- Vận tốc mô tơ; 4- Mô men lái; 6- Điều khiển dịng tối đa cho mơ tơ; 7- Điều khiển bù rung động; 8- Điều khiển phục hồi; 9- Điều khiển bù; 10- Điều khiển chính; 11- Dịng đích; Hạn chế dịng cấp áp tối đa mơ tơ; 13- Điều khiển dịng cấp mơ tơ; 14- Dịng cấp cho mơ tơ Các phần tử cua trợ lực lái điện gồm có: Mơ tơ điện chiều; Các cảm biến; Bộ điều khiển trung tâm (ECU); Hộp giảm tốc 4.2.1 Mô tơ trợ lực Mô tơ điện trợ lực lái mô tơ điện chiều nam châm vĩnh cửu, gắn với truyền động trợ lực lái Hình 4.4 Cụm mơ tơ trục vít, cảm biến góc quay 72 1- Trục bánh cấu lái; 2- Thanh xoắn; 3- Trục vào; 4- Thanh răng; 5Cuộn phân tích 1; 6- Cuộn phân tích Mơ tơ chấp hành trợ lực lái điện có nhiệm vụ tạo mơ men trợ lực điều khiển ECU phải đáp ứng yêu cầu: Mô tơ phải đưa mô men xoắn lực xoắn mà không làm quay vơ lăng - Mơ tơ phải có cấu đảo chiều quay có cố xảy - Những dao động mô tơ mô men xoắn, lực xoắn phải trực tiếp chuyển đổi thông qua vành lái tới tay người lái phải cân nhắc Hình 4.5 Cụm mơ tơ trục vít, cảm biến góc quay 1-Cảm biến mơ men; 2- Stator; 3- Cuộn dây; 4- Bi cầu; 5- Giắc điện; 6- Gioăng làm kín; 7- Đai ốc; 8-Chốt ; 9- Bi cầu; 10- Rô to; 11- Nam châm; 12- Vỏ răng; 13- Thanh cấu lái; 14- Vòng bi Do Mơ tơ điện có đặc điểm: - Nhỏ, nhẹ, có kết cấu đơn giản - Lực, mô men xoắn biến thiên nhỏ thông qua điều khiển - Dao động tiếng ồn nhỏ - Lực quán tính ma sát nhỏ - Độ an tồn độ bền cao 4.2.2 Bộ điều khiển trung tâm (ECU) Bộ điều khiển trung tâm (ECU) nhiệm vụ nhận tín hiệu từ cảm biến, xử lý thông tin để điều khiển mô tơ 73 Yêu cầu ECU gồm có: - Đảm bảo tính tiện nghi lái (chức điều khiển dịng điện mơ tơ) Các chức gồm có: (1) Điều khiển dịng điện cấp cho Mô tơ theo qui luật xác định Tạo lực trợ lực (tương ứng với dòng điện cấp cho Mô tơ ) theo tốc độ xe mô-men đặt lên vành lái để đảm bảo lực lái thích hợp toàn dải tốc độ xe (2) Điều khiển bù Giảm thiểu biến động lực lái cách bù dịng điện cấp cho Mơ tơ tương ứng với biến động mô-men xoắn đầu vào (3) Bù ma sát Khi ô tô chuyển động với vận tốc thấp, trợ lực lái điện giúp cho vành tay lái trở lại vị trí chuyển động thẳng sau quay vịng cách bù dịng điện mơ tơ (4) điều khiển tụ Khi ô tô chuyển động với vận tốc cao, trợ lực lái giữ ổn định lực tác động lên vành lái vị trí quay vịng (ví dụ, chuyển đường) cách bù dịng điện cấp cho mơ tơ làm cho vành lái dễ dàng trở vị trí thẳng (5) Tối đa dịng điện cấp cho mơ tơ Giới hạn dịng điện mơ tơ tối đa đến mức tối ưu để bảo vệ ECU mô tơ không bị hư hỏng tải - Đảm bảo độ tin cậy (Chức tự chuẩn đoán sửa lỗi) Để đảm bảo độ tin cậy ECU có mạch tự chuẩn đốn sửa lỗi) Nó theo dõi sai lệch phần tử hệ thống phát sai lệch nào, điều khiển chức EPS phụ thuộc vào ảnh hưởng sai lệch cảnh báo cho người lái xe Ngồi ra, cịn lưu trữ vị trí sai lệch ECU - Đảm bảo tính đối thoại với hệ thống khác (Chức truyền tin kiểm tra hệ thống EPS) 74 Hình 4.6 Bản đồ điều khiển ECU hệ thống trợ lực lái điện Nguyên lý làm việc trợ lực lái gồm bước: Bước Trợ lực lái bắt đầu làm việc người lái tác dụng lực để quay vô lăng Bước Lực tác dụng lên vành lái làm cho xoắn cấu lái xoay Cảm biến mô men lái xác định góc quay xoắn gửi lực lái tính tốn đên ECU Bước Cảm biến góc quay vơ lăng thơng báo góc quay vành lái tốc độ đánh tay lái thời Bước Phụ thuộc vào lực lái, tốc độ chuyển động, tốc độ động cơ, góc quay vơ lăng, tốc độ đánh tay lái đồ lưu giữ ECU, EPS ECU tính tốn lực trợ lực cần thiết gửi đến động điện Bước Trợ lực lái tác động lên cấu lái lực trợ lực song song với lực đặt lên vành lái Bước Tổng lực đặt lên vành lái lực trợ lực tác động lên cấu lái để quay vòng xe 75 4.2.3.Cảm biến vành tay lái: Hình 4.7 Vị trí lắp, cấu trúc đặc tính cảm biến mơmen lái loại lõi thép xoay 1- Cảm biến mô men; 2- Trục lái chính; 3- Bộ giảm tốc; 4- Vơ lăng; 5- Vành phát 1; 6- Trục sơ cấp;7- Cuộn dây bù;8-Vành cảm ứng 1; 9- Vành cảm ứng 3; 10- Trục thứ cấp; 11- Từ trục lái; 12- Từ cấu lái; 13-Vành cảm ứng Các cảm biến có nhiệm vụ cấp tín hiệu mơ men lái, vận tốc chuyển động xe tốc độ trục khuỷu động Về trợ lực lái điện có cảm biến mô men lái tốc độ đánh lái Đa phần sử dụng cảm biến mô men lái Các cảm biến có hai loại có tiếp điểm khơng có tiếp điểm Ưu điểm loại khơng tiếp điểm : khơng bị mịn lão hóa, từ trễ nhỏ, bị ảnh hưởng dịch chuyển dọc trục lệch trục 76 KẾT LUẬN 1- Về phương pháp Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, luận văn đặt vấn đề nghiên cứu trường hợp quay vịng tơ Những trường hợp khảo sát cho thấy trạng thái xảy thực tế với điều kiện chuyển động thực xe Việc nghiên cứu tìm hiểu chúng việc hoàn toàn cần thiết làm sở để mơ hình hóa hệ thống lái nói riêng tồn xe nói chung, từ đưa biện pháp kỹ thuật phù hợp để ngăn ngừa tình xấu xảy ra, đảm bảo an toàn chuyển động cho xe Phương pháp nghiên cứu tình quay vịng xấu gây an tồn cho xe Điều đặc biệt có ý nghĩa điều kiện khó khăn kinh phí thiết bị thí nghiệm sở nghiên cứu sản xuất nước ta 2- Tính đắn phương pháp Các kết nghiên cứu luận văn phù hợp với lý thuyết thực tế, điều khẳng định tính đắn độ tin cậy cao phương pháp Các kết nghiên cứu cho thấy: - Ảnh hưởng kết cấu lốp tới chuyển động xe - Hệ số bám yếu tố tác động đến hệ số bám - Các trường hợp quay vòng xe - Các biện pháp kỹ thuật để cải thiện quỹ đạo chuyển động ổn định xe 3- Khả ứng dụng phương pháp vào thực tế thiết kế Phương pháp nghiên cứu trình bày luận văn giúp nhà thiết kế, chế tạo cải tiến hệ thống lái xe mình, đồng thời phối hợp với hệ thống treo, hệ thống điều khiển tự động động để điều khiển ổn định cho Nhờ kết nghiên cứu người ta đánh giá sơ hiệu hệ thống lái khâu thiết kế kịp thời đưa giải pháp kỹ thuật hợp lý nhằm cải thiện chất lượng làm việc hệ thống, đáp ứng tiêu theo tiêu chuẩn kỹ thuật hành Tuy nhiên việc kiểm chứng thực nghiệm cần thiết, 77 áp dụng phương pháp nghiên cứu mô tiết kiệm thời gian kinh phí trình thiết kế, chế tạo thử nghiệm 4- Khả mở rộng đề tài Với ưu điểm phương pháp mô kết đạt được, đề tài hồn thiện mở rộng theo hướng: - Mơ hình hóa hệ thống lái tơ - Mơ hệ thống lái có sử dụng trợ lực điện - Mô hệ thống điều khiển ổn định nói chung 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hữu Cẩn (2008), Lý thuyết ô tô máy kéo, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Khắc Trai (1999), Cấu tạo hệ thống truyền lực xe con, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [3] Nguyễn Khắc Trai (2006), Cơ sở thiết kế ôtô, NXB Giao thông vận tải, Hà Nội [4] Gisbert Lechner – Harald Naunheimer (1999), Automative Tranmission (Fundamentals, Selection, Design and Application), Stuttgart and Augsburg, Germany 79 ... là: ? ?Khảo sát trường hợp quay vòng ô tô? ?? Mục đích đề tài là: Đối với bánh xe đàn hồi tơ quay vịng chịu lực ngang bị biến dạng ảnh hưởng đến quỹ đạo chuyển động ô tô Việc khảo sát q trình quay. .. 3: KHẢO SÁT CÁC TRƯỜNG HỢP QUAY VÒNG CỦA Ơ TƠ Khi di chuyển đường, khơng phải lúc ô tô chuyển động thẳng Tùy theo đường xá tình đường mà tơ phải đổi hướng chuyển động, ta gọi quay vịng xe Khi quay. .. đến trọng lượng xe Đối với ô tô, người ta mong muốn trọng lượng thân ô tô nhỏ tốt, người ta không dùng biện pháp tăng lực bám cách tăng trọng lượng thân ô tô mà phân bố hợp lý trọng lượng lên bánh